DE69525485T2

DE69525485T2 - Halbleiteranordnung vom gemischten MOS-Typ

Info

Publication number: DE69525485T2
Application number: DE69525485T
Authority: DE
Inventors: Hidetoshi Nakanishi; Satoshi Yanagisawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1994-05-31
Filing date: 1995-05-31
Publication date: 2002-10-17
Anticipated expiration: 2015-06-01
Also published as: EP0685886A1; DE69525485D1; US5539232A; EP0685886B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen eine MOS- Halbleitereinrichtung vom Verbundtyp, die von einem MOS- Transistor getrieben wird und insbesondere eine Leistungshalbleitereinrichtung wie zum Beispiel einen Isolationsgate-Bipolartransistor (IGBT), eine MOS-gesteuerte Thyristorzelle (MCT), eine MOS-Ausschaltthyristorzelle mit vorgerücktem Gate (MAGT) oder einen Leistungs-MOSFET.
Eine MOS-Halbleitereinrichtung vom Verbundtyp, die von einem MOS-Transistor getrieben wird, wird als Leistungshalbleitereinrichtung verwendet, um eine hohe Treiberleistung zu erreichen mit einer niedrigen Steuerspannung. Um einen großen Strom zu erreichen, wird zusätzlich eine Struktur angewandt, bei der eine Vielzahl von Segmenten angeordnet sind, um eine Einrichtung zu bilden. Fig. 1 zeigt einen Druckkontakttyp-IGBT als Beispiel für diesen Typ einer Leistungshalbleitereinrichtung. In einem Pelletsubstrat bzw. Pastillensubstrat 110 ist ein mittelgroßes oder kleines IGBT-Element als ein Segment verwendet und eine Vielzahl von Segmenten 120 sind angeordnet, um einen IGBT zu bilden. Diese Art von IGBT ist beispielsweise offenbart in der japanischen Patentanmeldung KOKAI, Veröffentlichungs-Nr. 3-218643 (entsprechend USP 5,376,815). Die europäische Patentanmeldung 0 514 615 A1 zeigt eine Halbleitereinrichtung mit einem Pelletsubstrat in einer Vielzahl von Chips, die in dem Pelletsubstrat gebildet sind. Die Chips haben im wesentlichen eine viereckige Form und sind in einer rechteckigen Matrix angeordnet. Jeder viereckige Chip ist an seinen vier Seiten von einer Vielzahl von Zweig- und Stammverdrahtungsabschnitten umgeben zum Verbinden der Chips. Entlang jeder Seite des Chips erstrecken sich die entsprechenden Verdrahtungsabschnitte in longitudinaler (parallel zur Seite des Chips) und vertikaler (senkrecht zur Seite des Chips) Richtung. Die jeweiligen Verdrahtungsabschnitte haben in longitudinalen und vertikalen Sektionen unterschiedliche Dicken derart, dass sich eine dünne Sektion einer Verdrahtung zwischen zwei anderen Verdrahtungen erstreckt, die einen großen Bereich haben. Das Anlegen einer Spannung an die beiden großen Bereiche ermöglicht einen Kurzschluss des Verdrahtungsabschnitts, der zwischen diesen liegt, wobei dieser Kurzschluss verwendet wird, um einen bestimmten Chip zu deaktivieren durch Eliminieren des Verbindungspunktes zwischen jedem Seitenabschnitt und den benachbarten Zentralabschnitten.
Die deutsche Patentanmeldung DE 37 23 150 A1 offenbart einen GTO-Thyristor und die Anordnung eines solchen Thyristors in konzentrischer Weise auf einem Substrat. Die Anordnung des Chips ist ähnlich zu der in den Fig. 1 und 2 gezeigten, die nachstehend genauer diskutiert sind.
Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist jedes Segment 120 mit einer Polysilizium-Gateelektrodenschicht 122 versehen, die eine Vielzahl von Öffnungen 121 hat. Die Polysilizium- Gateelektrodenschicht 122 ist unabhängig für jedes Segment 120 bereitgestellt und erstreckt sich zu einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats 110 und ist elektrisch mit einem Gateelektroden-Herausführungsabschnitt 123 verbunden, der beispielsweise aus Al in dem zentralen Abschnitt des Substrates 110 ausgebildet ist. In der Bezugnahme auf Fig. 3 wird der Querschnittaufbau des IGBT und ein Verfahren zur Herstellung des IGBT nun beschrieben werden. Fig. 3 ist eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 und zeigt das Segment 120. Fig. 3 zeigt den Zustand, in dem das Pelletsubstrat angeordnet ist zwischen einer Emitterpresskontaktplatte, die in Presskontakt gebracht ist mit einer Emitterelektrodenschicht und einer Kollektorpresskontaktplatte, die in Presskontakt gebracht ist mit einer Kollektorelektrodenschicht.
Zuerst werden Störstellenionen in einen Bodenflächenabschnitt eines N&supmin;-Halbleitersubstrats 131 injiziert, um eine P-Emitterschicht 132 zu bilden und Störstellenionen werden selektiv in einen größeren Oberflächenabschnitt von N-Halbleitersubstrat injiziert, dadurch eine P&spplus;-Region 133 bildend. Dann wird die Oberfläche des Substrates 131 thermisch oxidiert und eine Oxidschicht wird ausgebildet. Danach wird eine Polysiliziumschicht ausgebildet auf dem Oxidfilm, ein Gateoxidfilm 134 und eine Polysilizium- Gateelektrodenschicht 122 wird durch Pattern ausgebildet. In diesem Fall wird die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 122 aufgeteilt in die jeweiligen Segmente 120, die in Fig. 2 gezeigt sind. Jedes Segment hat ein Muster mit Öffnungen 121. Störstellenionen werden in das Substrat 131 durch die Öffnungen 121 injiziert und P-Basiszonen 135 werden ausgebildet. Nachdem eine (nicht dargestellte) Maske ausgebildet worden ist an Bodenabschnitten der Öffnungen 121, werden Störstellenionen injiziert in die P-Basiszonen 135. Dadurch werden N-Emitterzonen 136 gebildet. Ein Oxidfilm 137 wird auf der sich ergebenden Struktur ausgebildet und Zonen des Oxidfilms 137 unter den Gateelektrodenschichten 122 werden selektiv entfernt. Dadurch werden Abschnitte von N- Emitterzonen 136 und die P-Basiszonen 135 (P&spplus;-Region 133) innerhalb der N-Emitterzonen 136 freigelegt. Eine Emitterelektrodenschicht 138 wird auf dem Oxidfilm 137 ausgebildet und wird elektrisch verbunden mit der N-Emitterzone 136 und der P&spplus;-Region 133. Ein Gateelektroden- Herausführungsabschnitt 123 ist ausgebildet und ist elektrisch verbunden mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht 122. Darüberhinaus ist eine Kollektorelektrodenschicht 133 ausgebildet auf der Bodenseite der Emitterschicht 132.
Folglich werden die Eigenschaften der IGBTs geprüft in Einheiten von Segmenten 120. Wenn es ein Segment mit gestörten Eigenschaften gibt, wird das Segment repariert, so dass es nicht funktionieren wird (d. h. das Segment mit der Defektkennzeichnung wird separiert von den Normalsegmenten). Dann wird eine ringförmige Emitterpresskontaktplatte 141 vorgesehen auf der Emitterelektrodenschicht 138 und eine Kollektorpresskontaktplatte 142 wird vorgesehen auf der Kollektorelektrodenschicht 139. Das Pelletsubstrat 110 ist angeordnet zwischen beiden Druckkontaktplatten 131 und 132 unter Druck, der in die Richtungen P1 und P2 wirkt.
Ein Verfahren zum Reparieren der defekten Segmente wird nun detailliert beschrieben unter Bezugnahme auf Fig. 4. Wenn es ein defektes Segment 120a gibt, wie durch die X-Markierung 150 gekennzeichnet, wird ein schmaler Abschnitt (gekennzeichnet durch eine O-Markierung 160) der Polysilizium-Gateelektrodenschicht in der Nähe des Verbindungsteils des Segmentes 120a mit dem Gateelektroden- Herausführungsabschnitt 123 aufgetrennt mit Hilfe von Trockenätzen etc. Demnach wird das defekte Segment 120a separiert von dem Gateelektroden-Herausführungsabschnitt 123 und wird nicht-leitend gemacht.
Um das defekte Segment durch Trockenätzen abzudecken, ist es jedoch erforderlich, Ätzen auszuführen durch Erstellen eines Maskenmusters mit einem Loch, das dem Abtrennabschnitt 160 des defekten Segmentes 120a entspricht. Dadurch ist der Prozess der Reparatur zeitintensiv.
Wenn das defekte Segment 120a in dem in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Aufbau repariert wird, funktioniert das gesamte Segment 120a nicht, obwohl der defekte Abschnitt (x- Markierung 150) nur ein Teil des Segmentes 120a (zum Beispiel eine Zelle) ausmacht. Da der Bereich, den ein Segment in dem Pellet beziehungsweise der Pastille einnimmt, relativ groß ist, nimmt die Stromtreiberleistungsfähigkeit nach der Reparatur bei der vorstehend beschriebenen Reparaturmethode stark ab. Wenn es zwei oder mehr defekte Segmente gibt, wird die Stromtreiberleistungsfähigkeit noch schlechter. Um eine ausreichend hohe Stromtreiberleistungsfähigkeit zu erreichen, ist es demnach erforderlich, den Bereich der Pastille unter Berücksichtigung der Verringerung der Stromtreiberleistungsfähigkeit durch defekte Segmente zu vergrößern. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die befähigt ist, leicht repariert zu werden.
Dieses Ziel wird erreicht durch eine Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 1. Darüber hinaus wird dieses Ziel erreicht durch eine Halbleitereinrichtung gemäß Anspruch 2. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung können den abhängigen Ansprüchen entnommen werden.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer Leistungshalbleitereinrichtung mit der Fähigkeit, eine Abnahme der Stromtreiberleistungsfähigkeit nach einer Reparatur zu verringern.
Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer Leistungshalbleitereinrichtung mit der Fähigkeit, eine ausreichend hohe Stromtreiberleistungsfähigkeit nach der Reparatur zu erreichen ohne den Bereich eines Pellet bzw. einer Pastille in Erwägung einer Abnahme der Stromtreiberleistungsfähigkeit durch ein defektes Segment zu vergrößern.
Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer Leistungshalbleitereinrichtung mit der Fähigkeit, repariert zu werden mit einer geringeren Abnahme der Stromtreiberleistungsfähigkeit, selbst wenn es eine Vielzahl von defekten Segmenten gibt.
Wieder ein anderer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer Halbleitereinrichtung mit der Fähigkeit des exakten und einfachen Identifizieren eines defekten Segmentes, das defekte Segment exakt außer Betrieb zu setzen und die Effizienz der Reparatur zu verbessern.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist das Bereitstellen einer Leistungshalbleitereinrichtung mit der Fähigkeit, eine Integrationsdichte zu erhöhen.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Halbleitereinrichtung:
ein Pelletsubstrat; eine Vielzahl von Segmenten, die jeweils aus mindestens einer MOS-Halbleiterzelle des Verbundtyps bestehen, wobei die Segmente konzentrisch in einer Vielzahl von Zeilen in dem Pelletsubstrat angeordnet sind, jedes Segment eine unabhängige Polysilizium-Gateelektrodenschicht hat; einen Gateelektroden-Herausführungsabschnitt, der an einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats vorgesehen ist; eine Metall-Gateelektrodenschicht zum elektrischen Verbinden der Polysilizium-Gateelektrodenschicht mindestens eines Segmentes einer Einheit, wobei die Einheit sich zusammensetzt aus mindestens einem der Segmente, die radial von dem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats zu einem peripheren Abschnitt des Pelletsubstrats hin erstreckt zum Gateelektroden-Herausführungsabschnitt; und eine Druckkontaktplatte zum Anklemmen des Pelletsubstrats.
Gemäß einem anderen Aspekt der Erfindung umfasst eine Halbleitereinrichtung: ein Pelletsubstrat; eine Vielzahl von Segmenten, von denen jedes aus mindestens einer MOS- Halbleiterzelle vom Verbundtyp besteht, wobei die Segmente konzentrisch in einer Vielzahl von Zeilen in dem Pelletsubstrat angeordnet sind und jedes Segment eine unabhängige Polysilizium-Gateelektrodenschicht hat; einen an einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats vorgesehenen Gateelektroden-Herausführungsabschnitt; und eine Metall- Gateelektrodenschicht zum elektrischen Verbinden der Polysilizium-Gateelektrodenschicht mindestens eines der Segmente einer Einheit, wobei die Einheit aus mindestens einem der Segmente besteht, die radial von dem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats zu einem peripheren Abschnitt des Pelletsubstrats sich erstreckt zu dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt, wobei die Metall-Gatelektrodenschicht einen Stammverdrahtugsabschnitt einschließt, der sich radial von dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt erstreckt und einen Zweigverdrahtungsabschnitt, der sich von dem Stammverdrahtungsabschnitt in einer Umfangsrichtung des Pelletsubstrats erstreckt und elektrisch verbunden ist mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht jedes Segmentes.
Erfindungsgemäß kann ein defektes Segment separiert werden durch Tropfen einer Ätzflüssigkeit auf die Metallelektrodenschicht. Dadurch wird ein Maskenmuster, das bei Trockenätzen erforderlich ist, nicht benötigt und eine leichte Reparatur wird erreicht. Da ein Segment klein ist und ein defektes Segment separiert ist in Einheiten kleiner Segmente, kann eine Stromtreiberleistungsfähigkeitsabnahme nach einer Reparatur gedämpft werden. Dadurch kann eine ausreichend hohe Stromtreiberleistungsfähigkeit erreicht werden, ohne ein Vergrößern des Bereiches eines Pelletsubstrats hinsichtlich einer Verschlechterung der Stromtreiberleistungsfähigkeit bedingt durch ein defektes Segment. Da ein defektes Segment in Einheiten eines kleinen Segments repariert wird, kann eine Vielzahl von Segmenten repariert werden mit einer geringen Verschlechterung der Stromtreiberleistungsfähigkeit. Ein defektes Segment kann leicht und exakt identifiziert werden, da zuerst eine Charakteristikprüfung durchgeführt wird für jeden Stammverdrahtungsabschnitt, der sich radial von dem Gateelektroden-Herausführungsabschnitt erstreckt und dann für jeden Zweigverdrahtungsabschnitt, der sich von dem Stammverdrahtungsabschnitt in Umfangsrichtung des Pelletsubstrats erstreckt. Das defekte Segment kann sicher betriebsunfähig gemacht werden durch Kurzschließen des Gates der Abtrennzelle und des Emitters. Dadurch kann die Reparatureffizienz erhöht werden. Wenn der Zweigverdrahtungsabschnitt ausgebildet ist, um drei Seiten der Polysilizium-Gateelektrodenschicht zu umgeben und die verbleibende eine Seite davon nicht zu umgeben, kann außerdem der Abstand zwischen Segmenten reduziert werden und die Integrationsdichte kann erhöht werden.
Diese Erfindung kann umfassender verstanden werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, in denen zeigt:
Fig. 1 eine Draufsicht einer Anordnung von Segmenten in einem Pelletsubstrat eines IGBT zum Beschreiben einer konventionellen
Leistungshalbleitereinrichtung;
Fig. 2 die Draufsicht eines vergrößerten Musters einer Polysilizium-Gateelektrode des in Fig. 1 gezeigten Segmentes;
Fig. 3 eine Querschnittsdarstellung, betrachtet entlang der Linie 3-3 in Fig. 2 zum Zeigen eines Querschnittsaufbaus, in dem ein Pelletsubstrat geklemmt ist zwischen einer Emitter- Presskontaktplatte und einer Kollektorpresskontaktplatte;
Fig. 4 eine Draufsicht zum Beschreiben eines Verfahrens zum Reparieren eines Defekts in dem konventionellen IGBT, der in den Fig. 1 bis 3 gezeigt ist;
Fig. 5 eine Schnittdarstellung eines schematischen Aufbaus eines IGBT vom Presskontakttyp zum Beschreiben einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 6 eine Draufsicht zum Zeigen einer Anordnung von Segmenten in dem Pelletsubstrat des IGBT vom Presskontakttyp, der in Fig. 5 gezeigt ist;
Fig. 7 eine vergrößerte Musterdraufsicht eines in Fig. 6 durch unterbrochene Linien dargestellten Bereichs;
Fig. 8 eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 zum Zeigen eines Oberflächenabschnitts des Pelletsubstrats;
Fig. 9 eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 9-9 in Fig. 7 zum Zeigen eines Oberflächenabschnitts des Pelletsubstrats;
Fig. 10 eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 9-9 in Fig. 7 zum Zeigen der Struktur der Fig. 9 in detaillierterer Darstellung, wobei das Substrat geklemmt ist zwischen einer Emitterpresskontaktplatte und einer Kollektorpresskontaktplatte;
Fig. 22 eine Draufsicht zum Zeigen defekter Segmente in dem Pellet;
Fig. 12 eine vergrößerte Musterdraufsicht eines Bereichs, der in Fig. 11 durch unterbrochene Linien dargestellt ist;
Fig. 13 eine vergrößerte Musterdraufsicht zum Zeigen eines anderen Beispiels der Struktur, die in Fig. 6 mit unterbrochenen Linien dargestellt ist;
Fig. 14 eine Schnittdarstellung zum Zeigen einer MCT-Zelle einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer zweiten Ausgestaltung der Erfindung;
Fig. 15 eine Schnittdarstellung zum Zeigen einer MAGT-Zelle einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung; und
Fig. 16 eine Schnittdarstellung einer Leistungs-MOSFET- Zelle einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer vierten Ausgestaltung der Erfindung.
Die Fig. 5 bis 10 zeigen einen IGBT vom Druckkontakttyp als Beispiel einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß eine ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung.
Fig. 5 ist eine Schnittdarstellung zum Zeigen einer schematischen Struktur des Druckkontakttyp-IGBTs. Fig. 6 ist eine Draufsicht zum Zeigen einer Anordnung von Segmenten in dem Pelletsubstrat. Fig. 7 ist eine vergrößerte Musterdraufsicht eines Bereichs, der in Fig. 6 durch unterbrochene Linien dargestellt ist. Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 und zeigt einen Oberflächenabschnitt des Pelletsubstrats.
Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 9-9 in Fig. 7 und zeigt einen Oberflächenabschnitt des Pelletsubstrats. Fig. 10 ist eine Schnittdarstellung, betrachtet entlang der Linie 9-9 in Fig. 7 und zeigt die Struktur der Fig. 9 detaillierter, in der das Substrat geklemmt ist zwischen einer Emitterpresskontaktplatte und einer Kollektorpresskontaktplatte.
Wie in Fig. 10 gezeigt, ist ein Pelletsubstrat 11 vom IGBT enthalten in einem Isolationsgehäuse 10. Ein Gateelektroden- Herausführungsabschnitt 13 ist in einem zentralen Abschnitt der Oberfläche des Pelletsubstrats ausgebildet und eine Emitterelektrodenschicht 23 ist an einem peripheren Abschnitt der Oberfläche des Pelletsubstrats 11 ausgebildet. Eine Kollektorelektrodenschicht 38 ist an einer unteren Oberfläche des Pelletsubstrats 11 ausgebildet. Das Pelletsubstrat 11 ist zwischen einer Emitterpresskontaktplatte 39 und einer Kollektorpresskontaktplatte 40 geklemmt und Drücke werden auf das Substrat 11 angewendet, wie durch Pfeile P1 und P2 angezeigt. Eine Wärmepufferplatte 39A zum Ableiten von Wärme von dem Pelletsubstrat 11, wenn solche Wärme produziert wird, ist zwischen der Emitterpresskontaktplatte 39 und dem Pelletsubstrat 11 angeordnet.
Fig. 6 zeigt eine Anordnung von Segmenten in dem Pelletsubstrat 11. Rechteckige Segmente 12 sind beispielsweise konzentrisch in drei Reihen angeordnet. Der Gateelektroden-Herausführungsabschnitt 13 ist an einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats 11 angeordnet. Zwei oder drei Segmente 12, die radial von dem Zentrum zur Peripherie des Substrates 11 angeordnet sind, bilden eine Einheit. Polysilizium-Gateelektrodenschichten der Segmente 12 jeder Einheit sind elektrisch verbunden mit dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt über Metall- Gateelektrodenschichten.
Fig. 7 ist eine vergrößerte Musterdraufsicht und zeigt im Detail eine Einheit oder einen Bereich, der durch eine unterbrochene Linie in Fig. 6 dargestellt ist. Fig. 7 zeigt die Verbindung zwischen den Segmenten 12 und dem Gateelektroden-Herausführungsabschnitt 13.
Jedes Segment 12 besteht aus einer Vielzahl von IGBT-Zellen. Jedes Segment 12 umfasst eine Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22 mit einer Vielzahl von Öffnungen 21 und eine Emitterelektrodenschicht 23, die an der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 vorgesehen ist mit einem Oxidfilm (nicht dargestellt) dazwischen. Jede Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 ist mit dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt 13 über die Metall-Gateelektrodenschicht (Segmentmetall- Gateelektrodenschicht 24-1 und Koppelmetall-Gateelektroden- Herausführungsschicht 24-2) verbunden. Diese Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 und 24-2 sind durch Musterbildung einer einzelnen Al-Schicht ausgebildet. Die Metall-Gateelektrodenschichten 24-2, die Stammverdrahtungsabschnitte sind, sind radial von dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt 13, der im zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats 11 vorgesehen ist, zu den jeweiligen Segmenten 12 ausgebildet. Jede der Metall- Gateelektrodenschichten 24-l, die Zweigverdrahtungsabschnitte sind, ist derart mit einem Muster versehen, um einen ersten Abschnitt 24-1a zu haben, der sich in Umfangsrichtung der Metall-Gateelektrodenschicht 24-2 erstreckt und zweite und dritte Abschnitte 24-1b und 24-1c, die sich aus dem ersten Abschnitt 24-1a in Richtung des Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitts 13 erstrecken. Demanch ist die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 angeordnet, um die drei Seiten der Emitterelektrodenschicht 23 zu umgeben und ist elektrisch verbunden mit den drei Seiten der Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22.
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausgestaltungsform die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 alleine auf dem Segment ausgebildet und die Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 und 24-2 werden als Verdrahtungsschichten zwischen dem Segment und dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt 13 verwendet. In diesem Fall bilden zwei oder drei Segmente (alternativ eines oder vier oder mehr Segmente) eine Einheit und jede Einheit ist mit dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt 13 über die Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 (Zweigverdrahtungsabschnitte) und die Metall-Gateelektrodenschichten 24-2 (Stammverdrahtungsabschnitt) verbunden.
Fig. 8 und 9 zeigen im Detail die Verbindung zwischen der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 und der Metall- Gateelektrodenschicht 24-1. Fig. 8 ist eine Schnittdarstellung betrachtet entlang der Linie 8-8 in Fig. 7 und Fig. 9 ist eine Schnittdarstellung betrachtet entlang der Linie 9-9 in Fig. 7. Sowohl die Fig. 8 als auch die Fig. 9 zeigen Hauptoberflächenabschnitte des Pelletsubstrats 11. Wie in Fig. 8 gezeigt, ist eine P&spplus;-Region 33 vorgesehen auf einer Hauptoberfläche eines N&supmin;-Halbleitersubstrats 31. Eine N-Emitterzone 36 ist in der P&spplus;-Region 33 vorgesehen. Ein Gateoxidfilm 34 und eine Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 sind auf dem Substrat 31 innerhalb des Segmentbereiches vorgesehen. Eine Emitterelekrodenschicht 23 ist ausgebildet auf und elektrisch verbunden mit der N-Emitterzone 36. Ein Oxidfilm 37 ist auf der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 ausgebildet und auf einem Teil der P&spplus;-Region 33. In dem Oxidfilm 37 ist auf der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 eine Öffnung ausgebildet. Metall-Gateelektrodenschichten 24-1 (24-1b) und 24-2 sind auf dem Oxidfilm 37 vorgesehen und elektrisch verbunden mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22.
Zusätzlich, wie in Fig. 9 gezeigt, ist die Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22 in der Segmentregion vorgesehen. Der Oxidfilm 37 ist auf der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 vorgesehen. Die Emitterelektrodenschicht 23, N-Emitterzone 36 und P&spplus;-Region 33 sind verbunden über eine Öffnung, die selektiv in dem Oxidfilm 37 ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 (24-1a) elektrisch verbunden mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 über einer Öffnung, die in dem Oxidfilm 37 an der Metall- Gateelektrodenschicht 24-1 ausgebildet ist.
Nun wird unter Bezugnahme auf Fig. 10 der Querschnittsaufbau des IGBT und das Verfahren zum Herstellen des IGBT beschrieben. Fig. 10 ist eine Schnittsdarstellung und zeigt den selben Teil des Pelletsubstrats, wie er in Fig. 9 gezeigt ist. In Fig. 10 ist jedoch das Pelletsubstrat geklemmt zwischen der Emitterdruckkontaktplatte und Kollektordruckkontaktplatte.
Störstellenionen werden in einem Unterseitenabschnitt eines N&supmin;-Halbleitersubstrats 31 injiziert, dadurch eine Unterseiten-P-Emitterschicht 32 ausbildend. Störstellenionen werden selektiv in einer Hauptoberfläche des Substrates 31 injiziert, dadurch eine P&spplus;-Region 33 bildend. Die Hauptoberfläche des N&supmin;-Halbleitersubstrats 31 wird thermisch oxidiert und eine Oxidschicht wird ausgebildet. Nachdem auf dieser Oxidschicht eine Polysiliziumschicht gebildet worden ist, wird die Polysiliziumschicht gemäß einem Muster maskiert und ein Gate-Oxidfilm 34 und eine Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22 werden gebildet. In diesem Fall wird die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 für jedes Segment separat gebildet und eine Vielzahl von Öffnungen 21 werden selektiv ausgebildet auf der P&spplus;-Region 33 (siehe Fig. 7). Störstellenionen werden in das Substrat 31 durch die Öffnungen 21 injiziert, dadurch eine P-Basiszone 35 bildend. Nachdem eine (nicht dargestellte) Maske an einem unteren Bereich der Öffnung 21 ausgebildet ist, werden Störstellenionen in den P-Basisbereich 35 injiziert und eine N-Emitterzone 36 wird ausgebildet. Nachdem auf der sich ergebenden Struktur ein Oxidfilm 37 ausgebildet worden ist, werden Bereiche des Oxidfilms 37 zwischen den Gateelektrodenschichten 22 selektiv entfernt, dadurch einen Teil der N-Emitterzone 36 und der P-Basiszone 35 (P&spplus;-Zone 33) zwischen der N-Emitterzone 36 entfernend. Eine Emitterelektrodenschicht 23 ist auf dem Oxidfilm 37 ausgebidet und elektrisch mit der N-Emitterzone 36 und der P&spplus;-Zone 33 verbunden. Nachdem der Oxidfilm 37 auf der Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 selektiv weggeätzt worden ist, wird eine Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 (24- 1b) ausgebildet und elektrisch mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22 verbunden. Darüber hinaus wird eine Kollektorelektrodenschicht 38 auf der Unterseiten-P- Emitterschicht 32 ausgebildet, die auf der Unterseite des Substrats 31 vorgesehen ist.
Daraufhin werden die Eigenschaften des IGBT geprüft. Wenn ein Segment fehlerhafter Eigenschaft gefunden wird, wird das Segment von normalen Segmenten separiert, so dass das fehlerhafte Segment nicht funktionieren wird. Wenn nach der Reparatur des fehlerhaften Segmentes kein fehlerhaftes Segment vorhanden ist, werden eine ringförmige Wärmepufferplatte 39A und eine ringförmige Emitterpresskontaktplatte 39 auf der Emitterelektrodenschicht 23 vorgesehen und eine Kollektordruckkontaktplatte 40 wird vorgesehen auf der Kollektorelektrodenschicht 38. Das Pelletsubstrat 11 wird geklemmt zwischen die Druckkontaktplatten 39 und 40 unter Druck in den Richtungen P1 und P2.
Ein Verfahren zum Prüfen der Eigenschaften des IGBT wird nun detailliert beschrieben. Zuerst werden die Eigenschaften jeder Einheit geprüft. Eine Einheit besteht speziell aus einer Vielzahl von Segmenten (drei Segmente in Fig. 7), die durch den Stammverdrahtungsabschnitt (Metall- Gateelektrodenschicht) verbunden sind, der sich radial von den zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats 11 erstreckt und die Eigenschaften werden für jede Einheit geprüft. Wenn es eine Einheit mit Fehlfunktion gibt, werden die jeweiligen Segmente dieser Einheit geprüft. Dadurch kann ein fehlerhaftes Segment leicht und genau identifiziert werden. Sicherlich kann eine Betriebsprüfung für jede Einheit unterbleiben und die Betriebseigenschaften jedes Segmentes 12 können geprüft werden.
Angenommen, dass eine Vielzahl von fehlerhaften Segmenten 12a gefunden werden in dem Pelletsubstrat 11 von der Prüfung der Eigenschaften, wie in Fig. 11 gezeigt. In diesem Fall wird jedes fehlerhafte Segment 12a repariert durch Auftrennen eines Verbindungsabschnitts (ein eingekreister Abschnitt 26) zwischen der Segmentmetall-Gateelektrodenschicht 24-1 und der Koppelmetall-Gateelektrodenschicht 24-2 durch Auftröpfeln einer Ätzflüssigkeit auf den Verbindungsabschnitt ("Nassätzen"), wie in Fig. 12 gezeigt. Demnach wird das fehlerhafte Segment 12a von dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt 13 getrennt. Darüber hinaus sind die Segmentmetall-Gateelektrodenschicht 24-1b und die Emitterelektrodenschicht 23 durch ein Leitungsteil 25 wie zum Beispiel Silberpaste verbunden, dadurch das Gate und den Emitter kurzschließend und das fehlerhafte Segment 12a außer Betrieb setzend. Der Ort zum Kurzschließen von Gate und Emitter ist nicht beschränkt auf den Abschnitt 24-1b, der in Fig. 12 gezeigt ist, sonder kann jeder Ort sein, an dem die Emitterelektrodenschicht 23 verbunden werden kann mit der Segmentmetall-Gateelektrodenschicht 24-1a, 24-1b, 24-1c. Die anderen fehlerhaften Segmente 12a können auch repariert werden durch ihr Abtrennen von der Metall- Gateelektrodenschicht 24-2 und Kurzschließen von Gate und Emitter auf ähnliche Weise.
Wenn die Distanz L zwischen den Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 und 24-2 eingestellt sind auf etwa 10 um, kann das Nassätzen mit Hilfe des Tropfens von Ätzflüssigkeit leicht durchgeführt werden. Es ist wünschenswert, dass der Abstand L vergrößert wird, ohne die Integrationsdichte der Segmente in dem Pelletsubstrat 11 zu verringern.
Gemäß dem IGBT mit dem vorstehenden Aufbau können fehlerhafte Segmente in einer kleineren Einheit repariert werden als beim Stand der Technik. Daher kann der nicht wirksame Bereich innerhalb des Pelletsubstrats limitiert werden auf ein Minimum. Entsprechend kann ein Verschlechtern der Stromtreiberleistungsfähigkeit nach der Reparatur verhindert werden. Eine ausreichend hohe Stromtreiberleistungsfähigkeit kann erhalten werden ohne Erhöhen des Pelletbereichs unter Berücksichtigung einer Verschlechterung der Stromtreiberleistungsfähigkeit bedingt durch fehlerhafte Segmente. Selbst wenn fehlerhafte Segmente 12a in getrennter Art und Weise vorliegen, können sie repariert werden und ein Verschlechtern der Stromtreiberleistungsfähigkeit ist gering. Die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 ist in dem Segment 12 in einer solchen Größe ausgebildet, dass die Schicht 22 die Emitterelektrodenschicht 23 umgibt. Die Polysilizium- Gateelektrodenschicht 22 und die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 sind in einem peripheren Abschnitt der Emitterelektrodenschicht 23 verbunden. Als Ergebnis hiervon wird eine an die jeweiligen Segmente angelegte Gatevorspannung zum Zeitpunkt des Einschaltens vereinheitlicht und eine Varianz der Einschaltzeitabstimmung der Segmente 12 kann verringert werden. Da die Metall- Gateelektrodenschicht 24-1 die obere, rechte und linke Seite des Segmentes 12 umgibt und nicht die untere Seite davon umgibt, kann zusätzlich der Abstand zwischen den Segmenten in radialer Richtung des Substrats reduziert werden und die Integrationsdichte kann erhöht werden. Da der Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt mit jedem Segment 12 mit Hilfe der Metall-Gateelektrodenschichten 24-2 und 24-1 verbunden ist, kann außerdem eine Varianz in der Gatevorspannung, die auf die jeweiligen Segmente 12 innerhalb des Pelletsubstrats 11 einwirkt, verringert werden. Als Ergebnis kann eine Stromkonzentration während der Einschalt/Ausschaltzeit bedämpft werden und stabile Eigenschaften der Einrichtung können erreicht werden.
In der vorstehenden Ausgestaltung sind die Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 und 24-2 aus Al hergestellt. Jedoch können die Metall-Gateelektrodenschichten 24-1 und 24- 2 einen Zweischichtenaufbau aus einer Al-Schicht und einer widerstandsfähigken Metallschicht haben. In diesem Fall, wenn die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 aufgetrennt wird, wird eine Ätzflüssigkeit, die am besten für das Material der Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 geeignet ist, verwendet und die Aluminiumschicht und die widerstandsfähige Metallschicht werden in separaten Schritten geätzt.
Wie vorstehend beschrieben, bilden in dem Presskontakt-IGBT der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl von Segmenten eine Einheit und die Polysilizium-Gateelektrodenschicht 22 jedes Segmentes 12 verbunden mit dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt unter Verwendung einer einzelnen Metall-Gateelektrodenschicht 24-2, die für jede Einheit vorgesehen ist. Das Segment 12 ist in geeigneter Weise angeordnet innerhalb des Pelletsubstrats 11 durch Anpassen der Größe der Einheit. Selbst wenn ein fehlerhaftes Segment vorliegt, wird nur das fehlerhafte Segment abgetrennt an dem Verbindungsabschnitt zwischen dem Stammverdrahtungsabschnitt 24-2 und dem Zweigverdrahtungsabschnitt 24-1. Der nichtwirksame Bereich des Pelletsubstrats kann reduziert werden auf ein Minimum. Demnach kann eine ausreichend hohe Stromtreiberleistungsfähigkeit erhalten werden ohne Vergrößern des Pelletbereichs unter Berücksichtigung einer Verringerung der Stromtreiberleistungsfähigkeit bedingt durch defekte Segmente. Die Reparatur der Pastille wird leicht ausgeführt. Darüber hinaus wird der Einschalt/Ausschalt-Strom vereinheitlicht.
Fig. 13 ist eine vergrößerte Musterdraufsicht und zeigt ein anderes Beispiel eines Aufbaus der durch eine unterbrochene Linie in Fig. 6 angezeigten Zone. Fig. 13 unterscheidet sich von Fig. 7 in bezug auf das Muster der Segmentmetall- Gateelektrodenschicht (Zweigverdrahtungsabschnitt) 24-1. In Fig. 13 ist die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 mit einem Muster versehen, um einen ersten Abschnitt 24-1a zu haben, der sich von der Koppelmetall-Gateelektrodenschicht (Stammverdrahtungsabschnitt) 24-2 in Umfangsrichtung des Pelletsubstrats 11 erstreckt, einen zweiten Abschnitt 24-1b, der sich von dem ersten Abschnitt 24-1a in Richtung des Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnittes befindet, und einen dritten Abschnitt 24-1c, der sich von dem zweiten Abschnitt 24-1b in Umfangsrichtung des Pelletsubstrats 11 erstreckt.
Mit diesem Muster ähnlich dem in Fig. 7 gezeigten Muster kann ein fehlerhaftes Segment abgetrennt werden von der koppelnden Metall-Gateelektrodenschicht 24-2 durch Auftröpfeln einer Ätzflüssigkeit auf den Verbindungsabschnitt zwischen der Metall-Gateelektrodenschicht 24-2 und Metall- Gateelektrodenschicht 24-1. Zusätzlich wird die Metall- Gateelektrodenschicht 24-1 mit der Emitterelektrodenschicht 23 mit Hilfe eines leitenden Teiles aus Silberpaste etc. verbunden, dadurch Gate und Emitter kurzschließend und das fehlerhafte Segment außer Betrieb setzend. Da die Metall- Gateelektrodenschicht 24-1 die obere, linke und untere Seite des Segmentes 12 umgibt und nicht die rechte Seite davon umgibt, kann der Abstand der Segmente in Umfangsrichtung des Substrats reduziert werden und die Integrationsdichte kann erhöht werden.
Selbstverständlich kann der selbe Effekt erreicht werden mit einem Muster, bei dem die Metall-Gateelektrodenschicht 24-1 die obere rechte und untere Seite des Segmentes 12 umgibt und nicht die linke Seite davon umgibt. Die vorstehend beschriebene erste Ausgestaltungsform ist auf ein IGBT vom Presskontakttyp gerichtet als Leistungshalbleitereinrichtung. Die erste Ausgestaltung ist jedoch auch anwendbar auf einen MOS-gesteuerten Thyristor (MCT), einen MOS-Ausschalt- Thyristor mit vorgerücktem Gate (MAGT), einen Leistungs- MOSFET, usw.
Fig. 14 zeigt eine Struktur einer MCT-Zelle, die auf folgende Weise abgebildet ist. Eine N&spplus;-Pufferschicht 75 und eine P&spplus;-Emitterschicht 76 werden sukzessive auf einer Unterseite eines N-Halbleitersubstrats 71 ausgebildet. Störstellen werden in einen Hauptoberflächenabschnitt eines N- Halbleitersubstrats 71 diffundiert, dadurch eine P-Basiszone 72 und eine P-Sourcezone 73 bildend. Störstellenionen werden selektiv in die P-Basiszone 72 injiziert, dadurch eine N- Emitterzone 74 bildend. Dann wird die Hauptoberfläche des Substrats 71 oxidiert und ein Oxidfilm wird darauf ausgebildet. Eine Polysiliziumschicht wird auf dem Oxidfilm ausgebildet. Die Polysiliziumschicht und der Oxidfilm werden mit einem Muster versehen und ein Gateoxidfilm 77 wird auf der P-Basiszone 72 und der P-Sourcezone 73 ausgebildet. Eine Polysilizium-Gateleektrodenschicht 78 wird auf dem Gateoxidfilm 77 ausgebildet. Ein Oxidfilm 79 wird auf der resultierenden Struktur ausgebildet. Öffnungen werden auf einem Teil der P-Sourcezone 73 und auf der N-Emitterzone ausgebildet. Daraufhin wird eine Kathodenelektrodenschicht 80 auf dem Oxidfilm 79 ausgebildet, dadurch die P-Sourcezone 73 um die N-Emitterzone 74 elektrisch kontaktierend.
Ein zwei oder mehr MCT-Zellen, von denen jede die vorstehende Struktur hat, einschließendes Segment wird ausgebildet und eine Einheit besteht aus zwei oder mehreren Segmenten. Die Einheiten der Segmente sind angeordnet innerhalb des Pelletsubstrats 11, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt. In diesem Fall ist eine Polysilizium-Gateleektrodenschicht als eine Gateelektrodenschicht innerhalb jedes Segmentes ausgebildet. Die Polysilizium-Gateleektrodenschichten werden verbunden mit der einzelnen Einheit und Metall- Gateelektrodenschichten 24-1 und 24-2, die beispielsweise aus A1 erstellt werden, werden als Herausführungselektroden zu dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt 13 gebildet. Dadurch können dieselben Vorteile wie bei dem IGBT erreicht werden.
In der MCT-Zelle, die in Fig. 14 gezeigt ist, funktioniert die N&spplus;-Pufferschicht 75 als Drosselung für die Injektion von Löchern von der P&spplus;-Emitterschicht 76 in das N&supmin;-Halbleitersubstrat 71, so dass die MTC Zelle leicht eingeschaltet werden kann. Demnach gibt es kein Problem mit dem Betrieb der MCT-Zelle, selbst ohne die N&spplus;-Pufferschicht 75.
Fig. 15 ist eine Schnittdarstellung zum Beschreiben einer Leistungshalbleitereinrichtung gemäß einer dritten Ausgestaltung der Erfindung. Speziell zeigt Fig. 15 eine MOS- Ausschaltthyristorzelle mit vorgerücktem Gate (MAGT), die eine zusammengesetzte Bipolar-MOS-Einrichtung ist wie der IGBT. Eine Vielzahl von P-Basiszonen 83 sind einzeln in einem Hauptoberflächenabschnitt einer N&supmin;-Basiszone 82 vorgesehen. Eine N-Pufferschicht 84 und eine P&spplus;-Emitterzone 85 sind an einer unteren Oberfläche der Basiszone 82 vorgesehen. N&spplus;- Emitterzonen 86 sind in Oberflächenabschnitten der P- Basiszonen 83 ausgebildet. Ein Oxidfilm 87 ist auf der P- Basiszone 83 zwischen den N&spplus;-Emitterzonen 86 ausgebildet und eine Basiselektrodenschicht 88 ist auf dem Oxidfilm 87 ausgebildet. Die Basiselektrodenschicht 88 ist elektrisch verbunden mit der P-Basiszone 83 über eine Öffnung, die in dem Oxidfilm 87 gebildet ist. Ein Gate-Oxidfilm 89 ist auf der P-Basiszone 83 vorgesehen, auf der N&supmin;-Basiszone 82 und der P-Basiszone 83 zwischen den N&spplus;-Emitterzonen 86. Eine Gateelektrodenschicht 90 ist auf dem Gate-Oxidfilm 89 ausgebildet. Die P-Basiszone 83 unterhalb der Gateelektrodensichicht 90 dient als Kanalzone. Ein Zwischenschichtisolationsfilm 91 ist auf der Baiselektrode 88 ausgebildet und der Gateelektrodenschicht 90. Eine Kathodenschicht 92 ist auf dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 91 ausgebildet. Die Kathodenschicht 92 ist elektrisch mit den N&spplus;-Emitterzonen 86 verbunden über Öffnungen, die in dem Zwischenschicht-Isolationsfilm 91 auf jeder N&spplus;-Emitterzone 86 ausgebildet sind. Andererseits ist eine Anodenschicht 93 ausgebildet auf der P&spplus;-Emitterzone 85.
Ein zwei oder mehr MAGT-Zellen, von denen jede vorstehende Struktur hat, einschließendes Segment ist ausgebildet und eine Einheit besteht aus zwei oder mehr Segmenten. Die Einheiten der Segmente sind innerhalb des Pelletsubstrats 11 angeordnet, wie in Fig. 6 und 7 beschrieben. In diesem Fall ist eine Polysilizium-Gateelektrodenschicht ausgebildet als Gateelektrodenschicht innerhalb jedes Segments. Die Polysilizium-Gateelektrodenschichten sind zu der einzelnen Einheit verbunden und Metall-Gate-Elektrodenschichten 24-1 und 24-2, die beispielsweise aus A1 bestehen, sind als Herausleitelektroden ausgebildet zu dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt 13. Daher können die selben Vorteile erzielt werden wie bei dem IGBT oder MCT.
In der MAGT-Zelle, die in Fig. 15 gezeigt ist, dient die N- Pufferschicht 84 zum Bedämpfen der Injektion von Löchern von der P&spplus;-Emitterschicht 85 in die N&supmin;-Basiszone 82, so dass die MAGT-Zelle leicht eingeschaltet werden kann. Daher besteht kein Problem auch ohne die N-Pufferschicht 84.
Fig. 16 ist eine Schnittdarstellung und zeigt eine Leistungs- MOSFET-Zelle einer Leistungshalbleitereinrichtung nach einer vierten Ausgestaltung der Erfindung. Die Grundeinrichtungsstruktur der Leistungs-MOSFET-Zelle ist die selbe wie die der IGBT-Zelle mit der Ausnahme, dass eine N-Sourcezone 32' als Ersatz für die unterseitige Emitterschicht 32 des IGBT vorgesehen ist, eine Drain- Elektrodenschicht 38' ersetzt die Kollektorelektrodenschicht 38 und eine Drain-Druckkontaktplatte 40' ersetzt die Kollektordruckkontaktplatte 40.
In dem Leistungs-MOSFET schließt wie beim IGBT, MTC und MAGT ein Segment zwei oder mehr MOSFET-Zellen ein, von denen jede die vorstehende Struktur hat und eine Einheit besteht aus zwei oder mehr Segmenten. Die Einheiten der Segmente sind angeordnet innerhalb des Pelletsubstrats 11, wie in den Fig. 6 und 7 gezeigt. In diesem Fall ist eine Polysilizium- Gateelektrodenschicht ausgebildet als Gateelektrodenschicht innerhalb jedes Segmentes. Die Polysilizium- Gateelektrodenschichten sind verbunden zu der einzelnen Einheit und Metall-Gate-Elektrodenschichten 24-1 und 24-2, die beispielsweise aus A1 hergestellt sind, sind ausgebildet als Herausführungselektroden zu dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt 13. Daher können dieselben Vorteile wie bei dem IGBT, MCT und MAGT erreicht werden.

Claims

1. Halbleitereinrichtung (Fig. 7) mit einem Pelletsubstrat (11), einer Vielzahl von Segmenten (12), die in dem Pelletsubstrat (11) gebildet sind und jeweils aus wenigstens einer MOS-Halbleiterzelle des Verbundtyps bestehen, und einem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13), der an einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats (12) vorgesehen ist; und wobei

a) die Vielzahl von Segmenten (12) konzentrisch in einer Vielzahl von Zeilen in dem Pelletsubstrat (11) angeordnet sind, wobei jedes Segment (12) eine unabhängige Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) aufweist, auf der eine jeweilige Emitterelektrodenschicht (23) vorgesehen ist;

b) eine Vielzahl von Metall-Gateelektrodenschichten (24-1, 24-2) jeweils zum elektrischen Verbinden der Polysilizium-Gateelektrodenschichten (22) der Segmente (12) von nur einer der jeweiligen Zeile mit dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt (13) vorgesehen sind;

c) jede Metall-Gateelektrodenschicht (24-1, 24-2) umfasst:

c1) einen Stammverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-2), der sich radial von dem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) entlang der Segmente (12) der jeweiligen Zeile erstreckt und eine gleichförmige Streifenbreite aufweist; und

c2) eine Vielzahl von Zweigverdrahtungs- Streifenabschnitten (24-1), die jeweils ein jeweiliges Segment der Zeile umschließen und aufweisen:

einen ersten Streifenabschnitt (24-1a), der sich von dem Stammverdrahtungsabschnitt (24-2) in einer Umfangsrichtung entlang einer ersten Umfangsseite einer jeweiligen Gate-Elektrodenschicht (23) eines jeweiligen Segments (12) erstreckt, eine gleichförmige Streifenbreite aufweist und elektrisch mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht (22) jedes Segments (12) verbunden ist;

einen zweiten Streifenabschnitt (24-1b), der eine gleichförmige Streifenbreite aufweist und sich radial von dem ersten Streifenabschnitt (24-1a) in Richtung auf den Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) entlang einer zweiten radialen Seite der jeweiligen Gateelektrodenschicht (23), getrennt von dem radialen Stamm- Verdrahtungsstreifenabschnitt (24-2) um einen vorgegebenen Abstand (L), erstreckt und elektrisch mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) des jeweiligen Segments (12) verbunden ist; und

einen dritten Streifenabschnitt (24-1c), der eine gleichförmige Streifenbreite aufweist, sich radial von dem ersten Streifenabschnitt (24-1a) in Richtung auf den Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) entlang einer dritten radialen Seite der jeweiligen Gateelektrodenschicht (23), getrennt von dem radialen Stamm- Verdrahtungsstreifenabschnitt (24-2) einer jeweiligen Zeile um einen vorgegebenen Abstand (L), erstreckt und elektrisch mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht (22) des jeweiligen Segments (12) verbunden ist; und

c3) wobei ein Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-1; 24-1a, 24-1b, 24-1c), der die jeweilige Gateelektrodenschicht (23) eines jeweiligen Segments (12) nur auf der ersten, zweiten und dritten Seite umgibt, von einem benachbarten Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-1; 24-1a; 24-1b; 24-1c) eines benachbarten Elements (12) und dem zentralen Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) getrennt ist; wobei

c4) der Stamm-Verdrahtungsstreifenabschnitt und seine Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitte einer Zeile von denjenigen einer benachbarten Zeile getrennt sind.

2. Halbleitereinrichtung (Fig. 13) mit einem Pelletsubstrat (11), einer Vielzahl von Segmenten (12), die in dem Pelletsubstrat (11) gebildet sind und aus wenigstens einer MOS-Halbleiterzelle des Verbundtyps besteht, und jeweils einem Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13), der an einem zentralen Abschnitt des Pelletsubstrats (12) vorgesehen ist; wobei

b) eine Vielzahl von Metall-Gateelektrodenschichten (24-1, 24-2) jeweils zum elektrischen Verbinden der Polysilizium-Gateelektrodenschichten (22) der Segmente (12) von nur einer jeweiligen Zeile mit dem Gateelektrodenanschluss-Herausführungsabschnitt (13) vorgesehen sind;

c) wobei jede Metall-Gateelektrodenschicht (24-1, 24-2) umfasst:

c2) eine Vielzahl von Zweigverdrahtungs- Streifenabschnitten (24-1), die jeweils ein jeweiliges Segment (12) der Zeile umschließen und aufweisen:

einen ersten Streifenabschnitt (24-1a), der sich von dem Stammverdrahtungs-Abschnitt (24-2) in einer Umfangsrichtung entlang einer ersten Umfangsseite einer jeweiligen Gate- Elektrodenschicht (23) eines jeweiligen Segments (12) erstreckt, eine gleichförmige Streifenbreite aufweist und elektrisch mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) jedes Segments (12) verbunden ist;

einen zweiten Streifenabschnitt (24-1b), der eine gleichförmige Streifenbreite aufweist und sich radial von dem ersten Streifenabschnitt (24-1a) in Richtung auf den Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) entlang einer zweiten radialen Seite der jeweiligen Gateelektrodenschicht (23), getrennt von dem radialen Stammverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-2) um einen vorgegebenen Abstand (L), erstreckt und mit der Polysilizium- Gateelektrodenschicht (22) des jeweiligen Segments (12) elektrisch verbunden ist; und einen dritten Streifenabschnitt (24-1d), der sich von dem zweiten Streifenabschnitt (24-1b) in einer Umfangsrichtung entlang einer dritten Umfangsseite der jeweiligen Gatelektrodenschicht (23) erstreckt und mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) des jeweiligen Segments (12) elektrisch verbunden ist; und

c3) wobei ein Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-1; 24-1a, 24-1b, 24-1c), der die jeweilige Gatelektrodenschicht (23) eines jeweiligen Segments (12) nur auf der ersten, zweiten und dritten Seite umgibt, von einem benachbarten Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitt (24-1; 24- 1a, 24-1b, 24-1c) eines benachbarten Segments (12) und dem zentralen Gateelektrodenanschluss- Herausführungsabschnitt (13) getrennt ist; wobei

c4) der Stammverdrahtungs-Streifenabschnitt und seine Zweigverdrahtungs-Streifenabschnitte einer Zeile von denjenigen einer benachbarten Zeile getrennt sind.

3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die freien Enden der zweiten und dritten Streifenabschnitte eines Segments in der Zeile dem ersten Streifenabschnitt eines Zweigverdrahtungs- Streifenabschnitts, der für das benachbarte Segment (12) vorgesehen ist, mit keinen zusätzlichen Verdrahtungen dazwischen gegenüberliegen, so dass jede Gateelektrodenschicht (23) von dem ersten, zweiten und dritten Streifenabschnitt eines Zweigverdrahtungs- Streifenabschnitts und dem ersten Streifenabschnitt eines benachbarten zweigverdrahtungs-Streifenabschnitts umgeben ist.

4. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Leiterelement (25) zwischen dem Zweigverdrahtungs- Abschnitt (24-1) und der Gateelektrodenschicht (23) angebracht ist, um das Gate und den Emitter eines defekten Segments (12) kurzzuschließen.

5. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die MOS-Halbleiterzelle des Verbundtyps eine Isolationsgate-Bipolartransistorzelle, eine MOS gesteuerte Thyristorzelle, eine MOS Ausschalt- Thyristorzelle mit einem vorgerückten Gate oder eine Leistungs-MOSFET Zelle ist.

6. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Gateelektrodenschicht (24-1, 24-2) eine Al Schicht umfasst.

7. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Metall-Gateelektrodenschicht (24-1, 24-2) eine Al Schicht und eine wärmebeständige Metallschicht, die auf die Al Schicht laminiert ist, umfasst.

8. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Zweigverdrahtungs-Abschnitt (24-1) mit der Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) an einem Umfangsabschnitt der Polysilizium-Gateelektrodenschicht (22) verbunden ist.

9. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polysilizium-Gateelektrodenschicht (23) rechteckförmig ist.

10. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Wärmepufferplatte (39A) zwischen einer Druckkontaktplatte (39), die zum Klemmen des Pelletsubstrats (11) vorgesehen ist, und dem Pelletsubstrat (11) angeordnet ist.