Nothing Special   »   [go: up one dir, main page]

DE102009005914B4 - Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate - Google Patents

Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate Download PDF

Info

Publication number
DE102009005914B4
DE102009005914B4 DE102009005914.8A DE102009005914A DE102009005914B4 DE 102009005914 B4 DE102009005914 B4 DE 102009005914B4 DE 102009005914 A DE102009005914 A DE 102009005914A DE 102009005914 B4 DE102009005914 B4 DE 102009005914B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
layer
float
trench
electrode
channel
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
DE102009005914.8A
Other languages
English (en)
Other versions
DE102009005914A1 (de
Inventor
Masaki Koyama
Yoshifumi Okabe
Makoto Asai
Takeshi Fujii
Koh Yoshikawa
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Denso Corp
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2008271135A external-priority patent/JP5359182B2/ja
Application filed by Fuji Electric Co Ltd, Denso Corp filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Publication of DE102009005914A1 publication Critical patent/DE102009005914A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE102009005914B4 publication Critical patent/DE102009005914B4/de
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692—Surface layout
    • H01L29/0696—Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402—Field plates
    • H01L29/407—Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227—Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234—Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325—Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333—Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348—Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70—Bipolar devices
    • H01L29/72—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739—Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393—Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397—Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423—Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312—Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42372—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out
    • H01L29/4238—Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate characterised by the conducting layer, e.g. the length, the sectional shape or the lay-out characterised by the surface lay-out

Landscapes

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

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat (1); eine Basisschicht (3) des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht (2); eine Mehrzahl von Gräben (4), welche die Basisschicht (3) durchtreten und die Driftschicht (2) erreichen, wobei die Basisschicht (3) durch die Mehrzahl von Gräben (4) in eine Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) unterteilt ist und sich jeder Graben (4) entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile (3a–3d) und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens (4); ein Gateelement (7a–7c), über einen Isolationsfilm (6) in jedem Graben (4) angeordnet; eine Emitterelektrode (15) in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich (5); und eine Kollektorelektrode (16), angeordnet auf einer Rückseite des Substrats (1), wobei die Kollektorelektrode (16) gegenüberliegend der Driftschicht (2) ist, wobei: jedes Basisteil (3a–3d) sich in die erste Richtung erstreckt, sodass die Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) parallel zueinander ist; das eine der Basisteile (3a–3d) eine Kanalschicht (3a) bildet, in welcher der Emitterbereich (5) angeordnet ist und das andere der Basisteile (3a–3d) eine Schwimmerschicht (3b–3d) bildet, in der sich kein Emitterbereich (5) befindet; die Kanalschicht (3a) und die Schwimmerschicht (3b–3d) wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet sind, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten (3a) und der Anzahl von Schwimmerschichten (3b–3d) konstant ist; das Gateelement (7a–7c) eine Gateelektrode (7a) und eine Dummy-Gateelektrode (7b–7c) aufweist; ...

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Halbleitervorrichtung, die ein Halbleiterelement mit isoliertem Gate aufweist, sowie einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate.
  • Eine Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate, beispielsweise ein Transistor vom Grabengatetyp und ein IGBT arbeiten als Halbleitervorrichtung mit isoliertem Gate mit hoher Durchbruchsspannung mit einer Grabengatestruktur. Die 17 und 18 der beigefügten Zeichnung zeigen IGBTs, wie sie in der JP 2006-49455 A beschrieben sind. Jeder IGBT enthält einen Emitterbereich 101 des N+-Typs zur Kontaktierung einer Emitterelektrode, selektiv ausgebildet in einem Basisbereich 102 des P-Typs. Ein Dummygraben 103 ist in einem Bereich anders als der Emitterbereich 101 ausgebildet. Somit wird eine Mehrzahl von Gräben homogen ausgebildet. Insbesondere ist der Emitterbereich 101 nicht in einem gesamten Basisbereich 102 ausgebildet, sondern in einem Teil des Basisbereichs 102. Der Graben 105 ist in dem Teil des Basisbereichs 102 ausgebildet. Eine Gateelektrode 104 ist in dem Graben 105 ausgebildet, so dass eine Gatespannung an die Gateelektrode 104 angelegt wird. Im anderen Teil des Basisbereichs 102 ist kein Emitterbereich 102 ausgebildet. Jedoch ist im anderen Teil des Basisbereichs 102 der Dummygraben 103 ausgebildet. Im Dummygraben 103 ist eine Dummygateelektrode 106 ausgebildet.
  • Somit ist der Emitterbereich 101 selektiv im Basisbereich 102 ausgebildet, so dass die Leitfähigkeitsmodulation im Basisbereich 102 verbessert wird. Hierbei hat der Basisbereich 102 einen hohen Widerstandswert. Damit ist der Erregungsverlust erheblich verringert. Da der Dummygraben 103 ausgebildet ist, wird die Durchbruchsspannung verbessert. Sowohl der Erregungsverlust als auch die Durchbruchsspannung sind verbessert. In dem IGBT ist zur Stabilisierung eines elektrischen Potentials der Dummygateelektrode 106 mit der Emitterelektrode E verbunden, wie in 17 gezeigt. Alternativ kann die Dummygateelektrode 106 mit der Gateelektrode 104 verbunden werden, wie in 18 gezeigt.
  • Wenn jedoch die Dummygateelektrode 106 in dem Dummygraben 103 mit der Emitterelektrode E oder der Gateelektrode 104 verbunden wird, ergeben sich die folgenden Probleme:
    Wenn die Dummygateelektrode 106 mit der Gateelektrode 104 verbunden wird, nimmt eine Kapazität zwischen dem Gate G und dem Kollektor C zu, so dass der Schaltverlust größer wird. Wenn weiterhin die Dummygateelektrode 106 mit der Emitterelektrode E verbunden wird, nimmt eine Kapazität zwischen dem Gate G und dem Emitter E zu, so dass eine Schaltstoßspannung groß wird.
  • Weiterhin arbeitet ein Grabengate-IGBT als Leistungshalbleitervorrichtung mit einem MOS-Gatetreiberverfahren, so dass die Steuerbarkeit der Vorrichtung sehr hoch ist. Weiterhin wird in dem IGBT ein bipolarer Betrieb durchgeführt und damit ist die Sättigungsspannung vergleichsweise niedrig. Folglich ist der IGBT für viele Anwendungsfälle verwendbar. Da die Leistungsvorrichtung als kontaktloser Schalter verwendet wird, liegen bevorzugt geringe Erzeugungsverluste vor. Es ist für den IGBT notwendig, eine geringe Sättigungsspannung und einen geringen Schaltverlust zu haben. Eine Beziehung zwischen der Sättigungsspannung des IGBT und eines Schaltverlustes, d. h. eines Abschaltverlustes des IGBT ist abzuwägen. Für gewöhnlich stellt die Beziehung der Abwägung eine Abwägungscharakteristik da, die einen Index des erzeugten Verlustes in der Leistungsvorrichtung zeigt. Es ist somit notwendig, die Abwägungscharakteristik zu verbessern. Es ist auch wichtig für die Vorrichtung, dass elektromagnetisches Rauschen verringert wird. Um elektromagnetisches Rauschen zu verringern, ist es notwendig, eine Spannungsabfallgeschwindigkeit (d. h. dV/dt) und eine Stromanstiegsbeschleunigung (d. h. dIc/dt) beim Abschalten zu verringern. Wenn jedoch dV/dt und dIc/dt verringert werden, nimmt der Schaltverlust zu. Somit ist es schwierig, sowohl elektromagnetisches Rauschen als auch die Abschaltverluste zu verringern. Für gewöhnlich müssen der Abschaltverlust und das elektromagnetische Rauschen gegeneinander abgewogen werden. Um hierbei das elektromagnetische Rauschen zu verringern, ist es wichtig, ein hartes Schalten in ein weiches Schalten umzuändern, wenn die Vorrichtung einschaltet, ohne hierbei die Einschaltverluste zu erhöhen. D. h., die Wellenform von dIc/dt wird von groß nach klein geändert.
  • Betrachtet man das elektromagnetische Rauschen, wenn der IGBT einschaltet, ist es bekannt, dass eine Vorrichtungscharakteristik das elektromagnetische Rauschen stark beeinflusst, wenn der IGBT mit geringem Strom gleich 1/10 des Nennstroms einschaltet. Insbesondere ist der Grund, warum elektromagnetisches Rauschen mit einer Frequenz in einem Bereich gleich oder größer als 30 MHz erzeugt wird, einer hohen Spannungsabfallgeschwindigkeit mit einer hohen Frequenzkomponente zuzuschreiben. Um folglich dV/dt im Fall des Schaltens innerhalb eines Schwellenwertes aufrechtzuerhalten, bei dem elektromagnetisches Rauschen nicht erzeugt wird, wird ein Gatewiderstand so gesteuert, dass eine Hauptstromanstiegsrate (d. h. dIc/dt) im Fall des Einschaltens begrenzt ist.
  • Wenn nur der Gatewiderstand zunimmt, nimmt der Einschaltverlust des IGBT zu, wenn der IGBT abschaltet. Wenn somit der Gatewiderstand zunimmt, wird daher die Stromanstiegsrate beim Einschalten verringert, und der Spannungsschwanz nimmt zu. Damit nimmt der Schaltverlust zu. Folglich ist es bei den Eigenschaften eines IGBT vom Grabentyp bevorzugt, wenn der Gatewiderstand vergleichsweise klein ist und dIc/dt ausreichend klein ist.
  • Der Grabentyp-IGBT ist in 31 gezeigt. Der IGBT vom N-Kanal-Typ enthält eine Grabengatestruktur mit einem Streifenmuster auf einer Oberfläche eines Siliziumsubstrats. 31 ist eine Schnittansicht durch den IGBT entlang einer Richtung parallel zum Streifenmuster und senkrecht zum Siliziumsubstrat. In 31 enthält der IGBT eine Basisschicht 201 des N-Typs mit kleiner Verunreinigungskonzentration, eine Kollektorschicht 202 des P-Typs mit hoher Verunreinigungskonzentration, angeordnet auf einer Hauptoberfläche der Basisschicht 201 und einen Kanalbereich 203a des P-Typs, angeordnet auf einer anderen Hauptoberfläche der Basisschicht 201. Ein Emitterbereich 204 des N+-Typs ist selektiv in einen Oberflächenabschnitt des Kanalbereichs 203a ausgebildet. Von einer Oberfläche an einer Emitterbereichsseite aus ist ein Graben 205a ausgebildet, der den Kanalbereich 203a durchdringt und die Basisschicht 201 erreicht. In dem Graben 205 ist durch einen Isolationsfilm 206 eine Gateelektrode 207a ausgebildet. Die Gateelektrode 207a ist aus einem leitfähigen Polysilizium. Das Herstellungsverfahren der Vorrichtung ist derart, dass der Graben 205a auf der Oberfläche des Kanalbereichs 203a ausgebildet wird, der Gateisolationsfilm in dem Graben 205a ausgebildet wird und die Gateelektrode 207a in den Graben 205 gefüllt wird und danach wird der Emitterbereich 204 gebildet. Weiterhin ist ein Zwischenisolationsfilm 208 ausgebildet, um die Gateelektrode 207a abzudecken. Weiterhin ist die Emitterelektrode 210 aus einem Metallfilm über den Zwischenisolationsfilm 208 gebildet. Die Emitterelektrode 210 kontaktiert die Oberfläche des Emitterbereichs 204 und die Oberfläche des Kanalbereichs 203a. Allgemein gesagt, der IGBT des Grabentyps enthält einen Körperbereich 209 des P-Typs mit hoher Verunreinigungskonzentration, angeordnet auf einem Teil der Oberfläche des Kanalbereichs 203a, so dass eine Latch-up oder Einklinkimmunität verbessert ist. Ein Pufferbereich des N-Typs oder ein Feldstopbereich 211 mit mittlerer Verunreinigungskonzentration ist zwischen der Basisschicht 201 und der Kollektorschicht 202 ausgebildet. Der Pufferbereich oder der Feldstopbereich 211 ist aus Se. Weiterhin kann ein Schutzfilm über den Siliziumsubstrat ausgebildet sein. Der Schutzfilm ist aus einem Siliziumnitridfilm, einem amorphen Siliziumfilm oder einem Polyimid-Film. Eine Kollektorelektrode 220 aus einem Metallfilm ist auf der Oberfläche der Kollektorschicht 202 ausgebildet.
  • Der Vorgang des Einschaltens des IGBT wird nun erläutert. Wenn der IGBT abschaltet, wird die Emitterelektrode 210 auf Masse gelegt und eine Spannung an die Kollektorelektrode 220 angelegt, so dass der IGBT einen Blockierzustand zeigt, wenn eine Spannung kleiner als eine inverse Durchbruchspannung ist, da die Basisschicht 201 und der Kanalbereich 203a einen inversen Vorspannungs-PN-Übergang bilden. Wenn in diesem Fall eine Spannung höher als eine Schwellenwertspannung an die Gateelektrode 207a angelegt wird, sammelt sich eine Ladung in der Gateelektrode 207a von einem Gatetreiberschaltkreis über den Gatewiderstand. Gleichzeitig ist ein Kanal des N-Typs, der vom P-Typ zu einem N-Typ schaltet, in einen Oberflächenabschnitt des Kanalbereichs 203a entlang einer Grabenseitenwand gebildet. Der Kanal des N-Typs liegt zwischen dem Emitterbereich 204 und der Basisschicht 201 und der Emitterbereich 204 liegt an der Seitenwand des Grabens 205a frei. Der Kanalbereich 203a kontaktiert die Gateelektrode 207a über den Gateisolationsfilm 206. Wenn der Kanal des N-Typs gebildet wird, verschwindet der inverse Vorspannungsübergang in dem Kanal des N-Typs, so dass die Elektronen über die Emitterelektrode 210, den Emitterbereich 204 und den Kanal des N-Typs im Kanalbereich 203a in die Basisschicht 201 injiziert werden. Wenn die Elektronen in die Basisschicht 201 injiziert werden, wird eine Vorwärtsspannung an den PN-Übergang zwischen der Kollektorschicht 202 und die Basisschicht 201 angelegt, so dass Löcher als Minoritätsträger in die Basisschicht 201 von der Kollektorschicht 202 injiziert werden. Wenn die Löcher in die Basisschicht 201 injiziert werden, nimmt die Elektronenkonzentration der Elektronen als Majoritätsträger zu, um eine Neutralität der Ladungsträger in der Basisschicht 201 aufrechtzuerhalten und damit nimmt der Widerstand der Basisschicht 201 ab. Dieses Phänomen wird Leitfähigkeitsmodulation genannt. Wenn in diesem Fall der Spannungsabfall aufgrund des zwischen der Kollektorelektrode 220 der Emitterelektrode 210 fließenden Stroms im Wesentlichen gleich der Einschaltspannung der Diode ist, die zwischen der Kollektorschicht 202 und dem Emitterbereich 204 gebildet ist, zeigt die Einschaltspannung des IGBT eine ideale Spannung.
  • Um nachfolgend den IGBT vom eingeschalteten Zustand in eine ausgeschalteten Zustand zu bringen, wird eine Spannung zwischen der Emitterelektrode 210 und der Gateelektrode 207a auf kleiner als der Schwellenwert verringert. Hierbei wird die in der Gateelektrode 207a gesammelte Ladung über den Gatewiderstand zu dem Gatetreiberschaltkreis entladen und der zum N-Typ invertierte Kanal wird zum P-Typ geschaltet, so dass im IGBT kein Kanal existiert. Somit wird die Elektronenzufuhr gestoppt und die Lochinjektion von der Kollektorschicht 202 wird ebenfalls gestoppt. Jedoch fließt der Strom weiter, bis die Elektronen in der Basisschicht 202 vollständig zur Kollektorelektrode 220 übertragen worden sind und die Löcher in der Basisschicht 201 vollständig zur Emitterelektrode 210 übertragen worden sind oder bis die Elektronen und die Löcher vollständig rekombiniert haben, so dass sie verschwunden sind. Nachdem die gesammelten Elektronen und die gesammelten Löcher verschwunden sind, endet der Stromfluss.
  • Um im IGBT des Grabentyps den Einschaltwiderstand zu verringern, werden verschiedene Verfahren angewendet. Beispielsweise hat ein IEGT (d. h. ein „Injektion Enhanced Gate Bipolar Transistor”) Eigenschaften, die besonders hervorragend sind und an der maximalen Grenze der Einschaltspannung einer Diode liegen. Bei einem IEGT sind gemäß 12 ein Teil der Hauptoberfläche des Emitterbereichs 204 und ein Teil der Hauptoberfläche des Kanalbereichs 203a in der Zelle mit der Zwischenisolationsschicht 208 bedeckt, so dass diese Bereiche 203a und 208 die Emitterelektrode nicht kontaktieren. Die Arbeitsweise eines IEGT ist ähnlich zum IGBT des Grabentyps. Der Teil des Emitterbereichs 204 und der Teil des Kanalbereichs 203a, die nicht in Kontakt mit der Emitterelektrode 210 sind, und die Löcher in einem Abschnitt unter dem Kanalbereich 203a des P-Typs werden nicht zur Emitterelektrode 210 entladen, so dass sich in diesem Abschnitt die Löcher sammeln. Somit wird die Ladungskonzentrationsverteilung der Basisschicht 201 stärker an die Ladungsträgerkonzentrationsverteilung der Diode angenähert. Damit ist die Einschaltspannung des IEGT geringer als die des IGBT (gemäß der JP 05-243561 A ). Um weiterhin die Einschaltspannung und die Schalteigenschaften zu verbessern, wird in der JP 2000-228519 A ein IGBT des Grabentyps beschrieben, bei dem die gesammelte Ladungsträgerkonzentration auf Seiten der Emitterelektrode erhöht ist.
  • Es ist für eine Leistungsvorrichtung notwendig, eine geringe Einschaltspannung und Hochgeschwindigkeitsschalteigenschaften zu haben. Es ist auch notwendig, die Einschaltspannung und die Schalteigenschaften zu verbessern. Die Grabenstruktur ist jedoch im IGBT des Grabentyps und im IEGT so ausgebildet, dass sie hohe Dichte hat, so dass sich eine niedrige Einschaltspannung ergibt. Folglich nimmt die Kapazität zwischen der Gateelektrode und der Emitterelektrode zu, so dass die Schalteigenschaften verringert werden. Folglich nehmen Schaltverluste zu. In diesem Fall haben die niedrige Einschaltspannung und der niedrige Schaltverlust oder die Hochgeschwindigkeitsschalteigenschaften Beziehungen, die gegeneinander abgewogen werden. D. h., es ist schwierig, sowohl die Einschaltspannung als auch die Schalteigenschaften zu verbessern.
  • Weiterhin ist üblicherweise die Wellenform einer Vorrichtung mit Hochgeschwindigkeitsschalteigenschaften hart, wenn die Vorrichtung schaltet, so dass die Vorrichtung harte Schalteigenschaften hat. Es ist ohne Weiteres möglich, dass in der Vorrichtung elektromagnetisches Rauschen erzeugt wird. Somit wird es schwierig, die Leistungsvorrichtung, beispielsweise den IGBT so auszubilden, dass er weiche Schalteigenschaften hat, damit die Vorrichtung weiche Wellenformen zeigt, um elektromagnetisches Rauschen zu verringern, wobei gleichzeitig Hochgeschwindigkeitsschalteigenschaften vorliegen.
  • Wenn gemäß obiger Beschreibung der IGBT vom Einschaltzustand in den Ausschaltzustand umschaltet, ist es notwendig, die Kapazität zwischen der Gateelektrode und der Emitterelektrode zu laden und zu entladen. Wenn die Kapazität groß ist, nehmen die Lade- und Entladezeiten zu, so dass die Verluste anwachsen. Weiterhin ist es notwendig, einen großen Gatetreiberschaltkreis zu haben. Die Verluste in der Leistungsvorrichtung sind eine Summe aus stationären Verlusten, definiert durch die Einschaltspannung und eines Schaltverlustes im Falle des Ein- und Ausschaltens. Es ist wichtig, die Einschaltspannung zu verringern und die Schaltverluste zu verringern, d. h. die Kapazität zwischen der Gateelektrode und der Emitterelektrode zu verringern.
  • Eine Halbleitervorrichtung mit niedriger Einschaltspannung und niedriger Kapazität zwischen Gateelek-trode und Emitterelektrode ist in 29 gezeigt. Die Vorrichtung hat einen Kanalbereich des P-Typs mit einem Bereich des P-Typs ohne Emitterbereich des N+-Typs. Weiterhin ist der Bereich des P-Typs nicht mit der Emitterelektrode verbunden, so dass der Bereich des P-Typs isoliert ist. Der Bereich des P-Typs ist in einem schwebenden Zustand („floating”). Die Vorrichtung ist ein IEGT des Grabentyps, etwa gemäß der JP 2001-308327 A .
  • Weiterhin ist in der JP 09-139510 A eine Halbleitervorrichtung des Grabentyps für eine Leistungsquelle beschrieben. Diese Vorrichtung hat niedrige Einschaltspannung und niedrige stationäre Verluste.
  • Weiterhin zeigt 33 eine Halbleitervorrichtung des Grabentyps mit niedriger Einschaltspannung, einer niedrigen Kapazität zwischen Gateelektrode und Emitterelektrode und einer hohen Durchbruchsspannung. Diese Vorrichtung ist in der JP 2003-188382 A und der JP 2006-049455 A beschrieben.
  • Die 30 und 34 zeigen weiterhin Halbleitervorrichtungen des Grabentyps als Vergleich mit niedriger Einschaltspannung, niedriger Kapazität zwischen einer Gateelektrode und einer Emitterelektrode und einer hohen Durchbruchsspannung nach dem Stand der Technik.
  • Jedoch kann bei dem IGBT des Grabentyps gemäß den 29 bis 34 und dem IGBT des Grabentyps und dem IEGT gemäß den obigen Druckschriften die Durchbruchsspannung niedrig sein. Alternativ, da diese Vorrichtungen eine harte Schalteigenschaft haben, kann ohne Weiteres elektromagnetisches Rauschen in den Vorrichtungen erzeugt werden. Der Grund, warum es schwierig ist, die Durchbruchsspannung im IGBT und im IEGT zu erhöhen, ist, dass eine elektrische Feldverteilung in einem Siliziumsubstrat inhomogen ist, wenn die Vorrichtung abschaltet (d. h. wenn keine Spannung an der Vorrichtung anliegt). Somit wird das elektrische Feld an einem Boden des Grabengates konzentriert, so dass die Vorrichtung bei einer Spannung durchbrechen kann, die niedriger als die spezifizierte Durchbruchsspannung ist. Der Grund, warum die Vorrichtungen die harten Schalteigenschaften haben, ist, dass ein Verhältnis zwischen der Kapazität zwischen Gate und Kollektor und der Kapazität zwischen Gate und Emitter gering ist.
  • Somit ist es notwendig, die Einschaltspannung auf gleich derjenigen des IEGT zu verringern und den Schaltverlust zu verringern und eine hohe Durchbruchsspannung zu haben. Weiterhin ist es notwendig, weiche Schalteigenschaften zu haben.
  • Die US 6 399 998 B1 offenbart einen IGBT für hohe Spannungen, bei dem der Body durch zusätzliche Grabenelektroden unterteilt ist. Die eingebetteten Grabenelektroden sind elektrisch mit der Gateelektrode verbunden.
  • Angesichts des obigen Problems ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate zu schaffen, bei dem sich die eingangs beschriebenen Probleme nicht ergeben. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen bipolaren Transistor mit isoliertem Gate zu schaffen, auf den gleiches zutrifft.
  • Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gelöst durch die Vorrichtungen der unabhängigen Ansprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate geschaffen welche aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat; eine Basisschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht; eine Mehrzahl von Gräben, welche die Basisschicht durchtreten und die Driftschicht erreichen, wobei die Basisschicht in eine Mehrzahl von Basisteilen durch die Mehrzahl von Gräben unterteilt ist und sich jeder Graben entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens; ein Gateelement, über einen Isolationsfilm in jedem Graben angeordnet; eine Emitterelektrode in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich; und eine Kollektorelektrode, angeordnet auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Kollektorelektrode gegenüberliegend der Driftschicht ist. Jedes Basisteil erstreckt sich in die erste Richtung, sodass die Mehrzahl von Basisteilen parallel zueinander sind. Das eine der Basisteile bildet eine Kanalschicht, in welcher der Emitterbereich angeordnet ist und das andere der Basisteile bildet eine Schwimmerschicht, in der sich kein Emitterbereich befindet. Die Kanalschicht und die Schwimmerschicht sind wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten und der Anzahl von Schwimmerschichten konstant ist. Das Gateelement weist eine Gateelektrode und eine Dummy-Gateelektrode auf. Die Gateelektrode ist in dem entsprechenden Graben in Kontakt mit der Kanalschicht angeordnet und die Dummy-Gateelektrode ist in einem anderen Graben in Kontakt mit der Schwimmerschicht angeordnet. Die Schwimmerschicht enthält eine erste Schwimmerschicht benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode und eine zweite Schwimmerschicht entfernt von der Kanalschicht über die Dummy-Gateelektrode. Die Dummy-Gateelek-trode und die erste Schwimmerschicht sind elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung verbunden, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist. Die Dummy-Gateelektrode ist elektrisch von der zweiten Schwimmerschicht isoliert.
  • Da die Dummygateelektrode elektrisch mit der ersten schwimmenden Schicht oder Schwimmerschicht verbunden ist, sind eine Schaltstoßspannung und ein Schaltverlust ausbalanciert. Da weiterhin die Schwimmerschichten mit unterschiedlichen Verdrahtungen oder Verdrahtungsmustern verbunden sind, erfolgt die Arbeitsweise der Vorrichtung homogen und damit wird die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verbessert.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate geschaffen welche aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat; eine Basisschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht; eine Mehrzahl von Gräben, welche die Basisschicht durchtreten und die Driftschicht erreichen, wobei die Basisschicht in eine Mehrzahl von Basisteilen durch die Mehrzahl von Gräben unterteilt ist und sich jeder Graben entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens; ein Gateelement, über einen Isolationsfilm in jedem Graben angeordnet; eine Emitterelektrode in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich; und eine Kollektorelektrode, angeordnet auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Kollektorelektrode gegenüberliegend der Driftschicht ist. Jedes Basisteil erstreckt sich in die erste Richtung, sodass die Mehrzahl von Basisteilen parallel zueinander sind. Das eine der Basisteile bildet eine Kanalschicht, in welcher der Emitterbereich angeordnet ist und das andere der Basisteile bildet eine Schwimmerschicht, in der sich kein Emitterbereich befindet. Die Kanalschicht und die Schwimmerschicht sind wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten und der Anzahl von Schwimmerschichten konstant ist. Das Gateelement weist eine Gateelektrode und eine Dummy-Gateelektrode auf. Die Gateelektrode ist in dem entsprechenden Graben in Kontakt mit der Kanalschicht angeordnet und die Dummy-Gateelektrode ist in einem anderen Graben in Kontakt mit der Schwimmerschicht angeordnet. Die Schwimmerschicht enthält eine erste Schwimmerschicht benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode. Die Dummy-Gateelktrode enthält eine erste Dummy-Gateelektrode benachbart der ersten Schwimmerschicht über den Isolationsfilm. Die erste Dummy-Gateelektrode und die erste Schwimmerschicht sind elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung verbunden, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist.
  • Bei dieser Vorrichtung sind eine Schaltstoßspannung und ein Schaltverlust ausbalanciert. Weiterhin ist die Arbeitsweise der Vorrichtung homogen und damit wird die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verbessert.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate vom Grabengatetyp geschaffen, der aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; einen Kanalbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einer ersten Seite des Substrats, wobei der Kanalbereich einen ersten Kanalbereich und einen zweiten Kanalbereich aufweist; einen Emitterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einem Oberflächenabschnitt des ersten Kanalbereichs; eine Mehrzahl von Gräben, die den Kanalbereich durchtreten und das Substrat erreichen, wobei die Mehrzahl von Gräben einen ersten Graben und einen zweiten Graben umfassen, wobei der erste Kanalbereich den ersten Graben kontaktiert und der zweite Kanalbereich den zweiten Graben kontaktiert; eine Gateelektrode, angeordnet in dem ersten Graben über einen Isolationsfilm; eine eingebettete Elektrode, angeordnet in dem zweiten Graben über den Isolationsfilm, wobei die eingebettete Elektrode elektrisch von der Gateelektrode getrennt ist; und eine Emitterelektrode, welche elektrisch sowohl den Emitterbereich und den ersten Kanalbereich verbindet. Die Emitterelektrode deckt die Gateelektrode, die eingebettete Elektrode und den zweiten Kanalbereich über den Isolationsfilm ab, so dass die Emitterelektrode von der Gateelektrode, der eingebetteten Elektrode und dem zweiten Kanalbereichelektrisch getrennt ist, wobei die eingebettete Elektrode elektrisch mit wenigstens dem zweiten Kanalbereich verbunden ist, zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben eingeschlossen ist.
  • Bei diesem Transistor ist die Einschaltspannung niedrig und liegt annähernd bei derjenigen eines IEGT. Weiterhin hat der Transistor geringe Schaltverluste, eine hohe Durchbruchsspannung und weiche Schalteigenschaften.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
  • Die Erfindung wird nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert, wo verschiedene Ausführungsformen dargestellt sind, welche als momentan bevorzugt, jedoch nicht einschränkend zu verstehen sind.
  • Es zeigt:
  • 1 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
  • 2 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung von 1;
  • 3 eine Draufsicht von oben auf die Halbleitervorrichtung von 1;
  • 4 eine perspektivische Teilansicht der Halbleitervorrichtung von 1;
  • 5 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
  • 6 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung von 5;
  • 7 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung von 5;
  • 8 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung nach 5;
  • 9 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung nach 5;
  • 10 eine weitere Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung nach 5;
  • 11 eine Draufsicht von oben auf die Halbleitervorrichtung von 5;
  • 12 eine Draufsicht von oben auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform;
  • 13 eine Draufsicht von oben auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform;
  • 14 eine Draufsicht von oben auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform;
  • 15 eine Draufsicht von oben auf eine Halbleitervorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform;
  • 16 eine Schnittdarstellung der Halbleitervorrichtung von 14;
  • 17 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Dummygateelektrode in Verbindung mit einer Gateelektrode nach dem Stand der Technik;
  • 18 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Dummygateelektrode in Verbindung mit einer Emitterelektrode gemäß dem Stand der Technik;
  • 19 eine Schnittdarstellung einer Halbleitervorrichtung mit einer Dummygateelektrode in Verbindung mit einer schwimmenden Schicht oder Schwimmerschicht nach dem Stand der Technik;
  • 20 eine Draufsicht auf einen IGBT des Grabentyps gemäß einer fünften Ausführungsform;
  • 21 eine Schnittdarstellung durch die Vorrichtung entlang Linie XXI-XXI in 20;
  • 22 eine Schnittdarstellung eines IGBT des Grabentyps gemäß einer sechsten Ausführungsform;
  • 23 in einer Grafik die statische Strom-Spannungscharakteristik des IGBT des Grabentyps, wenn eine Ladung an eine eingebettete Elektrode angelegt wird und die eingebettete Elektrode in einem schwimmenden Zustand ist;
  • 24a in einer Grafik eine statische Strom-Spannungscharakteristik verschiedener IGBTs des Grabentyps mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen und 24B ein Diagramm von VCEmax und ΔVCE bei verschiedenen IGBTs;
  • 25 in einer Grafik eine Abschaltwellenform verschiedener IGBTs mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen;
    #
  • 26A und 26B jeweils in grafischen Darstellungen Sperrverzögerungseigenschaften einer FWD (Freilaufdiode) in Verbindung mit verschiedenen IGBTs, welche unterschiedliche Oberflächeneigenschaften haben, wobei ein kleiner Strom vorliegt;
  • 27A und 27B jeweils in grafischen Darstellungen Sperrverzögerungseigenschaften einer FWD (Freilaufdiode) in Verbindung mit verschiedenen IGBTs, welche unterschiedliche Oberflächeneigenschaften haben, wobei ein großer Strom vorliegt;
  • 28 in einer grafischen Darstellung eine Einschaltwellenform von verschiedenen IGBTs mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen;
  • 29 eine Schnittdarstellung eines IGBT nach dem Stand der Technik;
  • 30 eine Schnittdarstellung eines anderen IGBT nach dem Stand der Technik;
  • 31 eine Schnittdarstellung eines anderen IGBT nach dem Stand der Technik;
  • 32 eine Schnittdarstellung eines anderen IGBT nach dem Stand der Technik;
  • 33 eine Schnittdarstellung eines anderen IGBT nach dem Stand der Technik; und
  • 34 eine Schnittdarstellung eines anderen IGBT nach dem Stand der Technik.
  • Bei manchen Vorrichtungen ist es notwendig, eine mittlere Schaltstoßspannung und einen mittleren Schaltverlust zu haben. Um diese Anforderung zu erfüllen, haben die Erfinder der vorliegenden Anmeldung vorab Untersuchungen an einer Vorrichtung durchgeführt, bei der gemäß 19 eine Dummygateelektrode 106 in einem Dummygraben 103 an eine Schwimmerschicht oder schwimmende Schicht 107 angeschlossen ist. 19 zeigt diese Vorrichtung als ein Vergleichsbeispiel gemäß firmeninternem Stand der Technik.
  • In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass in der nachfolgenden Beschreibung, sowie in den zugehörigen Ansprüchen der Begriff „Dummy” als Äquivalent für „Schein”, „Blind-” oder „Leer-” zu verstehen ist; eine „Dummyelektrode” sei somit als „Scheinelektrode” etc. verstanden. Unter „Schwimmerschicht” oder „schwimmende Schicht” sei eine „schwebende” oder „potentialfreie” Schicht verstanden.
  • Wenn jedoch die Dummygateelektrode 106 mit der Schwimmerschicht 107 verbunden wird, gerät ein elektrisches Potential der Schwimmerschicht 107 aus der Balance, so dass sich ein Strom an einem Verbindungsabschnitt dazwischen und einem anderen Teil entfernt von dem Verbindungsabschnitt konzentrieren kann. Damit wird eine Durchbruchsspannung der Vorrichtung verringert. Wenn beispielsweise eine Mehrzahl von Dummygräben 103 in Streifenform angeordnet wird, liegt die Schwimmerschicht 107 zwischen zwei benachbarten Dummygräben 103. Somit verbindet eine Verdrahtungs- oder Verbindungsleitung auf dem Dummygraben 103 und der Schwimmerschicht 107 die Dummygateelektrode 106 und die Schwimmerschicht 107 miteinander. In diesem Fall ist es notwendig, den Bereich der Emitterelektrode zu erhöhen, der mit dem Emitterbereich 101 in Verbindung ist. Folglich wird die Verdrahtungsleitung, welche die Dummygateelektrode 106 und die Schwimmerschicht 107 verbindet, dünn. Ein Teil der Schwimmerschicht 107 nahe dem Verbindungsabschnitt zwischen der Schwimmerschicht 107 und der Verdrahtungsleitung hatte das gleiche elektrische Potential wie die Verdrahtungsleitung. Jedoch hat ein anderer Teil der Schwimmerschicht 107 entfernt von dem Verbindungsabschnitt zwischen der Schwimmerschicht 107 und der Verdrahtungsleitung ein unterschiedliches elektrisches Potential. Wenn beispielsweise ein Abstand von der Verdrahtungsleitung in Erstreckungsrichtung der Schwimmerschicht 107, d. h. in einer Richtung senkrecht zur Zeichnung von 19 groß wird, wird eine elektrische Potentialdifferenz in der Schwimmerschicht 107 groß. Da somit die elektrische Potentialdifferenz der Schwimmerschicht 107 in Erstreckungsrichtung der Schwimmerschicht 107 groß wird, bildet sich eine betriebliche Unbalance im Fall eines Schaltvorgangs. Somit konzentriert sich der Strom in einem bestimmten Abschnitt, so dass die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verringert wird.
  • Damit ist es nötig, eine elektrische Potentialdifferenz zwischen zwei Schwimmerschichten zu verringern, so dass eine Durchbruchsspannungsverringerung aufgrund einer Stromkonzentration verbessert wird.
  • >Erste Ausführungsform<
  • 1 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem IGBT entlang Linie I-I in 3. 2 zeigt die Vorrichtung entlang Linie II-II in 3. Obgleich 3 keine Schnittdarstellung ist, ist in 3 ein schraffierter Bereich eingezeichnet, um den Aufbau besser verstehen zu können.
  • In einem Substrat 1 des P+-Typs mit einer Hauptoberfläche ist ein IGBT gebildet. Das Substrat 1 hat hohe Verunreinigungskonzentration. Eine Driftschicht 2 des N-Typs ist auf der Hauptoberfläche des Substrats 1 durch epitaxiales Aufwachsen gebildet. Die Driftschicht 2 hat geringe Verunreinigungskonzentration, welche niedriger als die des Substrats 1 ist.
  • Ein Basisbereich 3 des P-Typs mit bestimmter Dicke ist in einem Oberflächenabschnitt der Driftschicht 2 gebildet. Eine Mehrzahl von Gräben 4 ist auf dem Substrat 1 so gebildet, dass jeder Graben 4 den Basisbereich 3 durchtritt und die Driftschicht 2 erreicht. Durch die Gräben 4 ist der Basisbereich 3 in eine Mehrzahl von Basisabschnitten unterteilt. Genauer gesagt, die Gräben sind in bestimmten Abständen angeordnet, jeder Graben 4 erstreckt sich entlang einer Richtung senkrecht zur Zeichnung der 1 und 2. Die Gräben 4 verlaufen parallel zueinander. Wie in 4 gezeigt, ist ein Ende des Grabens 4 gekrümmt, so dass zwei entsprechende Gräben miteinander in Verbindung sind. Somit bilden zwei Gräben eine Ringstruktur. In 4 schaffen drei Ringe eine Einheit, so dass eine Dreifachringstruktur gebildet ist. Alternativ können zwei Ringe oder mehr als drei Ringe eine Einheit bilden. Zwei benachbarte Gräben 4 verlaufen parallel zueinander entlang einer Längsrichtung der Gräben 4. Die Gräben 4 umfassen einen am weitesten außen liegenden Graben 4a, einen ersten inneren Graben 4b und einen zweiten inneren Graben 4c. Der am weitesten außen liegende Graben 4a liegt an einer weitesten außen liegenden Seiten in der Einheit, der erste innere Graben 4b liegt um einen Graben an einer Innenseite des am weitesten außen liegenden Grabens 4a und der zweite innen liegende Graben 4c liegt um einen Graben an einer Innenseite des ersten inneren Grabens 4b. Hierbei bildet in 4 der zweite innere Graben 4c einen am weitesten innen liegende Graben 4c, der an der am weitesten innen liegenden Seite in der Einheit vorhanden ist. Somit bilden der am weitesten außen liegende Graben 4a und die ersten und zweiten inneren Gräben 4b und 4c eine Mehrfachringstruktur.
  • Der Basisbereich 3 liegt zwischen zwei benachbarten am weitesten außen liegenden Gräben 4a. Der Basisbereich 3 liefert eine Kanalschicht 3a vom P-Typ zur Bildung eines Kanalbereichs. Einen Emitterbereich 5 des N+-Typs ist in einem Oberflächenabschnitt der Kanalschicht 3a gebildet.
  • Der Emitterbereich 5 hat eine hohe Verunreinigungskonzentration, die höher als die der Driftschicht 2 ist. Der Emitterbereich 5 hat im Basisbereich 3 einen Boden, so dass der Emitterbereich 5 vollständig im Basisbereich 3 angeordnet ist. Weiterhin kontaktiert der Emitterbereich 5 eine Seitenwand des am weitesten außen liegenden Grabens 4a. Genauer gesagt, der Emitterbereich 5 erstreckt sich entlang der Längsrichtung des am weitesten außen liegenden Grabens 4a. Der Emitterbereich 5 hat eine Balkenform. Der Emitterbereich 5 hat ein Ende, welches einen gekrümmten Abschnitt des am weitesten außen liegenden Grabens 4a nicht erreicht, so dass der Emitterbereich 5 an einer Innenseite des gekrümmten Endes des am weitesten außen liegenden Grabens 4a endet. Folglich liefert der am weitesten außen liegende Graben 4a, der an beiden Seiten des Emitterbereichs 5 liegt, die Gateelektrode, die den Graben bildet. Die ersten und zweiten inneren Gräben 4b und 4c liefern Dummygräben.
  • Genauer gesagt, ein Gateisolationsfilm 6 ist an einer Innenwand des Grabens 4 ausgebildet. Über den Gateisolationsfilm 6 ist im Graben 4 eine Gateelektrode 7a bis 7c gebildet. Die Gateelektrode 7a bis 7c ist aus dotiertem Polysilizium oder dergleichen. Wie in den 1 bis 3 gezeigt, liegt die Gateelektrode 7a an dem am weitesten außen liegenden Graben 4a und ist elektrisch mit einer Gateverdrahtung verbunden. Über die Gateverdrahtung 11 wird der Gateelektrode 7a eine Gatespannung angelegt. Die Dummygateelektroden 7b und 7c in den ersten und zweiten inneren Gräben 4b und 4c sind mit einer ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden. Die erste Schwimmerverdrahtung 12 ist mit einer ersten Schwimmerschicht 3b verbunden. Die erste Schwimmerschicht 3b wird von dem Basisbereich 3 gebildet, der zwischen dem am weitesten außen liegenden Graben 4a und dem ersten inneren Graben 4b eingeschlossen ist. Eine zweite Schwimmerschicht 3c wird vom Basisbereich 3 geschaffen, der zwischen dem ersten inneren Graben 4b und dem zweiten inneren Graben 4c eingeschlossen ist. Die zweite Schwimmerschicht 3c ist mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden, weiterhin liefert der Basisbereich 3, der an einer Innenseite des zweiten inneren Grabens 4c liegt, eine dritte Schwimmerschicht 3d. Die dritte Schwimmerschicht 3d ist mit einer dritten Schwimmerverdrahtung 14 verbunden.
  • Die ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen 12 bis 14, die Dummygateelektroden 7b und 7c und die ersten und zweiten Schwimmerschichten 3b und 3c können elektrisch miteinander auf irgendeine Weise verbunden werden, solange die Verdrahtung, die Elektroden und die Schichten nicht kurz geschlossen werden. Bei dieser Ausführungsform wird die elektrische Verbindung mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 durch einen Aufbau gemäß 2 gebildet.
  • In 2 bedeckt die Isolationsschicht 8 die Oberfläche der Schwimmerschichten 3b bis 3d. Eine dotierte Polysiliziumschicht 9 zum Bereitstellen der Dummygateelektroden 7b und 7c erstreckt sich so, dass sie die zweiten und dritten Schwimmerschichten 3c und 3d erreicht, so dass die dotierte Polysiliziumschicht 9 auf den zweiten und dritten Schwimmerschichten 3c und 3d angeordnet ist. Somit sind die Dummygateelektroden 7b und 7c untereinander elektrisch über die dotierte Siliziumschicht 9 verbunden. Ein Zwischenisolationsfilm 10 isoliert jeden Teil der Vorrichtung. Kontaktöffnungen 10a und 10b sind in dem Zwischenisolationsfilm 10 gebildet. Ein Teil der dotierten Polysiliziumschicht 9 und ein Teil der ersten Schwimmerschicht 3b stehen durch die Öffnungen 10a und 10b frei. Die erste Schwimmerverdrahtung 12 ist auf dem Teil der dotierten Polysiliziumschicht 9 und dem Teil der ersten Schwimmerschicht 3b angeordnet. Somit sind die Dummygateelektroden 7b und 7c, die erste Schwimmerschicht 3b und die erste Schwimmerverdrahtung 12 elektrisch miteinander verbunden.
  • Die Dummygateelektroden 7b und 7c sind über die erste Schwimmerverdrahtung 12 elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b verbunden. Die zweite Schwimmerschicht 3c ist elektrisch mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden und die dritte Schwimmerschicht 3d ist elektrisch mit der dritten Schwimmerverdrahtung 14 verbunden. Alternativ muss die Vorrichtung nicht die zweite Schwimmerverdrahtung 13 und die dritte Schwimmerverdrahtung 14 haben. In diesem Zustand sind die zweite Schwimmerschicht 3c und die dritte Schwimmerschicht 3d in einem schwimmenden oder potentiallosen Zustand.
  • Die ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen 12 bis 14, die Emitterelektrode 15 in Verbindung mit dem Emitterbereich 5 und die Gateverdrahtung 11 in Verbindung mit der Gateelektrode 7a sind so angeordnet, dass sie senkrecht zur Längserstreckung des Grabens 4 sind. Genauer gesagt, die Emitterelektrode 15 ist so angeordnet, dass sie eine Innenseite einer Zelle mit einem weiten Bereich abdeckt. Die dritte Schwimmerverdrahtung 14, die zweite Schwimmerverdrahtung 13, die erste Schwimmerverdrahtung 12 und die Gateverdrahtung 11 sind parallel zueinander und liegen in dieser Reihenfolge auf dem gekrümmten Abschnitt des Grabens 4, d. h. dem Endabschnitt des Grabens 4. Die dritte Schwimmerverdrahtung 14, die zweite Schwimmerverdrahtung 13, die erste Schwimmerverdrahtung 12 und die Gateverdrahtung 11 haben eine gradlinige Form.
  • Die erste Schwimmerverdrahtung 12 ist elektrisch mit der dotierten Polysiliziumschicht 9 verbunden, die auf dem Isolationsfilm 8 ausgebildet ist, und zwar über die Kontaktöffnung 10b in dem Zwischenisolationsfilm 10. Weiterhin ist die erste Schwimmerverdrahtung 12 über die Durchgangsöffnung 10a in dem Zwischenisolationsfilm 10 elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b verbunden. Die zweite Schwimmerverdrahtung 13 ist elektrisch mit der zweiten Schwimmerschicht 3c über die Kontaktöffnung 10c in dem Zwischenisolationsfilm 10 verbunden. Die dritte Schwimmerverdrahtung 14 ist elektrisch mit der dritten Schwimmerschicht 3d durch die Kontaktöffnung 10d in dem Zwischenisolationsfilm 10 verbunden. Die Gateverdrahtung 11 ist elektrisch mit der dotierten Polysiliziumschicht 9 auf dem Isolationsfilm 8 über die Kontaktöffnung 10e in dem Zwischenisolationsfilm 10 verbunden. Die Emitterelektrode 15 ist elektrisch mit dem Emitterbereich 5 und der Kanalschicht 3a des P-Typs über die Kontaktöffnung 10f in dem Zwischenisolationsfilm 10 verbunden.
  • Eine Kollektorelektrode 16 ist auf der Rückseite des Substrats 1 ausgebildet. Damit ist eine Halbleitervorrichtung mit einem IGBT vollständig.
  • In der Vorrichtung ist die Gateelektrode 7a elektrisch mit der Gateverdrahtung 11 verbunden, an der die Gatespannung angelegt ist. Die Dummygateelektroden 7b und 7c sind elektrisch mit der ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden, die mit der ersten Schwimmerschicht 3b verbunden ist. Weiterhin ist die zweite Schwimmerschicht 3c elektrisch mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden. Weiterhin ist die dritte Schwimmerschicht 3d elektrisch mit der dritten Schwimmerverdrahtung 14 verbunden.
  • Da die Dummygateelektroden 7b und 7c elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b verbunden sind, sind die Schaltstoßspannung und die Schaltverluste ausbalanciert.
  • Die ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d sind nicht mit der gleichen Verdrahtung verbunden, jedoch mit unterschiedlichen Verdrahtungen. Wenn folglich die Vorrichtung einschaltet, haben die Kontaktabschnitte zwischen den ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d und den Verdrahtungen 12 bis 14 jeweils unterschiedliche elektrische Potentiale. Somit ändert sich beispielsweise eine elektrische Potentialdifferenz zwischen dem Kontaktabschnitt und einem Teil der ersten Schwimmerschicht 3b nicht und ist sehr gering, selbst wenn der Teil der ersten Schwimmerschicht 3b beabstandet von dem Kontaktabschnitt zwischen der ersten Schwimmerschicht 3b und der ersten Schwimmerverdrahtung 12 ist. Hierbei liegt der Teil der ersten Schwimmerschicht 3b an einer Innenseite der Vorrichtung, wie in 3 gezeigt. Somit hat der Teil der ersten Schwimmerschicht 3b im Wesentlichen das gleich elektrische Potential wie der Kontaktabschnitt zwischen der ersten Schwimmerschicht 3b und der ersten Schwimmerverdrahtung 12. Auf ähnliche Weise hat der Teil der zweiten Schwimmerschicht 3c beabstandet vom Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Schwimmerschicht 3c und der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential wie der Kontaktabschnitt. Der Teil der dritten Schwimmerschicht 3b beabstandet vom Kontaktabschnitt zwischen der dritten Schwimmerschicht 3d und der dritten Schwimmerverdrahtung 14 hat im Wesentlichen das gleiche elektrische Potential wie der Kontaktabschnitt.
  • Wenn beispielsweise bei einer herkömmlichen Vorrichtung die ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d die gleiche Verdrahtung kontaktieren, haben die Kontaktabschnitte zwischen den ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d und der Verdrahtung unterschiedliche elektrische Potentiale derart, dass das elektrische Potential P1 der ersten Schwimmerschicht 3b am ersten Kontaktabschnitt zwischen der ersten Schwimmerschicht 3b und der Verdrahtung gleich dem elektrischen Potential P2 der zweiten Schwimmerschicht 3c am zweiten Kontaktabschnitt zwischen der zweiten Schwimmerschicht 3c und der Verdrahtung ist und gleich dem elektrischen Potential P3 der dritten Schwimmerschicht 3d am dritten Kontaktabschnitt zwischen der dritten Schwimmerschicht 3d und der Verdrahtung ist. Weiterhin ist bei einer herkömmlichen Vorrichtung das elektrische Potential P1 eines anderen Teils der ersten Schwimmerschicht 3b beabstandet vom ersten Kontaktabschnitt kleiner als das elektrische Potential P2 eines anderen Teils der zweiten Schwimmerschicht 3c beabstandet vom zweiten Kontaktabschnitt und kleiner als das elektrische Potential P3 eines anderen Teils der dritten Schwimmerschicht 3d beabstandet vom dritten Kontaktabschnitt. Somit ist bei der herkömmlichen Vorrichtung die elektrische Potentialdifferenz zwischen dem anderen Teil und dem ersten Kontaktabschnitt der ersten Schwimmerschicht 3b größer, wenn der Abstand zwischen dem anderen Teil und dem ersten Kontaktabschnitt größer wird. Auf ähnliche Weise wird die elektrische Potentialdifferenz in der zweiten Schwimmerschicht 3c größer, wenn der Abstand von dem zweiten Kontaktabschnitt größer wird und die elektrische Potentialdifferenz in der dritten Schwimmerschicht 3d wird größer, wenn der Abstand vom dritten Kontaktabschnitt größer wird. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedoch das elektrische Potential P1 eines Teils der ersten Schwimmerschicht 3b kleiner als das elektrische Potential eines Teils der zweiten Schwimmerschicht 3c und kleiner als das elektrische Potential P3 eines Teils der dritten Schwimmerschicht 3d, selbst wenn der Teil mit dem Kontaktabschnitt übereinstimmt oder der Teil beabstandet vom Kontaktabschnitt ist. Insbesondere verbleibt diese Beziehung überall in den ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d.
  • Folglicht gibt es keine Differenz im elektrischen Potential der ersten bis dritten Schwimmerschichten bis 3b bis 3d entlang der Längsrichtung. Wenn folglich die Vorrichtung schaltet, ist der Betrieb der Vorrichtung stabil und jeder Teil der Vorrichtung arbeitet homogen. Die Durchbruchsspannung ist verbessert. Insbesondere wird eine Verringerung der Durchbruchsspannung aufgrund einer Stromkonzentration verhindert. Nicht nur die Dummygateelektroden 7b und 7c zwischen zwei benachbarten Kanalschichten 3a, sondern auch die Dummygateelektroden 7b und 7c an einer Außenseite sind elektrisch untereinander über die erste Schwimmerverdrahtung 12 verbunden. Alternativ können nur die Dummygateelektroden 7b und 7c zwischen zwei benachbarten Kanalschichten 3a untereinander über die dotierte Polysiliziumschicht 9 oder dergleichen verbunden sein und die Dummygateelektroden 7b und 7c an der Außenseite können elektrisch von den Dummygateelektroden 7b und 7c getrennt sein, die zwischen zwei benachbarten Kanalschichten 3a liegen.
  • >Zweite Ausführungsform<
  • In einer zweiten Ausführungsform sind die Gateelektrode 7a, die Dummygateelektroden 7b und 7c und die ersten und dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d im Vergleich zur Vorrichtung der 1 bis 4 unterschiedlich miteinander verbunden.
  • 5 zeigt eine Halbleitervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform. 6 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung entlang Linie VI-VI in 11, 7 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung entlang Linie VII-VII in 11, 8 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung entlang der Linie VIII-VIII in 11, 9 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung entlang Linie IX-IX in 11 und 10 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung entlang Linie X-X in 11. 11 ist keine Schnittdarstellung, jedoch ist eine Schraffierung in 11 eingetragen, um die Zeichnung besser verständlich zu machen.
  • Gemäß 5 ist die in dem ersten inneren Graben 4b gebildete Dummygateelektrode 7b elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b und der ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden. Weiterhin ist die in dem zweiten inneren Graben 4c gebildete Dummygateelektrode 7c elektrisch mit der zweiten Schwimmerschicht 3c und der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden. Die dritte Schwimmerschicht 3d ist elektrisch mit der dritten Schwimmerverdrahtung 14 verbunden. Somit ist die Dummygateelektrode 7b, die unter den Dummygateelektroden 7b und 7c der Kanalschicht 3a am nächsten ist, elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b am nächsten zur Kanalschicht 3a und den ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d verbunden und ist weiterhin mit der ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden. Die Dummygateelektrode 7 ist am weitesten entfernt von Kanalschicht 3a unter den Dummygateelektroden 7b und 7c ist elektrisch mit der zweiten Schwimmerschicht 3c am weitesten entfernt von der Kanalschicht 3a und den ersten bis dritten Schwimmerschicht 3b bis 3d und weiterhin mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden. Gemäß 11 sind die Gateverdrahtung 11, die ersten bis dritten Schwimmerschichten 12 bis 14 und die Emitterelektrode 15 ähnlich wie in 3 angeordnet. Kontaktöffnungen zur Verbindung eines jeden Teils der dotierten Polysiliziumschicht 9 sind unterschiedlich zur 3 angeordnet. Damit werden die obigen elektrischen Verbindungen erhalten.
  • Bei dieser Ausführungsform enthält die Vorrichtung die erste Schwimmerverdrahtung 12 zur elektrischen Verbindung der Dummygateelektroden 7b und 7c und der ersten Schwimmerschicht 3b, die zweite Schwimmerverdrahtung 13 zur elektrischen Verbindung der zweiten Schwimmerschicht 3c und die dritte Schwimmerverdrahtung 14 zur elektrischen Verbindung der dritten Schwimmerschicht 3d. Alternativ muss die Vorrichtung die zweite Schwimmerverdrahtung 13 und die dritte Schwimmerverdrahtung 14 nicht enthalten. In diesem Fall sind die zweite Schwimmerschicht 3c und die dritte Schwimmerschicht 3d schwimmend oder potentialfrei.
  • Gemäß 6 ist die Gateverdrahtung 11 elektrisch mit der dotierten Siliziumschicht 9 auf dem Isolationsfilm 8 über die Kontaktöffnung 10e in dem Isolationszwischenfilm 10 verbunden. Weiterhin ist gemäß 7 die erste Schwimmerverdrahtung 12 elektrisch mit der dotierten Polysiliziumschicht 9 auf dem Isolationsfilm 8 über die Kontaktöffnung 10b in dem Isolationszwischenfilm 10 verbunden. Weiterhin ist die erste Schwimmerverdrahtung 12 elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b über die Kontaktöffnung 10a verbunden. Gemäß 8 ist die zweite Schwimmerverdrahtung 13 elektrisch mit der zweiten Schwimmerschicht 3c über die Kontaktöffnung 10b in dem Isolationszwischenfilm 10 verbunden. Weiterhin ist die zweite Schwimmerverdrahtung 13 elektrisch mit der dotierten Polysiliziumschicht 9 auf dem Isolationsfilm 8 über die Kontaktöffnung 10d in dem Isolationszwischenfilm 10 verbunden. Gemäß 9 ist dritte Schwimmerverdrahtung 14 elektrisch mit der dritten Schwimmerschicht 3d über die Kontaktöffnung 10e in den Isolationszwischenfilm 10 verbunden. Gemäß 10 ist die Emitterelektrode 15 elektrisch mit dem Emitterbereich 5 des N+-Typs und der Kanalschicht 3a des P-Typs über die Kontaktöffnung 10f in den Isolationszwischenfilm 10 verbunden.
  • Wenn die Vorrichtung abschaltet, ist das elektrische Potential P1 der ersten Schwimmerschicht 3b gleich dem elektrischen Potential der Gateelektrode 7a, das elektrische Potential der Gateelektrode 7a ist kleiner als das elektrische Potential P2 der zweiten Schwimmerschicht 3c, das elektrische Potential P2 der zweiten Schwimmerschicht 3c ist gleich dem elektrischen Potential der Dummygateelektrode 7b, das elektrische Potential der Dummygateelektrode 7b ist kleiner als das elektrische Potential P3 der dritten Schwimmerschicht 3d und das elektrische Potential P3 der dritten Schwimmerschicht 3d ist gleich dem elektrischen Potential der Dummygateelektrode 7c. Folglich werden die Beziehungen unter den elektrischen Potentialen P1 bis P3 der ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d auf jeder Position entlang der Längsrichtung des Grabens 4 beibehalten. Wenn somit die Vorrichtung schaltet, wird die Arbeitsweise der Vorrichtung homogen durchgeführt. Eine Verringerung der Durchbruchsspannung aufgrund einer Stromkonzentration ist verhindert.
  • >Dritte Ausführungsform<
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform unterscheidet sich die Anordnung der Gateverdrahtung 11, der ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen 12 bis 14 und der Emitterelektrode 15 von derjenigen bei den ersten und zweiten Ausführungsformen.
  • 12 zeigt die Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß dieser Ausführungsform. 12 ist keine Querschnittsdarstellung, jedoch ist in 12 die Ansicht teilweise schraffiert, um sie besser verständlich zu machen. Die ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen liegen auf beiden Seiten der Emitterelektrode 15, so dass sie die Emitterelektrode 15 zwischen sich einschließen. Weiterhin ist die Gateverdrahtung 11 auf beiden Seiten der Emitterelektrode 15 und der ersten bis dritten Schwimmerverdrahtung 12 bis 14 angeordnet, so dass die Gateverdrahtung 11 die Emitterelektrode 15 und die ersten bis dritten Schwimmverdrahtungen 12 bis 14 zwischen sich einschließt. Die Vorrichtung umfasst weiterhin ein Gatekissen 11a zur Verbindung der Gateverdrahtung 11 und eines externen Schaltkreises, ein erstes Schwimmerkissen 12a zur Verbindung der ersten Schwimmerverdrahtung 12 und dem externen Schaltkreis, ein zweites Schwimmerkissen 13a zur Verbindung der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 und des externen Schaltkreises, ein drittes Schwimmerkissen 13a zur Verbindung der dritten Schwimmerverdrahtung 14 und des externen Schaltkreises auf. Das Gatekissen 11a und die ersten bis dritten Schimmerkissen 12a bis 14a liegen an einer Außenseite der Zelle, so dass sie von dem Graben 4 beabstandet sind.
  • Die obige Vorrichtung zeigt die gleichen Effekte wie die ersten und zweiten Ausführungsformen. Weiterhin kann über die Kissen 11a bis 14a ein Durchbruchstest durchgeführt werden. Beispielsweise wird eine bestimmte Spannung zwischen das Gatekissen 11a und das erste Schwimmerkissen 12a angelegt, so dass ein Leckstrom getestet wird. Damit wird bestimmt, ob die erste Schwimmerverdrahtung 12 von der Emitterelektrode 15 isoliert ist. Ähnlich wird eine Spannung zwischen das erste Schwimmerkissen 12a und das zweite Schwimmerkissen 13a angelegt, so dass ein Leckstrom getestet wird. Damit wird bestimmt, ob die erste Schwimmerverdrahtung 12 von der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 isoliert ist. Weiterhin wird eine Spannung zwischen das zweite Schwimmerkissen 13a und das dritte Schwimmerkissen 14a angelegt, so dass ein Leckstrom getestet wird. Damit wird bestimmt, ob die zweite Schwimmerverdrahtung 13 von der dritten Schwimmverdrahtung 14 isoliert ist. Diese Tests dienen zur Bestimmung, ob eine Unbalance zwischen den elektrischen Potentialen der ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d durch einen Defekt der Grabengatestruktur erzeugt wird.
  • >Vierte Ausführungsform<
  • Bei einer Halbleitervorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform unterscheidet sich die Verbindung zwischen der Gateelektrode 7a, der Dummyelektroden 7b und 7c und der ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d von derjenigen der ersten bis dritten Ausführungsformen.
  • 13 zeigt die Halbleitervorrichtung mit einem IGBT gemäß dieser Ausführungsform. 13 ist keine Querschnittsdarstellung, jedoch sind in 13 Teile schraffiert, um die Darstellung zu vereinfachen. Die Emitterelektrode 15 ist in der Mitte des Grabens 14 in Längsrichtung in zwei Teile unterteilt. Die Gateverdrahtung 11 und die ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen 12 bis 14 liegen zwischen zwei Teilen der Emitterelektrode 15. Weiterhin ist die Gateverdrahtung 11 auch an einem Ende des Grabens 4 in Längsrichtung angeordnet.
  • Die Dummygateelektroden 7b und 7c sind aus dotierten Polysilizium und die Gateelektrode 7a ist aus dotiertem Polysilizium. Somit haben die Dummygateelektroden 7b und 7c einen niedrigen Widerstand. Wenn die Chipgröße der Vorrichtung gering ist, zum Beispiel wenn die Chipgröße gleich oder kleiner als 5 mm2 beträgt, ist jede der ersten bis dritten Schwimmerverdrahtungen 12 bis 14 den Dummygateelektroden 7b und 7c und der Gateelektrode 7a an einem oberen Ende des Grabens 4 in Seitenrichtung gesehen verbunden. Wenn die Chipgröße zunimmt, kann eine Unbalance des elektrischen Potentials aufgrund einer Übertragungsverzögerung des elektrischen Potentials erzeugt werden. Bei der obigen Vorrichtung wird eine Unbalance aufgrund einer Übertragungsverzögerung des elektrischen Potentials in den Dummygateelektroden 7b und 7c verhindert. Darüber hinaus zeigt die obige Vorrichtung die gleichen Effekte wie die ersten bis dritten Ausführungsformen.
  • >Abwandlungen<
  • Bei den ersten bis vierten Ausführungsformen ist das Verhältnis zwischen der Anzahl der Kanalschicht 3a und der Anzahl der Schwimmerschichten 3b bis 3d konstant und die Kanalschicht 3a und die Schwimmerschichten 3b bis 3d sind in einer bestimmten Ordnung wiederholt angeordnet. Somit ist ein Ausdünnungsverhältnis, d. h. ein Verhältnis zwischen einer Ausbildungsrate der Kanalschicht 3a und einer Ausbildungsrate der Schwimmerschichten 3b bis 3d konstant. Insbesondere hat die Mehrfachringstruktur Dreifachringe, so dass die Kanalschicht 3a und die ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d gebildet werden. Somit beträgt das Ausbildungsverhältnis 5:1. Alternativ kann das Ausbildungsverhältnis auch einen anderen Bruchteil betragen.
  • 14 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem Ausbildungsverhältnis von 3:1. 15 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem Ausbildungsverhältnis von 4:1 und 16 zeigt eine Halbleitervorrichtung mit einem Ausbildungsverhältnis von 3:1.
  • Wenn das Ausbildungsverhältnis 3:1 beträgt, enthält die Vorrichtung die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen 12 und 13. Die Dummygateelektrode 7b ist in dem ersten inneren Graben 4b ausgebildet und die Dummygateelektrode 7b ist elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b und der ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden.
  • Die zweite Schwimmerschicht 3c ist elektrisch mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden.
  • Gemäß 15 enthält der erste innere Graben 4b weiterhin drei Gräben 4, von denen einer mittig des ersten inneren Grabens 4b angeordnet ist. Weiterhin ist die zweite Schwimmerschicht 3c in zwei Teile unterteilt. Die Vorrichtung enthält erste und zweite Schwimmerverdrahtungen 12 und 13. Die Dummygateelektrode 7b, die in dem ersten inneren Graben 4b gebildet ist, ist elektrisch mit der ersten Schwimmerschicht 3b und der ersten Schwimmerverdrahtung 12 verbunden. Die zweite Schwimmerschicht 3c ist elektrisch mit der zweiten Schwimmerverdrahtung 13 verbunden.
  • In den Vorrichtungen der 14 bis 16 muss die zweite Schwimmerverdrahtung 13 nicht enthalten sein. In diesem Fall hat die zweite Schwimmerschicht 3c ein schwebendes oder schwimmendes Potential. Auch wenn die Vorrichtung ein Ausdünnungsverhältnis größer als 5:1 können Schwimmerschichten anders als die erste Schwimmerschicht 3b ein schwebendes oder schwimmendes Potential haben, solange die erste Schwimmerschicht 3b mit der Dummyelektrode 7b verbunden ist.
  • Die Vorrichtungen gemäß der obigen Ausführungsformen umfassen den Graben 4 mit Ringform und der Graben 4 dient dazu, die ersten bis dritten Schwimmerschichten 3b bis 3d zu isolieren. Alternativ kann die Vorrichtung den Graben 4 mit einer anderen Formgebung enthalten, solange eine Mehrzahl von Schwimmerschichten über den Graben 4 einander benachbart angeordnet ist. Beispielsweise können die mehreren Schwimmerschichten ein Streifenmuster bilden.
  • >Fünfte und sechste Ausführungsformen<
  • Ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate des Grabengatetyps (IGBT des Grabengatetyps) gemäß einer fünften Ausführungsform ist in den 20 und 21 gezeigt. 22 zeigt einen weiteren IGBT des Grabengatetyps gemäß einer sechsten Ausführungsform. 23 zeigt statische Strom-Spannungscharakteristika eines Grabentyp-IGBT, wenn eine Ladung an einer eingebetteten Elektrode angelegt wird und die eingebettete Elektrode in einem Schwimmzustand oder potentialfreien Zustand ist. Die 24A und 24B zeigen statische Strom-Spannungscharakteristika verschiedener IGBTs vom Grabentyp mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen. 25 zeigt eine Abschaltwellenform verschiedener IGBTs vom Grabentyp mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen. Die 26A und 26B zeigen Sperrverzögerungscharakteristiken von FWDs (Freilaufdioden), die parallel zu IGBTs des Grabentyps mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen geschaltet sind, wenn jeder IGBT mit einem kleinen Strom einschaltet. Die 27A und 27B zeigen Sperrverzögerungscharakteristiken von FWDs (Freilaufdioden), die parallel zu IGBTs des Grabentyps mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen geschaltet sind, wenn jeder IGBT mit einem hohen Strom einschaltet. 28 zeigt eine Einschaltwellenform von IGBTs des Grabentyps mit unterschiedlichen Oberflächenstrukturen.
  • Der IGBT vom Grabentyp der 20 und 21 wird nun erläutert. In 21 enthält der IGBT eine eingebettete Elektrode 207b und einen zweiten Kanalbereich 203b, die elektrisch mit einer Schwimmerelektrode 200A in einem Verbindungsabschnitt verbunden sind, der als Verdrahtung gezeigt ist. Die Vorrichtung von 21 unterscheidet sich von der Vorrichtung gemäß 30. Bei der Vorrichtung gemäß 21 ist die eingebettete Elektrode 207b, die über einen Isolationsfilm 206 in einen zweiten Graben 205b gebildet ist, elektrisch mit einem zweiten Kanalsegmentbereich 203b-1 verbunden, der benachbart in dem ersten Graben 205a liegt. Über einen Isolationsfilm 206 ist eine Gateelektrode 207a in den ersten Graben 205a eingebettet. Der zweite Kanalbereich 203b wird vom zweiten Graben 205b in drei zweite Kanalsegmentabschnitte 203b-1 bis 203b-3 unterteilt. Die beiden ersten Gräben 205a zwischen den ersten Kanalbereichen 203a sind am Umfang der Vorrichtung miteinander verbunden. Die zweiten Gräben 205b zwischen den ersten Kanalbereichen 203 sind am Umfang der Vorrichtung miteinander verbunden. Die eingebettete Elektrode 207b und die zweiten Kanalsegmentbereiche 203b-1 sind unabhängig und elektrisch miteinander an jeweiligen Abschnitten verbunden, die zwischen den ersten Kanalbereichen 203a liegen. Bezugszeichen 201 bezeichnet eine Basisschicht 201 des N-Typs, Bezugszeichen 202 eine Kollektorschicht des P-Typs, Bezugszeichen 203a einen ersten Kanalbereich, Bezugszeichen 203b-2 einen anderen zweiten Kanalsegmentbereich 203b-2, Bezugszeichen 204 einen Emitterbereich des N+-Typs, Bezugszeichen 208 einen Isolationszwischenfilm, Bezugszeichen 209 einen Körperbereich vom P-Typ hoher Verunreinigungskonzentration, Bezugszeichen 210 eine Emitterelektrode, Bezugszeichen 211 einen Pufferbereich oder Feldstoppbereich des N-Typs und Bezugszeichen 220 eine Kollektorelektrode. In einem anderen IGBT des Grabentyps gemäß 22 die eingebettete Elektrode 207b lediglich mit dem zweiten Kanalsegmentbereich 203b-1 benachbart dem ersten Graben 205a verbunden.
  • Ein erster Vorteil der IGBTs der 20 bis 22 ist, dass die Gatekapazität, der Kanalstromversorgung gehörig ist, klein wird, da die eingebettete Elektrode 207b elektrisch von der Gateelektrode 207a isoliert ist, zeigen die Vorrichtungen eine hohe Schaltgeschwindigkeit.
  • Ein zweiter Vorteil der IGBTs ist, dass die zwei zweiten Kanalsegmentbereiche 203b-1, welche sowohl den zweiten Graben 205b als auch den ersten Graben 205a kontaktieren, elektrische Potentiale haben, die nicht auf einen bestimmten Potentialwert festgelegt sind, aber gleich zueinander sind. Somit wird die elektrische Feldverteilung in den Vorrichtungen homogen. Weiterhin fließt die in die eingebettete Elektrode 207b injizierte Ladung in die Basisschicht 201 des N-Typs über den zweiten Kanalsegmentbereich 203b-1, so dass eine Durchbruchsspannungsänderung aufgrund einer in der eingebetteten Elektrode 207b gesammelten Ladung verbessert wird. In 23 stellt eine horizontale Achse eine Kollektorspannung für eine Durchbruchsspannung dar und eine vertikale Achse einen Kollektorstrom. Beispielsweise bezeichnet 1.0 E + 04 den Wert 1.0 × 104. 23 entspricht dem IGBT des Grabentyps von 30 und die eingebettete Elektrode 207b ist elektrisch isoliert, so dass sich die eingebettete Elektrode 207b in einen schwimmenden oder potentialfreien Zustand befindet. Somit sammelt sich Ladung problemlos in der eingebetteten Elektrode 207b. 23 ist eine Spannungs/Stromcharakteristikdarstellung einer Aus-Zustandswellenform zwischen Kollektor und Emitter mit unterschiedlich gesammelten Ladungen als Parameter einer Simulation. In dem IGBT von 30 hängt die Durchbruchsspannung wesentlich von der positiven Ladung in der eingebetteten Elektrode 207b ab. In manchen Fällen kann der IGBT als Schaltdurchbruch durchbrechen.
  • Ein dritter Vorteil der IGBTs ist das sowohl die statische Durchbruchsspannung als auch die dynamische Durchbruchspannung verbessert sind. Die 24A und 24B zeigen negative Widerstandscharakteristiken zur Definition der statischen Durchbruchsspannung und 25 zeigt Abschaltcharakteristiken zur Definition der dynamischen Durchbruchsspannung in den IGBTs der 20 bis 22, einem IGBT des Grabentyps zum Vergleich (nicht gezeigt) mit einer eingebetteten Elektrode, die nur in Verbindung mit dem zweiten Kanalsegmentbereich 203b-2 nach firmeninternen Stand der Technik in Verbindung steht und den IGBTs vom Grabentyp der 30 und 34. Hierbei entspricht XXIVA und XXVA der Vorrichtung der 20 bis 21, XXIVB und XXVB entsprechen der Vorrichtung von 22, XXIVC entspricht der Vorrichtung mit nur der eingebetteten Elektrode in Verbindung mit dem zweiten Kanalsegment 203b-2, XXIVD entspricht der Vorrichtung von 30 und XXIVE und XXVC entsprechen der Vorrichtung von 34. In 24B bezeichnet VCEmax eine gemessene maximale Durchbruchsspannung und ΔVCE stellt eine Durchbruchsspannungsverringerung durch negative Widerstandseigenschaften dar. Die gemessene maximale Durchbruchsspannung VCEmax in XXIVE beträgt 1264 Volt, was die größte Spannung ist. Die Vorrichtung der 20 bis 21 hat eine gemessene maximale Durchbruchsspannung VCEmax in XXIVA von 1232 Volt und die Vorrichtung von 22 hat eine gemessene maximale Durchbruchsspannung VCEmax in XXIVB von 1222 Volt, was im Wesentlichen gleich derjenigen der Vorrichtung der 20 bis 21 ist und die mittlere Spannung darstellt. Die gemessene maximale Durchbruchsspannung VCEmax in XXIVC ist 1080 Volt und die gemessene maximale Durchbruchspannung VCEmax in XXIVD beträgt 1091 Volt, was im Wesentlichen gleich der von XXIVC ist und die kleinste Spannung ist. Die Durchbruchsspannungsverringerung ΔVCE durch eine negative Widerstandscharakteristik in XXIVA der Vorrichtung der 20 bis 21 beträgt 200 Volt. Die Durchbruchsspannungsverringerung ΔVCE in XXIVB der Vorrichtung der 22 beträgt 196 Volt. Die Durchbruchsspannungsverringerung der ΔVCE in XXIVE der Vorrichtung von 23 beträgt 225 Volt. Jedoch ist die Durchbruchsspannungsverringerung der ΔVCE in XXIVC gleich oder größer als 570 Volt und die Durchbruchsspannungsverringerung von ΔVCE in XXIVD der Vorrichtung von 30 ist gleich oder größer als 223 Volt, was vergleichsweise hoch ist.
  • 25 zeigt Abschaltcharakteristiken zur Definition der dynamischen Durchbruchsspannung. Die Eigenschaften werden unter der Bedingung gemessen, dass eine Busspannung Vbus 650 Volt beträgt, ein Kollektorstrom Ic 400 Ampere beträgt, eine Induktivität eines Messschaltkreises Ls 120 nH beträgt, ein Gatewiderstand Rg(off) 15 Ohm beträgt und eine Verbindungstemperatur 425K beträgt. XXVA entspricht der Vorrichtung der 20 bis 21, XXVB entspricht der Vorrichtung von 22 und XXVC entspricht der Vorrichtung von 24. Bei der Vorrichtung von 24 ist die eingebettete Elektrode nur mit dem zweiten Kanalsegmentbereich 203b-2 verbunden, der den ersten Graben nicht kontaktiert. XXVC in 25 zeigt, dass die Vorrichtung 24 nicht abschalten kann. Dies deshalb, als die dynamische Durchbruchsspannung auf ungefähr 350 Volt verringert ist. XXVA und XXVB zeigen, dass die Vorrichtungen der 20 bis 22 korrekt abschalten.
  • Ein vierter Vorteil der IGBTs ist, dass sowohl ein Hochgeschwindigkeitsschalten als auch weiches Schalten erhaltbar sind. 26A und 27A zeigen Sperrverzögerungscharakteristiken einer Freilaufdiode, die umgekehrt parallel zu dem IGBT des Grabentyps von 14 geschaltet ist. Die Vorrichtung von 14 mit hoher Durchbruchsspannung hat die eingebettete Elektrode und die Emitterelektrode, die miteinander verbunden sind, so dass sie gleiches elektrisches Potential haben. Die 26B und 27B zeigen Sperrverzögerungscharakteristiken einer Freilaufdiode, die umgekehrt parallel zu dem IGBT vom Grabentyp der 20 bis 21 geschaltet ist. Die 26A und 26B zeigen, dass eine Umkehrdurchbruchsspannung aus einem kleinen Strom von 30 Ampere erhalten wird und die 27A und 27B zeigen, dass eine Umkehrdurchbruchsspannung aus einem hohen Strom von 400 Ampere erhalten wird. In den 26A bis 27B stellt die vertikale Achse einen Anodenstrom auf der rechten Seite der Zeichnung dar und eine Spannung zwischen der Anode und der Kathode auf der linken Seite der Darstellung. In den 26A und 27B bedeckt der Vorwärtsstrom Ic 30 Ampere, eine Stromdichte 60 A/cm2 und ein Gleichspannungsbusspannung 650 Volt vor der Sperrverzögerung. Die IGBT's der 26A bis 27B sind IGBT's vom Feldstoptyp und der Gatewiderstand im Einschaltzustand beträgt 5 Ohm und die schwimmende Induktanz Ls eines Hauptschaltkreises 60 nH.
  • Was die Schaltgeschwindigkeit betrifft, so ist die Abschaltzeit des IGBT in den 20 bis 21 als XXVIB in 26B und als XXVIB in 27B gezeigt, welche ungefähr 500 Nanosekunden beträgt. Eine Abschaltzeit des IGBT von 34 ist in 26A mit XXVIA gezeigt und in 27A mit XXVIIA, und beträgt 500 Nanosekunden. Somit die Abschaltzeit der Vorrichtung der 20 bis 21 annähernd gleich der Vorrichtung von 34. Jedoch ist eine Stromspannung im Fall des Abschaltens der Vorrichtung von 34 als Pfeil in den 26A und 27 gezeigt und eine Sprungspannung beim Abschalten der Vorrichtung der 20 bis 21 ist als Pfeil in den 26B und 27B gezeigt. Die Sprungspannung in 26A ist höher als die Sprungspannung in 26B dann, wenn die geringe Stromerholung („current recovery”) von 30 Ampere vorliegt, so dass die Vorrichtung von 26A eine harte Wellenform hat. Die Sprungspannung in 27A ist größer als die Sprungspannung in 27B, wo eine hohe Stromerholung von 400 Ampere vorliegt, so dass die Vorrichtung in 27A eine harte Wellenform zeigt. Somit wird die Schaltwellenform der Vorrichtung von 20 bis 21 weicher im Vergleich zur Vorrichtung von 34. Wenn hierbei die Hopping-Spannung im Fall des Abschaltens hoch ist, wird ein Stoß, beispielsweise eine Entladung zwischen sich in Betrieb befindlichen Leitungen eines Inverters erzeugt, wenn eine Leistungshalbleitervorrichtung für den Inverter verwendet wird.
  • In den 24A und 24B unterscheidet sich die Durchbruchspannung der Vorrichtung der 20 bis 21 etwas von denjenigen der Vorrichtung von 22. Genauer gesagt, die Durchbruchspannung der Vorrichtung der 20 bis 21 beträgt 1232 Volt, was etwas größer ist als diejenige der Vorrichtung von 22. Was die Einschaltcharakteristika betrifft, zeigt 28 eine Einschaltwellenform bei unterschiedlichen Vorrichtungen. XXVIIIA stellt die Vorrichtung der 20 bis 21 dar, XXVIIIB die Vorrichtung von 22 und XXVIIIC die Vorrichtung von 34. Die Einschaltwellenform in der Vorrichtung der 20 bis 21 ist im Wesentlichen gleich wie bei der Vorrichtung von 22. Somit sind die Einschaltcharakteristika der Vorrichtung der 20 bis 21 im Wesentlichen gleich wie bei der Vorrichtung von 22. Hierbei bezeichnet in 28 eine vertikale Achse einen Kollektorstrom Ic mit einer Skalierung von 20 V/div. Und eine Spannung VCE zwischen Kollektor und Emitter. In der 28 beträgt der Einschaltstrom Ic 30 Ampere und die Geichspannungsbusspannung 350 Volt. Der IGBT ist ein IGBT vom Feldstoptyp. Der Gatewiderstand im Einschaltzustand beträgt 15 Ohm. Die schwimmende Induktanz Ls eines Hauptschaltkreises beträgt 120 nH. Da die Einschaltwellenform der Vorrichtung von 20 bis 21 im Wesentlichen gleich wie bei der Vorrichtung von 22 ist, beeinflusst der zweite Kanalsegmentbereich 203b-2, der in Kontakt mit dem zweiten Graben 205b ist, wo die eingebettete Elektrode 207b über dem Isolationsfilm 206 eingebettet ist, die Schaltcharakteristika nicht.
  • Somit wird bei dem IGBT des Grabengatetyps oder dem IEBT der zweite Graben 205b in dem zweiten Kanalbereich als potentialfreie Schicht 203b des P Typs ausgebildet und die eingebettete Elektrode 207b ist im zweiten Graben 205b über den Isolationsfilm 206 gebildet. Die eingebettete Elektrode 207b ist mit wenigstens dem zweiten Kanalsegmentbereich 203b-1 benachbart dem ersten Graben 205a, wo die Gateelektrode 207b gebildet ist, elektrisch verbunden. Diese Merkmale eine niedrige Einschaltspannung annährend gleich einem IEBT, niedrige Schaltverluste, hohe Durchbruchspannung und weiche Schaltcharakteristika zu erhalten.
  • Die obige Beschreibung zeigt somit im Wesentlichen die folgenden Aspekte:
    Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate geschaffen welche aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat; eine Basisschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht; eine Mehrzahl von Gräben, welche die Basisschicht durchtreten und die Driftschicht erreichen, wobei die Basisschicht in eine Mehrzahl von Basisteilen durch die Mehrzahl von Gräben unterteilt ist und sich jeder Graben entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens; ein Gateelement, über einen Isolationsfilm in jedem Graben angeordnet; eine Emitterelektrode in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich; und eine Kollektorelektrode, angeordnet auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Kollektorelektrode gegenüberliegend der Driftschicht ist. Jedes Basisteil erstreckt sich in die erste Richtung, sodass die Mehrzahl von Basisteilen parallel zueinander sind. Das eine der Basisteile bildet eine Kanalschicht, in welcher der Emitterbereich angeordnet ist und das andere der Basisteile bildet eine Schwimmerschicht, in der sich kein Emitterbereich befindet. Die Kanalschicht und die Schwimmerschicht sind wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten und der Anzahl von Schwimmerschichten konstant ist. Das Gateelement weist eine Gateelektrode und eine Dummy-Gateelektrode auf. Die Gateelektrode ist in dem entsprechenden Graben in Kontakt mit der Kanalschicht angeordnet und die Dummy-Gateelektrode ist in einem anderen Graben in Kontakt mit der Schwimmerschicht angeordnet. Die Schwimmerschicht enthält eine erste Schwimmerschicht benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode und eine zweite Schwimmerschicht entfernt von der Kanalschicht über die Dummy-Gateelektrode. Die Dummy-Gateelek-trode und die erste Schwimmerschicht sind elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung verbunden, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist. Die Dummy-Gateelektrode ist elektrisch von der zweiten Schwimmerschicht isoliert.
  • Da die Dummygateelektrode elektrisch mit der ersten schwimmenden Schicht oder Schwimmerschicht verbunden ist, sind eine Schaltstoßspannung und ein Schaltverlust ausbalanciert. Da weiterhin die Schwimmerschichten mit unterschiedlichen Verdrahtungen oder Verdrahtungsmustern verbunden sind, erfolgt die Arbeitsweise der Vorrichtung homogen und damit wird die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verbessert.
  • Alternativ kann die zweite Schwimmerschicht direkt elektrisch mit einer zweiten Schwimmerverdrahtung verbunden sein, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist, wobei die Dummy-Gateelektrode elektrisch von der zweiten Schwimmerverdrahtung isoliert ist.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate geschaffen welche aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat; eine Basisschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht; eine Mehrzahl von Gräben, welche die Basisschicht durchtreten und die Driftschicht erreichen, wobei die Basisschicht in eine Mehrzahl von Basisteilen durch die Mehrzahl von Gräben unterteilt ist und sich jeder Graben entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens; ein Gateelement, über einen Isolationsfilm in jedem Graben angeordnet; eine Emitterelektrode in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich; und eine Kollektorelektrode, angeordnet auf einer Rückseite des Substrats, wobei die Kollektorelektrode gegenüberliegend der Driftschicht ist. Jedes Basisteil erstreckt sich in die erste Richtung, sodass die Mehrzahl von Basisteilen parallel zueinander sind. Das eine der Basisteile bildet eine Kanalschicht, in welcher der Emitterbereich angeordnet ist und das andere der Basisteile bildet eine Schwimmerschicht, in der sich kein Emitterbereich befindet. Die Kanalschicht und die Schwimmerschicht sind wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten und der Anzahl von Schwimmerschichten konstant ist. Das Gateelement weist eine Gateelektrode und eine Dummy-Gateelektrode auf. Die Gateelektrode ist in dem entsprechenden Graben in Kontakt mit der Kanalschicht angeordnet und die Dummy-Gateelektrode ist in einem anderen Graben in Kontakt mit der Schwimmerschicht angeordnet. Die Schwimmerschicht enthält eine erste Schwimmerschicht benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode. Die Dummy-Gateelktrode enthält eine erste Dummy-Gateelektrode benachbart der ersten Schwimmerschicht über den Isolationsfilm. Die erste Dummy-Gateelektrode und die erste Schwimmerschicht sind elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung verbunden, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist.
  • Bei dieser Vorrichtung sind eine Schaltstoßspannung und ein Schaltverlust ausbalanciert. Weiterhin ist die Arbeitsweise der Vorrichtung homogen und damit wird die Durchbruchsspannung der Vorrichtung verbessert.
  • Alternativ kann die Schwimmerschicht weiterhin eine zweite Schwimmerschicht aufweist, die um die Dummy-Gateelektrode von der Kanalschicht entfernt ist, wobei die Dummy-Gateelektrode weiterhin eine zweite Dummy-Gateelektrode aufweist, die um die zweite Schwimmerschicht von der ersten Schwimmerschicht entfernt ist; und die zweite Dummy-Gateelektrode und die zweite Schwimmerschicht mit einer zweiten Schwimmerverdrahtung elektrisch verbunden sind, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist.
  • Weiterhin kann die Mehrzahl von Drähten eine ebene Ringform derart haben, dass einander benachbarte zwei Gräben ein Paar bilden und einen Ring bilden, so dass die ebene Ringform eine Mehrfachringstruktur schafft.
  • Weiterhin kann die Gateelektrode elektrisch mit einer Gateverdrahtung verbunden sein, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist. Die Gateverdrahtung und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen sind an einem Ende des Gateelements in der ersten Richtung angeordnet und die Gateverdrahtungen sind in die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen parallel zueinander.
  • Weiterhin kann die Emitterelektrode in zwei Emitterteile mittig des Gateelementes in der ersten Richtung unterteilt sein, die Gateelektrode kann elektrisch mit einer Gateverdrahtung verbunden sein, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht angeordnet ist, die Gateverdrahtung und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen können zwischen den beiden Emitterteilen angeordnet sein; und die Gateverdrahtung und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen können parallel zueinander sein. Selbst wenn hierbei die Chipgröße hoch ist, kann eine Unbalance aufgrund einer Übertragungsverzögerung eines elektrischen Potentials in der Dummyelektrode verringert werden. Schaltstoßspannung und Schaltverluste sind somit ausgeglichen. Die Arbeitsweise der Vorrichtung ist homogen und damit ist die Durchbruchspannung der Vorrichtung verbessert.
  • Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate vom Grabengatetyp geschaffen, der aufweist: ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitfähigkeitstyps; einen Kanalbereich eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einer ersten Seite des Substrats, wobei der Kanalbereich einen ersten Kanalbereich und einen zweiten Kanalbereich aufweist; einen Emitterbereich des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einem Oberflächenabschnitt des ersten Kanalbereichs; eine Mehrzahl von Gräben, die den Kanalbereich durchtreten und das Substrat erreichen, wobei die Mehrzahl von Gräben einen ersten Graben und einen zweiten Graben umfassen, wobei der erste Kanalbereich nur den ersten Graben kontaktiert und der zweite Kanalbereich den zweiten Graben kontaktiert; eine Gateelektrode, angeordnet in dem ersten Graben über einen Isolationsfilm; eine eingebettete Elektrode, angeordnet in dem zweiten Graben über den Isolationsfilm, wobei die eingebettete Elektrode elektrisch von der Gateelektrode getrennt ist; und eine Emitterelektrode, welche elektrisch sowohl den Emitterbereich und den ersten Kanalbereich verbindet. Die Emitterelektrode deckt die Gateelektrode, die eingebettete Elektrode und den zweiten Kanalbereich über den Isolationsfilm ab, so dass die Emitterelektrode von der Gateelektrode, der eingebetteten Elektrode und dem zweiten Kanalbereichelektrisch getrennt ist, wobei die eingebettete Elektrode elektrisch mit wenigstens dem zweiten Kanalbereich verbunden ist, zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben eingeschlossen ist.
  • Bei diesem Transistor ist die Einschaltspannung niedrig und liegt annähernd bei derjenigen eines IEGT. Weiterhin hat der Transistor geringe Schaltverluste, eine hohe Durchbruchsspannung und weiche Schalteigenschaften.
  • Die eingebettete Elektrode kann elektrisch nur den zweiten Kanalbereich kontaktieren, der zwischen dem ersten Graben und dem zweiten Graben eingeschlossen ist. Alternativ kann die eingebettete Elektrode einen Teil einer Oberfläche haben, der elektrisch mit einem Teil einer Oberfläche des zweiten Kanalbereichs verbunden ist. Weiterhin kann der Kanalbereich einen oder mehrere erste Kanalbereiche enthalten, wobei die eingebettete Elektrode und der zweite Kanalbereich zwischen zwei benachbarten ersten Kanalbereichen elektrisch miteinander so verbunden sind, dass die eingebettete Elektrode nicht über den ersten Kanalbereich mit dem zweiten Kanalbereich verbunden ist.

Claims (11)

  1. Eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat (1); eine Basisschicht (3) des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht (2); eine Mehrzahl von Gräben (4), welche die Basisschicht (3) durchtreten und die Driftschicht (2) erreichen, wobei die Basisschicht (3) durch die Mehrzahl von Gräben (4) in eine Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) unterteilt ist und sich jeder Graben (4) entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile (3a–3d) und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens (4); ein Gateelement (7a–7c), über einen Isolationsfilm (6) in jedem Graben (4) angeordnet; eine Emitterelektrode (15) in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich (5); und eine Kollektorelektrode (16), angeordnet auf einer Rückseite des Substrats (1), wobei die Kollektorelektrode (16) gegenüberliegend der Driftschicht (2) ist, wobei: jedes Basisteil (3a–3d) sich in die erste Richtung erstreckt, sodass die Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) parallel zueinander ist; das eine der Basisteile (3a–3d) eine Kanalschicht (3a) bildet, in welcher der Emitterbereich (5) angeordnet ist und das andere der Basisteile (3a–3d) eine Schwimmerschicht (3b–3d) bildet, in der sich kein Emitterbereich (5) befindet; die Kanalschicht (3a) und die Schwimmerschicht (3b–3d) wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet sind, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten (3a) und der Anzahl von Schwimmerschichten (3b–3d) konstant ist; das Gateelement (7a–7c) eine Gateelektrode (7a) und eine Dummy-Gateelektrode (7b–7c) aufweist; die Gateelektrode (7a) in dem entsprechenden Graben (4) in Kontakt mit der Kanalschicht (3a) angeordnet ist und die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) in einem anderen Graben (4) in Kontakt mit der Schwimmerschicht (3b–3d) angeordnet ist; die Schwimmerschicht (3b–3d) eine erste Schwimmerschicht (3b) benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode und eine zweite Schwimmerschicht (3c) entfernt von der Kanalschicht (3) über die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) enthält; die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) und die erste Schwimmerschicht (3b) elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung (12) verbunden sind, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist; und die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) elektrisch von der zweiten Schwimmerschicht (3c) isoliert ist.
  2. Die Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Schwimmerschicht (3c) elektrisch mit einer zweiten Schwimmerverdrahtung (13) verbunden ist, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist, wobei die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) elektrisch von der zweiten Schwimmerverdrahtung (13) isoliert ist.
  3. Eine Halbleitervorrichtung mit einem Halbleiterelement mit isoliertem Gate, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Driftschicht (2) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf dem Substrat (1); eine Basisschicht (3) des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf der Driftschicht (2); eine Mehrzahl von Gräben (4), welche die Basisschicht (3) durchtreten und die Driftschicht (2) erreichen, wobei die Basisschicht (3) durch die Mehrzahl von Gräben (4) in eine Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) unterteilt ist und sich jeder Graben (4) entlang einer ersten Richtung erstreckt; einen Emitterbereich (5) des zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet in einem der Basisteile (3a–3d) und in Kontakt mit einer Seitenwand eines entsprechenden Grabens (4); ein Gateelement (7a–7c), über einen Isolationsfilm (6) in jedem Graben (4) angeordnet; eine Emitterelektrode (15) in elektrischer Verbindung mit dem Emitterbereich (5); und eine Kollektorelektrode (16), angeordnet auf einer Rückseite des Substrats (1), wobei die Kollektorelektrode (16) gegenüberliegend der Driftschicht (2) ist, wobei: jedes Basisteil (3a–3d) sich in die erste Richtung erstreckt, sodass die Mehrzahl von Basisteilen (3a–3d) parallel zueinander ist; das eine der Basisteile (3a–3d) eine Kanalschicht (3a) bildet, in welcher der Emitterbereich (5) angeordnet ist und das andere der Basisteile (3a–3d) eine Schwimmerschicht (3b–3d) bildet, in der sich kein Emitterbereich (5) befindet; die Kanalschicht (3a) und die Schwimmerschicht (3b–3d) wiederholt in einer bestimmten Reihenfolge derart angeordnet sind, dass ein Verhältnis zwischen der Anzahl von Kanalschichten (3a) und der Anzahl von Schwimmerschichten (3b–3d) konstant ist; das Gateelement (7a–7c) eine Gateelektrode (7a) und eine Dummy-Gateelektrode (7b–7c) aufweist; die Gateelektrode (7a) in dem entsprechenden Graben (4) in Kontakt mit der Kanalschicht (3a) angeordnet ist und die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) in einem anderen Graben (4) in Kontakt mit der Schwimmerschicht (3b–3d) angeordnet ist; die Schwimmerschicht (3b–3d) eine erste Schwimmerschicht (3b) benachbart der Kanalschicht über die Gateelektrode (7a) enthält; die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) eine erste Dummy-Gateelektrode (7b) benachbart der ersten Schwimmerschicht (3b) über die Gateelektrode (7a) enthält; und die erste Dummy-Gateelektrode (7b) und die erste Schwimmerschicht (3b) elektrisch mit einer ersten Schwimmerverdrahtung (12) verbunden sind, die sich in einer zweiten Richtung senkrecht zur ersten Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist.
  4. Die Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei die Schwimmerschicht (3b–3d) weiterhin eine zweite Schwimmerschicht (3c) aufweist, die um die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) von der Kanalschicht (3a) entfernt ist; die Dummy-Gateelektrode (7b–7c) weiterhin eine zweite Dummy-Gateelektrode (7b–7c) aufweist, die um die zweite Schwimmerschicht (3c) von der ersten Schwimmerschicht (3b) entfernt ist; und die zweite Dummy-Gateelektrode (7b–7c) und die zweite Schwimmerschicht (3c) mit einer zweiten Schwimmerverdrahtung (13) elektrisch verbunden sind, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist.
  5. Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Mehrzahl von Drähten (4) eine ebene Ringform derart haben, dass einander benachbarte zwei Gräben (4) ein Paar bilden und einen Ring bilden, so dass die ebene Ringform eine Mehrfachringstruktur schafft.
  6. Die Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 4, wobei die Gateelektrode (7a) elektrisch mit einer Gateverdrahtung (11) verbunden ist, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist; die Gateverdrahtung (11) und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen (12–13) an einem Ende des Gateelements (7a–7c) in der ersten Richtung angeordnet sind; und die Gateverdrahtung (11) und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen (12–13) parallel zueinander sind.
  7. Die Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Emitterelektrode (15) in zwei Emitterteile (15) mittig des Gateelementes (7a–7c) in der ersten Richtung unterteilt ist; die Gateelektrode (7a) elektrisch mit einer Gateverdrahtung (11) verbunden ist, die sich in die zweite Richtung erstreckt und auf der Basisschicht (3) angeordnet ist; die Gateverdrahtung (11) und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen (12–13) zwischen den beiden Emitterteilen (15) angeordnet sind; und die Gateverdrahtung (11) und die ersten und zweiten Schwimmerverdrahtungen (12–14) parallel zueinander sind.
  8. Ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate vom Grabengatetyp, aufweisend: ein Halbleitersubstrat (201) eines ersten Leitfähigkeitstyps; einen Kanalbereich (203a, 203b) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einer ersten Seite des Substrats (201), wobei der Kanalbereich (203a, 203b) einen ersten Kanalbereich (203a) und einen zweiten Kanalbereich (203b) aufweist; einen Emitterbereich (204) des ersten Leitfähigkeitstyps, angeordnet auf einem Oberflächenabschnitt des ersten Kanalbereichs (203a); eine Mehrzahl von Gräben (205a, 205b), die den Kanalbereich (203a, 203b) durch Drähte um das Substrat (201) erreichen, wobei die Mehrzahl von Gräben (205a, 205b) einen ersten Graben (205a) und einen zweiten Graben 205b) umfassen, wobei der erste Kanalbereich (203a) den ersten Graben (205a) kontaktiert und der zweite Kanalbereich (203b) den zweiten Graben (205b) kontaktiert; eine Gateelektrode (207a), angeordnet in dem ersten Graben (205a) über einen Isolationsfilm (206); eine eingebettete Elektrode (207b), angeordnet in dem zweiten Graben (205b) über den Isolationsfilm (206), wobei die eingebettete Elektrode (207b) elektrisch von der Gateelektrode (207a) getrennt ist; und eine Emitterelektrode (210), welche elektrisch sowohl den Emitterbereich (204) und den ersten Kanalbereich (203a) verbindet, wobei die Emitterelektrode (210) die Gateelektrode (207a), die eingebettete Elektrode (207b) und den zweiten Kanalbereich (203b) über den Isolationsfilm (206) abdeckt, so dass die Emitterelektrode (210) von der Gateelektrode (207a), der eingebetteten Elektrode (207b) und dem zweiten Kanalbereich (203b) elektrisch getrennt ist, wobei: die eingebettete Elektrode (207b) elektrisch mit wenigstens dem zweiten Kanalbereich (203b) verbunden ist, der zwischen dem ersten Graben (205a) und dem zweiten Graben (205b) eingeschlossen ist.
  9. Der IGBT vom Grabengatetyp nach Anspruch 8, wobei die eingebettete Elektrode (207b) elektrisch nur den zweiten Kanalbereich (203b) kontaktiert, der zwischen dem ersten Graben (205a) und dem zweiten Graben (205b) eingeschlossen ist.
  10. Der IGBT vom Grabengatetyp nach Anspruch 8 oder 9, wobei die eingebettete Elektrode (207b) einen Teil einer Oberfläche hat, der elektrisch mit einem Teil einer Oberfläche des zweiten Kanalbereichs (203b) verbunden ist.
  11. Der IGBT vom Grabengatetyp nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei der Kanalbereich (203a, 203b) weiterhin einen oder mehrere erste Kanalbereiche (203a) enthält und wobei die eingebettete Elektrode (207b) und der zweite Kanalbereich (203b) zwischen zwei benachbarten ersten Kanalbereichen (203a) elektrisch miteinander so verbunden sind, dass die eingebettete Elektrode (207b) nicht über den ersten Kanalbereich (203a) mit dem zweiten Kanalbereich (203b) verbunden ist.
DE102009005914.8A 2008-01-28 2009-01-23 Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate Active DE102009005914B4 (de)

Applications Claiming Priority (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008015760 2008-01-28
JP2008-015760 2008-06-20
JP2008-271135 2008-10-21
JP2008271135A JP5359182B2 (ja) 2008-01-28 2008-10-21 半導体装置
JP2008-287036 2008-11-07
JP2008287036A JP5340695B2 (ja) 2008-01-28 2008-11-07 トレンチゲート型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE102009005914A1 DE102009005914A1 (de) 2009-08-13
DE102009005914B4 true DE102009005914B4 (de) 2014-02-13

Family

ID=40847518

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009005914.8A Active DE102009005914B4 (de) 2008-01-28 2009-01-23 Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate

Country Status (2)

Country Link
US (2) US7977704B2 (de)
DE (1) DE102009005914B4 (de)

Families Citing this family (44)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4240140B1 (ja) * 2007-09-10 2009-03-18 トヨタ自動車株式会社 給電装置とその駆動方法
JP5454146B2 (ja) * 2008-02-14 2014-03-26 トヨタ自動車株式会社 逆導通半導体素子の駆動方法と半導体装置及び給電装置
JP4957840B2 (ja) * 2010-02-05 2012-06-20 株式会社デンソー 絶縁ゲート型半導体装置
CN102792448B (zh) * 2010-03-09 2015-09-09 富士电机株式会社 半导体器件
JP5287835B2 (ja) * 2010-04-22 2013-09-11 株式会社デンソー 半導体装置
JP5634318B2 (ja) * 2011-04-19 2014-12-03 三菱電機株式会社 半導体装置
JP5729364B2 (ja) * 2011-12-28 2015-06-03 株式会社デンソー 横型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを備えた半導体装置
JP5973730B2 (ja) 2012-01-05 2016-08-23 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Ｉｅ型トレンチゲートｉｇｂｔ
WO2013136898A1 (ja) * 2012-03-16 2013-09-19 富士電機株式会社 半導体装置
US9299819B2 (en) * 2012-03-28 2016-03-29 Infineon Technologies Americas Corp. Deep gate trench IGBT
ITMI20130030A1 (it) 2013-01-11 2014-07-12 St Microelectronics Srl Dispositivo elettronico comprendente regioni conduttive e regioni dummy
US9496391B2 (en) * 2013-03-15 2016-11-15 Fairchild Semiconductor Corporation Termination region of a semiconductor device
JP6061023B2 (ja) * 2013-04-11 2017-01-18 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
WO2015022989A1 (ja) * 2013-08-15 2015-02-19 富士電機株式会社 半導体装置
US10192977B2 (en) * 2014-04-21 2019-01-29 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device
US9362394B2 (en) * 2014-06-18 2016-06-07 Freescale Semiconductor, Inc. Power device termination structures and methods
JP6459791B2 (ja) * 2014-07-14 2019-01-30 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
JP2016025124A (ja) * 2014-07-16 2016-02-08 株式会社デンソー 半導体装置およびその製造方法
JP6304445B2 (ja) * 2015-03-16 2018-04-04 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
KR101745776B1 (ko) 2015-05-12 2017-06-28 매그나칩 반도체 유한회사 전력용 반도체 소자
JP6477885B2 (ja) 2015-07-16 2019-03-06 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN106449741B (zh) * 2015-08-06 2019-04-05 常州中明半导体技术有限公司 一种绝缘栅双极型晶体管器件结构
CN107949916B (zh) * 2015-08-26 2021-07-16 三菱电机株式会社 半导体元件
JP6566835B2 (ja) 2015-10-22 2019-08-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6676947B2 (ja) * 2015-12-14 2020-04-08 富士電機株式会社 半導体装置
JP6565814B2 (ja) 2016-07-21 2019-08-28 株式会社デンソー 半導体装置
JP6565815B2 (ja) 2016-07-21 2019-08-28 株式会社デンソー 半導体装置
US9972681B2 (en) * 2016-08-30 2018-05-15 Power Integrations, Inc. High voltage vertical semiconductor device with multiple pillars in a racetrack arrangement
DE102016117264B4 (de) * 2016-09-14 2020-10-08 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleiterbauelement mit Steuerbarkeit von dU/dt
JP6729452B2 (ja) * 2017-03-06 2020-07-22 株式会社デンソー 半導体装置
US10361276B1 (en) * 2018-03-17 2019-07-23 Littelfuse, Inc. Embedded field plate field effect transistor
DE102018107568B4 (de) * 2018-03-29 2021-01-07 Infineon Technologies Ag Leistungshalbleitertransistor, sowie Verfahren zur Verarbeitung eines Leistungshalbleitertransistors
CN111129129A (zh) * 2018-10-30 2020-05-08 株洲中车时代电气股份有限公司 陪栅浮空型沟槽栅igbt芯片
JP7351086B2 (ja) * 2019-03-05 2023-09-27 富士電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置及びその製造方法
JP7199270B2 (ja) * 2019-03-20 2023-01-05 株式会社東芝 半導体装置及び半導体回路
CN109920841B (zh) * 2019-03-26 2020-12-18 电子科技大学 一种槽栅双极型晶体管
WO2021019882A1 (ja) 2019-07-31 2021-02-04 富士電機株式会社 半導体装置
JP7390868B2 (ja) 2019-11-18 2023-12-04 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置
JP7330092B2 (ja) 2019-12-25 2023-08-21 三菱電機株式会社 半導体装置
JP7459703B2 (ja) * 2020-07-15 2024-04-02 富士電機株式会社 半導体装置
CN114093930B (zh) * 2021-11-18 2023-09-19 江苏芯长征微电子集团股份有限公司 能抑制开关震荡的功率半导体器件及其制备方法
EP4394889A1 (de) * 2022-12-30 2024-07-03 Hitachi Energy Ltd Halbleiterbauelement und verfahren zur herstellung eines halbleiterbauelements
CN116435352B (zh) * 2023-05-19 2023-11-24 北京贝茵凯微电子有限公司 一种功率器件原胞结构、功率器件及其制备方法
CN117497574B (zh) * 2023-08-31 2024-05-14 海信家电集团股份有限公司 半导体装置

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6399998B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-04 Rockwell Technologies, Llc High voltage insulated-gate bipolar switch

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1209751A3 (de) 1991-08-08 2002-07-31 Kabushiki Kaisha Toshiba Selbsabschaltende Leistungshalbleiteranordnung mit isoliertem Gate mit Transistoranordnung mit verbesserter Injektion
US5448083A (en) * 1991-08-08 1995-09-05 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulated-gate semiconductor device
JP3850054B2 (ja) * 1995-07-19 2006-11-29 三菱電機株式会社 半導体装置
US6693310B1 (en) * 1995-07-19 2004-02-17 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3961946B2 (ja) 1997-03-14 2007-08-22 株式会社東芝 半導体装置
JP3545590B2 (ja) * 1997-03-14 2004-07-21 株式会社東芝 半導体装置
JP3924975B2 (ja) * 1999-02-05 2007-06-06 富士電機デバイステクノロジー株式会社 トレンチ型絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP4581179B2 (ja) 2000-04-26 2010-11-17 富士電機システムズ株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP2006049455A (ja) 2004-08-03 2006-02-16 Fuji Electric Device Technology Co Ltd トレンチ型絶縁ゲート半導体装置

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6399998B1 (en) * 2000-09-29 2002-06-04 Rockwell Technologies, Llc High voltage insulated-gate bipolar switch

Also Published As

Publication number Publication date
US8097901B2 (en) 2012-01-17
US20110220962A1 (en) 2011-09-15
US7977704B2 (en) 2011-07-12
DE102009005914A1 (de) 2009-08-13
US20090189181A1 (en) 2009-07-30

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE102009005914B4 (de) Halbleitervorrichtung mit Halbleiterelement mit isoliertem Gate und bipolarer Transistor mit isoliertem Gate
DE102013205153B4 (de) Halbleiteranordnung mit einem leistungstransistor und einem hochspannungsbauelement, die in einem gemeinsamen halbleiterkörper integriert sind
DE102008000660B4 (de) Siliziumkarbid-Halbleitervorrichtung
DE102009042391B4 (de) Halbleitervorrichtung
DE102013100683B4 (de) Integrierte Schaltung mit Feldeffekttransistorstrukturen mit Gate- und Feldelektroden und Verfahren zum Herstellen einer solchen integrierten Schaltung
DE60319899T2 (de) Doppeldiffundierter MOSFET
DE112019000544B4 (de) Halbleitervorrichtung und leistungswandlungsvorrichtung
DE102012204420A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE112014000679T5 (de) Isolierschichtsiliciumcarbidhalbleiterbauteil und Verfahren zu dessen Herstellung
DE102011079747A1 (de) Halbleitervorrichtung mit Schaltelement und Freilaufdiode, sowie Steuerverfahren hierfür
DE102008052422A1 (de) Halbleitervorrichtung mit reduzierter Kapazität
DE102015118524B4 (de) Halbleiterbauelement mit isoliertem Gate mit sanftem Schaltverhalten und Verfahren zu dessen Herstellung
DE112006003451T5 (de) Grabenfeldplattenabschluss für Leistungsvorrichtungen
DE10038177A1 (de) Mittels Feldeffekt steuerbares Halbleiterschaltelement mit zwei Steuerelektroden
DE112009005299T5 (de) Halbleitervorrichtung
DE102012216909A1 (de) Halbleitereinrichtung mit lateralem Element
DE102017210255A1 (de) Leistungshalbleiterbauelement
DE10127391B4 (de) Halbleiter-Vorrichtung
DE102013211717A1 (de) Rückwärts leitender IGBT
DE102019125007A1 (de) RC-IGBT mit einem IGBT-Bereich und einem Diodenbereich
DE102013212561A1 (de) Halbleitervorrichtung und Leistungsumsetzungsvorrichtung, die sie verwendet
DE102013207698A1 (de) Halbleitervorrichtung
DE102014113746A1 (de) Transistorbauelement mit einer feldelektrode
DE102004041198A1 (de) Entladestruktur und Eckstruktur für ein laterales Halbleiterbauelement mit einer Feldelektrode
DE102021108386A1 (de) Isolationsstruktur für igbt-vorrichtungen mit einer integrierten diode

Legal Events

Date Code Title Description
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
8127 New person/name/address of the applicant

Owner name: FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP

Owner name: DENSO CORPORATION, KARIYA-SHI, AICHI-KEN, JP

R081 Change of applicant/patentee

Owner name: FUJI ELECTRIC CO., LTD., KAWASAKI-SHI, JP

Free format text: FORMER OWNERS: DENSO CORPORATION, KARIYA-CITY, AICHI-PREF., JP; FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP

Effective date: 20110718

Owner name: DENSO CORPORATION, KARIYA-CITY, JP

Free format text: FORMER OWNERS: DENSO CORPORATION, KARIYA-CITY, AICHI-PREF., JP; FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., TOKYO/TOKIO, JP

Effective date: 20110718

Owner name: FUJI ELECTRIC CO., LTD., KAWASAKI-SHI, JP

Free format text: FORMER OWNER: DENSO CORPORATION, FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., , JP

Effective date: 20110718

Owner name: DENSO CORPORATION, KARIYA-CITY, JP

Free format text: FORMER OWNER: DENSO CORPORATION, FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., , JP

Effective date: 20110718

Owner name: FUJI ELECTRIC CO., LTD., JP

Free format text: FORMER OWNER: DENSO CORPORATION, FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., , JP

Effective date: 20110718

Owner name: DENSO CORPORATION, JP

Free format text: FORMER OWNER: DENSO CORPORATION, FUJI ELECTRIC SYSTEMS CO., LTD., , JP

Effective date: 20110718

R082 Change of representative

Representative=s name: WINTER, BRANDL, FUERNISS, HUEBNER, ROESS, KAIS, DE

Effective date: 20110718

R016 Response to examination communication
R018 Grant decision by examination section/examining division
R020 Patent grant now final
R020 Patent grant now final

Effective date: 20141114