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Dokumentenidentifikation DE69633167T2 18.08.2005
EP-Veröffentlichungsnummer 0000778620
Titel Vertikales MOS-Halbleiterbauelement
Anmelder Kabushiki Kaisha Toshiba, Kawasaki, Kanagawa, JP
Erfinder Tsunoda, Tetsujiro, 1-1 Shibaura 1-chome, Tokyo 105, JP;
Ito, Takahiro, 1-1 Shibaura 1-chome, Tokyo 105, JP;
Takashita, Masakatsu, 1-1 Shibaura 1-chome, Tokyo 105, JP
Vertreter HOFFMANN & EITLE, 81925 München
DE-Aktenzeichen 69633167
Vertragsstaaten DE, FR, GB
Sprache des Dokument EN
EP-Anmeldetag 06.12.1996
EP-Aktenzeichen 961196193
EP-Offenlegungsdatum 11.06.1997
EP date of grant 18.08.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 18.08.2005
IPC-Hauptklasse H01L 27/02

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vertikal-MOS-Halbleitereinrichtung und insbesondere einen IGBT (Bipolartransistor mit isolierten Gate bzw. Insulated Gate Bipolar Transistor) mit einer Stromfühlfunktion, welcher sich aus einer Vielzahl von Hauptstromzellen und mindestens einer Stromerfassungszelle zusammensetzt.

In einem IGBT gemäß dem Stand der Technik mit Stromfühlfunktion ist ein externer Widerstand zwischen einer Hauptelektrode und einer Stromerfassungselektrode verbunden. Der IGBT fühlt allgemein einen Strom durch Erfassen einer Potentialdifferenz zwischen den Elektroden.

1 zeigt den Aufbau eines IGBT gemäß dem Stand der Technik mit einer Stromerfassungsfunktion. Wie in 1 dargestellt, sind eine Vielzahl von Gate-Oxyd-Schichten 102 an einer Hauptoberfläche der N-dotierten Halbleiterschicht 101 ausgebildet und eine Vielzahl von Gate-Elektroden 103 sind an ihren jeweiligen Gate-Oxyd-Schichten 102 angeordnet. Jede der P-dotierten Basiszonen 104 ist zwischen zwei Gate-Elektroden 103 in der Oberfläche der N-dotierten Halbleiterschicht 101 ausgebildet. Emitterzonen 105 sind in dem Oberflächenabschnitt jeder der N-dotierten Basiszonen 104 vorgesehen. Eine P-dotierte Halbleiterschicht 106, die als Kollektorzone dient, ist an der anderen Hauptoberfläche der N-dotierten Halbleiterschicht 101 ausgebildet. Eine Zwischenschichtisolationsschicht 107 ist vorgesehen, um die Gate-Elektroden 103 abzudecken und eine Hauptelektrode 108 und eine Stromerfassungselektrode 109 sind an der Zwischenschichtisolationsschicht 107 und der einen Hauptoberfläche des N-dotierten Halbleitersubstrats 101 ausgebildet, hierdurch eine Hauptstromzellenzone 110 und eine Stromerfassungszellenzone 111 vervollständigend, die benachbart zueinander angeordnet sind.

In dem oben beschriebenen IGBT ist die Weite der Gate-Elektrode 103 in jeder Zelle konstant, wie das Intervall zwischen den Gate-Elektroden 103. Wenn eine positive Vorspannung an die Gate-Elektrode 103 in einem Normalstromerfassungszustand angelegt wird, wird der Kanal eines MOS-Gates (P-dotierte Basiszone 104 unter der Gate-Elektrode 103) umgekehrt zu einer vom N-Typ und demnach sind die benachbarte Hauptstromzellenzone und Stromerfassungszellenzone miteinander über die N-Drift-Zone verbunden. Demnach wird ein Teil des Stroms in der Stromerfassungszellenzone 111, der durch den externen (nichtdargestellten) Widerstand fließen soll, veranlasst, in die Hauptstromzellenzone 110 durch einen internen parasitären Widerstand (Widerstandskomponente RN der N-dotierten Halbleiterschicht 101) zu fließen.

Da der obige parasitäre Widerstand ein aus Silizium gebildeter Bahnwiderstand ist, hat er seine eigenen Temperaturcharakteristika und nimmt bezüglich seines Widerstandswertes bei steigender Temperatur zu, hierdurch ein Problem verursachend, wobei der durch den externen Widerstand fließende Strom mit Ansteigen der Temperatur zunimmt und die erfasste Spannung (Potentialdifferenz zwischen externen Widerständen) anhebt. In 1 zeigt Rch eine Widerstandskomponente des Kanals an.

Um das obige Problem zu lösen, ist ein IGBT erfunden worden mit einem Aufbau, der imstande ist, den Einfluss der Temperaturcharakteristik auf den parasitären Widerstandswert zu verringern.

2 zeigt einen IGBT, der derart aufgebaut ist, dass der Wert eines parasitären Widerstandes größer ist als der eines externen Widerstandes, um den Einfluss der Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstandes zu verringern. In dem IGBT ist ein Abstand a zwischen benachbarten P-Basiszonen 104 der Hauptstromzelle 110 und Stromerfassungszelle 111 größer als ein Abstand b zwischen anderen benachbarten P-Basiszonen 104. Spezieller wird die Breite einer Gate-Elektrode 103 zwischen den Zellen 110 und 111 größer festgelegt als die einer anderen Gate-Elektrode 103 (ein Abstand zwischen benachbarten Gate-Elektroden 103 wird festgelegt), und die Weite einer die benachbarten Zellen 110 und 111 verbindenden N-Driftzone wird erhöht. Demnach wird der Wert eines parasitären Widerstandes (Widerstandskomponente RN der N-Halbleiterschicht 101) erhöht zum Verbessern der Temperaturcharakteristik. Jedoch wird die Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstandes geringfügig verbessert. Da darüber hinaus die Krümmung einer Sperrschicht 101' stark ist in einem Bereich der Schicht 101', wo der Abstand a zwischen der P-Basiszone 104 vergrößert wird, wird eine Durchbruchsspannung verringert. (Siehe beispielsweise B. J. Baliga, "Modern Power Devices" bzw. moderne Leistungseinrichtungen, Seiten 272 bis 274).

EP-A-669658 offenbart den Einfluss einer Kurzschlussschutzschaltung auf die Erfassungsfunktion eines IGBT, insbesondere während der Einschaltdauer TON des Änderns des Leitend-Zustandes. Als eine Lösung wird vorgeschlagen, unterschiedliche erste und zweite Feldeffekt-Halbleiterelemente derart vorzusehen, dass ein Ansteigen des Hauptstroms des zweiten Feldeffekt-Halbleiterelementes verzögert wird in Bezug auf ein Ansteigen des Hauptstroms des ersten Feldeffekt-Halbleiterelementes, wenn die Einrichtung eingeschaltet wird. 16 dieses Dokumentes zeigt einen IGBT mit einer Hauptzelle und einer Erfassungszelle. Die P-Basisschichten in den jeweiligen Zellen sind dahingehend unterschiedlich, dass die Diffusionstiefe der verwendeten P-Verunreinigung unterschiedlich ist. Hierdurch wird die Kanallänge in der Erfassungszelle länger festgelegt als die Länge des Kanals in der Hauptzelle.

Das Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine verbesserte Vertikal-MOS-Halbleitereinrichtung bereitzustellen, die ein Herabsetzen einer Durchbruchsspannung verhindert und verhindert, dass eine erfasste Spannung bedingt durch durch einen Temperaturanstieg erhöhte interne parasitäre Widerstände ansteigt, wodurch die Stromerfassungspräzision verbessert wird.

Dieses Ziel wird durch eine Halbleitereinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder Anspruchs 2 erreicht. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Die Halbleitereinrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist derart aufgebaut, dass die Einschaltspannung in der Hauptstromzelle erhöht wird auf eine höhere Rate als die in der Stromerfassungszelle. Selbst wenn die Temperatur der Einrichtung angehoben wird, kann der von der Stromerfassungszelle erhaltene Strom festgelegt werden.

Die Erfindung kann aus der folgenden detaillierten Beschreibung vollständiger verstanden werden, wenn betrachtet mit den beiliegenden Zeichnungen, in welchen zeigt:

1 eine Schnittansicht des Aufbaus eines IGBT gemäß dem Stand der Technik mit einer Stromerfassungsfunktion zum Erläutern der Probleme des IGBT;

2 eine Schnittansicht des Aufbaus eines anderen IGBT gemäß dem Stand der Technik mit einer Stromerfassungsfunktion;

3A und 3B Erläuterungen eines IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

4 eine Graphik des Zusammenhangs zwischen Stromdichte und Einschaltspannung in der Hauptstromzelle;

5 eine Graphik des Zusammenhangs zwischen Stromdichte und Einschaltspannung in der Stromerfassungszelle;

6 eine Graphik des Zusammenhangs zwischen erfasster Spannung und Temperatur sowohl in dem IGBT der ersten Ausführungsform, als auch dem IGBT des Standes der Technik;

7 eine Erläuterung eines IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört;

8 eine Darstellung eines IGBT mit einer nicht zu der vorliegenden Erfindung gehörenden Erfassungsfunktion;

9 eine Darstellung eines IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und

10 eine Darstellung eines IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden nun unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben.

3A und 3B zeigen eine IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor oder Isolations-Gate-Bipolartransistor) mit einer Stromerfassungsfunktion gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 3A ist eine Schnittansicht des Hauptteils des IGBT, während 3B eine Draufsicht des Anordnungsmusters der Basiszonen des IGBT von 3A ist.

In dem IGBT sind eine Vielzahl von Gate-Elektroden 13 an einer Hauptoberfläche der N-Halbleiterschicht 11 mit ihren jeweiligen Gate-Oxyd-Schichten 12 dazwischen angeordnet. P-Basiszonen 14A und 14B sind jeweils an der Oberfläche der N-Halbleiterschicht 11 und zwischen benachbarten Gate-Elektroden 13 durch Doppeldiffusion unter Verwendung der Gate-Elektroden 13 vorgesehen, wie maskiert. Eine Emitterzone 15 wird selektiv in dem Oberflächenbereich jeder der P-Basiszonen 14a und 14b bereitgestellt. Eine P-Halbleiterschicht 16, die als Steuerzone dient, ist an der äußeren Hauptoberfläche der N-Halbleiterschicht 11 vorgesehen. Eine Zwischenlagenisolationsschicht 17 ist derart ausgebildet, dass sie jede der Gate-Elektroden 13 abdeckt und eine Hauptelektrode 18, die sowohl mit den P-Basisstationen 14a und der Emitterzone 15, als auch eine Stromerfassungselektrode 19, die sowohl an der P-Basiszone 14b als auch der Emitterzone 15 angeordnet sind, sind an der Hauptoberfläche der N-Halbleiterschicht 11 mit der dazwischen angeordneten Zwischenschichtisolierschicht 17 bereitgestellt. Der IGBT wird demnach aus einer Hauptstromzellenzone 21 und einer Stromerfassungszellenzone 22, die zueinander benachbart sind, gebildet.

Gemäß dem IGBT der ersten Ausführungsform haben die Gate-Elektrode (erste Gate-Elektrode) 13 einer Zelle in der Hauptstromzellenzone 21 und die (zweite Gate-Elektrode) 13 einer Zelle in der Stromerfassungszellenzone 22 dieselbe Weite. Andererseits unterscheidet sich der Abstand zwischen den Gate-Elektroden 13 der Zelle in der Hauptstromzellenzone 21 und der in der Stromerfassungszellenzone 22 voneinander. Mit anderen Worten, der letztere Abstand ist größer als der erstere.

Es ist natürlich, dass die Weiten der jeweiligen P-Basiszonen 14a und 14b, die unter Verwendung der Gate-Elektroden 13 als Masken ausgebildet werden, mit der Öffnungsweite jeder der Masken variieren, das heißt, dem Abstand zwischen den Gate-Elektroden 13. Die P-Basiszone 14b der Zelle in der Stromerfassungszellenzone 22 ist breiter als die P-Basiszone 14a der Zelle in der Hauptstromzellenzone 21.

In dem vorangehenden, derart aufgebauten IGBT beeinflusst, da ein parasitärer Widerstand (Widerstandskomponente der N-Halbleiterschicht 11) Rn in einer N-Driftzone zwischen einer Hauptstromzelle und einer Stromerfassungszelle, die zueinander benachbart sind, die Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstandes Rn geringfügig die Stromerfassung, aber der Einfluss kann weitgehend eliminiert werden. Mit anderen Worten, die Temperaturcharakteristik von EIN-Spannung (Potentialdifferenz in Vertikalrichtung der Hauptstromzelle) in der Hauptstromzellenzone 21 und die der EIN-Spannung (Potentialdifferenz in der Vertikalrichtung der Stromerfassungszelle) in der Stromerfassungszellenzone können durch Variieren der Weite der P-Basiszone 14a zur P-Basiszone 14b veranlasst werden, sich voneinander zu unterscheiden. Wenn die Temperatur des IGBT zunimmt, können demnach die Widerstandskomponenten des durch die Stromerfassungszelle fließenden Stroms größer gemacht werden als jene in der Hauptstromzelle, hierdurch das durch die Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstands Rn bedingte Ansteigen des Stroms in der Stromerfassungszelle verhindernd. Folglich kann, obwohl die Temperatur des IGBT zunimmt, der feste Strombetrag, der von der Stromerfassungszelle erhalten wird, beibehalten werden und die Präzision der Stromerfassung kann zwischen externen Widerständen 31 verbessert werden.

Zudem ist in dem IGBT der ersten Ausführungsform der Abstand (L) zwischen den P-Basiszonen 14a und 14b für jede Zelle festgelegt (siehe 3B). Daher ist die Krümmung der Sperrschicht nicht scharf oder die Durchbruchsspannung wird nicht abgesenkt.

4 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromdichte und der EIN-Spannung in der Hauptstromzelle. Aus 4 ist ersichtlich, dass, wenn die Hauptstromzelle den obigen Aufbau hat, ihre EIN-Spannung mit einer geringen Rate zunimmt, selbst bei einer Normaltemperatur (z. B. Ta = 25°C) und einer hohen Temperatur (z. B. Ta = 125°C), und die Einschaltspannung nicht zu sehr verschlechtert wird.

5 zeigt den Zusammenhang zwischen der Stromdichte und der Einschaltspannung in der Stromerfassungszelle. Es ist aus 5 ersichtlich, dass, wenn die Stromerfassungszelle den obigen Aufbau hat, ihre EIN-Spannung bei einer höheren Rate zunimmt als die EIN-Spannung der Hauptstromzelle bei der hohen Temperatur. Es wird demnach verstanden, dass der Widerstand des durch die Stromerfassungszelle fließenden Stroms leicht anzuheben ist.

Die Kanalweite eines MOS-Gates pro Einheitsbereich (eine Überlappung der P-Basiszone mit der Gate-Elektrode) in der Hauptstromzelle ist größer als die in der Stromerfassungszelle und demgemäss nimmt der Basisstrom zu, der dem PNP-Transistor zuzuführen ist, mit dem Ergebnis, dass die EIN-Spannung nicht mit einer höheren Rate ansteigt, selbst während die Temperatur hoch ist, und entsprechend auch die Stromdichte.

Wie oben beschrieben, kann gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung der Einfluss der Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstands Rn zwischen der Hauptstromzelle und der Stromerfassungszelle auf die Stromerfassung hin durch das Variieren der Struktur der ersteren Zelle zur letzteren Zelle eliminiert werden. Genauer, wird die Temperatur des IGBT, bei welchem die EIN-Spannung der Stromerfassungszelle Null ist, höher eingestellt als die, bei welchem die EIN-Spannung der Hauptstromzelle Null ist. Wenn die Temperatur des IGBT ansteigt und die Stromdichte zunimmt, ist demnach die Erhöhungsrate der EIN-Spannung in der Stromerfassungszelle höher als die in der Hauptstromzelle. Da die Verringerungsrate des Stroms in der Stromerfassungszelle höher ist, wenn die Temperatur des IGBT zunimmt, kann die Zunahme des Stroms in der Stromerfassungszelle, welche durch die Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstandes Rn verursacht wird, verhindert werden.

6 zeigt den Zusammenhang zwischen der erfassten Spannung und der Temperatur, sowohl in dem IGBT der ersten Ausführungsform als auch dem IGBT des Standes der Technik. Wie oben beschrieben, kann in der ersten Ausführungsform ein Einfluss der Temperaturcharakteristik des parasitären Widerstandes Rn zwischen der Hauptstromzelle und der Stromerfassungszelle auf die Stromerfassung hin eliminiert werden. Zudem wird der Abstand (L) zwischen den P-Basiszonen für jede der Zellen festgelegt. Selbst wenn die Temperatur des IGBT ansteigt, kann demnach die erfasste Spannung davon abgehalten werden, bedingt durch eine Zunahme des Wertes des internen parasitären Widerstandes Rn erhöht zu werden und die Präzision der Stromerfassung kann verbessert werden ohne eine Verringerung der Durchbruchsspannung.

In der oben beschriebenen ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unterscheiden sich die Hauptstromzellenzone und die Stromerfassungszellenzone 22 voneinander in einem Abstand zwischen den Gate-Elektroden 13, die P-Basiszonen 14a und 14b werden durch Doppeldiffusion unter Verwendung der Gate-Elektroden 13 als Masken ausgebildet und die P-Basiszone 14b in der Stromerfassungszellenzone 22 ist weiter als die P-Basiszone 14a in der Hauptstromzellenzone 21. Zudem ist die vorliegende Erfindung nicht beschränkt auf den Aufbau der ersten Ausführungsform. Obwohl die Kanallänge der Zelle in der Stromerfassungszellenzone 22 größer eingestellt wird als die in der Hauptstromzellenzone 21, kann beispielsweise derselbe Vorteil erwartet werden.

7 zeigt einen IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion, die nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört. In diesem IGBT sind die Weiten der Gate-Elektroden 13 der Zellen in sowohl der Hauptstromzellenzone 21, als auch einer Stromerfassungszellenzone 22 dieselben, wie in dem Intervall zwischen benachbarten Gate-Elektroden 13 in beiden Zonen, wohingegen die Zellen in der Kanallänge von Zone 21 zu Zone 22 variieren. (Die Tiefen der P-Basiszonen 14a und 14b sind dieselben). Insbesondere ist die Kanallänge y der Zelle der Stromerfassungszellenzone 22 größer als die Kanallänge x der Zelle der Hauptstromzellenzone 21.

Um die Spitzendichten der Störstellen an den Kanaloberflächen der Zellen, sowohl in den Zonen 21 als auch 22 weitgehend gleich zueinander zu machen, werden z. B. die Störstellen im voraus in den Abschnitt der N-Halbleiterschicht 11 implantiert, wo ein langer Kanal ausgebildet wird bevor die Gate-Elektrode 13 ausgebildet wird und dann gleichzeitig diffundiert durch Doppeldiffusion unter Verwendung der Gate-Elektrode 13 als Maske, wenn die P-Basiszonen 14a und 14b ausgebildet werden.

Gemäß dem IGBT mit dem oben beschriebenen Aufbau wird, da der einem PNP-Transistor in der Hauptstromzelle zugeführte Basisstrom größer ist als der in der Stromerfassungszelle, der PNP-Transistor in der Hauptstromzellenzone 21 dominant mit dem Ergebnis, dass ein Ansteigen der EIN-Spannung verhindert wird, während die Temperatur des IGBT und die Stromdichte hoch sind. In diesem Aufbau wird jedoch der Wert des parasitären Widerstands Rn kleiner, wenn die Kanallänge y zunimmt, so dass eine Gefahr eines geringfügigen Einflusses auf die Stromerfassung besteht, jedoch kann die Präzision der Stromerfassung im wesentlichen auf dieselbe Weise verbessert werden wie in der ersten Ausführungsform.

8 zeigt einen IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion, der nicht zu der vorliegenden Erfindung gehört. Dieser IGBT ist derart aufgebaut, dass die P-Basiszonen 14a und 14b der Hauptstromzellenzone 21 und Stromerfassungszellenzone 22 sich voneinander in der Tiefe, sowie in der Kanallänge unterscheiden. Insbesondere ist die P-Basiszone 14b derart ausgedehnt, dass die Kanallänge y der Zelle davon größer ist als die Kanallänge x der Zelle der P-Basiszone 14a.

Zum leichten Erzielen derselben Spitzendichte von Störstellen an den Kanaloberflächen der Zellen in den beiden Zonen 21 und 22, werden beispielsweise die P-Basiszonen 14a und 14b getrennt ausgebildet unter Verwendung der Gate-Elektroden 13 als Masken durch Variieren des Störstellenbetrags.

Weitgehend dieselben Vorteile wie die des vorangehenden IGBT können selbst bei dem obigen Aufbau erwartet werden. Obwohl eine Gefahr einer geringfügigen Beeinflussung der Abnahme des parasitären Widerstandes Rn besteht, kann der IGBT der 8 in der Präzision der Stromerfassung verbessert werden.

9 zeigt einen IGBT mit Stromerfassungsfunktion gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem IGBT der zweiten Ausführungsform ist die Weite einer Gate-Elektrode 13, die zwischen einer Hauptstromzellenzone 21 und einer Stromerfassungszellenzone 22 ausgebildet ist, größer als die einer anderen Gate-Elektrode 13 während die Abstande zwischen benachbarten Gate-Elektroden 13 in den Zellenzonen 21 und 22 dieselben sind. Eine P-Basiszone 14b erstreckt sich zu diesem Abschnitt einer benachbarten Zelle der Zonen 21 und 22 verbindenden Driftzone, welche direkt unter der Gate-Elektrode 13 ausgebildet ist und durch Ausdehnen der Gate-Elektrode 13 ausgedehnt. Mit anderen Worten, die Kanallänge y der Zelle der Stromerfassungszellenzone 22 wird länger eingestellt als die Kanallänge x der Zelle der Hauptstromzellenzone 21, hierdurch den Abstand zwischen den P-Basiszonen 14a und 14b fixierend.

Beispielsweise, wie in dem Fall der vorangegangenen IGBT der 7, werden die Störstellen im voraus in dem Abschnitt einer N-Halbleiterschicht implantiert, wo ein langer Kanal vorzusehen ist, bevor die Gate-Elektrode 13 ausgebildet wird, und dann durch Doppeldiffusionen unter Verwendung der Gate-Elektrode 13 als Maske gleichzeitig diffundiert, wenn die P-Basiszonen 14a und 14b ausgebildet werden. Es ist demnach möglich, die Spitzendichten der Störstellen der Kanaloberflächen der Zellen in den beiden der Zellenzonen 21 und 22 im wesentlichen beizubehalten.

Wie in dem IGBT der 7 wird, da der dem PNP-Transistor in der Hauptstromzelle zugeführte Basisstrom größer ist als der in der Stromerfassungszelle, der PNP-Transistor in der Hauptstromzellenzone 21 dominant mit dem Ergebnis, dass eine Zunahme der EIN-Spannung verhindert wird während die Temperatur des IGBT und die Dichte des Stroms hoch sind. Zudem kann, da der parasitäre Widerstand Rn in dem Wert nicht wie bei den IGBT der 7 und 8 angehoben wird, der Vorteil, wie der der ersten Ausführungsform erwartet werden, selbst mit dem obigen Aufbau der zweiten Ausführungsform. Insbesondere kann der von der Stromerfassungszelle erfasste Strom auf einem konstanten Wert beibehalten werden, selbst wenn die Temperatur des IGBT zunimmt und die Präzision der Stromerfassung zwischen externen Widerständen 31 kann verbessert werden. Da darüber hinaus der Abstand zwischen den P-Basiszonen 14a und 14b festgelegt ist, ist die Krümmung einer Sperrschicht 11' nicht stark oder die Durchbruchsspannung wird nicht gesenkt.

10 zeigt einen IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In dem IGBT der dritten Ausführungsform wird eine zwischen einer Hauptstromzellenzone 21 und einer Stromerfassungszellenzone 22 ausgebildete Gate-Elektrode in ihrer Weite erhöht (die Intervalle zwischen benachbarten Gate-Elektroden 13 sind dieselben), die Kanallänge y der Zelle der Zellenzone 22 unmittelbar unter der Gate-Elektrode 13 wird größer als die Kanallänge x der Zelle der Zellenzone 21, und die P-Basiszonen 14a und 14b sind derart angeordnet, um einen regelmäßigen Abstand dazwischen beizubehalten. Insbesondere wird die P-Basiszone 14b derart ausgedehnt, dass sie sich zu dem Abschnitt einer N-Driftzone erstreckt, die benachbarte Zellen der Zonen 21 und 22 verbindet, welche durch Ausdehnen der Gate-Elektrode 13 ausgedehnt wird.

Wie in dem Fall des vorangegangenen IGBT der 8, können, da die P-Basiszonen 14a und 14b getrennt durch Variieren der Störstellen in ihrem Betrag unter Verwendung der Gate-Elektroden 13 als Masken ausgebildet werden, die Spitzendichten der Störstellen an den Kanaloberflächen der Zellen der Zellenzonen 21 und 22 im wesentlichen dieselben sein.

Selbst in der dritten Ausführungsform mit dem obigen Aufbau können weitgehend dieselben Vorteile wie die der zweiten Ausführungsform erwartet werden. Das heißt, der parasitäre Widerstand wird dem Betrag nach nicht erhöht aber die Präzision der Stromerfassung wird verbessert.

Der IGBT mit einer Stromerfassungsfunktion ist als ein Beispiel der vorliegenden Erfindung in den obigen ersten bis dritten Ausführungsformen beschrieben worden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf den IGBT beschränkt, sondern kann auf verschiedene Arten von Halbleitereinrichtungen mit einer normalen Vertikal-MOS-Struktur angewendet werden.

Die Anzahl an Stromerfassungszellen ist nicht auf eine beschränkt. Der IGBT kann mit einer Vielzahl von Zellen versehen sein.

Es braucht nicht erwähnt zu werden, dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzbereich des Gegenstandes der vorliegenden Erfindung abzuweichen, wie in den beiliegenden Patentansprüchen definiert ist.


Anspruch[de]
  1. Halbleitereinrichtung, umfassend:

    eine Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitungstyps,

    erste Gate-Elektroden (13), ausgebildet in regelmäßigen Abständen an einer ersten Oberfläche der Halbleiterschicht (11) in einer Hauptstrom-Zellenregion (21),

    mindestens eine zweite Gate-Elektrode (13), ausgebildet auf der Halbleiterschicht (11) in einer Stromfühl-Zellenregion (22),

    eine Halbleiterschicht (16) eines zweiten Leitungstyps, ausgebildet auf einer zweiten Oberfläche der Halbleiterschicht (11),

    erste Basis-Regionen (14a) eines zweiten Leitungstyps, ausgebildet in einer Oberflächenregion der Halbleiterschicht (11) und zwischen den ersten Gate-Elektroden (13) in der Hauptstrom-Zellenregion (21),

    zweite Basis-Regionen (14b) des zweiten Leitungstyps, ausgebildet in der Oberflächenregion der ersten Halbleiterschicht (11) und zwischen einer der ersten Gate-Elektroden (13) und der mindestens einen zweiten Gate-Elektrode (13),

    Source-Regionen (15) des ersten Leitungstyps, selektiv ausgebildet in den ersten und zweiten Basis-Regionen (14a, 14b),

    eine Source-Elektrode (18), verbunden mit den Source-Regionen (15), die ausgebildet sind, in den ersten Basis-Regionen (14a),

    eine Stromfühlelektrode (19), verbunden mit den Source-Regionen (15), ausgebildet in den zweiten Basis-Regionen (14b), und

    wobei die ersten Gate-Elektroden (13), die in der Hauptstrom-Zellenregion (21) ausgebildet sind, und die mindestens eine zweite Gate-Elektrode (13), die in der Stromfühl-Zellenregion (22) ausgebildet ist, die selbe Breite haben, und

    dadurch gekennzeichnet, dass

    ein Abstand zwischen der mindestens einen zweiten Gate-Elektrode (13), ausgebildet in der Stromfühl-Zellenregion (22) und der unmittelbar benachbarten ersten Gate-Elektrode (13) größer ist als die regelmäßigen Abstände zwischen den ersten Gate-Elektroden in der Hauptstrom-Zellenregion (21), wobei die zweiten Basis-Regionen (14b) breiter ausgebildet sind als die ersten Basis-Regionen (14a).
  2. Halbleitereinrichtung, umfassend:

    eine Halbleiterschicht (11) eines ersten Leitungstyps,

    erste Gate-Elektroden (13), ausgebildet in regelmäßigen Abständen an einer ersten Oberfläche der Halbleiterschicht (11) in einer Hauptstrom-Zellenregion (21),

    mindestens eine zweite Gate-Elektrode (13), ausgebildet auf der Halbleiterschicht (11) in einer Stromfühl-Zellenregion (22),

    eine Halbleiterschicht (16) eines zweiten Leitungstyps, ausgebildet auf einer zweiten Oberfläche der Halbleiterschicht (11),

    erste Basis-Regionen (14a) eines zweiten Leitungstyps, ausgebildet in einer Oberflächenregion der Halbleiterschicht (11) und zwischen den ersten Gate-Elektroden (13) in der Hauptstrom-Zellenregion (21),

    zweite Basis-Regionen (14b) des zweiten Leitungstyps, ausgebildet in der Oberflächenregion der ersten Halbleiterschicht (11) und zwischen einer der ersten Gate-Elektroden (13) und der mindestens einen zweiten Gate-Elektrode (13),

    Source-Regionen (15) des ersten Leitungstyps, selektiv ausgebildet in den ersten und zweiten Basis-Regionen (14a, 14b),

    eine Source-Elektrode (18), verbunden mit den Source-Regionen (15), die ausgebildet sind, in den ersten Basis-Regionen (14a),

    eine Stromfühlelektrode (19), verbunden mit den Source-Regionen (15), ausgebildet in den zweiten Basis-Regionen (14b), und

    wobei die Abstände zwischen der mindestens einen zweiten Gate-Elektrode (13) und benachbarten Gate-Elektroden (13) die selben sind wie die regelmäßigen Abstände in der Hauptstrom-Zellenregion (21),

    dadurch gekennzeichnet, dass

    die Breite der mindestens einen zweiten Gate-Elektrode (13), die zwischen der Hauptstrom-Zellenregion (21) und der Stromfühl-Zellenregion (22) ausgebildet ist, größer ist, als die der ersten Gate-Elektroden (13), die zweiten Basis-Regionen (14b) breiter ausgebildet sind als die ersten Basis-Regionen (14a), und eine Kanallänge (y) in den zweiten Basis-Regionen (14b) der Stromfühl-Zellenregion (22) länger ausgebildet ist, als eine Kanallänge (x) in der ersten Basis-Region (14a) der Hauptstrom-Zellenregion (21).
  3. Halbleitereinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Basis-Regionen (14b) tiefer sind als die ersten Basis-Regionen (14a).
  4. Halbleitereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um IGBT handelt.
Es folgen 5 Blatt Zeichnungen






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