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Dokumentenidentifikation DE102006058228A1 05.07.2007
Titel Halbleitervorrichtung
Anmelder Mitsubishi Electric Corp., Tokyo, JP
Erfinder Hatade, Kazunari, Tokyo, JP
Vertreter PRÜFER & PARTNER GbR, 81479 München
DE-Anmeldedatum 11.12.2006
DE-Aktenzeichen 102006058228
Offenlegungstag 05.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.07.2007
IPC-Hauptklasse H01L 27/102(2006.01)A, F, I, 20061211, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 29/739(2006.01)A, L, I, 20061211, B, H, DE   
Zusammenfassung Eine horizontale Halbleitervorrichtung weist mehrfache Einheits-Halbleiterelemente auf, wobei jedes Einheits-Halbleiterelement durch einen IGBT ausgebildet ist, der beinhaltet: ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps; eine Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; eine Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion ausgebildet ist; eine ringförmige Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, dass die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist, jedoch die Kollektorschicht (3) umgibt; und eine ringförmige erste Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, und die Einheits-Halbleiterelemente benachbart zueinander angeordnet sind.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Halbleitervorrichtung und spezieller auf eine Hochspannungs-Leistungshalbleitervorrichtung.

49 ist eine Draufsicht auf einen bekannten horizontalen n-Kanal-IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate), der allgemein mit 700 bezeichnet ist. 50 ist eine Querschnittsansicht von 49 entlang der Richtung X-X.

Wie in 50 gezeigt ist, beinhaltet der IGBT 700 ein p-Typ-Substrat 1. Das p-Typ-Substrat 1 trägt eine n--Schicht 2, in welcher eine n-Typ-Pufferschicht 3 ausgebildet ist. In der n-Typ-Pufferschicht 3 ist eine p-Typ-Kollektorschicht 4.

In der n--Schicht 2 ist eine p-Typ-Basisschicht 5 mit einem vorbestimmten Abstand zu der p-Typ-Kollektorschicht 4 ausgebildet. In der p-Typ-Basisschicht 5 ist eine n-Typ-Emitterschicht (n+) 6 so ausgebildet, daß sie sich relativ zu einem Umfangsabschnitt der p-Typ-Basisschicht auf der Innenseite befindet und flacher als die p-Typ-Basisschicht 5 ist. Ebenso ist in der p-Typ-Basisschicht 5 eine p-Typ-Emitterschicht (p+) 7 ausgebildet.

Eine Feldoxidschicht 8 ist auf der Oberfläche der n--Schicht 2 zwischen der n-Typ-Pufferschicht 3 und der p-Typ-Basisschicht 5 ausgebildet. Auf einem Kanalbereich 15, der in der p-Typ-Basisschicht 5 ausgebildet ist und zwischen der Emitterschicht 6 und der n--Schicht 2 angeordnet ist, ist mittels eines dazwischenliegenden Gateoxidfilms 9 eine Gateverdrahtung 10 angeordnet. Weiterhin gibt es eine Schutzschicht 11, die so angeordnet ist, daß sie die Feldoxidschicht 8 und dergleichen bedeckt.

Eine Gateelektrode 12 ist so angeordnet, daß sie elektrisch mit der Gateverdrahtung 10 verbunden ist. Weiterhin ist eine Emitterelektrode 13 so angeordnet, daß sie elektrisch sowohl mit der n-Typ-Emitterschicht 6 als auch der p-Typ-Emitterschicht 7 verbunden ist. Zusätzlich ist eine Kollektorelektrode 14 so angeordnet, daß sie elektrisch mit der p-Typ-Kollektorschicht 4 verbunden ist. Die Emitterelektrode 13, die Kollektorelektrode 14 und die Gateelektrode 12 sind elektrisch voneinander getrennt.

Wie in 49 gezeigt ist, ist die p-Typ-Kollektorschicht 4 in der Mitte des IGBT 700 angesiedelt, wobei in diesem Aufbau die n-Typ-Pufferschicht 3, die n--Schicht 2, die p-Typ-Basisschicht 5, die n-Typ-Emitterschicht 6 und die p-Typ-Emitterschicht 7 die p-Typ-Kollektorschicht 4 in dieser Reihenfolge umgeben und dieser Aufbau eine Endlosgestalt aufweist, die definiert ist durch Verbinden der beiden halbkreisförmigen Abschnitte mittels gerader Abschnitte. Zum einfachen Verständnis sind in 49 die Feldoxidschicht 8, der Gateoxidfilm 9, die Gateverdrahtung 10, die Gateelektrode 12, die Schutzschicht 11, die Emitterelektrode 13 und die Kollektorelektrode 14 weggelassen (JPB 3647802).

51 zeigt eine Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie, welche den IGBT 1000 beim Anlegen einer Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand zeigt, in dem eine konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) an den IGBT 700 angelegt ist. Die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) wird entlang der Horizontalachse aufgetragen, während die Vertikalachse den Kollektor-Emitter-Strom (ICE) bezeichnet. Die Temperatur der Messung ist die Raumtemperatur.

Anhand von 51 kann man sehen, daß, wenn VCE allmählich ansteigt, ICE ungefähr 0,2A wird, wenn VCE 6V erreicht oder nahe an 6V kommt, und wenn VCE darüber hinaus geht, neigt ICE zur Sättigung. Dies verursacht das Problem, daß, wie hoch VCE auch wird, ICE nicht hinreichend groß wird.

Es gibt das weitere Problem, daß der Anstieg von ICE bescheiden bleibt, während VCE von 0V auf 6V anwächst und der AN-Widerstand (VCE/ICE) deshalb hoch ist.

52 zeigt die Abschalt-Signalform des IGBT 700. Die Abschaltzeit ist entlang der Horizontalachse aufgetragen und die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) oder der Kollektor-Emitter-Strom (ICE) ist entlang der Vertikalachse aufgetragen. In 52 bezeichnet das Symbol (AV) Änderungen des VCE-Wertes und das Symbol (AI) bezeichnet Änderungen des ICE-Wertes.

Wie anhand von 52 zu sehen ist, hat die Abfallzeit (d.h. die Zeit, welche ICE benötigt, um von 90% des Maximalwertes auf 10% zu gelangen) einen großen Wert, der 1 &mgr;s übersteigt. Der Sperrschicht-isolierte(JI)-Horizontal-IGBT 700, bei dem der IGBT in der n--Schicht 2 auf dem p-Typ-Substrat 1 ausgebildet ist, hat dadurch das Problem, daß seine Schaltgeschwindigkeit niedrig ist und er einen großen Schaltverlust hat.

Der Horizontal-IGBT 700 hat das weitere Problem, daß ein Kurzschluß in einer Inverterschaltung oder dergleichen zu einem Latch-Up ("Einklinken") eines parasitären Thyristors führt, welcher durch die p-Typ-Kollektorschicht 4/die n-Typ-Pufferschicht 3/die n--Schicht 2/die p-Typ-Basisschicht 5/die n-Typ-Emitterschicht 6 ausgebildet ist, und die Stromdichte des IGBT 700 ansteigt, so daß der IGBT leicht zerstört werden kann.

Die vorliegende Erfindung wurde durchgeführt zum Lösen dieser Probleme und entsprechend ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Bereitstellung einer Halbleitervorrichtung, welche eine verbesserte Kollektor-Emitter-Strom-Kennlinie zeigt, bei der die Abfallzeit verkürzt ist und die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors erhöht ist.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine horizontale Halbleitervorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1, 2, 11, 12, 13, 14, 17, 18 und 19.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.

Ein Aspekt der Erfindung ist auf eine horizontale Halbleitervorrichtung mit mehrfachen Halbleiterelementeinheiten gerichtet, bei der jede Halbleiterelementeinheit durch einen IGBT ausgebildet ist und aufweist:

ein Halbleitersubstrat eines ersten Leitungstyps;

eine Halbleiterregion eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;

eine Kollektorschicht des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion ausgebildet ist;

eine ringförmige Basisschicht des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion so ausgebildet ist, daß die Basisschicht entfernt von der Kollektorschicht ist, jedoch die Kollektorschicht umgibt; und

eine ringförmige erste Emitterschicht des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht ausgebildet ist, wobei Bewegungen der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht und der Kollektorschicht in einer in der Basisschicht ausgebildeten Kanalregion gesteuert werden, wobei

die Halbleiterelementeinheiten benachbart zueinander angeordnet sind.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Halbleitervorrichtung zu erhalten, welche eine hervorragende Kollektor-Emitter-Strom-Kennlinie zeigt, eine kurze Abfallzeit hat und bei der die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors hoch ist.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:

1 eine Draufsicht auf einen IGBT gemäß einer Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

2 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

3 eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

4 eine Beziehung zwischen der Anzahl von Einheits-IGBTs, welche in dem IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung enthalten sind, und der Gesamtkanalweite;

5 einen Kanalbereich eines bekannten IGBT über dem IGBT gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

6 ein Diagramm, welches die Flächengröße der Oberfläche des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit jener eines bekannten IGBT vergleicht;

7 ein Diagramm, welches die Flächengröße der Oberfläche des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung mit jener eines bekannten IGBT vergleicht;

8 eine Beziehung zwischen einer Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) und einem Kollektor-Emitter-Strom (ICE) bei dem IGBT gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;

9 eine Draufsicht auf einen IGBT gemäß einer Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

10 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

11 eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

12 die Abschalt-Signalform des IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

13 eine elektrische Potentialverteilung, eine Stromverteilung und die Grenzlinie eines Verarmungsbereichs zur Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast innerhalb des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

14 eine Löcherverteilung zur Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast innerhalb des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

15 eine Löcherverteilung und eine Elektronenverteilung zur Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast und eine Konzentration im Gleichgewicht innerhalb des IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung;

16 eine elektrische Potentialverteilung, eine Stromverteilung und die Grenzlinie eines Verarmungsbereichs innerhalb des IGBT zu der Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

17 eine Löcherverteilung zu der Zeit des Abschaltens einer Widerstandslast innerhalb des IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

18 eine Löcherverteilung und eine Elektronenverteilung zu der Zeit des Abschaltens einer Widerstandslast und eine Konzentration im Gleichgewicht innerhalb des IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

19 eine Querschnittsansicht eines IGBT gemäß einer Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

20 eine Querschnittsansicht eines weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

21 eine elektrische Feldverteilung, eine Stromverteilung und die Grenzlinie eines Verarmungsbereichs innerhalb des IGBT zu der Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung;

22 eine elektrische Feldverteilung, eine Stromverteilung und die Begrenzungslinie eines Verarmungsbereichs innerhalb des IGBT zu der Zeit des Abschaltens einer Widerstandslast gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung;

23 eine Draufsicht auf einen Teil eines IGBT gemäß einer Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

24 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

25 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

26 eine Draufsicht auf einen Teil des IGBT gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung;

27 eine Draufsicht, welche die Anordnung einer p-Typ-Emitterschicht in dem IGBT gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung zeigt;

28 eine Draufsicht auf einen Teil eines IGBT gemäß einer Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

29 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung;

30 eine Draufsicht auf einen IGBT gemäß einer Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;

31 eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;

32 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 6 der vorliegenden Erfindung;

33 eine Querschnittsansicht eines IGBT gemäß einer Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

34 eine Querschnittsansicht eines weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung;

35 eine Draufsicht auf einen Teil eines IGBT gemäß einer Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

36 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

37 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung;

38 eine Draufsicht, welche die Anordnung einer p-Typ-Emitterschicht in einem IGBT gemäß einer Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung zeigt;

39 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung;

40 eine Draufsicht auf einen IGBT gemäß einer Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

41 eine vergrößerte Ansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

42 eine vergrößerte Ansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

43 eine vergrößerte Ansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

44 eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

45 eine vergrößerte Ansicht eines weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

46 eine vergrößerte Ansicht eines weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

47 eine vergrößerte Ansicht eines weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

48 eine Querschnittsansicht des IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung;

49 eine Draufsicht auf einen bekannten IGBT;

50 eine Querschnittsansicht des bekannten IGBT;

51 eine Beziehung zwischen einer Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) und einem Kollektor-Emitter-Strom (ICE) in dem bekannten IGBT; und

52 die Abschalt-Signalform des bekannten IGBT.

Ausführungsform 1

1 ist eine Draufsicht auf einen horizontalen n-Kanal-IGBT (Bipolartransistor mit isoliertem Gate) gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 100 bezeichnet ist. 2 ist eine Querschnittsansicht von 1 entlang der Richtung A-A.

Wie in 2 gezeigt ist, beinhaltet der IGBT 100 ein p-Typ-Substrat 1 aus Silizium oder dergleichen. Das p-Typ-Substrat 1trägt eine n--Schicht 2, in der eine n-Typ-Pufferschicht 3 selektiv ausgebildet ist. Es gibt eine p-Typ-Kollektorschicht 4, die selektiv in der n-Typ-Pufferschicht 3 ausgebildet ist.

Die Pufferschicht 3 kann weggelassen werden (dies gilt in ähnlicher Weise ebenfalls für die unten beschriebenen Ausführungsformen).

In der n--Schicht 2 ist die p-Typ-Basisschicht 5 selektiv mit einem vorbestimmten Abstand zu der p-Typ-Kollektorschicht 4 ausgebildet. In der p-Typ-Basisschicht 5 sind die n-Typ-Emitterschichten (n+) 6 selektiv so ausgebildet, daß sie relativ zu einem Umfangsabschnitt (Randabschnitt) der p-Typ-Basisschicht 5 auf der Innenseite angeordnet sind und daß sie flacher als die p-Typ-Basisschicht 5 sind. Ebenso ist eine p-Typ-Emitterschicht (p+) 7 in der p-Typ-Basisschicht 5 ausgebildet.

Eine Feldoxidschicht 8, welche beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein kann, ist auf der Oberfläche der n--Schicht 2 ausgebildet, welche zwischen der n-Typ-Pufferschicht 3 und der p-Typ-Basisschicht 5 angeordnet ist. Auf einem Kanalbereich 15, der in der p-Typ-Basisschicht 5 ausgebildet ist und zwischen der Emitterschicht 6 und der n--Schicht 2 angesiedelt ist, ist mit einem dazwischenliegenden Gateoxidfilm 9, welcher beispielsweise ein Siliziumoxidfilm sein kann, eine Gateverdrahtung 10 angeordnet. Die Gateverdrahtung 10 besteht beispielsweise aus Aluminium. Weiterhin ist eine Schutzschicht 11, welche beispielsweise eine Siliziumnitridschicht sein kann, so angeordnet, daß sie die Feldoxidschicht 8, etc. bedeckt.

Eine Gateelektrode 12 ist so angeordnet, daß sie elektrisch mit der Gateverdrahtung 10 verbunden ist. Die Gateelektrode 12 besteht beispielsweise aus Aluminium.

Eine Emitterelektrode 13 ist weiterhin so angeordnet, daß sie elektrisch sowohl mit den n-Typ-Emitterschichten 6 als auch der p-Typ-Emitterschicht 7 verbunden ist. Zusätzlich ist eine Kollektorelektrode 14 so angeordnet, daß sie elektrisch mit der p-Typ-Kollektorschicht 4 verbunden ist. Die Emitterelektrode 13 und die Kollektorelektrode 14 bestehen beispielsweise aus Aluminium. Die Emitterelektrode 13, die Kollektorelektrode 14 und die Gateelektrode 12 sind elektrisch voneinander getrennt.

Wie in 1 gezeigt hat der IGBT 100 gemäß der Ausführungsform 1 einen Aufbau, bei dem ringartige mehrfache Einheits-IGBTs benachbart zueinander und Seite an Seite angeordnet sind, wobei in jedem von diesen die p-Typ-Kollektorschicht 4 in der Mitte angeordnet ist und umgeben ist durch die n-Typ-Pufferschicht 3, die n--Schicht 2, die p-Typ-Basisschicht 5, die n-Typ-Emitterschicht 6 und die p-Typ-Emitterschicht 7 in dieser Reihenfolge. Obwohl vorstehend beschrieben wurde, daß die Einheits-IGBTs kreisförmige Gestalten aufweisen, können die Einheits-IGBTs ovale Gestalten aufweisen, welche nahe an Kreisen sind, oder polygonale Gestalten, welche nahe an Kreisen sind.

3 ist eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 1 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 150 bezeichnet ist. Dies ist der gleiche Aufbau wie jener des IGBT 100, ausgenommen daß die p-Typ-Emitterschichten 7 der kreisförmigen benachbarten Einheits-IGBTs teilweise miteinander überlappen.

4 zeigt eine Beziehung zwischen der Anzahl der Einheits-IGBTs und der Gesamtkanalweite jeweils für ein Beispiel, bei dem ein IGBT durch einen einzigen bekannten IGBT 700 ausgebildet ist, welcher lang und dünn ist und eine Endlosgestalt aufweist, und ein Beispiel, bei dem ein IGBT gleich dem IGBT 150 gemäß der Ausführungsform 1 ist, welcher durch mehrere kreisförmige Einheits-IGBTs ausgebildet ist. In 4 bezeichnet die Horizontalachse die Anzahl der Einheits-IGBTs und die vertikale Achse bezeichnet die Gesamtkanalweite.

Wo mehrfache kreisförmige Einheits-IGBTs Seite an Seite angeordnet sind, ist die Gesamtkanalweite größer im Vergleich zu jener, bei der lediglich ein dünner und langer IGBT verwendet wird: die Gesamtkanalweite ist bei einem Beispiel, bei dem zehn Einheits-IGBTs Seite an Seite angeordnet sind, annähernd doppelt so groß wie die Kanalweite eines IGBT.

5 zeigt einen Kanalbereich des bekannten IGBT 700 über dem IGBT 150, der durch drei Einheits-IGBTs ausgebildet ist. Es ist zu sehen, daß die Verwendung des IGBT 150 gemäß der Ausführungsform 1 die Kanalweite vergrößert.

6 ist ein Diagramm, das die Flächengrößen der Oberfläche (eingenommene Flächengrößen) des IGBT 150 gemäß der Ausführungsform 1 und des bekannten IGBT vergleicht, die in 5 miteinander verglichen werden. Die Horizontalachse bezeichnet die Anzahl der Einheits-IGBTs, während die Vertikalachse die Flächengröße der Oberfläche des IGBT bezeichnet. Es ist zu sehen, daß bei mehreren Einheits-IGBTs in dem Aufbau verglichen zu dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau die Flächengröße der Oberfläche kleiner ist.

Wie in 7 gezeigt, kann beispielsweise in dem Fall, daß der IGBT 150 aus drei Einheits-IGBTs ausgebildet ist, die Flächengröße der Oberfläche, die durch den schraffierten Bereich bezeichnet ist, verglichen zu dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau verringert werden.

In dem Fall, daß in einem Bereich einer begrenzten Größe ein horizontaler IGBT ausgebildet werden soll, verringert die Verwendung des IGBT 100 oder 150 gemäß der Ausführungsform 1 die Flächengröße der Oberfläche (eingenommene Flächengröße) und erweitert die Gesamtkanalweite verglichen zu dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau.

8 zeigt eine Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie, die der IGBT 1500 gemäß der Ausführungsform 1 beim Anlegen einer Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand zeigt, in dem eine konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) an dem IGBT 150 anliegt. Die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) ist entlang der Horizontalachse aufgetragen, während die Vertikalachse den Kollektor-Emitter-Strom (ICE) bezeichnet. Die Temperatur der Messung ist Raumtemperatur.

Anhand von 8 kann man sehen, daß, wenn VCE allmählich ansteigt, ICE ungefähr 0,4A wird, wenn VCE 6V erreicht oder nahe an 6V gelangt. Wenn VCE über 6V hinausgeht, neigt ICE zur Sättigung und ICE hat in diesem Fall einen großen Wert, welcher ungefähr doppelt so groß ist wie bei dem bekannten IGBT (siehe 51). Es ist ebenfalls zu sehen, daß die Steigung größer ist als bei dem bekannten IGBT, wenn VCE von 0V auf 6V anwächst, und daß der AN-Widerstand (VCE/ICE) niedrig ist.

Die verbesserte ICE-Kennlinie ist der größeren Gesamtkanalweite gegenüber dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau zuzuschreiben.

Während 4 bis 8 sich auf den IGBT 150 beziehen, wird bei dem IGBT 100 ebenfalls ein annähernd ähnliches Ergebnis erhalten.

Ausführungsform 2

9 ist eine Draufsicht auf einen horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 200 bezeichnet ist. 10 ist eine Querschnittsansicht von 9 entlang der Richtung B-B. In 9 und 10 bezeichnen die gleichen Bezugssymbole, wie jene, die in den 1 und 2 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte.

Wie in 10 gezeigt, hat der IGBT 200 einen SOI-Aufbau, bei dem eine vergrabene Oxidschicht 20, die beispielsweise eine Siliziumoxidschicht sein kann, zwischen dem p-Typ-Substrat 1 und der n--Schicht 2 ausgebildet ist. Der Aufbau ist ansonsten der gleiche wie jener des IGBT 100. Der Aufbau des in 9 in der Draufsicht gezeigten IGBT 200 ist der gleiche wie der Aufbau des IGBT 100, der in 2 gezeigt ist. Bei diesem Aufbau kann der Leitungstyp des Substrates 1 unabhängig von dem Leitungstyp der n--Schicht 2 gewählt werden.

11 ist eine Draufsicht auf einen weiteren IGBT gemäß der Ausführungsform 2 der vorliegenden Erfindung, welcher allgemein mit 250 bezeichnet ist. Dieser hat den gleichen Aufbau wie der IGBT 200, ausgenommen daß die p-Typ-Emitterschichten 7 der kreisförmigen benachbarten Einheits-IGBTs teilweise miteinander überlappen.

Die IGBTs 100 und 150 gemäß der Ausführungsform 1 können als "Sperrschicht-isolierter Typ" bezeichnet werden, während die IGBTs 200 und 250 gemäß der Ausführungsform 2 als "Dielektrikum-isolierter Typ" bezeichnet werden können.

12 zeigt die Abschalt-Signalform des IGBT 200. Die Abschaltzeit ist entlang der Horizontalachse aufgetragen und die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) oder der Kollektor-Emitter-Strom (ICE) ist entlang der Vertikalachse aufgetragen. In 12 bezeichnen die Symbole (1V) und (1C) Änderungen des VCE-Wertes und des ICE-Wertes in dem IGBT 100 gemäß der Ausführungsform 1. Die Symbole (2V) und (2C) bezeichnen Änderungen des VCE-Wertes und des ICE-Wertes in dem IGBT 200 gemäß der Ausführungsform 2.

Obwohl die Abfallzeit (tf: Zeit, die ICE benötigt zum Abfallen von 90% des Maximalwertes auf 10%) in dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau, der in 50 gezeigt ist, einen großen Wert hat, der 1 &mgr;s übersteigt, ist die Abfallzeit in dem IGBT gemäß der Ausführungsform 2 (siehe (2C)) annähernd 0,5 &mgr;s. Der IGBT gemäß der Ausführungsform 2 hat dadurch eine schnellere Schaltgeschwindigkeit und einen geringeren Schaltverlust als der bekannte IGBT (52). Wenn VCE bei der Abschalt-Signalform beim Schalten einer Widerstandslast ansteigt, fällt ICE mit ungefähr dem gleichen Absolutwert der Abfallrate wie jenem der Anstiegsrate von VCE.

13 zeigt eine Stromverteilung (durchgezogene Linien) und eine Spannungsverteilung (gestrichelte Linien) und die Grenzlinie eines Verarmungsbereichs (strichpunktierte Linie) zur Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast (10,6 &mgr;s) innerhalb des Sperrschicht-isolierten horizontalen IGBT 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 1.

In dem Falle des Sperrschicht-isolierten horizontalen IGBT 100 breitet sich eine Verarmungsschicht, die sich ausgehend von der Emitterseite ausdehnt, nicht lediglich zu der Kollektorseite hin aus, sondern sogar zu dem p-Typ-Substrat. Deshalb breiten sich die elektrische Potentialverteilung und die Stromverteilung ebenso zu dem p-Typ-Substrat aus. Dies drückt die Verarmung zu der Kollektorseite hin herab und macht den VCE-Anstieg relativ moderat. Als ein Ergebnis ist die entsprechende ICE-Abnahme ebenfalls relativ moderat.

14 zeigt eine Löcherverteilung (durchgezogene Linien) zu der Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast (10,6 &mgr;s) innerhalb des Sperrschicht-isolierten horizontalen IGBT 100 gemäß der Ausführungsform 1, der oben beschrieben wurde. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 1.

Wie in 13 gezeigt, ist in dem Sperrschicht-isolierten horizontalen IGBT 100 die Verarmung zu der Kollektorseite hin ausgehend von der Emitterseite herabgedrückt. Es gibt zahlreiche Löcher, die innerhalb der n--Schicht und des p-Typ-Substrates verteilt sind. Wenn zahlreiche Löcher innerhalb der n--Schicht, dem p-Typ-Substrat und dergleichen verteilt sind, dauert es einige Zeit, bis die Löcher verschwinden und die Abfallzeit (tf) wird relativ lang.

15 zeigt (a) eine Löcherverteilung und (b) eine Elektronenverteilung zu der Zeit des Wegschaltens einer Widerstandslast (10,6 &mgr;s) und (c) eine Konzentration im Gleichgewicht innerhalb des Sperrschicht-isolierten horizontalen IGBT 100 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform 1. Die Zeichnung zeigt die Verteilungen von der Kollektorseite zu der Emitterseite hin in einer konstanten Tiefe im Innern der n--Schicht.

Da, wie in 13 gezeigt, die Verarmung zu der Kollektorseite hin ausgehend von der Emitterseite bei dem Sperrschichtisolierten horizontalen IGBT 100 herabgedrückt ist, enthält die n--Schicht überzählige Löcher und Elektronen über ihre Gleichgewichtskonzentrationen hinausgehend. Da es innerhalb der n--Schicht zahlreiche und überschüssige Löcher und Elektronen gibt, dauert es eine lange Zeit, bevor die überschüssigen Löcher und Elektroden aus der n--Schicht verschwinden. Daher ist die Abfallzeit (tf) lediglich geringfügig kleiner als bei dem IGBT 700 mit dem bekannten Aufbau.

16 zeigt eine elektrische Potentialverteilung (durchgezogene Linien), eine Stromverteilung (gestrichelte Linien) und die Grenzlinie eines Verarmungsbereiches (strichpunktierte Linie) zu der Zeit des Wegschaltens einer resistiven Last (10,6 &mgr;s) innerhalb des Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 gemäß der Ausführungsform 2. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 10.

In dem Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 wird sich aufgrund der zwischen der n--Schicht und dem p-Typ-Substrat vorhandenen vergrabenen Oxidschicht eine Verarmungsschicht, die sich von der Emitterseite ausbreitet, nicht zu dem p-Typ-Substrat ausdehnen, sondern statt dessen zu der Kollektorseite innerhalb der n--Schicht hin anwachsen. Das p-Typ-Substrat zeigt deshalb nicht eine Stromverteilung oder eine elektrische Potentialstreuung. Dies regt eine Verarmung zu der Kollektorseite hin an, was VCE erhöht. Als Konsequenz steigt der entsprechende Strom ICE ebenfalls an, was die Abfallzeit (tf) verringert.

17 zeigt eine Löcherverteilung (mit den durchgezogenen Linien bezeichnet) zu der Zeit des Wegschaltens einer resistiven Last (10,6 &mgr;s) innerhalb des Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 gemäß der Ausführungsform 2. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 10.

Bei dem Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 ist, wie in 16 gezeigt, die Verarmung zu der Kollektorseite hin ausgehend von der Emitterseite erleichtert und daher gibt es wenige innerhalb der n--Schicht verteilte Löcher. Aus diesem Grund dauert es lediglich eine kurze Zeit, bevor die innerhalb der n--Schicht verteilten Löcher verschwinden und die Abfallzeit (tf) wird kurz.

18 zeigt (a) eine Löcherverteilung und (b) eine Elektronenverteilung zu der Zeit des Wegschaltens einer resistiven Last (10,6 &mgr;s) und (c) eine Gleichgewichtskonzentration innerhalb des Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200. Die Zeichnung zeigt die Verteilungen von der Kollektorseite zu der Emitterseite hin in einer konstanten Tiefe innerhalb der n--Schicht.

Da, wie oben beschrieben, in dem Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 die Verarmung zu der Kollektorseite hin ausgehend von der Emitterseite erleichtert ist, ist in der n--Schicht ein Bereich, der frei von der sich ausdehnenden Verarmungsschicht ist, schmal. Daher gibt es in der n--Schicht lediglich einige Löcher und Elektronen jenseits ihrer Konzentrationen im Gleichgewicht (überschüssige Löcher und überschüssige Elektronen). Wenn es lediglich einige überschüssige Löcher und Elektronen in der n--Schicht gibt, dauert es lediglich eine kurze Zeit, bis die überschüssigen Löcher und Elektronen verschwinden, was die Abfallzeit (tf) verkürzt.

Der IGBT 200 gemäß der Ausführungsform 2 verkürzt dadurch die Abfallzeit (tf) zusätzlich zu der verbesserten Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie, die durch den IGBT 100 gemäß der Ausführungsform 1 verwirklicht wird.

Während 16 bis 18 sich auf den IGBT 200 beziehen, wird ein annähernd ähnlicher Effekt ebenso durch den IGBT 250 erzielt.

Der Aufbau der Anordnung der Isolierschicht 20 zwischen dem p-Typ-Substrat 1 und der n--Schicht ist ebenfalls auf bekannte IGBTs anwendbar.

Ausführungsform 3

19 ist eine Querschnittsansicht eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 300 bezeichnet wird und dessen Darstellung der gleichen Richtung wie der A-A-Richtung in 1 entspricht. In 19 bezeichnen die gleichen Bezugssymbole wie jene, die in 2 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte.

Der in 19 gezeigte IGBT 300 beinhaltet auf der Emitterseite eine p--Schicht 30, die schmäler und tiefer ausgebildet ist als die p-Typ-Basisschicht 5, jedoch nicht tief genug zum Erreichen des p-Typ-Substrates 1 in solch einer Weise, daß dieses die Bodenfläche der p-Typ-Basisschicht 5 kontaktiert.

Der Aufbau ist ansonsten der gleiche wie jener des IGBT 100, der in 2 gezeigt ist.

20 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 3 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 350 bezeichnet wird und dessen Darstellung der gleichen Richtung wie der B-B-Richtung in 9 entspricht. In 20 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen, wie jene, die in 10 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte.

Der in 20 gezeigte IGBT 350 beinhaltet auf der Emitterseite eine p--Schicht 30, deren Breite (die Abmessung entlang der Richtung von links nach rechts in 20) geringer ist und die tiefer als die p-Typ-Basisschicht 5 ist, jedoch nicht tief genug zum Erreichen der vergrabenen Isolationsschicht 20 in solch einer Weise, daß diese die Bodenfläche der p-Typ-Basisschicht 5 kontaktiert. Der Aufbau ist ansonsten der gleiche wie jener des IGBT 200, der in 10 gezeigt ist.

21 zeigt eine Stromverteilung (durchgezogene Linien), eine elektrische Feldverteilung (gestrichelte Linien) und die Begrenzungslinie eines Verarmungsbereichs (strichpunktierte Linie) zu der Zeit des Wegschaltens einer resistiven Last (10,6 &mgr;s) innerhalb des Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 200 gemäß der Ausführungsform 2. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 10.

22 zeigt eine Stromverteilung (durchgezogene Linien) und eine elektrische Feldverteilung (gestrichelte Linien) zu der Zeit des Wegschaltens einer resistiven Last (10,6 &mgr;s) und die Begrenzungslinie eines Verarmungsbereichs (strichpunktierte Linie) innerhalb des Dielektrikum-isolierten horizontalen IGBT 350 gemäß der Ausführungsform 3. Die Zeichnung entspricht der Querschnittsansicht in 20.

Man kann anhand von 21 sagen, daß in dem Dielektrikumisolierten Aufbau, der die vergrabene Isolationsschicht einschließt, der Strom durch die n--Schicht fließt, die unmittelbar oberhalb der vergrabenen Oxidschicht ist.

Unter Berücksichtigung dieses Sachverhalts kann die p--Schicht in einem niedrigeren Abschnitt der p-Typ-Basisschicht angeordnet werden, um dadurch zu gestatten, daß der auf der Emitterseite bei der n--Schicht ankommende Löcherstrom auf einfache Weise in einen Abschnitt fließt, der ein hohes elektrisches Feld ausbildet, am Boden der p--Schicht.

22 des IGBT 350 zeigt, daß der Löcherstrom, der unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht fließt, geringer ist als bei dem IGBT 250 (21). Als Konsequenz wird ungleich zu dem IGBT 250 nicht ohne Weiteres ein parasitärer Thyristor in dem IGBT 350 in Betrieb sein, was die Latch-Up-Toleranz verbessert.

Weiterhin ist bei dem IGBT 350 die Breite der p--Schicht geringer als die der p-Typ-Basisschicht. Aufgrund dessen fließt der auf der Emitterseite bei der n--Schicht ankommende Löcherstrom innerhalb der p--Schicht annähernd nach oben zu der Emitterelektrode, was die Abfallzeit (tf) gegenüber dem IGBT 250 verkürzt, der nicht die p--Schicht beinhaltet.

Wie oben beschrieben verhindert bei den IGBTs 300 und 350 gemäß dieser Ausführungsform die in dem unteren Abschnitt der p-Typ-Basisschicht ausgebildete p--Schicht den Latch-Up eines parasitären Thyristors und verkürzt die Abfallzeit (tf). Diese Wirkung ist insbesondere in dem Fall bemerkbar, in dem der IGBT 350 insbesondere die vergrabene Isolationsschicht beinhaltet.

Der Aufbau, bei dem die p--Schicht in dem unteren Abschnitt der p-Typ-Basisschicht ausgebildet ist, kann auf einen bekannten IGBT angewendet werden zum Erreichen einer ähnlichen Wirkung.

Ausführungsform 4

23 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 4 der vorliegenden Erfindung, der im allgemeinen mit 400 bezeichnet wird, und zeigt eine innerhalb der p-Typ-Basisschicht 5 gebildete n-Typ-Emitter (n+)-Schicht 6 (ein Anschlußbereich zu einer Emitterelektrode (Emitterkontaktbereich)).

Wie in 23 gezeigt, beinhaltet die n-Typ-Emitterschicht 6 mehrfache nach außen hervorstehende Vorsprünge (erhabene Bereiche) 16 in dem IGBT 400. Wie in 23 gezeigt, gilt die Beziehung W1 > W2 für die Breite der Vorsprünge 16 (W2) und den Zwischenraum zwischen benachbarten Vorsprüngen 16 (W1). Der Aufbau ist ansonsten der gleiche wie jener des früher beschriebenen IGBT 100.

24 ist eine Querschnittsansicht von 23 entlang der Richtung C-C und 25 ist eine Querschnittsansicht von 23 entlang der Richtung D-D. 24 und 25 zeigen ebenfalls die Flüsse von Löchern beim Abschalten des IGBT und während des gleichbleibenden AN-Zustandes.

Die Breite der n-Typ-Emitterschicht in der Querschnittsansicht in 24 ist annähernd gleich der Breite der n-Typ-Emitterschicht des in 1 gezeigten IGBT 100. Die Breite der n-Typ-Emitterschicht in der Querschnittsansicht in 25 ist geringer als die Breite der n-Typ-Emitterschicht 6 des in 1 gezeigten IGBT 100.

Da in 25 die Breite des n-Typ-Emitters (n+) gering ist, ist die Breite der p-Typ-Basisschicht unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht eines parasitären npn-Bipolartransistors, der durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht ausgebildet ist, niedrig und der Basiswiderstand der p-Typ-Basisregion ist niedrig. Dies unterdrückt einen Betrieb des parasitären npn-Bipolartransistors und verhindert ein Latch-Up eines parasitären Thyristors, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht.

Zu der Zeit des Abschaltens oder während des gleichbleibenden AN-Zustands des IGBT 400 gemäß der Ausführungsform 4 verbessert sich dadurch die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT.

In dem IGBT 400 sind weiter die Vorsprünge 16 Abschnitte der n-Typ-Emitterschicht 6 und beide sind elektrisch miteinander verbunden. Gegenüber dem IGBT 100 wird bei der Verwendung dieser Struktur daher nicht die Kanalweite verringert. Aus diesem Grunde ist wie bei dem IGBT 100 die Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie beim Anlegen der Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand, in dem eine konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) anliegt, hervorragend.

Zusätzlich weist die n-Typ-Emitterschicht die Vorsprünge auf und ihre Größen genügen der Beziehung W1 > W2 (23) bei dem IGBT 400. Kurz gesagt, mit einer Gateelektroden-Verdrahtungszuführung, die zwischen zwei Vorsprüngen angeordnet ist, wie sie in 26 gezeigt ist, ist es unnötig, die n-Typ-Emitterschicht zu teilen, die die Gateelektroden-Verdrahtungszuführungen schneidet, wie bei dem bekannten Aufbau. Dies erlaubt eine Anordnung der Gateelektroden-Verdrahtungszuführungen ohne Verringerung der Kanalweite.

Daher ist die Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie beim Anlegen der Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand, in dem eine konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) anliegt, hervorragend.

Die n-Typ-Emitterschicht mit solch einem Aufbau ist ebenfalls auf einen bekannten IGBT anwendbar.

27 ist eine Draufsicht, die die Anordnung der p-Typ-Emitterschicht (in 24 und 25 mit dem Symbol "p+" bezeichnet) gegenüber der n-Typ-Emitterschicht in dem in 23 gezeigten horizontalen n-Kanal-IGBT zeigt.

Wie in 27A gezeigt ist, kann die p-Typ-Emitterschicht wie ein Streifen geformt sein, der die n-Typ-Emitterschicht umgibt.

Wie in 27A und 27B gezeigt, kann alternativ die p-Typ-Emitterschicht wie ein Ring entlang der n-Typ-Emitterschicht geformt sein. In 27B ist die Gestalt gezeigt, bei der ein vorbestimmter Spalt zwischen der p-Typ-Emitter-Schicht und der n-Typ-Emitterschicht ausgebildet ist, während in 27C die Gestalt gezeigt ist, bei der die p-Typ-Emitterschicht und die n-Typ-Emitterschicht einander berühren.

Wie in 27D gezeigt, kann weiterhin alternativ die p-Typ-Emitterschicht mit Unterbrechungen entlang der n-Typ-Emitterschicht vorhanden sein.

Solch eine Konfiguration der p-Typ-Emitterschicht ist ebenfalls auf die p-Typ-Emitterschichten der anderen Ausführungsformen anwendbar.

Ausführungsform 5

28 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 5 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 500 bezeichnet wird, und zeigt eine Anschlußregion (Emitterkontaktregion) zwischen der n-Typ-Emitterschicht und der Emitterelektrode. 29 ist eine Querschnittsansicht des IGBT 500, der in 28 gezeigt ist, entlang der Richtung E-E.

Wie in 28 gezeigt ist, haben bei dem IGBT 500 gemäß der Ausführungsform 5 die Vorsprünge der n-Typ-Emitterschicht zusätzlich zu jenen des IGBT 400 (25) T-förmige Spitzen, was die Größe der Fläche erhöht, an der die n-Typ-Emitterschicht und die Emitterelektrodenverdrahtungen aneinanderstoßen. Der Aufbau ist ansonsten der gleiche wie bei dem IGBT 400.

Die in dem IGBT 500 neu angeordnete n-Typ-Emitterschicht ist so ausgebildet, daß sie eine geringe Breite aufweist (die Abmessung entlang der Horizontalrichtung in 29), wie in 29 gezeigt. Dies erniedrigt den Basiswiderstand in der p-Typ-Basisregion unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht in einem parasitären npn-Bipolartransistor, der ausgebildet ist durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Dies unterdrückt einen Betrieb des parasitären npn-Bipolartransistors und verhindert ein Latch-Up eines parasitären Thyristors, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Als Konsequenz ist in dem IGBT zur Zeit des Abschaltens oder während des ständigen AN-Zustands des horizontalen n-Kanal-IGBT 500 die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors verbessert.

Da bei dem IGBT 500 weiterhin die Fläche, an der die n-Typ-Emitterschicht und die Emitter-Elektrodenverdrahtungen aneinanderstoßen, sich ausweitet, ist der Kontaktwiderstand zwischen der n-Typ-Emitterschicht und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen klein.

Wie oben beschrieben, sind bei dem horizontalen n-Kanal-IGBT 500 gemäß der Ausführungsform 5 die Vorsprünge der n-Typ-Emitterschicht ungleich zu dem IGBT gemäß der Ausführungsform 4 T-förmig gestaltet. Dies erhöht die Größe der Fläche, an der die n-Typ-Emitterschicht und die Emitter-Elektrodenverdrahtungen aneinanderstoßen und verringert den Kontaktwiderstand zwischen der n-Typ-Emitterschicht und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen. Das Ergebnis hiervon ist eine verbesserte Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie beim Anlagen der Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand, in dem die konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) angelegt wird.

Die n-Typ-Emitterschicht mit diesem Aufbau ist ebenfalls anwendbar auf einen bekannten IGBT.

Ausführungsform 6

30 ist eine Draufsicht, in der ein IGBT allgemein mit 600 bezeichnet ist, der eine Kombination von zwei IGBTs 150 gemäß der Ausführungsform 1 ist. 31 ist eine Draufsicht, in der ein IGBT allgemein mit 650 bezeichnet ist, der eine Kombination von zwei IGBTs 700 ist. 32 ist eine Querschnittsansicht des IGBT 600 von 30 entlang der Richtung F-F. In 30 und 31 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene, die in 2 und 3 verwendet werden, die gleichen oder entsprechende Abschnitte.

Wie in 30 und 31 durch die Schraffurlinien bezeichnet, sind bei den IGBTs 600 und 650 gemäß der Ausführungsform 6 p-Typ-Emitterschichten 17 in Bereichen zwischen einer gemeinsamen Kontaktlinie zu zwei benachbarten Einheits-IGBTs und zwei IGBTs und durch drei benachbarte Einheits-IGBTs eingeschlossenen Bereichen angeordnet, was die Flächengrößen des Kontaktes zwischen den p-Typ-Emitterschichten und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen vergrößert.

Bei diesem Aufbau sind die p-Typ-Emitterschichten 7 und 17 relativ zu der n-Typ-Emitterschicht 6 breiter. Dies verringert den Kontaktwiderstand zwischen den p-Typ-Emitterschichten 7 und 17 und den Emitterverdrahtungen und stellt einen reibungslosen Fluß von Löchern zu der Kontaktregion sicher, in der die p-Typ-Emitter(p+)-Schichten und die Emitterverdrahtungen (Emitterelektrode) einander kontaktieren, ohne daß sie unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht zu einem Stillstand kommen, wie in 32 gezeigt. Eine mittelbare Ursache hierfür ist der verringerte Basiswiderstand bei dem p-Typ-Basisbereich unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht.

Dies unterdrückt einen Betrieb eines parasitären npn-Bipolartransistors, der ausgebildet ist durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht, und verhindert einen Latch-Up eines parasitären Thyristors, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Als Folge verbessert sich zu der Zeit des Abschaltens oder während des ständigen AN-Zustandes des horizontalen n-Kanal-IGBT 600 in dem IGBT die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors.

Ausführungsform 7

33 ist eine Querschnittsansicht eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 1100 bezeichnet wird, und ist eine Veranschaulichung in der gleichen Richtung wie die A-A-Richtung in 1. In 33 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene, die in 19 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte.

Verglichen zu dem IGBT 300 gemäß der Ausführungsform 3 (19) weist der IGBT 1100 gemäß der Ausführungsform 7 (33) einen Aufbau auf, der nicht die p-Typ-Emitterschichten 7 beinhaltet. Abgesehen davon ist der Aufbau der gleiche wie jener des IGBT 300. Bei dem IGBT 1100 gibt es keinen p-Typ-Emitter. Anstelle dessen hat die p-Typ-Basisschicht 5 einen Aufbau, der ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient.

34 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 7 der vorliegenden Erfindung, welcher allgemein mit 1150 bezeichnet wird, und ist eine Veranschaulichung entlang der gleichen Richtung wie die A-A-Richtung in 1. In 34 bezeichnen die gleichen Bezugszeichen wie jene, die in 20 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte. Der Aufbau des IGBT 1150 ist der gleiche wie jener des IGBT 1100, der so abgewandelt ist, daß er zusätzlich die vergrabene Isolationsschicht 20 enthält.

Verglichen zu dem IGBT 350 gemäß der Ausführungsform 3 (20) hat der IGBT 1150 gemäß der Ausführungsform 7 (34) den gleichen Aufbau wie der IGBT 350 mit der Ausnahme, daß die p-Typ-Emitterschichten 7 weggelassen sind. In dem IGBT 1150 gibt es ebenfalls keinen p-Typ-Emitter. Anstelle dessen dient die p-Typ-Basisschicht 5 ebenfalls als ein p-Typ-Emitter.

Bei den IGBTs 1100 und 1150 gemäß der Ausführungsform 7 verhindert die in einem unteren Abschnitt der p-Typ-Basisschicht angeordnete p--Schicht den Latch-Up eines parasitären Thyristors und verkürzt die Abfallzeit (tf). Diese Wirkung ist insbesondere bemerkbar in dem Fall des IGBT 1150, der speziell die vergrabene Isolationsschicht enthält.

Der Aufbau ist einfach, da die p-Typ-Basisschicht 5 ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient, was wiederum den Herstellungsprozeß vereinfacht.

Ausführungsform 8

35 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 8 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 1200 bezeichnet wird, und zeigt die innerhalb der p-Typ-Basisschicht 5 ausgebildete n-Typ-Emitter (n+)-Schicht 6 (ein Anschlußbereich zu einer Emitterelektrode (Emitterkontaktregion)).

Wie bei dem IGBT 400, der in 23 gezeigt ist, beinhaltet die n-Typ-Emitterschicht 6 mehrfache nach außen hervorstehende Vorsprünge (erhabene Bereiche) 16 in dem IGBT 1200 und für die Breite der Vorsprünge 16 (W2) und den Zwischenraum zwischen den benachbarten Vorsprüngen 16 (W1) gilt die Beziehung (W1 > W2).

36 ist eine Querschnittsansicht von 35 entlang der Richtung C-C und 37 ist eine Querschnittsansicht von 35 entlang der Richtung D-D.

Verglichen zu dem oben beschriebenen IGBT 400 gemäß der Ausführungsform 4 weist der IGBT 1200 der Ausführungsform 8 (36 und 37) einen Aufbau auf, der nicht die p-Typ-Emitterschichten enthält. Abgesehen davon ist der Aufbau der gleiche wie jener des IGBT 400. In dem IGBT 1200 gibt es keinen p-Typ-Emitter. Anstelle dessen hat die p-Typ-Basisschicht 5 einen Aufbau, der ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient.

Mit solch einem Aufbau erreicht der IGBT 1200 gemäß der Ausführungsform 8 eine annähernd ähnliche Wirkung wie jene gemäß dem IGBT 400, der oben beschrieben wurde. Zusätzlich ist der Aufbau einfach, da die p-Typ-Basisschicht 5 ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient, was wiederum den Herstellungsprozeß vereinfacht.

Da die Breite des n-Typ-Emitters (n+) in 37 gering ist, ist die Breite der p-Typ-Basisschicht unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht eines parasitären npn-Bipolartransistors klein, der ausgebildet ist durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht, und der Basiswiderstand des p-Typ-Basisbereichs ist klein. Dies unterdrückt einen Betrieb des parasitären npn-Bipolarstransistors und verhindert ein Latch-Up eines parasitären Thyristors, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht.

Zu der Zeit des Abschaltens oder während des ständigen AN-Zustandes des IGBT 1200 gemäß der Ausführungsform 8 verbessert sich dadurch die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT.

Ausführungsform 9

38 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 9 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 1300 bezeichnet wird, und zeigt einen Anschlußbereich (Emitterkontaktregion) zwischen der n-Typ-Emitterschicht und der Emitterelektrode. 39 ist eine Querschnittsansicht des in 38 gezeigten IGBT 1300 entlang der Richtung E-E.

Verglichen zu dem IGBT 500 gemäß der Ausführungsform 5 (28 und 29) weist der IGBT 1300 gemäß der Ausführungsform 9 (38 und 39) einen Aufbau auf, der nicht die p-Typ-Emitterschichten enthält. Abgesehen davon ist der Aufbau der gleiche wie jener des IGBT 500. In dem IGBT 1300 gibt es keinen p-Typ-Emitter. Anstelle dessen weist die p-Typ-Basisschicht 5 einen Aufbau auf, der ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient.

Mit solch einem Aufbau erreicht der IGBT 1300 gemäß der Ausführungsform 9 eine annähernd ähnliche Wirkung wie der oben beschriebene IGBT 500. Zusätzlich ist der Aufbau einfach, da die p-Typ-Basisschicht 5 ebenfalls als ein p-Typ-Emitter dient, was wiederum den Herstellungsprozeß vereinfacht.

Da bei dem IGBT 1300 die Vorsprünge der n-Typ-Emitterschicht zusätzlich zu dem, was der IGBT 400 gemäß der Ausführungsform 4 beinhaltet, T-förmige Spitzen aufweisen, vergrößert sich die Größe der Fläche, an der die n-Typ-Emitterschicht und die Emitter-Elektrodenverdrahtungen einander kontaktieren und der Kontaktwiderstand zwischen der n-Typ-Emitterschicht und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen verringert sich. Das Ergebnis hiervon ist eine verbesserte Kollektor-Emitter-Strom(ICE)-Kennlinie beim Anlegen der Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) in einem Zustand, in dem eine konstante Gate-Emitter-Spannung (VGE) anliegt.

Ausführungsform 10

40 ist eine Draufsicht auf einen Teil eines horizontalen n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 1400 bezeichnet wird, in der die gleichen Bezugszeichen wie jene, die in 30 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte bezeichnen. 41 bis 43 sind vergrößerte Ansichten des in 40 mit A bezeichneten Abschnittes.

Bei dem IGBT 1400 gemäß der Ausführungsform 10 sind die p-Typ-Emitterschichten 17 in Bereichen zwischen einer gemeinsamen Kontaktlinie von zwei benachbarten Einheits-IGBTs und zwei IGBTs angeordnet, was die Fläche des Kontaktes zwischen den p-Typ-Emitterschichten und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen (Emitterkontaktregion) vergrößert (41 bis 43 zeigen die Emitterkontaktregion). Dies führt zu einer ähnlichen Wirkung wie jene, auf die durch den IGBT 650 gemäß der Ausführungsform 6, der früher beschrieben wurde, hingedeutet wurde (31).

Kurz gesagt, es ist möglich, einen Betrieb eines parasitären npn-Bipolartransistors zu unterdrücken, der ausgebildet wird durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht, und einen Latch-Up eines parasitären Thyristors zu verhindern, der ausgebildet wird durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Als Folge verbessert sich zu der Zeit des Abschaltens oder während des gleichbleibenden AN-Zustandes des horizontalen n-Kanal-IGBT 1400 die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT.

Wie in 40 und 41 gezeigt, kann die n-Typ-Emitterschicht 6 mit Unterbrechungen entlang der p-Typ-Basisschicht 5 in dem IGBT 1400 angeordnet werden. Alternativ kann die n-Typ-Emitterschicht 6 in einer Endlosgestalt angeordnet werden, obwohl dies nicht gezeigt ist.

Weiterhin kann die n-Typ-Emitterschicht 6 alternativ einen Endlosgestaltaufbau aufweisen, bei dem mehrfache nach außen hervorstehende Vorsprünge (erhabene Bereiche) in dem IGBT 1400 ausgebildet sind, wie in 42 gezeigt.

Noch eine andere Möglichkeit ist die Verwendung eines Aufbaus ohne irgendeine p-Typ-Emitterschicht 7 in dem in 42 gezeigten Aufbau, wie in 43 gezeigt.

Die p-Typ-Emitterschichten 17 des IGBT 1400 gemäß dieser Ausführungsform können ungeachtet der Gestalt der n-Typ-Emitterschicht 6 oder der Tatsache, ob es die p-Typ-Emitterschichten 7 gibt, ausgebildet werden, was die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors zu der Zeit des Abschaltens oder während des ständigen AN-Zustandes des IGBT 1400 verbessert.

44 ist eine Draufsicht auf einen weiteren n-Kanal-IGBT gemäß der Ausführungsform 10 der vorliegenden Erfindung, der allgemein mit 1500 bezeichnet wird, wobei die gleichen Bezugszeichen wie jene, die in 30 auftauchen, die gleichen oder entsprechende Abschnitte bezeichnen. 45 bis 47 sind vergrößerte Ansichten des in 44 mit B bezeichneten Abschnittes.

In dem IGBT 1500 gibt es die p-Typ-Emitterschichten 17, die in Bereichen zwischen einer gemeinsamen Berührungslinie von zwei benachbarten Einheits-IGBTs und zwei IGBTs sowie in Bereichen, die durch drei benachbarte Einheits-IGBTs eingeschlossen sind, angeordnet sind. Dies weitet die Kontaktfläche zwischen den p-Typ-Emitterschichten und den Emitter-Elektrodenverdrahtungen (Emitterkontaktbereich) aus (44 bis 47 zeigen den Emitterkontaktbereich). Dies bringt eine ähnliche Wirkung mit sich wie jene, auf die bei dem IGBT 600 gemäß der Ausführungsform 6, die früher beschrieben wurde (30), hingedeutet wurde.

Kurz gesagt, es ist möglich, einen Betrieb eines parasitären npn-Bipolartransistors zu unterdrücken, der ausgebildet ist durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht, und den Latch-Up eines parasitären Thyristors zu verhindern, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Als Folge verbessert sich zu der Zeit des Abschaltens oder während des gleichbleibenden AN-Zustandes des horizontalen n-Kanal-IGBT 1500 die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT.

Wie in 44 und 45 gezeigt, kann die n-Typ-Emitterschicht 6 mit Unterbrechungen entlang der p-Typ-Basisschicht 5 in dem IGBT 1500 angeordnet sein. Alternativ kann die n-Typ-Emitterschicht 6 in einer Endlosgestalt angeordnet sein, obwohl dies nicht gezeigt ist.

Weiterhin kann alternativ die n-Typ-Emitterschicht 6 einen Endlosgestaltaufbau haben, bei dem mehrfache, nach außen hervorstehende Vorsprünge (erhabene Bereiche) in dem IGBT 1400 ausgebildet sind, wie in 46 gezeigt.

Noch eine andere Möglichkeit ist es, einen Aufbau ohne irgendeine p-Typ-Emitterschicht 7 bei dem Aufbau, der in 46 gezeigt ist, zu verwenden, wie in 47 gezeigt.

Bei diesem Aufbau sind die p-Typ-Emitterschichten 7 und 17 im Verhältnis zu der n-Typ-Emitterschicht 6 breiter. Dies verringert den Kontaktwiderstand zwischen den p-Typ-Emitterschichten 7 und 17 und den Emitterverdrahtungen und stellt einen reibungslosen Löcherfluß zu dem Kontaktbereich sicher, in dem die p-Typ-Emitter(p+)-Schichten und die Emitterverdrahtungen (Emitterelektrode) einander kontaktieren, ohne daß es zu einer Stagnation unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht kommt, wie in 48 gezeigt (die Querschnittsansicht von 46 entlang der Richtung H-H). Ein mittelbarer Grund, der dahintersteckt, ist der verringerte Basiswiderstand bei der p-Typ-Basisregion unmittelbar unterhalb der n-Typ-Emitterschicht.

Dies unterdrückt einen Betrieb eines parasitären npn-Bipolartransistors, der ausgebildet ist durch die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht, und verhindert einen Latch-Up eines parasitären Thyristors, der ausgebildet ist durch die p-Typ-Kollektorschicht/die n-Typ-Pufferschicht/die n--Schicht/die p-Typ-Basisschicht/die n-Typ-Emitterschicht. Als Folge verbessert sich zu der Zeit des Abschaltens oder während des gleichbleibenden AN-Zustandes des horizontalen n-Kanal-IGBT 1500 die Latch-Up-Toleranz eines parasitären Thyristors in dem IGBT.

Obwohl die Ausführungsformen 1 bis 10 auf horizontale n-Kanal-IGBTs gerichtet sind, ist die vorliegende Erfindung ebenfalls anwendbar auf einen horizontalen p-Kanal-IGBT. In diesem Fall sollten in der obigen Beschreibung der p-Typ und der n-Typ miteinander vertauscht werden.

Die vorliegende Erfindung ist weiterhin anwendbar auf einen horizontalen MOSFET, eine horizontale Vorrichtung, die eine andere MOS-Gatestruktur verwendet, oder dergleichen.


Anspruch[de]
Horizontale Halbleitervorrichtung (100) mit mehrfachen Einheits-Halbleiterelementen, wobei jedes Einheits-Halbleiterelement ausgebildet ist durch einen IGBT, der aufweist:

ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps;

eine Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat ausgebildet ist;

eine Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion ausgebildet ist;

eine ringförmige Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) von der Kollektorschicht (3) entfernt ist, jedoch die Kollektorschicht (3) umgibt; und

eine ringförmige erste Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

die Einheits-Halbleiterelemente benachbart zueinander angeordnet sind.
Horizontale Halbleitervorrichtung (200) mit mehrfachen Einheits-Halbleiterelementen, wobei jedes Einheits-Halbleiterelement durch einen IGBT ausgebildet ist, der aufweist:

ein Halbleitersubstrat (1);

eine Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

eine Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

eine ringförmige Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist, jedoch die Kollektorschicht (3) umgibt; und

eine ringförmige erste Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

die Einheits-Halbleiterelemente benachbart zueinander angeordnet sind, und

eine Isolationsschicht (20) zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiterregion (2) angeordnet ist.
Halbleitervorrichtung (100, 200) nach Anspruch 1 oder 2, bei der die erste Emitterschicht (6) in einer Endlosgestalt ausgebildet ist. Halbleitervorrichtung (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei der eine zweite Emitterschicht (7) des ersten Leitungstyps in der Basisschicht (5) so angeordnet ist, daß sie die erste Emitterschicht (6) umgibt. Halbleitervorrichtung (400) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei der die erste Emitterschicht (6) eine ringförmige Endlos-Hauptregion (6) und erhabene Bereiche (16), welche von der Hauptregion (6) nach außen hervorstehen, beinhaltet und mit der Emitterelektrode (13) an den erhabenen Bereichen (16) verbunden ist. Halbleitervorrichtung (300, 350) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei der eine Region (30) des ersten Leitungstyps in der Halbleiterregion (2) so angeordnet ist, daß sie die Bodenfläche der Basisschicht (5) berührt. Halbleitervorrichtung (400) nach Anspruch 5 oder 6, bei der die erhabenen Bereiche (16) mit gleichen Abständen zueinander um die Hauptregion so angeordnet sind, daß sie sich entlang der Radiusrichtung der Hauptregion (6) ausdehnen und der Zwischenraum (W1) zwischen zwei benachbarten erhabenen Bereichen (16) größer ist als die Breite (W2) des erhabenen Bereichs (16) (W1 > W2). Halbleitervorrichtung (500) nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei der das Ende des erhabenen Bereichs (16) einen Spitzenbereich aufweist, der sich entlang der Richtung der Tangentenlinie an die Hauptregion (6) ausdehnt, und bei der der Spitzenbereich mit der Emitterelektrode (13) verbunden ist. Halbleitervorrichtung (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der ein Bereich (17) des ersten Leitungstyps innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der durch die zweiten Emitterschichten (7) umgeben ist, die in zwei benachbarten Einheits-Halbleiterelementen enthalten sind, sowie durch eine gemeinsame Berührungslinie dieser beiden zweiten Emitterschichten (17). Halbleitervorrichtung (600) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei der es einen Bereich (17) des ersten Leitungstyps gibt, der innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der durch die zweiten Emitterschichten (17) umschlossen wird, die in drei benachbarten Einheits-Halbleiterelementen enthalten sind. Horizontale Halbleitervorrichtung (1100) mit:

einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps;

einer Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

einer Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

einer Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist; und

einer ersten Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die innerhalb der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung von Ladungsträgern zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

ein Bereich (30) des ersten Leitungstyps in dem Halbleiterbereich (2) so angeordnet ist, daß er in Kontakt mit der Bodenfläche der Basisschicht (5) ist.
Horizontale Halbleitervorrichtung (1150) mit:

einem Halbleitersubstrat (1);

einer Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, der auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

einer Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

einer Endlos-Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist, jedoch die Kollektorschicht (3) umgibt; und

einer ersten Endlos-Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung von Ladungsträgern zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

eine Isolationsschicht (20) zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiterregion (2) angeordnet ist und

eine Region (30) des ersten Leitungstyps in der Halbleiterregion (2) so angeordnet ist, daß sie die Bodenfläche der Basisschicht (5) berührt.
Horizontale Halbleitervorrichtung (1200) mit:

einem Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps;

einer Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

einer Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

einer Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist; und

einer ersten Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung von Ladungsträgern zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

die erste Emitterschicht (6) einen Endlos-Hauptbereich (6) und erhabene Bereiche (16), die von dem Hauptbereich (6) nach außen hervorstehen, beinhaltet, wobei der Zwischenraum (W1) zwischen zwei benachbarten erhabenen Bereichen (16) größer ist als die Breite (W2) des erhabenen Bereichs (16) (W1 > W2) und die erste Emitterschicht (6) mit der Emitterelektrode (13) an den erhabenen Bereichen (16) verbunden ist.
Horizontale Halbleitervorrichtung (1200) mit:

einem Halbleitersubstrat (1);

einer Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

einer Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

einer Endlos-Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist, jedoch die Kollektorschicht (3) umgibt; und

einer ersten Endlos-Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

eine Isolationsschicht (20) zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiterregion (2) angeordnet ist, und

die erste Emitterschicht (6) durch einen Endlos-Hauptbereich (6) und erhabene Bereiche (16), die von dem Hauptbereich (6) nach außen hervorstehen, ausgebildet ist, der Zwischenraum (W1) zwischen benachbarten erhabenen Bereichen (16) größer ist als die Breite (W2) des erhabenen Bereichs (16) (W1 > W2) und die erste Emitterschicht (6) mit der Emitterelektrode an den erhabenen Bereichen (16) verbunden ist.
Halbleitervorrichtung (1300) nach Anspruch 13 oder 14, bei der das Ende des erhabenen Bereichs (16) einen Spitzenbereich aufweist, der sich entlang der Richtung der Tangentenlinie an die Hauptregion (6) ausdehnt, und der Spitzenbereich mit der Emitterelektrode (13) verbunden ist. Halbleitervorrichtung (1300) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei der eine zweite Emitterschicht (7) des ersten Leitungstyps in der Basisschicht (5) so angeordnet ist, daß sie die erste Emitterschicht (6) umgibt. Horizontale Halbleitervorrichtung (1400) mit mehrfachen Einheits-Halbleiterelementen, wobei jedes Einheits-Halbleiterelement durch einen IGBT ausgebildet ist, der aufweist:

ein Halbleitersubstrat (1) eines ersten Leitungstyps;

eine Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

eine Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

eine Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht entfernt von der Kollektorschicht (3) ist; und

eine erste Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps und eine zweite Emitterschicht (7) des ersten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet sind, wobei die Bewegung von Ladungsträgern zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

eine Region (17) des ersten Leitungstyps innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der umgeben ist durch die zweiten Emitterschichten (7), die in zwei benachbarten Einheits-Halbleiterelementen enthalten sind, sowie eine gemeinsame Berührungslinie dieser beiden zweiten Emitterschichten (7).
Horizontale Halbleitervorrichtung (1500) mit mehrfachen Einheits-Halbleiterelementen, wobei jedes der Einheits-Halbleiterelemente durch einen IGBT ausgebildet ist, der aufweist:

ein Halbleitersubstrat (1);

eine Halbleiterregion (2) eines zweiten Leitungstyps, die auf dem Halbleitersubstrat (1) ausgebildet ist;

eine Kollektorschicht (3) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) ausgebildet ist;

eine Basisschicht (5) des ersten Leitungstyps, die innerhalb der Halbleiterregion (2) so ausgebildet ist, daß die Basisschicht (5) entfernt von der Kollektorschicht (3) ist; und

eine erste Emitterschicht (6) des zweiten Leitungstyps und eine zweite Emitterschicht (7) des ersten Leitungstyps, die in der Basisschicht (5) ausgebildet sind, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Emitterschicht (6) und der Kollektorschicht (3) in einem Kanalbereich (15) gesteuert wird, der in der Basisschicht (5) ausgebildet ist, wobei

eine Isolationsschicht (20) zwischen dem Halbleitersubstrat (1) und der Halbleiterregion (2) angeordnet ist und

eine Region (17) des ersten Leitungstyps innerhalb eines Bereichs angeordnet ist, der durch die zweiten Emitterschichten (7) umgeben ist, die in zwei benachbarten Einheits-Halbleiterelementen enthalten sind, sowie durch eine gemeinsame Berührungslinie der beiden zweiten Emitterschichten (7).
Halbleitervorrichtung (100) mit mehrfachen Einheits-Halbleiterelementen, wobei jedes Einheits-Halbleiterelement (500) durch einen IGBT ausgebildet ist, der aufweist:

eine erste Region (3);

eine ringförmige Kanalregion (15), die die erste Region (3) umgibt; und

eine ringförmige zweite Region (6), die die Kanalregion (15) umgibt, wobei die Bewegung der Ladungsträger zwischen der ersten Region (3) und der zweiten Region (6) in einer Kanalregion (15) gesteuert wird, wobei

die Einheits-Halbleiterelemente benachbart zueinander angeordnet sind.






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