DE-102025142574-A1 - Halbleitervorrichtung

Abstract

Eine Halbleitervorrichtung weist eine Kollektorelektrode, eine kollektorseitige Elementgrabenstruktur, ein kollektorseitiges Gate-Pad und eine kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur auf. Eine Seitenfläche des Halbleitersubstrats und die Kollektorelektrode umgeben das kollektorseitige Gate-Pad in einer Draufsicht, und die kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur durchdringt die Kollektorschicht auf der Seite der Seitenfläche des Halbleitersubstrats in Bezug auf den Verbindungsabschnitt zwischen der Kollektorelektrode und der Kollektorschicht in einer Querschnittsansicht.

Inventors

• Masaki Sudo
• Masanori Tsukuda
• Takuya Yoshida
• Shunsuke SAKAMOTO
• Yosuke Nakanishi

Assignees

• MITSUBISHI ELECTRIC CORPORATION

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251017

Priority Date

20241106

Claims (20)

1. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (25) mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche, auf welchen ein Elementbereich (61) und ein Abschlussbereich (62), welcher den Elementbereich (61) umgibt, definiert sind; • eine Emitterelektrode (12), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine emitterseitige Elementgrabenstruktur (9, 10), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine emitterseitige Gate-Elektrode (10) aufweist, welche von der Emitterelektrode (12) isoliert ist; • ein emitterseitiges Gate-Pad (23), welches auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Emitterelektrode (12) isoliert ist und elektrisch mit der emitterseitigen Gate-Elektrode (10) verbunden ist; • eine Kollektorelektrode (16), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine kollektorseitige Elementgrabenstruktur (13, 14), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine kollektorseitige Gate-Elektrode (14) aufweist, welche von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist; • ein kollektorseitiges Gate-Pad (24), welches auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist und elektrisch mit der kollektorseitigen Gate-Elektrode (14) verbunden ist; und • eine kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur (30, 31), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist und eine kollektorseitige Anschlusselektrode (31) aufweist, wobei • das Halbleitersubstrat (25) aufweist: o eine Drift-Schicht (5) eines ersten Leitfähigkeitstyps; o eine Pufferschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Drift-Schicht (5) angeordnet ist; und o eine Kollektorschicht (7) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Pufferschicht (6) angeordnet ist, • in einer Draufsicht eine Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) und die Kollektorelektrode (16) das kollektorseitige Gate-Pad (24) umgeben, und • in einer Querschnittsansicht die kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur (30, 31) die Kollektorschicht (7) auf der Seite der Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) in Bezug auf einen Verbindungsabschnitt (16a) zwischen der Kollektorelektrode (16) und der Kollektorschicht (7) durchdringt.
2. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei in einer Querschnittsansicht die kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur (30, 31) die Kollektorschicht (7) an der Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) durchdringt.
3. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2 , wobei eine Tiefe der kollektorseitigen Anschlussgrabenstruktur (30, 31) größer als eine Tiefe der kollektorseitigen Elementgrabenstruktur (13, 14) ist.
4. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei eine Breite der kollektorseitigen Anschlussgrabenstruktur (30, 31) größer als eine Breite der kollektorseitigen Elementgrabenstruktur (13, 14) ist.
5. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 1 , wobei in einer Querschnittsansicht die kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur (30, 31) die Kollektorschicht (7) auf der Seite des Verbindungsabschnitts (16a) in Bezug auf die Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) durchdringt.
6. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 weiter aufweisend eine Passivierungsschicht (32), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) und auf dem kollektorseitigen Gate-Pad (24) auf der Seite der Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist.
7. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 weiter aufweisend eine Passivierungsschicht (32), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) und auf dem kollektorseitigen Gate-Pad (24) auf der Seite der Kollektorelektrode (16) angeordnet ist.
8. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 , wobei in einer Draufsicht ein Grabeneckabschnitt (26a) der kollektorseitigen Anschlussgrabenstruktur (30, 31) abgerundet ist, wobei der Grabeneckabschnitt (26a) mit einem Eckabschnitt des Halbleitersubstrats (25) korrespondiert.
9. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 2 , wobei in einer Draufsicht eine Breite eines Grabeneckabschnitts (26a) der kollektorseitigen Anschlussgrabenstruktur (30, 31) größer als eine Breite eines linearen Abschnitts (26b) der kollektorseitigen Anschlussgrabenstruktur (30, 31) ist, wobei der Grabeneckabschnitt (26a) mit einem Eckabschnitt des Halbleitersubstrats (25) korrespondiert, wobei der lineare Abschnitt (26b) mit dem Grabeneckabschnitt (26a) verbunden ist.
10. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 , wobei in einer Draufsicht ein Abstand zwischen dem kollektorseitigen Gate-Pad (24) und der Kollektorelektrode (16) länger als ein Abstand zwischen dem kollektorseitigen Gate-Pad (24) und der Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) ist.
11. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (25) mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche, auf welchen ein Elementbereich (61) und ein Abschlussbereich (62), welcher den Elementbereich (61) umgibt, definiert sind; • eine Emitterelektrode (12), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine emitterseitige Elementgrabenstruktur (9, 10), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine emitterseitige Gate-Elektrode (10) aufweist, welche von der Emitterelektrode (12) isoliert ist; • ein emitterseitiges Gate-Pad (23), welches auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Emitterelektrode (12) isoliert ist und elektrisch mit der emitterseitigen Gate-Elektrode (10) verbunden ist; • eine Kollektorelektrode (16), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine kollektorseitige Elementgrabenstruktur (13, 14), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine kollektorseitige Gate-Elektrode (14) aufweist, welche von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist; und • ein kollektorseitiges Gate-Pad (24), welches auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist und elektrisch mit der kollektorseitigen Gate-Elektrode (14) verbunden ist, wobei • das Halbleitersubstrat (25) aufweist: o eine Drift-Schicht (5) eines ersten Leitfähigkeitstyps; o eine Pufferschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Drift-Schicht (5) angeordnet ist; und o eine Kollektorschicht (7) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Pufferschicht (6) angeordnet ist, • in einer Draufsicht eine Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) und die Kollektorelektrode (16) das kollektorseitige Gate-Pad (24) umgeben, und • in einer Querschnittsansicht die Pufferschicht (6) die Kollektorschicht (7) auf der Seite der Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) in Bezug auf einen Verbindungsabschnitt (16a) zwischen der Kollektorelektrode (16) und der Kollektorschicht (7) durchdringt.
12. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (25) mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche, auf welchen ein Elementbereich (61) und ein Abschlussbereich (62), welcher den Elementbereich (61) umgibt, definiert sind; • eine Emitterelektrode (12), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine emitterseitige Elementgrabenstruktur (9, 10), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine emitterseitige Gate-Elektrode (10) aufweist, welche von der Emitterelektrode (12) isoliert ist; • ein emitterseitiges Gate-Pad (23), welches auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Emitterelektrode (12) isoliert ist und elektrisch mit der emitterseitigen Gate-Elektrode (10) verbunden ist; • eine Kollektorelektrode (16), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine kollektorseitige Elementgrabenstruktur (13, 14), welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine kollektorseitige Gate-Elektrode (14) aufweist, welche von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist; und • ein kollektorseitiges Gate-Pad (24), welches auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Kollektorelektrode (16) isoliert ist und elektrisch mit der kollektorseitigen Gate-Elektrode (14) verbunden ist, wobei • das Halbleitersubstrat (25) aufweist: o eine Drift-Schicht (5) eines ersten Leitfähigkeitstyps; o eine Pufferschicht (6) des ersten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Drift-Schicht (5) angeordnet ist; und o eine Kollektorschicht (7) eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Pufferschicht (6) angeordnet ist, und • die Halbleitervorrichtung ferner eine modifizierte Schicht (33) aufweist, welche in einem Abschnitt einer Fläche des kollektorseitigen Gate-Pads (24) und/oder der Kollektorelektrode (16) in einer Querschnittsansicht angeordnet ist und eine geringere Lötbenetzbarkeit als die Lötbenetzbarkeit eines verbleibenden Abschnitts der Fläche aufweist.
13. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, einen Abschnitt des kollektorseitigen Gate-Pads (24) auf einer Seite einer Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) enthält.
14. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 12 oder 13 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, einen Abschnitt des kollektorseitigen Gate-Pads (24) auf der Seite der Kollektorelektrode (16) enthält.
15. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, wenigstens einen Abschnitt eines äußeren peripheren Abschnitts der Kollektorelektrode (16) in einer Draufsicht enthält.
16. Halbleitervorrichtung aufweisend: • ein Halbleitersubstrat (25) mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche, auf welchen ein Elementbereich (61) und ein Abschlussbereich (62), welcher den Elementbereich (61) umgibt, definiert sind; • eine Emitterelektrode (12), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) angeordnet ist; • eine emitterseitige Elementgrabenstruktur (9, 10), welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in dem Elementbereich (61) angeordnet ist und eine emitterseitige Gate-Elektrode (10) aufweist, welche von der Emitterelektrode (12) isoliert ist; und • ein emitterseitiges Gate-Pad (23), welches auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats (25) in der Terminierungsregion (62) angeordnet ist, von der Emitterelektrode (12) isoliert ist und elektrisch mit der emitterseitigen Gate-Elektrode (10) verbunden ist, wobei • die Halbleitervorrichtung ferner eine modifizierte Schicht (33) aufweist, welche in einem Abschnitt einer Fläche des emitterseitigen Gate-Pads (23) und/oder der Emitterelektrode (12) in einer Querschnittsansicht angeordnet ist und eine geringere Lötbenetzbarkeit als die Lötbenetzbarkeit eines verbleibenden Abschnitts der Fläche aufweist.
17. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, einen Abschnitt des emitterseitigen Gate-Pads (23) auf einer Seite einer Seitenfläche des Halbleitersubstrats (25) enthält.
18. Halbleitervorrichtung nach Anspruch 16 oder 17 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, einen Abschnitt des emitterseitigen Gate-Pads (23) auf der Seite der Emitterelektrode (12) enthält.
19. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 18 , wobei der Abschnitt, in dem die modifizierte Schicht (33) angeordnet ist, wenigstens einen Abschnitt eines äußeren peripheren Abschnitts der Emitterelektrode (12) in einer Draufsicht enthält.
20. Halbleitervorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 19 , wobei die modifizierte Schicht (33) eine oxidierte Schicht der Oberfläche und/oder eine aufgeraute Schicht der Oberfläche ist.

Description

Hintergrund Technisches Gebiet Die vorliegende Offenbarung betrifft eine Halbleitervorrichtung. Beschreibung des Standes der Technik Es werden Halbleitervorrichtungen vorgeschlagen, die jeweils umfassen: eine emitterseitige Gate-Elektrode, die einen Kanal auf einer Seite einer Emitterelektrode ausbildet, welche die Vorderseite ist; und eine kollektorseitige Gate-Elektrode, die einen Kanal auf einer Kollektorelektrodenseite bildet, welche die Rückseite ist. Es wurden unterschiedliche Techniken für solche Halbleitervorrichtungen mit einer doppelseitigen Gate-Struktur vorgeschlagen. Beispielsweise schlägt die japanische Patentanmeldungsveröffentlichungs-Nr. 2010-123667 eine Konfiguration vor, bei der ein kollektorseitiger Anschlussrahmen zum elektrischen Verbinden mit der Außenseite durch Löten mit einem kollektorseitigen Gate-Pad verbunden ist, welches auf der Seite der rückwärtigen Fläche eines Halbleitersubstrats angeordnet ist. Mit einer solchen Konfiguration ist es möglich, einen Kanal auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats auszubilden, indem eine Spannung von außen an die kollektorseitige Gate-Elektrode über den kollektorseitigen Anschlussrahmen und das kollektorseitige Gate-Pad angelegt wird. Es gibt jedoch Fälle, in denen während des Herstellungsprozesses das Lötmittel, welches das kollektorseitige Gate-Pad und den kollektorseitigen Anschlussrahmen verbindet, zu einer Seitenfläche des Halbleitersubstrats austritt. Dies verursacht ein Problem dahingehend, dass der kollektorseitige Anschlussrahmen und die Seitenfläche des Halbleitersubstrats durch das Lötmittel elektrisch verbunden sind und der Leckstrom des kollektorseitigen Gates zunimmt. Zusammenfassung Die vorliegende Offenbarung wurde im Hinblick auf die obigen Probleme gemacht und zielt darauf ab, eine Technologie bereitzustellen, die den Leckstrom des kollektorseitigen Gates reduzieren kann. Eine Halbleitervorrichtung gemäß der vorliegenden Offenbarung weist auf: ein Halbleitersubstrat mit einer vorderen Fläche und einer rückwärtigen Fläche, auf welchen ein Elementbereich und ein Abschlussbereich, welcher den Elementbereich umgibt, definiert sind; eine Emitterelektrode, welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine emitterseitige Elementgrabenstruktur, welche auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats in dem Elementbereich angeordnet ist und eine emitterseitige Gate-Elektrode aufweist, welche von der Emitterelektrode isoliert ist; ein emitterseitiges Gate-Pad, welches auf der Seite der vorderen Fläche des Halbleitersubstrats in der Terminierungsregion angeordnet ist, von der Emitterelektrode isoliert ist und elektrisch mit der emitterseitigen Gate-Elektrode verbunden ist; eine Kollektorelektrode, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats angeordnet ist; eine kollektorseitige Elementgrabenstruktur, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats in dem Elementbereich angeordnet ist und eine kollektorseitige Gate-Elektrode aufweist, welche von der Kollektorelektrode isoliert ist; ein kollektorseitiges Gate-Pad, welches auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats in der Terminierungsregion angeordnet ist, von der Kollektorelektrode isoliert ist und elektrisch mit der kollektorseitigen Gate-Elektrode verbunden ist; und eine kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche des Halbleitersubstrats in der Terminierungsregion angeordnet ist und eine kollektorseitige Anschlusselektrode aufweist, wobei das Halbleitersubstrat aufweist: eine Driftschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps; eine Pufferschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Driftschicht angeordnet ist; und eine Kollektorschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, welche auf der Seite der rückwärtigen Fläche der Pufferschicht angeordnet ist, wobei eine Seitenfläche des Halbleitersubstrats und die Kollektorelektrode das kollektorseitige Gate-Pad in einer Draufsicht umgeben, und die kollektorseitige Anschlussgrabenstruktur die Kollektorschicht auf der Seite der Seitenfläche des Halbleitersubstrats in Bezug auf einen Verbindungsabschnitt zwischen der Kollektorelektrode und der Kollektorschicht in einer Querschnittsansicht durchdringt. Ein Leckstrom des kollektorseitigen Gates kann reduziert werden. Diese und weitere Aufgaben, Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Figuren deutlicher. Kurze Beschreibung der Figuren 1 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der Vorderseite einer Halbleitervorrichtung gemäß einer ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;2 ist eine Draufsicht, die eine Konfiguration der Rückseite der Halbleitervorrichtung gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform veranschaulicht;3 ist eine Querschnittsansic