CN102473705A - 半导体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种半导体装置。在半导体装置的半导体层中形成有二极管区和IGBT区。在半导体层中形成有寿命控制区。寿命控制区具有在俯视观察时位于二极管区中的第一寿命控制区、和位于IGBT区的一部分中的第二寿命控制区。该第二寿命控制区从二极管区和IGBT区的边界起朝向IGBT区内延伸。第二寿命控制区的前端在俯视观察时位于IGBT区中的体区的形成范围内。

Description

半导体装置
技术领域
本申请要求基于2010年4月2日申请的日本专利申请第2010-086148号的优先权。在本说明书中以参照的方式引用该申请的全部内容。
本发明涉及一种具备形成有二极管区和IGBT(Insulated Gate BipolarTransistor：绝缘栅双极性晶体管)区的半导体层的半导体装置。
背景技术
开发了一种使半导体区和IGBT区并存在同一半导体层内的半导体装置。在这种半导体装置中，二极管区被用作为续流二极管(Free Wheeling Diode：FWD)，并在IGBT区置于关闭时，使负载电流回流。在这种半导体装置中，改善二极管区的反向恢复特性成为重要的课题。
在日本特开2009-267394号公报以及日本特开2008-192737号公报中，为了改善二极管区的反向恢复特性，而提出了一种在半导体层内形成寿命控制区的技术。寿命控制区是为了通过再结合来使在负载电流回流时被注入的过剩的载流子消失，从而降低反向恢复时的反向恢复电量(Qrr)而形成的。在日本特开2009-267394号公报中，公开了一种横跨二极管区和IGBT区双方而形成寿命控制区的技术。在日本特开2008-192737号公报中，公开了一种选择性地仅在二极管区内形成寿命控制区的技术。
发明内容
发明所要解决的课题
当如日本特开2009-267394号公报这样，横跨二极管区和IGBT区双方而形成寿命控制区时，则在IGBT区置于导通时，存在于IGBT区内的寿命控制区将使载流子的输送效率下降。因此，日本特开2009-267394号公报中的半导体装置存在通态电压较大的问题。另一方面，当如日本特开2008-192737号公报这样，仅在二极管区内形成有寿命控制区时，则抑制了上述这种的通态电压的增大。
然而，根据本发明人们的详细的研究的结果，明确了如下内容。在IGBT区内，于体区和漂移区之间存在寄生二极管。因此，可明确如下内容，即，当负载电流回流时，在二极管区和IGBT区的边界附近，所述寄生二极管将被正向偏置，从而载流子有时会经由寄生二极管而被注入。
因此，当如日本特开2008-192737号公报这样，仅在二极管区内形成有寿命区时，则无法良好地使经由IGBT区内的寄生二极管而被注入的载流子消失。因此，根据本发明人们的详细的研究的结果，可明确如下内容，即，由于经由IGBT区内的寄生二极管而被注入的载流子，从而反向恢复电量(Qrr)增大。
本申请说明书中所公开的技术是以上述新的见解为契机而创作的技术，其目的在于，对通态电压和反向恢复电量(Qrr)双方进行改善。
用于解决问题的方法
本申请说明书中所公开的半导体的特征在于，具有在俯视观察时位于二极管区中的第一寿命控制区、和位于IGBT区的一部分中的第二寿命控制区。第二寿命控制区的特征在于，从二极管区和IGBT区的边界起朝向IGBT区内延伸。更具体而言，第二寿命控制区的特征在于，以在俯视观察时与IGBT区的体区的形成范围的一部分重叠的方式而被形成。由此，由于能够通过第二寿命控制区来使经由IGBT区内的寄生二极管而被注入的载流子的至少一部分消失，因此能够抑制反向恢复电量(Qrr)的增大。此外，第二寿命控制区被形成在IGBT区的一部分中，而不是被形成在IGBT区的整个区域内。因此，也抑制了由于形成第二寿命控制区而导致的通态电压的增大。根据本说明书中所公开的技术，能够将改善了通态电压和反向恢复电量(Qrr)双方的半导体装置具体化。
发明效果
根据本说明书中所公开的技术，能够将改善了通态电压和反向恢复电量(Qrr)双方的半导体装置具体化。
附图说明
图1为模式化地表示第一实施例中的半导体装置的主要部分的剖视图。
图2图示了二极管区的正向电压和反向恢复电量(Qrr)之间的关系。
图3图示了距二极管区和IGBT区的边界的长度与反向恢复电量(Qrr)之间的关系。
图4为模式化地表示第二实施例中的半导体装置的主要部分的剖视图。
具体实施方式
本说明书中所公开的半导体装置具备形成有二极管区和IGBT区的半导体层。二极管区具有被形成在半导体层的表层部的P型的阳极区、和被形成在半导体层的底层部的n型的阴极区。IGBT区具有被形成在半导体层的表层部的p型的体区、和被形成在半导体层的底层部的p型的集电区。此处，在本申请说明书中，将在半导体层的底层部形成有p型的集电区的范围定义为IGBT区。因此，二极管区和IGBT区的边界是指，形成有集电区的范围与未形成有集电区的范围的边界。在一个示例中，多数情况下，二极管区内的n型的阴极区和IGBT区内的p型的集电区邻接。因此，二极管区和IGBT区的边界有时是指，阴极区和集电区的接合面。在半导体层内形成有于半导体层的水平方向上连续延伸的寿命控制区。寿命控制区为，与周围的区域相比载流子的寿命被缩短了的区域。在一个示例中，寿命控制区为有意地形成有晶体缺陷的区域。在本说明书所公开的半导体装置中，寿命控制区具有在俯视观察时位于二极管区中的第一寿命控制区、和位于IGBT区的一部分中的第二寿命控制区。第二寿命控制区从二极管区和IGBT区的边界起朝向IGBT区内延伸。在俯视观察时，第二寿命控制区的前端位于IGBT区的体区的形成范围内。以此种方式，当第二寿命控制区被形成在IGBT区内的体区的下方时，经由IGBT区内的寄生二极管而被注入的载流子在第二寿命控制区内进行再结合的概率将大幅增加。其结果为，降低了经由寄生二极管而被注入的载流子对反向恢复电量(Qrr)的影响。
在本申请说明书所公开的半导体装置中，优选为，第二寿命控制区的前端位于在水平方向上距二极管区和IGBT区的边界大于等于空穴的扩散长度的范围内。空穴的扩散长度可以估计为约60μm。因此，优选为，第二寿命控制区的前端位于在水平方向上距二极管区和IGBT区的边界60μm以上的范围内。当第二寿命控制区从二极管区和IGBT区的边界起在水平方向上延伸60μm以上时，能够良好地得到反向恢复电量(Qrr)的降低效果。
在本申请说明书所公开的半导体装置中，可以形成有贯穿体区而设置的多个沟槽栅。此时，优选为，在俯视观察时，第二寿命控制区的前端位于超过了被设置在最靠近二极管区侧的沟槽栅的范围内。此处，超过沟槽栅的范围也包括沟槽栅的下方的范围。此时的第二寿命控制区被形成在，存在于与IGBT区内的被设置在最靠近二极管区的沟槽栅相比更靠二极管区侧的、体区的下方的整个区域内。当二极管区内流通有回流电流时，由存在于与沟槽栅相比更靠二极管区侧的体区而构成的寄生二极管容易被正向偏置。因此，以上述位置关系所形成的寿命控制区能够良好地使经由IGBT区内的寄生二极管而被注入的载流子消失。
在本申请说明书所公开的半导体装置中，优选为，第二寿命控制区的前端位于在水平方向上距二极管区和IGBT区的边界500μm以下的范围内。根据本发明人们的研究的结果，明确了如下内容，即，即使超过500μm而形成第二寿命控制区，反向恢复电量(Qrr)的降低效果也会饱和。因此，当考虑到通态电压的增大时，则优选为，第二寿命控制区的前端位于上述范围内。由此，使改善了通态电压和反向恢复电量(Qrr)双方的半导体装置被具体化。
在本申请说明书所公开的半导体装置中，优选为，寿命控制区通过带电粒子的照射而形成，并被形成在半导体层的预定深度的平面内的一部分中。
实施例
(第一实施例)
如图1所示，半导体装置10具备并存有二极管区20和IGBT区40的半导体层12。在半导体装置10中，二极管区20被用作为续流二极管，从而当IGBT区40置于关闭时，使负载电流回流。在一个示例中，IGBT区40可以被形成为，在俯视观察时围绕二极管区20的外周一周。或者，二极管区20和IGBT区40可以以在俯视观察时于一个方向上并排邻接的方式而配置。
半导体装置10具备被形成在半导体层12的底面上的共用电极60、和被形成在半导体层12的表面上的阳极电极28以及发射电极48。共用电极60横跨二极管区20和IGBT区40双方而形成，且为二极管中的阴极电极，并为IGBT中的集电电极。阳极电极28对应于二极管区20而形成。发射电极48对应于IGBT区40而形成。另外，根据需要，也可以将阳极电极28和发射电极48设定为一个共用电极。
半导体装置10在与半导体层12的二极管区20相对应的部位上还具有：n型的阴极区22、n型的中间区24和p型的阳极区26。
阴极区22例如利用离子注入技术而被形成在半导体层12的底层部上。阴极区22的杂质浓度较高，且与共用电极60欧姆接触。
中间区24被设置在阴极区22和阳极区26之间。中间区24具备低浓度中间区24a和缓冲区24b。低浓度中间区24a和缓冲区24b的杂质浓度有所不同，并且低浓度中间区24a的杂质浓度低于缓冲区24b。低浓度中间区24a为在半导体层12内形成了其他区域后的剩余部分，杂质浓度在厚度方向为固定的缓冲区24b，例如利用离子注入技术而被形成。
阳极区26例如利用离子注入技术而被形成在半导体层12的表层部上。阳极区26具备多个高浓度阳极区26a、和包围该多个高浓度阳极区26a的低浓度阳极区26b。多个高浓度阳极区26a被分散地配置在半导体层12的表层部上。多个高浓度阳极区26a的杂质浓度较高，且与阳极电极28欧姆接触。低浓度阳极层26b的杂质浓度低于高浓度阳极区26a。阳极区26的下端的位置浅于后文叙述的沟槽栅52的下端的位置。另外，低浓度阳极区26b可以仅被设置在相邻的高浓度阳极区26a之间，以代替该示例。阳极区26的方式可以根据阳极区20所需的特性，而采用各种各样的方式。
半导体装置10在与半导体层12的IGBT区40相对应的部位上还具备：p型的集电区42、n型的漂移区44、p型的体区和n型的发射区47。
集电区42例如利用离子注入技术而被形成在半导体层12的底层部上。集电区42的杂质浓度较高，且与共用电极60欧姆接触。IGBT区40内的集电区42和二极管区20内的阴极区22位于半导体层12内的大致相同的深度处，并在半导体层12的水平方向上邻接。在该示例中，集电区42和阴极区22的接合面为二极管区20和IGBT区40的边界。
漂移区44被设置在集电区42和体区46之间。漂移区44具备低浓度漂移区44a和缓冲区44b。低浓度漂移区44a和缓冲区44b的杂质浓度有所不同，并且低浓度漂移区44a的杂质浓度低于缓冲区44b。低浓度漂移区44a为在半导体层12内形成了其他区域后的剩余部分，杂质浓度在厚度方向上为固定的缓冲区44b例如利用离子注入技术而被形成。
体区46例如利用离子注入技术而被形成在半导体层12的表层部上。体区46具备多个体接触区46a、和包围该体接触区46a的低浓度体区46b。体接触区46a被分散配置在半导体层12的表层部上。多个体接触区46a的杂质浓度较高，且与发射电极48欧姆接触。低浓度体区46b的杂质浓度低于多个体接触区46a。
多个发射区47例如利用离子注入技术而被形成在半导体层12的表层部上。多个发射区47被分散配置在半导体层12的表层部上。多个发射区47的杂质浓度较高，且与发射电极48欧姆接触。
半导体装置10还具备被形成在与IGBT区40相对应的部位上的多个沟槽栅52。多个沟槽栅52被分散配置在半导体层12的表层部上。沟槽栅52具备沟槽栅电极54、和覆盖该沟槽栅电极54的栅绝缘膜56。沟槽栅52从半导体层12的表面起朝向底面延伸，且贯穿体区46而延伸。沟槽栅52与发射区47、低浓度体区46b以及低浓度漂移层44a相连。沟槽栅电极54通过绝缘膜58而与发射电极48绝缘。
半导体装置10的特征在于，还具备被形成在半导体层12的预定深度处的寿命控制区39。寿命控制区39在半导体层12的预定深度处，被形成在该平面内的一部分中。寿命控制区39具有在俯视观察时于二极管区20的整个范围内，沿着水平方向而连续形成的第一寿命控制区39A。寿命控制区39还具有在俯视观察时于IGBT区40的一部分中，沿着水平方向而连续形成的第二寿命控制区39B。二极管区20内的第一寿命控制区39A和IGBT区40内的第二寿命控制区39B在二极管区20和IGBT区40的边界处连续。IGBT区40内的第二寿命控制区39B从二极管区20和IGBT区40的边界起朝向IGBT区40内延伸。更详细而言，第二寿命控制区39B的前端39a在俯视观察时位于IGBT区40的体区46的形成范围内。另外，第二寿命控制区39B的前端39a在俯视观察时位于超过了IGBT区40内的最靠近二极管区20侧的体接触区46a的范围内。而且，第二寿命控制区39B的前端39a在俯视观察时位于超过了IGBT区40内的最靠近二极管区20侧的沟槽栅52的范围内。
寿命控制区39在二极管区20中被形成在低浓度中间区24a内，而在IGBT区40中被形成在低浓度漂移区44a内。更具体而言，二极管区20内的第一寿命控制区39A被形成在，低浓度中间区24a与低浓度阳极区26a的接合面中的低浓度中间区24a侧。IGBT区40内的第二寿命控制区39B被形成在，低浓度漂移区44a与低浓度体区46b的接合面中的低浓度漂移区44a侧。
寿命控制区39可以采用已知的各种各样的方法而形成。在本实施方式中，向半导体层12照射氦(He)，从而在预定深度处形成寿命控制区39。可以通过向半导体层12照射其他的带电粒子来形成寿命控制区39，以代替该示例。或者，可以通过向半导体层12照射电子束来形成寿命控制区39。此外，可以使金或者铂等重金属在半导体层12内扩散，从而形成寿命控制区39。
寿命控制区39通过照射氦时的损伤，从而含有多于周围的量的晶体缺陷。寿命控制区39的晶体缺陷密度在半导体层12的预定深度处具有峰值，且高于周围的低浓度中间区24a以及低浓度漂移区44a的晶体缺陷密度。因此，寿命控制区39能够提供电子和空穴进行再结合的场所。
接下来，对半导体装置10的反向恢复特性所涉及的特征进行说明。半导体装置10作为构成车载用的三相变换电路的六个晶体管中的一个而使用，并与未图示的交流电机相连接。在以PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)方式来控制导通/关闭的半导体装置10中，当IGBT区40置于关闭时，回流电流经由二极管区20而朝向交流电机流通。此时，二极管区20成为正向偏置状态，从而阳极电极28为高电位，共用电极60为低电位。因此，大量的空穴从阳极区26朝向低浓度中间区24a而被注入。
接下来，当二极管区20转换成反向偏置状态时，回流电流被截断。此时，二极管区20的阳极电极28为低电位，共用电极60为高电位。因此，当二极管区20转换成反向偏置状态时，由于回流电流从而被注入到低浓度中间区24a的空穴将朝向阳极区26而开始反向流通。该现象作为反向恢复电流而被观测。该反向恢复电流的大小和持续时间之积为反向恢复电量(Qrr)，从而为了抑制电力损耗，将该反向恢复电量(Qrr)抑制在较小程度是比较重要的。
为了抑制反向恢复电量(Qrr)，关键在于控制在回流电流流通时被注入的空穴量。在半导体装置10中，在二极管区20的整个区域内形成有第一寿命控制区39A。第一寿命控制区39A由于具有晶体缺陷，因此作为载流子的再结合中心而发挥作用。因此，在二极管区20内，通过回流电流而被注入的过剩的空穴，通过在第一寿命控制区39A内的再结合而消失。
如上文所述，当回流电流流通时，阳极电极28为高电位，共用电极60为低电位。在半导体装置10中，由于阳极电极28和发射电极48以短接的方式而被使用，因此当阳极电极28为高电位时，发射电极48也为高电位。如图1所示，在IGBT区40内，于体区46和漂移区44之间存在寄生二极管。该寄生二极管的大部分由于在底层部设置有p型的集电区42而不会动作。然而，已知如下的情况，即，当二极管区20的正向电压增大时，存在于二极管区20和IGBT区40的边界附近的寄生二极管将进行动作。尤其是在增加寿命控制区39的晶体缺陷密度时，回流电流流通时的二极管区20的正向电压将增大。因此，可知如下的情况，即，存在于二极管区20和IGBT区40的边界附近的寄生二极管被正向偏置。
半导体装置10的特征在于，即使对存在于上述边界附近的寄生二极管也有办法应对。如图1所示，在半导体装置10中，第二寿命控制区39B被形成在IGBT区40的一部分中。因此，经由IGBT区40的寄生二极管而被注入的空穴，通过在第二寿命控制区39B内的再结合而消失。因此，在半导体装置10中，抑制了由于经由IGBT区40内的寄生二极管而被注入的空穴而导致反向恢复电量(Qrr)增大的情况。
图2图示了被施加于二极管区20的正向电压(Vf)和反向恢复电量(Qrr)之间的关系。图示了如下情况，即，正向电压(Vf)越大，则寿命控制区39内含有的晶体缺陷越多，从而形成寿命控制区39时的氦的照射量越多的情况。图中的现有结构是指，仅在二极管区20内形成有寿命控制区39，而在IGBT区40内未形成寿命控制区39的示例。图中的100μm、200μm、300μm、500μm以及800μm分别表示第二寿命控制区39B从二极管区20和IGBT区40的边界起朝向IGBT区40内延伸的长度。
通常，由于正向电压(Vf)越大，寿命控制区39内的晶体缺陷量越多，因此反向恢复电量(Qrr)减少。然而，如图2所示，在现有结构中，当正向电压(Vf)超过约1.5V而增大时，反向恢复电量(Qrr)将增大。推断出该现象的原因在于，由于正向电压(Vf)增大，从而IGBT区40内的寄生二极管被正向偏置，由此空穴经由该寄生二极管而被注入。
另一方面，明确了如下情况，即，在IGBT区40的一部分中形成了第二寿命控制区39B的本实施例中，与现有结构相比，反向恢复电量(Qrr)均减少。尤其是关于正向电压(Vf)超过约1.5V的范围，与在现有结构中反向恢复电量(Qrr)增大相对，在本实施方式中，反向恢复电量(Qrr)均减少。此情况表示，通过在IGBT区40的一部分中形成第二寿命控制区39B，从而良好地使经由IGBT区40内的寄生二极管而被注入的空穴消失，由此能够防止反向恢复电量(Qrr)的增大。
图3图示了寿命控制区39从二极管区20和IGBT区40的边界起朝向IGBT区40延伸的长度、与反向恢复电量(Qrr)之间的关系。明确了如下内容，即，与形成寿命控制区39时的氦的照射量无关，在任一示例中，当距边界的长度超过500μm时，反向恢复电量(Qrr)的减少效果均将饱和。
如上文所述，在半导体装置10中，通过在IGBT区40的一部分中形成第二寿命控制区39B，从而能够通过被形成在IGBT区40内的第二寿命控制区39B，而使经由IGBT区40内的寄生二极管被注入的空穴的至少一部分消失。由此，能够抑制反向恢复电量(Qrr)的增大。此外，第二寿命控制区39B被形成在IGBT区40的一部分中，而未被形成在IGBT区40的整个区域内。因此，也抑制了由于形成第二寿命控制区39B而导致的通态电压的增大。从而在半导体装置10中，通态电压和反向恢复电量(Qrr)双方均被改善。
(第二实施例)
如图4所示，半导体装置100的特征在于，在二极管区20和IGBT区40的边界附近形成有p型的分离区72。分离区72被形成在半导体层12的表层部上。分离区72被形成为深于阳极区26的下端以及体区46的下端的位置处。更详细而言，分离区72被形成在从半导体层12的上表面起到深于沟槽栅的下端的位置处。此外，分离区72与阳极区26和体区46双方相连。分离区72的杂质浓度高于低浓度阳极区26b和低浓度体区46b。分离区72在IGBT区40置于关闭时，朝向低浓度中间区24a以及低浓度漂移区44a延伸耗尽层，从而抑制二极管区20和IGBT区40的边界附近处的电场集中。尤其是由于分离区72被形成为深于沟槽栅，因此抑制了分离区72附近的沟槽栅中的电场集中。
半导体装置100的特征在于，在分离区72的下端也形成有寿命控制区39。分离区72还构成寄生二极管。因此，在具有分离区72的半导体装置中，当分离区72内的寄生二极管被正向偏置时，将成为反向恢复电量(Qrr)增大的主要原因。在半导体装置100中，由于分离区72的下端也形成有寿命控制区39，因此能够良好地使经由分离区72内的寄生二极管而被注入的空穴消失。而且，与第一实施方式相同，由于第二寿命控制区39B被形成在IGBT区40内的体区46的下方，因此也能够良好地使经由体区46内的寄生二极管而被注入的空穴消失。
以上，虽然对本发明的具体示例进行了详细说明，但是这些只不过是示例，并不对权利要求的范围进行限定。权利要求书中所记载的技术中包括对以上所例示的具体示例进行了各种变形、改变后的技术。
在本说明书或附图中进行说明的技术要素，是单独或者以各种组合的形式来发挥技术上的有用性的，其并不限定于申请时权利要求中所记载的组合。另外，在本说明书或者附图中所例示的技术为，可以同时达成多个目的的技术，且达成其中一个目的的本身也具有技术上的有用性。

Claims (4)

1.一种半导体装置，其中，
具备形成有二极管区和绝缘栅双极性晶体管区的半导体层，
所述二极管区具有被形成在所述半导体层的表层部上的p型的阳极区、和被形成在所述半导体层的底层部上的n型的阴极区，
所述绝缘栅双极性晶体管区具有被形成在所述半导体层的表层部上的p型的体区、和被形成在所述半导体层的底层部上的p型的集电区，
在所述半导体层内，形成有在所述半导体层的水平方向上连续延伸的寿命控制区，
所述寿命控制区具有在俯视观察时位于所述二极管区中的第一寿命控制区、和位于所述绝缘栅双极性晶体管区的一部分中的第二寿命控制区，
所述第二寿命控制区从所述二极管区和所述绝缘栅双极性晶体管区的边界起朝向所述绝缘栅双极性晶体管区内延伸，
在俯视观察时，所述第二寿命控制区的前端位于所述绝缘栅双极性晶体管区中的所述体区的形成范围内。
2.如权利要求1所述的半导体装置，其中，
所述第二寿命控制区的前端位于在所述水平方向上距所述边界60μm以上的范围内。
3.如权利要求1或2所述的半导体装置，其中，
形成有贯穿所述体区而设置的多个沟槽栅，
在俯视观察时，所述第二寿命控制区的前端位于超过了被设置在最靠近二极管区侧的所述沟槽栅的范围内。
4.如权利要求1至3中的任意一项所述的半导体装置，其中，
所述第二寿命控制区的前端位于在所述水平方向上距所述边界500μm以下的范围内。
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014086075A1 (zh) * 2012-12-07 2014-06-12 中国科学院微电子研究所 一种igbt结构及其制备方法
CN104051524A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件
CN104282755A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 株式会社东芝 半导体器件
CN104916670A (zh) * 2014-03-14 2015-09-16 株式会社东芝 半导体装置
CN105552112A (zh) * 2015-12-03 2016-05-04 厦门元顺微电子技术有限公司 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
CN105830217A (zh) * 2013-12-17 2016-08-03 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN106133889A (zh) * 2014-03-25 2016-11-16 株式会社电装 半导体装置
CN106463529A (zh) * 2014-04-28 2017-02-22 丰田自动车株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN107086217A (zh) * 2016-02-16 2017-08-22 富士电机株式会社 半导体装置
CN107710409A (zh) * 2015-08-21 2018-02-16 株式会社电装 半导体装置

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2752875B1 (en) * 2011-08-30 2017-11-29 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device
JP2013197122A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Toshiba Corp 半導体装置
JP6078961B2 (ja) * 2012-03-19 2017-02-15 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
JP6073092B2 (ja) * 2012-09-07 2017-02-01 株式会社 日立パワーデバイス ダイオード及び電力変換システム、並びにダイオードの製造方法
JP6421570B2 (ja) * 2013-12-20 2018-11-14 株式会社デンソー 半導体装置
JP2016029685A (ja) * 2014-07-25 2016-03-03 株式会社東芝 半導体装置
JP6197773B2 (ja) * 2014-09-29 2017-09-20 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6443267B2 (ja) * 2015-08-28 2018-12-26 株式会社デンソー 半導体装置
JP6531589B2 (ja) 2015-09-17 2019-06-19 株式会社デンソー 半導体装置
JP6878848B2 (ja) * 2016-02-16 2021-06-02 富士電機株式会社 半導体装置
JP6560142B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6560141B2 (ja) * 2016-02-26 2019-08-14 トヨタ自動車株式会社 スイッチング素子
JP6665713B2 (ja) * 2016-06-28 2020-03-13 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
DE112017005529B4 (de) * 2016-11-01 2024-03-14 Mitsubishi Electric Corporation Siliciumcarbid-halbleitereinheit und leistungswandlereinheit
JP2018092968A (ja) 2016-11-30 2018-06-14 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置、ｒｃ−ｉｇｂｔ及び半導体装置の製造方法
WO2019013286A1 (ja) 2017-07-14 2019-01-17 富士電機株式会社 半導体装置
JP6909666B2 (ja) * 2017-07-27 2021-07-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP6863479B2 (ja) * 2017-12-14 2021-04-21 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
JP7131003B2 (ja) * 2018-03-16 2022-09-06 富士電機株式会社 半導体装置
JP6946219B2 (ja) 2018-03-23 2021-10-06 株式会社東芝 半導体装置
DE112018007456B4 (de) * 2018-04-11 2024-01-25 Mitsubishi Electric Corporation Halbleitervorrichtung, Halbleiterwafer und Verfahren zum Herstellen einer Halbleitervorrichtung
JP7403386B2 (ja) 2020-05-27 2023-12-22 三菱電機株式会社 半導体装置
JP7506628B2 (ja) 2021-03-24 2024-06-26 株式会社東芝 半導体装置
CN113555416B (zh) * 2021-09-22 2021-12-31 四川上特科技有限公司 一种功率二极管器件

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1074959A (ja) * 1996-07-03 1998-03-17 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2008192737A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
US20090242931A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-01 Denso Corporation Semiconductor device having IGBT and diode
US20090278166A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Soeno Akitaka Semiconductor device
CN101587912A (zh) * 2008-05-23 2009-11-25 三菱电机株式会社 半导体装置
JP2010067901A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Toyota Motor Corp 半導体装置とその製造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4198251B2 (ja) 1999-01-07 2008-12-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1074959A (ja) * 1996-07-03 1998-03-17 Toshiba Corp 電力用半導体素子
JP2008192737A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
US20090242931A1 (en) * 2008-04-01 2009-10-01 Denso Corporation Semiconductor device having IGBT and diode
US20090278166A1 (en) * 2008-05-09 2009-11-12 Soeno Akitaka Semiconductor device
CN101587912A (zh) * 2008-05-23 2009-11-25 三菱电机株式会社 半导体装置
JP2010067901A (ja) * 2008-09-12 2010-03-25 Toyota Motor Corp 半導体装置とその製造方法

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2014086075A1 (zh) * 2012-12-07 2014-06-12 中国科学院微电子研究所 一种igbt结构及其制备方法
CN104051524B (zh) * 2013-03-15 2017-12-05 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件
CN104051524A (zh) * 2013-03-15 2014-09-17 英飞凌科技奥地利有限公司 半导体器件
CN104282755A (zh) * 2013-07-11 2015-01-14 株式会社东芝 半导体器件
US10141304B2 (en) 2013-12-17 2018-11-27 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Semiconductor device
CN105830217B (zh) * 2013-12-17 2020-10-09 株式会社电装 半导体装置
CN105830217A (zh) * 2013-12-17 2016-08-03 丰田自动车株式会社 半导体装置
CN104916670A (zh) * 2014-03-14 2015-09-16 株式会社东芝 半导体装置
CN104916670B (zh) * 2014-03-14 2018-04-06 株式会社东芝 半导体装置
CN106133889A (zh) * 2014-03-25 2016-11-16 株式会社电装 半导体装置
CN106133889B (zh) * 2014-03-25 2019-09-06 株式会社电装 半导体装置
CN106463529B (zh) * 2014-04-28 2019-11-05 丰田自动车株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN106463529A (zh) * 2014-04-28 2017-02-22 丰田自动车株式会社 半导体装置以及半导体装置的制造方法
CN107710409A (zh) * 2015-08-21 2018-02-16 株式会社电装 半导体装置
CN105552112B (zh) * 2015-12-03 2018-09-21 厦门元顺微电子技术有限公司 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
CN105552112A (zh) * 2015-12-03 2016-05-04 厦门元顺微电子技术有限公司 一种绝缘栅双极晶体管及其制造方法
CN107086217A (zh) * 2016-02-16 2017-08-22 富士电机株式会社 半导体装置
CN107086217B (zh) * 2016-02-16 2023-05-16 富士电机株式会社 半导体装置

Also Published As

Publication number Publication date
US8716747B2 (en) 2014-05-06
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CN102473705B (zh) 2015-11-25

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