JP2006222455A - 半導体装置及び電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】隣り合う絶縁ゲート間の間隔が狭い領域(領域La)と広い領域(領域Lb)を設け、広い間隔の領域においては、p型ベース層(4)よりも深い、p型ウェル層(9)が設けられる。
【効果】隣り合う絶縁ゲート間の間隔が狭い領域(領域La)と広い領域を設けながらも、耐圧が低下しない。
【選択図】図1
Description
La≧2が好ましい。なお、La≦5μmが好ましい。
b.第1領域において、第2半導体層が、第1半導体層側の第1部分と、第1部分よりも高不純物濃度の第3半導体層側の第2部分とを有する、
c.第2領域の第3半導体層と第1主電極との間にツェナーダイオードが接続され、好ましくはさらに、第2領域の第3半導体層と第1主電極とが絶縁膜によって絶縁される。
Lbにおけるp型コレクタ層2からもホールがn型ベース層1へ注入される。このホールも伝導度変調に寄与する。なお、主電極11が、領域Lbにおいてもp型コレクタ層2とオーミック接触しているので、より多くのホールが、領域Lbのp型コレクタ層2から注入される。
10と主電極11には飽和電流が流れる。飽和電流はチャネル幅の大きさにほぼ比例する。従来のトレンチIGBTに比べてチャネル幅が小さいので、飽和電流が従来のトレンチ絶縁ゲート型IGBTより低くなる。
La>1においては、トレンチ絶縁ゲート型IGBTの高速スイッチング性能及び短絡耐量が向上する。しかも12>Lb/La>1においては、オン電圧が低減する。すなわち、12>Lb/La>1においては、低オン抵抗というトレンチ絶縁ゲート型本来の特性が損なわれずむしろ向上されながら、入力容量Cinと飽和電流Icsatが低減する。さらに、6≧Lb/La≧2にすることにより、オン電圧が極小になる。
1000A/cm2 以下にすればよい。例えば600Vの耐圧をもつ素子において、La=3.2μm,Lb=23.2μmのとき、オン電圧は従来のトレンチ絶縁ゲートIGBTよりも低く、ゲートの入力容量は1/3倍と減少し、かつ飽和電流1000A/cm2 とすることができる。
Lpはpウェル層9とp型ウェル層91が、IGBTの電圧阻止状態においてパンチスルーする距離に設定してある。p型ウェル層91は、電極66を介して主電極10と電気的に接続される。最外周のpウェル層9には、ターンオフ時ホールを引き抜くため、コンタクト67のように電極10とコンタクトをとってもよい。
IGBTのトレンチ絶縁ゲート7に負の電位を印加してオフする場合は、M1はエンハンスメント,デプレッション型どちらでも良いが、0電位を印加してオフする場合は、デプレッション型にする。どちらの場合も、IGBTのオン時にはM1をオフにし、IGBTのオフ時にはM1をオンにする。
13,62,63,91,151…p型ウェル層、10…エミッタ電極、11…コレクタ電極、61,171…ゲート配線、64,161…絶縁膜、65…ゲート補強配線、66…金属電極、67…コンタクト領域、152…La交差領域、231,232…圧接電極、C…コレクタ端子、G…ゲート端子、E…エミッタ端子、D1…ツェナーダイオード、La…狭い領域La、Lb…広い領域Lb、Lc…p型ウェル層9深さ、Le…p型ウェル層9−トレンチ絶縁ゲート7間距離、Lp…p型ウェル層62−p型ウェル層63間距離。
Claims (14)
- 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層と隣接する前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層を貫き、前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、
隣り合う前記絶縁ゲート間の領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、
前記第1の領域における前記第3半導体層内において、前記絶縁ゲートに接する第2導電型の第4半導体層と、
前記第1領域に置いて、前記第3半導体層及び前記第4半導体層に電気的に接続する第1主電極と、
前記第1半導体層に電気的に接続する第2主電極と、
を備え、
前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔は、前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔よりも大きく、
前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の前記間隔をLaとし、前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の前記間隔をLbとするとき、La≦5μmかつLb/La>1である半導体装置。 - 請求項1において、6≧Lb/La≧2である半導体装置。
- 請求項1または請求項2において、前記第2領域の前記第3半導体層と前記第1主電極とが、絶縁膜によって絶縁されている半導体装置。
- 請求項3において、前記第1領域の前記第3半導体層と前記第2領域の前記第3半導体層とが分離されている半導体装置。
- 請求項1または請求項2において、前記第2領域に、前記第3半導体層よりも深い、前記第1導電型の第5半導体層が設けられる半導体装置。
- 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層と隣接する前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層を貫き、前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、
隣り合う前記絶縁ゲート間の領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、
前記第1の領域における前記第3半導体層内において、前記絶縁ゲートに接する第2導電型の第4半導体層と、
前記第1の領域において、前記第3半導体層及び前記第4半導体層に接触する第1主電極と、
前記第1半導体層に接触する第2主電極と、
を備え、
前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔は、前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔よりも大きく、
前記第2領域においては、前記第3半導体層よりも深い、前記第1導電型の第5半導体層が設けられることを特徴とする半導体装置。 - 請求項6において、前記第2領域の前記第3半導体層及び第5半導体層と第1主電極とが、絶縁膜によって絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項7において、前記第1領域の前記第3半導体層と前記第2領域の前記第3半導体層とが分離されていることを特徴とする半導体装置。
- 請求項6において、前記第5半導体層と前記第1主電極との間にツェナーダイオードが接続されることを特徴とする半導体装置。
- 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層と隣接する前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層を貫き、前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、
隣り合う前記絶縁ゲート間の領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、
前記第1領域における前記第3半導体層内において、前記絶縁ゲートに接する前記第2導電型の第4半導体層と、
前記第1領域において、前記第3半導体層及び前記第4半導体層に接触する第1主電極と、
前記第1半導体層に接触する第2主電極と、
を備え、
前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔は、前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔よりも大きく、
前記第2領域の前記第3半導体層と、前記第1主電極とが、絶縁膜によって絶縁され、
前記第1領域の前記第3半導体層と前記第2領域の前記第3半導体層とが分離されていることを特徴とする半導体装置。 - 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層と隣接する前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層を貫き、前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、
隣り合う前記絶縁ゲート間の領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、
前記第1領域における前記第3半導体層内において、前記絶縁ゲートに接する前記第2導電型の第4半導体層と、
前記第1領域において、前記第3半導体層及び前記第4半導体層に接触する第1主電極と、
前記第1半導体層に接触する第2主電極と、
を備え、
前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔は、前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔よりも大きく、
前記第1領域において、前記第2半導体層が、前記第1半導体層側の第1部分と、前記第1部分よりも高不純物濃度の前記第3半導体層側の第2部分とを有することを特徴とする半導体装置。 - 第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層と隣接する前記第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層を貫き、前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、
隣り合う前記絶縁ゲート間の領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、
前記第1領域における前記第3半導体層内において、前記絶縁ゲートに接する前記第2導電型の第4半導体層と、
前記第1領域において、前記第3半導体層及び前記第4半導体層に接触する第1主電極と、
前記第1半導体層に接触する第2主電極と、
を備え、
前記第2領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔は、前記第1領域における隣り合う前記絶縁ゲート間の間隔よりも大きく、
前記第2領域の前記第3半導体層と前記第1主電極との間にツェナーダイオードが接続されることを特徴とする半導体装置。 - 請求項11または12において、前記第2領域の前記第3半導体層と、第1主電極とが、絶縁膜によって絶縁されていることを特徴とする半導体装置。
- 一対の直流端子と、
前記直流端子間に接続され、複数の半導体スイッチング素子が直列接続される複数の直列接続回路と、
前記複数の直列接続回路の各直列接続点に接続される複数の交流端子と、
を備え、
前記複数の半導体スイッチング素子がオン・オフすることにより電力の変換を行う電力変換装置において、
前記複数の半導体スイッチング素子の各々が、請求項1,2,6,10,11及び12の内のいずれか1項に記載される半導体装置であることを特徴とする電力変換装置。
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