JP2006295014A - Igbtとそれを用いた電力変換装置 - Google Patents
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Abstract
ターンオフ時に、残留キャリアによるテール電流で生じる損失を低減した信頼性が高いIGBTを提供すること。
【解決手段】
本発明のIGBTは、コレクタ側に基板よりもキャリア濃度が大きく深いn層をもち、かつコレクタ側に低いスイッチング損失を実現する低注入のp層を備え、コレクタ側のp層のキャリア濃度の最大値が、そのp層に隣接するn層のキャリア濃度の最大値の10から100倍の範囲として、IGBTの逆バイアス安全動作領域(RBSOA)を低下させることなくターンオフ損失を低減した。
【選択図】図1
Description
100からのキャリアの注入を低減でき、上述した不純物の打ち込み量を減らして、漏れ電流を低減できる。ここで、p層100の厚みは3μm〜0.3μm が好ましく、3μm〜1μmがさらに好ましい。p層100の厚みが0.3μm 未満ではコレクタ電極500との電気的な接触が不良になる場合がある。
Claims (16)
- 一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の一方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より前記第4の半導体領域内に伸びる複数個の第1導電形の第5の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より該第5の半導体領域内に伸びる第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第4と第6の領域の間の第5の半導体領域の他方の主表面の露出部分に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に形成された第1の電極と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第2の電極と、
前記第1の半導体領域に接触する第3の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10倍〜100倍であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項1において、前記第4の半導体領域と第5の半導体領域との間に配置され、前記第5の半導体領域に隣接し、前記第4の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第2導電形の第7の半導体領域を有することを特徴とする半導体装置。
- 請求項1において、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の総和が1×1012cm-2から1×1013cm-2であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1において、前記第1の半導体領域の厚さが3μm以下であることを特徴とする半導体装置。
- 請求項1において、前記第2の半導体領域の厚さが前記第3の半導体領域より薄く、前記第3の半導体領域の厚さが前記第4の半導体領域より薄いことを特徴とする半導体装置。
- 請求項1において、前記第3の電極の前記第1の半導体領域の接触面が、アルミニウムを含有することを特徴とする半導体装置。
- 一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の他方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より前記第4の半導体領域内に伸びる第1導電形の第5の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より該第5の半導体領域内に伸びる第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第4の半導体領域と第6の半導体領域との間の第5の半導体領域の他方の主表面の露出部分に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に形成された第1の電極と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第2の電極と、
該第2の電極から離間し、前記第1の半導体領域に接触する第3の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10から100倍であ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4の半導体領域と第5の半導体領域の間にあって第5の半導体領域に隣接し、前記第4の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第2導電形の第7の半導体領域を有す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2の半導体領域のキャリア濃度の総和が1×1012cm-2から1×1013cm-2であ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の半導体領域の厚さが3μm以下であ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3の電極の前記第1の半導体領域の接触面が、アルミニウムを含有することを特徴とする半導体装置。
- 一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の一方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記他方の主表面から前記第4の半導体領域内に伸びる少なくとも2種類の異なる間隔を有する複数のMOS形トレンチゲート電極と、
該複数のMOS形トレンチゲート電極の間に配置されていて、前記第4の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第1導電形の第5の半導体領域と、
前記複数のMOS形トレンチゲート電極の間に配置され、前記第5の半導体領域内に位置するとともに前記MOS形トレンチゲート電極に絶縁膜を介して接し第5の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第1の電極と、
前記第1の半導体領域に接触する第2の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10倍〜100倍であることを特徴とする半導体装置。 - 請求項12において、複数のMOS形トレンチゲート電極の間にあって、前記第4の半導体領域と前記第5の半導体領域との間に位置するとともに前記MOS形トレンチゲート電極に接し、第4の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第2導電形の第7の半導体領域を有することを特徴とする半導体装置。
- 一対の直流端子と、
交流の相数と同数の交流端子と、
電力半導体スイッチング素子と逆極性のダイオードの並列回路を2個直列接続し、該直列接続した一端と他端とを前記一対の直流端子に接続し、
前記電力半導体スイッチング素子と逆極性のダイオードの並列回路の直列接続点を前記交流端子に接続する電力変換装置において、
前記電力半導体スイッチング素子が、
一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の一方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より前記第4の半導体領域内に伸びる複数個の第1導電形の第5の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より該第5の半導体領域内に伸びる第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第4と第6の領域の間の第5の半導体領域の他方の主表面の露出部分に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に形成された第1の電極と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第2の電極と、
前記第1の半導体領域に接触する第3の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10倍〜100倍であることを特徴とする電力変換装置。 - 請求項14に記載の電力変換装置において、前記電力半導体スイッチング素子に代えて、
一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の他方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より前記第4の半導体領域内に伸びる第1導電形の第5の半導体領域と、
前記半導体基体の他方の主表面より該第5の半導体領域内に伸びる第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第4の半導体領域と第6の半導体領域との間の第5の半導体領域の他方の主表面の露出部分に形成された絶縁膜と、
該絶縁膜上に形成された第1の電極と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第2の電極と、
該第2の電極から離間し、前記第1の半導体領域に接触する第3の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10から100倍である電力半導体スイッチング素子としたことを特徴とする電力変換装置。 - 請求項14に記載の電力変換装置において、前記電力半導体スイッチング素子に代えて、
一対の主表面を有する半導体基体と、
前記半導体基体の一方の主表面に隣接し前記半導体基体内に位置する第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接し第1の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と隣接し第2の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と隣接し第3の半導体領域のキャリア濃度より低いキャリア濃度を有する第2導電形の第4の半導体領域と、
前記他方の主表面から前記第4の半導体領域内に伸びる少なくとも2種類の異なる間隔を有する複数のMOS形トレンチゲート電極と、
該複数のMOS形トレンチゲート電極の間に配置されていて、前記第4の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第1導電形の第5の半導体領域と、
前記複数のMOS形トレンチゲート電極の間に配置され、前記第5の半導体領域内に位置するとともに前記MOS形トレンチゲート電極に絶縁膜を介して接し第5の半導体領域のキャリア濃度より高いキャリア濃度を有する第2導電形の第6の半導体領域と、
前記第5の半導体領域と第6の半導体領域に接触する第1の電極と、
前記第1の半導体領域に接触する第2の電極とを有し、
前記第1の半導体領域のキャリア濃度の最大値が、前記第2の半導体領域のキャリア濃度の最大値の10倍〜100倍である電力半導体スイッチング素子としたことを特徴とする電力変換装置。
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