JP2006319218A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 p+型コレクタ領域8とn-型ベース領域9とp型べース領域10とn+型エミッタ領域11とを有するIGBT用半導体基板1の外周にトレンチ17を設ける。このトレンチ17はn-型ベース領域を貫通してp型コレクタ領域8に至るように形成する。トレンチ17の壁面に誘電体膜23を介してn-型ベース領域8の側面に対向し且つp+型コレクタ領域8に接続されるように導電体層24を設ける。導電体層24のフィールドプレート効果で耐圧を向上させる。
【選択図】 図1
Description
なお、高耐圧化は、IGBT以外の双方向サイリスタ等の別の半導体装置においても要求されている。
また、請求項3に示すように、更に、平面的に見て前記第2の半導体領域をトレンチを介して囲むように配置され且つ第2の導電型を有している外周半導体領域を設けることが望ましい。この場合には、前記トレンチは前記第1の半導体領域に至る深さを有し、前記誘電体膜は前記トレンチの壁面に形成され、前記導電体層は前記トレンチの中に配置されていることが望ましい。
また、請求項4に示すように、本発明をIGBTに適用することができる。IGBTの場合には、前記第1の半導体領域をIGBTのコレクタ領域とし、前記第2の半導体領域をIGBTの第2導電型ベース領域とし、更に、前記第2導電型ベース領域に隣接配置されたIGBTの第1導電型ベース領域と、前記第1導電型ベース領域の中に島状に配置されたIGBTのエミッタ領域と、前記第1導電型ベース領域のチャネル形成部分の上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に配置されたIGBTのゲート電極とを設ける。また、前記第1の電極を前記エミッタ領域と前記第1導電型ベース領域とに接続されたIGBTのエミッタ電極とし、前記第2の電極をIGBTのコレクタ電極とする。
また、請求項5に示すように、本発明を双方向サイリスタに適用することができる。双方向サイリスタの場合には、前記第1の半導体領域を双方向サイリスタのための第1導電型半導体領域とし、前記第2の半導体領域を双方向サイリスタのための第2導電型半導体領域とし、更に、第1導電型を有し且つ第2導電型半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第3の半導体領域と、第2導電型を有し且つ前記第3の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第4の半導体領域と、第2導電型を有し且つ前記第1の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第5の半導体領域とを設ける。また、前記第1の電極は前記第3及び第4の半導体領域に接続され、前記第2の電極は前記第1及び第5の半導体領域に接続される。
また、請求項6に示すように、双方向サイリスタの場合には、更に、第2導電型を有し且つ前記第3の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第7の半導体領域と、前記第3及び第7の半導体領域に接続されたゲート電極とを有することが望ましい。
また、請求項7に示すように、複数のトレンチを設けることができる。この場合には、第1導電型を有する第1の半導体領域と、前記第1の半導体領域の上に配置され、且つ前記第1導電型と反対の第2導電型を有している第2の半導体領域とを設ける。前記複数のトレンチは前記第2の半導体領域の平面的に見て内側部分とこの内側部分を囲む外側部分との間に配置され、且つ前記第1の半導体領域に至るように形成される。また、前記第2の半導体領域の前記内側部分に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第1の電極と、前記第1の半導体領域に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第2の電極と、前記複数のトレンチのそれぞれの壁面に形成された誘電体膜と、前記誘電体膜を介して前記第2の半導体領域に対向するように前記複数のトレンチの中にそれぞれ形成され且つ前記第1の半導体領域に接続されている導電体層とを設ける。また、前記複数のトレンチの相互間隔は前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との間に所定値以上の逆バイアス電圧が印加された時に生じる空乏層で埋められる値に決定される。
(1) 第2の半導体領域の側面に誘電体膜を介して導電体層が配置され、この導電体層が第1の半導体領域に接続されているので、第1及び第2の半導体領域間のpn接合に逆バイアス電圧が印加された時に、導電体層がフィールドプレートとして機能し、第2の半導体領域の外周部分に空乏層が生じる。この外周部分の空乏層は、第2の半導体領域の外周部分よりも内側に生じるpn接合に基づく空乏層と連続する。従って、第2の半導体領域の外周部分(側面部分)が空乏層によって高抵抗状態となり、ここでのリーク電流が減少し、耐圧が向上する。
(2) 従来の分離用拡散層を設ける場合に比べて、誘電体膜と導電体層との合計の幅を狭くすることができ、半導体装置を小型化することができる。
(1) n-型ベース領域9の側面に誘電体膜23を介して導電体層24を配置したので、フィールドプレート効果が得られ、逆方向動作期間に生じる空乏層26の端がn-型ベース領域9の側面に露出せずにn-型ベース領域9の主面即ち半導体基板1の一方の主面2に露出する。空乏層26が露出する一方の主面2は、従来のIGBTチップの側面(ダイシング面)よりも安定した面であるから、リーク電流による耐圧低下を抑えることができ、逆方向耐圧を向上させることができる。
(2) 逆方向耐圧改善半導体領域14がガードリング機能を有するので、空乏層26の広がりを調整することができ、逆方向の耐圧向上が良好に達成される。
(3) 誘電体膜23及び導電体層24の幅、及び逆方向耐圧改善半導体領域14から半導体基板1の側面までの幅W1 を、従来の分離用拡散層の幅よりも狭くすることが可能になり、IGBTチップの小型化が可能になる。即ち、小型化されているにも拘わらず、高い逆方向耐圧を有するIGBTチップを提供することができる。
(4) トレンチ17、誘電体膜23、及び導電体層24の形成所要時間は、従来の分離用拡散層の形成に比べて短い。
(5) トレンチ17、誘電体膜23、及び導電体層24の形成に基づく半導体基板1内の結晶欠陥の発生量は、従来の分離用拡散層を形成する場合に比べて少ない。
(6) 図1のIGBTは、正方向耐圧改善半導体領域12を有するので、高い正方向耐圧を有し、且つ逆方向耐圧改善半導体領域14、誘電体膜23及び導電体層24を有するので、高い逆方向耐圧を有する。従って、交流スイッチ回路を2つのIGBTを互いに逆方向に並列接続することによって構成する場合、逆流阻止用ダイオードを省くことができる。
(1) 図1〜図6のIGBTにおいて、p+型コレクタ領域8とn-型ベース領域9との間に破線で示すようにn+型バッファ領域28を配置することができる。なお、n+型バッファ領域28はn-型ベース領域よりも十分に薄く形成する。
また、IGBTを複数のセルで構成する場合に、例えば特開2003−243655号に示すように正方向耐圧を向上させる目的で各セルのn-ベース領域の相互間を分離するためのトレンチを設けることもできる。
(2) 本発明をIGBT、3端子双方向サイリスタ以外の半導体装置にも適用可能である。例えば、図7の3端子双方向サイリスタからゲート電極7´とn+型の第6の半導体領域42とを省いた構成の2端子双方向サイリスタにも本発明を適用することができる。
(3) 図1、図3〜図7の電極20を省き、p+型正方向耐圧改善半導体領域12をフィールドリミッテイングリングとして機能させることができる。また、正方向耐圧をガードリング効果、又はフィールドリミッテイング効果で向上させる代わりに、フィールドプレート効果で向上させることもできる。
(4) トレンチ17の断面形状をV字状のように深さ方向に徐々に径が狭くなる構造とすることができる。
(5) 図1、図3、図4、図7のB−B線よりも外側を除去した構成にする
ことができる、また、図6の複数のトレンチ17´の中心を相互に結ぶ仮想中心線又はこの近傍よりも外側を除去することができる。
(6) 各実施例において、逆方向耐圧改善半導体領域14に対して導電体層
24を接続しない構造とすることもできる。
(7) 導電体層24を所定の抵抗値を有するように構成し、この抵抗値を有する導電体層24に微弱な電流を流すことによって抵抗性フィールドプレートとすることができる。
(8) 本発明のトレンチ17を使用した耐圧向上構造を集積回路の素子間分離にも適用できる。
2 一方の主面
3 エミッタ電極(第1の電極)
4 他方の主面
5 コレクタ電極(第2の電極)
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 p+型コレクタ領域(第1の半導体領域)
9 n-型ベース領域(第2の半導体領域)
10 p型ベース領域
11 n+型エミッタ領域
12 正方向耐圧改善半導体領域
13 チャネルストッパ領域
14 逆方向耐圧改善半導体領域
15 pn接合
17 トレンチ
23 誘電体膜
24 導電体層
Claims (7)
- 第1導電型を有する第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域に隣接配置され且つ平面的に見て前記第1の半導体領域の外周縁よりも内側に配置された外周縁を有し且つ前記第1導電型と反対の第2導電型を有している第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第1の電極と、
前記第1の半導体領域に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第2の電極と、
前記第2の半導体領域の側面に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜を介して前記第2の半導体領域の側面に対向配置され且つ前記第1の半導体領域に接続された導電体層と
を備えていることを特徴とする半導体装置。 - 更に、前記第2の半導体領域の側面に沿って第2導電型を有する少なくとも1個の耐圧改善半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
- 更に、平面的に見て前記第2の半導体領域をトレンチを介して囲むように配置され且つ第2の導電型を有している外周半導体領域を有し、
前記トレンチは前記第1の半導体領域に至る深さを有し、
前記誘電体膜は前記トレンチの壁面に形成され、
前記導電体層は前記トレンチの中に配置されていることを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体領域はIGBTのコレクタ領域であり、前記第2の半導体領域はIGBTの第2導電型ベース領域であり、
更に、前記第2導電型ベース領域に隣接配置されたIGBTの第1導電型ベース領域と、前記第1導電型ベース領域の中に島状に配置されたIGBTのエミッタ領域と、前記第1導電型ベース領域のチャネル形成部分の上に配置されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に配置されたIGBTのゲート電極とを有し、
前記第1の電極は前記エミッタ領域と前記第1導電型ベース領域とに接続されたIGBTのエミッタ電極であり、
前記第2の電極はIGBTのコレクタ電極であることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第1の半導体領域は、双方向サイリスタのための第1導電型半導体領域であり、前記第2の半導体領域は双方向サイリスタのための第2導電型半導体領域であり、
更に、第1導電型を有し且つ第2導電型半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第3の半導体領域と、第2導電型を有し且つ前記第3の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第4の半導体領域と、第2導電型を有し且つ前記第1の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第5の半導体領域とを有し、
前記第1の電極は前記第3及び第4の半導体領域に接続され、
前記第2の電極は前記第1及び第5の半導体領域に接続されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の半導体装置。 - 更に、第2導電型を有し且つ前記第3の半導体領域の中に島状に形成されている双方向サイリスタのための第7の半導体領域と、前記第3及び第7の半導体領域に接続されたゲート電極とを有していることを特徴とする請求項5記載の半導体装置。
- 第1導電型を有する第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域の上に配置され、且つ平面的に見て内側部分とこの内側部分を囲む外側部分とを有し、且つ前記内側部分を囲むように配置され且つ前記第1の半導体領域に至るように形成されたトレンチを有し、且つ前記第1導電型と反対の第2導電型を有している第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の前記内側部分に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第1の電極と、
前記第1の半導体領域に直接に又は別の半導体領域を介して接続された第2の電極と、
前記複数のトレンチのそれぞれの壁面に形成された誘電体膜と、
前記誘電体膜を介して前記第2の半導体領域に対向するように前記複数のトレンチの中にそれぞれ形成され且つ前記第1の半導体領域に接続されている導電体層と
を備え、且つ前記複数のトレンチの相互間隔は前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との間に所定値以上の逆バイアス電圧が印加された時に生じる空乏層で埋められる値に決定されていることを特徴とする半導体装置。
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