JP2007194660A - トレンチゲート型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明のトレンチゲート型半導体装置は、主IGBT領域とセンスIGBT領域とにそれぞれチャネルを形成したアクティブセルと、チャネルを形成していないフローティングセルとを交互に配置し、主IGBT領域とセンスIGBT領域のアクティブセルの幅とフローティングセルの幅との比を所定の値に設定して主IGBT領域とセンスIGBT領域とが同様な飽和電流特性になるように制御した。
【選択図】図1
Description
該半導体装置が主半導体領域と、電流検出用半導体領域とを備え、
該主半導体領域と、電流検出用半導体領域とがそれぞれ前記ストライプ形状の溝で挟まれた領域を備えていて、該ストライプ形状の溝で挟まれた領域に溝の間隔が狭いアクティブセル領域と、該アクティブセル領域より溝の間隔が広いフローティングセル領域とが配置されていて、該アクティブセル領域には第2導電型のエミッタ層が配置されていることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
該半導体装置が主半導体領域と、電流検出用半導体領域とを備え、
該主半導体領域と、電流検出用半導体領域とがそれぞれ前記ストライプ形状の溝で挟まれた領域に溝の間隔が狭く第2導電型のエミッタ層が配置されたアクティブセル領域と、該アクティブセル領域より溝の間隔が広いフローティングセル領域とを備えていて、
前記主半導体領域と電流検出用半導体領域とが、前記ストライプ形状の溝の間隔が前記フローティングセルの溝の間隔より広い遮断セルを介して配置されていることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
図1に本実施例のIGBTの断面構造を示し、図2に平面構造を示す。なお、図1は図2のA−B断面に相当する。図1に示すように、p型のコレクタ層101の上にエピタキシャル法などで堆積したn型のバッファ層102と、n型のドリフト層103とからなるシリコン半導体基板を、主IGBT領域とセンスIGBT領域とに分け、主IGBT領域には図1の上側面から、主にボロンなどのp型不純物を注入し熱拡散等で形成したフローティング層104と、pベース層114と、このpベース層114を貫通してドリフト層103に達するトレンチ(溝)と、このトレンチ内にゲート絶縁膜107を介して主に多結晶シリコン等で形成されたゲート電極108とがある。このトレンチの配列には間隔の狭い領域(アクティブセル:幅はLa)と、アクティブセルよりトレンチの配列の間隔が広い領域(フローティングセル:幅はLb)とがあり、アクティブセルには、n型のエミッタ層105とp型のコンタクト層106とを形成してある。
図3と図4とに本実施例の平面構造図を示す。図3は本実施例のトレンチゲート型IGBTのチップ外観を示し、チップをエミッタ面から見た図である。チップの周辺部には耐圧保持領域200を形成しており、チップ周辺部分での電界を緩和している。耐圧保持領域200の内側には、チップ全体に渡って張り巡らせたゲート配線201があり、ゲートパッド204と電気的に接続している。ゲートパッド204には直径100μm〜500μmのボンディングワイヤが打ち込まれ、外部回路と電気的に接続される。温度検出用パッド202と203とは、図示していない、多結晶シリコンで形成したダイオードなどの温度検出用素子に接続し、温度検出ができるようになっている。エミッタセンスパッド205はエミッタ電極111の電位検出や、ゲート回路のグランドなどを接続するために設けてある。主IGBT領域208はチップ全体に配置されており、その表面のほとんどをエミッタパッドとしてもよい。このエミッタパッドに直径300μm〜500μmのワイヤーを複数本接続して、主電流を通電する。センスIGBT領域206はセンスパッド207に隣接して配置してある。
例えば、L1が50μm、L2が380μmであれば、L3≧66.5μmとすればよく、(数1)式の条件を満たす組合せの中でも、特に(数2)式に示すL3が好ましい。
例えば、L1が50μm、L2が380μmとした場合に、L3=215μmとなる。以上のような配置によって、ターンオン時のスパイクを防止しつつ、検出遅れのないセンスIGBTを実現でき、信頼性の高い電流検出を実現できる。
図5に本実施例の断面構造を示す。図5では図1〜図4と同じ構成要素には同一の符号を付してある。本実施例では、センスIGBT領域206と主IGBT領域208とを遮断セルを介して配置した点が実施例1や実施例2と異なる。
電流の線形性が悪化する。
図7に本実施例の断面構造を示す。図7において図1〜図6と同じ構成要素には同一の符号を付してある。図7において符号700はダミーゲートである。
図8に本実施例の3相インバータを示す。図8において、符号800は保護回路付きゲートドライバ、801,802は直流入力端子、803はIGBT、804はフリーホイーリングダイオード、805〜807は交流出力端子、600はセンス抵抗である。本実施例の3相インバータは、実施例1〜実施例4に記載したトレンチゲート型IGBTのチップをインバータに適用した。本実施例の3相インバータではトレンチゲート型IGBTのセンス電極に検出抵抗を接続するだけで正確な電流検出ができるため、電流測定用のカレントトランスやカレントプローブなどが不要になり、インバータ回路が簡略にできる。また、電流値を電圧として取り出せるために、保護回路付きゲートドライバの構成を簡単にできる。
101 コレクタ層
102 バッファ層
103 ドリフト層
104 フローティング層
105 エミッタ層
106 コンタクト層、
107 ゲート絶縁膜
108 ゲート電極
109 絶縁膜
110 層間絶縁膜
111 エミッタ電極
112 センス電極
113 表面保護膜
114 pベース層
200 耐圧保持領域
201,300 ゲート配線
202,203 温度検出用パッド
204 ゲートパッド
205 エミッタセンスパッド
206 センスIGBT領域
207 センスパッド
208 主IGBT領域
400 エミッタコンタクト
401 ウェルコンタクト
402 ウェル層
403 ゲートコンタクト用多結晶シリコン層
404 エミッタ電極境界
405 センス電極境界
406 pベース層境界
407 ゲート配線コンタクト
600 センス抵抗
700 ダミーゲート
800 保護回路付きゲートドライバ
801,802 直流入力端子
803 IGBT
804 フリーホイーリングダイオード
805,806,807 交流出力端子
Claims (9)
- 第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層に積層する第2導電型の第2半導体層とを備え、前記第2半導体層が主通電領域と副通電領域とを備えていて、
該第2半導体層の主通電領域が、前記第2半導体層に積層する第1導電型の第3半導体層と、該第3半導体層を貫き第3半導体層を各々分離するように前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、隣り合う該絶縁ゲートの間の領域であって、互いに隣接する第1領域と第2領域と、該第1領域の前記第3半導体層内で、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領域で前記第3半導体層と第4半導体層とに電気的に接続する第1電極とを備え、
前記第2半導体層の副通電領域が、前記第2半導体層に隣接する第1導電型の第5半導体層と、該第5半導体層を貫き第5半導体層を各々分離するように前記第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、隣り合う該絶縁ゲートの間の領域であって、互いに隣接する第3領域と第4領域とを有し、該第3領域の前記第5半導体層内で、前記絶縁ゲートに接する第2導電型の第6半導体層と、前記第3領域で、前記第5半導体層と第6半導体層とに電気的に接続する第2電極とを備え、
前記第1半導体層に電気的に接続する第3電極を備え、
前記主通電領域の第1領域の幅が前記第2領域の幅より狭いことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 - 請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記副通電領域の第3領域の幅が、前記副通電領域の第4領域の幅より狭いことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域が主IGBT領域であって、前記副通電領域がセンスIGBT領域であり、該主IGBT領域の前記絶縁ゲートと電気的に接続したゲート配線と、前記センスIGBT領域の前記絶縁ゲートと電気的に接続したゲート配線とを有し、前記主IGBT領域の前記ゲート配線と前記絶縁ゲートの接触点から最も近い前記第4半導体層と前記接触点の距離をL1とし、前記主IGBT領域の前記ゲート配線と前記絶縁ゲートの接触点から最も遠い前記第4半導体層と前記接触点の距離をL2とし、前記センスIGBT領域の前記ゲート配線と前記絶縁ゲートの接触点から最も近い前記第6半導体層と前記接触点の距離をL3としたときに、L3≧(L2−L1)×0.05+L1 であることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域と前記副通電領域が、前記絶縁ゲートで挟まれた第5領域を介して隣接していることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項4に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域と前記副通電領域の間にある前記第5領域が1つあるいは複数配置されていることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項4に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域と前記副通電領域の間に配置された前記第5領域の幅が、前記第2領域の幅より広いことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項4に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域と前記副通電領域の間に配置された前記第5領域の幅が、前記第4領域の幅より広いことを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域の第1領域の幅と前記副通電領域の第3領域の幅とが同じであることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
- 請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記主通電領域の第2領域の幅と前記副通電領域の第4領域の幅が同じであることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
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