JP2007266133A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、バイポーラで動作する半導体装置に関する。 The present invention relates to a bipolar semiconductor device.
バイポーラで動作する半導体装置は、大電流を扱うことができ、例えば車載用のモータをインバータ制御するために用いられる。車載用の半導体装置の一例に、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が知られている。特許文献1には、IGBTの伝導度変調を活発化させ、オン電圧の低減を図る技術が開示されている。図8に、特許文献1で開示されている半導体装置200の要部断面図を模式的に示す。
A bipolar semiconductor device can handle a large current and is used, for example, for inverter control of a vehicle-mounted motor. An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is known as an example of an in-vehicle semiconductor device. Patent Document 1 discloses a technique for activating IGBT conductivity modulation to reduce the on-voltage. FIG. 8 schematically shows a cross-sectional view of a main part of a
半導体装置200は、シリコン単結晶を用いて形成されている。半導体装置200は、裏面側に、コレクタ電極222と、p+型のコレクタ領域223と、n型のフィールドストップ領域224を備えている。半導体装置200はさらに、n-型のドリフト領域225と、そのドリフト領域225上に形成されているn型のキャリア蓄積領域226と、そのキャリア蓄積領域226上に形成されているp−型のボディ領域227と、そのボディ領域227上に形成されているn+型のエミッタ領域229を備えている。ボディ領域227上には、p+型のボディコンタクト領域228も形成されている。エミッタ領域229とボディコンタクト領域228は、エミッタ電極238に電気的に接続されている。半導体装置200はさらに、ゲート絶縁膜232で被覆されているトレンチゲート電極234を備えている。トレンチゲート電極234は、ドリフト領域225とエミッタ領域229の間に位置しているボディ領域227及びキャリア蓄積領域226を貫通して伸びており、そのボディ領域227及びキャリア蓄積領域226にゲート絶縁膜232を介して対向している。トレンチゲート電極234とエミッタ電極238は、層間絶縁膜236で隔てられている。
The
キャリア蓄積領域226の不純物濃度は、ドリフト領域225の不純物濃度よりも濃く形成されている。このため、キャリア蓄積領域226は、裏面のコレクタ領域223から注入された正孔が、表面のボディコンタクト領域228まで移動するのを妨げることができる。これにより、キャリア蓄積領域226は、ドリフト領域225の正孔濃度を上昇させ、伝導度変調を活発化させる。半導体装置200は、低いオン電圧を得ることができる。
The impurity concentration of the
ここで、半導体装置200がターンオフする過渡的な期間に関して考察する。半導体装置200がターンオフすると、ドリフト領域225に蓄積していた正孔は、ボディコンタクト領域228から排出される。ドリフト領域225とボディコンタクト領域228の間には、キャリア蓄積領域226が存在している。このため、ドリフト領域225に蓄積していた正孔は、キャリア蓄積領域226によって移動が妨げられる。ドリフト領域225に蓄積していた正孔は、トレンチゲート電極234に印加されているゲートオフ電圧(典型的には、0V)に引き寄せられ、ゲート絶縁膜232の側面に沿ってキャリア蓄積領域226内を移動する(図8参照)。キャリア蓄積領域226を突破した正孔は、ボディ領域227を介してボディコンタクト領域228から排出される。
Here, a transient period in which the
図9に、半導体装置200をターンオフしたときの過渡的な期間におけるゲート電圧を示す。半導体装置200は、T10のタイミングでターンオフされ、ゲート電圧が15Vから0Vに降下する。本発明者らの検討によると、図9に示すように、ゲート電圧は、0Vになる直前の期間で発振していることが分かってきた。この発振現象は、半導体装置200がターンオフしたときに、ゲート絶縁膜232の側面に沿って移動する正孔によって、ゲート容量が経時的に変動することが原因であると思われる。この発振現象に基づくゲート電圧の変動は大きく、瞬間的にゲートの閾値を超えたり、あるいは負電圧側に大きく振れてしまう。
FIG. 9 shows a gate voltage in a transient period when the
ゲート電圧が発振現象によって瞬間的に閾値を超えると、それがトリガーとなって、正孔がエミッタ領域229に流入する現象が活発化してしまう。このため、ラッチアップ現象が発生し、半導体装置200が破壊されてしまう。また、ゲート電圧が発振現象によって瞬間的に負電圧側に振れてしまうと、半導体装置200の耐圧が大きく低下し、半導体装置200が破壊されてしまう。
キャリア蓄積領域226の不純物濃度が薄く形成されていれば、この種の問題を回避できるかもしれない。しかしながら、キャリア蓄積領域226の不純物濃度が薄く形成されていると、正孔の蓄積効果が悪化してしまう。このため、半導体装置200は、低いオン電圧を得ることができなくなってしまう。即ち、従来構造の半導体装置200では、破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備することが困難であった。
When the gate voltage instantaneously exceeds the threshold value due to the oscillation phenomenon, it becomes a trigger, and the phenomenon that holes flow into the
If the impurity concentration of the
なお、上記の問題は、キャリア蓄積領域がドリフト領域に直接的に接している場合に限られない。同様の問題は、キャリア蓄積領域がボディ領域内に形成されている場合(即ち、キャリア蓄積領域がフローティング状態の場合)にも起こり得る。 The above problem is not limited to the case where the carrier accumulation region is in direct contact with the drift region. A similar problem may occur when the carrier accumulation region is formed in the body region (that is, when the carrier accumulation region is in a floating state).
本発明は、半導体装置の破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備するための技術を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to provide a technique for satisfactorily providing both of avoidance of destruction of a semiconductor device and a low on-voltage.
本発明は、キャリアを蓄積するための領域の一部に、そのキャリア蓄積領域とは反対導電型の半導体領域を設けることを特徴としている。前記したように、本発明者らの検討によって、半導体装置がターンオフした過渡的な期間では、蓄積していたキャリアの多くがゲート絶縁膜の側面に沿って移動することが分かってきた。これにより、ゲート電圧に発振現象が発生してしまうことが分かってきた。したがって、キャリア蓄積領域に反対導電型の半導体領域が設けられていると、蓄積していたキャリアの一部をその反対導電型の半導体領域を経由して移動させることができる。このため、ゲート絶縁膜の側面にキャリアが集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象も抑えられる。これにより、半導体装置の破壊が回避される。なお、キャリア蓄積領域に反対導電型の半導体領域が設けられていると、キャリアの蓄積効果が低下するように思われるかもしれない。しかしながら、キャリア蓄積領域と反対導電型の組合せはpn接合を構成しており、電界を緩和することができる。このため、半導体装置の耐圧を維持しながら、キャリア蓄積領域の不純物濃度を濃くすることができる。キャリア蓄積領域の不純物濃度を濃くすることによって、キャリアを蓄積させる効果が向上し、半導体装置は低オン電圧を得ることができる。したがって、本発明によると、半導体装置の破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備することができる。 The present invention is characterized in that a semiconductor region having a conductivity type opposite to the carrier storage region is provided in a part of the region for storing carriers. As described above, it has been found by the inventors that many of the accumulated carriers move along the side surface of the gate insulating film during the transitional period in which the semiconductor device is turned off. As a result, it has been found that an oscillation phenomenon occurs in the gate voltage. Therefore, when the opposite conductivity type semiconductor region is provided in the carrier accumulation region, a part of the accumulated carriers can be moved via the opposite conductivity type semiconductor region. For this reason, carriers are suppressed from concentrating on the side surface of the gate insulating film, and the oscillation phenomenon of the gate voltage is also suppressed. Thereby, destruction of the semiconductor device is avoided. In addition, when the opposite conductivity type semiconductor region is provided in the carrier accumulation region, the carrier accumulation effect may seem to decrease. However, the combination of the opposite conductivity type with the carrier accumulation region forms a pn junction, and the electric field can be relaxed. For this reason, the impurity concentration of the carrier storage region can be increased while maintaining the breakdown voltage of the semiconductor device. By increasing the impurity concentration in the carrier accumulation region, the effect of accumulating carriers is improved, and the semiconductor device can obtain a low on-voltage. Therefore, according to the present invention, it is possible to satisfactorily provide both the avoidance of destruction of the semiconductor device and the low on-voltage.
本発明の一つの半導体装置は、第1導電型の不純物を低濃度に含む第1半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、その第1半導体領域に接しており、第1導電型の不純物を高濃度に含むキャリア蓄積領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、そのキャリア蓄積領域に接しており、キャリア蓄積領域によって第1半導体領域から隔てられているとともに第2導電型の不純物を含む第2半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、その第2半導体領域に接しており、第2半導体領域によってキャリア蓄積領域から隔てられているとともに第1導電型の不純物を含む第3半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、ゲート電極を備えている。ゲート電極は、第1半導体領域と第3半導体領域の間に位置している第2半導体領域及びキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明の半導体装置は、第2導電型の不純物を含む第4半導体領域を備えていることを特徴としている。第4半導体領域は、キャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されている。この形態の半導体装置では、キャリア蓄積領域が第1半導体領域に接している場合を対象にしている。
第4半導体領域がキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されていると観念される形態には、第4半導体領域がキャリア蓄積領域内に形成されていると観念できる形態や、第4半導体領域がキャリア蓄積領域と第1半導体領域に亘って形成されていると観念できる形態や、第4半導体領域がキャリア蓄積領域と第2半導体領域に亘って形成されていると観念できる形態などが含まれる。
第4半導体領域が設けられていると、半導体装置がターンオフした過渡的な期間において、蓄積していたキャリアの一部は、その第4半導体領域を経由して排出することができる。このため、ゲート絶縁膜の側面にキャリアが集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象も抑えられる。これにより、半導体装置の破壊が回避される。
One semiconductor device of the present invention includes a first semiconductor region containing a first conductivity type impurity at a low concentration. The semiconductor device of the present invention further includes a carrier storage region that is in contact with the first semiconductor region and contains a first conductivity type impurity at a high concentration. The semiconductor device of the present invention further includes a second semiconductor region in contact with the carrier storage region, separated from the first semiconductor region by the carrier storage region, and containing a second conductivity type impurity. The semiconductor device of the present invention further includes a third semiconductor region in contact with the second semiconductor region, separated from the carrier accumulation region by the second semiconductor region, and containing a first conductivity type impurity. The semiconductor device of the present invention further includes a gate electrode. The gate electrode is opposed to the second semiconductor region and the carrier storage region located between the first semiconductor region and the third semiconductor region via the gate insulating film. The semiconductor device of the present invention includes a fourth semiconductor region containing an impurity of the second conductivity type. The fourth semiconductor region is formed in a region including a part of the carrier accumulation region. In the semiconductor device of this embodiment, the case where the carrier accumulation region is in contact with the first semiconductor region is targeted.
The form in which it is considered that the fourth semiconductor region is formed in a region including a part of the carrier storage region includes a form in which it can be considered that the fourth semiconductor region is formed in the carrier storage region, and the fourth semiconductor. Includes forms that can be thought of as the region being formed between the carrier storage region and the first semiconductor region, and forms that can be thought of as the fourth semiconductor region being formed across the carrier storage region and the second semiconductor region It is.
When the fourth semiconductor region is provided, part of the accumulated carriers can be discharged through the fourth semiconductor region during a transitional period in which the semiconductor device is turned off. For this reason, carriers are suppressed from concentrating on the side surface of the gate insulating film, and the oscillation phenomenon of the gate voltage is also suppressed. Thereby, destruction of the semiconductor device is avoided.
第4半導体領域が、キャリア蓄積領域によって、第2半導体領域から電気的に隔てられていてもよい。この場合、第4半導体領域は、フローティング状態である。
第4半導体領域がフローティング状態になっていると、第4半導体領域は、半導体装置がオンしている期間では、キャリアの移動に対して実効的に関与しない。即ち、キャリアは、第4半導体領域を介して実質的に移動しない。一方、半導体装置がターンオフする過渡的な期間では、第4半導体領域に強い電界が加わることによって、キャリアは、第4半導体領域を介して移動することができる。フローティング状態の第4半導体領域は、半導体装置がオンしている期間とターンオフする過渡的な期間において、キャリアを蓄積させる現象とキャリアを排出させる現象の相反する現象をそれぞれ実現することができる。
The fourth semiconductor region may be electrically separated from the second semiconductor region by the carrier accumulation region. In this case, the fourth semiconductor region is in a floating state.
When the fourth semiconductor region is in a floating state, the fourth semiconductor region is not effectively involved in carrier movement during a period in which the semiconductor device is on. That is, carriers do not substantially move through the fourth semiconductor region. On the other hand, in a transitional period in which the semiconductor device is turned off, a strong electric field is applied to the fourth semiconductor region, so that carriers can move through the fourth semiconductor region. The fourth semiconductor region in the floating state can realize a phenomenon in which a phenomenon in which carriers are accumulated and a phenomenon in which carriers are discharged are contradictory in a period in which the semiconductor device is on and a transition period in which the semiconductor device is turned off.
第4半導体領域が、キャリア蓄積領域によって、第1半導体領域から隔てられていることが好ましい。
上記形態によると、キャリア蓄積領域が第1半導体領域と第4半導体領域の間に介在している。したがって、半導体装置がオンしている期間において、キャリア蓄積領域は、第1半導体領域に存在するキャリアが第4半導体領域に移動することを妨げることができる。
The fourth semiconductor region is preferably separated from the first semiconductor region by the carrier accumulation region.
According to the above aspect, the carrier accumulation region is interposed between the first semiconductor region and the fourth semiconductor region. Therefore, the carrier accumulation region can prevent carriers present in the first semiconductor region from moving to the fourth semiconductor region during the period when the semiconductor device is on.
第4半導体領域とゲート絶縁膜の間の距離が、1μm以下であることが好ましい。より好ましくは、第4半導体領域が、ゲート絶縁膜に接していることが好ましい。
第4半導体領域とゲート絶縁膜の間の距離が短くなると、半導体装置がターンオフした過渡的な期間において、蓄積していたキャリアの一部は、第4半導体領域を経由して移動することができる。これにより、蓄積していたキャリアがゲート絶縁膜の側面に集中することが抑制される。第4半導体領域とゲート絶縁膜が1μm以下まで接近すると、蓄積していたキャリアの多くは、第4半導体領域を経由して移動する。第4半導体領域とゲート絶縁膜が接していると、上記効果が確実に達成され、半導体装置の破壊が顕著に抑制される。
The distance between the fourth semiconductor region and the gate insulating film is preferably 1 μm or less. More preferably, the fourth semiconductor region is in contact with the gate insulating film.
When the distance between the fourth semiconductor region and the gate insulating film is shortened, a part of the accumulated carriers can move through the fourth semiconductor region in a transient period in which the semiconductor device is turned off. . As a result, the accumulated carriers are prevented from concentrating on the side surface of the gate insulating film. When the fourth semiconductor region and the gate insulating film approach to 1 μm or less, most of the accumulated carriers move through the fourth semiconductor region. When the fourth semiconductor region and the gate insulating film are in contact with each other, the above-described effect is reliably achieved, and the breakdown of the semiconductor device is significantly suppressed.
第4半導体領域の不純物濃度が、第2半導体領域の不純物濃度よりも薄く形成されているのが好ましい。
第4半導体領域の不純物濃度が薄く形成されていると、半導体装置がオフしているときに、第4半導体領域は空乏化され、第4半導体領域は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置が低オン電圧を得ることができる。
The impurity concentration of the fourth semiconductor region is preferably formed thinner than the impurity concentration of the second semiconductor region.
When the impurity concentration of the fourth semiconductor region is thin, when the semiconductor device is turned off, the fourth semiconductor region is depleted, and the fourth semiconductor region can relax the electric field. Therefore, the impurity concentration in the carrier accumulation region can be increased and the semiconductor device can obtain a low on-voltage.
本発明の他の一つの半導体装置は、第1導電型の不純物を含む第1半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、その第1半導体領域に接しており、第2導電型の不純物を含む第2半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、その第2半導体領域に接しており、第2半導体領域によって第1半導体領域から隔てられているとともに第1導電型の不純物を含む第3半導体領域を備えている。本発明の半導体装置はさらに、第2半導体領域によって、第1半導体領域及び第3半導体領域から電気的に隔てられているとともに第1導電型の不純物を含むフローティングキャリア蓄積領域を備えている。本発明はさらに、ゲート電極を備えている。ゲート電極は、第1半導体領域と第3半導体領域の間に位置している第2半導体領域及びフローティングキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明の半導体装置はさらに、第2導電型の不純物を含む第5半導体領域を備えていることを特徴としている。第5半導体領域は、フローティングキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されている。この形態の半導体装置では、キャリア蓄積領域が第1半導体領域から離反しており、第2半導体領域内に形成されている場合を対象にしている。
この場合のキャリア蓄積領域は、フローティング状態であり、特にフローティングキャリア蓄積領域という。第5半導体領域がフローティングキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されていると観念される形態には、第5半導体領域がフローティングキャリア蓄積領域内に形成されていると観念できる形態や、第5半導体領域がフローティングキャリア蓄積領域と第2半導体領域に亘って形成されていると観念できる形態などが含まれる。
第5半導体領域が設けられていると、半導体装置がターンオフした過渡的な期間において、蓄積していたキャリアの一部は、その第5半導体領域を経由して排出することができる。このため、ゲート絶縁膜の側面にキャリアが集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象も抑えられる。これにより、半導体装置の破壊が回避される。
Another semiconductor device of the present invention includes a first semiconductor region containing a first conductivity type impurity. The semiconductor device of the present invention further includes a second semiconductor region in contact with the first semiconductor region and containing an impurity of the second conductivity type. The semiconductor device of the present invention further includes a third semiconductor region in contact with the second semiconductor region, separated from the first semiconductor region by the second semiconductor region, and containing a first conductivity type impurity. The semiconductor device according to the present invention further includes a floating carrier accumulation region that is electrically separated from the first semiconductor region and the third semiconductor region by the second semiconductor region and contains the impurity of the first conductivity type. The present invention further includes a gate electrode. The gate electrode is opposed to the second semiconductor region and the floating carrier storage region located between the first semiconductor region and the third semiconductor region via a gate insulating film. The semiconductor device according to the present invention further includes a fifth semiconductor region containing an impurity of the second conductivity type. The fifth semiconductor region is formed in a region including a part of the floating carrier accumulation region. In this form of semiconductor device, the carrier accumulation region is separated from the first semiconductor region and is intended for the case where it is formed in the second semiconductor region.
In this case, the carrier accumulation region is in a floating state, and is particularly called a floating carrier accumulation region. The form in which the fifth semiconductor region is considered to be formed in a region including a part of the floating carrier storage region includes a form in which it can be considered that the fifth semiconductor region is formed in the floating carrier storage region, 5 includes a configuration in which it can be considered that the five semiconductor regions are formed over the floating carrier accumulation region and the second semiconductor region.
When the fifth semiconductor region is provided, part of the accumulated carriers can be discharged through the fifth semiconductor region during the transitional period in which the semiconductor device is turned off. For this reason, carriers are suppressed from concentrating on the side surface of the gate insulating film, and the oscillation phenomenon of the gate voltage is also suppressed. Thereby, destruction of the semiconductor device is avoided.
第5半導体領域が、フローティングキャリア蓄積領域によって、第2半導体領域から電気的に隔てられていることが好ましい。この場合、第5半導体領域は、フローティング状態である。第5半導体領域は、フローティングキャリア蓄積領域内に埋設していると観念できる。
第5半導体領域がフローティングキャリア蓄積領域に埋設していると、半導体装置がオンしている期間では、第5半導体領域がキャリアの移動に実効的に関与することがない。即ち、キャリアは、第5半導体領域を介して実質的に移動しない。また、第5半導体領域を取り囲んでいるフローティングキャリア蓄積領域が、キャリアの移動を妨げることによって、キャリアを蓄積させる。一方、半導体装置がターンオフする過渡的な期間では、第5半導体領域に強い電界が加わることによって、キャリアは、第5半導体領域を介して移動することができる。フローティング状態の第5半導体領域は、半導体装置がオンしている期間とターンオフする過渡的な期間において、キャリアを蓄積させる現象とキャリアを排出させる現象の相反する現象をそれぞれ実現することができる。
The fifth semiconductor region is preferably electrically separated from the second semiconductor region by the floating carrier storage region. In this case, the fifth semiconductor region is in a floating state. It can be considered that the fifth semiconductor region is buried in the floating carrier accumulation region.
When the fifth semiconductor region is embedded in the floating carrier accumulation region, the fifth semiconductor region is not effectively involved in carrier movement during the period when the semiconductor device is on. That is, the carrier does not substantially move through the fifth semiconductor region. The floating carrier accumulation region surrounding the fifth semiconductor region prevents carriers from moving, thereby accumulating carriers. On the other hand, in a transitional period in which the semiconductor device is turned off, a strong electric field is applied to the fifth semiconductor region, so that carriers can move through the fifth semiconductor region. The fifth semiconductor region in the floating state can realize a phenomenon in which a phenomenon in which carriers are accumulated and a phenomenon in which carriers are discharged are contradictory in a period in which the semiconductor device is on and a transition period in which the semiconductor device is turned off.
第5半導体領域とゲート絶縁膜の間の距離が、1μm以下であることが好ましい。より好ましくは、第5半導体領域が、ゲート絶縁膜に接していることが好ましい。
第5半導体領域とゲート絶縁膜の間の距離が短くなると、半導体装置がターンオフする過渡的な期間において、蓄積していたキャリアの一部は、第5半導体領域を経由して移動することができる。このため、蓄積していたキャリアは、ゲート絶縁膜の側面に集中することが抑制される。第5半導体領域とゲート絶縁膜が1μm以下まで接近すると、蓄積していたキャリアの多くは、第5半導体領域を経由して移動する。第5半導体領域とゲート絶縁膜が接していると、上記効果が確実に達成され、半導体装置の破壊が顕著に抑制される。
The distance between the fifth semiconductor region and the gate insulating film is preferably 1 μm or less. More preferably, the fifth semiconductor region is in contact with the gate insulating film.
When the distance between the fifth semiconductor region and the gate insulating film is shortened, a part of the accumulated carriers can move through the fifth semiconductor region in a transient period in which the semiconductor device is turned off. . For this reason, the accumulated carriers are suppressed from concentrating on the side surface of the gate insulating film. When the fifth semiconductor region and the gate insulating film approach to 1 μm or less, most of the accumulated carriers move through the fifth semiconductor region. When the fifth semiconductor region and the gate insulating film are in contact with each other, the above-described effect is reliably achieved, and the semiconductor device is significantly prevented from being destroyed.
第5半導体領域の不純物濃度が、第2半導体領域の不純物濃度よりも薄いことが好ましい。
第5半導体領域の不純物濃度が薄く形成されていると、半導体装置がオフしているときに、第5半導体領域は空乏化され、第5半導体領域は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置が低オン電圧を得ることができる。
It is preferable that the impurity concentration of the fifth semiconductor region is lower than the impurity concentration of the second semiconductor region.
When the impurity concentration of the fifth semiconductor region is thin, the fifth semiconductor region can be depleted and the electric field can be relaxed when the semiconductor device is turned off. Therefore, the impurity concentration in the carrier accumulation region can be increased and the semiconductor device can obtain a low on-voltage.
本発明は、縦型のIGBTに具現化することもできる。本発明のIGBTは、第1導電型の不純物を低濃度に含むドリフト領域を備えている。本発明のIGBTは、そのドリフト領域上に形成されており、第1導電型の不純物を高濃度に含むキャリア蓄積領域を備えている。本発明のIGBTは、そのキャリア蓄積領域上に形成されており、第2導電型の不純物を含むボディ領域を備えている。本発明のIGBTはさらに、そのボディ領域上に形成されており、第1導電型の不純物を含むエミッタ領域を備えている。本発明のIGBTは、トレンチゲート電極を備えている。トレンチゲート電極は、ドリフト領域とエミッタ領域の間に位置しているボディ領域及びキャリア蓄積領域を貫通して伸びており、そのボディ領域及びキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明のIGBTは、第2導電型の不純物を含む第2導電型半導体領域を備えていることを特徴としている。第2導電型半導体領域は、キャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されている。この形態のIGBTでは、キャリア蓄積領域が第1半導体領域に接している場合を対象にしている。 The present invention can also be embodied in a vertical IGBT. The IGBT of the present invention includes a drift region containing a first conductivity type impurity at a low concentration. The IGBT of the present invention is formed on the drift region and includes a carrier accumulation region containing a first conductivity type impurity at a high concentration. The IGBT of the present invention is formed on the carrier accumulation region, and includes a body region containing a second conductivity type impurity. The IGBT of the present invention is further formed on the body region and includes an emitter region containing a first conductivity type impurity. The IGBT of the present invention includes a trench gate electrode. The trench gate electrode extends through a body region and a carrier storage region located between the drift region and the emitter region, and faces the body region and the carrier storage region via a gate insulating film. The IGBT of the present invention is characterized by including a second conductivity type semiconductor region containing a second conductivity type impurity. The second conductivity type semiconductor region is formed in a region including a part of the carrier accumulation region. In this form of IGBT, the case where the carrier accumulation region is in contact with the first semiconductor region is targeted.
前記第2導電型半導体領域が、キャリア蓄積領域によって、ボディ領域から電気的に隔てられていることが好ましい。
さらに、前記第2導電型半導体領域が、キャリア蓄積領域によって、ドリフト領域から隔てられていることが好ましい。
The second conductive semiconductor region is preferably electrically separated from the body region by a carrier storage region.
Furthermore, it is preferable that the second conductivity type semiconductor region is separated from the drift region by a carrier accumulation region.
本発明は、他の形式の縦型のIGBTに具現化することもできる。本発明のIGBTは、第1導電型の不純物を含むドリフト領域を備えている。本発明のIGBTはさらに、そのドリフト領域上に形成されており、第2導電型の不純物を含むボディ領域を備えている。本発明のIGBTはさらに、そのボディ領域上に形成されており、第1導電型の不純物を含むエミッタ領域を備えている。本発明のIGBTはさらに、ボディ領域によってドリフト領域及びエミッタ領域から電気的に隔てられているとともに、第1導電型の不純物を含むフローティングキャリア蓄積領域を備えている。本発明のIGBTはさらに、トレンチゲート電極を備えている。トレンチゲート電極は、ドリフト領域とエミッタ領域の間に位置しているボディ領域及びフローティングキャリア蓄積領域を貫通して伸びており、そのボディ領域及びフローティングキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明のIGBTはさらに、第2導電型半導体領域を備えていることを特徴としている。第2導電型半導体領域は、フローティングキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されている。この形態のIGBTでは、フローティングキャリア蓄積領域が第1半導体領域から離反して形成されている場合を対象にしている。 The present invention can also be embodied in other types of vertical IGBTs. The IGBT of the present invention includes a drift region containing a first conductivity type impurity. The IGBT of the present invention is further formed on the drift region, and includes a body region containing a second conductivity type impurity. The IGBT of the present invention is further formed on the body region and includes an emitter region containing a first conductivity type impurity. The IGBT of the present invention further includes a floating carrier accumulation region that is electrically separated from the drift region and the emitter region by the body region, and includes a first conductivity type impurity. The IGBT of the present invention further includes a trench gate electrode. The trench gate electrode extends through the body region and the floating carrier storage region located between the drift region and the emitter region, and faces the body region and the floating carrier storage region via the gate insulating film. Yes. The IGBT of the present invention further includes a second conductivity type semiconductor region. The second conductivity type semiconductor region is formed in a region including a part of the floating carrier storage region. In this form of IGBT, the case where the floating carrier accumulation region is formed away from the first semiconductor region is targeted.
前記第2導電型半導体領域が、フローティングキャリア蓄積領域によって、ボディ領域から電気的に隔てられていることが好ましい。 The second conductive semiconductor region is preferably electrically separated from the body region by a floating carrier storage region.
本発明の半導体装置では、キャリアを蓄積するための領域の一部に、そのキャリア蓄積領域とは反対導電型の半導体領域が設けられていることによって、蓄積していたキャリアの一部は、その反対導電型の半導体領域を経由して移動することができる。このため、ゲート絶縁膜の側面にキャリアが集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象も抑えられる。さらに、本発明の半導体装置では、半導体装置の耐圧を維持しながら、キャリア蓄積領域の不純物濃度を濃くすることができる。したがって、本発明によると、半導体装置の破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備することができる。 In the semiconductor device of the present invention, since a part of the region for accumulating carriers is provided with a semiconductor region having a conductivity type opposite to the carrier accumulation region, a part of the accumulated carriers is It can move via a semiconductor region of the opposite conductivity type. For this reason, carriers are suppressed from concentrating on the side surface of the gate insulating film, and the oscillation phenomenon of the gate voltage is also suppressed. Furthermore, in the semiconductor device of the present invention, the impurity concentration in the carrier accumulation region can be increased while maintaining the breakdown voltage of the semiconductor device. Therefore, according to the present invention, it is possible to satisfactorily provide both the avoidance of destruction of the semiconductor device and the low on-voltage.
本発明の好ましい形態を列記する。
(第1形態) フローティングボディ領域は、平面視したときに、エミッタ領域の下方に形成されている。正孔がトレンチゲート電極の側面に集中するのを抑制する効果が顕著に現れる。
(第2形態) フローティングボディ領域は、イオン注入技術を利用して形成されている。
(第3形態) フローティングボディ領域は、半導体装置の縦方向に複数個が分散して形成されている。
Preferred forms of the present invention are listed.
(First Embodiment) The floating body region is formed below the emitter region when viewed in plan. The effect of suppressing the concentration of holes on the side surface of the trench gate electrode appears significantly.
(Second Embodiment) The floating body region is formed using an ion implantation technique.
(Third Embodiment) A plurality of floating body regions are formed in a dispersed manner in the vertical direction of the semiconductor device.
図面を参照して以下に実施例を詳細に説明する。なお、以下の実施例では、半導体材料にシリコンを用いた例を説明するが、それ以外の半導体材料を用いてもよい。例えば、半導体材料に窒化ガリウム、炭化シリコン、ガリウムヒ素などを用いてもよい。 Embodiments will be described in detail below with reference to the drawings. In the following embodiments, an example in which silicon is used as a semiconductor material will be described. However, other semiconductor materials may be used. For example, gallium nitride, silicon carbide, gallium arsenide, or the like may be used as the semiconductor material.
(第1実施例)
図1に、半導体装置11の要部断面図を模式的に示す。半導体装置11は、縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。半導体装置11は、裏面側に、アルミとチタンとニッケルの積層を有するコレクタ電極22と、p+型のコレクタ領域23と、n型のフィールドストップ領域24を備えている。コレクタ領域23の不純物濃度は、概ね1×1017〜1×1020cm-3であり、その厚みは0.3〜2μmである。フィールドストップ領域24の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3であり、その厚みは0.3〜2μmである。半導体装置11はパンチスルー型であるが、フィールドストップ領域24が除去されたノンパンチスルー型であってもよい。半導体装置11はさらに、フィールドストップ領域24上に形成されているn-型のドリフト領域25(第1半導体領域の一例)を備えている。ドリフト領域25の不純物濃度は、概ね1×1013〜1×1015cm-3であり、その厚みは50〜200μmである。半導体装置11はさらに、ドリフト領域25上に形成されているn+型のキャリア蓄積領域26を備えている。キャリア蓄積領域26の不純物濃度は、ドリフト領域25の不純物濃度よりも濃く形成されている。キャリア蓄積領域26の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3であり、その厚みは0.5〜10μmである。半導体装置11はさらに、キャリア蓄積領域26上に形成されているp−型のボディ領域27(第2半導体領域の一例)を備えている。ボディ領域27は、キャリア蓄積領域26によってドリフト領域25から隔てられている。ボディ領域27の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3であり、その厚みは1〜8μmである。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of a main part of the
半導体装置11は、ボディ領域28の表面部にn+型のエミッタ領域29(第3半導体領域の一例)及びp+型のボディコンタクト領域28を備えている。エミッタ領域29は、ボディ領域27によって、キャリア蓄積領域25から隔てられている。エミッタ領域29の不純物濃度は、概ね1×1018〜1×1020cm-3である。ボディコンタクト領域28の不純物濃度は、概ね1×1018〜1×1020cm-3である。エミッタ領域29及びボディコンタクト領域28は、エミッタ電極38に電気的に接続されている。エミッタ電極38には、アルミニウムが用いられている。
The
半導体装置11はさらに、不純物を含むポリシリコンのトレンチゲート電極34を備えている。トレンチゲート電極34は、酸化シリコンのゲート絶縁膜32で被覆されている。トレンチゲート電極34は、ドリフト領域25とエミッタ領域29の間に位置しているボディ領域27及びキャリア蓄積領域26を貫通して伸びており、そのボディ領域27及びキャリア蓄積領域26にゲート絶縁膜32を介して対向している。トレンチゲート電極34とエミッタ電極38は、層間絶縁膜36で隔てられている。トレンチゲート電極34は、キャリア蓄積領域26を貫通してドリフト領域25内まで伸びているのが好ましい。トレンチゲート電極34の底面がドリフト領域25内に侵入していると、その底面の角部に過度の電界が集中するのを緩和することができる。
The
半導体装置11は、p−型のフローティングボディ領域41(第4半導体領域の一例)を備えている。フローティングボディ領域41は、キャリア蓄積領域26の一部を含んで形成されている。この例では、フローティングボディ領域41は、キャリア蓄積領域26内に埋設して形成されていると観念することができる。即ち、フローティングボディ領域41は、キャリア蓄積領域26によって、ボディ領域27から電気的に隔てられており、フローティング状態である。フローティングボディ領域41は、イオン注入及び熱拡散によって形成される。
The
次に、半導体装置11の動作を説明する。
コレクタ電極22に正電圧が印加され、エミッタ電極38が接地され、トレンチゲート電極34にゲートオン電圧(典型的には、15V)が印加されると、半導体装置11はオン状態になる。半導体装置11がオン状態になると、トレンチゲート電極34の側面に沿った位置のボディ領域27に反転層が形成される。エミッタ領域29から注入された電子は、その反転層を経由してキャリア蓄積領域26に供給される。キャリア蓄積領域26内を下方に向けて移動する電子は、トレンチゲート電極34に印加されているゲートオン電圧に引き寄せられるので、トレンチゲート電極34の側面に沿って移動する。キャリア蓄積領域26を超えてドリフト領域25に達した電子は、ドリフト領域25内を面的に広がって流れ、フィールドストップ領域24に達する。一方、コレクタ領域22から注入された正孔は、ドリフト領域25を移動して、キャリア蓄積領域26に達する。キャリア蓄積領域26の不純物濃度がドリフト領域25の不純物濃度よりも濃く形成されているので、キャリア蓄積領域26は、正孔にとって高抵抗な領域である。正孔はキャリア蓄積領域26を移動することが妨げられている。正孔は、トレンチゲート電極24の側面に沿って流れる電子に引き寄せられ、トレンチゲート電極24の側面の近傍に集まってくる。これにより、キャリア蓄積領域26内の正孔の移動は、トレンチゲート電極24の側面の近傍で滞留する。このため、キャリア蓄積領域26は、裏面のコレクタ領域23から注入された正孔が、表面のボディコンタクト領域28まで移動するのを妨げることができる。これにより、キャリア蓄積領域26は、ドリフト領域25の正孔濃度を上昇させ、伝導度変調を活発化させる。半導体装置11は、低いオン電圧を得ることができる。
Next, the operation of the
When a positive voltage is applied to the
上記状態からトレンチゲート電極34にゲートオフ電圧(典型的には、0V)が印加されると、半導体装置11はオフ状態になる。半導体装置11がオフ状態になると、反転層が消失し、エミッタ領域29からの電子の注入が停止する。
ドリフト領域25に蓄積していた正孔は、キャリア蓄積領域26、ボディ領域27及びボディコンタクト領域28を経由して排出される。このとき、ドリフト領域25とボディコンタクト領域28の間にキャリア蓄積領域26が存在しているので、正孔のスムーズな移動が妨げられる。半導体装置11は、少なくとも以下の2つの正孔の排出経路を備えていることを特徴としている。一つの排出経路は、トレンチゲート電極34に印加されているゲートオフ電圧(典型的には、0V)に引き寄せられた正孔が、トレンチゲート電極34の側面に沿ってキャリア蓄積領域26内を上方向に向けて移動する経路である。キャリア蓄積領域26を突破した正孔は、ボディ領域27及びボディコンタクト領域28を経由して排出される。他の一つの排出経路は、ドリフト領域25に蓄積していた正孔の一部が、フローティングボディ領域41を介してボディ領域27及びボディコンタクト領域28に排出される経路である。
When a gate-off voltage (typically 0 V) is applied to the
The holes accumulated in the
従来の半導体装置は、フローティングボディコンタクト領域41を備えていない。このため、従来の半導体装置では、後者の排出経路を備えていない。したがって、図9に示したように、半導体装置がオフした過渡的な期間において、蓄積していた正孔は、トレンチゲート電極の側面の近傍に集中する。このため、ゲート容量が経時的に変動し、ゲート電圧に発振現象が現れ、半導体装置が破壊されていた。
一方、半導体装置11では、後者の排出経路を備えている。したがって、ドリフト領域25に蓄積していた正孔の一部は、フローティングボディ領域41を経由して排出することができる。このため、ドリフト領域25に蓄積していた正孔は、分散して排出されるので、前者の排出経路に正孔が過度に集中することが抑制される。これにより、半導体装置11では、ゲート電圧の発振現象も抑えられ、半導体装置11の破壊が回避される。
The conventional semiconductor device does not include the floating
On the other hand, the
さらに、半導体装置11では、フローティングボディ領域41とキャリア蓄積領域26の間にpn接合が構成されている。このため、半導体装置11がオフしたときには、フローティングボディ領域41が実質的に空乏化され、フローティングボディ領域41は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域26の不純物濃度を濃くしたとしても、半導体装置11の耐圧を維持することができる。キャリア蓄積領域26の不純物濃度が濃くなると、正孔を蓄積させる効果が向上し、半導体装置11は低オン電圧を得ることができる。したがって、半導体装置11によると、半導体装置11の破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備することができる。
Further, in the
さらに、フローティングボディ領域41は、キャリア蓄積領域26に取り囲まれている。このため、半導体装置11がオンの期間では、正孔は、フローティングボディ領域41を介してドリフト領域25とボディ領域27の間を移動することが有効に妨げられる。一方、半導体装置11がターンオフする過渡的な期間では、フローティングボディ領域41に強い電界が加わることによって、正孔は、フローティングボディ領域41を介して移動することができる。フローティング状態のボディ領域41は、半導体装置11がオンしている期間とターンオフする過渡的な期間において、正孔を蓄積させる現象と正孔を排出させる現象の相反する現象をそれぞれ実現することができる。
Further, the floating
半導体装置11は、他に次の特徴を備えている。
(1)フローティングボディ領域41とゲート絶縁膜32の間の距離L10は、短く形成されている方が好ましい。フローティングボディ領域41とゲート絶縁膜32の間の距離L10が短くなると、半導体装置11がターンオフした過渡的な期間において、蓄積していた正孔がゲート絶縁膜32の側面に集中してしまうことが抑制される。この正孔が集中する現象が抑制されると、半導体装置11の耐圧が向上する。このため、キャリア蓄積領域26の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置11の低オン電圧化が図られる。一方、フローティングボディ領域41とゲート絶縁膜32の間の距離L10が短くなると、チャネル抵抗が上昇してしまう。しかしながら、キャリア蓄積領域26の不純物濃度の高濃度化に基づくオン電圧の減少は、チャネル抵抗の上昇を相殺することができる。このため、フローティングボディ領域41とゲート絶縁膜32の間の距離L10は、短く形成されている方が好ましい。特に、フローティングボディ領域41とゲート絶縁膜32の間の距離L10が1μm以下であると、正孔がフローティングボディ領域41を経由して排出する経路が活発化し、半導体装置11の破壊が顕著に抑制される。
(2)半導体装置11では、フローティングボディ領域41の不純物濃度が、ボディ領域27の不純物濃度よりも薄く形成されている。フローティングボディ領域41の不純物濃度が薄く形成されていると、半導体装置11がオフしている期間では、フローティングボディ領域41が実質的に空乏化され、フローティングボディ領域41は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域26の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置11が低オン電圧を得ることができる。
The
(1) The distance L10 between the floating
(2) In the
(半導体装置11の変形例)
図2に、半導体装置12の要部断面図を模式的に示す。なお、半導体装置11と実施的に同一の構成要素に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。以下に示す他の変形例も、同様の処置が施されている。
半導体装置12では、フローティングボディ領域42が、ゲート絶縁膜32に接している。フローティングボディ領域42とゲート絶縁膜32が接していると、正孔の多くがフローティングボディ領域41を経由して排出される。このため、半導体装置12の破壊は、顕著に抑制される。
さらに、フローティングボディ領域42がゲート絶縁膜32に接していると、フローティングボディ領域42の電位は、トレンチゲート電極34に印加されているゲート電圧の影響を受け易くなる。このため、半導体装置12がターンオフする過渡的な期間では、フローティングボディ領域42の電位は、ゲートオフ電圧(典型的には、0V)に近い値になる。これにより、ドリフト領域25に蓄積していた正孔は、フローティングボディ領域42の電位に引き寄せられるので、正孔の多くは、フローティングボディ領域42を介してボディ領域27及びボディコンタクト領域28に排出される。半導体装置12がターンオフする過渡的な期間において、正孔がトレンチゲート電極34の側面に集中する現象が抑制され、ゲート電圧の発振現象が抑えられ、半導体装置12の破壊が抑制される。
(Modification of Semiconductor Device 11)
FIG. 2 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
In the
Furthermore, when the floating
図3に、半導体装置13の要部断面図を模式的に示す。
半導体装置13では、フローティングボディ領域43は、キャリア蓄積領域26内に埋設して形成されていない。フローティングボディ領域43の一部は、ドリフト領域25に形成されている。フローティングボディ領域43は、キャリア蓄積領域26とドリフト領域25に亘って形成されていると観念することができる。フローティングボディ領域43は、キャリア蓄積領域25によって、ボディ領域27から電気的に隔てられており、フローティング状態である。半導体装置13も同様に、ドリフト領域25に蓄積していた正孔の一部は、フローティングボディ領域43を経由してボディ領域27及びボディコンタクト領域28から排出される。このため、正孔がトレンチゲート電極34の側面に集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象が抑えられ、半導体装置13の破壊が抑制される。
FIG. 3 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
In the
図4に、半導体装置14の要部断面図を模式的に示す。
半導体装置14では、p−型の半導体領域44の一部が、ボディ領域27に形成されている。p−型の半導体領域44はボディ領域27に接しており、フローティング状態ではない。p−型の半導体領域44は、キャリア蓄積領域26とボディ領域27に亘って形成されていると観念することができる。しかしながら、p−型の半導体領域44の不純物濃度は、ボディ領域27の不純物濃度よりも薄く形成されており、明らかにボディ領域27と異なる領域である。半導体装置14でも、ドリフト領域25に蓄積していた正孔の一部は、p−型の半導体領域44を経由してボディ領域27及びボディコンタクト領域28から排出される。このため、正孔がトレンチゲート電極34の側面に集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象が抑えられ、半導体装置14の破壊が抑制される。
さらに、p−型の半導体領域44の一部は、キャリア蓄積領域26に形成されている。p−型の半導体領域44の不純物濃度は薄いので、半導体装置14がオフの期間において、p−型の半導体領域44は実質的に空乏化される。このため、キャリア蓄積領域26の不純物濃度を濃くしても、半導体装置14の耐圧は維持される。半導体装置14の耐圧を維持しながら、低オン電圧化を図ることができる。
FIG. 4 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
In the
Further, a part of the p −
図5に、半導体装置15の要部断面図を模式的に示す。
半導体装置15では、正孔を蓄積するためのn+型の半導体領域が、ボディ領域27によって、エミッタ領域29及びドリフト領域25から電気的に隔てられている。この半導体領域をフローティングキャリア蓄積領域56という。フローティングキャリア蓄積領域56は、ボディ領域27の浅い位置に形成されており、ボディ領域27内の正孔濃度を向上させ、ひいてはドリフト領域25の正孔濃度も向上させる。一般的に、ボディ領域27内の正孔濃度の落ち込みが最も大きいことが知られている。フローティングキャリア蓄積領域56は、ボディ領域27内の正孔濃度の落ち込みを改善できる点において極めて有用である。半導体装置15は、フローティングキャリア蓄積領域56内に形成されているフローティングボディ領域45(第5半導体領域の一例)を備えている。フローティングボディ領域45は、フローティングボディ領域45によって、ボディ領域27から電気的に隔てられている。半導体装置15も同様に、ドリフト領域25及び下側のボディ領域27に蓄積していた正孔の一部は、フローティングボディ領域45を経由して上側のボディ領域27及びボディコンタクト領域28を経由して排出される。このため、正孔がトレンチゲート電極34の側面に集中することが抑制され、ゲート電圧の発振現象が抑えられ、半導体装置15の破壊が抑制される。
なお、半導体装置15は、フローティングキャリア蓄積領域56を備えている点においいて、上述の各半導体装置から区別される。上述の各半導体装置に係るそれ以外の技術思想は、半導体装置15に適用することができる。
FIG. 5 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
In the
The
(第2実施例)
図6に、半導体装置100の要部断面図を模式的に示す。半導体装置100は、縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。半導体装置100は、プレーナーゲート電極134を備えている点において、トレンチゲート電極34を備えている第1実施例の各半導体装置と異なっている。しかし、半導体装置100も同様に、ターンオフする過渡的な期間において、ゲート絶縁膜132に沿って正孔が集中するという課題を有している。したがって、半導体装置100に対しても、第1実施例と同様の技術思想に基づいてその課題を解決することができる。
(Second embodiment)
FIG. 6 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
半導体装置100は、裏面側に、アルミとチタンとニッケルの積層を有するコレクタ電極122と、p+型のコレクタ領域123と、n型のフィールドストップ領域124を備えている。コレクタ領域123の不純物濃度は、概ね1×1017〜1×1020cm-3であり、その厚みは0.3〜2μmである。フィールドストップ領域124の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3であり、その厚みは0.3〜2μmである。半導体装置100はパンチスルー型であるが、フィールドストップ領域124が除去されたノンパンチスルー型であってもよい。
半導体装置100はさらに、フィールドストップ領域124上に形成されているn-型のドリフト領域125(第1半導体領域の一例)を備えている。ドリフト領域125の不純物濃度は、概ね1×1013〜1×1015cm-3であり、その厚みは50〜200μmである。半導体装置100はさらに、ドリフト領域125に接して形成されているn+型のキャリア蓄積領域126を備えている。キャリア蓄積領域126は、ドリフト領域125の表面部に分散して形成されている。キャリア蓄積領域126の不純物濃度は、ドリフト領域125の不純物濃度よりも濃く形成されている。キャリア蓄積領域126の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3である。半導体装置100はさらに、キャリア蓄積領域126に接して形成されているp−型のボディ領域127(第2半導体領域の一例)を備えている。ボディ領域127は、キャリア蓄積領域126に取り囲まれており、キャリア蓄積領域126によってドリフト領域125から隔てられている。ボディ領域127の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3である。
The
The
半導体装置100は、ボディ領域128の表面部にn+型のエミッタ領域129(第3半導体領域の一例)及びp+型のボディコンタクト領域128を備えている。エミッタ領域129は、ボディ領域127によってキャリア蓄積領域126から隔てられている。エミッタ領域129の不純物濃度は、概ね1×1018〜1×1020cm-3である。ボディコンタクト領域128の不純物濃度は、概ね1×1018〜1×1020cm-3である。エミッタ領域129及びボディコンタクト領域128は、エミッタ電極138に電気的に接続されている。エミッタ電極138には、アルミニウムが用いられている。
The
半導体装置100はさらに、不純物を含むポリシリコンのプレーナーゲート電極134を備えている。プレーナーゲート電極134は、酸化シリコンのゲート絶縁膜132で被覆されている。プレーナーゲート電極134は、ドリフト領域125とエミッタ領域129の間に位置しているボディ領域127及びキャリア蓄積領域126にゲート絶縁膜132を介して対向している。
The
半導体装置100は、p−型のフローティングボディ領域141(第4半導体領域の一例)を備えている。フローティングボディ領域141は、キャリア蓄積領域126の一部を含んで形成されている。半導体装置100では、フローティングボディ領域141は、キャリア蓄積領域126内に埋設して形成されていると観念することができる。即ち、フローティングボディ領域141は、キャリア蓄積領域126によって、ボディ領域127から電気的に隔てられており、フローティング状態である。フローティングボディ領域141は、イオン注入及び熱拡散によって形成される。
The
次に、半導体装置100の動作を説明する。
コレクタ電122に正電圧が印加され、エミッタ電極138が接地され、プレーナーゲート電極134にゲートオン電圧(典型的には、15V)が印加されると、半導体装置100はオン状態になる。半導体装置100がオン状態になると、プレーナーゲート電極134の側面に沿った位置のボディ領域127の一部に反転層が形成される。エミッタ領域129から注入された電子は、その反転層を経由してキャリア蓄積領域126に供給される。キャリア蓄積領域126内を横方向に移動する電子は、プレーナーゲート電極134に印加されているゲートオン電圧に引き寄せられるので、プレーナーゲート電極134の底面に沿って移動する。キャリア蓄積領域126を超えてドリフト領域125に達した電子は、ドリフト領域125内を面的に広がって流れ、フィールドストップ領域124に達する。一方、コレクタ領域122から注入された正孔は、ドリフト領域125を移動して、キャリア蓄積領域126に達する。キャリア蓄積領域126の不純物濃度が濃くドリフト領域125の不純物濃度よりも濃く形成されているので、キャリア蓄積領域126は、正孔にとって高抵抗な領域である。正孔は、キャリア蓄積領域126を移動することが妨げられている。正孔は、プレーナーゲート電極124の底面に沿って流れる電子に引き寄せられ、プレーナーゲート電極124の底面の近傍に集まってくる。これにより、キャリア蓄積領域126内の正孔の移動は、プレーナーゲート電極124の底面の近傍で滞留する。このため、キャリア蓄積領域126は、裏面のコレクタ領域123から注入された正孔が、表面のボディコンタクト領域128まで移動するのを妨げることができる。これにより、キャリア蓄積領域126は、ドリフト領域125の正孔濃度を上昇させ、伝導度変調を活発化させる。半導体装置100は、低いオン電圧を得ることができる。
Next, the operation of the
When a positive voltage is applied to the
上記状態からプレーナーゲート電極134にゲートオフ電圧(典型的には、0V)が印加されると、半導体装置100はオフ状態になる。半導体装置100がオフ状態になると、反転層が消失し、エミッタ領域129からの電子の注入が停止する。
ドリフト領域125に蓄積していた正孔は、キャリア蓄積領域126、ボディ領域127及びボディコンタクト領域128を経由して排出される。このとき、ドリフト領域125とボディコンタクト領域128の間にキャリア蓄積領域126が存在しているので、正孔のスムーズな移動が妨げられる。半導体装置100は、少なくとも以下の2つの正孔の排出経路を備えていることを特徴としている。一つの排出経路は、プレーナーゲート電極134に印加されているゲートオフ電圧(典型的には、0V)に引き寄せられた正孔が、プレーナーゲート電極134の底面に沿ってキャリア蓄積領域126を移動する経路である。キャリア蓄積領域126を突破した正孔は、ボディ領域127及びボディコンタクト領域128を経由して排出される。他の一つの排出経路は、ドリフト領域125に蓄積していた正孔の一部が、フローティングボディ領域141を介してボディ領域127及びボディコンタクト領域128に排出される経路である。
When a gate-off voltage (typically 0 V) is applied to the
The holes accumulated in the
従来の半導体装置は、フローティングボディコンタクト領域141を備えていない。このため、従来の半導体装置では、後者の排出経路を備えていない。したがって、図9に示したように、半導体装置がオフした過渡的な期間において、蓄積していた正孔は、プレーナーゲート電極の低面の近傍に集中する。このため、ゲート容量が経時的に変動し、ゲート電圧に発振現象が現れ、半導体装置が破壊されていた。
一方、半導体装置100では、後者の排出経路を備えている。したがって、ドリフト領域125に蓄積していた正孔の一部は、フローティングボディ領域141を経由して排出される。このため、ドリフト領域125に蓄積していた正孔は分散して排出されるので、前者の排出経路に正孔が過度に集中することが抑制される。これにより、半導体装置100では、ゲート電圧の発振現象も抑えられ、半導体装置100の破壊が回避される。
The conventional semiconductor device does not include the floating
On the other hand, the
さらに、半導体装置100では、フローティングボディ領域141とキャリア蓄積領域126の間にpn接合が構成されている。このため、半導体装置100がオフしたときには、フローティングボディ領域141が実質的に空乏化され、フローティングボディ領域141は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域126の不純物濃度を濃くしたとしても、半導体装置100の耐圧を維持することができる。キャリア蓄積領域126の不純物濃度が濃くなると、正孔を蓄積させる効果が向上し、半導体装置100は低オン電圧を得ることができる。したがって、半導体装置100によると、半導体装置100の破壊の回避と、低オン電圧の両者を良好に具備することができる。
Further, in the
さらに、フローティングボディ領域141は、キャリア蓄積領域126に取り囲まれている。このため、半導体装置100がオンの期間では、正孔は、フローティングボディ領域141を介してドリフト領域125とボディ領域127の間を移動することが有効に妨げられる。一方、半導体装置100がターンオフする過渡的な期間では、フローティングボディ領域141に強い電界が加わることによって、正孔は、フローティングボディ領域141を介して移動することができる。フローティング状態のボディ領域141は、半導体装置100がオンしている期間とターンオフする過渡的な期間において、正孔を蓄積させる現象と正孔を排出させる現象の相反する現象をそれぞれ実現することができる。
Further, the floating
半導体装置100は、他に次の特徴を備えている。
(1)フローティングボディ領域141とゲート絶縁膜132の間の距離L100は、短く形成されている方が好ましい。フローティングボディ領域141とゲート絶縁膜132の間の距離L100が短くなると、半導体装置100がターンオフした過渡的な期間において、蓄積していた正孔がゲート絶縁膜132の底面に集中してしまうことが抑制される。この正孔が集中する現象が抑制されると、半導体装置100の耐圧が向上する。このため、キャリア蓄積領域126の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置100の低オン電圧化が図られる。一方、フローティングボディ領域141とゲート絶縁膜132の間の距離L100が短くなると、チャネル抵抗が上昇してしまう。しかしながら、キャリア蓄積領域126の不純物濃度の高濃度化に基づくオン電圧の低減は、チャネル抵抗の上昇分を相殺することができる。このため、フローティングボディ領域141とゲート絶縁膜132の間の距離L100は、短く形成されている方が好ましい。特に、フローティングボディ領域141とゲート絶縁膜132の間の距離L100が1μm以下であると、正孔がフローティングボディ領域141を経由して排出する経路が活発化し、半導体装置100の破壊が顕著に抑制される。
(2)半導体装置100では、フローティングボディ領域141の不純物濃度が、ボディ領域127の不純物濃度よりも薄く形成されている。フローティングボディ領域141の不純物濃度が薄く形成されていると、半導体装置100がオフしているときに、フローティングボディ領域141が実質的に空乏化され、フローティングボディ領域141は電界を緩和することができる。このため、キャリア蓄積領域126の不純物濃度を濃くすることができ、半導体装置100は低オン電圧を得ることができる。
The
(1) The distance L100 between the floating
(2) In the
(半導体装置100の変形例)
図7に、半導体装置110の要部断面図を模式的に示す。なお、半導体装置100と実施的に同一の構成要素に関しては、同一符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置110では、フローティングボディ領域142が、ゲート絶縁膜132に接している。フローティングボディ領域142とゲート絶縁膜132が接していると、正孔の多くがフローティングボディ領域141を経由して排出される。このため、半導体装置110の破壊は、顕著に抑制される。
さらに、フローティングボディ領域142がゲート絶縁膜132に接していると、フローティングボディ領域142の電位は、プレーナーゲート電極134に印加されているゲート電圧の影響を受け易くなる。このため、半導体装置110がターンオフする過渡的な期間では、フローティングボディ領域142の電位は、ゲートオフ電圧(典型的には、0V)に近い値になる。これにより、ドリフト領域125に蓄積していた正孔は、フローティングボディ領域142の電位に引き寄せられるので、正孔の多くは、フローティングボディ領域142を介してボディ領域127及びボディコンタクト領域128に排出される。半導体装置110がターンオフする過渡的な期間において、正孔がプレーナーゲート電極134の底面に集中する現象が抑制され、ゲート電圧の発振現象が抑えられ、半導体装置110の破壊が抑制される。
(Modification of Semiconductor Device 100)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the main part of the
In the
Further, when the floating
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
22、122:コレクタ電極
23、123:コレクタ領域
24、124:フィールドストップ領域
25、125:ドリフト領域
26、126:キャリア蓄積領域
27、127:ボディ領域
28、128:ボディコンタクト領域
29、129:エミッタ領域
32、132:ゲート絶縁膜
34:トレンチゲート電極
134:プレーナーゲート電極
36:層間絶縁膜
41、42、43、45、141、142:フローティングボディ領域
44:p−型の半導体領域
56:フローティングキャリア蓄積領域
22, 122:
Claims (16)
第1導電型の不純物を低濃度に含む第1半導体領域と、
その第1半導体領域に接しており、第1導電型の不純物を高濃度に含むキャリア蓄積領域と、
そのキャリア蓄積領域に接しており、キャリア蓄積領域によって第1半導体領域から隔てられているとともに第2導電型の不純物を含む第2半導体領域と、
その第2半導体領域に接しており、第2半導体領域によってキャリア蓄積領域から隔てられているとともに第1導電型の不純物を含む第3半導体領域と、
第1半導体領域と第3半導体領域の間に位置している第2半導体領域及びキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、
キャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されており、第2導電型の不純物を含む第4半導体領域と、
を備えている半導体装置。 A semiconductor device,
A first semiconductor region containing a first conductivity type impurity at a low concentration;
A carrier accumulation region in contact with the first semiconductor region and containing a first conductivity type impurity at a high concentration;
A second semiconductor region in contact with the carrier storage region, separated from the first semiconductor region by the carrier storage region, and containing a second conductivity type impurity;
A third semiconductor region in contact with the second semiconductor region, separated from the carrier accumulation region by the second semiconductor region, and containing a first conductivity type impurity;
A gate electrode facing the second semiconductor region and the carrier storage region located between the first semiconductor region and the third semiconductor region via a gate insulating film;
A fourth semiconductor region formed in a region including a part of the carrier accumulation region, and including a second conductivity type impurity;
A semiconductor device comprising:
第1導電型の不純物を含む第1半導体領域と、
その第1半導体領域に接しており、第2導電型の不純物を含む第2半導体領域と、
その第2半導体領域に接しており、第2半導体領域によって第1半導体領域から隔てられているとともに第1導電型の不純物を含む第3半導体領域と、
第2半導体領域によって、第1半導体領域及び第3半導体領域から電気的に隔てられているとともに第1導電型の不純物を含むフローティングキャリア蓄積領域と、
第1半導体領域と第3半導体領域の間に位置している第2半導体領域及びフローティングキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向しているゲート電極と、
フローティングキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されており、第2導電型の不純物を含む第5半導体領域と、
を備えている半導体装置。 A semiconductor device,
A first semiconductor region containing an impurity of a first conductivity type;
A second semiconductor region in contact with the first semiconductor region and containing an impurity of a second conductivity type;
A third semiconductor region in contact with the second semiconductor region, separated from the first semiconductor region by the second semiconductor region, and containing a first conductivity type impurity;
A floating carrier storage region electrically isolated from the first semiconductor region and the third semiconductor region by the second semiconductor region and including an impurity of the first conductivity type;
A gate electrode facing the second semiconductor region and the floating carrier storage region located between the first semiconductor region and the third semiconductor region via a gate insulating film;
A fifth semiconductor region formed in a region including a part of the floating carrier accumulation region, and including a second conductivity type impurity;
A semiconductor device comprising:
第1導電型の不純物を低濃度に含むドリフト領域と、
そのドリフト領域上に形成されており、第1導電型の不純物を高濃度に含むキャリア蓄積領域と、
そのキャリア蓄積領域上に形成されており、第2導電型の不純物を含むボディ領域と、
そのボディ領域上に形成されており、第1導電型の不純物を含むエミッタ領域と、
ドリフト領域とエミッタ領域の間に位置しているボディ領域及びキャリア蓄積領域を貫通して伸びており、そのボディ領域及びキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向しているトレンチゲート電極と、
キャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されており、第2導電型の不純物を含む第2導電型半導体領域と、
を備えているIGBT。 A vertical IGBT,
A drift region containing a first conductivity type impurity in a low concentration;
A carrier accumulation region formed on the drift region and containing a high concentration of impurities of the first conductivity type;
A body region formed on the carrier accumulation region and containing a second conductivity type impurity;
An emitter region formed on the body region and including an impurity of a first conductivity type;
A trench gate electrode extending through a body region and a carrier storage region located between the drift region and the emitter region, and facing the body region and the carrier storage region via a gate insulating film;
A second conductivity type semiconductor region formed in a region including a part of the carrier accumulation region, and including a second conductivity type impurity;
IGBT equipped with.
第1導電型の不純物を含むドリフト領域と、
そのドリフト領域上に形成されており、第2導電型の不純物を含むボディ領域と、
そのボディ領域上に形成されており、第1導電型の不純物を含むエミッタ領域と、
ボディ領域によってドリフト領域及びエミッタ領域から電気的に隔てられているとともに、第1導電型の不純物を含むフローティングキャリア蓄積領域と、
ドリフト領域とエミッタ領域の間に位置しているボディ領域及びフローティングキャリア蓄積領域を貫通して伸びており、そのボディ領域及びフローティングキャリア蓄積領域にゲート絶縁膜を介して対向しているトレンチゲート電極と、
フローティングキャリア蓄積領域の一部を含む領域に形成されており、第2導電型の不純物を含む第2導電型半導体領域と、
を備えているIGBT。 A drift region that is a vertical IGBT and includes a first conductivity type impurity;
A body region formed on the drift region and containing a second conductivity type impurity;
An emitter region formed on the body region and including an impurity of a first conductivity type;
A floating carrier storage region electrically isolated from the drift region and the emitter region by the body region, and including a first conductivity type impurity;
A trench gate electrode extending through a body region and a floating carrier storage region located between the drift region and the emitter region, and facing the body region and the floating carrier storage region via a gate insulating film; ,
A second conductivity type semiconductor region formed in a region including a part of the floating carrier accumulation region, and containing a second conductivity type impurity;
IGBT equipped with.
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Cited By (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011233806A (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN102779847A (en) * | 2012-07-18 | 2012-11-14 | 电子科技大学 | Carrier stored groove bipolar transistor |
CN102800691A (en) * | 2012-08-31 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | Carrier-stored trench gate bipolar transistor |
WO2012165329A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-06 | 新電元工業株式会社 | Trench gate power semiconductor device and method for manufacturing same |
CN102842612A (en) * | 2012-09-11 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | Insulated-gate bipolar transistor with embedded island structure |
JP2014509453A (en) * | 2011-02-23 | 2014-04-17 | アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー | Power semiconductor devices |
US9082814B2 (en) | 2011-01-12 | 2015-07-14 | Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. | Semiconductor devices and power conversion systems |
WO2015141257A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | サンケン電気株式会社 | Semiconductor device |
CN105633155A (en) * | 2015-01-19 | 2016-06-01 | 肖胜安 | Structure and fabrication method of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor |
CN105895679A (en) * | 2015-01-22 | 2016-08-24 | 肖胜安 | Structure and manufacturing method of insulated gate bipolar transistor |
CN106033770A (en) * | 2015-03-18 | 2016-10-19 | 江苏物联网研究发展中心 | IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and manufacturing method thereof |
JP2017059817A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
JP2019003966A (en) * | 2017-06-09 | 2019-01-10 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Silicon carbide semiconductor device, and method of manufacturing the same |
CN109273520A (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-25 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device |
JP2019106483A (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-27 | 富士電機株式会社 | Insulated gate semiconductor device and manufacturing method of the same |
CN110444588A (en) * | 2019-08-21 | 2019-11-12 | 江苏中科君芯科技有限公司 | The trench IGBT device of forward conduction voltage drop can be reduced |
WO2019244681A1 (en) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
WO2020078626A1 (en) | 2018-10-18 | 2020-04-23 | Abb Schweiz Ag | Insulated gate power semiconductor device and method for manufacturing such device |
US11158733B2 (en) | 2015-09-16 | 2021-10-26 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device including a shoulder portion |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0778978A (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Vertical mosfet transistor |
JPH09191109A (en) * | 1995-11-06 | 1997-07-22 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2001308328A (en) * | 2000-04-24 | 2001-11-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Insulated gate semiconductor device |
JP2003273359A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Toshiba Corp | High withstand voltage semiconductor device |
JP2005210047A (en) * | 2003-12-24 | 2005-08-04 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Semiconductor device |
JP2005347289A (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Insulated-gate semiconductor device |
-
2006
- 2006-03-27 JP JP2006086554A patent/JP2007266133A/en active Pending
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0778978A (en) * | 1993-09-07 | 1995-03-20 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Vertical mosfet transistor |
JPH09191109A (en) * | 1995-11-06 | 1997-07-22 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP2001308328A (en) * | 2000-04-24 | 2001-11-02 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Insulated gate semiconductor device |
JP2003273359A (en) * | 2002-03-15 | 2003-09-26 | Toshiba Corp | High withstand voltage semiconductor device |
JP2005210047A (en) * | 2003-12-24 | 2005-08-04 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Semiconductor device |
JP2005347289A (en) * | 2004-05-31 | 2005-12-15 | Mitsubishi Electric Corp | Insulated-gate semiconductor device |
Cited By (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011233806A (en) * | 2010-04-30 | 2011-11-17 | Mitsubishi Electric Corp | Insulated gate semiconductor device and method of manufacturing the same |
US9082814B2 (en) | 2011-01-12 | 2015-07-14 | Hitachi Power Semiconductor Device, Ltd. | Semiconductor devices and power conversion systems |
KR101933235B1 (en) * | 2011-02-23 | 2018-12-27 | 에이비비 슈바이쯔 아게 | A power semiconductor device |
JP2014509453A (en) * | 2011-02-23 | 2014-04-17 | アーベーベー・テヒノロギー・アーゲー | Power semiconductor devices |
WO2012165329A1 (en) * | 2011-05-27 | 2012-12-06 | 新電元工業株式会社 | Trench gate power semiconductor device and method for manufacturing same |
JP5554417B2 (en) * | 2011-05-27 | 2014-07-23 | 新電元工業株式会社 | Trench gate power semiconductor device and manufacturing method thereof |
JPWO2012165329A1 (en) * | 2011-05-27 | 2015-02-23 | 新電元工業株式会社 | Trench gate power semiconductor device and manufacturing method thereof |
CN102779847A (en) * | 2012-07-18 | 2012-11-14 | 电子科技大学 | Carrier stored groove bipolar transistor |
CN102800691A (en) * | 2012-08-31 | 2012-11-28 | 电子科技大学 | Carrier-stored trench gate bipolar transistor |
CN102842612A (en) * | 2012-09-11 | 2012-12-26 | 电子科技大学 | Insulated-gate bipolar transistor with embedded island structure |
JP2015179720A (en) * | 2014-03-19 | 2015-10-08 | サンケン電気株式会社 | semiconductor device |
US9627519B2 (en) | 2014-03-19 | 2017-04-18 | Sanken Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
WO2015141257A1 (en) * | 2014-03-19 | 2015-09-24 | サンケン電気株式会社 | Semiconductor device |
CN105633155A (en) * | 2015-01-19 | 2016-06-01 | 肖胜安 | Structure and fabrication method of metal-oxide-semiconductor field-effect transistor |
CN105895679A (en) * | 2015-01-22 | 2016-08-24 | 肖胜安 | Structure and manufacturing method of insulated gate bipolar transistor |
CN106033770A (en) * | 2015-03-18 | 2016-10-19 | 江苏物联网研究发展中心 | IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and manufacturing method thereof |
JP2017059817A (en) * | 2015-09-16 | 2017-03-23 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
US11158733B2 (en) | 2015-09-16 | 2021-10-26 | Fuji Electric Co., Ltd. | Method of manufacturing a semiconductor device including a shoulder portion |
JP2019003966A (en) * | 2017-06-09 | 2019-01-10 | 国立研究開発法人産業技術総合研究所 | Silicon carbide semiconductor device, and method of manufacturing the same |
CN109273520A (en) * | 2017-07-18 | 2019-01-25 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device |
JP2019021787A (en) * | 2017-07-18 | 2019-02-07 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
US10461180B2 (en) | 2017-07-18 | 2019-10-29 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
CN109273520B (en) * | 2017-07-18 | 2023-10-27 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips |
JP7143575B2 (en) | 2017-07-18 | 2022-09-29 | 富士電機株式会社 | semiconductor equipment |
JP7052330B2 (en) | 2017-12-13 | 2022-04-12 | 富士電機株式会社 | Insulated gate type semiconductor device and its manufacturing method |
JP2019106483A (en) * | 2017-12-13 | 2019-06-27 | 富士電機株式会社 | Insulated gate semiconductor device and manufacturing method of the same |
JP6992895B2 (en) | 2018-06-21 | 2022-01-13 | 富士電機株式会社 | Semiconductor devices and manufacturing methods |
US11139392B2 (en) | 2018-06-21 | 2021-10-05 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device and manufacturing method |
JPWO2019244681A1 (en) * | 2018-06-21 | 2020-12-17 | 富士電機株式会社 | Semiconductor devices and manufacturing methods |
CN111418068A (en) * | 2018-06-21 | 2020-07-14 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
WO2019244681A1 (en) * | 2018-06-21 | 2019-12-26 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method |
CN111418068B (en) * | 2018-06-21 | 2023-09-26 | 富士电机株式会社 | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN112930601A (en) * | 2018-10-18 | 2021-06-08 | Abb电网瑞士股份公司 | Insulated gate power semiconductor device and method of manufacturing the same |
US11189688B2 (en) | 2018-10-18 | 2021-11-30 | Abb Power Grids Switzerland Ag | Insulated gate power semiconductor device and method for manufacturing such device |
CN112930601B (en) * | 2018-10-18 | 2021-12-10 | 日立能源瑞士股份公司 | Insulated gate power semiconductor device and method of manufacturing the same |
WO2020078626A1 (en) | 2018-10-18 | 2020-04-23 | Abb Schweiz Ag | Insulated gate power semiconductor device and method for manufacturing such device |
CN110444588A (en) * | 2019-08-21 | 2019-11-12 | 江苏中科君芯科技有限公司 | The trench IGBT device of forward conduction voltage drop can be reduced |
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