JP2010114136A - バイポーラ型半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 IGBT100は、p型のボディ領域14内に設けられており、ベース領域13とエミッタ領域16を結ぶ方向においてボディ領域14を分断しているn型のフローティング領域15を備えている。フローティング領域15の自由電子総量とフローティング領域15よりもベース領域13側に存在するボディ領域14bの正孔総量のキャリア総量比(自由電子総量/正孔総量)が、ターンオンしたときに、寄生サイリスタが動作しない範囲に設定されている。
【選択図】 図1
Description
ここで、キャリア総量とは、非動作状態(半導体装置が外部から電気的に絶縁された状態)における自由電子又は正孔の総量をいう。例えば、フローティング領域がn型の場合、フローティング領域の第1キャリア総量とは、非動作状態におけるフローティング領域に含まれる自由電子の総量をいう。具体的には、フローティング領域に含まれるn型ドーパントの総量からそこに含まれるp型ドーパントを差し引くことで算出することができる。ボディ領域がp型の場合、フローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第2キャリア総量とは、非動作状態におけるフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域に含まれる正孔の総量をいう。具体的には、フローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域に含まれるp型ドーパントからそこに含まれるn型ドーパントを差し引くことで算出することができる。本明細書で開示される技術は、サージ電圧の原因が寄生サイリスタであることを突き止め、その寄生サイリスタが動作するか否かが、第1キャリア総量と第2キャリア総量のキャリア総量比によって評価可能であることを初めて見出したことである。本明細書で開示される技術は、このキャリア総量比を利用することによって、寄生サイリスタが実質的に動作しないバイポーラ型半導体装置を設計可能なことを初めて提案するものである。
この範囲内にキャリア総量比が設定されていると、オン電圧が顕著に低減されることが本明細書において確認されている。
(第1特徴) 絶縁ゲートは、絶縁トレンチゲートである。
(第2特徴) フローティング領域の第1キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第2キャリア総量のキャリア総量比(第1キャリア総量/第2キャリア総量)は、下限値が0を超えており、上限値が1.83以下であることが好ましい。オン電圧の低減効果とサージ電圧の抑制効果を得ることができる。
(第3特徴)キャリア総量比は、下限値が0.4以上であり、上限値が1.83以下であることがより好ましい。オン電圧の顕著な低減効果とサージ電圧の抑制効果を得ることができる。
上記の実験結果は、フローティング領域15の厚み、第2ボディ領域14bのドーパント濃度及び厚みが一定の条件で、フローティング領域15のドーパント濃度を変えることによってキャリア総量比を変えた場合に得られた結果である。例えば、キャリア総量比は、フローティング領域15の厚みを変えた場合でも、第2ボディ領域14bのドーパント濃度を変えた場合でも、又は第2ボディ領域14bの厚みを変えた場合でも変化するものである。以下のシミュレーションでは、寄生サイリスタが実質的に動作しない指標としてキャリア総量比のみで評価可能であることを検証した。
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。
11:コレクタ領域
12:フィールドストップ領域
13:ベース領域
14:ボディ領域
14a:第1ボディ領域
14b:第2ボディ領域
15:フローティング領域
16:エミッタ領域
17:ボディコンタクト領域
20:絶縁トレンチゲート
Claims (3)
- 第1導電型のベース領域と第1導電型のエミッタ領域を隔てている第2導電型のボディ領域に対向している絶縁ゲートを有する半導体装置であって、
ボディ領域内に設けられており、ベース領域とエミッタ領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している第1導電型のフローティング領域を備え、
フローティング領域の第1キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第2キャリア総量のキャリア総量比(第1キャリア総量/第2キャリア総量)が、ターンオンしたときに、寄生サイリスタが動作しない範囲に設定されていることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。 - 第1導電型のベース領域と第1導電型のエミッタ領域を隔てている第2導電型のボディ領域に対向している絶縁ゲートを有する半導体装置であって、
ボディ領域内に設けられており、ベース領域とエミッタ領域を結ぶ方向においてボディ領域を分断している第1導電型のフローティング領域を備え、
フローティング領域の第1キャリア総量とフローティング領域よりもベース領域側に存在するボディ領域の第2キャリア総量のキャリア総量比(第1キャリア総量/第2キャリア総量)が、1.83以下であることを特徴とするバイポーラ型半導体装置。 - 前記キャリア総量比が、0.4以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載のバイポーラ型半導体装置。
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