JP2010135676A - Drive circuit for insulated-gate semiconductor device, and semiconductor device suitable for the drive circuit - Google Patents

Drive circuit for insulated-gate semiconductor device, and semiconductor device suitable for the drive circuit Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a drive circuit for an insulated-gate semiconductor device capable of suppressing a turn-on surge and capable of reducing switching loss while maintaining a high withstand voltage. <P>SOLUTION: A control gate electrode 7b is provided on an outer edge of a cell region, and voltage can be applied to the control gate electrode 7b separately from a gate electrode 7a. Magnitude relationship of resistance values of resistors 32-34 in a passage from a supply side (power supply side) of IGBT drive circuit to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b is set so that the resistance value Rg2 of the second resistor 33 existing in the passage extending to the control gate electrode 7b is smaller than a total value Rg1+Rg3 of the resistance values Rg1 and Rg3 of the first and the third resistors 32 and 34 existing in the passage extending to the gate electrode 7a. When being turned on, the control gate electrode 7b is charged earlier than the gate electrode 7a. Thus, furious oscillation of the gate voltage and the electric current can be suppressed, and the turn-on surge can be suppressed. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、トレンチゲート構造の絶縁ゲート型トランジスタ(以下、IGBTという)等のような絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路およびそれに適した半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a drive circuit for an insulated gate semiconductor device such as an insulated gate transistor (hereinafter referred to as IGBT) having a trench gate structure, and a semiconductor device suitable for the drive circuit.

従来、トレンチゲート構造のIGBTとして、特許文献1に示すものがある。この文献に開示されたIGBTでは、複数のトレンチゲートの間に位置するp型ベース領域すべてではなく、選択的にn型エミッタ層を形成した構造としている。このような構造とすることにより、エミッタ電極へつながるp型ベース領域と、絶縁膜で覆われているダミーベース領域が、トレンチゲートによって分離されて存在した構成のIGBTとしている。   Conventionally, as an IGBT having a trench gate structure, there is one shown in Patent Document 1. The IGBT disclosed in this document has a structure in which an n-type emitter layer is selectively formed instead of all the p-type base regions located between a plurality of trench gates. With such a structure, the IGBT has a configuration in which a p-type base region connected to the emitter electrode and a dummy base region covered with an insulating film are separated by a trench gate.

このような構造では、オン状態において、エミッタ電極への正孔の排出が制限され、ダミーベース領域に正孔が蓄積される。このため、伝導度変調が促進されて低オン電圧が実現できる。
特開2001−308327号公報
In such a structure, in the ON state, discharge of holes to the emitter electrode is restricted, and holes are accumulated in the dummy base region. For this reason, conductivity modulation is promoted and a low on-voltage can be realized.
JP 2001-308327 A

しかしながら、上記特許文献1に示される構造のIGBTでは、ターンオン時に、少数キャリアがドリフト層(バッファ層)に急激に蓄積され、この少数キャリアがゲートに影響することにより大きなサージが発生するという問題点がある。   However, in the IGBT having the structure shown in Patent Document 1, minority carriers are rapidly accumulated in the drift layer (buffer layer) at the time of turn-on, and a large surge is generated by the minority carriers affecting the gate. There is.

すなわち、ターンオンの時には ダミーベース領域に少数キャリアが急激に蓄積されることにより、ゲートのキャリアが充電から放出に転じるタイミング(いわゆる負性容量特性)が生じる。これがターンオン時のサージ(以下、ターンオンサージという)を大きくする原因となる。振動の原因となる場所は、ゲート電極が配置されるトレンチのダミーベース領域に面するところとトレンチの終端部であり、特にトレンチの終端部が振動の主要因となることを実験により確認している。これは、外周領域の裏面から注入される少数キャリアがセル領域に向かって一気に集まってくるためと考えられる。このようなターンオンサージのために、スイッチング損失が大きくなるという問題がある。   That is, when turning on, minority carriers are rapidly accumulated in the dummy base region, thereby causing a timing (so-called negative capacitance characteristic) at which the gate carrier shifts from charging to discharging. This causes a surge at turn-on (hereinafter referred to as turn-on surge) to increase. The location that causes vibration is the location facing the dummy base region of the trench where the gate electrode is disposed and the end of the trench, and it has been confirmed by experiment that the end of the trench is the main cause of vibration. Yes. This is presumably because minority carriers injected from the back surface of the outer peripheral region gather at a stretch toward the cell region. Due to such a turn-on surge, there is a problem that the switching loss increases.

このようなターンオンサージを抑制するには、セル領域を囲むように配置される外周領域のp型ベース領域よりも深いp型拡散層等をゲート電極が配置されるトレンチの終端部から十分に離すことなどが考えられる。ところが、その分耐圧低下に繋がるし、トレンチの終端部からp型ベース領域よりも深いp型拡散層等を離すことによってターンオンサージを減らすことができるものの、この終端部での少数キャリアの蓄積による急激な電位変化は少なからず残る。   In order to suppress such a turn-on surge, the p-type diffusion layer deeper than the p-type base region in the outer peripheral region arranged so as to surround the cell region is sufficiently separated from the end portion of the trench in which the gate electrode is arranged. I think that. However, the breakdown voltage is reduced by that amount, and the turn-on surge can be reduced by separating the p-type diffusion layer and the like deeper than the p-type base region from the end portion of the trench. However, the minority carriers are accumulated in the end portion. Sudden potential changes remain.

本発明は上記点に鑑みて、高耐圧を維持しつつ、ターンオンサージを抑制して低スイッチング損失にできる絶縁ゲート型の半導体装置の駆動回路およびそれに適した半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above points, and it is an object of the present invention to provide a drive circuit for an insulated gate semiconductor device capable of suppressing a turn-on surge and reducing switching loss while maintaining a high breakdown voltage, and a semiconductor device suitable for the same. .

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、第1トレンチ(4a)の長手方向の端部側において、第1トレンチ(4a)から離間して配置され、ベース領域(3)を貫通してドリフト領域(2)に達するように形成された第2トレンチ(4b)と、第2トレンチ(4b)の表面上に形成された第2ゲート絶縁膜(6b)と、第2トレンチ(4b)内において、第2ゲート絶縁膜(6b)の上に形成された第1コントロールゲート電極(7b)と、ゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うための第1スイッチ素子(30)とゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)に対してチャージされたキャリアの引き抜きを行うための第2スイッチ素子(31)とを有するスイッチング手段(30、31)と、第2スイッチ素子(31)を通じてゲート電極(7a)からのキャリアの引き抜きを行う経路に備えられた第1抵抗(32)と、第1スイッチ素子(30)を通じて所定電圧を第1コントロールゲート電極(7b)に対して印加する経路に備えられた第2抵抗(33)と、第1スイッチ素子(30)および第2スイッチ素子(31)の間において、第1スイッチ素子(30)を通じてゲート電極(7a)に対して所定電圧を印加する経路となり、かつ、第2スイッチ素子(31)を通じて第1コントロールゲート電極(7b)からのキャリアの引き抜きを行う経路となる位置に備えられた第3抵抗(34)とを備えている。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the first trench (4a) is disposed on the end side in the longitudinal direction so as to be separated from the first trench (4a), and the base region (3) is provided. A second trench (4b) formed so as to penetrate to the drift region (2), a second gate insulating film (6b) formed on the surface of the second trench (4b), and a second trench ( 4b), a predetermined voltage is applied to the first control gate electrode (7b) formed on the second gate insulating film (6b), and to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b). The second switch for extracting the charged carriers from the first switch element (30) for charging carriers and the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b). Switching means (30, 31) having a switch element (31), and a first resistor (32) provided in a path for extracting carriers from the gate electrode (7a) through the second switch element (31) A second resistor (33) provided in a path for applying a predetermined voltage to the first control gate electrode (7b) through the first switch element (30), the first switch element (30), and the second switch element (31) provides a path for applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a) through the first switch element (30), and from the first control gate electrode (7b) through the second switch element (31). And a third resistor (34) provided at a position serving as a path for extracting the carrier.

そして、請求項1に記載の発明は、第1スイッチ素子(30)をオン、第2スイッチ素子(31)をオフすることによって所定電圧がゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)に印加されるようにすると共に、第1スイッチ素子(30)をオフ、第2スイッチ素子(31)をオンすることによってゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)にチャージされたキャリアの引き抜きを行うように構成され、第2抵抗(33)の抵抗値(Rg2)が第1抵抗(32)の抵抗値(Rg1)と第3抵抗(34)の抵抗値(Rg3)の合計値(Rg1+Rg3)よりも小さくされていることを特徴としている。   In the first aspect of the present invention, the first switch element (30) is turned on and the second switch element (31) is turned off, whereby the predetermined voltage is changed to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b). And the carrier charged in the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b) by turning off the first switch element (30) and turning on the second switch element (31). The resistance value (Rg2) of the second resistor (33) is the sum of the resistance value (Rg1) of the first resistor (32) and the resistance value (Rg3) of the third resistor (34). It is characterized by being made smaller than (Rg1 + Rg3).

このような駆動回路においては、セル領域の外縁部に第1コントロールゲート電極(7b)を設けるようにし、この第1コントロールゲート電極(7b)に対してゲート電極(7a)とは別に電圧印加が行えるようにしている。そして、駆動回路の供給側(電源側)からゲート電極(7a)と第1コントロールゲート電極(7b)に至る経路内における各抵抗(32〜34)の抵抗値の大小関係について、ゲート電極(7a)に至る経路に存在する第1、第3抵抗(32、34)の抵抗値(Rg1、Rg3)の合計値(Rg1+Rg3)よりも第1コントロールゲート電極(7b)に至る経路に存在する第2抵抗(33)の抵抗値(Rg2)の方が小さくなるようにしている。このため、ターンオン時には、第1コントロールゲート電極(7b)の方がゲート電極(7a)よりも早くチャージされるようにできる。これにより、ゲート電圧・電流が激しく振動することを抑制でき、ターンオンサージを抑制することが可能となる。   In such a drive circuit, a first control gate electrode (7b) is provided at the outer edge of the cell region, and voltage is applied to the first control gate electrode (7b) separately from the gate electrode (7a). I can do it. Then, regarding the magnitude relationship of the resistance values of the resistors (32 to 34) in the path from the supply side (power supply side) of the drive circuit to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b), the gate electrode (7a ) Present in the path leading to the first control gate electrode (7b) rather than the total value (Rg1 + Rg3) of the resistance values (Rg1, Rg3) of the first and third resistors (32, 34) existing in the path leading to The resistance value (Rg2) of the resistor (33) is made smaller. For this reason, at the time of turn-on, the first control gate electrode (7b) can be charged earlier than the gate electrode (7a). Thereby, it is possible to suppress the gate voltage / current from vigorously oscillating, and it is possible to suppress the turn-on surge.

請求項2に記載の発明では、ゲート電極(7a)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うと共に、所定電圧の印加をやめてゲート電極(7a)にチャージされたキャリアの引き抜きを行う第1ゲートドライブ回路(37)と、第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うと共に、所定電圧の印加をやめて第1コントロールゲート電極(7b)にチャージされたキャリアの引き抜きを行う第2ゲートドライブ回路(38)と、を備え、第1ゲートドライブ回路(37)がゲート電極(7a)に対して所定電圧を印加するタイミングよりも、第2ゲートドライブ回路(38)が第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加するタイミングの方が早くされていることを特徴としている。   According to the second aspect of the present invention, the carrier is charged by applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a), and the carrier charged in the gate electrode (7a) is extracted by stopping the application of the predetermined voltage. A predetermined voltage is applied to the first gate drive circuit (37) and the first control gate electrode (7b) to charge carriers, and the application of the predetermined voltage is stopped to charge the first control gate electrode (7b). And a second gate drive circuit (38) for extracting the generated carrier, and the second gate drive is more time consuming than the timing at which the first gate drive circuit (37) applies a predetermined voltage to the gate electrode (7a). The timing at which the circuit (38) applies the predetermined voltage to the first control gate electrode (7b) is earlier. It is characterized.

このような構成においても、ターンオン時には、ダミーゲート電極(7b)の方がゲート電極(7a)よりも早くチャージされるようにできる。これにより、請求項1と同様の効果を得ることができる。   Even in such a configuration, at the time of turn-on, the dummy gate electrode (7b) can be charged earlier than the gate electrode (7a). Thereby, the same effect as that of claim 1 can be obtained.

請求項3に記載の発明では、ゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うための第1スイッチ素子(30)とゲート電極(7a)および第1コントロールゲート電極(7b)に対してチャージされたキャリアの引き抜きを行うための第2スイッチ素子(31)とを有するスイッチング手段(30、31)と、第2スイッチ素子(31)を通じてゲート電極(7a)からのキャリアの引き抜きを行う経路に備えられた第1抵抗(32)と、第1スイッチ素子(30)を通じて所定電圧を第1コントロールゲート電極(7b)に対して印加する経路に備えられた第2抵抗(33)と、第1スイッチ素子(30)および第2スイッチ素子(31)の間において、第1スイッチ素子(30)を通じてゲート電極(7a)に対して所定電圧を印加する経路となり、かつ、第2スイッチ素子(31)を通じて第1コントロールゲート電極(7b)からのキャリアの引き抜きを行う経路となる位置に備えられたツェナーダイオード(39a、39b)とを備え、ツェナーダイオード(39a、39b)は、第1スイッチ素子(30)側にカソードを向け第2スイッチ素子(31)側にアノードを向けて配置されたもの(39b)を備えていることを特徴としている。   In the invention according to claim 3, the first switch element (30) and the gate electrode (for charging carriers by applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b)). 7a) and switching means (30, 31) having a second switch element (31) for extracting carriers charged to the first control gate electrode (7b), and a second switch element (31) A predetermined voltage is applied to the first control gate electrode (7b) through the first resistor (32) provided in the path for extracting carriers from the gate electrode (7a) through the first switch element (30). The first switch is provided between the second resistor (33) provided in the path and the first switch element (30) and the second switch element (31). A position that becomes a path for applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a) through the element (30) and a path for extracting carriers from the first control gate electrode (7b) through the second switch element (31). The zener diodes (39a, 39b) are arranged with the cathode facing the first switch element (30) and the anode facing the second switch element (31). (39b) is provided.

このような構成においても、ターンオン時には、ダミーゲート電極(7b)の方がゲート電極(7a)よりも早くチャージされるようにできる。これにより、請求項1と同様の効果を得ることができる。   Even in such a configuration, at the time of turn-on, the dummy gate electrode (7b) can be charged earlier than the gate electrode (7a). Thereby, the same effect as that of claim 1 can be obtained.

請求項4に記載の発明では、フロート層(3b)内には、ベース領域(3)を貫通してドリフト層(2)に達し、第1トレンチ(4a)と対向配置された第3トレンチ(4c)と、第3トレンチ(4c)の表面上に形成された第3ゲート絶縁膜(6c)と、第3トレンチ(4c)内において第3ゲート絶縁膜(6c)の上に形成され、第1コントロールゲート電極(7b)に電気的に接続された第2コントロールゲート電極(7c)と、を備えていることを特徴としている。   In the invention according to claim 4, in the float layer (3b), the third trench (2) penetrating the base region (3) and reaching the drift layer (2) is arranged opposite to the first trench (4a). 4c), a third gate insulating film (6c) formed on the surface of the third trench (4c), and formed on the third gate insulating film (6c) in the third trench (4c), And a second control gate electrode (7c) electrically connected to one control gate electrode (7b).

このような第2コントロールゲート電極(7c)を設けた構造においては、フロート層(3b)のうちゲート電極(7a)に面する部分の急激な少数キャリアの蓄積も防ぐ事が可能となる。これにより、よりゲート電圧・電流の激しい振動が生じるターンオンサージの発生を抑制できる。したがって、請求項1に示した効果をより得ることが可能となる。   In such a structure provided with the second control gate electrode (7c), it is possible to prevent sudden minority carrier accumulation in the portion of the float layer (3b) facing the gate electrode (7a). Thereby, generation | occurrence | production of the turn-on surge which a more intense vibration of gate voltage and electric current can be suppressed. Therefore, the effect shown in claim 1 can be further obtained.

請求項5に記載の発明では、ベース領域(3)、第1トレンチ(4a)、ゲート電極(7a)およびエミッタ領域(5)が配置された領域をセル領域として、該セル領域の周囲を囲むように、ドリフト層(2)の表層部には第1導電型のベース層(3)よりも深い第1導電型の拡散層(20)が備えられ、エミッタ電極(13)は、第1コントロールゲート電極(7b)を挟んでセル領域に対して反対側まで回りこむように形成され、第1コントロールゲート電極(7b)よりもセル領域の外周側において拡散層(20)と電気的に接続されていることを特徴としている。   In the invention according to claim 5, the region where the base region (3), the first trench (4a), the gate electrode (7a) and the emitter region (5) are arranged is defined as a cell region, and the periphery of the cell region is surrounded. As described above, the surface layer portion of the drift layer (2) is provided with the first conductivity type diffusion layer (20) deeper than the first conductivity type base layer (3), and the emitter electrode (13) serves as the first control. The gate electrode (7b) is formed so as to extend to the opposite side with respect to the cell region, and is electrically connected to the diffusion layer (20) on the outer peripheral side of the cell region from the first control gate electrode (7b). It is characterized by being.

このように、第1コントロールゲート電極(7b)よりもセル領域の外周側においてエミッタ電極(13)をベース層(3)よりも深い第1導電型の拡散層(20)と電気的に接続される構造としている。このため、外周領域の裏面から注入される少数キャリアが外周領域の表面側に向かって縦方向に流れ込んだのち、拡散層(20)を伝わって横方向に流れる際に、セル領域に至る前にエミッタ電極(13)に抜き取られるようにできる。さらに、ゲート電極(7a)の終端部に位置する第1コントロールゲート電極(7b)にバイアスが掛けられることにより、よりゲート電圧の振動を抑えることが可能となる。   Thus, the emitter electrode (13) is electrically connected to the diffusion layer (20) of the first conductivity type deeper than the base layer (3) on the outer peripheral side of the cell region from the first control gate electrode (7b). Structure. For this reason, after minority carriers injected from the back surface of the outer peripheral region flow in the vertical direction toward the surface side of the outer peripheral region, and then flow in the lateral direction through the diffusion layer (20), before reaching the cell region The emitter electrode (13) can be extracted. Furthermore, by biasing the first control gate electrode (7b) located at the terminal portion of the gate electrode (7a), it becomes possible to further suppress the oscillation of the gate voltage.

請求項6ないし8は、請求項1ないし5に記載の駆動回路に適した絶縁ゲート型半導体装置に関する発明であり、これらの絶縁ゲート型半導体装置を駆動回路に適用することにより、上記各請求項に記載した効果を得ることができる。   A sixth aspect of the present invention relates to an insulated gate semiconductor device suitable for the drive circuit according to the first aspect of the present invention. The application of the insulated gate semiconductor device to the drive circuit allows each of the above claims. The effect described in (1) can be obtained.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the same or equivalent parts are denoted by the same reference numerals in the drawings.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。また、図2は、図1に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。なお、図1は、図2のA−A’−A’’断面に相当している。また、図2は、断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかるIGBT駆動回路について説明する。
(First Embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic diagram showing an IGBT portion in cross section in an IGBT drive circuit including the IGBT according to the present embodiment. FIG. 2 is a top surface layout diagram of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. 1 corresponds to a cross section taken along the line AA′-A ″ of FIG. Further, FIG. 2 is not a cross-sectional view, but is partially hatched for easy understanding of the drawing. Hereinafter, the IGBT drive circuit according to the present embodiment will be described with reference to these drawings.

まず、IGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の構成について説明する。図1に示すように、本実施形態の半導体装置には、IGBTが備えられるセル領域とその外周を囲むように構成された外周領域が形成されている。p+型コレクタ層1の表面に、高濃度のn型不純物層で構成されたFS層(フィールドストップ層)2aが備えられていると共に、このFS層2aの上にp+型コレクタ層1やFS層2aよりも低不純物濃度で構成されたn-型ドリフト層2が備えられている。FS層2aは、必ずしも必要なものではないが、空乏層の広がりを防ぐことで耐圧と定常損失の性能向上を図るために備えてある。 First, a configuration of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit will be described. As shown in FIG. 1, in the semiconductor device of this embodiment, a cell region provided with an IGBT and an outer peripheral region configured to surround the outer periphery thereof are formed. the p + -type collector layer 1 of a surface, a high concentration n-type impurity layer FS layer formed of the (field stop layer) with 2a is provided, Ya p + -type collector layer 1 on top of the FS layer 2a An n type drift layer 2 having a lower impurity concentration than the FS layer 2a is provided. The FS layer 2a is not necessarily required, but is provided to improve the breakdown voltage and steady loss performance by preventing the depletion layer from spreading.

このようなp+型コレクタ層1、FS層2a、n-型ドリフト層2が順に配置された構造は、例えば、n-型ドリフト層2を構成するn型のFZ基板の表層部に後述する素子構造を形成したのち、裏面側を削った後にn型不純物やp型不純物をイオン注入・熱拡散してp+型コレクタ層1やFS層2aを形成することで構成される。また、p+型コレクタ層1を構成するp型の半導体基板上にFS層2aやn-型ドリフト層2をエピタキシャル成長させることによっても構成することができる。 Such a structure in which the p + -type collector layer 1, the FS layer 2 a, and the n -type drift layer 2 are sequentially arranged will be described later, for example, on the surface layer portion of the n-type FZ substrate constituting the n -type drift layer 2. After the element structure is formed, the p + -type collector layer 1 and the FS layer 2a are formed by ion implantation and thermal diffusion of n-type impurities and p-type impurities after the rear surface side is shaved. Alternatively, the FS layer 2 a and the n -type drift layer 2 can be epitaxially grown on the p-type semiconductor substrate constituting the p + -type collector layer 1.

また、セル領域におけるn-型ドリフト層2の表層部には、所定厚さのp型ベース領域3が形成されている。さらに、p型ベース領域3を貫通してn-型ドリフト層2まで達するようにゲート用の複数個のトレンチ(第1トレンチ)4aが形成されており、このトレンチ4aによってp型ベース領域3が複数個に分離されている。具体的には、図1のうち破線部よりも紙面右側の断面(図2のA’−A’’断面)においては、トレンチ4aは複数個等間隔に形成されており、図1の奥行き方向(紙面垂直方向)において各トレンチ4aが平行に延設されたのち、図2に示すように、先端部において相対する2本同士が接続されることで環状構造とされている。 A p-type base region 3 having a predetermined thickness is formed in the surface layer portion of the n -type drift layer 2 in the cell region. Furthermore, a plurality of gate trenches (first trenches) 4a are formed so as to penetrate the p-type base region 3 and reach the n -type drift layer 2, and the p-type base region 3 is formed by the trench 4a. It is separated into a plurality. Specifically, a plurality of trenches 4a are formed at equal intervals in the cross section on the right side of the drawing (A′-A ″ cross section in FIG. 2) in FIG. 1 in the depth direction of FIG. After the trenches 4a are extended in parallel in the (perpendicular to the plane of the drawing), as shown in FIG. 2, the two opposite ends are connected to each other to form an annular structure.

p型ベース領域3は、各トレンチ4aによって分離されている。連結された各トレンチ4aを1組として、隣接する各組の間に配置されているp型ベース領域3は、チャネル領域を構成するチャネルp層3aであり、このチャネルp層3aの表層部に、n+型エミッタ領域5が形成されている。 The p-type base region 3 is separated by each trench 4a. The p-type base region 3 disposed between each adjacent pair with each connected trench 4a as one set is a channel p layer 3a constituting the channel region, and is formed on the surface layer portion of the channel p layer 3a. , N + -type emitter region 5 is formed.

+型エミッタ領域5は、n-型ドリフト層2よりも高不純物濃度で構成され、p型ベース領域3内において終端しており、かつ、トレンチ4aの側面に接するように配置されている。より詳しくは、トレンチ4aの長手方向に沿って棒状に延設され、トレンチ4aの先端よりも内側で終端した構造とされている。 The n + -type emitter region 5 has a higher impurity concentration than the n -type drift layer 2, terminates in the p-type base region 3, and is disposed in contact with the side surface of the trench 4 a. More specifically, the structure extends in a rod shape along the longitudinal direction of the trench 4a and terminates inside the tip of the trench 4a.

各トレンチ4a内は、各トレンチ4aの内壁表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜(第1ゲート絶縁膜)6aと、このゲート絶縁膜6aの表面に形成されたドープトPoly−Si等により構成されるゲート電極7aとにより埋め込まれている。そして、図1および図2に示すように、ゲート電極7aは、ゲート電圧が印加されるゲート配線11に電気的に接続されている。   Each trench 4a is configured by a gate insulating film (first gate insulating film) 6a formed so as to cover the inner wall surface of each trench 4a, doped Poly-Si formed on the surface of the gate insulating film 6a, and the like. Embedded with the gate electrode 7a. As shown in FIGS. 1 and 2, the gate electrode 7a is electrically connected to a gate wiring 11 to which a gate voltage is applied.

また、各組のトレンチ4aに囲まれたp型ベース領域3は、n+型エミッタ領域5が形成されていないフロート層3bとされている。各フロート層3bは、図示しないフロート配線に電気的に接続されていても良いが、本実施形態ではフローティング状態にしてある。 The p-type base region 3 surrounded by each set of trenches 4a is a float layer 3b in which the n + -type emitter region 5 is not formed. Each float layer 3b may be electrically connected to a float wiring (not shown), but is in a floating state in this embodiment.

さらに、セル領域における外縁部には、コントロールゲート用のトレンチ(第2トレンチ)4bが形成されており、このコントロールゲート用のトレンチ4bにてゲート用の各トレンチ4aが囲まれている。本実施形態では、トレンチ4bは、1本形成されており、各トレンチ4bの側面にはp型ベース領域3が配置された状態となっている。このトレンチ4b内も、各トレンチ4bの内壁表面を覆うように形成されたゲート絶縁膜(第2ゲート絶縁膜)6bと、このゲート絶縁膜6bの表面に形成されたドープトPoly−Si等により構成されるコントロールゲート電極(第1コントロールゲート電極)7bとにより埋め込まれている。そして、図1および図2に示すように、コントロールゲート電極7bは、コントロール用の電圧が印加されるコントロールゲート配線12に電気的に接続されている。   Further, a control gate trench (second trench) 4b is formed at the outer edge of the cell region, and each gate trench 4a is surrounded by the control gate trench 4b. In the present embodiment, one trench 4b is formed, and the p-type base region 3 is disposed on the side surface of each trench 4b. The trench 4b also includes a gate insulating film (second gate insulating film) 6b formed so as to cover the inner wall surface of each trench 4b, and doped poly-Si formed on the surface of the gate insulating film 6b. Embedded in a control gate electrode (first control gate electrode) 7b. As shown in FIGS. 1 and 2, the control gate electrode 7b is electrically connected to a control gate line 12 to which a control voltage is applied.

ゲート電極7aやコントロールゲート電極7bとの電気的な接続は、各配線同士が短絡しない構造であればどのようなものであっても構わないが、本実施形態では、図2に示す構造により実現している。   The electrical connection with the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b may be any structure as long as the wirings are not short-circuited. In this embodiment, the electrical connection is realized by the structure shown in FIG. is doing.

すなわち、チャネルp層3aや各フロート層3bの表面もゲート絶縁膜6a、6bを形成する際に形成される絶縁膜8で覆い、この絶縁膜を介して、ゲート電極7aを構成するドープトPoly−Si9aが部分的にトレンチ4aの上まで延設されるようにすることで、ゲート電極7aが各トレンチ4aの先端位置においてドープトPoly−Si9aと電気的に接続されるようにしてある。そして、層間絶縁膜10にて各部を絶縁し、この層間絶縁膜に形成したコンタクトホール10aを通じてドープトPoly−Si9aの一部を露出させ、その上にゲート配線11を配置することで、各ゲート電極7aとゲート配線11との電気的な接続を行っている。   That is, the surface of the channel p layer 3a and each float layer 3b is also covered with the insulating film 8 formed when the gate insulating films 6a and 6b are formed, and the doped poly- which constitutes the gate electrode 7a through the insulating film. By making Si 9a partially extend above the trench 4a, the gate electrode 7a is electrically connected to the doped Poly-Si 9a at the tip position of each trench 4a. Then, each part is insulated by the interlayer insulating film 10, a part of the doped Poly-Si 9 a is exposed through the contact hole 10 a formed in the interlayer insulating film, and the gate wiring 11 is disposed thereon, whereby each gate electrode 7a and the gate wiring 11 are electrically connected.

また、コントロールゲート電極7bを構成するドープトPoly−Si9bが絶縁膜8を介してトレンチ4bの一部の上まで延設されるようにすることで、コントロールゲート電極7bがドープトPoly−Si9bと電気的に接続されるようにしてある。そして、層間絶縁膜10にて各部を絶縁し、この層間絶縁膜10に形成したコンタクトホール10bを通じてドープトPoly−Si9bの一部を露出させ、その上にコントロールゲート配線12を配置することで、各コントロールゲート電極7bとコントロールゲート配線12との電気的な接続を行っている。   Further, the doped poly-Si 9b constituting the control gate electrode 7b extends over a part of the trench 4b through the insulating film 8, so that the control gate electrode 7b is electrically connected to the doped poly-Si 9b. To be connected. Then, each part is insulated by the interlayer insulating film 10, a part of the doped Poly-Si 9 b is exposed through the contact hole 10 b formed in the interlayer insulating film 10, and the control gate wiring 12 is disposed thereon, The control gate electrode 7b and the control gate wiring 12 are electrically connected.

なお、ゲート電極7aに接続されたドープトPoly−Si9aとコントロールゲート電極7bに接続されたドープトPoly−Si9bは同時に形成されるが、図2に示されるようにパターニングされることで、電気的に分離された状態となっている。また、図1中に破線にて、ゲート電極7aと接続されるドープトPoly−Si7aのレイアウトを示したが、図1とは別断面において、ドープトPoly−Si7aは、コントロールゲート電極7bの隣接するように配置された各ゲート電極7aの端部とも電気的に接続されている。   The doped Poly-Si 9a connected to the gate electrode 7a and the doped Poly-Si 9b connected to the control gate electrode 7b are formed simultaneously, but are electrically separated by patterning as shown in FIG. It has become a state. Further, the layout of doped Poly-Si 7a connected to the gate electrode 7a is shown by a broken line in FIG. 1, but the doped Poly-Si 7a is adjacent to the control gate electrode 7b in a different cross section from FIG. Are also electrically connected to the end portions of the gate electrodes 7a.

また、エミッタ電極13は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10cを通じてn+型エミッタ領域5やチャネルp層3aと電気的に接続されている。エミッタ電極13は、図2に示されるように、ほぼセル領域全域を覆うように形成されており、セル領域のうちの残りの部分および外周領域の一部に、上述したゲート配線11やコントロールゲート配線12が配置されている。 The emitter electrode 13 is electrically connected to the n + -type emitter region 5 and the channel p layer 3a through a contact hole 10c formed in the interlayer insulating film 10. As shown in FIG. 2, the emitter electrode 13 is formed so as to substantially cover the entire cell region, and the gate wiring 11 and the control gate described above are formed on the remaining part of the cell region and a part of the outer peripheral region. Wiring 12 is arranged.

さらに、p+型コレクタ層1の裏面側には、コレクタ電極14が形成されている。このようにして、セル領域に備えられるIGBTが構成されている。 Furthermore, a collector electrode 14 is formed on the back side of the p + -type collector layer 1. In this way, the IGBT provided in the cell region is configured.

一方、外周領域には、n-型ドリフト層2の表層部において、セル領域の外周を囲むようにp型ベース領域3よりも深くされたp型拡散層20が形成されていると共に、更にp型拡散層20の外周を囲むようにp型ガードリング層21が多重リング構造として形成されている。 On the other hand, a p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 is formed in the outer peripheral region so as to surround the outer periphery of the cell region in the surface layer portion of the n -type drift layer 2, and p A p-type guard ring layer 21 is formed as a multiple ring structure so as to surround the outer periphery of the mold diffusion layer 20.

p型拡散層20は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10dを通じて、エミッタ電極13と電気的に接続され、エミッタ電極13を通じてキャリアの引き抜きが行えるようにされている。また、各p型ガードリング層21は、層間絶縁膜10に形成されたコンタクトホール10eを通じて、各p型ガードリング層21と対応して配置された外周電極22に対して電気的に接続されている。各外周電極22は、互いに電気的に分離されており、p型ガードリング層21と同様に多重リング構造とされている。   The p-type diffusion layer 20 is electrically connected to the emitter electrode 13 through a contact hole 10 d formed in the interlayer insulating film 10 so that carriers can be extracted through the emitter electrode 13. Each p-type guard ring layer 21 is electrically connected to an outer peripheral electrode 22 disposed corresponding to each p-type guard ring layer 21 through a contact hole 10 e formed in the interlayer insulating film 10. Yes. Each outer peripheral electrode 22 is electrically isolated from each other and has a multiple ring structure like the p-type guard ring layer 21.

以上のような構造により、IGBTを有する半導体装置が構成されている。このように構成された半導体装置におけるIGBTが図3に示されるIGBT駆動回路に接続されている。なお、図3では、IGBTおよびコントロールゲート電極を一体化した記号で示してある。すなわち、コントロールゲート電極7bとゲート電極7aとの間にゲート絶縁膜6bが配置されることで容量が構成された状態とされている。このため、コントロールゲート電極7bがゲート電極7aとの間に容量が配置された状態で配置された記号を用いて上記構造のIGBTを表してある。   With the above structure, a semiconductor device having an IGBT is configured. The IGBT in the semiconductor device configured as described above is connected to the IGBT drive circuit shown in FIG. In FIG. 3, the IGBT and the control gate electrode are shown as an integrated symbol. That is, the capacitance is configured by disposing the gate insulating film 6b between the control gate electrode 7b and the gate electrode 7a. For this reason, the IGBT having the above-described structure is represented by using a symbol arranged in a state where a capacitance is arranged between the control gate electrode 7b and the gate electrode 7a.

図3に示されるように、NPNトランジスタ30およびPNPトランジスタ31を備えたスイッチ手段に相当するスイッチ回路と、抵抗値Rg1〜Rg3とされた第1〜第3抵抗32〜34が接続されることにより、ゲート駆動回路が構成されている。具体的には、NPNトランジスタ30およびPNPトランジスタ31の互いのベース端子同士が電気的に接続され、NPNトランジスタ30のコレクタ端子に電源35が発生させる所定電圧が印加されると共に、PNPトランジスタ31のコレクタ端子にGNDが接続されている。   As shown in FIG. 3, the switch circuit corresponding to the switch means including the NPN transistor 30 and the PNP transistor 31 is connected to the first to third resistors 32 to 34 having resistance values Rg1 to Rg3. A gate drive circuit is configured. Specifically, the base terminals of the NPN transistor 30 and the PNP transistor 31 are electrically connected to each other, a predetermined voltage generated by the power source 35 is applied to the collector terminal of the NPN transistor 30, and the collector of the PNP transistor 31 A GND is connected to the terminal.

また、ゲート配線11に対して第1抵抗32を介してPNPトランジスタ31のエミッタ端子が電気的に接続されると共に、コントロールゲート配線12に対して第2抵抗33を介してNPNトランジスタ30のエミッタ端子が電気的に接続されている。さらに、NPNトランジスタ30およびPNPトランジスタ31の各エミッタ端子同士を結ぶ配線に第3抵抗34が備えられている。第1〜第3抵抗32〜34の各抵抗値Rg1〜Rg3は、ターンオンサージを考慮した値とされ、Rg2<Rg1+Rg3かつRg1<Rg2+Rg3が成り立つ関係とされている。このような回路構成により、本実施形態にかかるIGBT駆動回路が構成されている。   The emitter terminal of the PNP transistor 31 is electrically connected to the gate line 11 via the first resistor 32 and the emitter terminal of the NPN transistor 30 is connected to the control gate line 12 via the second resistor 33. Are electrically connected. Further, a third resistor 34 is provided on the wiring connecting the emitter terminals of the NPN transistor 30 and the PNP transistor 31. The resistance values Rg1 to Rg3 of the first to third resistors 32 to 34 are values in consideration of the turn-on surge, and Rg2 <Rg1 + Rg3 and Rg1 <Rg2 + Rg3 are established. With such a circuit configuration, the IGBT drive circuit according to the present embodiment is configured.

次に、上記のように構成された本実施形態のIGBT駆動回路によるIGBTの駆動動作について、従来のIGBT駆動回路と対比しながら説明する。   Next, the driving operation of the IGBT by the IGBT driving circuit of the present embodiment configured as described above will be described in comparison with a conventional IGBT driving circuit.

図4は、従来のIGBTを有する半導体装置の断面模式図である。図5は、図4に示すIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。なお、図4は、図5のB−B’−B’’断面に相当している。また、図5は、断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。   FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device having a conventional IGBT. FIG. 5 is a top surface layout diagram of the semiconductor device having the IGBT shown in FIG. 4 corresponds to a cross section taken along line B-B′-B ″ in FIG. 5. Further, FIG. 5 is not a cross-sectional view, but is partially hatched for easy understanding of the drawing.

図4および図5に示されるように、IGBTの素子構造は本実施形態と同様であるが、コントロールゲート電極7bについては備えられていない。また、従来のIGBT駆動回路については図示しないが、例えば、単に各ゲート電極7aに接続されるゲート配線11に入力抵抗を通じて電源が発生させる所定電圧が印加される構成とされている。   As shown in FIGS. 4 and 5, the IGBT element structure is the same as that of the present embodiment, but the control gate electrode 7b is not provided. Further, although not shown in the figure for a conventional IGBT drive circuit, for example, a predetermined voltage generated by a power source is applied to the gate wiring 11 connected to each gate electrode 7a through an input resistor.

図6は、従来のIGBT駆動回路のターンオンの各時間帯における特性波形を示したタイミングチャートである。以下、この図を参照して、従来のIGBT駆動回路のターンオン時の作動について説明する。   FIG. 6 is a timing chart showing characteristic waveforms in each turn-on time zone of the conventional IGBT drive circuit. Hereinafter, the operation of the conventional IGBT drive circuit when it is turned on will be described with reference to FIG.

まず、時点T0以前には、IGBTのゲート電極7aに対して電源が発生させる所定電圧が印加されず、ゲートがオフ状態でコレクタ−エミッタ間に電流は流れていない。この状態から、時点T0のときに、電源が発生させる所定電圧が印加されることにより、+キャリアがゲート電極7a内に充電され始める。   First, before the time T0, a predetermined voltage generated by the power source is not applied to the gate electrode 7a of the IGBT, and the gate is off and no current flows between the collector and the emitter. From this state, when the predetermined voltage generated by the power source is applied at time T0, + carrier starts to be charged into the gate electrode 7a.

続く時点T0〜時点T1の期間はゲート−エミッタ間の寄生容量に対してチャージがされ、p型ベース領域3のうちのゲート電極7aに面する部分が空乏化し、反転に向かう。
具体的には、時点T0〜時点T1の期間に、p型ベース領域3のうちのゲート電極7aに面することで空乏化して反転する部分は、図4中に示したように、(1)n+型エミッタ領域5が存在しないフロート層3b、(2)n+型エミッタ領域5が存在するチャネルp層3a、(3)n+型エミッタ領域5が存在しないp型ベース領域3のうちの外縁部分(外周領域に隣接する部分)の3つがある。
In the subsequent period from time T0 to time T1, the parasitic capacitance between the gate and the emitter is charged, and the portion of the p-type base region 3 facing the gate electrode 7a is depleted and heads for inversion.
Specifically, during the period from time T0 to time T1, a portion of the p-type base region 3 that is depleted and inverted by facing the gate electrode 7a is as shown in FIG. n + -type emitter region 5 is not present float layer 3b, (2) n + -type channel p layer 3a emitter region 5 is present, of the p-type base region 3 is absent (3) n + -type emitter region 5 There are three outer edge portions (portions adjacent to the outer peripheral region).

そして、時点T1において、p型ベース領域3のうちのゲート電極7aに面する部分が反転し、コレクタ−エミッタ間に電流が流れ始める。   At time T1, the portion of the p-type base region 3 facing the gate electrode 7a is inverted, and current starts to flow between the collector and the emitter.

電流が流れ始めてからの時点T1〜時点T2の期間はゲート−コレクタ間に対してチャージされる。この期間は、理想的にはゲート−コレクタ間の容量の変異により、ゲート電圧は一定電圧に固定される。   During the period from time T1 to time T2 after the current starts to flow, the gate-collector is charged. During this period, the gate voltage is ideally fixed at a constant voltage due to the capacitance variation between the gate and the collector.

しかし、従来のIGBT駆動回路の場合、この理想状態からはなれ、電流の流れ始める時点T1の直後に激しく振動を起こす。これは、フロート層3bのうちゲート電極7aに面する部分の急激な電荷変異によるものであることが知られているが、本発明者らは、それに加えてゲート電極7aの終端部での急激な電荷変異に起因するものが大きいことを見出した。   However, in the case of the conventional IGBT drive circuit, it is out of this ideal state and vibrates violently immediately after the time T1 when the current starts to flow. It is known that this is due to a sudden charge variation in the portion of the float layer 3b facing the gate electrode 7a. In addition to this, the present inventors have a sudden change in the terminal portion of the gate electrode 7a. It was found that there was a large amount due to a large charge variation.

その後、時点T1において、コレクタ−エミッタ間電流が流れ始めると同時に多量のホールがコレクタ側から注入され、その一部が、フロート層3bのうちゲート電極7aに面する部分やn-型ドリフト層2のうちのゲート電極7aに面する部分に急激に蓄積される。チャネルp層3aでは、ホールがエミッタ電極13を通じて抜けていくため蓄積されない。そして、はじめに空乏化した状態から短い時間に多量のホールが蓄積されるという一連の過程により、ゲート電極7aに大きな変異電流が発生し、充電から放電に転じてしまう。これがゲート電圧・電流の激しい振動につながる。 Thereafter, at time T1, a large amount of holes are injected from the collector side at the same time as the collector-emitter current begins to flow, and a part of the portion of the float layer 3b facing the gate electrode 7a or the n type drift layer 2 Is rapidly accumulated in the portion facing the gate electrode 7a. In the channel p layer 3a, holes are not accumulated because they pass through the emitter electrode 13. A large variation current is generated in the gate electrode 7a by a series of processes in which a large amount of holes are accumulated in a short time from the depleted state first, and the charging is changed to the discharging. This leads to severe vibration of the gate voltage / current.

図7は、ゲート電極7aの終端部からp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20までの距離Dに対するサージ電圧の変化を調べた結果を示すグラフである。この図に示されるように、距離Dが小さいほどサージ電圧が大きく、距離Dが大きくなるほどサージ電圧が小さくなっている。この実験結果からも、ゲート電極7aの終端部がサージ電圧に大きく効いていることを確認できる。   FIG. 7 is a graph showing the results of examining the change in surge voltage with respect to the distance D from the terminal portion of the gate electrode 7a to the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3. As shown in the figure, the surge voltage increases as the distance D decreases, and the surge voltage decreases as the distance D increases. Also from this experimental result, it can be confirmed that the terminal portion of the gate electrode 7a has a large effect on the surge voltage.

すなわち、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20がゲート電極7aの終端部に近い場合(距離Dが小さい場合)、外周領域の裏面から注入される少数キャリアは、一旦外周領域の表面に向かって縦方向に流れ込み、次に表面側のp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20を伝わりセル領域に向かって流れ込む。このため、ゲート電極7aの終端部に少数キャリアが集中し易いと考えられる。一方、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20がゲート電極7aの終端部から遠い場合(距離Dが大きい場合)、外周領域の裏面から注入される少数キャリアは直接エミッタ電極12を通じて抜き取られる。このため、ゲート電極7aの終端部に少数キャリアが比較的集中し難い。これらのことからも、ターンオンサージの発生の原因として、ゲート電極7aの終端部の少数キャリアが大きく効いていると言える。   That is, when the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 is close to the terminal portion of the gate electrode 7a (when the distance D is small), the minority carriers injected from the back surface of the outer peripheral region are once on the surface of the outer peripheral region. Then, it flows along the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 on the surface side, and flows toward the cell region. For this reason, it is considered that minority carriers tend to concentrate at the terminal portion of the gate electrode 7a. On the other hand, when the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 is far from the terminal portion of the gate electrode 7a (when the distance D is large), minority carriers injected from the back surface of the outer peripheral region are extracted directly through the emitter electrode 12. It is. For this reason, minority carriers are relatively difficult to concentrate on the terminal portion of the gate electrode 7a. From these facts, it can be said that the minority carriers at the terminal portion of the gate electrode 7a are greatly effective as a cause of the occurrence of turn-on surge.

このように、従来のIGBT駆動回路においては、ゲート電圧・電流の激しい振動が生じるターンオンサージが発生し、素子の並列使用における動作アンバランス等の問題を起こすことになる。   As described above, in the conventional IGBT drive circuit, a turn-on surge in which the gate voltage / current vibrates vigorously occurs, causing problems such as an operation imbalance when the elements are used in parallel.

これに対し、本実施形態のIGBT駆動回路は以下のように動作する。図8は、本実施形態のIGBT駆動回路のターンオンの各時間帯における特性波形を示したタイミングチャートである。以下、この図を参照して、本実施形態のIGBT駆動回路のターンオン時の作動について説明する。   On the other hand, the IGBT drive circuit of this embodiment operates as follows. FIG. 8 is a timing chart showing characteristic waveforms in each turn-on time zone of the IGBT drive circuit of the present embodiment. Hereinafter, with reference to this figure, the operation at the time of turn-on of the IGBT drive circuit of this embodiment will be described.

まず、時点T0以前には、NPNトランジスタ30がオフされているため、IGBTのゲート電極7aに対して電源35が発生させる所定電圧が印加されず、ゲートがオフ状態でコレクタ−エミッタ電流は流れていない。この状態から、時点T0のときに、ゲート駆動電圧に基づいてNPNトランジスタ30がオンされると、電源35が発生させる所定電圧が印加されることにより、+キャリアがゲート電極7aとコントロールゲート電極7b内の両方に充電され始める。   First, since the NPN transistor 30 is turned off before time T0, a predetermined voltage generated by the power source 35 is not applied to the gate electrode 7a of the IGBT, and the collector-emitter current flows when the gate is off. Absent. From this state, when the NPN transistor 30 is turned on based on the gate drive voltage at time T0, a predetermined voltage generated by the power source 35 is applied, so that + carriers are supplied to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b. Both begin to be charged.

このとき、IGBT駆動回路の供給側(電源側)からゲート電極7aとコントロールゲート電極7bに至る経路内における各抵抗32〜34の抵抗値の大小関係は、ゲート電極7aに至る経路に存在する第1、第3抵抗32、34の抵抗値Rg1、Rg3の合計値Rg1+Rg3よりもコントロールゲート電極7bに至る経路に存在する第2抵抗33の抵抗値Rg2の方が小さくされている(Rg2<Rg1+Rg3)。このため、コントロールゲート電極7bの方がゲート電極7aよりも早くチャージされる。   At this time, the magnitude relationship between the resistance values of the resistors 32 to 34 in the path from the supply side (power supply side) of the IGBT drive circuit to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b exists in the path to the gate electrode 7a. 1, the resistance value Rg2 of the second resistor 33 existing in the path to the control gate electrode 7b is smaller than the total value Rg1 + Rg3 of the resistance values Rg1 and Rg3 of the third resistors 32 and 34 (Rg2 <Rg1 + Rg3). . For this reason, the control gate electrode 7b is charged earlier than the gate electrode 7a.

続く時点T0〜時点T1の期間はゲート電極7aには ゲート−エミッタ間の寄生容量に対してチャージがされ、チャネルp層3aのうちのゲート電極7aに面する部分とフロート層3bのうちゲート電極7aに面する部分、さらにはp型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分が空乏化し、反転に向かう。   In the subsequent period from time T0 to time T1, the gate electrode 7a is charged with respect to the parasitic capacitance between the gate and the emitter, and the portion of the channel p layer 3a facing the gate electrode 7a and the gate electrode of the float layer 3b The part facing the gate electrode 7a among the part facing the 7a and further the part located at the outer edge of the cell region in the p-type base region 3 is depleted and goes inversion.

しかし、p型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分については、後述する理由により、空乏化はチャネルp層3aやフロート層3bほど進まず、比較的ホールが残された状態となる。   However, the depletion does not proceed as much as the channel p layer 3a and the float layer 3b in the portion facing the gate electrode 7a in the portion located at the outer edge portion of the cell region in the p-type base region 3, for the reason described later. The target hole is left.

すなわち、コントロールゲート電極7bのチャージはゲート電極7aより早くチャージが進み、コレクタ−エミッタ間に電流が流れ始める時点T1に至る前に、チャージはほぼ完了する。このコントロールゲート電極7bへの+チャージはp型ベース領域3のうちコントロールゲート電極7bに面する部分のホールを、チャネルp層3aやフロート層3bさらにはp型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分の方向に追いやることとなる。このため、p型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分については空乏化はチャネルp層3aやフロート層3bほど進まず、比較的ホールが残された状態となるのである。   That is, the charge of the control gate electrode 7b progresses faster than the gate electrode 7a, and the charge is almost completed before reaching the time point T1 at which current starts to flow between the collector and the emitter. The positive charge to the control gate electrode 7b is a hole in the portion of the p-type base region 3 facing the control gate electrode 7b, and the outer edge of the cell region in the channel p layer 3a, the float layer 3b and the p-type base region 3. Of the portion located at, the portion is driven toward the portion facing the gate electrode 7a. Therefore, depletion of the portion of the p-type base region 3 located at the outer edge of the cell region facing the gate electrode 7a does not proceed as much as the channel p layer 3a and the float layer 3b, and relatively holes are left. It will be in the state.

このとき発生する変異電流により、ゲート電極7aについては、電源35が発生させる所定電圧に基づくチャージだけでなく、放電の要素も加わるが、コントロールゲート電極7bのチャージが進む過程の時間をかけて徐々に起きる変異電流であるため、ゲート電圧・電流が激しく振動するには至らない。   Due to the mutated current generated at this time, the gate electrode 7a is not only charged based on a predetermined voltage generated by the power source 35, but also has a discharge element, but gradually, over the process of progressing the charge of the control gate electrode 7b. The gate voltage / current does not vibrate vigorously because it is a mutated current.

次に、時点T1になると、ゲート電極7aに接するチャネルp層3aが反転し、コレクタ−エミッタ間に電流が流れ始める。コレクタ−エミッタ間電流が流れ始めると同時に多量のホールがコレクタ側から注入され、その一部が、p型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分に蓄積される方向に行くが、p型ベース領域3におけるセル領域の外縁部に位置する部分のうちゲート電極7aに面する部分については、既にある程度のホールが存在しているので蓄積する変化量としては比較的少ない。   Next, at time T1, the channel p layer 3a in contact with the gate electrode 7a is inverted, and current starts to flow between the collector and the emitter. At the same time as the collector-emitter current starts to flow, a large amount of holes are injected from the collector side, and a part of the holes is formed in the portion facing the gate electrode 7a in the portion located at the outer edge of the cell region in the p-type base region 3. In the direction of accumulation, the portion facing the gate electrode 7a in the portion located at the outer edge of the cell region in the p-type base region 3 already has a certain amount of holes. Are relatively few.

このため、本実施形態にかかるIGBT駆動回路においては、従来のIGBT駆動回路で見られたような時点T1直後の大きな変異電流は発生せず、ゲート電圧・電流の振動は抑えられる。   For this reason, in the IGBT drive circuit according to the present embodiment, a large variation current immediately after the time T1 as seen in the conventional IGBT drive circuit does not occur, and the oscillation of the gate voltage / current is suppressed.

したがって、本実施形態のIGBT駆動回路においては、ゲート電圧・電流の激しい振動が生じるターンオンサージの発生を抑制でき、素子の並列使用を行ったとしても、動作アンバランス等の問題を起こすことを抑制することが可能となる。   Therefore, in the IGBT drive circuit of the present embodiment, it is possible to suppress the occurrence of turn-on surge that causes severe vibration of the gate voltage and current, and to prevent problems such as operation imbalance even if the elements are used in parallel. It becomes possible to do.

以上説明したように、本実施形態にかかるIGBT駆動回路においては、セル領域の外縁部にコントロールゲート電極7bを設けるようにし、このコントロールゲート電極7bに対してゲート電極7aとは別に電圧印加が行えるようにしている。そして、IGBT駆動回路の供給側(電源側)からゲート電極7aとコントロールゲート電極7bに至る経路内における各抵抗32〜34の抵抗値の大小関係について、ゲート電極7aに至る経路に存在する第1、第3抵抗32、34の抵抗値Rg1、Rg3の合計値Rg1+Rg3よりもコントロールゲート電極7bに至る経路に存在する第2抵抗33の抵抗値Rg2の方が小さくなるようにしている。このため、ターンオン時には、コントロールゲート電極7bの方がゲート電極7aよりも早くチャージされるようにできる。これにより、ゲート電圧・電流が激しく振動することを抑制でき、ターンオンサージを抑制することが可能となる。   As described above, in the IGBT drive circuit according to the present embodiment, the control gate electrode 7b is provided at the outer edge of the cell region, and voltage can be applied to the control gate electrode 7b separately from the gate electrode 7a. I am doing so. Then, regarding the magnitude relationship of the resistance values of the resistors 32 to 34 in the path from the supply side (power supply side) of the IGBT drive circuit to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b, the first existing in the path to the gate electrode 7a. The resistance value Rg2 of the second resistor 33 existing in the path to the control gate electrode 7b is smaller than the total value Rg1 + Rg3 of the resistance values Rg1 and Rg3 of the third resistors 32 and 34. Therefore, at the time of turn-on, the control gate electrode 7b can be charged earlier than the gate electrode 7a. Thereby, it is possible to suppress the gate voltage / current from vigorously oscillating, and it is possible to suppress the turn-on surge.

このように、ターンオンサージを抑制することにより、低スイッチング損失にすることが可能となる。そして、このようなターンオンサージの抑制を、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20等をゲート電極7aが配置されるトレンチ4aの終端部から十分に離して行っているのではないため、耐圧低下を抑制することもできる。したがって、高耐圧を維持しつつ、ターンオンサージを抑制して低スイッチング損失にできるIGBT駆動回路とすることができる。   Thus, it becomes possible to make low switching loss by suppressing turn-on surge. In addition, such a turn-on surge is not suppressed because the p-type diffusion layer 20 or the like deeper than the p-type base region 3 is not sufficiently separated from the end portion of the trench 4a where the gate electrode 7a is disposed. Further, it is possible to suppress a decrease in breakdown voltage. Therefore, it is possible to provide an IGBT driving circuit that can suppress the turn-on surge and reduce the switching loss while maintaining a high breakdown voltage.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態のIGBT駆動回路では、IGBTの構造について第1実施形態から変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なっている部分についてのみ説明する。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described. In the IGBT drive circuit of this embodiment, the structure of the IGBT is changed from that of the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described. .

図9は、本実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。また、図10は、図9に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。なお、図9は、図10のC−C’−C’’断面に相当している。また、図10は、断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかるIGBT駆動回路について説明する。   FIG. 9 is a partial cross-sectional schematic diagram showing the IGBT portion in cross section in the IGBT drive circuit provided with the IGBT according to the present embodiment. FIG. 10 is a top surface layout diagram of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. 9 corresponds to a cross section taken along line C-C′-C ″ in FIG. 10. In addition, FIG. 10 is not a cross-sectional view, but is partially hatched for easy understanding of the drawing. Hereinafter, the IGBT drive circuit according to the present embodiment will be described with reference to these drawings.

本実施形態のIGBTを有する半導体装置は、図9に示すように、フロート層3b内にもゲート電極7aと対向するようにコントロールゲート用のトレンチ(第3トレンチ)4cを設けると共に、ゲート絶縁膜(第3ゲート絶縁膜)6cを介してコントロールゲート電極(第2コントロールゲート電極)7cを設けたものである。図10に示されるように、各コントロールゲート電極7cは、環状構造とされた各組のゲート電極7a内に配置され、かつ、隣接するコントロールゲート電極7c同士の終端部が接続されることで環状構造とされている。このため、各組のゲート電極7aとその内側に配置されたコントロールゲート電極7cとにより二重のリング構造が構成されている。   As shown in FIG. 9, the semiconductor device having the IGBT according to the present embodiment has a control gate trench (third trench) 4c in the float layer 3b so as to face the gate electrode 7a, and a gate insulating film. A control gate electrode (second control gate electrode) 7c is provided via a (third gate insulating film) 6c. As shown in FIG. 10, each control gate electrode 7c is arranged in each set of gate electrodes 7a having a ring structure, and the terminal portions of adjacent control gate electrodes 7c are connected to each other to form a ring. It is structured. For this reason, a double ring structure is constituted by each set of gate electrodes 7a and the control gate electrode 7c disposed inside thereof.

このようなコントロールゲート電極7cを設けた構造においては、フロート層3bのうちゲート電極7aに面する部分の急激な少数キャリアの蓄積も防ぐ事が可能となる。これにより、よりゲート電圧・電流の激しい振動が生じるターンオンサージの発生を抑制できる。したがって、第1実施形態に示した効果をより得ることが可能となる。   In such a structure provided with the control gate electrode 7c, it is possible to prevent a sudden accumulation of minority carriers in the portion of the float layer 3b facing the gate electrode 7a. Thereby, generation | occurrence | production of the turn-on surge which a more intense vibration of gate voltage and electric current can be suppressed. Therefore, it is possible to obtain more effects shown in the first embodiment.

(第3実施形態)
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態のIGBT駆動回路では、IGBTの構造について第1実施形態から変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なっている部分についてのみ説明する。
(Third embodiment)
A third embodiment of the present invention will be described. In the IGBT drive circuit of this embodiment, the structure of the IGBT is changed from that of the first embodiment, and the other parts are the same as those of the first embodiment. Therefore, only the parts different from the first embodiment will be described. .

図11は、本実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。また、図12は、図11に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。なお、図11は、図12のD−D’−D’’断面に相当している。また、図12は、断面図ではないが、図の理解を容易にするために部分的にハッチングを示してある。以下、これらの図を参照して、本実施形態にかかるIGBT駆動回路について説明する。   FIG. 11 is a partial cross-sectional schematic diagram showing the IGBT portion in cross section in the IGBT drive circuit provided with the IGBT according to the present embodiment. FIG. 12 is a top surface layout diagram of the semiconductor device having the IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. FIG. 11 corresponds to a cross section taken along line D-D′-D ″ in FIG. 12. Further, FIG. 12 is not a cross-sectional view, but is partially hatched for easy understanding of the drawing. Hereinafter, the IGBT drive circuit according to the present embodiment will be described with reference to these drawings.

本実施形態のIGBTを有する半導体装置は、図11に示すように、ゲート電極7aの長手方向と垂直な方向(ゲート電極7aの配列方向)において、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20がエミッタ電極13に電気的に接続される構造とされているが、さらに、図11および図12に示されるように、エミッタ電極13をコントロールゲート配線12よりもセル領域の外周側まで回りこませ、コントロールゲート電極7bよりもセル領域の外周側においてp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20と電気的に接続される構造としている。つまり、ゲート電極7aの終端部側において、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20とエミッタ電極13とを接続している。   As shown in FIG. 11, the semiconductor device having the IGBT of this embodiment has a p-type diffusion layer deeper than the p-type base region 3 in the direction perpendicular to the longitudinal direction of the gate electrode 7a (the arrangement direction of the gate electrodes 7a). 20 is configured to be electrically connected to the emitter electrode 13. Further, as shown in FIGS. 11 and 12, the emitter electrode 13 is routed from the control gate wiring 12 to the outer peripheral side of the cell region. However, the structure is such that it is electrically connected to the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 on the outer peripheral side of the cell region relative to the control gate electrode 7b. That is, the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 and the emitter electrode 13 are connected on the terminal end side of the gate electrode 7a.

上述したように、従来構造のIGBTでは、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20がゲート電極7aの終端部に近い場合(距離Dが小さい場合)、外周領域の裏面から注入される少数キャリアは、一旦外周領域の表面側に向かって縦方向に流れ込み、次に表面側のp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20を伝わりセル領域に向かって流れ込む。このため、ゲート電極7aの終端部に少数キャリアが集中し易い。   As described above, in the IGBT having the conventional structure, when the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 is close to the terminal portion of the gate electrode 7a (when the distance D is small), the IGBT is implanted from the back surface of the outer peripheral region. Minority carriers once flow in the vertical direction toward the surface side of the outer peripheral region, then flow through the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 on the surface side, and flow toward the cell region. For this reason, minority carriers tend to concentrate on the terminal portion of the gate electrode 7a.

これに対して、本実施形態では、コントロールゲート電極7bよりもセル領域の外周側においてエミッタ電極13をp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20と電気的に接続される構造としている。このため、外周領域の裏面から注入される少数キャリアが外周領域の表面側に向かって縦方向に流れ込んだのち、p型ベース領域3よりも深いp型拡散層20を伝わって横方向に流れる際に、セル領域に至る前にエミッタ電極13に抜き取られるようにできる。さらに、ゲート電極7aの終端部に位置するコントロールゲート電極7bにバイアスが掛けられることにより、よりゲート電圧の振動を抑えることが可能となる。   On the other hand, in this embodiment, the emitter electrode 13 is electrically connected to the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3 on the outer peripheral side of the cell region than the control gate electrode 7b. Therefore, when minority carriers injected from the back surface of the outer peripheral region flow in the vertical direction toward the front surface side of the outer peripheral region, and then flow in the lateral direction through the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3. In addition, the emitter electrode 13 can be extracted before reaching the cell region. Furthermore, by biasing the control gate electrode 7b located at the end of the gate electrode 7a, it becomes possible to further suppress the gate voltage oscillation.

(第4実施形態)
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態のIGBT駆動回路では、IGBTの構造については第1から第3実施形態と同様であり、その他の回路部分について異なっているため、第1から第3実施形態と異なっている部分についてのみ説明する。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment of the present invention will be described. In the IGBT drive circuit of this embodiment, the structure of the IGBT is the same as that of the first to third embodiments, and the other circuit portions are different. Therefore, only the portions that are different from the first to third embodiments are described. explain.

図13は、本実施形態のIGBT駆動回路を示した図である。この図に示されるように、本実施形態にかかるIGBT駆動回路は、ゲート電極7aに対し第1抵抗32を介してゲート電圧を印加する第1ゲートドライブ回路37と、コントロールゲート電極7bに対し第2抵抗33を介してゲート電圧を印加する第2ゲートドライブ回路38を備えた構成とされている。このように、第1、第2ゲートドライブ回路37、38を別々に備えることにより、ゲート電極7aとコントロールゲート電極7bに対して異なるタイミングでゲート電圧を印加できるようにしている。なお、第1抵抗32と第2抵抗33の抵抗値については任意であるが、本実施形態では第2抵抗33の抵抗値Rg2の方が第1抵抗32の抵抗値Rg1よりも小さくなるようにすることで、よりコントロールゲート電極7bの方がゲート電極7aよりも早くチャージされるようにしている。   FIG. 13 is a diagram showing the IGBT drive circuit of the present embodiment. As shown in this figure, the IGBT drive circuit according to the present embodiment includes a first gate drive circuit 37 for applying a gate voltage to the gate electrode 7a via the first resistor 32, and a control gate electrode 7b. The second gate drive circuit 38 for applying a gate voltage via the two resistors 33 is provided. As described above, the first and second gate drive circuits 37 and 38 are separately provided, so that the gate voltage can be applied to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b at different timings. The resistance values of the first resistor 32 and the second resistor 33 are arbitrary, but in this embodiment, the resistance value Rg2 of the second resistor 33 is smaller than the resistance value Rg1 of the first resistor 32. As a result, the control gate electrode 7b is charged earlier than the gate electrode 7a.

このような構造にすると共に、ターンオン時に、第2ゲートドライブ回路38の方が第1ゲートドライブ回路37よりも早いタイミングでゲート電圧を印加させ、コントロールゲート電極7bの方がゲート電極7aよりも早くチャージされるようにしている。これにより、第1〜第3実施形態と同様に、ゲート電圧・電流が激しく振動することを抑制でき、ターンオンサージを抑制することが可能となる。   In addition to this structure, at the time of turn-on, the second gate drive circuit 38 applies a gate voltage at an earlier timing than the first gate drive circuit 37, and the control gate electrode 7b is earlier than the gate electrode 7a. I am trying to be charged. Thereby, similarly to the first to third embodiments, it is possible to suppress the gate voltage / current from vibrating violently and to suppress the turn-on surge.

このように、ゲート電極7aとコントロールゲート電極7bに対してゲート電圧を印加するために第1、第2ゲートドライブ回路37、38を別々に設け、各ゲート電圧の印加タイミングを異ならせるようにすることで、第1〜第3実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。   As described above, the first and second gate drive circuits 37 and 38 are separately provided in order to apply the gate voltage to the gate electrode 7a and the control gate electrode 7b, and the application timing of each gate voltage is made different. Thus, it is possible to obtain the same effects as those of the first to third embodiments.

(第5実施形態)
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態のIGBT駆動回路も、IGBTの構造については第1〜第3実施形態と同様であり、その他の回路部分について異なっているため、第1〜第3実施形態と異なっている部分についてのみ説明する。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment of the present invention will be described. The IGBT drive circuit of this embodiment is also the same as that of the first to third embodiments with respect to the structure of the IGBT, and is different with respect to the other circuit portions. Therefore, only the portions that are different from the first to third embodiments are described. explain.

図14は、本実施形態にかかるIGBT駆動回路を示した図である。この図に示されるように、本実施形態にかかるIGBT駆動回路では、第1実施形態における第3抵抗34に代えて、互いのアノード(もしくはカソード)が相対するように逆接続されたツェナーダイオード39a、39bを備えた構造とされている。具体的には、ツェナーダイオード39aは、アノードがPNPトランジスタ31側を向けられると共にカソードがNPNトランジスタ30側を向けられ、ツェナーダイオード39bは、アノードがNPNトランジスタ30側を向けられると共にカソードがPNPトランジスタ31側を向けられた配置とされている。   FIG. 14 is a diagram showing an IGBT drive circuit according to the present embodiment. As shown in this figure, in the IGBT drive circuit according to the present embodiment, instead of the third resistor 34 in the first embodiment, a Zener diode 39a reversely connected so that the anodes (or cathodes) face each other. , 39b. Specifically, the Zener diode 39a has the anode directed to the PNP transistor 31 side and the cathode directed to the NPN transistor 30 side, and the Zener diode 39b has the anode directed to the NPN transistor 30 side and the cathode directed to the PNP transistor 31. It is arranged with the side facing.

このように構成されたIGBT駆動回路では、ターンオン時には、NPNトランジスタ30がオンされるため、電源35が発生させる所定電圧がコントロールゲート電極7bについては第2抵抗33を介して印加され、ゲート電極7aについてはツェナーダイオード39a、39bおよび第1抵抗32を介して印加される。このためゲート電極7aは、ツェナーダイオード39bのツェナー降伏電圧を超えてからしかチャージがなされず、コントロールゲート電極7bの方がゲート電極7aよりも早くチャージされるようにできる。これにより、第1〜第3実施形態と同様に、ゲート電圧・電流が激しく振動することを抑制でき、ターンオンサージを抑制することが可能となる。   In the IGBT drive circuit configured as described above, since the NPN transistor 30 is turned on at the time of turn-on, a predetermined voltage generated by the power source 35 is applied to the control gate electrode 7b via the second resistor 33, and the gate electrode 7a Is applied via the Zener diodes 39a and 39b and the first resistor 32. Therefore, the gate electrode 7a is charged only after the Zener breakdown voltage of the Zener diode 39b is exceeded, and the control gate electrode 7b can be charged earlier than the gate electrode 7a. Thereby, similarly to the first to third embodiments, it is possible to suppress the gate voltage / current from vibrating violently and to suppress the turn-on surge.

このように、NPNトランジスタ30とPNPトランジスタ31との間に逆接続したツェナーダイオード39a、39bを備えることによっても、第1〜第3実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。   As described above, by providing the Zener diodes 39a and 39b reversely connected between the NPN transistor 30 and the PNP transistor 31, it is possible to obtain the same effects as those of the first to third embodiments.

(他の実施形態)
また、上記第1、第5実施形態では、スイッチング手段として、第1スイッチ素子に相当するNPNトランジスタ30や第2スイッチ素子に相当するPNPトランジスタ31を備えたバイポーラトランジスタによるプッシュプル方式のものを例に挙げて説明した。しかしながら、これについてもスイッチング手段の一例を示したに過ぎず、例えばMOSFETやその他の方式で適用できるスイッチング手段を採用しても良い。
(Other embodiments)
In the first and fifth embodiments, the switching means is a push-pull type using a bipolar transistor including the NPN transistor 30 corresponding to the first switch element and the PNP transistor 31 corresponding to the second switch element. And explained. However, this is only an example of the switching means, and for example, a switching means that can be applied by a MOSFET or other methods may be adopted.

また、上記実施形態では、第1導電型をp型、第2導電型をn型とするnチャネルタイプのIGBTを例に挙げて説明したが、各部の導電型を反転させたpチャネルタイプのIGBTについても本発明を適用することができる。   In the above embodiment, an n-channel type IGBT in which the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type has been described as an example. However, the p-channel type in which the conductivity type of each part is inverted is described. The present invention can also be applied to an IGBT.

本発明の第1実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。In the IGBT drive circuit provided with the IGBT according to the first embodiment of the present invention, FIG. 図1に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。FIG. 2 is a top surface layout diagram of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. 1. 図1に示すIGBTが備えられたIGBT駆動回路を示した図である。It is the figure which showed the IGBT drive circuit provided with IGBT shown in FIG. 従来のIGBTを有する半導体装置の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram of a semiconductor device having a conventional IGBT. 図4に示すIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。FIG. 5 is a top surface layout diagram of the semiconductor device having the IGBT shown in FIG. 4. 従来のIGBT駆動回路のターンオンの各時間帯における特性波形を示したタイミングチャートである。It is the timing chart which showed the characteristic waveform in each time slot | zone of the turn-on of the conventional IGBT drive circuit. ゲート電極7aの終端部からp型ベース領域3よりも深いp型拡散層20までの距離Dに対するサージ電圧の変化を調べた結果を示すグラフである。It is a graph which shows the result of having investigated the change of the surge voltage with respect to the distance D from the termination | terminus part of the gate electrode 7a to the p-type diffusion layer 20 deeper than the p-type base region 3. FIG. 図3に示すIGBT駆動回路のターンオンの各時間帯における特性波形を示したタイミングチャートである。4 is a timing chart showing characteristic waveforms in each turn-on time zone of the IGBT drive circuit shown in FIG. 3. 本発明の第2実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。In the IGBT drive circuit provided with IGBT according to the second embodiment of the present invention, it is a partial cross-sectional schematic view showing the IGBT portion in cross section. 図9に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。FIG. 10 is a top surface layout diagram of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. 9. 本発明の第3実施形態にかかるIGBTが備えられたIGBT駆動回路において、IGBT部分を断面で表した部分断面模式図である。In the IGBT drive circuit provided with IGBT according to the third embodiment of the present invention, it is a partial cross-sectional schematic diagram showing the IGBT portion in cross section. 図11に示すIGBT駆動回路に備えられるIGBTを有する半導体装置の上面レイアウト図である。FIG. 12 is a top surface layout diagram of a semiconductor device having an IGBT provided in the IGBT drive circuit shown in FIG. 11. 本発明の第4実施形態にかかるIGBT駆動回路を示した図である。It is the figure which showed the IGBT drive circuit concerning 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5実施形態にかかるIGBT駆動回路を示した図である。It is the figure which showed the IGBT drive circuit concerning 5th Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 p+型基板
2 n-型ドリフト層
2a FS層
3 p型ベース領域
3a チャネルp層
3b フロート層
4a〜4c トレンチ
5 n+型エミッタ領域
6a〜6c ゲート絶縁膜
7a ゲート電極
7b、7c コントロールゲート電極
7c コントロールゲート電極
10 層間絶縁膜
11 ゲート配線
12 コントロールゲート配線
13 エミッタ電極
14 コレクタ電極
20 p型拡散層
21 p型ガードリング層
22 外周電極
30 NPNトランジスタ
31 PNPトランジスタ
32〜34 第1〜第3各抵抗
37、38 第1、第2ゲートドライブ回路
39a、39b ツェナーダイオード
1 p + type substrate 2 n type drift layer 2a FS layer 3 p type base region 3a channel p layer 3b float layer 4a to 4c trench 5 n + type emitter region 6a to 6c gate insulating film 7a gate electrode 7b and 7c control gate Electrode 7c Control gate electrode 10 Interlayer insulating film 11 Gate wiring 12 Control gate wiring 13 Emitter electrode 14 Collector electrode 20 P-type diffusion layer 21 P-type guard ring layer 22 Peripheral electrode 30 NPN transistor 31 PNP transistor 32-34 First to third Each resistor 37, 38 First and second gate drive circuits 39a, 39b Zener diode

Claims (8)

第1導電型のコレクタ層(1)と、
前記コレクタ層(1)の上に配置された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第1導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離し、一方向を長手方向として延設された第1トレンチ(4a)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)の一部に形成され、該ベース領域(3)内において前記第1トレンチ(4a)の側面に接するように形成された第2導電型のエミッタ領域(5)と、
前記第1トレンチ(4a)の表面上に形成された第1ゲート絶縁膜(6a)と、
前記第1トレンチ(4a)内において、前記第1ゲート絶縁膜(6a)の上に形成されたゲート電極(7a)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されたエミッタ電極(13)と、
前記半導体基板(1)の裏面側に形成されたコレクタ電極(14)とを備え、
前記複数のベース領域(3)のうち、前記エミッタ領域(5)が形成されたものがチャネル層(3a)として機能すると共に、前記エミッタ領域(5)が形成されていないものがフロート層(3b)として機能し、前記チャネル層(3a)と前記フロート層(3b)が一定の配置順で繰り返し配置されて構成された絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路であって、
前記第1トレンチ(4a)の長手方向の端部側において、前記第1トレンチ(4a)から離間して配置され、前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成された第2トレンチ(4b)と、
前記第2トレンチ(4b)の表面上に形成された第2ゲート絶縁膜(6b)と、
前記第2トレンチ(4b)内において、前記第2ゲート絶縁膜(6b)の上に形成された第1コントロールゲート電極(7b)と、
前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うための第1スイッチ素子(30)と、前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)に対してチャージされたキャリアの引き抜きを行うための第2スイッチ素子(31)とを有するスイッチング手段(30、31)と、
前記第2スイッチ素子(31)を通じて前記ゲート電極(7a)からのキャリアの引き抜きを行う経路に備えられた第1抵抗(32)と、
前記第1スイッチ素子(30)を通じて前記所定電圧を前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して印加する経路に備えられた第2抵抗(33)と、
前記第1スイッチ素子(30)および前記第2スイッチ素子(31)の間において、前記第1スイッチ素子(30)を通じて前記ゲート電極(7a)に対して前記所定電圧を印加する経路となり、かつ、前記第2スイッチ素子(31)を通じて前記第1コントロールゲート電極(7b)からのキャリアの引き抜きを行う経路となる位置に備えられた第3抵抗(34)とを備え、
前記第1スイッチ素子(30)をオン、前記第2スイッチ素子(31)をオフすることによって前記所定電圧が前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)に印加されるようにすると共に、前記第1スイッチ素子(30)をオフ、前記第2スイッチ素子(31)をオンすることによって前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)にチャージされたキャリアの引き抜きを行うように構成され、
前記第2抵抗(33)の抵抗値(Rg2)が前記第1抵抗(32)の抵抗値(Rg1)と前記第3抵抗(34)の抵抗値(Rg3)の合計値(Rg1+Rg3)よりも小さくされていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路。
A collector layer (1) of a first conductivity type;
A second conductivity type drift layer (2) disposed on the collector layer (1);
A first conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
The first trench is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift region (2), thereby separating the base region (3) into a plurality and extending in one direction as a longitudinal direction. (4a) and
A second conductivity type emitter region (formed in a part of the base region (3) separated into a plurality of regions and in contact with the side surface of the first trench (4a) in the base region (3)). 5) and
A first gate insulating film (6a) formed on the surface of the first trench (4a);
A gate electrode (7a) formed on the first gate insulating film (6a) in the first trench (4a);
An emitter electrode (13) electrically connected to the emitter region (5);
A collector electrode (14) formed on the back side of the semiconductor substrate (1),
Among the plurality of base regions (3), the one in which the emitter region (5) is formed functions as a channel layer (3a), and the one in which the emitter region (5) is not formed is a float layer (3b). ), And the channel layer (3a) and the float layer (3b) are repeatedly arranged in a certain arrangement order, and the drive circuit of the insulated gate semiconductor device,
On the end side in the longitudinal direction of the first trench (4a), the first trench (4a) is spaced apart from the first trench (4a), passes through the base region (3), and reaches the drift region (2). A formed second trench (4b);
A second gate insulating film (6b) formed on the surface of the second trench (4b);
A first control gate electrode (7b) formed on the second gate insulating film (6b) in the second trench (4b);
A first switch element (30) for charging a carrier by applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b), and the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b) Switching means (30, 31) having a second switch element (31) for extracting charged carriers from one control gate electrode (7b);
A first resistor (32) provided in a path for extracting carriers from the gate electrode (7a) through the second switch element (31);
A second resistor (33) provided in a path for applying the predetermined voltage to the first control gate electrode (7b) through the first switch element (30);
A path for applying the predetermined voltage to the gate electrode (7a) through the first switch element (30) between the first switch element (30) and the second switch element (31); and A third resistor (34) provided at a position serving as a path for extracting carriers from the first control gate electrode (7b) through the second switch element (31);
By turning on the first switch element (30) and turning off the second switch element (31), the predetermined voltage is applied to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b). And pulling out the carriers charged in the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b) by turning off the first switch element (30) and turning on the second switch element (31). Configured to do
The resistance value (Rg2) of the second resistor (33) is smaller than the total value (Rg1 + Rg3) of the resistance value (Rg1) of the first resistor (32) and the resistance value (Rg3) of the third resistor (34). A drive circuit for an insulated gate semiconductor device, wherein:
第1導電型のコレクタ層(1)と、
前記コレクタ層(1)の上に配置された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第1導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離し、一方向を長手方向として延設された第1トレンチ(4a)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)の一部に形成され、該ベース領域(3)内において前記第1トレンチ(4a)の側面に接するように形成された第2導電型のエミッタ領域(5)と、
前記第1トレンチ(4a)の表面上に形成された第1ゲート絶縁膜(6a)と、
前記第1トレンチ(4a)内において、前記第1ゲート絶縁膜(6a)の上に形成されたゲート電極(7a)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されたエミッタ電極(13)と、
前記半導体基板(1)の裏面側に形成されたコレクタ電極(14)とを備え、
前記複数のベース領域(3)のうち、前記エミッタ領域(5)が形成されたものがチャネル層(3a)として機能すると共に、前記エミッタ領域(5)が形成されていないものがフロート層(3b)として機能し、前記チャネル層(3a)と前記フロート層(3b)が一定の配置順で繰り返し配置されて構成された絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路であって、
前記第1トレンチ(4a)の長手方向の端部側において、前記第1トレンチ(4a)から離間して配置され、前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成された第2トレンチ(4b)と、
前記第2トレンチ(4b)の表面上に形成された第2ゲート絶縁膜(6b)と、
前記第2トレンチ(4b)内において、前記第2ゲート絶縁膜(6b)の上に形成された第1コントロールゲート電極(7b)と、
前記ゲート電極(7a)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うと共に、前記所定電圧の印加をやめて前記ゲート電極(7a)にチャージされたキャリアの引き抜きを行う第1ゲートドライブ回路(37)と、
前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うと共に、前記所定電圧の印加をやめて前記第1コントロールゲート電極(7b)にチャージされたキャリアの引き抜きを行う第2ゲートドライブ回路(38)と、を備え、
前記第1ゲートドライブ回路(37)が前記ゲート電極(7a)に対して前記所定電圧を印加するタイミングよりも、前記第2ゲートドライブ回路(38)が前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して前記所定電圧を印加するタイミングの方が早くされていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路。
A collector layer (1) of a first conductivity type;
A second conductivity type drift layer (2) disposed on the collector layer (1);
A first conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
The first trench is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift region (2), thereby separating the base region (3) into a plurality and extending in one direction as a longitudinal direction. (4a) and
A second conductivity type emitter region (formed in a part of the base region (3) separated into a plurality of regions and in contact with the side surface of the first trench (4a) in the base region (3)). 5) and
A first gate insulating film (6a) formed on the surface of the first trench (4a);
A gate electrode (7a) formed on the first gate insulating film (6a) in the first trench (4a);
An emitter electrode (13) electrically connected to the emitter region (5);
A collector electrode (14) formed on the back side of the semiconductor substrate (1),
Among the plurality of base regions (3), the one in which the emitter region (5) is formed functions as a channel layer (3a), and the one in which the emitter region (5) is not formed is a float layer (3b). ), And the channel layer (3a) and the float layer (3b) are repeatedly arranged in a certain arrangement order, and the drive circuit of the insulated gate semiconductor device,
On the end side in the longitudinal direction of the first trench (4a), the first trench (4a) is spaced apart from the first trench (4a), passes through the base region (3), and reaches the drift region (2). A formed second trench (4b);
A second gate insulating film (6b) formed on the surface of the second trench (4b);
A first control gate electrode (7b) formed on the second gate insulating film (6b) in the second trench (4b);
A first gate drive circuit that applies a predetermined voltage to the gate electrode (7a) to charge carriers, and stops application of the predetermined voltage to extract carriers charged in the gate electrode (7a). 37)
The carrier is charged by applying a predetermined voltage to the first control gate electrode (7b), and the carrier charged to the first control gate electrode (7b) is extracted by stopping the application of the predetermined voltage. A second gate drive circuit (38),
The second gate drive circuit (38) applies to the first control gate electrode (7b) more than the timing at which the first gate drive circuit (37) applies the predetermined voltage to the gate electrode (7a). A drive circuit for an insulated gate semiconductor device, wherein the timing for applying the predetermined voltage is earlier.
第1導電型のコレクタ層(1)と、
前記コレクタ層(1)の上に配置された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第1導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離し、一方向を長手方向として延設された第1トレンチ(4a)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)の一部に形成され、該ベース領域(3)内において前記第1トレンチ(4a)の側面に接するように形成された第2導電型のエミッタ領域(5)と、
前記第1トレンチ(4a)の表面上に形成された第1ゲート絶縁膜(6a)と、
前記第1トレンチ(4a)内において、前記第1ゲート絶縁膜(6a)の上に形成されたゲート電極(7a)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されたエミッタ電極(13)と、
前記半導体基板(1)の裏面側に形成されたコレクタ電極(14)とを備え、
前記複数のベース領域(3)のうち、前記エミッタ領域(5)が形成されたものがチャネル層(3a)として機能すると共に、前記エミッタ領域(5)が形成されていないものがフロート層(3b)として機能し、前記チャネル層(3a)と前記フロート層(3b)が一定の配置順で繰り返し配置されて構成された絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路であって、
前記第1トレンチ(4a)の長手方向の端部側において、前記第1トレンチ(4a)から離間して配置され、前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成された第2トレンチ(4b)と、
前記第2トレンチ(4b)の表面上に形成された第2ゲート絶縁膜(6b)と、
前記第2トレンチ(4b)内において、前記第2ゲート絶縁膜(6b)の上に形成された第1コントロールゲート電極(7b)と、
前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して所定電圧を印加してキャリアのチャージを行うための第1スイッチ素子(30)と、前記ゲート電極(7a)および前記第1コントロールゲート電極(7b)に対してチャージされたキャリアの引き抜きを行うための第2スイッチ素子(31)とを有するスイッチング手段(30、31)と、
前記第2スイッチ素子(31)を通じて前記ゲート電極(7a)からのキャリアの引き抜きを行う経路に備えられた第1抵抗(32)と、
前記第1スイッチ素子(30)を通じて前記所定電圧を前記第1コントロールゲート電極(7b)に対して印加する経路に備えられた第2抵抗(33)と、
前記第1スイッチ素子(30)および前記第2スイッチ素子(31)の間において、前記第1スイッチ素子(30)を通じて前記ゲート電極(7a)に対して前記所定電圧を印加する経路となり、かつ、前記第2スイッチ素子(31)を通じて前記第1コントロールゲート電極(7b)からのキャリアの引き抜きを行う経路となる位置に備えられたツェナーダイオード(39a、39b)とを備え、
前記ツェナーダイオード(39a、39b)は、前記第1スイッチ素子(30)側にカソードを向け前記第2スイッチ素子(31)側にアノードを向けて配置されたもの(39b)を備えていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路。
A collector layer (1) of a first conductivity type;
A second conductivity type drift layer (2) disposed on the collector layer (1);
A first conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
The first trench is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift region (2), thereby separating the base region (3) into a plurality and extending in one direction as a longitudinal direction. (4a) and
A second conductivity type emitter region (formed in a part of the base region (3) separated into a plurality of regions and in contact with the side surface of the first trench (4a) in the base region (3)). 5) and
A first gate insulating film (6a) formed on the surface of the first trench (4a);
A gate electrode (7a) formed on the first gate insulating film (6a) in the first trench (4a);
An emitter electrode (13) electrically connected to the emitter region (5);
A collector electrode (14) formed on the back side of the semiconductor substrate (1),
Among the plurality of base regions (3), the one in which the emitter region (5) is formed functions as a channel layer (3a), and the one in which the emitter region (5) is not formed is a float layer (3b). ), And the channel layer (3a) and the float layer (3b) are repeatedly arranged in a certain arrangement order, and the drive circuit of the insulated gate semiconductor device,
On the end side in the longitudinal direction of the first trench (4a), the first trench (4a) is spaced apart from the first trench (4a), passes through the base region (3), and reaches the drift region (2). A formed second trench (4b);
A second gate insulating film (6b) formed on the surface of the second trench (4b);
A first control gate electrode (7b) formed on the second gate insulating film (6b) in the second trench (4b);
A first switch element (30) for charging a carrier by applying a predetermined voltage to the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b), and the gate electrode (7a) and the first control gate electrode (7b) Switching means (30, 31) having a second switch element (31) for extracting charged carriers from one control gate electrode (7b);
A first resistor (32) provided in a path for extracting carriers from the gate electrode (7a) through the second switch element (31);
A second resistor (33) provided in a path for applying the predetermined voltage to the first control gate electrode (7b) through the first switch element (30);
A path for applying the predetermined voltage to the gate electrode (7a) through the first switch element (30) between the first switch element (30) and the second switch element (31); and Zener diodes (39a, 39b) provided at positions serving as paths for extracting carriers from the first control gate electrode (7b) through the second switch element (31),
The Zener diodes (39a, 39b) include a diode (39b) arranged with the cathode facing the first switch element (30) and the anode facing the second switch element (31). A drive circuit for an insulated gate semiconductor device, which is characterized.
前記フロート層(3b)内には、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達し、前記第1トレンチ(4a)と対向配置された第3トレンチ(4c)と、
前記第3トレンチ(4c)の表面上に形成された第3ゲート絶縁膜(6c)と、
前記第3トレンチ(4c)内において前記第3ゲート絶縁膜(6c)の上に形成され、前記第1コントロールゲート電極(7b)に電気的に接続された第2コントロールゲート電極(7c)と、を備えていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路。
In the float layer (3b),
A third trench (4c) penetrating the base region (3) to reach the drift layer (2) and disposed opposite the first trench (4a);
A third gate insulating film (6c) formed on the surface of the third trench (4c);
A second control gate electrode (7c) formed on the third gate insulating film (6c) in the third trench (4c) and electrically connected to the first control gate electrode (7b); 4. The drive circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記ベース領域(3)、前記第1トレンチ(4a)、前記ゲート電極(7a)および前記エミッタ領域(5)が配置された領域をセル領域として、該セル領域の周囲を囲むように、前記ドリフト層(2)の表層部には前記ベース層(3)よりも深い第1導電型の拡散層(20)が備えられ、
前記エミッタ電極(13)は、前記第1コントロールゲート電極(7b)を挟んで前記セル領域に対して反対側まで回りこむように形成され、前記第1コントロールゲート電極(7b)よりも前記セル領域の外周側において前記拡散層(20)と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1ないし4のいずれか1つに記載の絶縁ゲート型半導体装置の駆動回路。
The region where the base region (3), the first trench (4a), the gate electrode (7a), and the emitter region (5) are disposed is defined as a cell region, and the drift is formed so as to surround the cell region. The surface layer portion of the layer (2) includes a first conductivity type diffusion layer (20) deeper than the base layer (3),
The emitter electrode (13) is formed so as to wrap around to the opposite side of the cell region with the first control gate electrode (7b) in between, and the emitter electrode (13) is closer to the cell region than the first control gate electrode (7b). 5. The drive circuit for an insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the drive circuit is electrically connected to the diffusion layer on the outer peripheral side. 6.
第1導電型のコレクタ層(1)と、
前記コレクタ層(1)の上に配置された第2導電型のドリフト層(2)と、
前記ドリフト層(2)の上に形成された第1導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離し、一方向を長手方向として延設された第1トレンチ(4a)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)の一部に形成され、該ベース領域(3)内において前記第1トレンチ(4a)の側面に接するように形成された第2導電型のエミッタ領域(5)と、
前記第1トレンチ(4a)の表面上に形成された第1ゲート絶縁膜(6a)と、
前記第1トレンチ(4a)内において、前記第1ゲート絶縁膜(6a)の上に形成されたゲート電極(7a)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されたエミッタ電極(13)と、
前記半導体基板(1)の裏面側に形成されたコレクタ電極(14)とを備え、
前記複数のベース領域(3)のうち、前記エミッタ領域(5)が形成されたものがチャネル層(3a)として機能すると共に、前記エミッタ領域(5)が形成されていないものがフロート層(3b)として機能し、前記チャネル層(3a)と前記フロート層(3b)が一定の配置順で繰り返し配置されて構成された絶縁ゲート型半導体装置であって、
前記第1トレンチ(4a)の長手方向の端部側において、前記第1トレンチ(4a)から離間して配置され、前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト領域(2)に達するように形成された第2トレンチ(4b)と、
前記第2トレンチ(4b)の表面上に形成された第2ゲート絶縁膜(6b)と、
前記第2トレンチ(4b)内において、前記第2ゲート絶縁膜(6b)の上に形成された第1コントロールゲート電極(7b)と、を備えていることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
A collector layer (1) of a first conductivity type;
A second conductivity type drift layer (2) disposed on the collector layer (1);
A first conductivity type base region (3) formed on the drift layer (2);
The first trench is formed to penetrate the base region (3) and reach the drift region (2), thereby separating the base region (3) into a plurality and extending in one direction as a longitudinal direction. (4a) and
A second conductivity type emitter region (formed in a part of the base region (3) separated into a plurality of regions and in contact with the side surface of the first trench (4a) in the base region (3)). 5) and
A first gate insulating film (6a) formed on the surface of the first trench (4a);
A gate electrode (7a) formed on the first gate insulating film (6a) in the first trench (4a);
An emitter electrode (13) electrically connected to the emitter region (5);
A collector electrode (14) formed on the back side of the semiconductor substrate (1),
Among the plurality of base regions (3), the one in which the emitter region (5) is formed functions as a channel layer (3a), and the one in which the emitter region (5) is not formed is a float layer (3b). ), And the channel layer (3a) and the float layer (3b) are repeatedly arranged in a certain arrangement order,
On the end side in the longitudinal direction of the first trench (4a), the first trench (4a) is spaced apart from the first trench (4a), passes through the base region (3), and reaches the drift region (2). A formed second trench (4b);
A second gate insulating film (6b) formed on the surface of the second trench (4b);
An insulated gate semiconductor device comprising: a first control gate electrode (7b) formed on the second gate insulating film (6b) in the second trench (4b).
前記フロート層(3b)内には、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達し、前記第1トレンチ(4a)と対向配置された第3トレンチ(4c)と、
前記第3トレンチ(4c)の表面上に形成された第3ゲート絶縁膜(6c)と、
前記第3トレンチ(4c)内において前記第3ゲート絶縁膜(6c)の上に形成され、前記第1コントロールゲート電極(7b)に電気的に接続された第2コントロールゲート電極(7c)と、を備えていることを特徴とする請求項6に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
In the float layer (3b),
A third trench (4c) penetrating the base region (3) to reach the drift layer (2) and disposed opposite the first trench (4a);
A third gate insulating film (6c) formed on the surface of the third trench (4c);
A second control gate electrode (7c) formed on the third gate insulating film (6c) in the third trench (4c) and electrically connected to the first control gate electrode (7b); The insulated gate semiconductor device according to claim 6, further comprising:
前記ベース領域(3)、前記第1トレンチ(4a)、前記ゲート電極(7a)および前記エミッタ領域(5)が配置された領域をセル領域として、該セル領域の周囲を囲むように、前記ドリフト層(2)の表層部には第1導電型の前記ベース層(3)よりも深い第1導電型の拡散層(20)が備えられ、
前記エミッタ電極(13)は、前記第1コントロールゲート電極(7b)を挟んで前記セル領域に対して反対側まで回りこむように形成され、前記第1コントロールゲート電極(7b)よりも前記セル領域の外周側において前記拡散層(20)と電気的に接続されていることを特徴とする請求項6または7に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
The region where the base region (3), the first trench (4a), the gate electrode (7a), and the emitter region (5) are disposed is defined as a cell region, and the drift is formed so as to surround the cell region. The surface layer of the layer (2) includes a first conductivity type diffusion layer (20) deeper than the first conductivity type base layer (3),
The emitter electrode (13) is formed so as to wrap around to the opposite side of the cell region with the first control gate electrode (7b) in between, and the emitter electrode (13) is closer to the cell region than the first control gate electrode (7b). The insulated gate semiconductor device according to claim 6 or 7, wherein the insulated gate semiconductor device is electrically connected to the diffusion layer (20) on an outer peripheral side.
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