JP2012199587A - High-breakdown-voltage semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は高耐圧半導体装置に関し、特に、IGBTまたはパワーMOSFETと、還流ダイオードとが単一の半導体基板内に形成された高耐圧半導体装置に関する。 The present invention relates to a high voltage semiconductor device, and more particularly to a high voltage semiconductor device in which an IGBT or power MOSFET and a free wheel diode are formed in a single semiconductor substrate.
近年、省エネルギーの観点から、家電製品や産業用電力装置の制御などにインバータ回路が広く用いられるようになってきている。インバータ回路は、電力の制御を行なうために、当該インバータ回路に組み込まれたパワー半導体デバイスにより電圧または電流のオンとオフとを繰り返している。パワー半導体デバイスとしては、その特性からIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)、またはパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)などが主に用いられている。 In recent years, from the viewpoint of energy saving, inverter circuits have been widely used for controlling home appliances and industrial power devices. In order to control electric power, an inverter circuit repeatedly turns on or off a voltage or current by a power semiconductor device incorporated in the inverter circuit. As a power semiconductor device, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) or a power MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor) is mainly used because of its characteristics.
インバータ回路は、主に誘導モータなどの誘導性負荷を駆動する場合が多い。この場合、誘導負荷から逆起電力が発生する。このため、当該逆起電力から生じるIGBTなどの主電流とは逆方向の電流を還流させるための還流ダイオード(Free Wheel Diode)が必要となる。 The inverter circuit often drives an inductive load such as an induction motor. In this case, back electromotive force is generated from the inductive load. For this reason, a free wheel diode is required to recirculate a current in a direction opposite to the main current such as an IGBT generated from the counter electromotive force.
インバータ回路には、IGBTなどと還流ダイオードとが個別の部品として逆並列に接続されたものが一般的に用いられている。しかし、インバータ装置の小型軽量化のため、IGBTなどと還流ダイオードとが一体化されて1チップ化された高耐圧半導体装置の開発が進められつつある(下記の特許文献1〜4参照)。当該1チップ化された高耐圧半導体装置においては、たとえばIGBTのコレクタ領域と還流ダイオードのカソード領域との双方が、半導体基板の裏面側に形成される。
In general, an inverter circuit in which an IGBT or the like and a free-wheeling diode are connected in reverse parallel as individual components is used. However, in order to reduce the size and weight of the inverter device, development of a high-breakdown-voltage semiconductor device in which an IGBT or the like and a reflux diode are integrated into a single chip is being promoted (see
ところで、当該1チップ化された高耐圧半導体装置においては、仮にIGBTのコレクタ領域と還流ダイオードのカソード領域とが、半導体基板の裏面側において十分に離れて形成されていないと、スナップバック現象が発生する。IGBTのコレクタ領域と還流ダイオードのカソード領域とを半導体基板の裏面側において十分に離した場合、IGBTのコレクタ領域の有効面積が減少することによる性能の低下や、チップ面積が増大することによる製造費の上昇を招く。 By the way, in the one-chip high voltage semiconductor device, if the IGBT collector region and the reflux diode cathode region are not formed sufficiently apart on the back side of the semiconductor substrate, a snapback phenomenon occurs. To do. If the IGBT collector region and the cathode region of the free-wheeling diode are sufficiently separated on the back surface side of the semiconductor substrate, the manufacturing cost due to the decrease in performance due to the decrease in the effective area of the IGBT collector region and the increase in the chip area Invite the rise.
上記の性能低下や製造費上昇を避けるために、IGBTのコレクタ領域とダイオードのカソード領域とを半導体基板の裏面側において十分に離さないとした場合、IGBTのコレクタ領域と還流ダイオードのカソード領域との間に、絶縁体が埋設されたトレンチなどの分離手段を形成することで、スナップバック現象の発生を抑制することもできる。しかしながら、絶縁体が埋設されたトレンチなどの分離手段を用いた場合、半導体基板の厚さ方向に深い溝を形成しなければならず、結果として製造費の上昇を招く。 In order to avoid the above performance degradation and increase in manufacturing cost, if the IGBT collector region and the diode cathode region are not sufficiently separated on the back side of the semiconductor substrate, the IGBT collector region and the free wheel diode cathode region By forming an isolation means such as a trench with an insulator embedded in between, the occurrence of the snapback phenomenon can be suppressed. However, when a separating means such as a trench in which an insulator is embedded is used, a deep groove must be formed in the thickness direction of the semiconductor substrate, resulting in an increase in manufacturing cost.
この発明は、IGBTまたはパワーMOSFETと、還流ダイオードとが単一の半導体基板内に形成された高耐圧半導体装置であって、スナップバック現象の発生を抑制することができる高耐圧半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention provides a high voltage semiconductor device in which an IGBT or a power MOSFET and a free wheel diode are formed in a single semiconductor substrate, and can suppress the occurrence of a snapback phenomenon. For the purpose.
この発明の第1の局面に基づいた高耐圧半導体装置においては、第1および第2主面を有する第1導電型の半導体基板と、上記半導体基板の上記第1主面に形成され、上記第1主面において上記半導体基板に取り囲まれた第2導電型の第1半導体領域と、上記第1主面に形成され、上記半導体基板との間で上記第1半導体領域を挟む第1導電型の第2半導体領域と、上記半導体基板の上記第1主面における端面に隣接して交互に並んで配設され、上記第1主面から上記第2主面に向かって上記半導体基板を貫通しない深さでそれぞれ形成された第1導電型の第3半導体領域および第2導電型の第4半導体領域と、上記半導体基板の上記第1主面における端面に隣接し、上記第1主面から上記第2主面に向かって形成され、上記第3半導体領域と上記第4半導体領域とを分離するトレンチ領域と、上記半導体基板と上記第2半導体領域とに挟まれる上記第1半導体領域に層間絶縁膜を介在して対向するように形成された制御電極と、上記第1半導体領域および上記第2半導体領域の双方に接触して形成された第1主電極と、上記第3半導体領域と上記第4半導体領域とに電気的に接続されて形成された第2主電極と、を備える。 In the high breakdown voltage semiconductor device according to the first aspect of the present invention, a first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces and the first main surface of the semiconductor substrate are formed. A first conductivity type first semiconductor region surrounded by the semiconductor substrate on one main surface, and a first conductivity type formed on the first main surface and sandwiching the first semiconductor region with the semiconductor substrate. Depths that are alternately arranged adjacent to the second semiconductor region and the end surface of the first main surface of the semiconductor substrate and do not penetrate the semiconductor substrate from the first main surface toward the second main surface. The first conductive type third semiconductor region and the second conductive type fourth semiconductor region, which are formed respectively, are adjacent to the end surface of the first main surface of the semiconductor substrate and from the first main surface to the second semiconductor region. 2 The third semiconductor region formed toward the main surface A trench region that separates the fourth semiconductor region; a control electrode that is formed to face the first semiconductor region sandwiched between the semiconductor substrate and the second semiconductor region with an interlayer insulating film interposed therebetween; A first main electrode formed in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region; and a second main electrode formed electrically connected to the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. A main electrode.
この発明の第2の局面に基づいた高耐圧半導体装置においては、第1および第2主面を有する第1導電型の半導体基板と、上記半導体基板の上記第1主面に形成され、上記第1主面において上記半導体基板に取り囲まれた第2導電型の第1半導体領域と、上記第1主面に形成され、上記半導体基板との間で上記第1半導体領域を挟む第1導電型の第2半導体領域と、上記半導体基板の上記第1主面における端面に隣接して、上記半導体基板を挟みながら交互に並んで配設され、上記第1主面から上記第2主面に向かって上記半導体基板を貫通しない深さでそれぞれ形成された第1導電型の第3半導体領域および第2導電型の第4半導体領域と、上記半導体基板と上記第2半導体領域とに挟まれる上記第1半導体領域に層間絶縁膜を介在して対向するように形成された制御電極と、上記第1半導体領域および上記第2半導体領域の双方に接触して形成された第1主電極と、上記第3半導体領域および上記第4半導体領域を接続する、抵抗体またはダイオードと、上記第4半導体領域に電気的に接続された第2主電極と、を備える。 In a high voltage semiconductor device according to a second aspect of the present invention, a first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces and the first main surface of the semiconductor substrate are formed. A first conductivity type first semiconductor region surrounded by the semiconductor substrate on one main surface, and a first conductivity type formed on the first main surface and sandwiching the first semiconductor region with the semiconductor substrate. Adjacent to the end surface of the first main surface of the semiconductor substrate and the second semiconductor region, the second semiconductor region is arranged alternately with the semiconductor substrate in between, and from the first main surface toward the second main surface. The first-conductivity-type third semiconductor region and the second-conductivity-type fourth semiconductor region each formed at a depth not penetrating the semiconductor substrate, and the first substrate sandwiched between the semiconductor substrate and the second semiconductor region. Paired with an interlayer insulating film in the semiconductor region The control electrode formed to connect the first main electrode formed in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region, and the third semiconductor region and the fourth semiconductor region are connected. , A resistor or a diode, and a second main electrode electrically connected to the fourth semiconductor region.
好ましくは、上記抵抗体または上記ダイオードは、上記第3半導体領域と上記第4半導体領域とに挟まれる上記半導体基板に上記層間絶縁膜を介在して対向するように上記第1主面上に配設されるか、若しくは上記第3半導体領域と上記第4半導体領域との間の上記半導体基板の内部に配設される。好ましくは、上記半導体基板の上記第2主面に形成された第2導電型の第5半導体領域と、上記第5半導体領域に接触して形成された第3主電極と、上記第2主電極と上記第3主電極とを接続する接続手段と、をさらに備える。 Preferably, the resistor or the diode is arranged on the first main surface so as to face the semiconductor substrate sandwiched between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region with the interlayer insulating film interposed therebetween. Or disposed inside the semiconductor substrate between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. Preferably, a fifth semiconductor region of a second conductivity type formed on the second main surface of the semiconductor substrate, a third main electrode formed in contact with the fifth semiconductor region, and the second main electrode And connecting means for connecting the third main electrode.
本発明によれば、IGBTまたはパワーMOSFETと、還流ダイオードとが単一の半
導体基板内に形成された高耐圧半導体装置であって、スナップバック現象の発生を抑制することができる高耐圧半導体装置を得ることができる。
According to the present invention, there is provided a high voltage semiconductor device in which an IGBT or power MOSFET and a free wheel diode are formed in a single semiconductor substrate, which can suppress the occurrence of a snapback phenomenon. Obtainable.
以下、本発明に基づいた各実施の形態における高耐圧半導体装置について図面を参照しながら説明する。以下に説明する各実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。 Hereinafter, a high voltage semiconductor device according to each embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In each embodiment described below, when referring to the number, amount, and the like, the scope of the present invention is not necessarily limited to the number, amount, and the like unless otherwise specified. The same parts and corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description may not be repeated.
[実施の形態1]
図1および図2を参照して、本発明に基づいた実施の形態1について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置においては、IGBT(nチャネル型)と還流ダイオードとが単一の半導体基板内に形成されている。
[Embodiment 1]
With reference to FIG. 1 and FIG. 2,
(IGBT)
図2を参照して、当該高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTについて説明する。当該IGBTは、n型の半導体基板10と、比較的高濃度のn+型バッファ領域10Bと、p型ベース領域(第1半導体領域)11と、比較的高濃度のp+型領域11aと、比較的高濃度のn+型エミッタ領域(第2半導体領域)12と、比較的高濃度のp+型コレクタ領域(第4半導体領域)14と、絶縁膜31と、ゲート電極(制御電極)40とから構成されている。
(IGBT)
With reference to FIG. 2, the IGBT formed inside the high voltage semiconductor device will be described. The IGBT includes an n-
p型ベース領域11は、n型の半導体基板10の第1主面1において平面視略矩形状に形成されている。p型ベース領域11は、第1主面1において半導体基板10に取り囲まれている。p型ベース領域11の表面にp+型領域11aが形成されている。p+型領域11aは、p型ベース領域11と後述する第1主電極41との間に良好なオーミック接続を得るために形成されている。
The p-
n+型エミッタ領域12は、p型ベース領域11の表面に選択的に形成されている。n+型エミッタ領域12は、半導体基板10との間でp型ベース領域11を挟んでいる。換言すると、n+型エミッタ領域12は半導体基板10の第1主面1においてp型ベース領域11に取り囲まれている。
The n + -
p+型コレクタ領域14は、半導体基板10の第2主面2の全体にわたって形成されている。n+型バッファ領域10Bは、p+型コレクタ領域14を挟んで第2主面2の反対側に形成されている。n+型バッファ領域10Bは、チャネルストッパとして逆バイアス時における空乏層の広がりを抑制することができる。
The p +
ゲート電極40は、半導体基板10の第1主面1に設けられた溝の内部に、絶縁膜31を介在して形成されている。当該絶縁膜31はp型ベース領域11を半導体基板10の厚さ方向に貫通している。ゲート電極40は、半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11に、絶縁膜31を介在して対向している。半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11の、ゲート電極40と絶縁膜31を介在して対向する部分がチャネル領域を形成する。本実施の形態におけるゲート電極40および絶縁膜31は、図2に示すようにトレンチ電極を構成しているが、半導体基板10の表面に形成されるいわゆるプレーナ型電極であってもよい。
ゲート電極40は、半導体基板10の第1主面1に沿って複数形成されている。図1を参照して、各ゲート電極40は相互に所定の間隙を空けて(図1紙面左右方向に)並列して形成されている。各ゲート電極40の端部同士は、ゲート配線(図示せず)により相互に電気的に接続されている。当該ゲート配線はゲートパッド40GPに接続され、各ゲート電極40は共通の電位を構成している。ゲートワイヤ40Wの一端とゲートパッド40GPとが接続され、ゲートワイヤ40Wの他端と外部端子側のゲートパッド40Pとが接続されている。
A plurality of
図2を参照して、当該IGBTにおいては、n型の半導体基板10およびn+型エミッタ領域12がソース/ドレイン領域となり、ゲート電極40によりp型ベース領域11のチャネル領域(nチャネル)が制御される。つまり、n型の半導体基板10と、n+型エミッタ領域12と、ゲート電極40と、p型ベース領域11とにより、電界効果トランジスタの構造が形成されている。
Referring to FIG. 2, in the IGBT, n-
さらに、当該IGBTにおいては、p型ベース領域11と、n型の半導体基板10と、n+型バッファ領域10Bと、p+型コレクタ領域14とからなるpnpトランジスタ構造が形成されており、そのベース電流は上記の電界効果トランジスタにより制御される。これにより、本実施の形態における高耐圧半導体装置はIGBTとして機能することができる。
Further, in the IGBT, a pnp transistor structure including a p-
(還流ダイオード)
当該高耐圧半導体装置の内部に形成された還流ダイオードは、n+型カソード領域(第3半導体領域)13と、n型の半導体基板10と、p型ベース領域11と、比較的高濃度のp+型領域11aとから構成されている。n型の半導体基板10と、p型ベース領域11と、p+型領域11aとは、当該高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTと還流ダイオードとにより共有されている。
(Reflux diode)
The free-wheeling diode formed inside the high breakdown voltage semiconductor device includes an n + -type cathode region (third semiconductor region) 13, an n-
n+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。n+型カソード領域13は、チャネルストッパとして順バイアス時における空乏層の広がりを抑制することもできる。
The n + -
n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10が、ダイオードとしてのn型の領域を構成しており、p型ベース領域11およびp+型領域11aがダイオードとしてのp型の領域を構成している。これらのn型の領域およびp型の領域の間にpn接合構造が形成されている。これにより、当該還流ダイオードはダイオードとして機能することができる。
The n +
(電界緩和手段)
半導体基板10の第1主面1において、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間には電界緩和手段20が形成されている。図1を参照して、本実施の形態における電界緩和手段20は、平面型のフィールドプレート構造を呈している。電界緩和手段20は、IGBTが形成されている領域を取り囲むように環状に設けられている(図1参照)。
(Electric field relaxation means)
On the first
図2を参照して、平面型のフィールドプレート構造を呈する電界緩和手段20は、層間絶縁膜39と、複数の導電膜48と、複数の導電膜49とから構成されている。各導電膜48および各導電膜49は浮遊電位である。
Referring to FIG. 2, electric field relaxation means 20 having a planar field plate structure includes an
層間絶縁膜39は、半導体基板10の第1主面1上に形成されている。各導電膜49は層間絶縁膜39の内部においてそれぞれ環状に形成されている。各導電膜49は、法線方向に所定の間隙を空けて形成されている。各導電膜49は層間絶縁膜39に覆われており、各導電膜49は層間絶縁膜39により相互に絶縁されている。
The
各導電膜48は、隣り合う導電膜49、49との間に位置する層間絶縁膜39の表面上において環状に形成されている。各導電膜48は、隣り合う導電膜49、49を平面視において跨ぐように形成されている。各導電膜48、48は、法線方向に相互に所定の間隙を空けて形成されている。
Each
(主電極)
半導体基板10の第1主面1上には、ゲート電極40を被覆するように層間絶縁膜31Aが形成されている。この層間絶縁膜31Aの上から、半導体基板10の第1主面1上に第1主電極41が形成されている。ゲート電極40と第1主電極41とは、層間絶縁膜31Aにより絶縁されている。
(Main electrode)
On the first
第1主電極41は、p+型領域11aおよびn+型エミッタ領域12の双方に接触して形成されている。第1主電極41は、電界緩和手段20を構成する層間絶縁膜39の一部(図2における層間絶縁膜39の左端部)を被覆するように形成されている。
The first
図1を参照して、エミッタワイヤ41Wの一端に第1主電極41が接続され、エミッタワイヤ41Wの他端にエミッタパッド41Pが接続されている。図1および図2を参照して、第1主電極41は、エミッタパッド41Pおよびエミッタワイヤ41Wを通じて、p+型領域11a、p型ベース領域11、およびn+型エミッタ領域12に対して(基準)電位を与える電極である。
Referring to FIG. 1, a first
図2を参照して、第2主電極42Pは、半導体基板10の第2主面2に形成されたp+型コレクタ領域14に接触して形成されている。第2主電極42Pは、コレクタパッドとして機能している。第2主電極42Pは、p+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与える電極である。
With reference to FIG. 2, second main electrode 42 </ b > P is formed in contact with p + -
第3主電極43は、層間絶縁膜39に形成された開口部(コンタクトホール)内に延在して形成されており、n+型カソード領域13の表面側に接触している。第3主電極43は、n+型カソード領域13に対して(高)電位を与える電極である。第2主電極42Pおよび第3主電極43は、導電性ワイヤなどの接続手段42Wにより電気的に接続されている。
The third
本実施の形態における高耐圧半導体装置がIGBTとして機能する際には、第1主電極41がエミッタ電極に相当し、第2主電極42Pがコレクタ電極に相当し、ゲート電極40がゲート電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as an IGBT, the first
本実施の形態における高耐圧半導体装置が(還流)ダイオードとして機能する際には、第1主電極41がアノード電極に相当し、第3主電極43がカソード電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device in the present embodiment functions as a (reflux) diode, the first
ここで上述の説明のとおり、n+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。さらに、n+型カソード領域13は第3主電極43に接触し、第2主電極42Pおよび第3主電極43は、導電性ワイヤなどの接続手段42Wにより電気的に接続されている。
Here, as described above, the n + -
そして、n+型カソード領域13が、半導体基板10の端面に隣接して第1主面1から第2主面2に向かって半導体基板10を貫通しない深さで形成されていることにより、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間の抵抗R2は、p型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間の抵抗R1より大きくなっている。
The n + -
(作用・効果)
図2を参照して、IGBTのオン動作について説明する。第1主電極41と第2主電極42Pとの間に正のコレクタ電圧が印加される。この状態で、第1主電極41とゲート電極40との間に所定の正のゲート電圧が印加され、ゲートがオンの状態とされる。このとき、p型ベース領域11のチャネル領域がp型からn型に反転してチャネル領域が形成される。
(Action / Effect)
With reference to FIG. 2, the on-operation of the IGBT will be described. A positive collector voltage is applied between the first
このチャネル領域を通じて電子が第1主電極41からn型の半導体基板10に注入される。この注入された電子によりp+型コレクタ領域14とn型の半導体基板10とが順バイアス状態とされ、p+型コレクタ領域14からn型の半導体基板10に正孔(ホール)が注入される。これにより、n型の半導体基板10の抵抗が大幅に下がり(いわゆる導電率変調)、IGBTのオン抵抗が大幅に下がり、矢印AR1方向に電流が流れる。
Electrons are injected from the first
IGBTのオフ動作(ターンオフ)について説明する。オン状態においては、第1主電極41とゲート電極40との間に正のゲート電圧が印加された状態である。このゲート電圧がゼロまたは負(逆バイアス)とされることにより、p型ベース領域11のn型に反転したチャネル領域がp型に戻り、第1主電極41から半導体基板10に対する電子の注入が停止する。この停止により、p+型コレクタ領域14から半導体基板10への正孔(ホール)の注入も止まり、矢印AR1方向には電流が流れなくなる。
The IGBT off operation (turn-off) will be described. In the on state, a positive gate voltage is applied between the first
その後、n型の半導体基板10に蓄積されていた電子と正孔(ホール)とは、それぞれ第2主電極42Pと第1主電極41とへ回収されていくか、または互いに再結合して消滅する。
Thereafter, the electrons and holes accumulated in the n-
還流ダイオードのオン動作について説明する。上述の説明のとおり、還流ダイオードは、n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10と、p型ベース領域11およびp+型領域11aとからなるpn接合構造を有している。第1主電極41と第3主電極43との間に所定のしきい値を超える順バイアス(アノード電圧)が印加されると、n型の半導体基板10には、p型ベース領域11から正孔(ホール)が注入され、n+型カソード領域13から電子が注入される。これにより、順方向電圧が大幅に下がり、矢印AR2方向に電流が流れる。
The ON operation of the free wheel diode will be described. As described above, the free-wheeling diode has a pn junction structure including the n +
還流ダイオードのオフ動作について説明する。還流ダイオードに順方向の電圧が印加された(オン状態)後、電圧が逆方向に切り替わると(オフ状態)、所定の時間の間、矢印AR2の逆方向の電流が流れる(リカバリー動作)。n+型カソード領域13は、n型の半導体基板10への少数キャリア(正孔)の注入を抑制し、IGBTのターンオフ時間を短縮させている。
The off operation of the freewheeling diode will be described. After the forward voltage is applied to the freewheeling diode (on state), when the voltage is switched in the reverse direction (off state), a current in the reverse direction of the arrow AR2 flows for a predetermined time (recovery operation). The n + -
したがって、第1主電極41と第2主電極42Pとの間、および第1主電極41と第3主電極43との間には、IGBTとダイオードとが逆並列に接続された回路と等価となる。すなわち、本実施の形態における高耐圧半導体装置は、IGBTと還流ダイオードとが逆並列接続された回路としての機能を有する。
Therefore, it is equivalent to a circuit in which an IGBT and a diode are connected in antiparallel between the first
そして、上述の説明のとおり、n+型カソード領域13が、半導体基板10の端面に隣接して第1主面1から第2主面2に向かって半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、n+型カソード領域13が、IGBTのp+型コレクタ領域14側(半導体基板10の裏面(第2主面2側))に形成されている場合に比べ、IGBTのp+型コレクタ領域14と還流ダイオードのn+型カソード領域13との間に十分な距離が確保されている。
As described above, the n + -
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間の抵抗R2は、p型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間の抵抗R1より大きくなっており、スナップバック現象の発生が抑制されている。IGBTのp+型コレクタ領域14と還流ダイオードのn+型カソード領域13との間に十分な距離が確保されているため、チップ面積を増大させることなくスナップバック現象の発生が抑制され、製造費の上昇も抑制されている。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the resistance R2 between the p-
さらに、n+型カソード領域13が、半導体基板10の端面に隣接して第1主面1から第2主面2に向かって半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されていることにより、IGBTのp+型コレクタ領域14の有効面積が減少することも無いため、高耐圧半導体装置としての性能が低下することもない。
Further, the n + -
[実施の形態1の他の形態]
図2を参照して、実施の形態1の他の形態について説明する。上記の実施の形態1の高耐圧半導体装置において、p型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間のライフタイムLT1は、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間のライフタイムLT2と異なっているとよい。
[Other Embodiments of Embodiment 1]
With reference to FIG. 2, another embodiment of the first embodiment will be described. In the high breakdown voltage semiconductor device of the first embodiment, the lifetime LT1 between the p-
高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTのオフ動作時(ターンオフ時)においては、上述の実施の形態1の説明のとおり、n型の半導体基板10に蓄積されていた電子と正孔(ホール)とは、それぞれ第2主電極42Pと第1主電極41とへ回収されていくか、または互いに再結合して消滅する。
At the time of turning off (turning off) the IGBT formed inside the high breakdown voltage semiconductor device, as described in the first embodiment, electrons and holes accumulated in the n-type semiconductor substrate 10 (holes). ) Are recovered to the second
IGBTのオフ動作時において、電子と正孔(ホール)とが再結合して消滅するまでの平均時間が、ライフタイム(少数キャリアのライフタイム)である。 When the IGBT is turned off, the average time until electrons and holes recombine and disappear is the lifetime (minority carrier lifetime).
上記ライフタイムLT1と上記ライフタイムLT2とを異ならせるためには、たとえばp型ベース領域11とn+型カソード領域13との間の半導体基板10(若しくはp型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間の半導体基板10)に対して、電子線、プロトン、またはヘリウムなどを局所的に照射するとよい。また、半導体基板10に対してマスキングなどを用いて電子線、プロトン、またはヘリウムなどを照射してもよい。
In order to make the lifetime LT1 and the lifetime LT2 different, for example, the semiconductor substrate 10 (or the p-
上記ライフタイムLT1と上記ライフタイムLT2とが異なることにより、高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTと還流ダイオードとの各特性を、独立して制御することが可能となる。 Since the lifetime LT1 and the lifetime LT2 are different, the characteristics of the IGBT and the free wheel diode formed inside the high voltage semiconductor device can be controlled independently.
[実施の形態2]
図3および図4を参照して、本発明に基づいた実施の形態2について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態1における高耐圧半導体装置とは、電界緩和手段20と、n+型カソード領域13とにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Embodiment 2]
A second embodiment based on the present invention will be described with reference to FIG. 3 and FIG. The high withstand voltage semiconductor device according to the present embodiment and the high withstand voltage semiconductor device according to the first embodiment are different in configuration between the electric field relaxation means 20 and the n + -
図4を参照して、本実施の形態における電界緩和手段20はフィールドコンタクトリング構造を呈している。具体的には、フィールドコンタクト構造を呈する電界緩和手段20は、比較的高濃度の複数のp+型領域(第5半導体領域)15から構成されている。 Referring to FIG. 4, electric field relaxation means 20 in the present embodiment has a field contact ring structure. Specifically, the electric field relaxation means 20 having a field contact structure is composed of a plurality of p + -type regions (fifth semiconductor regions) 15 having a relatively high concentration.
各p+型領域15は、半導体基板10の第1主面1から第2主面2に向かって深さ15Dでそれぞれ形成されている。各p+型領域15は、半導体基板10の内部においてそれぞれ環状に形成されており、IGBTが形成されている領域を取り囲んでいる(図3参照)。各p+型領域15は、法線方向に相互に所定の間隙を空けており、浮遊電位である。
Each p + type region 15 is formed with a depth of 15D from the first
p+型領域15の表面側には、層間絶縁膜39を介在して導電膜48が形成されていてもよい。導電膜48は層間絶縁膜39に形成された開口部内に延在して形成され、p+型領域15の表面側と接触される。導電膜48は、各p+型領域15に沿って環状に複数形成される。導電膜48がp+型領域15の表面側に形成されることにより、空乏層をより安定して伸ばすことが可能となる。層間絶縁膜39の表面および裏面の電位差が小さくなるため、高耐圧半導体装置としての耐圧特性をより確保することが可能となる。
A
本実施の形態におけるn+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さ(13D)で形成されている。そして、本実施の形態におけるn+型カソード領域13の深さ13Dは、p+型領域15の深さ15Dよりも深く設定されている。
The n + -
n+型カソード領域13の深さ13Dがp+型領域15の深さ15Dよりも深いため、n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10と、p型ベース領域11およびp+型領域11aとの間を流れる還流ダイオードとしての電流の経路が短くなる。したがって、本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、還流ダイオードとしての電流の経路が短くなるため、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
n + -type for the
なお、実施の形態1の他の形態において説明したように、p型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間のライフタイムLT1は、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間のライフタイムLT2と異なっていてもよい。高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTと還流ダイオードとの各特性を、独立して制御することが可能となる。
As described in the other embodiments of the first embodiment, the lifetime LT1 between the p-
[実施の形態2の他の形態]
図5〜図7を参照して、実施の形態2の他の形態について説明する。当該他の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態2における高耐圧半導体装置とは、電界緩和手段20と、n+型カソード領域13とにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Other Embodiments of Embodiment 2]
Another embodiment of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The high breakdown voltage semiconductor device according to the other embodiment and the high breakdown voltage semiconductor device according to the second embodiment are different in configuration between the electric field relaxation means 20 and the n + -
図6を参照して、本実施の形態における電界緩和手段20は、実施の形態2と同様に、フィールドコンタクトリング構造(複数のp+型領域15)を呈している。 Referring to FIG. 6, electric field relaxation means 20 in the present embodiment has a field contact ring structure (plurality of p + -type regions 15), as in the second embodiment.
図5を参照して、本実施の形態における各p+型領域15は、IGBTが形成されている領域(p型ベース領域11)を取り囲む周方向において、破線状に設けられている。すなわち各p+型領域15は、周方向において、p+型領域15として形成されている部分(図6に示す部分)と、p+型領域15として形成されていない部分(図7に示す部分)とを有している。
Referring to FIG. 5, each p + type region 15 in the present embodiment is provided in a broken line shape in the circumferential direction surrounding the region where the IGBT is formed (p type base region 11). That is, each p + -
各p+型領域15の表面側には、実施の形態2と同様に、導電膜48が形成されていてもよい。導電膜48は、各p+型領域15に沿って環状に複数形成される。導電膜48は、上記p+型領域15として形成されている部分と、上記p+型領域15として形成されていない部分との双方に沿って1つの連続した環状に形成されていてもよいが、これに限られない。導電膜48は、上記p+型領域15として形成されている部分の上方にのみ形成され、周方向において上記p+型領域15と同様に破線状に設けられていてもよい。
Similar to the second embodiment, a
本実施の形態におけるn+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。そして、本実施の形態におけるn+型カソード領域13の深さは、実施の形態2とは異なり、p+型領域15の深さより深くてもよく、p+型領域15の深さより浅くてもよく、p+型領域15の深さと同一であってもよい。
The n + -
電界緩和手段20を構成する複数のp+型領域15は、IGBTが形成されている領域(p型ベース領域11)を取り囲む周方向において破線状に設けられているため、p+型領域15として形成されていない部分(図7に示す部分)において、n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10と、p型ベース領域11およびp+型領域11aとの間を流れる還流ダイオードとしての電流の経路が短くなる。本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
A plurality of p + -
n+型カソード領域13の深さを、実施の形態2と同様にp+型領域15の深さより深く設定してもよい。当該構成によれば、p+型領域15として形成されている部分(図6に示す部分)においても、還流ダイオードとしての電流の経路が短くなり、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
The depth of the n + -
[実施の形態3]
図8および図9を参照して、本発明に基づいた実施の形態3について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態2における高耐圧半導体装置とは、電界緩和手段20と、n+型カソード領域13とにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Embodiment 3]
A third embodiment based on the present invention will be described with reference to FIG. 8 and FIG. The high withstand voltage semiconductor device according to the present embodiment and the high withstand voltage semiconductor device according to the second embodiment are different in configuration between the electric field relaxation means 20 and the n + -
図9を参照して、本実施の形態における電界緩和手段20は、トレンチ型フィールドプレート構造を呈している。具体的には、トレンチ型フィールドプレート構造を呈する電界緩和手段20は、複数の第1トレンチ領域50から構成されている。
Referring to FIG. 9, electric field relaxation means 20 in the present embodiment has a trench type field plate structure. Specifically, the electric field relaxation means 20 having a trench type field plate structure is composed of a plurality of
各第1トレンチ領域50は、導電層51と絶縁膜52とを有している。導電層51は、半導体基板10の第1主面1に設けられた溝の内部に、絶縁膜52を介在して形成されている。導電層51は絶縁膜52により囲まれており、導電層51と半導体基板10とは絶縁膜52により絶縁されている。
Each
各第1トレンチ領域50は、半導体基板10の第1主面1から第2主面2に向かって深さ50Dでそれぞれ形成されている。各第1トレンチ領域50は、半導体基板10の内部においてそれぞれ環状に形成されており、IGBTが形成されている領域を取り囲んでいる(図8参照)。各第1トレンチ領域50は、法線方向に相互に所定の間隙を空けており、浮遊電位である。
Each
第1トレンチ領域50の表面側には、層間絶縁膜39を介在して導電膜48が形成されていてもよい。この場合、導電膜48は、隣り合う第1トレンチ領域50、50との間に位置する層間絶縁膜39の表面上において環状に形成される。導電膜48は、隣り合う第1トレンチ領域50、50を平面視において跨ぐように形成される。各導電膜48は、法線方向に相互に所定の間隙を空けている。導電膜48が第1トレンチ領域50の表面側に形成されることにより、高耐圧半導体装置としての耐圧特性をより確保することが可能となる。図中において、導電膜48と導電層51とは層間絶縁膜39により絶縁されているが、層間絶縁膜39に開口部を設け、導電膜48と第1トレンチ領域50の導電層51とが接触するように構成してもよい。
A
本実施の形態におけるn+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さ(13D)で形成されている。そして、本実施の形態におけるn+型カソード領域13の深さ13Dは、第1トレンチ領域50の深さ50Dよりも深く設定されている。
The n + -
n+型カソード領域13の深さ13Dが第1トレンチ領域50の深さ50Dよりも深いため、n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10と、p型ベース領域11およびp+型領域11aとの間を流れる還流ダイオードとしての電流の経路が短くなる。したがって、本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、還流ダイオードとしての電流の経路が短くなるため、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
Since the
なお、実施の形態1の他の形態において説明したように、p型ベース領域11とp+型コレクタ領域14との間のライフタイムLT1は、p型ベース領域11とn+型カソード領域13との間のライフタイムLT2と異なっていてもよい。高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTと還流ダイオードとの各特性を、独立して制御することが可能となる。
As described in the other embodiments of the first embodiment, the lifetime LT1 between the p-
[実施の形態3の他の形態]
図10〜図12を参照して、実施の形態3の他の形態について説明する。当該他の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態3における高耐圧半導体装置とは、電界緩和手段20と、n+型カソード領域13とにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Other Embodiments of Embodiment 3]
With reference to FIGS. 10-12, the other form of
図11を参照して、本実施の形態における電界緩和手段20は、実施の形態3と同様に、トレンチ型フィールドプレート構造(複数の第1トレンチ領域50)を呈している。 Referring to FIG. 11, electric field relaxation means 20 in the present embodiment has a trench type field plate structure (a plurality of first trench regions 50), as in the third embodiment.
図10を参照して、本実施の形態における各第1トレンチ領域50は、IGBTが形成されている領域(p型ベース領域11)を取り囲む周方向において、破線状に設けられている。すなわち各第1トレンチ領域50は、周方向において、第1トレンチ領域50として形成されている部分(図11に示す部分)と、第1トレンチ領域50として形成されていない部分(図12に示す部分)とを有している。
Referring to FIG. 10, each
各第1トレンチ領域50の表面側には、実施の形態3と同様に、層間絶縁膜39を介在して導電膜48が形成されていてもよい。導電膜48は、各第1トレンチ領域50に沿って環状に複数形成される。導電膜48は、上記第1トレンチ領域50として形成されている部分と、上記第1トレンチ領域50として形成されていない部分との双方に沿って1つの連続した環状に形成されていてもよいが、これに限られない。導電膜48は、上記第1トレンチ領域50として形成されている部分の上方にのみ形成され、周方向において上記各第1トレンチ領域50と同様に破線状に設けられていてもよい。
As in the third embodiment, a
本実施の形態におけるn+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。そして、本実施の形態におけるn+型カソード領域13の深さは、実施の形態3とは異なり、第1トレンチ領域50の深さより深くてもよく、第1トレンチ領域50の深さより浅くてもよく、第1トレンチ領域50の深さと同一であってもよい。
The n + -
電界緩和手段20を構成する複数の第1トレンチ領域50は、IGBTが形成されている領域(p型ベース領域11)を取り囲む周方向において破線状に設けられているため、第1トレンチ領域50として形成されていない部分(図12に示す部分)において、n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10と、p型ベース領域11およびp+型領域11aとの間を流れる還流ダイオードとしての電流の経路が短くなる。本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
The plurality of
n+型カソード領域13の深さを、実施の形態3と同様に第1トレンチ領域50の深さより深く設定してもよい。当該構成によれば、第1トレンチ領域50として形成されている部分(図11に示す部分)においても、還流ダイオードとしての電流の経路が短くなり、還流ダイオードとしての性能を向上させることができる。
The depth of the n + -
[実施の形態4]
図13を参照して、本発明に基づいた実施の形態4について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態2における高耐圧半導体装置とは、接続手段42Wにおいて相違しており、その他の構成については略同様である。図13は、実施の形態2における図4に対応している。
[Embodiment 4]
A fourth embodiment based on the present invention will be described with reference to FIG. The high voltage semiconductor device in the present embodiment and the high voltage semiconductor device in the second embodiment are different in connection means 42W, and the other configurations are substantially the same. FIG. 13 corresponds to FIG. 4 in the second embodiment.
本実施の形態における接続手段42Wは、導電性ワイヤ71と、第2主電極42Pの表面に形成された抵抗体72とから構成される。抵抗体72は、導電膜72M、比較的高濃度のn+型領域72Da、比較的低濃度のn−型領域72Db、および比較的高濃度のn+型領域72Dcを順次積層することによって構成されている。導電膜72M、n+型領域72Da、n−型領域72Db、およびn+型領域72Dcは、相互に電気的に導通している。
The connection means 42W in the present embodiment includes a
導電性ワイヤ71の一端と第3主電極43とが接続され、導電性ワイヤ71の他端と抵抗体72の導電膜72Mの表面とが接続されている。抵抗体72のn+型領域72Dcと第2主電極42Pの表面とは接触している。こうして、第2主電極42Pおよび第3主電極43は接続手段42Wにより電気的に接続されている。
One end of the
第2主電極42Pと第3主電極43とを電気的に接続する接続手段42Wが抵抗体72を含んでいることにより、還流ダイオードのカソード側の抵抗が大きくなる。本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、スナップバック現象の発生をより抑制することが可能となる。
Since the connecting
なお、本実施の形態における接続手段42Wの構成を、実施の形態2における高耐圧半導体装置に適用するという構成に基づいて説明したが、これに限られない。本実施の形態における接続手段42Wの構成は、実施の形態1または3における高耐圧半導体装置にも適用することができる。
In addition, although the structure of the connection means 42W in this Embodiment was demonstrated based on the structure applied to the high voltage semiconductor device in
[実施の形態4の他の形態]
図14および図15を参照して、実施の形態4の他の形態について説明する。当該他の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態4における高耐圧半導体装置とは、接続手段42Wにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Other Embodiments of Embodiment 4]
With reference to FIGS. 14 and 15, another embodiment of the fourth embodiment will be described. The high breakdown voltage semiconductor device according to the other embodiment and the high breakdown voltage semiconductor device according to the fourth embodiment are different in configuration in connection means 42W, and the other configurations are substantially the same.
図15を参照して、本実施の形態における抵抗体72は、層間絶縁膜39を挟んで半導体基板10の第1主面1上に形成されている。抵抗体72は、層間絶縁膜39を挟んでn+型カソード領域13の反対側に位置している。
Referring to FIG. 15,
第3主電極43とn+型領域72Dcとは接触して形成されている。導電性ワイヤ71の一端と導電膜72Mの表面とが接触している。導電性ワイヤ71の他端と第2主電極42Pとが接続されている。こうして、第2主電極42Pおよび第3主電極43は接続手段42Wにより電気的に接続されている。
The third
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、抵抗体72を(層間絶縁膜39を挟んで)半導体基板10の第1主面1上に形成することにより、高耐圧半導体装置のシステム全体としての小型化を図ることが可能となる。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the
[実施の形態5]
図16を参照して、本発明に基づいた実施の形態5について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態2における高耐圧半導体装置とは、接続手段42Wにおいて相違しており、その他の構成については略同様である。図16は、実施の形態2における図4に対応している。
[Embodiment 5]
A fifth embodiment based on the present invention will be described with reference to FIG. The high voltage semiconductor device in the present embodiment and the high voltage semiconductor device in the second embodiment are different in connection means 42W, and the other configurations are substantially the same. FIG. 16 corresponds to FIG. 4 in the second embodiment.
本実施の形態における接続手段42Wは、導電性ワイヤ71と、第2主電極42Pの表面に形成されたダイオード73とから構成される。ダイオード73は、導電膜73M、比較的高濃度のp+型領域73Da、比較的低濃度のn−型領域73Db、および比較的高濃度のn+型領域73Dcを順次積層することによって構成されている。導電膜73M、p+型領域73Da、n−型領域73Db、およびn+型領域73Dcは、相互に電気的に導通している。
The connection means 42W in the present embodiment includes a
導電性ワイヤ71の一端と第3主電極43とが接続され、導電性ワイヤ71の他端とダイオード73の導電膜73Mの表面とが接続されている。ダイオード73のn+型領域73Dcと第2主電極42Pの表面とは接触している。こうして、第2主電極42Pおよび第3主電極43は接続手段42Wにより電気的に接続されている。
One end of the
第2主電極42Pと第3主電極43とを電気的に接続する接続手段42Wがダイオード73を含んでいることにより、還流ダイオードのカソード側の抵抗が大きくなる。本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、スナップバック現象の発生をより抑制することが可能となる。
Since the connecting
なお、本実施の形態における接続手段42Wの構成を、実施の形態2における高耐圧半導体装置に適用するという構成に基づいて説明したが、これに限られない。本実施の形態における接続手段42Wの構成は、実施の形態1または3における高耐圧半導体装置にも適用することができる。
In addition, although the structure of the connection means 42W in this Embodiment was demonstrated based on the structure applied to the high voltage semiconductor device in
[実施の形態5の他の形態]
図17および図18を参照して、実施の形態5の他の形態について説明する。当該他の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態5における高耐圧半導体装置とは、接続手段42Wにおいてその構成が相違しており、その他の構成については略同様である。
[Other Embodiments of Embodiment 5]
With reference to FIGS. 17 and 18, another embodiment of the fifth embodiment will be described. The high breakdown voltage semiconductor device according to the other embodiment and the high breakdown voltage semiconductor device according to the fifth embodiment are different in configuration in connection means 42W, and the other configurations are substantially the same.
図18を参照して、本実施の形態におけるダイオード73は、層間絶縁膜39を挟んで半導体基板10の第1主面1上に形成されている。ダイオード73は、層間絶縁膜39を挟んでn+型カソード領域13の反対側に位置している。
Referring to FIG. 18,
第3主電極43とp+型領域73Daとは接触して形成されている。導電性ワイヤ71の一端と導電膜73Mの表面とが接触している。導電性ワイヤ71の他端と第2主電極42Pとが接続されている。こうして、第2主電極42Pおよび第3主電極43は接続手段42Wにより電気的に接続されている。
The third
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、ダイオード73を(層間絶縁膜39を挟んで)半導体基板10の第1主面1上に形成することにより、高耐圧半導体装置のシステム全体としての小型化を図ることが可能となる。
According to the high voltage semiconductor device in the present embodiment, the
[実施の形態6]
図19を参照して、本発明に基づいた実施の形態6について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態2における高耐圧半導体装置とは、第2トレンチ領域60をさらに備えている点において相違しており、その他の構成については略同様である。図19は、実施の形態2における図4に対応している。
[Embodiment 6]
With reference to FIG. 19, Embodiment 6 based on this invention is demonstrated. The high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment is different from the high breakdown voltage semiconductor device in the second embodiment in that it further includes a
本実施の形態における第2トレンチ領域60は、導電層61と絶縁膜62とを有している。導電層61は、半導体基板10の第1主面1に設けられた溝の内部に、絶縁膜62を介在して形成されている。導電層61は絶縁膜62により囲まれており、導電層61と、半導体基板10およびp型ベース領域11とは絶縁膜62により絶縁されている。第2トレンチ領域60を構成する絶縁膜62の厚さは比較的厚めに設定するとよい。チャネル領域を含むp型ベース領域11A(詳細は次に説明する)において、チャネルとして反転しにくくなり、スナップバック現象の発生をより抑制することができる。
The
第2トレンチ領域60は、半導体基板10の第1主面1から、p型ベース領域11を半導体基板10の厚さ方向に貫通するように形成されている。第2トレンチ領域60は、p型ベース領域11を貫通することにより、p型ベース領域11(11A、11B)によって第2トレンチ領域60の両側を第1主面1において挟まれる位置に形成されている。
上述の説明とおり、半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11の、ゲート電極40と絶縁膜31を介在して対向する部分にチャネル領域が形成される。本実施の形態(および実施の形態1〜5)における高耐圧半導体装置は、ゲート電極40、p型ベース領域11、およびn+型エミッタ領域12が半導体基板10の内部に複数形成されているため、チャネル領域も複数形成されている。
As described above, a channel region is formed in a portion of p-
第2トレンチ領域60は、複数のチャネル領域が形成されている領域よりも、さらにn+型カソード領域13側に位置している。第2トレンチ領域60は、当該第2トレンチ領域60により貫通されているp型ベース領域11を、チャネル領域を含むp型ベース領域11Aと、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bとに分離している。p型ベース領域11Aとp型ベース領域11Bとは、第2トレンチ領域60により分離された状態で、第1主電極41により電気的に接続されている。
The
p型ベース領域11Aとp型ベース領域11Bとは、第2トレンチ領域60により分離された状態で、他の抵抗体などの別の接続手段などにより電気的に接続されていてもよい。第2トレンチ領域60は、複数のチャネル領域が形成されている領域よりも、さらにn+型カソード領域13側に配設されることに加え、各ゲート電極40と平行に、且つ各ゲート電極40の両側に複数形成されていてもよい。第2トレンチ領域60は、複数のチャネル領域が形成されている領域よりも、さらにn+型カソード領域13側に配設されることに加え、各ゲート電極40と平行に、全てのゲート電極40の両側にそれぞれ形成されていてもよい。
The p-
チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bには、さらに第3トレンチ領域63が形成されていてもよい。第3トレンチ領域63は、導電層64と絶縁膜65とを有している。導電層64は、半導体基板10の第1主面1に設けられた溝の内部に、絶縁膜65を介在して形成されている。導電層64は絶縁膜65により囲まれており、導電層64と、半導体基板10およびp型ベース領域11Bとは絶縁膜65により絶縁されている。
A
チャネル領域を含むp型ベース領域11Aの不純物濃度は、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bの不純物濃度よりも低く設定されるとよい。還流ダイオードのアノード電位が高くなっても、第2トレンチ領域60の電位によりチャネル領域を含まないp型ベース領域11Bがチャネルとして反転されることが無くなるため、スナップバック現象の発生をより抑制することができる。
The impurity concentration of the p-
第2トレンチ領域60の深さ60Dは、少なくともp型ベース領域11を貫通するように、p型ベース領域11の深さ11ADよりも深くにまで延びて形成される。
The
本実施の形態におけるゲート電極40および絶縁膜31はトレンチ電極を構成している。本実施の形態においては、第2トレンチ領域60の深さ60Dは、トレンチ電極の深さ40Dよりも深くにまで延びて形成されているとよい。より好ましくは、図19に示すように、第2トレンチ領域60は半導体基板10の厚さ方向における略中心の位置まで延びて形成されているとよい。
The
なお、ゲート電極40および絶縁膜31が、半導体基板10の第1主面1上にプレーナ型電極として形成されている場合においては、少なくともp型ベース領域11を貫通するように、p型ベース領域11の深さ11ADよりも深くにまで延びて形成されていればよい。この場合も、より好ましくは、図19に示すように、第2トレンチ領域60は半導体基板10の厚さ方向における略中心の位置まで延びて形成されているとよい。
When
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、IGBTのオン動作時においても、第2トレンチ領域60よりn+型カソード領域13側に位置するp型ベース領域11Bが、還流ダイオードのアノードとして独立して機能することが可能となる。つまり、IGBTのオン動作時においても還流ダイオードを独立して動作(オン)させることが可能となる。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the p-type base region 11B located closer to the n + -
より具体的に説明する。IGBTのエミッタ(n+型エミッタ領域12)および還流ダイオードのアノード(p型ベース領域11)を第1主電極41により正電位とし、IGBTのコレクタ(p+型コレクタ領域14)を第2主電極42Pにより0Vとし、IGBTのゲート(ゲート電極40)を正電位とする。
This will be described more specifically. The IGBT emitter (n + -type emitter region 12) and the anode (p-type base region 11) of the freewheeling diode are set to a positive potential by the first
第2トレンチ領域60が形成されていることにより、IGBTのエミッタ(n+型エミッタ領域12)と、IGBTのチャネル領域(p型ベース領域11A)と、還流ダイオードのカソード(n+型カソード領域13)とを通る矢印AR2方向の電流経路の抵抗は、還流ダイオードのアノード(p型ベース領域11B)と、還流ダイオードのカソード(n+型カソード領域13)とを通る矢印AR3方向の電流経路の抵抗より高くなる。
By forming the
このため、IGBTにおけるMOS動作が抑制され、IGBTのオン動作時においても還流ダイオードを独立して動作(オン)させることが可能となる。なお上記構成によると、IGBTのコレクタ(p+型コレクタ領域14)と、IGBTのチャネル領域(p型ベース領域11A)と、IGBTのエミッタ(n+型エミッタ領域12)とを通る矢印AR1方向の電流経路の抵抗については、変わらないかまたは低くなる。
For this reason, the MOS operation in the IGBT is suppressed, and the free wheel diode can be operated (turned on) independently even when the IGBT is turned on. According to the above configuration, in the direction of the arrow AR1 passing through the IGBT collector (p + -type collector region 14), the IGBT channel region (p-
仮に、上記の第2トレンチ領域60および上記のp型ベース領域11Bが形成されていない場合について説明する。この場合、IGBTのオン動作時においては、還流ダイオードを独立して動作(オン)させることが困難となる。
A case where the
より具体的に説明する。IGBTのエミッタ(n+型エミッタ領域12)および還流ダイオードのアノード(p型ベース領域11)を第1主電極41により正電位とし、IGBTのコレクタ(p+型コレクタ領域14)を第2主電極42Pにより0Vとし、IGBTのゲート(ゲート電極40)を正電位とする。
This will be described more specifically. The IGBT emitter (n + -type emitter region 12) and the anode (p-type base region 11) of the freewheeling diode are set to a positive potential by the first
IGBTのエミッタ(n+型エミッタ領域12)と、IGBTのチャネル領域(p型ベース領域11A)と、還流ダイオードのカソード(n+型カソード領域13)とを通る矢印AR2方向の電流経路の抵抗は、還流ダイオードのアノード(p型ベース領域11B)と、還流ダイオードのカソード(n+型カソード領域13)とを通る矢印AR3方向の電流経路の抵抗より(比較的高電圧を印加するまで)低くなる。
The resistance of the current path in the direction of the arrow AR2 passing through the IGBT emitter (n + -type emitter region 12), the IGBT channel region (p-
このため、IGBTにおけるMOS動作が支配的となり、IGBTのオン動作時においては、還流ダイオードを独立して動作(オン)させることが困難となる。 For this reason, the MOS operation in the IGBT becomes dominant, and it becomes difficult to operate (turn on) the free wheel diode independently during the on operation of the IGBT.
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、IGBTのオン動作時においても、第2トレンチ領域60よりn+型カソード領域13側に位置するp型ベース領域11Bが、還流ダイオードのアノードとして独立して機能することが可能となる。したがって、IGBTのオン動作時においても還流ダイオードを独立して動作(オン)させることが可能となる。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the p-type base region 11B located closer to the n + -
[実施の形態6の他の形態]
図20を参照して、実施の形態6の他の形態について説明する。上記の実施の形態6の高耐圧半導体装置において、チャネル領域を含むp型ベース領域11Aの深さ11ADは、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bの深さ11BDよりも浅く設定されているとよい。
[Other Embodiments of Embodiment 6]
With reference to FIG. 20, another embodiment of the sixth embodiment will be described. In the high breakdown voltage semiconductor device of the sixth embodiment, the depth 11AD of the p-
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、チャネル領域を含むp型ベース領域11Aに比べ、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bの方が正孔(ホール)の注入効率が高くなる。結果として、よりスナップバック現象の発生を抑制することが可能となる。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the efficiency of hole injection is higher in the p-type base region 11B not including the channel region than in the p-
[実施の形態6のさらに他の形態]
図21を参照して、実施の形態6のさらに他の形態について説明する。上記の実施の形態6の高耐圧半導体装置において、チャネル領域を含むp型ベース領域11Aのピーク濃度領域11APは、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bのピーク濃度領域11BPよりも、半導体基板10の厚さ方向における深い位置に設定されているとよい。
[Further Embodiment of Embodiment 6]
With reference to FIG. 21, still another embodiment of the sixth embodiment will be described. In the high breakdown voltage semiconductor device of the sixth embodiment described above, the peak concentration region 11AP of the p-
本実施の形態における高耐圧半導体装置によれば、チャネル領域を含むp型ベース領域11Aに比べ、チャネル領域を含まないp型ベース領域11Bの方が正孔(ホール)の注入効率が高くなる。結果として、よりスナップバック現象の発生を抑制することが可能となる。
According to the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, the efficiency of hole injection is higher in the p-type base region 11B not including the channel region than in the p-
[実施の形態7]
図22〜図25を参照して、本発明に基づいた実施の形態7について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置においても、上記の実施の形態1〜6と同様に、IGBTと還流ダイオードとが単一の半導体基板内に形成されている。なお説明の便宜上、図23においては、層間絶縁膜39の一部(紙面右側)を破断して図示している。図24を参照して、層間絶縁膜39は半導体基板10の端面まで(図24紙面右側に向かって)延在している。
[Embodiment 7]
A seventh embodiment based on the present invention will be described with reference to FIGS. Also in the high voltage semiconductor device in the present embodiment, the IGBT and the free wheel diode are formed in a single semiconductor substrate, as in the first to sixth embodiments. For convenience of explanation, in FIG. 23, a part of the interlayer insulating film 39 (on the right side in the drawing) is cut away. Referring to FIG. 24,
(IGBT)
図22〜図25を参照して、当該高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTについて説明する。図24を参照して、当該IGBTは、n型の半導体基板10と、p型ベース領域(第1半導体領域)11と、比較的高濃度のn+型エミッタ領域(第2半導体領域)12と、比較的高濃度のp+型コレクタ領域(第4半導体領域)14と、層間絶縁膜39と、ゲート電極(制御電極)40とから構成されている。p型ベース領域11と後述する第1主電極41との間に良好なオーミック接続を得るために、p型ベース領域11の表面にp+型領域が形成されていてもよい。
(IGBT)
With reference to FIGS. 22 to 25, the IGBT formed inside the high voltage semiconductor device will be described. Referring to FIG. 24, the IGBT includes an n-
p型ベース領域11は、n型の半導体基板10の第1主面1において選択的に形成されている。p型ベース領域11は、後述する第1主電極41(図22参照)に対して平行に並んで複数配列されている。p型ベース領域11は、第1主面1において半導体基板10に取り囲まれている。
The p-
n+型エミッタ領域12は、p型ベース領域11の表面に選択的に形成されている。n+型エミッタ領域12は、半導体基板10との間でp型ベース領域11を挟んでいる。換言すると、n+型エミッタ領域12は半導体基板10の第1主面1においてp型ベース領域11に取り囲まれている。
The n + -
p+型コレクタ領域14は、実施の形態1〜6とは異なり、半導体基板10の端面に隣接し、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。p+型コレクタ領域14は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。
Unlike the first to sixth embodiments, p + -
図23を参照して、p+型コレクタ領域14の(図23の紙面上下方向における)両端は、半導体基板10に挟まれている。p+型コレクタ領域14は、後述するn+型カソード領域13とともに、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って交互に並んで配列されている。半導体基板10の端面において、p+型コレクタ領域14とn+型カソード領域13とにより半導体基板10は(半導体基板10の端面と平行な方向に)挟まれている。p+型コレクタ領域14とn+型カソード領域13とは、半導体基板10を挟んだ状態で、第1主面1における端面に沿って半導体基板10の全周にわたって形成されている。
Referring to FIG. 23, both ends of p + type collector region 14 (in the vertical direction of the drawing in FIG. 23) are sandwiched between
図24を参照して、ゲート電極40は、半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11に、層間絶縁膜39を介在して対向している。半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11の、ゲート電極40と層間絶縁膜39を介在して対向する部分がチャネル領域を形成する。ゲート電極40は、半導体基板10、n+型エミッタ領域12およびp型ベース領域11とともにいわゆるDMOS(Double Diffuse MOS)構造を呈している。本実施の形態におけるゲート電極40および層間絶縁膜39は、図22に示すようにプレーナ型電極を構成しているが、半導体基板10の内部に延在して形成されるいわゆるトレンチ電極であってもよい。
Referring to FIG. 24,
図22を参照して、ゲート電極40は半導体基板10の第1主面1に沿って並列して形成され、各ゲート電極40の端部同士はゲート配線40Tにより相互に電気的に接続されている。各ゲート電極40はゲート配線40Tによりゲートパッド40GPに接続され、各ゲート電極40は共通の電位を構成している。ゲートワイヤ40Wの一端とゲートパッド40GPとが接続され、ゲートワイヤ40Wの他端と外部端子側のゲートパッド40Pとが接続されている。
Referring to FIG. 22,
図24を参照して、当該IGBTにおいては、n型の半導体基板10およびn+型エミッタ領域12がソース/ドレイン領域となり、ゲート電極40によりp型ベース領域11のnチャネルが制御される。つまり、半導体基板10と、n+型エミッタ領域12と、ゲート電極40と、p型ベース領域11とにより、電界効果トランジスタの構造が形成されている。
Referring to FIG. 24, in the IGBT, n-
さらに、当該IGBTにおいては、p型ベース領域11と、n型の半導体基板10と、p+型コレクタ領域14とからなるpnpトランジスタ構造が形成されており、そのベース電流は上記の電界効果トランジスタにより制御される。これにより、本実施の形態における高耐圧半導体装置はIGBTとして機能することができる。
Further, in the IGBT, a pnp transistor structure including a p-
(還流ダイオード)
当該高耐圧半導体装置の内部に形成された還流ダイオードは、n+型カソード領域(第3半導体領域)13と、n型の半導体基板10と、p型ベース領域11とから構成されている。n型の半導体基板10と、p型ベース領域11とは、当該高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTと還流ダイオードとにより共有されている。
(Reflux diode)
The free-wheeling diode formed inside the high breakdown voltage semiconductor device includes an n + -type cathode region (third semiconductor region) 13, an n-
n+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。
The n + -
n+型カソード領域13の(図23の紙面上下方向における)両端は、半導体基板10に挟まれている。n+型カソード領域13は、p+型コレクタ領域14とともに半導体基板10の第1主面1における端面に沿って、当該端面の全周にわたって(半導体基板10を挟んだ状態で)交互に並んで配列されている。
Both ends of the n + -type cathode region 13 (in the vertical direction in FIG. 23) are sandwiched between the
n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10が、ダイオードとしてのn型の領域を構成しており、p型ベース領域11がダイオードとしてのp型の領域を構成している。これらのn型およびp型の領域の間にpn接合構造が形成されている。これにより、当該還流ダイオードはダイオードとして機能することができる。
The n + -
なお、本実施の形態における高耐圧半導体装置には電界緩和手段が形成されておらず、p型ベース領域11と、n+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域14との間には絶縁膜38が形成されている。絶縁膜38は、半導体基板10の第1主面1に、リーク電流や特性変動を抑制するために形成されている。絶縁膜38は、たとえば界面順位が小さい酸化膜である。
In the high breakdown voltage semiconductor device according to the present embodiment, no electric field relaxation means is formed, and an insulating film is formed between p
(主電極)
図22および図24を参照して、第1主電極41は半導体基板10の第1主面1に沿って並列して形成されている。各第1主電極41は相互に電気的に接続さている。第1主電極41は、層間絶縁膜39に設けられた開口部(コンタクトホール)内に延在して形成されている。第1主電極41は、p型ベース領域11およびn+型エミッタ領域12の双方に接触して形成されている。ゲート電極40と第1主電極41とは、層間絶縁膜39により絶縁されている。
(Main electrode)
Referring to FIGS. 22 and 24, first
エミッタワイヤ41Wの一端に第1主電極41が接続され、エミッタワイヤ41Wの他端にエミッタパッド41Pが接続されている。第1主電極41は、エミッタパッド41Pおよびエミッタワイヤ41Wを通じて、p型ベース領域11およびn+型エミッタ領域12に対して(基準)電位を与える電極である。
The first
コレクタパッド42Tは、半導体基板10の第1主面1の端面側に形成されたp+型コレクタ領域14に接触して形成されている。コレクタパッド42Tとn+型カソード領域13とは、抵抗体72またはダイオード73を介在して電気的に接続されている。接続手段42Wの一端とコレクタパッド42Tとが接続され、接続手段42Wの他端と第2主電極42Pとが接続される。こうして、第2主電極42Pは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与えることができる。
The collector pad 42 </ b > T is formed in contact with the p +
本実施の形態における高耐圧半導体装置がIGBTとして機能する際には、第1主電極41がエミッタ電極に相当し、第2主電極42Pがコレクタ電極に相当し、ゲート電極40がゲート電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as an IGBT, the first
本実施の形態における高耐圧半導体装置が(還流)ダイオードとして機能する際には、第1主電極41がアノード電極に相当し、第2主電極42Pがカソード電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as a (reflux) diode, the first
(作用・効果)
図24を参照して、本実施の形態における高耐圧半導体装置においては、IGBTのコレクタとしてのp+型コレクタ領域14と、還流ダイオードのカソードとしてのn+型カソード領域13との双方が、半導体基板10の第1主面1側に形成されている。つまり、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流が並行して流れる。
(Action / Effect)
Referring to FIG. 24, in the high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment, both p +
第2主電極42Pは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与えることができる。このとき接続手段は、p+型コレクタ領域14に対しては直接的に接続され、n+型カソード領域13に対しては抵抗体72またはダイオード73を介在して接続される。したがって、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間(IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流とが合流する地点)における抵抗が高くなるため、スナップバック現象の発生を抑制することができる。
The second
[実施の形態8]
図26〜図29を参照して、本発明に基づいた実施の形態8について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置においても、上記の実施の形態1〜7と同様に、IGBTと還流ダイオードとが単一の半導体基板内に形成されている。なお説明の便宜上、図27においては、層間絶縁膜39の一部(紙面右側)を破断して図示している。図28を参照して、層間絶縁膜39は半導体基板10の端面まで(図28紙面右側に向かって)延在している。
[Embodiment 8]
Embodiment 8 based on the present invention will be described with reference to FIGS. Also in the high voltage semiconductor device according to the present embodiment, the IGBT and the free wheel diode are formed in a single semiconductor substrate as in the first to seventh embodiments. For convenience of explanation, in FIG. 27, a part of the interlayer insulating film 39 (on the right side of the drawing) is cut away. Referring to FIG. 28,
(IGBT)
図26〜図29を参照して、当該高耐圧半導体装置の内部に形成されたIGBTについて説明する。図28を参照して、当該IGBTは、n型の半導体基板10と、p型ベース領域(第1半導体領域)11と、比較的高濃度のn+型エミッタ領域(第2半導体領域)12と、比較的高濃度のp+型コレクタ領域(第4半導体領域)14と、層間絶縁膜39と、ゲート電極(制御電極)40とから構成されている。p型ベース領域11と後述する第1主電極41との間に良好なオーミック接続を得るために、p型ベース領域11の表面にp+型領域が形成されていてもよい。
(IGBT)
With reference to FIGS. 26 to 29, the IGBT formed inside the high voltage semiconductor device will be described. Referring to FIG. 28, the IGBT includes an n-
p型ベース領域11は、n型の半導体基板10の第1主面1において選択的に形成されている。p型ベース領域11は、後述する第1主電極41(図26参照)に対して平行に並んで複数配列されている。p型ベース領域11は、第1主面1において半導体基板10に取り囲まれている。
The p-
n+型エミッタ領域12は、p型ベース領域11の表面に選択的に形成されている。n+型エミッタ領域12は、半導体基板10との間でp型ベース領域11を挟んでいる。換言すると、n+型エミッタ領域12は半導体基板10の第1主面1においてp型ベース領域11に取り囲まれている。
The n + -
図27〜図29を参照して、半導体基板10の端面には、トレンチ領域36が全周にわたって形成されている。当該トレンチ領域36は、半導体基板10の端面に対して垂直方向に延在する側壁部36Bと、半導体基板10の端面に接して側壁部36B同士の端部を接続するように形成される背面部36Aとを有している。
Referring to FIGS. 27 to 29, a
トレンチ領域36の側壁部36Bおよび背面部36Aは、それぞれ板状に形成され、それぞれ絶縁膜(図示せず)と、当該絶縁膜に内包される薄板状の導電層(図示せず)とを含んでいる。
The
p+型コレクタ領域14は、半導体基板10の端面に、トレンチ領域36の背面部36Aを介在して隣接している。p+型コレクタ領域14は、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。p+型コレクタ領域14は、半導体基板10を貫通しない深さで形成されている。
The p + -
p+型コレクタ領域14の(図27の紙面上下方向における)両端は、トレンチ領域36の側壁部36Bに挟まれている。p+型コレクタ領域14は、後述するn+型カソード領域13とともに、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って交互に並んで配列されている。半導体基板10の端面において、p+型コレクタ領域14とn+型カソード領域13とによりトレンチ領域36の側壁部36Bは(半導体基板10の端面と平行な方向に)挟まれている。p+型コレクタ領域14とn+型カソード領域13とは、トレンチ領域36の側壁部36Bを挟んだ状態で、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って半導体基板10の全周にわたって形成されている。
Both ends of the p + -type collector region 14 (in the vertical direction in FIG. 27) are sandwiched between the
図28を参照して、ゲート電極40は、半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11に、層間絶縁膜39を介在して対向している。半導体基板10とn+型エミッタ領域12とに挟まれるp型ベース領域11の、ゲート電極40と層間絶縁膜39を介在して対向する部分がチャネル領域を形成する。ゲート電極40は、半導体基板10、n+型エミッタ領域12およびp型ベース領域11とともにいわゆるDMOS(Double Diffuse MOS)構造を呈している。本実施の形態におけるゲート電極40および層間絶縁膜39は、図26に示すようにプレーナ型電極を構成しているが、半導体基板10の内部に延在して形成されるいわゆるトレンチ電極であってもよい。
Referring to FIG. 28,
図26を参照して、ゲート電極40は半導体基板10の第1主面1に沿って並列して形成され、各ゲート電極40の端部同士をゲート配線40Tにより相互に電気的に接続されている。各ゲート電極40はゲート配線40Tによりゲートパッド40GPに接続され、各ゲート電極40は共通の電位を構成している。ゲートワイヤ40Wの一端とゲートパッド40GPとが接続され、ゲートワイヤ40Wの他端と外部端子側のゲートパッド40Pとが接続されている。
Referring to FIG. 26,
図28を参照して、当該IGBTにおいては、n型の半導体基板10およびn+型エミッタ領域12がソース/ドレイン領域となり、ゲート電極40によりp型ベース領域11のnチャネルが制御される。つまり、半導体基板10と、n+型エミッタ領域12と、ゲート電極40と、p型ベース領域11とにより、電界効果トランジスタの構造が形成されている。
Referring to FIG. 28, in the IGBT, n-
さらに、当該IGBTにおいては、p型ベース領域11と、n型の半導体基板10と、p+型コレクタ領域14とからなるpnpトランジスタ構造が形成されており、そのベース電流は上記の電界効果トランジスタにより制御される。これにより、本実施の形態における高耐圧半導体装置はIGBTとして機能することができる。
Further, in the IGBT, a pnp transistor structure including a p-
(還流ダイオード)
当該半導体装置の内部に形成された還流ダイオードは、n+型カソード領域(第3半導体領域)13と、n型の半導体基板10と、p型ベース領域11とから構成されている。
(Reflux diode)
The free-wheeling diode formed inside the semiconductor device includes an n + -type cathode region (third semiconductor region) 13, an n-
n+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に、トレンチ領域36の背面部36Aを介在して隣接している。n+型カソード領域13は、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を厚さ方向に貫通しない深さで形成されている。
The n + -
n+型カソード領域13の(図28の紙面上下方向における)両端は、トレンチ領域36に挟まれている。n+型カソード領域13は、p+型コレクタ領域14とともに半導体基板10の第1主面1における端面に沿って、当該端面の全周にわたって(トレンチ領域36の側壁部36Bを挟んだ状態で)交互に並んで配列されている。
Both ends of the n + -type cathode region 13 (in the vertical direction in the drawing of FIG. 28) are sandwiched between
n+型カソード領域13およびn型の半導体基板10が、ダイオードとしてのn型の領域を構成しており、p型ベース領域11がダイオードとしてのp型の領域を構成している。これらのn型およびp型の領域の間にpn接合構造が形成されている。これにより、当該還流ダイオードはダイオードとして機能することができる。
The n + -
なお、本実施の形態における高耐圧半導体装置には電界緩和手段が形成されておらず、p型ベース領域11と、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域14との間には絶縁膜38が形成されている。半導体基板10の第1主面1に、リーク電流や特性変動を抑制するために形成されている。絶縁膜38は、たとえば界面順位が小さい酸化膜である。
In the high breakdown voltage semiconductor device in this embodiment, no electric field relaxation means is formed, and an insulating film is provided between the p-
(主電極)
図26および図28を参照して、第1主電極41は半導体基板10の第1主面1に沿って並列して形成されている。各第1主電極41は相互に電気的に接続さている。第1主電極41は、層間絶縁膜39に設けられた開口部(コンタクトホール)内に延在して形成されている。第1主電極41は、p型ベース領域11およびn+型エミッタ領域12の双方に接触して形成されている。ゲート電極40と第1主電極41とは、層間絶縁膜39により絶縁されている。
(Main electrode)
Referring to FIGS. 26 and 28, first
エミッタワイヤ41Wの一端に第1主電極41が接続され、エミッタワイヤ41Wの他端にエミッタパッド41Pが接続されている。第1主電極41は、エミッタパッド41Pおよびエミッタワイヤ41Wを通じて、p型ベース領域11およびn+型エミッタ領域12に対して(基準)電位を与える電極である。
The first
コレクタパッド42Tは、実施の形態7とは異なり、半導体基板10の第1主面1の端面側に形成されたn+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域14の双方に接触して形成されている。接続手段42Wの一端とコレクタパッド42Tとが接続され、接続手段42Wの他端と第2主電極42Pとが接続される。こうして、第2主電極42Pは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与えることができる。
Unlike Embodiment 7,
本実施の形態における高耐圧半導体装置がIGBTとして機能する際には、第1主電極41がエミッタ電極に相当し、第2主電極42Pがコレクタ電極に相当し、ゲート電極40がゲート電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as an IGBT, the first
本実施の形態における高耐圧半導体装置が(還流)ダイオードとして機能する際には、第1主電極41がアノード電極に相当し、第2主電極42Pがカソード電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as a (reflux) diode, the first
(作用・効果)
図28を参照して、本実施の形態における高耐圧半導体装置においては、IGBTのコレクタとしてのp+型コレクタ領域14と、還流ダイオードのカソードとしてのn+型カソード領域13との双方が、半導体基板10の第1主面1側に形成されている。つまり、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流が並行して流れる。
(Action / Effect)
Referring to FIG. 28, in the high breakdown voltage semiconductor device according to the present embodiment, both the p +
n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域14との間にはトレンチ領域36が形成されている。したがって、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間(IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流とが合流する地点)における抵抗が高くなるため、スナップバック現象の発生を抑制することができる。
A
[実施の形態8の他の形態]
図28を参照して、実施の形態8の他の形態について説明する。n+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域14の第2主面2側には、半導体基板10を挟んで絶縁膜37(SOI分離絶縁膜)が形成されているとよい。絶縁膜37は、トレンチ領域36の側壁部36Bよりもさらに半導体基板10の平面視中央側に張り出して形成される。絶縁膜37は、n+型カソード領域13の両端に形成されているトレンチ領域36の側壁部36B、36Bとともに、n+型カソード領域13を半導体基板10の端面側から囲い込むように形成される。
[Another embodiment of the eighth embodiment]
With reference to FIG. 28, another embodiment of the eighth embodiment will be described. An insulating film 37 (SOI isolation insulating film) is preferably formed on the second
絶縁膜37が形成されていることにより、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間(IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流とが合流する地点)における抵抗がより高くなるため、スナップバック現象の発生をより抑制することができる。
Since the insulating
[実施の形態8のさらに他の形態]
図30および図31を参照して、実施の形態8のさらに他の形態について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態8における高耐圧半導体装置とは、コレクタパッド42Tの構成と、他のコレクタパッド42Cをさらに備えている点と、抵抗体72またはダイオード73をさらに備えている点とにおいて相違しており、その他の構成については略同等である。図30は、実施の形態8における図27に対応している。図31は、実施の形態8における図28に対応している。
[Still another form of the eighth embodiment]
Still another embodiment of the eighth embodiment will be described with reference to FIGS. 30 and 31. FIG. The high breakdown voltage semiconductor device according to the present embodiment and the high breakdown voltage semiconductor device according to the eighth embodiment include a configuration of the
上記実施の形態8の高耐圧半導体装置においては、コレクタパッド42Tが、n+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域14の双方に接触して形成されている。一方、図30および図31を参照して、本実施の形態におけるコレクタパッド42Tはn+型カソード領域13にのみ接触して形成されている。
In the high breakdown voltage semiconductor device of the eighth embodiment,
コレクタパッド42Tは、半導体基板10の端面に垂直な方向に延びて形成されている。層間絶縁膜39の内部において、コレクタパッド42Tの半導体基板10のさらに端面側には、抵抗体72またはダイオード73が埋設されている。コレクタパッド42Tの一端がn+型カソード領域13に接触し、コレクタパッド42Tの他端が抵抗体72またはダイオード73に接触している。
The collector pad 42 </ b> T is formed to extend in a direction perpendicular to the end surface of the
コレクタパッド42Cは、絶縁膜38および層間絶縁膜39を介在して半導体基板10上に形成されている。コレクタパッド42Cは、層間絶縁膜39に形成された開口部(コンタクトホール)内に延在し、当該開口部を通じてp+型コレクタ領域14に接触している。図30を参照して、コレクタパッド42Cは、このp+型コレクタ領域14と接触している部分から、半導体基板10の端面に向かって延びて形成されている。コレクタパッド42Cの当該延びて形成された部分の先端同士は、半導体基板10の端面と平行な方向に接続されている。
The
コレクタパッド42Cとコレクタパッド42Tとは、抵抗体72またはダイオード73により導通されている。接続手段(実施の形態7における接続手段42Wに相当、図26参照)の一端とコレクタパッド42Tとが接続され、接続手段の他端と第2主電極42Pとが接続される。
The
図31を参照して、本実施の形態における高耐圧半導体装置においては、実施の形態8と同様に、IGBTのコレクタとしてのp+型コレクタ領域14と、還流ダイオードのカソードとしてのn+型カソード領域13との双方が、半導体基板10の第1主面1側に形成されている。つまり、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流が並行して流れる。
Referring to FIG. 31, in the high breakdown voltage semiconductor device according to the present embodiment, as in the eighth embodiment, ap +
n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域14との間にはトレンチ領域36が形成されている。したがって、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間における抵抗が高くなるため、スナップバック現象の発生を抑制することができる。
A
第2主電極42Pは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与えることができる。このとき接続手段は、p+型コレクタ領域14に対しては直接的に接続され、n+型カソード領域13に対しては抵抗体72またはダイオード73を介在して接続される。したがって、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間(IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流とが合流する地点)における抵抗が(実施の形態8に比べ)より高くなり、スナップバック現象の発生をより抑制することができる。
The second
[実施の形態9]
図32〜図35を参照して、本発明に基づいた実施の形態9について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置においては、還流ダイオードと2つのIGBT(ともにnチャネル型)とが単一の半導体基板内に形成されている。説明の便宜上、図33においては第3主電極43Tの一部を破断して図示している。図34を参照して、第3主電極43Tは半導体基板10の端面まで(図34紙面右側に向かって)延在している。
[Embodiment 9]
A ninth embodiment based on the present invention will be described with reference to FIGS. In the high voltage semiconductor device of the present embodiment, a free wheel diode and two IGBTs (both n-channel type) are formed in a single semiconductor substrate. For convenience of explanation, in FIG. 33, a part of the third
(IGBT)
図34を参照して、第1のIGBTは、n型の半導体基板10と、比較的高濃度のn+型バッファ領域10Bと、p型ベース領域(第1半導体領域)11と、比較的高濃度のp+型領域11aと、比較的高濃度のn+型エミッタ領域(第2半導体領域)12と、比較的高濃度のp+型コレクタ領域(第4半導体領域)14と、絶縁膜31と、ゲート電極(制御電極)40とから構成されている。
(IGBT)
Referring to FIG. 34, the first IGBT includes an n-
n型の半導体基板10、n+型バッファ領域10B、p型ベース領域11、p+型領域11a、n+型エミッタ領域12、絶縁膜31およびゲート電極40は、実施の形態2と略同様に構成される。
The n-
p+型コレクタ領域14は、半導体基板10の第2主面2に選択的に形成されている。具体的には、半導体基板10の第2主面2においては、p+型コレクタ領域14が(図32の紙面上下方向に)並列して形成されている。p+型コレクタ領域14は、相互に所定の間隔を空けて半導体基板10の第2主面2の全面にわたって形成されている。
The p +
図35を参照して、p+型コレクタ領域14が形成されていない領域には、n+型バッファ領域10Bが半導体基板10の第2主面2側にまで延びて形成されている。
Referring to FIG. 35, n +
第1のIGBTにおいては、実施の形態2と同様に、n型の半導体基板10およびn+型エミッタ領域12がソース/ドレイン領域となり、ゲート電極40によりp型ベース領域11のnチャネルが制御される。つまり、半導体基板10と、n+型エミッタ領域12と、ゲート電極40と、p型ベース領域11とにより、電界効果トランジスタの構造が形成されている。
In the first IGBT, as in the second embodiment, the n-
さらに、第1のIGBTにおいては、p型ベース領域11と、n型の半導体基板10と、n+型バッファ領域10Bと、p+型コレクタ領域14とからなるpnpトランジスタ構造が形成されており、そのベース電流は上記の電界効果トランジスタにより制御される。これにより、本実施の形態における高耐圧半導体装置はIGBTとして機能することができる。
Further, in the first IGBT, a pnp transistor structure including a p-
第2のIGBTは、n型の半導体基板10と、比較的高濃度のn+型バッファ領域10Aと、p型ベース領域(第1半導体領域)11と、比較的高濃度のp+型領域11aと、n+型エミッタ領域(第2半導体領域)12と、p+型コレクタ領域(第5半導体領域)15Bと、絶縁膜31と、ゲート電極(制御電極)40とから構成されている。
The second IGBT includes an n-
n型の半導体基板10、p型ベース領域11、p+型領域11a、n+型エミッタ領域12、絶縁膜31およびゲート電極40は、第1のIGBTと共通している。
The n-
p+型コレクタ領域15Bは、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。p+型コレクタ領域15Bは、半導体基板10を貫通しない深さで形成されている。
The p + -type collector region 15 </ b > B is formed adjacent to the end surface of the
図36を参照して、p+型コレクタ領域15Bの(図36の紙面上下方向における)両端は、n+型バッファ領域10Aに挟まれている。p+型コレクタ領域15Bは、後述するn+型カソード領域13とともに、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って交互に並んで配列されている。半導体基板10の端面において、p+型コレクタ領域15Bとn+型カソード領域13とによりn+型バッファ領域10Aは挟まれている。p+型コレクタ領域15Bとn+型カソード領域13とは、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って、半導体基板10の全周にわたって形成されている。
Referring to FIG. 36, both ends of p +
図34を参照して、第2のIGBTにおいては、n型の半導体基板10およびn+型エミッタ領域12がソース/ドレイン領域となり、ゲート電極40によりp型ベース領域11のnチャネルが制御される。つまり、半導体基板10と、n+型エミッタ領域12と、ゲート電極40と、p型ベース領域11とにより、電界効果トランジスタの構造が形成されている。
Referring to FIG. 34, in the second IGBT, n-
さらに、第2のIGBTにおいては、p型ベース領域11と、n型の半導体基板10と、n+型バッファ領域10Aと、p+型コレクタ領域15Bとからなるpnpトランジスタ構造が形成されており、そのベース電流は上記の電界効果トランジスタにより制御される。これにより、本実施の形態における高耐圧半導体装置はIGBTとして機能することができる。
Further, in the second IGBT, a pnp transistor structure including a p-
(還流ダイオード)
図35を参照して、当該半導体装置の内部に形成された還流ダイオードは、n+型カソード領域(第3半導体領域)13と、n型の半導体基板10と、p型ベース領域11とから構成されている。
(Reflux diode)
Referring to FIG. 35, the free-wheeling diode formed inside the semiconductor device includes an n + -type cathode region (third semiconductor region) 13, an n-
n+型カソード領域13は、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。n+型カソード領域13は、半導体基板10を貫通しない深さで形成されている。n型の半導体基板10と、p型ベース領域11と、p+型領域11aとは、当該半導体装置の内部に形成された第1および第2のIGBTと還流ダイオードとにより共有されている。
The n + -
図36を参照して、n+型カソード領域13の(図36の紙面上下方向における)両端は、n+型バッファ領域10Aに挟まれている。n+型カソード領域13は、p+型コレクタ領域15Bとともに半導体基板10の第1主面1における端面に沿って、当該端面の全周にわたって(半導体基板10を挟んで)交互に並んで配列されている。
Referring to FIG. 36, both ends of n + type cathode region 13 (in the up and down direction in FIG. 36) are sandwiched between n +
n+型カソード領域13、n+型バッファ領域10Aおよびn型の半導体基板10が、ダイオードとしてのn型の領域を構成しており、p型ベース領域11がダイオードとしてのp型の領域を構成している。これらのn型およびp型の領域の間にpn接合構造が形成されている。これにより、当該還流ダイオードはダイオードとして機能することができる。
The n +
n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域15Bとの間におけるn+型バッファ領域10Aには、n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域15Bとを電気的に接続する抵抗体72またはダイオード73が埋設されている。なお、抵抗体72またはダイオード73は、n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域15Bとを電気的に接続するために、半導体基板10の第1主面1上に形成されていてもよい。
n + A n + -
本実施の形態における高耐圧半導体装置には、実施の形態2と同様な電界緩和手段20が形成されている。 In the high voltage semiconductor device in the present embodiment, the electric field relaxation means 20 similar to that in the second embodiment is formed.
(主電極)
半導体基板10の第1主面1上には、実施の形態2と同様に、ゲート電極40を被覆するように層間絶縁膜31Aが形成されている。この層間絶縁膜31Aの上から、半導体基板10の第1主面1上に第1主電極41が形成されている。ゲート電極40と第1主電極41とは、層間絶縁膜31Aにより絶縁されている。
(Main electrode)
On the first
第1主電極41は、p+型領域11aおよびn+型エミッタ領域12の双方に接触して形成されている。第1主電極41は、電界緩和手段20を構成する層間絶縁膜39の一部(層間絶縁膜39の図中左端部)を被覆するように形成されている。
The first
図32を参照して、エミッタワイヤ41Wの一端に第1主電極41が接続され、エミッタワイヤ41Wの他端にエミッタパッド41Pが接続されている。図34を参照して、第1主電極41は、エミッタパッド41Pおよびエミッタワイヤ41Wを通じて、p+型領域11a、p型ベース領域11、およびn+型エミッタ領域12に対して(基準)電位を与える電極である。
Referring to FIG. 32, first
第2主電極42Pは、半導体基板10の第2主面2に形成されたp+型コレクタ領域14に接触して形成されている。第2主電極42Pは、コレクタパッドとして機能している。第2主電極42Pは、p+型コレクタ領域14に対して(高)電位を与える電極である。
The second
第3主電極43Tは、層間絶縁膜39に形成された開口部(コンタクトホール)内に延在して形成されており、p+型コレクタ領域15Bの表面側にのみ接触している。第3主電極43Tは、p+型コレクタ領域15Bにまず電気的に接続され、抵抗体72またはダイオード73を介在してn+型カソード領域13と電気的に接続される。
The third
第3主電極43は、n+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域15Bに対して(高)電位を与える電極である。第2主電極42Pおよび第3主電極43Tは、導電性ワイヤなどの接続手段42Wにより電気的に接続されている。
The third
本実施の形態における高耐圧半導体装置がIGBTとして機能する際には、第1主電極41がエミッタ電極に相当し、第2主電極42Pまたは第3主電極43Tがコレクタ電極に相当し、ゲート電極40がゲート電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device in the present embodiment functions as an IGBT, the first
本実施の形態における高耐圧半導体装置が(還流)ダイオードとして機能する際には、第1主電極41がアノード電極に相当し、第3主電極43Tがカソード電極に相当する。
When the high voltage semiconductor device according to the present embodiment functions as a (reflux) diode, the first
(作用・効果)
図34を参照して、IGBTのオン動作時においては、矢印AR1方向または矢印AR2方向に電流が流れる。IGBTオフ動作時においては、矢印AR1方向および矢印AR2方向には電流が流れなくなる。
(Action / Effect)
Referring to FIG. 34, when the IGBT is on, current flows in the direction of arrow AR1 or arrow AR2. During the IGBT off operation, no current flows in the arrow AR1 direction and the arrow AR2 direction.
図35を参照して、還流ダイオードのオン動作時においては、矢印AR3方向に電流が流れる。当該電流は、第2のIGBTのオン動作時に矢印AR2方向に流れていた電流と並行かつ逆方向に流れる。 Referring to FIG. 35, a current flows in the direction of arrow AR3 when the freewheeling diode is on. The current flows in a direction opposite to and parallel to the current flowing in the direction of the arrow AR2 when the second IGBT is turned on.
したがって、第1主電極41と第2主電極42Pとの間、および第1主電極41と第3主電極43Tとの間には、IGBTとダイオードとが逆並列に接続された回路と等価となる。すなわち、本実施の形態における高耐圧半導体装置は、IGBTと還流ダイオードとが逆並列接続された回路としての機能を有する。
Therefore, it is equivalent to a circuit in which an IGBT and a diode are connected in antiparallel between the first
第3主電極43Tは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域15Bに対して(高)電位を与えることができる。このとき接続手段42Wは、p+型コレクタ領域15Bに対しては直接的に接続され、抵抗体72またはダイオード73を介在してn+型カソード領域13に接続される。したがって、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間における抵抗が高くなるため、スナップバック現象の発生を抑制することができる。
The third
本実施の形態における高耐圧半導体装置は、半導体基板10の第1主面1と第2主面2との間に第1のIGBTが形成されており、第1主面1に沿って第2のIGBTが形成されている。したがって、IGBTのコレクタ側の面積を広く形成することが可能となり、高耐圧半導体装置としての性能の向上や、小型軽量化を図ることが可能となる。
In the high voltage semiconductor device according to the present embodiment, the first IGBT is formed between the first
[実施の形態10]
図36〜図40を参照して、本発明に基づいた実施の形態10について説明する。本実施の形態における高耐圧半導体装置と、実施の形態9における高耐圧半導体装置とは、p+型コレクタ領域15Bとn+型カソード領域13との間とはトレンチ領域80を挟んで交互に並んで配列されている点、第3主電極43Tがp+型コレクタ領域15Bとn+型カソード領域13との双方の表面に接触して形成されている点、そして、抵抗体72およびダイオード73を備えていない点において相違し、その他については略同様である。
[Embodiment 10]
A tenth embodiment based on the present invention will be described with reference to FIGS. The high breakdown voltage semiconductor device in the present embodiment and the high breakdown voltage semiconductor device in the ninth embodiment are alternately arranged between the p +
図36および図39を参照して、p+型コレクタ領域15Bおよびn+型カソード領域13は、実施の形態9と同様に、半導体基板10の端面に隣接して、第1主面1から第2主面2に向かって形成されている。p+型コレクタ領域15Bおよびn+型カソード領域13は、半導体基板10を貫通しない深さで形成されている。
Referring to FIGS. 36 and 39, p + -
p+型コレクタ領域15Bおよびn+型カソード領域13の(図36の紙面上下方向における)それぞれの両端は、トレンチ領域80に挟まれている。トレンチ領域80は、絶縁膜82と、当該絶縁膜82に内包される薄板状の導電層81とを含んでいる。p+型コレクタ領域15Bは、n+型カソード領域13とともに、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って交互に並んで配列されている。p+型コレクタ領域15Bとn+型カソード領域13とは、半導体基板10の第1主面1における端面に沿って、半導体基板10の全周にわたって(トレンチ領域80を挟んで)形成されている。
Both ends of the p + -
第3主電極43Tは、半導体基板10の第1主面1の端面側に形成されたn+型カソード領域13およびp+型コレクタ領域15Bの双方に接触して形成されている。接続手段42Wの一端と第3主電極43Tとが接続され、接続手段42Wの他端と第2主電極42Pとが接続される。こうして、第2主電極42Pは、n+型カソード領域13またはp+型コレクタ領域15Bに対して(高)電位を与えることができる。
The third
(作用・効果)
図38および図39を参照して、実施の形態9と同様に、IGBTのオン動作時においては、矢印AR1方向または矢印AR2方向に電流が流れる。IGBTオフ動作時においては、矢印AR1方向および矢印AR2方向には電流が流れなくなる。図40を参照して、還流ダイオードのオン動作時においては、矢印AR3方向に電流が流れる。当該電流は、第2のIGBTのオン動作時に矢印AR2方向に流れていた電流と並行かつ逆方向に流れる。
(Action / Effect)
Referring to FIGS. 38 and 39, as in the ninth embodiment, current flows in the direction of arrow AR1 or arrow AR2 when the IGBT is turned on. During the IGBT off operation, no current flows in the arrow AR1 direction and the arrow AR2 direction. Referring to FIG. 40, the current flows in the direction of arrow AR3 when the freewheeling diode is on. The current flows in a direction opposite to and parallel to the current flowing in the direction of the arrow AR2 when the second IGBT is turned on.
したがって、実施の形態9と同様に、第1主電極41と第2主電極42Pとの間、および第1主電極41と第3主電極43Tとの間には、IGBTとダイオードとが逆並列に接続された回路と等価となる。すなわち、本実施の形態における高耐圧半導体装置は、IGBTと還流ダイオードとが逆並列接続された回路としての機能を有する。
Accordingly, as in the ninth embodiment, the IGBT and the diode are antiparallel between the first
n+型カソード領域13とp+型コレクタ領域15Bとの間にはトレンチ領域80が形成されている。したがって、IGBTのオン動作時に流れる電流と、還流ダイオードのオン動作時に流れる電流との間における抵抗が高くなるため、スナップバック現象の発生を抑制することができる。
A
以上、本発明の発明を実施するための形態について説明したが、今回開示された形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 As mentioned above, although the form for implementing invention of this invention was demonstrated, it should be thought that the form disclosed this time is an illustration and restrictive at no points. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 第1主面、2 第2主面、10 半導体基板、10A,10B n+型バッファ領域、11,11A,11B p型ベース領域、11a,73Da p+型領域、11AP,11BP ピーク濃度領域、12 n+型エミッタ領域、13 n+型カソード領域、14,15,15B p+型コレクタ領域、11AD,11BD,13D,15D,40D,50D,60D 深さ、20 電界緩和手段、31,37,38,52,62,65,82 絶縁膜、31A,39 層間絶縁膜、36,80 トレンチ領域、36A 側壁部、36B 背面部、40 ゲート電極、40P,40GP ゲートパッド、40T ゲート配線、40W ゲートワイヤ、41 第1主電極、41P エミッタパッド、41W エミッタワイヤ、42P 第2主電極、42C,42T コレクタパッド、42W 接続手段、43,43T 第3主電極、48,49,72M,73M 導電膜、50 第1トレンチ領域、51,61,64,81 導電層、60 第2トレンチ領域、63 第3トレンチ領域、71 導電性ワイヤ、72 抵抗体、72Da,72Dc,73Dc n+型領域、72Db,73Db n−型領域、73 ダイオード、AR1〜AR3 矢印、LT1,LT2 ライフタイム、R1,R2 抵抗。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 1st main surface, 2nd 2nd main surface, 10 Semiconductor substrate, 10A, 10Bn + type | mold buffer area | region, 11, 11A, 11B p-type base area | region, 11a, 73Dap + type | mold area | region, 11AP, 11BP peak concentration area | region, 12 n + type emitter region, 13 n + type cathode region, 14, 15, 15B p + type collector region, 11AD, 11BD, 13D, 15D, 40D, 50D, 60D depth, 20 electric field relaxation means, 31, 37, 38, 52, 62, 65, 82 Insulating film, 31A, 39 Interlayer insulating film, 36, 80 Trench region, 36A Side wall, 36B Back surface, 40 Gate electrode, 40P, 40GP Gate pad, 40T Gate wiring, 40W Gate wire , 41 first main electrode, 41P emitter pad, 41W emitter wire, 42P second main electrode, 42C, 42T collection Tap pad, 42W connection means, 43, 43T third main electrode, 48, 49, 72M, 73M conductive film, 50 first trench region, 51, 61, 64, 81 conductive layer, 60 second trench region, 63 third trench Area, 71 Conductive wire, 72 Resistor, 72 Da, 72 Dc, 73 Dcn + type area, 72 Db, 73 Db n − type area, 73 Diode, AR1 to AR3 arrows, LT1, LT2 lifetime, R1, R2 resistance.
Claims (4)
前記半導体基板の前記第1主面に形成され、前記第1主面において前記半導体基板に取り囲まれた第2導電型の第1半導体領域と、
前記第1主面に形成され、前記半導体基板との間で前記第1半導体領域を挟む第1導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板の前記第1主面における端面に隣接して交互に並んで配設され、前記第1主面から前記第2主面に向かって前記半導体基板を貫通しない深さでそれぞれ形成された第1導電型の第3半導体領域および第2導電型の第4半導体領域と、
前記半導体基板の前記第1主面における端面に隣接し、前記第1主面から前記第2主面に向かって形成され、前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とを分離するトレンチ領域と、
前記半導体基板と前記第2半導体領域とに挟まれる前記第1半導体領域に層間絶縁膜を介在して対向するように形成された制御電極と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の双方に接触して形成された第1主電極と、
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とに電気的に接続されて形成された第2主電極と、
を備える、高耐圧半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces;
A first conductive region of a second conductivity type formed on the first main surface of the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate on the first main surface;
A second semiconductor region of a first conductivity type formed on the first main surface and sandwiching the first semiconductor region with the semiconductor substrate;
The semiconductor substrate is alternately arranged adjacent to the end surface of the first main surface, and is formed at a depth that does not penetrate the semiconductor substrate from the first main surface toward the second main surface. A third semiconductor region of the first conductivity type and a fourth semiconductor region of the second conductivity type;
A trench region adjacent to an end surface of the first main surface of the semiconductor substrate, formed from the first main surface toward the second main surface, and separating the third semiconductor region and the fourth semiconductor region; ,
A control electrode formed to face the first semiconductor region sandwiched between the semiconductor substrate and the second semiconductor region with an interlayer insulating film interposed therebetween;
A first main electrode formed in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A second main electrode formed in electrical connection with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region;
A high voltage semiconductor device comprising:
前記半導体基板の前記第1主面に形成され、前記第1主面において前記半導体基板に取り囲まれた第2導電型の第1半導体領域と、
前記第1主面に形成され、前記半導体基板との間で前記第1半導体領域を挟む第1導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板の前記第1主面における端面に隣接して、前記半導体基板を挟みながら交互に並んで配設され、前記第1主面から前記第2主面に向かって前記半導体基板を貫通しない深さでそれぞれ形成された第1導電型の第3半導体領域および第2導電型の第4半導体領域と、
前記半導体基板と前記第2半導体領域とに挟まれる前記第1半導体領域に層間絶縁膜を介在して対向するように形成された制御電極と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域の双方に接触して形成された第1主電極と、
前記第3半導体領域および前記第4半導体領域を接続する、抵抗体またはダイオードと、
前記第4半導体領域に電気的に接続された第2主電極と、
を備える、
高耐圧半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate having first and second main surfaces;
A first conductive region of a second conductivity type formed on the first main surface of the semiconductor substrate and surrounded by the semiconductor substrate on the first main surface;
A second semiconductor region of a first conductivity type formed on the first main surface and sandwiching the first semiconductor region with the semiconductor substrate;
Adjacent to the end surface of the first main surface of the semiconductor substrate, the semiconductor substrates are alternately arranged while sandwiching the semiconductor substrate, and do not penetrate the semiconductor substrate from the first main surface toward the second main surface. A first conductivity type third semiconductor region and a second conductivity type fourth semiconductor region, each formed at a depth;
A control electrode formed to face the first semiconductor region sandwiched between the semiconductor substrate and the second semiconductor region with an interlayer insulating film interposed therebetween;
A first main electrode formed in contact with both the first semiconductor region and the second semiconductor region;
A resistor or a diode connecting the third semiconductor region and the fourth semiconductor region;
A second main electrode electrically connected to the fourth semiconductor region;
Comprising
High voltage semiconductor device.
前記第3半導体領域と前記第4半導体領域とに挟まれる前記半導体基板に前記層間絶縁膜を介在して対向するように前記第1主面上に配設されるか、若しくは前記第3半導体領域と前記第4半導体領域との間の前記半導体基板の内部に配設される、請求項2に記載の高耐圧半導体装置。 The resistor or the diode is:
Disposed on the first main surface so as to face the semiconductor substrate sandwiched between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region with the interlayer insulating film interposed therebetween, or the third semiconductor region The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 2, wherein the high breakdown voltage semiconductor device is disposed inside the semiconductor substrate between the first semiconductor region and the fourth semiconductor region.
前記第5半導体領域に接触して形成された第3主電極と、
前記第2主電極と前記第3主電極とを接続する接続手段と、
をさらに備える、請求項1から3のいずれかに記載の高耐圧半導体装置。 A fifth semiconductor region of a second conductivity type formed on the second main surface of the semiconductor substrate;
A third main electrode formed in contact with the fifth semiconductor region;
Connecting means for connecting the second main electrode and the third main electrode;
The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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