JP2014011395A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SOI基板上に形成された横型のダイオードおよび絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(以下IGBTと記す)に関する。 The present invention relates to a lateral diode and an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) formed on an SOI substrate.
近年、デバイス分離領域が小さく、寄生トランジスタフリーという特徴から、SOI(Silicon on Insulator)基板を用いた高耐圧パワーICの開発が盛んに行われている。高耐圧パワーICの開発においては、負荷を直接駆動する高耐圧出力デバイスの性能向上が、出力特性やチップサイズ低減の観点から必須となる。 In recent years, high-breakdown-voltage power ICs using an SOI (Silicon on Insulator) substrate have been actively developed because of their small device isolation region and parasitic transistor-free characteristics. In the development of a high voltage power IC, it is essential to improve the performance of a high voltage output device that directly drives a load from the viewpoint of output characteristics and chip size reduction.
特許文献1には、SOI基板を用いた横型ダイオードの例が開示されている。この文献には、アノード領域のpウェル層の長辺方向の端部とダイオードを取り囲むように形成される素子分離領域との距離dを、最大定格となる逆方向電圧印加時に空乏層が素子分離領域まで伸びる5μm以下にすることにより、逆方向回復時のpウェル層の端部での電界強度を低減し、ホール電流を抑制し、局所的な温度上昇を抑制することが示されている。 Patent Document 1 discloses an example of a lateral diode using an SOI substrate. This document describes the distance d between the end of the p-well layer in the anode region in the long side direction and the element isolation region formed so as to surround the diode, and the depletion layer performs element isolation when a reverse voltage is applied which is the maximum rating. It has been shown that by setting the area to 5 μm or less extending to the region, the electric field strength at the end of the p-well layer during reverse recovery is reduced, the hole current is suppressed, and the local temperature rise is suppressed.
図12は、特許文献1で開示されている横型ダイオードの例を示す図である。図12において、図12(a)は平面図、図12(b)は断面図(A−A’)、図12(C)は断面図(B−B’)である。 FIG. 12 is a diagram illustrating an example of a lateral diode disclosed in Patent Document 1. In FIG. 12A is a plan view, FIG. 12B is a cross-sectional view (A-A ′), and FIG. 12C is a cross-sectional view (B-B ′).
アノード領域A18では、n−ドリフト層Allに選択的にpウエル層A8を形成し、該pウエル層A8の表面にpコンタクト層A13を形成し、アノード電極A16が前記pコンタクト層A13に導通接続するようにアノードプラグA14を設けている。 In the anode region A18, a p-well layer A8 is selectively formed in the n-drift layer All, a p-contact layer A13 is formed on the surface of the p-well layer A8, and the anode electrode A16 is electrically connected to the p-contact layer A13. An anode plug A14 is provided as described above.
カソード領域A19では、n−ドリフト層A11に選択的にnコンタクト層A9を形成し、カソード電極A17がコンタクト層A9に導通接続するようにカソードプラグA15設けられている。 In the cathode region A19, an n contact layer A9 is selectively formed in the n − drift layer A11, and a cathode plug A15 is provided so that the cathode electrode A17 is conductively connected to the contact layer A9.
図12(a)に示すように、アノード領域A18とカソード領域A19はそれぞれストライプ形状であって、その長辺が対向して配置され、ダイオードは素子分離領域A10により囲まれている。 As shown in FIG. 12A, each of the anode region A18 and the cathode region A19 has a stripe shape, the long sides thereof are arranged to face each other, and the diode is surrounded by the element isolation region A10.
前記横型ダイオードは、アノード領域のpウェル層A8の長辺方向の端部とダイオードを取り囲むように形成される素子分離領域A10との距離dを所定の値以下に設定している。 In the lateral diode, the distance d between the end in the long side direction of the p-well layer A8 in the anode region and the element isolation region A10 formed so as to surround the diode is set to a predetermined value or less.
距離dは、ダイオードの最大定格である逆電圧VRを印加したときにアノード領域のpウェル層近傍に形成される空乏層の広がり以下、すなわち、最大定格逆電圧VRを印加したときに形成される空乏層が素子分離領域に接するように設計する。 The distance d is equal to or less than the spread of the depletion layer formed in the vicinity of the p-well layer in the anode region when the reverse voltage VR which is the maximum rating of the diode is applied, that is, when the maximum rated reverse voltage VR is applied. The depletion layer is designed to be in contact with the element isolation region.
リカバリ時、ホールはpウェル層8の長辺方向の端部に向けて流れるが、距離dを小さく設計することで距離dが大きい場合よりも前記ホールの量が減少する。また、空乏層はpウェル層A8とn−ドリフト層Allの境界からn−ドリフト層A11に向かって伸びるが、Pウエル層A8の長辺方向の端部と素子分離領域A10の間のn−ドリフト層Allが空乏化し、Pウエル層A8の長辺方向の端部から素子分離領域A10にかけての電位勾配が緩やかになり、電界強度が低減する。これにより、逆回復耐量の優れたデバイスとなる。 During recovery, holes flow toward the end of the p-well layer 8 in the long side direction, but the amount of holes is reduced by designing the distance d to be smaller than when the distance d is large. The depletion layer extends from the boundary between the p-well layer A8 and the n-drift layer All toward the n-drift layer A11. The drift layer All is depleted, the potential gradient from the end in the long side direction of the P well layer A8 to the element isolation region A10 becomes gentle, and the electric field strength is reduced. As a result, the device has excellent reverse recovery tolerance.
前記従来構造のダイオードでは、カソード領域の長辺方向の端部と素子分離領域との距離fは、耐圧を高めるためには大きい方が好ましい。このため、耐圧が高い素子ほど距離dと距離fの差は大きく設定しなければならない。しかし、この差が大きくなった場合、オン導通時にカソード領域A9の端部に電流が集中し破壊に至る恐れがある。これを防ぐため距離dを大きくすると、逆回復耐量の劣化やアノード領域の長辺方向端部周辺に過剰に蓄積したホールにより逆回復電流が増大する。 In the conventional diode, the distance f between the end of the cathode region in the long side direction and the element isolation region is preferably large in order to increase the breakdown voltage. For this reason, the difference between the distance d and the distance f must be set larger as the element has a higher breakdown voltage. However, when this difference becomes large, current may concentrate at the end of the cathode region A9 during on-conduction, leading to destruction. When the distance d is increased to prevent this, the reverse recovery current increases due to the deterioration of the reverse recovery tolerance and the excessive accumulation of holes around the edge of the anode region in the long side direction.
本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、高耐圧で逆回復特性に優れた半導体装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of these problems, and provides a semiconductor device having high breakdown voltage and excellent reverse recovery characteristics.
本発明は上記課題を解決するため、次のような手段を採用した。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means.
埋め込み酸化層を備えた第1導電型のSOI基板と、前記SOI基板上に形成された第1導電型の半導体領域と、前記SOI基板上に形成された前記第1導電型の半導体領域の長辺にその長辺が並行するように配置した第2導電型の半導体領域と、前記第1導電型の半導体領域および第2導電型の半導体領域を取り囲む素子分離領域とを備えた半導体装置において、該素子分離領域は、前記第1導電型の半導体領域の長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離が、前記第2導電型の半導体領域の長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離よりも長くなる凸型に設定した。 A first conductivity type SOI substrate having a buried oxide layer, a first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate, and a length of the first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate In a semiconductor device comprising: a second conductive type semiconductor region arranged so that its long side is parallel to the side; and an element isolation region surrounding the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region; In the element isolation region, the distance between one end of the long side of the first conductivity type semiconductor region and the adjacent element isolation region is adjacent to one end of the long side of the second conductivity type semiconductor region. The convex shape was set to be longer than the distance between the element isolation regions.
本発明は、以上の構成を備えるため、高耐圧で逆回復特性に優れた半導体装置を提供することができる。 Since the present invention has the above-described configuration, it is possible to provide a semiconductor device with high breakdown voltage and excellent reverse recovery characteristics.
以下、実施形態を添付図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.
(実施形態1)
図1は本発明の第1の実施形態にかかるダイオードを示す図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)のA−A’断面図である。SOI基板であるn型半導体基板2に、p型アノード領域3およびn型カソード領域4を形成し、これらを素子分離領域1で取り囲んでいる。ここで、n型半導体基板2は、単結晶シリコンからなり、図示しない支持基板上に、絶縁層である埋め込み酸化層を介して形成される。また、p型アノード領域3およびn型カソード領域4はn型半導体基板2に不純物を拡散することにより形成される。
(Embodiment 1)
1A and 1B are diagrams showing a diode according to a first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a plan view, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line AA ′ of FIG. A p-type anode region 3 and an n-type cathode region 4 are formed on an n-type semiconductor substrate 2 which is an SOI substrate, and these are surrounded by an element isolation region 1. Here, the n-type semiconductor substrate 2 is made of single crystal silicon, and is formed on a support substrate (not shown) via a buried oxide layer that is an insulating layer. The p-type anode region 3 and the n-type cathode region 4 are formed by diffusing impurities into the n-type semiconductor substrate 2.
p型アノード領域3およびn型カソード領域4はストライプ形状であって、ストライプの長辺を対向して配置する。n型カソード領域4の長辺方向の一端と隣接する素子分離領域1の距離blと、n型カソード領域4の長辺方向の他の一端と隣接する素子分離領域1の距離b3は、それぞれダイオードの最大定格である逆電圧VRを満たす距離に設定する。 The p-type anode region 3 and the n-type cathode region 4 have a stripe shape, and the long sides of the stripe are arranged to face each other. The distance bl of the element isolation region 1 adjacent to one end in the long side direction of the n-type cathode region 4 and the distance b3 of the element isolation region 1 adjacent to the other end in the long side direction of the n-type cathode region 4 are diodes, respectively. Is set to a distance satisfying the reverse voltage VR which is the maximum rating.
また、p型アノード領域3の長辺方向の一端と隣接する素子分離領域1の距離alと、p型アノード領域3の長辺方向の他の一端と隣接する素子分離領域1の距離a3は、それぞれ逆電圧VRを印加したときにp型アノード領域近傍に形成される空乏層の広がり以下に設定する。また、p型アノード領域3の長辺方向の長さa2とn型カソード領域4の長辺方向の長さb2は同等程度に設定する。 The distance al between the element isolation region 1 adjacent to one end in the long side direction of the p-type anode region 3 and the distance a3 between the element isolation region 1 adjacent to the other end in the long side direction of the p-type anode region 3 are: Each is set below the spread of the depletion layer formed in the vicinity of the p-type anode region when the reverse voltage VR is applied. Further, the length a2 of the p-type anode region 3 in the long side direction and the length b2 of the n-type cathode region 4 in the long side direction are set to be approximately equal.
このように、素子分離領域1は、p型アノード領域3の長辺方向の長さa2、距離alおよび距離a3の和aと、n型カソード領域4の長辺方向の長さb2、距離blおよび距離b3の和bは,a<bとなるように素子内部から素子外部の方向に向けて凸型に形成する。 As described above, the element isolation region 1 includes the length a2 in the long side direction of the p-type anode region 3, the sum a of the distance al and the distance a3, the length b2 in the long side direction of the n-type cathode region 4, and the distance bl. The sum b of the distance b3 is formed in a convex shape from the inside of the element toward the outside of the element so that a <b.
図2は、従来の横型ダイオードおよび本実施形態の横型ダイオードの逆回復過程における電流および電圧波形をデバイスシミュレーションで確認したものである。 FIG. 2 shows the current and voltage waveforms in the reverse recovery process of the conventional lateral diode and the lateral diode of this embodiment confirmed by device simulation.
なお、本実施形態にかかる横型ダイオードは、図1(a)に示す平面構造において、p型アノード領域と素子分離領域との距離(a1,a2)を従来のダイオードに比して低減しているのみで、他の条件は同一としている。 Note that the lateral diode according to this embodiment has a reduced distance (a1, a2) between the p-type anode region and the element isolation region in the planar structure shown in FIG. Only other conditions are the same.
図2に示すように、本実施形態のダイオード構造とすることで、従来のダイオード構造に比して逆回復電流および逆回復電荷量が低減されることがわかる。 As shown in FIG. 2, it can be seen that the reverse recovery current and the reverse recovery charge amount are reduced by using the diode structure of the present embodiment as compared with the conventional diode structure.
(実施形態2)
図3は本発明の第二の実施形態を示す平面図である。この構造は、図1に示した横型ダイオードの素子分離領域1を多重に形成したものである。
(Embodiment 2)
FIG. 3 is a plan view showing a second embodiment of the present invention. In this structure, the element isolation regions 1 of the lateral diode shown in FIG. 1 are formed in multiple layers.
素子分離領域を多重とすることで、素子分離領域で分担できる電圧は高くなり、図1の構造に対してより高耐圧を得られる。なお、図3では素子分離領域は3重として図示しているが、多重数は3に限られるものではない。 By multiplexing the element isolation regions, the voltage that can be shared by the element isolation regions is increased, and a higher breakdown voltage can be obtained with respect to the structure of FIG. In FIG. 3, the element isolation region is shown as being triple, but the multiplexing number is not limited to three.
(実施形態3)
図4は、本発明の第三の実施の形態を示す平面図である。この構造は、図1に示した横型ダイオードの素子分離領域1を多重に形成し、さらに最内の素子分離領域のみ凸型に形成したものである。実施形態2と同様に、素子分離領域を多重とすることで、素子分離領域で分担できる電圧が高くなり、さらに内側の素子分離領域と外側の素子分離領域との間の半導体基板も電圧を分担することになる。このため、実施形態1(図1)に示す構造に対してより高耐圧を得られる。なお、図4では素子分離領域は3重として図示しているが、多重数は3に限られるものではない。
(Embodiment 3)
FIG. 4 is a plan view showing a third embodiment of the present invention. In this structure, the element isolation regions 1 of the lateral diode shown in FIG. 1 are formed in multiple layers, and only the innermost element isolation region is formed in a convex shape. As in the second embodiment, by dividing the element isolation region, the voltage that can be shared by the element isolation region is increased, and the voltage is also shared by the semiconductor substrate between the inner element isolation region and the outer element isolation region. Will do. For this reason, a higher breakdown voltage can be obtained with respect to the structure shown in Embodiment 1 (FIG. 1). In FIG. 4, the element isolation region is illustrated as being triple, but the multiplexing number is not limited to three.
(実施形態4)
図5は本発明の第四の実施形態を示す平面図である。この構造は、図1に示した横型ダイオードの素子分離領域1を多重に形成し、さらに最外の素子分離領域を矩形に形成したものである。
(Embodiment 4)
FIG. 5 is a plan view showing a fourth embodiment of the present invention. In this structure, the element isolation regions 1 of the lateral diode shown in FIG. 1 are formed in multiple layers, and the outermost element isolation region is formed in a rectangular shape.
素子分離領域を多重とすることで、素子分離領域で分担できる電圧が高くなり、さらに内側の素子分離領域と外側の素子分離領域との間の半導体基板も電圧を分担するため、図1の構造に対してより高耐圧を得られる。 Since the voltage that can be shared by the element isolation region is increased by multiplexing the element isolation regions, and the semiconductor substrate between the inner element isolation region and the outer element isolation region also shares the voltage, the structure of FIG. Higher withstand voltage can be obtained.
なお、図5では素子分離領域は3重として図示しているが、多重数は3に限られたも
のではない。
In FIG. 5, the element isolation region is illustrated as being triple, but the multiplexing number is not limited to three.
(実施形態5)
図6は、本発明の第五の実施形態を示す平面図である。本実施形態では、素子分離領域1をn型カソード領域の端部の中央から同心円状に形成している。この構造によれば、図1の構造による素子耐圧を維持しつつ、素子内部の半導体基板領域をより削減可能である。このため、図1の構造に対して逆回復電流をより低減可能である。なお、素子分離領域1は図3〜5と同様に多重とすることができる。
(Embodiment 5)
FIG. 6 is a plan view showing a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the element isolation region 1 is formed concentrically from the center of the end of the n-type cathode region. According to this structure, it is possible to further reduce the semiconductor substrate region inside the element while maintaining the element breakdown voltage according to the structure of FIG. Therefore, the reverse recovery current can be further reduced with respect to the structure of FIG. The element isolation region 1 can be multiplexed as in FIGS.
(実施形態6)
図7は、本発明の第六の実施形態を示す平面図である。この構造は、素子内部に1組のp型アノード領域とn型カソード領域が設けられており、図1の構造と同様に距離aを距離bより短くなるよう素子分離領域1を形成している。これにより図1と同様の効果が得られる。なお、素子分離領域1は図3〜5と同様に多重とすることができる。
(Embodiment 6)
FIG. 7 is a plan view showing a sixth embodiment of the present invention. In this structure, a pair of p-type anode region and n-type cathode region is provided inside the device, and the device isolation region 1 is formed so that the distance a is shorter than the distance b, as in the structure of FIG. . Thereby, the same effect as FIG. 1 is acquired. The element isolation region 1 can be multiplexed as in FIGS.
(実施形態7)
図8は、本発明の第七の実施の形態を示す平面図である。この構造は、素子内部に2組以上のp型アノード領域とn型カソード領域が設けられており、図1の構造と同様に距離aを距離bより短くなるよう素子分離領域1を形成している。これにより図1と同様の効果が得られる。なお、素子分離領域1は図3〜5と同様に多重とすることができる。
(Embodiment 7)
FIG. 8 is a plan view showing a seventh embodiment of the present invention. In this structure, two or more sets of a p-type anode region and an n-type cathode region are provided in the element, and the element isolation region 1 is formed so that the distance a is shorter than the distance b as in the structure of FIG. Yes. Thereby, the same effect as FIG. 1 is acquired. The element isolation region 1 can be multiplexed as in FIGS.
(実施形態8)
図9は、本発明をIGBTに適用した例を示す図であり、図9(a)は平面図、図9(b)はB−B’断面図である。n型半導体基板2にp型エミッタ領域5とn型コレクタ領域8が形成され、素子分離領域1で取り囲まれている。
(Embodiment 8)
FIG. 9 is a diagram showing an example in which the present invention is applied to an IGBT, in which FIG. 9A is a plan view and FIG. 9B is a cross-sectional view along BB ′. A p-type emitter region 5 and an n-type collector region 8 are formed in the n-type semiconductor substrate 2 and are surrounded by the element isolation region 1.
p型エミッタ領域5とn型コレクタ領域8はストライプ形状であって、その長辺が対向して配置される。p型エミッタ領域5内には、n型エミッタ領域7およびp型コンタクト領域6が形成される。また、n型コレクタ領域8内には、p型コレクタ領域9が形成される。なお、p型エミッタ領域5、p型コンタクト領域6、n型エミッタ領域7およびn型コレクタ領域8は、n型半導体基板2に不純物を拡散することにより形成される。 The p-type emitter region 5 and the n-type collector region 8 have a stripe shape, and their long sides are arranged to face each other. An n-type emitter region 7 and a p-type contact region 6 are formed in the p-type emitter region 5. A p-type collector region 9 is formed in the n-type collector region 8. The p-type emitter region 5, the p-type contact region 6, the n-type emitter region 7 and the n-type collector region 8 are formed by diffusing impurities into the n-type semiconductor substrate 2.
なお、前記p型コンタクト領域6およびn型エミッタ領域7にはエミッタ電極を接続し、p型コレクタ領域9にはコレクタ電極を接続し、ゲート電極はp型エミッタ領域5上に配置する。 An emitter electrode is connected to the p-type contact region 6 and the n-type emitter region 7, a collector electrode is connected to the p-type collector region 9, and a gate electrode is disposed on the p-type emitter region 5.
n型コレクタ領域8の長辺方向の一端と隣接する素子分離領域1の距離dlと、n型コレクタ領域8の長辺方向の他の一端と隣接する素子分離領域1の距離d3は、IGBTの最大定格である逆電圧VRを満たす距離に設定する。また、p型エミッタ領域5の長辺方向の一端と隣接する素子分離領域1の距離cl、およびp型エミッタ領域5の長辺方向の他端と隣接する素子分離領域1の距離c3は、逆電圧VRを印加したときにp型エミッタ領域近傍に形成される空乏層の広がり以下に設定する。p型エミッタ領域5の長辺方向の長さc2とn型コレクタ領域8の長辺方向の長さd2は同等程度に設定する。 The distance dl of the element isolation region 1 adjacent to one end of the n-type collector region 8 in the long side direction and the distance d3 of the element isolation region 1 adjacent to the other end of the n-type collector region 8 in the long side direction are Set the distance to satisfy the reverse voltage VR which is the maximum rating. The distance cl between the element isolation region 1 adjacent to one end in the long side direction of the p-type emitter region 5 and the distance c3 between the element isolation region 1 adjacent to the other end in the long side direction of the p-type emitter region 5 are opposite. It is set below the spread of the depletion layer formed in the vicinity of the p-type emitter region when the voltage VR is applied. The length c2 of the p-type emitter region 5 in the long side direction and the length d2 of the n-type collector region 8 in the long side direction are set to be approximately the same.
素子分離領域1は、p型エミッタ領域5の長辺方向の長さc2と距離clおよび距離c3との和cと、n型コレクタ領域8の長辺方向の長さd2、距離dlおよび距離d3との和dが、c<dとなるように、素子内部から素子外部の方向に向けて凸型に形成する。これにより、p型エミッタ領域周辺の過剰なキャリア蓄積が抑制され、迅速なターンオフ特性を得られる。 The element isolation region 1 includes the sum c of the length c2 of the p-type emitter region 5 in the long side direction, the distance cl and the distance c3, and the length d2, the distance dl and the distance d3 of the n-type collector region 8 in the long side direction. Is formed in a convex shape from the inside of the device toward the outside of the device so that c <d. Thereby, excessive carrier accumulation around the p-type emitter region is suppressed, and quick turn-off characteristics can be obtained.
なお、図9と同様の構造により、図3、4、5、6、7の構造にもIGBTは適用可能である。 Note that the IGBT can be applied to the structures of FIGS. 3, 4, 5, 6, and 7 by the same structure as that of FIG.
(実施形態9)
図10は、本発明を実施した横型IGBTおよび横型ダイオードを用いたモータ駆動用インバータICの例を示す図である。
(Embodiment 9)
FIG. 10 is a diagram showing an example of a motor drive inverter IC using a lateral IGBT and a lateral diode embodying the present invention.
インバータIC10は、出力段回路11と出力段駆動回路12より構成され、出力段回路11は高圧電源VSとGNDの間に、本発明によるIGBTをトーテムポール接続したものを3組並列に接続し、さらに各IGBTには逆並列に本発明によるダイオードを接続した構成としている。 The inverter IC 10 is composed of an output stage circuit 11 and an output stage drive circuit 12, and the output stage circuit 11 is connected in parallel with three sets of totem pole connected IGBTs according to the present invention between the high voltage power supply VS and GND. Further, each IGBT is configured to be connected in parallel with a diode according to the present invention.
また、トーテムポール接続したIGBTの接続点を出力端子MU、MV、MWとする。IGBTは出力段制御回路12によりオン、オフ制御され、出力端子を、VSまたはGNDの電圧レベル、またはハイインピーダンス状態とする。なお、以下ではトーテムポール接続されたIGBTおよびダイオードの上側のペアを上アーム、下側のペアを下アームと称する。 Further, the connection points of the IGBTs connected to the totem pole are defined as output terminals MU, MV, and MW. The IGBT is ON / OFF controlled by the output stage control circuit 12, and the output terminal is set to a voltage level of VS or GND or a high impedance state. Hereinafter, the upper pair of totem pole-connected IGBTs and diodes is referred to as an upper arm, and the lower pair is referred to as a lower arm.
図11は、インバータICの動作モード例を簡略に示した図である。図11(a)は下アームIGBTがオン状態からオフ状態に切り替わるターンオフ動作を示しており、実線は下アームIGBTがオンの状態で流れる電流経路、破線は下アームIGBTがオフ後の電流経路である。下アームIGBTがオフ状態に移行すると、負荷であるモータのインダクタに流れる電流は上アームのダイオードを介して電源側に流れる。 FIG. 11 is a diagram schematically showing an example of the operation mode of the inverter IC. FIG. 11A shows a turn-off operation in which the lower arm IGBT is switched from the on state to the off state. The solid line is a current path that flows when the lower arm IGBT is on, and the broken line is a current path after the lower arm IGBT is off. is there. When the lower arm IGBT shifts to the OFF state, the current flowing through the inductor of the motor that is the load flows to the power supply side via the diode of the upper arm.
図11(b)は下アームIGBTがオフ状態からオン状態となり、上アームダイオードが遮断状態となる動作を示している。実線は下アームIGBTがオフの状態で流れる電流経路、破線は下アームIGBTがオン後の電流経路である。 FIG. 11B shows an operation in which the lower arm IGBT is turned on from the off state and the upper arm diode is turned off. A solid line is a current path through which the lower arm IGBT is turned off, and a broken line is a current path after the lower arm IGBT is turned on.
IGBTがオフ状態では上アームダイオードが導通状態となっており、IGBTがオン状態に切り替わると電流は下アームIGBTを介してGND側に流れる。この際、上アームダイオードは導通状態から遮断状態に切り替わるが、この過程で逆回復動作が発生する。 When the IGBT is off, the upper arm diode is in a conducting state, and when the IGBT is switched on, current flows to the GND side via the lower arm IGBT. At this time, the upper arm diode is switched from the conductive state to the cut-off state, and a reverse recovery operation occurs in this process.
インバータICでは、以上のようなIGBTのオン、オフ切り替え動作、ダイオードの逆回復動作が頻繁に行われる。本発明によるIGBTおよびダイオードを適用することにより、IGBTのターンオフ特性およびダイオードの逆回復特性が改善され、インバータICの損失を低減することが可能となる。 In the inverter IC, the above-described IGBT on / off switching operation and diode reverse recovery operation are frequently performed. By applying the IGBT and the diode according to the present invention, the turn-off characteristic of the IGBT and the reverse recovery characteristic of the diode are improved, and the loss of the inverter IC can be reduced.
以上説明したように、本発明のダイオードでは、図1に示すように距離aと距離bを異なる値としている。 As described above, in the diode of the present invention, the distance a and the distance b have different values as shown in FIG.
距離blおよび距離b3は耐圧を高めるためには大きい方が望ましい。一方、距離alおよび距離a3はリカバリ耐量の向上や過剰なキャリア蓄積によるリカバリ電流の増大を防ぐためには小さい方が望ましい。 The distance bl and the distance b3 are preferably larger in order to increase the breakdown voltage. On the other hand, it is desirable that the distance al and the distance a3 are small in order to improve recovery tolerance and prevent an increase in recovery current due to excessive carrier accumulation.
また、アノード領域およびカソード領域端部への電流集中を抑制するためには、アノード領域の長辺方向長さa2とカソード領域の長辺方向の長さb2は同等とすることが望ましい。 Further, in order to suppress current concentration at the ends of the anode region and the cathode region, it is desirable that the length a2 in the long side direction of the anode region and the length b2 in the long side direction of the cathode region are equal.
本発明によるダイオードでは、前述のように距離aを距離bより短く設定することで、前記の高耐圧ダイオードの望まれる形態を満たし、高耐圧で逆回復特性に優れたダイオードを得ることができる。 In the diode according to the present invention, by setting the distance a shorter than the distance b as described above, it is possible to obtain a diode that satisfies the desired form of the high breakdown voltage diode and has a high breakdown voltage and excellent reverse recovery characteristics.
なお、以上の説明において示した導電型は一例であり、それぞれの実施形態において示される導電型(n型、p型)をそれぞれ逆導電型としても同様の効果が期待できる。 In addition, the conductivity type shown in the above description is an example, and the same effect can be expected even if each of the conductivity types (n-type and p-type) shown in each embodiment is a reverse conductivity type.
また、素子分離領域の形状を、IGBTのエミッタ領域およびコレクタ領域に対し同様に適用することでターンオフ速度の向上を図ることができる。 In addition, the turn-off speed can be improved by similarly applying the shape of the element isolation region to the emitter region and the collector region of the IGBT.
なお、本発明の実施形態は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。 In addition, embodiment of this invention is not limited to the said embodiment, Various modifications are included. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to the one having all the configurations described.
また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
Further, a part of the configuration of an embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of an embodiment. In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
1 素子分離領域
2 n型半導体基板
3 p型アノード領域
4 n型カソード領域
5 p型エミッタ領域
6 p型コンタクト領域
7 n型エミッタ領域
8 n型コレクタ領域
9 p型コレクタ領域
10 インバータIC
11 出力段回路
12 出力段駆動回路
13 IGBT
14 ダイオード
1 element isolation region 2 n-type semiconductor substrate 3 p-type anode region 4 n-type cathode region 5 p-type emitter region 6 p-type contact region 7 n-type emitter region 8 n-type collector region 9 p-type collector region 10 inverter IC
11 Output stage circuit 12 Output stage drive circuit 13 IGBT
14 Diode
Claims (7)
前記SOI基板上に形成された第1導電型の半導体領域と、
前記SOI基板上に形成された前記第1導電型の半導体領域の長辺にその長辺が並行するように配置した第2導電型の半導体領域と、
前記第1導電型の半導体領域および第2導電型の半導体領域を取り囲む素子分離領域とを備えた半導体装置において、
該素子分離領域は、前記第1導電型の半導体領域の長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離が、前記第2導電型の半導体領域の長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離よりも長くなる凸型に設定したことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type SOI substrate with a buried oxide layer;
A first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
A second conductivity type semiconductor region arranged so that the long side thereof is parallel to the long side of the first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
In a semiconductor device comprising an element isolation region surrounding the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region,
In the element isolation region, the distance between one end of the long side of the first conductivity type semiconductor region and the adjacent element isolation region is adjacent to one end of the long side of the second conductivity type semiconductor region. A semiconductor device characterized in that it is set in a convex shape that is longer than the distance between element isolation regions.
第2導電型の半導体領域の長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離は、逆電圧が印加されたとき第2導電型の半導体領域付近に形成される空乏層の拡がり以下に設定することを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The distance between one end of the long side of the second conductivity type semiconductor region and the element isolation region adjacent thereto is equal to or less than the spread of the depletion layer formed in the vicinity of the second conductivity type semiconductor region when a reverse voltage is applied. A semiconductor device characterized by being set.
前記第1導電型の拡散領域の長辺の長さと、前記第2導電型の半導体領域の長辺の長さは等しいことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
The semiconductor device according to claim 1, wherein a length of a long side of the first conductive type diffusion region is equal to a length of a long side of the second conductive type semiconductor region.
前記SOI基板上に形成された第1導電型の半導体領域と、
前記SOI基板上に形成された前記第1導電型の半導体領域の長辺にその長辺が並行するように配置した第2導電型の半導体領域と、
前記第1導電型の半導体領域および第2導電型の半導体領域を取り囲む素子分離領域とを備えた半導体装置において、
前記第1導電型の半導体領域の長辺の長さをb2、長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離b1,長辺の他方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離b3とし、
前記第2導電型の半導体領域の長辺の長さをa2、長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離a1,長辺の他方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離a3としたとき、
a1+a2+a3<b1+b2+b3に設定したことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type SOI substrate with a buried oxide layer;
A first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
A second conductivity type semiconductor region arranged so that the long side thereof is parallel to the long side of the first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
In a semiconductor device comprising an element isolation region surrounding the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region,
The length of the long side of the semiconductor region of the first conductivity type is b2, the distance b1 between one end of the long side and the element isolation region adjacent thereto, and the distance b3 between the other end of the long side and the element isolation region adjacent thereto. age,
The length of the long side of the semiconductor region of the second conductivity type is a2, the distance a1 between one end of the long side and the element isolation region adjacent thereto, the distance a3 between the other end of the long side and the element isolation region adjacent thereto. When
A semiconductor device, wherein a1 + a2 + a3 <b1 + b2 + b3 is set.
第1導電型の半導体領域と第2導電型の半導体領域は交互に複数回連続して配置したことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A semiconductor device characterized in that the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor region are alternately and continuously arranged a plurality of times.
素子分離領域は、少なくとも最内周に配置した凸型の素子分離領域の外周に多重に設けたことを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
2. A semiconductor device according to claim 1, wherein the element isolation region is provided in a multiple number on the outer periphery of at least the convex element isolation region disposed on the innermost periphery.
前記SOI基板上に形成された第1導電型の半導体領域と、
前記SOI基板上に形成された前記第1導電型の半導体領域の長辺にその長辺が並行するように配置した第2導電型の半導体領域と、
前記第1導電型の半導体領域に形成した第2導電型のコレクタ領域、前記第2導電型の半導体領域に形成した第1導電型のエミッタ領域、前記第2導電型の半導体領域上に形成したゲートとして機能する電極と、
前記第1導電型の半導体領域および第2導電型の半導体領域を取り囲む素子分離領域とを備えた半導体装置において、
前記第1導電型の半導体領域の長辺の長さをd2、長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離d1,長辺の他方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離d3とし、
前記第2導電型の半導体領域の長辺の長さをc2、長辺の一方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離c1,長辺の他方端とそれに隣接する素子分離領域間の距離c3としたとき、
c1+c2+c3<d1+d2+d3であることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type SOI substrate with a buried oxide layer;
A first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
A second conductivity type semiconductor region arranged so that the long side thereof is parallel to the long side of the first conductivity type semiconductor region formed on the SOI substrate;
A second conductivity type collector region formed in the first conductivity type semiconductor region, a first conductivity type emitter region formed in the second conductivity type semiconductor region, and a second conductivity type semiconductor region. An electrode functioning as a gate;
In a semiconductor device comprising an element isolation region surrounding the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region,
The length of the long side of the first conductivity type semiconductor region is d2, the distance d1 between one end of the long side and the adjacent element isolation region, and the distance d3 between the other end of the long side and the adjacent element isolation region. age,
The length of the long side of the second conductivity type semiconductor region is c2, the distance c1 between one end of the long side and the adjacent element isolation region, and the distance c3 between the other end of the long side and the adjacent element isolation region. When
c1 + c2 + c3 <d1 + d2 + d3.
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