JP2014229794A - Igbt - Google Patents
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Abstract
Description
本明細書では、ドリフト層に少数キャリアが過度に注入されることを抑制するとともにドリフト層とコレクタ電極間に適正電位差を確保することができるIGBT(insulated gate bipolar transistor)を開示する。 In the present specification, an insulated gate bipolar transistor (IGBT) that can suppress an excessive injection of minority carriers into the drift layer and can secure an appropriate potential difference between the drift layer and the collector electrode is disclosed.
IGBTは、通常、n型ドリフト層とp型コレクタ層とコレクタ電極を備えており、コレクタ電極とp型コレクタ層からn型ドリフト層に正孔を注入し、n型ドリフト層で電導度変調現象を発生させる。本明細書では、電導度変調現象が生じる領域を第1導電型ドリフト層という。第1導電型ベース層または第1導電型バルク層と称されることもある。 An IGBT normally includes an n-type drift layer, a p-type collector layer, and a collector electrode, and holes are injected from the collector electrode and the p-type collector layer into the n-type drift layer, and the conductivity modulation phenomenon occurs in the n-type drift layer. Is generated. In this specification, a region where the conductivity modulation phenomenon occurs is referred to as a first conductivity type drift layer. It may be called a 1st conductivity type base layer or a 1st conductivity type bulk layer.
IGBTでは、第1導電型ドリフト層に適正量の第2導電型キャリアを注入することが重要であり、第2導電型キャリアが過度に注入されないように抑制する必要が生じる場合がある。第2導電型キャリアが過度に注入されると、例えばターンオフ時の電力損失が増大するといった問題が生じる。 In the IGBT, it is important to inject an appropriate amount of the second conductivity type carrier into the first conductivity type drift layer, and it may be necessary to suppress the second conductivity type carrier from being excessively injected. When the second conductivity type carrier is excessively injected, there arises a problem that, for example, power loss at turn-off increases.
そこで特許文献1の技術が提案されている。特許文献1の技術では、n型ドリフト層の裏面(p型コレクタ層とコレクタ電極を形成する側の面)の一部に、p型コレクタ層とコレクタ電極を形成する。通常のIGBTは、n型ドリフト層の裏面の全域に亘って、p型コレクタ層とコレクタ電極を形成する。それに対して特許文献1に記載のように、p型コレクタ層とコレクタ電極の形成範囲を制約すると、n型ドリフト層への正孔の注入量が抑制される。 Therefore, the technique of Patent Document 1 has been proposed. In the technique of Patent Document 1, the p-type collector layer and the collector electrode are formed on a part of the back surface of the n-type drift layer (the surface on the side where the p-type collector layer and the collector electrode are formed). In a normal IGBT, a p-type collector layer and a collector electrode are formed over the entire back surface of the n-type drift layer. On the other hand, as described in Patent Document 1, when the formation range of the p-type collector layer and the collector electrode is restricted, the amount of holes injected into the n-type drift layer is suppressed.
特許文献1の技術では、n型ドリフト層の裏面の一部にp型コレクタ層とコレクタ電極を積層する。p型コレクタ層とコレクタ電極は同一サイズであり、同一範囲に形成する。この構造の場合、コレクタ電極の端部とn型ドリフト層の間にp型コレクタ層を介在させておくことができず、コレクタ電極の端部とn型ドリフト層の間がショートしやすい。コレクタ電極とn型ドリフト層の間がショートして両者間の電位差が小さくなると、p型コレクタ層からn型ドリフト層に正孔が注入されなくなり、電導度変調現象が生じなくなってしまう。IGBT本来の動作をしなくなってしまう。 In the technique of Patent Document 1, a p-type collector layer and a collector electrode are stacked on a part of the back surface of the n-type drift layer. The p-type collector layer and the collector electrode have the same size and are formed in the same range. In this structure, the p-type collector layer cannot be interposed between the end portion of the collector electrode and the n-type drift layer, and the end portion of the collector electrode and the n-type drift layer are easily short-circuited. When the collector electrode and the n-type drift layer are short-circuited and the potential difference between the two becomes small, holes are not injected from the p-type collector layer into the n-type drift layer, and the conductivity modulation phenomenon does not occur. The original operation of the IGBT will not be performed.
本明細書では、コレクタ電極の形成範囲を制約することで第1導電型ドリフト層への第2導電型キャリアの注入量を制約し、しかも、コレクタ電極と第1導電型ドリフト層の間がショートすることを防止することによって両者間に適正電位差が維持されるようにし、それによって第2導電型コレクタ層から第1導電型ドリフト層に第2導電型キャリアが注入されて電導度変調現象が生じるIGBTを提案する。 In the present specification, the amount of the second conductivity type carriers injected into the first conductivity type drift layer is restricted by restricting the formation range of the collector electrode, and the collector electrode and the first conductivity type drift layer are short-circuited. Therefore, the proper potential difference is maintained between the two conductivity type carriers, whereby the second conductivity type carriers are injected from the second conductivity type collector layer into the first conductivity type drift layer, and the conductivity modulation phenomenon occurs. An IGBT is proposed.
本明細書ではIGBTを構成する各部分を、エミッタ電極、第1導電型エミッタ領域、第2導電型ボディ領域、第1導電型ドリフト層、第2導電型コレクタ層、コレクタ電極、ゲート電極という。ボディ領域はベース領域と称されることがあり、ドリフト層はベース層またはバルク層と称されることもある。本明細書でいう「層」は、半導体基板に沿って延びているものをいう。IGBTによっては、第1導電型エミッタ領域と第2導電型ボディ領域が層状に延びておらず、局所的範囲に形成されていることがあることから、領域という。IGBTによっては、第2導電型ボディ領域が、エミッタ電極とオーミック接触する不純物高濃度領域と、ゲート電極に対向する位置に形成されている不純物低濃度領域を備えていることがある。
IGBTでは、エミッタ電極に第1導電型エミッタ領域が接しており、コレクタ電極に第2導電型コレクタ層が接している。第1導電型エミッタ領域と第2導電型コレクタ層の間は、少なくとも第2導電型ボディ領域と第1導電型ドリフト層で分離されており、第2導電型ボディ領域が第1エミッタ領域側に配置され、第1導電型ドリフト層が第2導電型コレクタ層側に配置されている。ゲート電極が、第1導電型エミッタ領域と第1導電型ドリフト層を分離している範囲の第2導電型ボディ領域に絶縁膜を介して対向している。
本明細書で開示するIGBTでは、コレクタ電極の形成範囲が第1導電型ドリフト層の形成範囲の一部に制限されており、第2導電型コレクタ層の形成範囲がコレクタ電極の形成範囲を包含してその外側に延びている。
In this specification, each part constituting the IGBT is referred to as an emitter electrode, a first conductivity type emitter region, a second conductivity type body region, a first conductivity type drift layer, a second conductivity type collector layer, a collector electrode, and a gate electrode. The body region may be referred to as a base region, and the drift layer may be referred to as a base layer or a bulk layer. The “layer” in this specification refers to a layer extending along the semiconductor substrate. Depending on the IGBT, the first conductivity type emitter region and the second conductivity type body region do not extend in layers, and may be formed in a local range, and hence are referred to as regions. Depending on the IGBT, the second conductivity type body region may include a high impurity concentration region in ohmic contact with the emitter electrode and a low impurity concentration region formed at a position facing the gate electrode.
In the IGBT, the first conductivity type emitter region is in contact with the emitter electrode, and the second conductivity type collector layer is in contact with the collector electrode. The first conductivity type emitter region and the second conductivity type collector layer are separated by at least the second conductivity type body region and the first conductivity type drift layer, and the second conductivity type body region is located on the first emitter region side. The first conductivity type drift layer is disposed on the second conductivity type collector layer side. The gate electrode is opposed to the second conductivity type body region in a range separating the first conductivity type emitter region and the first conductivity type drift layer via an insulating film.
In the IGBT disclosed in this specification, the formation range of the collector electrode is limited to a part of the formation range of the first conductivity type drift layer, and the formation range of the second conductivity type collector layer includes the formation range of the collector electrode. And it extends to the outside.
上記のIGBTでは、コレクタ電極の形成範囲が第1導電型ドリフト層の形成範囲の一部に制限されており、第1導電型ドリフト層に対する第2導電型キャリアの注入量が抑制され、過剰に注入されることを抑制できる。同時に、第2導電型コレクタ層の形成範囲がコレクタ電極の形成範囲を包含してその外側に延びていることから、コレクタ電極の端部でもコレクタ電極と第1導電型ドリフト層の間に第2導電型コレクタ層が介在する。コレクタ電極と第1導電型ドリフト層の間に、コレクタ電極から第1導電型ドリフト層に向けて第2導電型キャリアが移動する電位差が確保され、第1導電型ドリフト層で電導度変調現象が生じる。電力損失が少ないIGBTが得られる。 In the above-described IGBT, the collector electrode formation range is limited to a part of the first conductivity type drift layer formation range, the amount of second conductivity type carriers injected into the first conductivity type drift layer is suppressed, and excessively Injection can be suppressed. At the same time, since the formation range of the second conductivity type collector layer includes the collector electrode formation range and extends to the outside thereof, the second conductivity type collector layer also extends between the collector electrode and the first conductivity type drift layer at the end of the collector electrode. A conductive collector layer is interposed. A potential difference in which the second conductivity type carriers move from the collector electrode to the first conductivity type drift layer is secured between the collector electrode and the first conductivity type drift layer, and the conductivity modulation phenomenon occurs in the first conductivity type drift layer. Arise. An IGBT with low power loss can be obtained.
IGBTの特性を改善するために、IGBTの基本構造に改良を加えることがある。例えば、第2導電型キャリアがエミッタ電極に抜けることを抑制するために、第2導電型ボディ領域の中間深さ、または第2導電型ボディ領域と第1導電型ドリフト層の間に、第1導電型の層を設けることがある。あるいは、空乏層が第2導電型コレクタ層に達することを防止するために、第1導電型ドリフト層と第2導電型コレクタ層の間に第1導電型バッファ層を挿入することがある。第1導電型バッファ層は、第1導電型ドリフト層より第1導電型不純物を高濃度に含んでいる。
請求項に記載されているIGBTは、上記の改良が加えられたものをも含んでいる。
In order to improve the characteristics of the IGBT, the basic structure of the IGBT may be improved. For example, in order to suppress the escape of the second conductivity type carrier to the emitter electrode, the first depth between the second conductivity type body region or the second conductivity type body region and the first conductivity type drift layer is suppressed. A conductive layer may be provided. Alternatively, in order to prevent the depletion layer from reaching the second conductivity type collector layer, a first conductivity type buffer layer may be inserted between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type collector layer. The first conductivity type buffer layer contains the first conductivity type impurity at a higher concentration than the first conductivity type drift layer.
The IGBT described in the claims also includes the above-described improvements.
実際の半導体装置では、半導体基板の中央部にIGBTを形成し、半導体基板の周辺部に電界緩和構造を形成する。その場合、コレクタ電極が、中央部を包含してその外側に延びていることが好ましい。すなわち、IGBTが形成されている中央部では全域に亘ってコレクタ電極が形成される一方において、周辺部の少なくとも一部ではコレクタ電極が形成されていないことが好ましい。 In an actual semiconductor device, an IGBT is formed in the central portion of the semiconductor substrate and an electric field relaxation structure is formed in the peripheral portion of the semiconductor substrate. In that case, it is preferable that the collector electrode includes the central portion and extends to the outside thereof. That is, it is preferable that the collector electrode is formed over the entire area in the central portion where the IGBT is formed, while the collector electrode is not formed in at least a part of the peripheral portion.
上記構造によると、IGBTが形成されている中央部では全域に亘ってコレクタ電極が形成されているために、IGBTの形成範囲では活発な電導度変調現象が生じ、オン電圧が低下する。その一方において、周辺部の少なくとも一部ではコレクタ電極が形成されていないために、周辺部のドリフト層に過剰な少数キャリアが注入されることがなく、ターンオフ時の電力損失が低下する。上記のIGBTによると、コレクタ電極とドリフト層がショートすることがなく、オン電圧が低く、ターンオフ時の電力損失を低く抑えることができる。 According to the above structure, since the collector electrode is formed over the entire area in the central portion where the IGBT is formed, an active conductivity modulation phenomenon occurs in the formation range of the IGBT, and the on-voltage decreases. On the other hand, since no collector electrode is formed in at least a part of the peripheral portion, excessive minority carriers are not injected into the drift layer in the peripheral portion, and power loss at turn-off is reduced. According to the above-described IGBT, the collector electrode and the drift layer are not short-circuited, the on-voltage is low, and the power loss during turn-off can be kept low.
中央部では全域に亘ってコレクタ電極が形成される一方において、周辺部では少なくとも一部においてコレクタ電極が形成されないという場合、半導体基板を断面視したときに、コレクタ電極の外周端が、最外周のゲート電極と第1導電型ドリフト層が接する位置から45°の傾斜角で半導体基板の側面に向かう仮想線より中央部側に留まっていることが好ましい。
IGBTが形成されている中央部と電界緩和構造が形成されている周辺部の間にあって半導体基板の表面に臨む位置に、第2導電型不純物の高濃度領域が形成されていることがある。この場合には、半導体基板を断面視したときに、コレクタ電極の外周端が、第2導電型不純物の高濃度領域の下方に位置していることが好ましい。
When the collector electrode is formed over the entire area in the central portion, but the collector electrode is not formed in at least a part in the peripheral portion, when the semiconductor substrate is viewed in cross section, the outer peripheral edge of the collector electrode is It is preferable that the gate electrode and the first conductivity type drift layer remain at a central portion side with respect to a virtual line toward the side surface of the semiconductor substrate at an inclination angle of 45 ° from a position where the gate electrode and the first conductivity type drift layer are in contact.
A high-concentration region of the second conductivity type impurity may be formed at a position between the central portion where the IGBT is formed and the peripheral portion where the electric field relaxation structure is formed and facing the surface of the semiconductor substrate. In this case, it is preferable that the outer peripheral end of the collector electrode is located below the high concentration region of the second conductivity type impurity when the semiconductor substrate is viewed in cross section.
上記の場合、IGBTの形成範囲では、第2導電型コレクタ層から第1導電型ドリフト層に第2導電型キャリアを注入して活発な電導度変調現象を得ることができ、周辺部では第1導電型ドリフト層に過剰な第2導電型キャリアが注入されることを抑制してターンオフ時の電力損失を低減することができる。 In the above case, in the IGBT formation range, the second conductivity type carrier can be injected from the second conductivity type collector layer into the first conductivity type drift layer to obtain an active conductivity modulation phenomenon. It is possible to suppress excessive second conductivity type carriers from being injected into the conductivity type drift layer and to reduce power loss during turn-off.
コレクタ電極の形成範囲が制約されている場合、第2導電型コレクタ層の形成範囲をも制約してもよいし、第2導電型コレクタ層については制約しなくてもよい。すなわち、第2導電型コレクタ層が半導体基板の全域に亘って延びていてもよい。この場合、第2導電型コレクタ層の形成範囲を制約する工程が不必要となり、製造工程が簡単化される。 When the formation range of the collector electrode is restricted, the formation range of the second conductivity type collector layer may also be restricted, or the second conductivity type collector layer may not be restricted. That is, the second conductivity type collector layer may extend over the entire area of the semiconductor substrate. In this case, a process for restricting the formation range of the second conductivity type collector layer is unnecessary, and the manufacturing process is simplified.
コレクタ電極がIGBTの形成範囲を包含してその外側に延びており、第2導電型コレクタ層がコレクタ電極の形成範囲を包含してその外側に延びているという場合、その条件を満たしながら、第2導電型コレクタ層の形成範囲を制約することも有意味である。半導体基板を断面視したときに、第2導電型コレクタ層の外周端が、最外周のゲート電極と第1導電型ドリフト層が接する位置から45°の傾斜角で半導体基板の側面に向かう仮想線より中央部側に留まっていると、IGBTの形成範囲では活発な電導度変調現象を得ることができ、周辺部では第2導電型キャリアが過剰に注入されることを抑制することができる。
IGBTが形成されている中央部と電界緩和構造が形成されている周辺部の間にあって半導体基板の表面に臨む位置に、第2導電型不純物の高濃度領域が形成されていることがある。この場合には、半導体基板を断面視したときに、第2導電型コレクタ層の外周端が第2導電型不純物の高濃度領域の下方に位置していると、IGBTの形成範囲では活発な電導度変調現象を得ることができ、周辺部では第2導電型キャリアが過剰に注入されることを抑制することができる。
When the collector electrode extends to the outside including the formation range of the IGBT and the second conductivity type collector layer extends to the outside including the formation range of the collector electrode, It is also meaningful to limit the formation range of the two-conductivity type collector layer. When the semiconductor substrate is viewed in cross section, the outer peripheral end of the second conductivity type collector layer is an imaginary line heading toward the side surface of the semiconductor substrate at an inclination angle of 45 ° from the position where the outermost gate electrode and the first conductivity type drift layer are in contact If it stays at the center portion side, an active conductivity modulation phenomenon can be obtained in the IGBT formation range, and excessive injection of the second conductivity type carrier can be suppressed in the peripheral portion.
A high-concentration region of the second conductivity type impurity may be formed at a position between the central portion where the IGBT is formed and the peripheral portion where the electric field relaxation structure is formed and facing the surface of the semiconductor substrate. In this case, when the semiconductor substrate is viewed in cross section, if the outer peripheral edge of the second conductivity type collector layer is located below the high concentration region of the second conductivity type impurity, active conduction is achieved in the IGBT formation range. The degree modulation phenomenon can be obtained, and excessive injection of the second conductivity type carrier can be suppressed in the peripheral portion.
本明細書で開示する技術の詳細とさらなる改良は以下の「発明を実施するための形態」と「実施例」で説明する。 Details and further improvements of the technology disclosed in this specification will be described in the following “Description of Embodiments” and “Examples”.
以下に説明する実施例の特徴等を列記しておく。請求項の記載は、これらの特徴を備えているものを含む。
(特徴1)第1導電型=n型であり、第2導電型=p型であり、第2導電型キャリア=正孔である。
(特徴2)第2導電型ボディ領域は、エミッタ電極にオーミック接触する不純物高濃度領域と、ゲート電圧によって反転層が形成される不純物低濃度領域を備えている。
(特徴3)第2導電型ボディ領域は、半導体基板の表面に沿って層状に延びている。
(特徴4)第2導電型ボディ領域の下側または中間深さに、第1導電型の層が挿入されている。第1導電型の層は、第1導電型ドリフト層に注入された第2導電型キャリアがエミッタ電極に抜けることに対する障壁となる。
(特徴5)第1導電型ドリフト層と第2導電型コレクタ層の間に、第1導電型バッファ層が挿入されている。第1導電型バッファ層は、第1導電型ドリフト層より第1導電型不純物を高濃度に含んでいる。第1導電型バッファ層は、空乏層が第2導電型コレクタ層に達するのを防止し、耐圧性能を高める。
(特徴6)第2導電型コレクタ層は、コレクタ電極の形成範囲から、第2導電型コレクタ層の厚みを超えて延びている。
(特徴7)第2導電型コレクタ層とコレクタ電極の双方が、中央部を超えて周辺部にまで延びている。
The features and the like of the embodiments described below are listed. The claims include those that have these characteristics.
(Feature 1) First conductivity type = n type, second conductivity type = p type, and second conductivity type carrier = hole.
(Feature 2) The second conductivity type body region includes a high impurity concentration region that is in ohmic contact with the emitter electrode, and a low impurity concentration region in which an inversion layer is formed by a gate voltage.
(Feature 3) The second conductivity type body region extends in layers along the surface of the semiconductor substrate.
(Feature 4) A first conductivity type layer is inserted below or in the middle depth of the second conductivity type body region. The first conductivity type layer serves as a barrier against escape of the second conductivity type carriers injected into the first conductivity type drift layer to the emitter electrode.
(Feature 5) A first conductivity type buffer layer is inserted between the first conductivity type drift layer and the second conductivity type collector layer. The first conductivity type buffer layer contains the first conductivity type impurity at a higher concentration than the first conductivity type drift layer. The first conductivity type buffer layer prevents the depletion layer from reaching the second conductivity type collector layer and improves the withstand voltage performance.
(Feature 6) The second conductivity type collector layer extends from the collector electrode formation range beyond the thickness of the second conductivity type collector layer.
(Feature 7) Both the second conductivity type collector layer and the collector electrode extend beyond the central portion to the peripheral portion.
(第1実施例)
図1は、第1実施例の半導体装置36の周辺部近傍の断面図を示している。半導体基板26の中央部AにはIGBTとして動作する半導体構造が形成されており、周辺部Bには電界を緩和する構造が形成されており、周辺部Bの外側にダイシングエリアCが用意されている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a cross-sectional view of the vicinity of the periphery of the
中央部Aでは、半導体基板26の表面に、Al電極4と表面電極2が形成されており、両者でエミッタ電極6を形成している。半導体基板の表面に臨む位置に、n型エミッタ領域10が形成されている。n型エミッタ領域10には、エミッタ電極6とオーミック接触する濃度のn型不純物がドープされている。n型エミッタ領域10と取り囲むとともに半導体基板26の表面に臨む範囲にp型ボディ領域16が形成されている。p型ボディ領域16は、エミッタ電極6とオーミック接触する濃度のp型不純物がドープされている不純物高濃度領域12と、p型不純物の低濃度領域14で形成されている。p型ボディ領域16は、半導体基板26の表面に沿って層状に延びている。p型ボディ領域16の下側に、n型ドリフト層22が形成されている。n型ドリフト層22は、p型ボディ領域16の界面のうち、n型エミッタ領域10に接しない側の面(すなわち下面)に接している。n型ドリフト層22の下側に、p型コレクタ層24が形成されている。p型コレクタ層24は、n型ドリフト層22の界面のうち、p型ボディ領域16に接しない側の面(すなわち下面)に接している。p型コレクタ層24は、n型ドリフト層22の下面の一部の範囲に形成されている。p型コレクタ層24の下側に、コレクタ電極28形成されている。コレクタ電極28は、p型コレクタ層24界面のうち、n型ドリフト層22に接しない側の面(すなわち下面)に接している。コレクタ電極28は、p型コレクタ層24の下面の一部の範囲に形成されている。すなわち、p型コレクタ層24の形成範囲は、コレクタ電極28の形成範囲を包含し、さらに、距離aだけ外側に延びている。距離aは、p型コレクタ層24の厚みよりも大きい。コレクタ電極28とn型ドリフト層22の間には、コレクタ電極28の外周端28aにおいてもp型コレクタ層24が介在しており、コレクタ電極28とn型ドリフト層22がp型コレクタ層24を介さないで導通することを禁止している。
In the central portion A, the
p型ボディ領域16を構成しているp型不純物の低濃度領域14は、n型エミッタ領域10とn型ドリフト層22を分離している。半導体基板26の表面からn型ドリフト層22に達するトレンチが形成されている。トレンチは、n型エミッタ領域10とp型ボディ領域16を貫通してn型ドリフト層22に達している。トレンチの壁面にはゲート絶縁膜20が形成されており、その内側にゲート電極18が充填されている。ゲート電極18の上面は層間絶縁膜8で覆われている。ゲート電極18とエミッタ電極6は層間絶縁膜8で絶縁されている。ゲート電極18は、n型エミッタ領域10とn型ドリフト層22を分離している範囲のpボディ領域14に絶縁膜20を介して対向している。
IGBTは、エミッタ電極6を接地し、コレクタ電極28に正電圧を加えた状態で使用する。ゲート電極18に正電圧を印加しないと、n型エミッタ領域10とn型ドリフト層22の間がpボディ領域14によって絶縁され、エミッタ電極6とコレクタ電極28の間が絶縁される。ゲート電極18に正の電圧を印加すると、絶縁膜20を介してゲート電極18に対向している範囲のp型不純物の低濃度領域14がn型に反転し、n型エミッタ領域10からn型ドリフト層22に電子が注入され、その結果、コレクタ電極28からコレクタ層24を介してドリフト層22に正孔が注入される。ドリフト層22で電導度変調現象が得られ、オン電圧が低下する。
The p-type impurity
The IGBT is used in a state where the
第1実施例では、最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の位置Dを基準とし、(1)それより中心側では一様にコレクタ電極28が形成され、(2)それより周辺側ではコレクタ電極28が形成されていない。また前記したように、(3)p型コレクタ層24の形成範囲はコレクタ電極28の形成範囲よりも距離aだけ外側に延びている。
前記(1)によって、IGBTの形成範囲では、コレクタ電極28からコレクタ層24を介してドリフト層22に正孔が注入される。IGBTの形成範囲では、ドリフト層22に十分な量の正孔が注入され、電導度変調が活発化し、オン電圧が低下する。前記(2)によって、IGBTが形成されていない範囲のドリフト層22に注入される正孔の量が低減され、ターンオフ時の電力損失が低減される。前記(3)によって、コレクタ電極28とドリフト層22がコレクタ層24を介さないで導通することがなく、コレクタ電極28とドリフト層22間に適切な電位差を確保し、コレクタ電極28からコレクタ層24を介してドリフト層22に正孔が注入される現象を確実に得ることができる。
第1実施例では、最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置Dを基準にし、それよりも中心側ではコレクタ電極28を形成し、それよりも周辺側ではコレクタ電極28を形成しない。それに対して、コレクタ層24は、コレクタ電極28の形成範囲よりコレクタ層24の厚み以上に亘って外側に延びていればよく、半導体基板26の側面26aにまで達していてもよい。
図示はしないが、p型の低濃度ボディ領域14の下側または中間深さに、n型の層を挿入してもよい。そのn型の層は、n型ドリフト層に注入された正孔がエミッタ電極6に抜けることに対する障壁となり、電導度変調現象を活発化する。また、n型ドリフト層22とp型コレクタ層24の間に、n型ドリフト層22よりn型不純物を高濃度に含んでいるn型バッファ層を挿入してもよい。n型バッファ層を挿入すると、p型ボディ領域16から伸びる空乏層がp型コレクタ層24に達するのを防止し、耐圧性能を高めることができる。
In the first embodiment, the position D of the inversion layer formed along the outermost
According to the above (1), holes are injected from the
In the first embodiment, the
Although not shown, an n-type layer may be inserted below or in the middle depth of the p-type low-
周辺部Bでは、半導体基板26の表面に臨む範囲にリサーフ層30が形成されている。ダイシング領域Cでは半導体基板の表面に臨む範囲にn型不純物の注入領域32が形成されている。ダイシング領域Cで半導体基板26をダイシングすると、ダイシングの結果現れる半導体基板26の側面26aにn型不純物の注入領域32が露出する。周辺部Bとダイシング領域Cでは、半導体基板26の表面に絶縁膜34が形成されている。
周辺部Bでは、リサーフ層30によって空乏層が半導体基板26の側面26aに向けて引き伸ばされて電界が緩和される。ダイシング領域Cでは、n型不純物の注入領域32によって半導体基板26の側面26aに向けて引き伸ばされた空乏層が側面26aに達するのを防止する。周辺部Bとダイシング領域Cによって、半導体装置36の耐圧を確保している。第1実施例では、コレクタ電極28の形成範囲を制約することによって周辺部Bとダイシング領域Cに正孔が注入されるのを防止している。
第1実施例では、リサーフ層30によって電界を緩和しているが、これに代えて、あるいはこれに加えて、フィールドリミティングリング、フィールドプレート等を用いて電界緩和構造を形成してもよい。
In the peripheral portion B, the
In the peripheral portion B, the desurf layer is stretched toward the
In the first embodiment, the electric field is relaxed by the
(第2実施例)
以下では、第1実施例を相違する点のみを説明し、重複説明を省略する。第3実施例についても同様である。
第2実施例では、p型コレクタ層124が半導体基板26の裏面に臨む全域に形成されている。p型コレクタ層124の形成範囲を制約する必要がなく、製造工程を簡単化することができる。
コレクタ電極128は、最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置Dを超えて周辺側に延びている。ただし、仮想線Eを超えない範囲で終了している。仮想線Eは、最外周のゲート電極18aとn型ドリフト層22が接する位置から45°の傾斜角(半導体基板26の垂線から45°傾斜している)で半導体基板26の側面26aに向かう線である。コレクタ電極128が、最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置を超えて延びていても、コレクタ電極128の外周端128aが、反転層の形成位置から45°の傾斜角で側面26aに向かう仮想線Eよりも内側に留まっていれば、周辺部Bとダイシング領域Cに正孔が過剰に注入されるのを防止でき、ターンオフ時の電力損失を低減することができる。
(Second embodiment)
Hereinafter, only differences from the first embodiment will be described, and redundant description will be omitted. The same applies to the third embodiment.
In the second embodiment, the p-
The
(第3実施例)
第3実施例では、IGBTが形成されている中央部Aと、電界緩和構造が形成されている周辺部Bの間に、分離領域Fが形成されている。分離領域Fでは、半導体基板26の表面に臨む範囲にp型不純物が高濃度に注入されている領域38が形成されている。第3実施例では、コレクタ電極228の外周端228aがp型不純物の高濃度注入領域38の下方に位置している。本実施例によっても、周辺部Bとダイシング領域Cに正孔が過剰に注入されるのを防止でき、ターンオフ時の電力損失を低減することができる。半導体基板26の裏面であって、コレクタ電極228が形成されない範囲には、絶縁膜230を形成してもよい。
(Third embodiment)
In the third embodiment, the isolation region F is formed between the central portion A where the IGBT is formed and the peripheral portion B where the electric field relaxation structure is formed. In the isolation region F, a
第2実施例に示したように、コレクタ電極128の外周端128aが最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置から45°の傾斜角で延びる仮想線Eよりも中心側にあるか、あるいは、第3実施例に示したように、コレクタ電極228の外周端228aがp型不純物の高濃度注入領域38の下方に位置していれば、周辺部Bとダイシング領域Cに正孔が過剰に注入されるのを防止でき、ターンオフ時の電力損失を低減することができる。
コレクタ電極の形成範囲が上記のように制約されていても、コレクタ電極の外周端28a,128a,228aが最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置Dより周辺側に延びていれば、IGBT領域では活発な電導度変調現象が発生し、オン電圧が増大することはない。
As shown in the second embodiment, the outer
Even when the formation range of the collector electrode is restricted as described above, the outer peripheral ends 28a, 128a, 228a of the collector electrode extend to the peripheral side from the formation position D of the inversion layer formed along the
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば、本実施例では、第1導電型がn型であり、第2導電型がp型である場合を説明したが、第1導電型がp型であり、第2導電型がn型であってもよい。
また、コレクタ電極の外周端の位置を規制するのに加えて、コレクタ層の外周端の位置を規制するのも有用である。コレクタ層の外周端が、最外周のゲート電極18aに沿って形成される反転層の形成位置から45°の傾斜角で延びる仮想線Eよりも中心側にあるか、あるいは、p型不純物の高濃度注入領域38の下方に位置していれば、周辺部Bとダイシング領域Cに正孔が過剰に注入されるのを防止でき、ターンオフ時の電力損失を低減することができる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, in this embodiment, the case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described, but the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. There may be.
In addition to restricting the position of the outer peripheral end of the collector electrode, it is also useful to restrict the position of the outer peripheral end of the collector layer. The outer peripheral edge of the collector layer is on the center side of the imaginary line E extending at an inclination angle of 45 ° from the formation position of the inversion layer formed along the outermost
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
2:表面電極
4:Al電極
6:エミッタ電極
8:層間絶縁膜
10:n型エミッタ領域
12:p型不純物の高濃度ボディ領域
14:p型不純物の低濃度ボディ領域
16:p型ボディ領域
18:ゲート電極
18a:最外周のゲート電極
20:ゲート絶縁膜
22:n型ドリフト層
24:p型コレクタ層
26:半導体基板
26a:半導体基板の側面
28:コレクタ電極
30:リサーフ層
32:n型不純物の注入領域
34:表面絶縁膜
36:半導体装置
38:p型不純物の高濃度注入領域
A:IGBTが形成されている中央部
B:電界緩和構造が形成されている周辺部
C:ダイシングエリア
D:最外周のゲート電極に沿った反転層の形成位置
E:最外周のゲート電極に沿った反転層の形成位置から45°の傾斜角で延びる仮想線
F:分離領域
2: Surface electrode 4: Al electrode 6: Emitter electrode 8: Interlayer insulating film 10: n-type emitter region 12: p-type impurity high-concentration body region 14: p-type impurity low-concentration body region 16: p-type body region 18 :
Claims (7)
エミッタ電極に、第1導電型エミッタ領域が接しており、
コレクタ電極に、第2導電型コレクタ層が接しており、
第1導電型エミッタ領域と第2導電型コレクタ層の間が、少なくとも第2導電型ボディ領域と第1導電型ドリフト層で分離されており、
第2導電型ボディ領域が第1エミッタ領域側に配置され、第1導電型ドリフト層が第2導電型コレクタ層側に配置されており、
コレクタ電極の形成範囲が、第1導電型ドリフト層の形成範囲の一部に制限されており、
第2導電型コレクタ層の形成範囲が、コレクタ電極の形成範囲を包含してその外側に延びており、
ゲート電極が、第1導電型エミッタ領域と第1導電型ドリフト層を分離している範囲の第2導電型ボディ領域に絶縁膜を介して対向していることを特徴とするIGBT。 An emitter electrode, a first conductivity type emitter region, a second conductivity type body region, a first conductivity type drift layer, a second conductivity type collector layer, a collector electrode, and a gate electrode;
A first conductivity type emitter region is in contact with the emitter electrode;
A second conductivity type collector layer is in contact with the collector electrode;
The first conductivity type emitter region and the second conductivity type collector layer are separated by at least the second conductivity type body region and the first conductivity type drift layer,
The second conductivity type body region is disposed on the first emitter region side, the first conductivity type drift layer is disposed on the second conductivity type collector layer side,
The formation range of the collector electrode is limited to a part of the formation range of the first conductivity type drift layer,
The formation range of the second conductivity type collector layer includes the formation range of the collector electrode and extends to the outside thereof.
An IGBT characterized in that a gate electrode is opposed to a second conductivity type body region in a range separating the first conductivity type emitter region and the first conductivity type drift layer through an insulating film.
半導体基板の周辺部に、電界緩和構造が形成されており、
コレクタ電極が、中央部を包含してその外側に延びていることを特徴とする半導体装置。 The structure which comprises IGBT of Claim 1 is formed in the center part of a semiconductor substrate,
An electric field relaxation structure is formed around the semiconductor substrate,
A semiconductor device, wherein a collector electrode includes a central portion and extends outward.
半導体基板を断面視したときに、コレクタ電極の外周端が、第2導電型不純物の高濃度領域の下方に位置していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A high-concentration region of the second conductivity type impurity is formed at a position facing the surface of the semiconductor substrate between the central portion where the IGBT is formed and the peripheral portion where the electric field relaxation structure is formed,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein when the semiconductor substrate is viewed in cross section, the outer peripheral end of the collector electrode is located below the high concentration region of the second conductivity type impurity.
半導体基板を断面視したときに、第2導電型コレクタ層の外周端が、第2導電型不純物の高濃度領域の下方に位置していることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 A high-concentration region of the second conductivity type impurity is formed at a position facing the surface of the semiconductor substrate between the central portion where the IGBT is formed and the peripheral portion where the electric field relaxation structure is formed,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein when the semiconductor substrate is viewed in cross section, the outer peripheral end of the second conductivity type collector layer is located below the high concentration region of the second conductivity type impurity.
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