JP2016152266A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】比誘電率が3.9より低い半導体装置を提供する。【解決手段】複数のトレンチを有する半導体装置であって、エミッタ電極と、隣接するトレンチ間に設けられた第1導電型のフローティング層と、フローティング層と半導体装置のエミッタ電極との間に設けられた低誘電率膜とを備え、低誘電率膜の比誘電率が3.9より低い半導体装置を提供する。また、トレンチ内に形成されたゲート電極をさらに備え、半導体装置のゲート電極とフローティング層との間の容量は、エミッタ電極とフローティング層との間の容量の6倍よりも大きい半導体装置を提供する。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置に関する。
従来、複数のトレンチゲートを有する半導体装置において、フローティングp領域を有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)が知られている。従来の半導体装置は、フローティングp領域とエミッタ電極との間の層間絶縁膜にBPSG(Boron Phosphorus Silicon Glass:ボロン・リン・シリケートガラス)膜等を用いていた(例えば、特許文献1参照)。
特許文献1 特開2006−245477号公報
特許文献2 特開2009−81385号公報
特許文献3 特開2005−57238号公報
特許文献4 特開平5−243561号公報
特許文献5 特開2001−308327号公報
非特許文献1 エム・ヤマグチ(M.Yamaguchi)、外7名、IEGT デザイン クライテリオン フォア リデューシング EMI ノイズ(IEGT Design Criterion for Reducing EMI Noise)、プロシーディングス オブ 2004 インターナショナル シンポジウム オン パワー セミコンダクター デバイシズ アンド ICs(Proceedings of 2004 International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs)、2004年5月、p.115−118
非特許文献2 ワイ・オノザワ(Y.Onozawa)、外5名、デベロップメント オブ ザ ネクスト ジェネレーション 1200V トレンチ−ゲート FS−IGBT フィーチャリング ロウワー EMI ノイズ アンド ロウワー スイッチング ロス(Development of the next generation 1200V trench−gate FS−IGBT featuring lower EMI noise and lower switching loss)、プロシーディングス オブ ザ 19th インターナショナル シンポジウム オン パワー セミコンダクター デバイシズ アンド ICs(Proceedings of the 19th International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs)、(済州島)、2007年5月27日−30日、p.13−16
しかしながら、従来のBPSGを層間絶縁膜に用いたIGBTでは、フローティングp領域の電位がエミッタ電極の電位に近くなる。即ち、従来の半導体装置には、フローティングp領域とゲート電極との間に電位差が生じるので、ターンオンの際にフローティングp領域からゲート電極に変位電流が流れる問題があった。
本発明の第1の態様においては、複数のトレンチを有する半導体装置であって、エミッタ電極と、隣接するトレンチ間に設けられた第1導電型のフローティング層と、フローティング層と半導体装置のエミッタ電極との間に設けられた低誘電率膜とを備え、低誘電率膜の比誘電率が3.9より低い半導体装置を提供する。
なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
実施例1に係る半導体装置100の構成の一例を示す。 比較例に係る半導体装置500の構成の一例を示す。 実施例2に係る半導体装置100の構成の一例を示す。 逆回復dv/dtのゲート抵抗依存性を示す。 逆回復dv/dtのBPSG厚さ依存性を示す。 逆回復dv/dtの容量比率依存性を示す。 半導体装置100の上面図の一例を示す。 図7のA−A'断面の一例を示す。 図7のA−A'断面の他の例を示す。
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
(実施例1)
図1は、実施例1に係る半導体装置100の構成の一例を示す。半導体装置100は、複数のトレンチ6を備えるnチャネル型IGBTの一例である。n−ドリフト層1を構成するシリコン基板の裏面側にp+コレクタ領域2、n+バッファ層3が設けられ、表面側にp層4が設けられる。
p層4の内部には、n+エミッタ領域5が選択的に設けられる。n+エミッタ領域5に隣接した領域には、p層4を深さ方向に貫通してn−ドリフト層1に達するトレンチ6が設けられる。トレンチ6の内部には、ゲート電極8とその周囲を囲むゲート絶縁膜7とが設けられる。例えば、ゲート絶縁膜7は熱酸化膜である。ゲート電極8は、ゲート電極8の上部を覆う低誘電率膜15によってエミッタ電極10と電気的に絶縁される。エミッタ電極10は、低誘電率膜15に設けられたコンタクトホールを介してp−ベース領域12、p+ベース領域11及びn+エミッタ領域5に電気的に接続される。エミッタ電極10は接地されてよく、負の電圧が印加されてもよい。半導体装置100の裏面側には、コレクタ電極14が設けられる。コレクタ電極14には正の電圧が印加される。
p層4は、複数のトレンチ6によって、p−ベース領域12とフローティングp領域13とに分割される。p−ベース領域12には、p−ベース領域12よりも高濃度のp+ベース領域11及びn+エミッタ領域5が設けられる。即ち、半導体装置100がオン状態の場合、p−ベース領域12にチャネルが形成される。
フローティングp領域13には、n+エミッタ領域5及びp+ベース領域11が形成されない。フローティングp領域13は、電気的に浮遊状態にある。具体的には、フローティングp領域13は、p層4の表面を覆うゲート絶縁膜7及び低誘電率膜15によってエミッタ電極10と電気的に絶縁される。また、フローティングp領域13は、n−ドリフト層1との間のpn接合によってn−ドリフト層1と電気的に絶縁され、且つ、ゲート絶縁膜7によってゲート電極8と絶縁される。p層4にフローティングp領域13を形成する場合、オン状態でコレクタ電極14側からn−ドリフト層1に注入された正孔が、フローティングp領域13に蓄積する。つまり、コレクタ電極14側からn−ドリフト層1に注入された正孔が、エミッタ電極10に吐き出されにくくなる。これにより、n−ドリフト層1のキャリア濃度分布が高くなる。よって、フローティングp領域13を形成することにより、半導体装置100のオン抵抗を低減できる。
低誘電率膜15は、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間に設けられる比誘電率の低い絶縁膜である。低誘電率膜15の比誘電率は、ゲート絶縁膜7の比誘電率よりも低くてよい。低誘電率膜15の比誘電率は3.9以下である。例えば、低誘電率膜15の比誘電率は、3.0以下であってよく、2.5以下であってよく、2.0以下であってよい。また、低誘電率膜15は、ゲート絶縁膜7上に積層されてよい。半導体装置100にLOCOS(LOCal Oxidation of Silicon)を形成する場合、LOCOS上に低誘電率膜15を形成してよい。フローティングp領域13とエミッタ電極10との間に低誘電率膜15を用いる場合、比誘電率の高い絶縁膜を用いる場合と比較して、エミッタ電極10とフローティングp領域13との間の容量が低減される。よって、本例の半導体装置100は、フローティングp領域13からゲート電極8への変位電流の流入を抑制できる。例えば、ゲート電極8とフローティングp領域13との間の容量が、エミッタ電極10とフローティングp領域13との間の容量の6倍よりも大きくなるように低誘電率膜15の材料及び膜厚を設定してよい。
低誘電率膜15の材料は、F添加SiO膜(SiOF膜)及びSi−H含有SiO等の無機材料であってよい。また、低誘電率膜15の材料は、カーボン含有SiO膜(SiOC膜)及びメチル基含有SiO膜等の有機・無機系ハイブリッド系材料であってよい。さらに、低誘電率膜15の材料は、パレリン系樹脂及びポリアリルエーテル系樹脂等の有機材料であってよい。低誘電率化するため膜中に空孔を形成したポーラス材料を低誘電率膜15に用いてもよい。
低誘電率膜15の膜厚は、要求される逆回復dv/dtの大きさに応じて選択される。例えば、低誘電率膜15の膜厚は、1μm以下である。また、低誘電率膜15の膜厚は、0.7μm以下であってよく、0.6μm以下であってよい。さらに、低誘電率膜15の膜厚は、p型のドーパントがイオン注入される場合に、p型のドーパントが突き抜ける程度の膜厚であってよい。但し、低誘電率膜15の膜厚は、ゲート絶縁膜7の膜厚(例えば、100nm)よりも厚いことが好ましい。
なお、半導体装置100には、ダミーゲートが形成される場合がある。ダミーゲートとは、n+エミッタ領域5及びp+ベース領域11に隣接しないトレンチ6である。例えば、ダミーゲートには、エミッタ電極10と同じ電位が与えられる。この場合、フローティングp領域13にダミーゲートが形成されると、ダミーゲートとフローティングp領域13との間に低誘電率膜15が形成されなくなるので、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間に低誘電率膜15を設けた効果が弱くなる。そのため、フローティングp領域13には、ダミーゲートが形成されないことが好ましい。
図2は、比較例に係る半導体装置500の構成の一例を示す。本例の半導体装置500は、低誘電率膜15の代わりに高い比誘電率の層間絶縁膜9を備える点で半導体装置100と相違する。図1に係る半導体装置100と同一の構成を同一の符号で示す。
層間絶縁膜9は、低誘電率膜15よりも比誘電率の高い絶縁膜で形成される。例えば、層間絶縁膜9は、SiO膜、BPSG膜、HTO(High Temperature Oxide)膜等の一般的に半導体プロセスで用いられる絶縁膜である。BPSGの比誘電率は、3.9〜4.3程度である。フローティングp領域13とエミッタ電極10との間に層間絶縁膜9を用いる場合、低誘電率膜15を用いる場合と比較して、エミッタ電極10とフローティングp領域13との間の容量が増加する。また、フローティングp領域13の電位は、容量結合により、エミッタ電極10の電位に固定される。これにより、フローティングp領域13からゲート電極8に変位電流が流れ、ゲート抵抗Rを介さない電流によりゲート電極8が充電される。したがって、半導体装置500は、フローティングp領域13からゲート電極8への変位電流の流入を抑制できない。なお、変位電流は、ゲート絶縁膜7の容量をC、コレクタ電圧の時間変化率をdv/dtとした場合に、C・dV/dtで表される。
(実施例2)
図3は、実施例2に係る半導体装置100の構成の一例を示す。本例の半導体装置100は、低誘電率膜15に積層された層間絶縁膜9を備える。
積層絶縁膜16は、フローティングp領域13と低誘電率膜15との間に形成される。積層絶縁膜16は、低誘電率膜15よりも強度が高く、比誘電率が高い絶縁膜である。ここで、絶縁膜の強度とは、絶縁性を確保できる程度に、絶縁膜の物理的な耐久性が高いことを指す。物理的な耐久性とは、ワイヤボンディング時に絶縁膜が押しつぶされにくいことを指す。絶縁膜の強度の高さは、比誘電率の大きさに応じて変化する場合が多い。即ち、比誘電率が大きいほど絶縁膜の強度が高い。フローティングp領域13上に低誘電率膜15よりも強度の高い積層絶縁膜16を積層することにより、ボンディング時の信頼性が向上する。例えば、低誘電率膜15及び積層絶縁膜16を形成することにより、低誘電率膜15の絶縁性がなくなった場合であっても、積層絶縁膜16によって絶縁性が保たれる。積層絶縁膜16の膜厚は、低誘電率膜15の膜厚よりも厚いことが好ましい。
本例の積層絶縁膜16は、p層4上に低誘電率膜15及び積層絶縁膜16が積層された後にエッチングによって形成される。但し、低誘電率膜15とエミッタ電極10との間に積層絶縁膜16を形成できるプロセスであれば、これに限られない。また、積層絶縁膜16は、低誘電率膜15とゲート絶縁膜7との間、若しくは低誘電率膜15とエミッタ電極10との間に設けられてもよい。
以上の通り、実施例2に係る半導体装置100は、低誘電率膜15と積層絶縁膜16との積層構造を有するので、ボンディング時に押しつぶされにくくなる。よって、本例の半導体装置100は、ボンディングしても素子の信頼性が高い。
図4は、逆回復dv/dtのゲート抵抗依存性を示す。縦軸は逆回復dv/dt(v/μs)を示し、横軸はゲート抵抗R(Ω)を示す。本例の半導体装置は、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間に形成されたBPSG膜を有する。また、BPSG膜の厚さは、0.6μm、0.8μm、1.0μm、1.2μm、1.8μm、2.0μm、4.0μm、6.0μm、8.0μm、10μmに変化する。
逆回復dv/dtは、半導体装置のターンオン時の特性を決める指標である。逆回復dv/dtは、ターンオフ時のコレクタ電圧の時間変化率を示す。逆回復dv/dtは、ゲート電圧の充電速度に依存し、ゲート電圧の充電速度はゲート抵抗Rに依存する。即ち、ゲート抵抗Rにより逆回復dv/dtを調整できる。例えば、ゲート抵抗Rが30Ωよりも小さい領域では、BPSG膜厚によらず、逆回復dv/dtがゲート抵抗Rに依存する。一方、ゲート抵抗Rが30Ωより大きい領域では、BPSG膜が薄い程、逆回復dv/dtが変わりにくくなり、BPSG膜が厚い程、逆回復dv/dtが変化しやすくなる。
BPSG膜の膜厚は、BPSG膜の容量に比例する。BPSG膜の膜厚が厚い程、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量が低下する。よって、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量が低下する程、逆回復dv/dtが変化しやすい。即ち、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量が低下する程、ゲート抵抗Rを変化させることによる逆回復dv/dtの変化が大きい。よって、フローティングp領域13とエミッタ電極10の間の層間絶縁膜として低い比誘電率の膜を用いることにより、逆回復dv/dtの制御性が向上する。
図5は、逆回復dv/dtのBPSG厚さ依存性を示す。縦軸は逆回復dv/dt(v/μs)を示し、横軸はBPSGの膜厚(μm)を示す。本例の半導体装置は、図4で示した場合と同様にフローティングp領域13とエミッタ電極10との間に形成されたBPSG膜を有する。本例のゲート抵抗Rは50Ωである。
BPSG膜の膜厚が厚いほど逆回復dv/dtが小さくなる。つまり、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量が低下する程、逆回復dv/dtが小さくなる。また、逆回復dv/dtは、4μm程度のBPSG膜厚で飽和する。
図6は、逆回復dv/dtの容量比率依存性を示す。縦軸は逆回復dv/dt(v/μs)を示し、横軸は容量比率(倍)を示す。本例の半導体装置は、図4及び図5で示した場合と同様にフローティングp領域13とエミッタ電極10との間に形成されたBPSG膜を有する。また、容量比率とは、BPSG膜の厚さが0.6μmの時の容量に対するBPSG膜の容量の比率を示す。即ち、BPSG膜の膜厚が0.6μmのときの容量が容量比率1である。図6は、図5のBPSG厚さを容量比率で書き換えたものに相当する。それぞれのプロットから容量比率と逆回復dv/dtとは、比例関係にあることがわかる。
図7は、半導体装置100の上面図の一例を示す。図8は、図7のA−A'断面の一例を示す。
半導体装置100の上面には、ゲートパッド17及びエミッタパッド18が形成される。ゲートパッド17及びエミッタパッド18は、それぞれゲート電極8とエミッタ電極10とに電気的に接続される。
エミッタパッド18は、ワイヤボンディング領域20及び低誘電率領域21を含む。ワイヤボンディング領域20は、ワイヤ19がボンディングされる領域を指す。一方、低誘電率領域21は、ワイヤ19がボンディングされない領域を指す。
ワイヤボンディング領域20では、層間絶縁膜9が形成され、低誘電率膜15が形成されない。ワイヤボンディング領域20にワイヤ19がボンディングされると、ワイヤボンディング領域20に形成された絶縁膜が押しつぶされる場合がある。また、絶縁膜は、比誘電率が低い程、絶縁膜の密度が粗くなるので押しつぶされやすい。即ち、ワイヤボンディング領域20において、層間絶縁膜9を形成するが、低誘電率膜15を形成しないことによって、低誘電率膜15が押しつぶされることがない。
低誘電率領域21では、低誘電率膜15に加えて、層間絶縁膜9が形成される。これにより、低誘電率領域21において、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量を低下できる。また、低誘電率領域21では、少なくとも一部の領域において、低誘電率膜15が形成されればよく、必ずしも低誘電率領域21の全面に低誘電率膜15を形成する必要がない。
以上の通り、本例の半導体装置100は、ワイヤボンディング領域20と低誘電率領域21とで異なる構造を有する。これにより、半導体装置100は、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量を低減し、且つ、ワイヤ19のボンディング時において、フローティングp領域13とエミッタ電極10との絶縁性を確保できる。
図9は、図7のA−A'断面の他の例を示す。本例の半導体装置100では、低誘電率膜15と層間絶縁膜9とが選択的に形成される。即ち、低誘電率領域21では、低誘電率膜15が形成され、層間絶縁膜9が形成されない。
ワイヤボンディング領域20では、層間絶縁膜9が形成され、低誘電率膜15が形成されない。但し、フローティングp領域13とエミッタ電極10との間の容量を低減するために、ワイヤボンディング領域20においても低誘電率膜15と層間絶縁膜9との積層膜を用いてもよい。この場合、ワイヤ19のボンディングによって低誘電率膜15が押しつぶされたとしても、層間絶縁膜9によってフローティングp領域13とエミッタ電極10との間の絶縁性を確保できる。ワイヤボンディング領域20と低誘電率領域21の各領域において、層間絶縁膜9、低誘電率膜15及び層間絶縁膜9と低誘電率膜15との積層膜のいずれの膜を用いるかは、要求されるボンディング時の信頼性と、逆回復dv/dtの制御性とに応じて調整すればよい。
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
1・・・n−ドリフト層、2・・・p+コレクタ領域、3・・・n+バッファ層、4・・・p層、5・・・n+エミッタ領域、6・・・トレンチ、7・・・ゲート絶縁膜、8・・・ゲート電極、9・・・層間絶縁膜、10・・・エミッタ電極、11・・・p+ベース領域、12・・・p−ベース領域、13・・・フローティングp領域、14・・・コレクタ電極、15・・・低誘電率膜、16・・・積層絶縁膜、17・・・ゲートパッド、18・・・エミッタパッド、19・・・ワイヤ、20・・・ワイヤボンディング領域、21・・・低誘電率領域

Claims (12)

  1. 複数のトレンチを有する半導体装置であって、
    エミッタ電極と、
    隣接する前記トレンチ間に設けられた第1導電型のフローティング層と、
    前記フローティング層と前記エミッタ電極との間に設けられた低誘電率膜と
    を備え、
    前記低誘電率膜の比誘電率が3.9より低い
    半導体装置。
  2. 前記トレンチ内に形成されたゲート電極をさらに備え、
    前記ゲート電極と前記フローティング層との間の容量は、前記エミッタ電極と前記フローティング層との間の容量の6倍よりも大きい
    請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記低誘電率膜の膜厚が1μm以下である
    請求項1又は2に記載の半導体装置。
  4. 前記低誘電率膜の材料は、SiOF、SiOC、Si−H含有SiO、メチル基含有SiO、パレリン系樹脂、ポリアリルエーテル系樹脂及びポーラス材料のいずれか1つを含む
    請求項1から3のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記低誘電率膜と前記フローティング層との間に、前記低誘電率膜よりも比誘電率の高い第1層間絶縁膜をさらに備える
    請求項1から4のいずれか一項の記載の半導体装置。
  6. 前記第1層間絶縁膜の膜厚は、前記低誘電率膜の膜厚よりも薄い
    請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記第1層間絶縁膜はゲート熱酸化膜である
    請求項5又は6に記載の半導体装置。
  8. 前記第1層間絶縁膜は、LOCOS膜である
    請求項5又は6に記載の半導体装置。
  9. 前記低誘電率膜と前記第1層間絶縁膜との間に、前記低誘電率膜よりも比誘電率の高い第2層間絶縁膜をさらに備える
    請求項5から8のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記第2層間絶縁膜の膜厚は、前記第1層間絶縁膜の膜厚よりも厚い
    請求項9に記載の半導体装置。
  11. 平面視で、前記エミッタ電極が形成された領域は、
    前記低誘電率膜及び前記第2層間絶縁膜が形成された第1領域と、
    前記第2層間絶縁膜が形成され、前記低誘電率膜が形成されない第2領域と
    を含む
    請求項9又は10に記載の半導体装置。
  12. 前記エミッタ電極は、前記第2領域において、ワイヤボンディング用のワイヤと接続される
    請求項11に記載の半導体装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108010881B (zh) 2016-10-31 2021-03-16 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 半导体装置的制造方法
KR20180104236A (ko) 2017-03-10 2018-09-20 매그나칩 반도체 유한회사 전력 반도체 소자의 제조 방법
CN109524396B (zh) * 2017-09-20 2023-05-12 株式会社东芝 半导体装置
EP3471147B1 (en) * 2017-10-10 2020-08-05 ABB Power Grids Switzerland AG Insulated gate bipolar transistor

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308327A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Fuji Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置
JP2005223173A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2011258833A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2014049694A (ja) * 2012-09-03 2014-03-17 Renesas Electronics Corp Igbt
WO2014174911A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 三菱電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4160991A (en) * 1977-10-25 1979-07-10 International Business Machines Corporation High performance bipolar device and method for making same
EP1469524A3 (en) 1991-08-08 2005-07-06 Kabushiki Kaisha Toshiba Insulated trench gate bipolar transistor
US6583043B2 (en) * 2001-07-27 2003-06-24 Motorola, Inc. Dielectric between metal structures and method therefor
CN1577796A (zh) 2003-07-10 2005-02-09 精工爱普生株式会社 电子器件的制造方法和半导体器件的制造方法
CN100407441C (zh) * 2003-09-25 2008-07-30 松下电器产业株式会社 半导体器件及其制造方法
JP2006245477A (ja) 2005-03-07 2006-09-14 Toshiba Corp 半導体装置
JP2009081385A (ja) 2007-09-27 2009-04-16 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
JP5560538B2 (ja) * 2008-05-22 2014-07-30 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
US8319278B1 (en) * 2009-03-31 2012-11-27 Maxpower Semiconductor, Inc. Power device structures and methods using empty space zones
JP2011210916A (ja) * 2010-03-30 2011-10-20 Mitsumi Electric Co Ltd 半導体装置の製造方法
CN103650148B (zh) * 2011-07-07 2016-06-01 Abb技术有限公司 绝缘栅双极晶体管

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001308327A (ja) * 2000-04-26 2001-11-02 Fuji Electric Co Ltd 絶縁ゲート型半導体装置
JP2005223173A (ja) * 2004-02-06 2005-08-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2011258833A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP2014049694A (ja) * 2012-09-03 2014-03-17 Renesas Electronics Corp Igbt
WO2014174911A1 (ja) * 2013-04-23 2014-10-30 三菱電機株式会社 半導体装置

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