JP2017157673A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】破壊耐量を向上できる半導体装置を提供する。【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の第1半導体領域と、第2導電形の第2半導体領域と、第1導電形の第3半導体領域と、第2導電形の第4半導体領域と、ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、第2導電形の第5半導体領域と、第2導電形の第6半導体領域と、第2導電形の第7半導体領域と、第1導電形の第8半導体領域と、第3電極と、を有する。第3半導体領域は、第1部分と第2部分とを有する。第5半導体領域は、第1電極と第2電極との間において第2部分の上に設けられている。第6半導体領域は、第5半導体領域の上に選択的に設けられている。第6半導体領域は、第5半導体領域よりも高い第2導電形のキャリア濃度を有する。第3電極は、第1電極、第2電極、第4半導体領域、第6半導体領域、および第8半導体領域と電気的に接続されている。【選択図】図1
Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などの半導体装置は、電力変換等の用途に用いられる。半導体装置が組み込まれる回路には、出力側で意図しない短絡が生じた場合に備えて、半導体装置を保護するための保護回路が設けられる。しかし、短絡が生じてから保護回路が動作するまでの間、半導体装置には大きな電流が流れ、半導体装置が破壊される場合がある。このため、半導体装置の一時的な大電流に対する耐量(短絡耐量)は、高いことが望ましい。
本発明が解決しようとする課題は、短絡耐量を向上できる半導体装置を提供することである。
実施形態に係る半導体装置は、第1導電形の第1半導体領域と、第2導電形の第2半導体領域と、第1導電形の第3半導体領域と、第2導電形の第4半導体領域と、ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、第2導電形の第5半導体領域と、第2導電形の第6半導体領域と、第2導電形の第7半導体領域と、第1導電形の第8半導体領域と、第3電極と、を有する。
前記第3半導体領域は、第1部分と第2部分とを有する。前記第1部分は、前記第1半導体領域の上に設けられている。前記第2部分は、前記第2半導体領域の上に設けられている。
前記第4半導体領域は、前記第1部分の上に選択的に設けられている。
前記ゲート電極は、前記第2部分の上にゲート絶縁層を介して設けられている。
前記第1電極は、前記第2部分の上に第1絶縁層を介して設けられている。
前記第2電極は、前記第2部分の上に第2絶縁層を介して設けられている。前記第2電極は、前記ゲート電極と前記第1電極との間に位置する。
前記第5半導体領域は、前記第1電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられている。
前記第6半導体領域は、前記第5半導体領域の上に選択的に設けられている。前記第6半導体領域は、前記第5半導体領域よりも高い第2導電形のキャリア濃度を有する。
前記第7半導体領域は、前記ゲート電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられている。
前記第8半導体領域は、前記第7半導体領域の上に選択的に設けられている。
前記第3電極は、前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域の上に設けられている。前記第3電極は、前記第1電極、前記第2電極、前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域と電気的に接続されている。
前記第3半導体領域は、第1部分と第2部分とを有する。前記第1部分は、前記第1半導体領域の上に設けられている。前記第2部分は、前記第2半導体領域の上に設けられている。
前記第4半導体領域は、前記第1部分の上に選択的に設けられている。
前記ゲート電極は、前記第2部分の上にゲート絶縁層を介して設けられている。
前記第1電極は、前記第2部分の上に第1絶縁層を介して設けられている。
前記第2電極は、前記第2部分の上に第2絶縁層を介して設けられている。前記第2電極は、前記ゲート電極と前記第1電極との間に位置する。
前記第5半導体領域は、前記第1電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられている。
前記第6半導体領域は、前記第5半導体領域の上に選択的に設けられている。前記第6半導体領域は、前記第5半導体領域よりも高い第2導電形のキャリア濃度を有する。
前記第7半導体領域は、前記ゲート電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられている。
前記第8半導体領域は、前記第7半導体領域の上に選択的に設けられている。
前記第3電極は、前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域の上に設けられている。前記第3電極は、前記第1電極、前記第2電極、前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域と電気的に接続されている。
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n−形半導体領域4からエミッタ電極52に向かう方向をZ方向(第1方向)とし、Z方向に対して垂直であり相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向(第3方向)とする。
以下の説明において、n+、n、n−及びp+、p、p−の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」および「−」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「−」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。n−形半導体領域4からエミッタ電極52に向かう方向をZ方向(第1方向)とし、Z方向に対して垂直であり相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向(第3方向)とする。
以下の説明において、n+、n、n−及びp+、p、p−の表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「+」が付されている表記は、「+」および「−」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「−」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
図1〜図4を用いて、実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図1は、実施形態に係る半導体装置100の一部を表す斜視断面図である。
図2および図3は、図1の一部を平面視した際の様子を表す平面図である。
図4は、図3のA−A’断面を含む、実施形態に係る半導体装置100の一部の断面図である。
なお、図2では、絶縁層40、プラグ41、プラグ42、およびエミッタ電極52が省略されている。
図3では、絶縁層40およびエミッタ電極52が省略されている。
図1は、実施形態に係る半導体装置100の一部を表す斜視断面図である。
図2および図3は、図1の一部を平面視した際の様子を表す平面図である。
図4は、図3のA−A’断面を含む、実施形態に係る半導体装置100の一部の断面図である。
なお、図2では、絶縁層40、プラグ41、プラグ42、およびエミッタ電極52が省略されている。
図3では、絶縁層40およびエミッタ電極52が省略されている。
半導体装置100は、RC−IGBT(Reverse Conducting Insulated-Gate Bipolar Transistor)である。
図1〜図4に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)カソード領域1(第1半導体領域)と、p+形(第2導電形)コレクタ領域2(第2半導体領域)と、n形バッファ領域3と、n−形半導体領域4(第3半導体領域)と、p形アノード領域5(第9半導体領域)と、p+形アノード領域6(第4半導体領域)と、p形ベース領域7と、p+形コンタクト領域8(第6半導体領域)と、n+形エミッタ領域9(第8半導体領域)と、p+形コンタクト領域10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁層21と、フィールドプレート電極(以下FP電極という)30と、絶縁層31と、絶縁層40(第3絶縁層)と、プラグ41(第1金属部)と、プラグ42と、コレクタ電極51と、エミッタ電極52(第3電極)と、を有する。
図1〜図4に表すように、半導体装置100は、n+形(第1導電形)カソード領域1(第1半導体領域)と、p+形(第2導電形)コレクタ領域2(第2半導体領域)と、n形バッファ領域3と、n−形半導体領域4(第3半導体領域)と、p形アノード領域5(第9半導体領域)と、p+形アノード領域6(第4半導体領域)と、p形ベース領域7と、p+形コンタクト領域8(第6半導体領域)と、n+形エミッタ領域9(第8半導体領域)と、p+形コンタクト領域10と、ゲート電極20と、ゲート絶縁層21と、フィールドプレート電極(以下FP電極という)30と、絶縁層31と、絶縁層40(第3絶縁層)と、プラグ41(第1金属部)と、プラグ42と、コレクタ電極51と、エミッタ電極52(第3電極)と、を有する。
図1に表すように、半導体装置100は、ダイオード領域R1と、IGBT領域R2と、を有する。
コレクタ電極51は、ダイオード領域R1およびIGBT領域R2において、半導体装置100の下面に設けられている。
n+形カソード領域1は、ダイオード領域R1において、コレクタ電極51の上に設けられている。
p+形コレクタ領域2は、IGBT領域R2において、コレクタ電極51の上に設けられている。
n+形カソード領域1およびp+形コレクタ領域2は、コレクタ電極51と電気的に接続されている。
コレクタ電極51は、ダイオード領域R1およびIGBT領域R2において、半導体装置100の下面に設けられている。
n+形カソード領域1は、ダイオード領域R1において、コレクタ電極51の上に設けられている。
p+形コレクタ領域2は、IGBT領域R2において、コレクタ電極51の上に設けられている。
n+形カソード領域1およびp+形コレクタ領域2は、コレクタ電極51と電気的に接続されている。
n形バッファ領域3は、n+形カソード領域1およびp+形コレクタ領域2の上に設けられている。
n−形半導体領域4は、n形バッファ領域3の上に設けられている。n−形半導体領域4は、ダイオード領域R1に設けられた第1部分4aと、IGBT領域R2に設けられた第2部分4bと、を有する。
n−形半導体領域4は、n形バッファ領域3の上に設けられている。n−形半導体領域4は、ダイオード領域R1に設けられた第1部分4aと、IGBT領域R2に設けられた第2部分4bと、を有する。
FP電極30は、第1部分4aおよび第2部分4bの上に、絶縁層31を介して設けられている。FP電極30は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
p形アノード領域5は、第1部分4aの上において、隣り合うFP電極30同士の間に設けられている。
p+形アノード領域6は、p形アノード領域5の上に選択的に設けられている。p+形アノード領域6は、図2に表すように、Y方向において互いに離間して複数設けられている。
p形アノード領域5は、第1部分4aの上において、隣り合うFP電極30同士の間に設けられている。
p+形アノード領域6は、p形アノード領域5の上に選択的に設けられている。p+形アノード領域6は、図2に表すように、Y方向において互いに離間して複数設けられている。
図1に表すように、ゲート電極20は、第2部分4bの上にゲート絶縁層21を介して設けられている。ゲート電極20は、X方向においてFP電極30と離間しており、Y方向に延びている。また、1つのゲート電極20と複数のFP電極30とが、X方向において交互に設けられている。
なお、図1に表すように、一部のゲート電極20が、ダイオード領域R1とIGBT領域R2との境界部分に位置していてもよい。また、ゲート電極20同士の間に設けられるFP電極30の数は任意である。
なお、図1に表すように、一部のゲート電極20が、ダイオード領域R1とIGBT領域R2との境界部分に位置していてもよい。また、ゲート電極20同士の間に設けられるFP電極30の数は任意である。
p形ベース領域7は、第2部分4bの上に複数設けられている。
より具体的には、複数のp形ベース領域7の一部は、隣り合うFP電極30同士の間(第1電極と第2電極との間)に設けられたp形ベース領域7A(第5半導体領域)である。
複数のp形ベース領域7の他の一部は、ゲート電極20とFP電極30(第2電極)との間に設けられたp形ベース領域7B(第7半導体領域)である。
より具体的には、複数のp形ベース領域7の一部は、隣り合うFP電極30同士の間(第1電極と第2電極との間)に設けられたp形ベース領域7A(第5半導体領域)である。
複数のp形ベース領域7の他の一部は、ゲート電極20とFP電極30(第2電極)との間に設けられたp形ベース領域7B(第7半導体領域)である。
p+形コンタクト領域8は、図2に表すように、p形ベース領域7Aの上に選択的に設けられている。また、p+形コンタクト領域8は、Y方向において、互いに離間して複数設けられている。
n+形エミッタ領域9およびp+形コンタクト領域10は、p形ベース領域7Bの上に選択的に設けられている。n+形エミッタ領域9とp+形コンタクト領域10とは、Y方向において交互に設けられている。
n+形エミッタ領域9およびp+形コンタクト領域10は、p形ベース領域7Bの上に選択的に設けられている。n+形エミッタ領域9とp+形コンタクト領域10とは、Y方向において交互に設けられている。
図1に表すように、絶縁層40は、p+形アノード領域6、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、p+形コンタクト領域10、ゲート電極20、およびFP電極30の上に設けられている。
プラグ41および42は、絶縁層40中に、互いに離間して設けられている。プラグ41および42は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
プラグ41および42は、絶縁層40中に、互いに離間して設けられている。プラグ41および42は、X方向において複数設けられ、それぞれがY方向に延びている。
図1および図3に表すように、プラグ41は、p+形コンタクト領域8の上に設けられ、p+形コンタクト領域8に接している。また、プラグ41は、p+形コンタクト領域8と同様に、Y方向において互いに離間して複数設けられている。
すなわち、プラグ41は、p+形コンタクト領域8のみと接し、p+形コンタクト領域8同士の間に設けられたp形ベース領域7Aとは接していない。
すなわち、プラグ41は、p+形コンタクト領域8のみと接し、p+形コンタクト領域8同士の間に設けられたp形ベース領域7Aとは接していない。
ここで、図4を用いて、プラグ41近傍の構造についてより具体的に説明する。
FP電極30同士の間のp形ベース領域7Aは、Y方向において互いに離間した第3部分7cおよび第4部分7dを有する。そして、p+形コンタクト領域8は、Y方向において第3部分7cと第4部分7dとの間に設けられている。
また、絶縁層40は、第3部分7cの上に設けられた第1絶縁部分40aと、第4部分7dの上に設けられた第2絶縁部分40bと、を有する。
プラグ41は、Y方向において第1絶縁部分40aと第2絶縁部分40bとの間に設けられている。
FP電極30同士の間のp形ベース領域7Aは、Y方向において互いに離間した第3部分7cおよび第4部分7dを有する。そして、p+形コンタクト領域8は、Y方向において第3部分7cと第4部分7dとの間に設けられている。
また、絶縁層40は、第3部分7cの上に設けられた第1絶縁部分40aと、第4部分7dの上に設けられた第2絶縁部分40bと、を有する。
プラグ41は、Y方向において第1絶縁部分40aと第2絶縁部分40bとの間に設けられている。
これに対して、プラグ42は、図3に表すように、Y方向に延びている。
ダイオード領域R1において、プラグ42(第2金属部)は、p形アノード領域5およびp+形アノード領域6およびFP電極30の上に設けられ、これらの半導体領域と接している。具体的には、プラグ42は、p形アノード領域5とショットキー接合を形成し、p+形アノード領域6とオーミック接触している。
ダイオード領域R1において、プラグ42(第2金属部)は、p形アノード領域5およびp+形アノード領域6およびFP電極30の上に設けられ、これらの半導体領域と接している。具体的には、プラグ42は、p形アノード領域5とショットキー接合を形成し、p+形アノード領域6とオーミック接触している。
IGBT領域R2において、複数のプラグ42の一部は、n+形エミッタ領域9およびp+形コンタクト領域10の上に設けられ、これらの半導体領域と接している。
複数のプラグ42の他の一部は、FP電極30の上に設けられ、FP電極30と接している。
複数のプラグ42の他の一部は、FP電極30の上に設けられ、FP電極30と接している。
図1に表すように、エミッタ電極52は、絶縁層40の上に設けられている。
プラグ41および42の上端は、エミッタ電極52に接している。すなわち、エミッタ電極52は、プラグ41および42を介して、p形アノード領域5、p+形アノード領域6、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、p+形コンタクト領域10、およびFP電極30と電気的に接続されている。
プラグ41および42の上端は、エミッタ電極52に接している。すなわち、エミッタ電極52は、プラグ41および42を介して、p形アノード領域5、p+形アノード領域6、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、p+形コンタクト領域10、およびFP電極30と電気的に接続されている。
ここで、図2を参照して、p+形アノード領域6、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、およびp+形コンタクト領域10の、それぞれの長さの関係の一例について説明する。
n+形エミッタ領域9のY方向における長さL2およびp+形コンタクト領域10のY方向における長さL3のそれぞれは、p+形コンタクト領域8のY方向における長さL1よりも短く、p+形アノード領域6のY方向における長さL4よりも長い。
隣り合うp+形コンタクト領域8同士の間のY方向における距離D1は、隣り合うp+形アノード領域6同士の間のY方向における距離D2よりも長い。また、距離D2は、長さL1〜L4のそれぞれよりも長い。
n+形エミッタ領域9のY方向における長さL2およびp+形コンタクト領域10のY方向における長さL3のそれぞれは、p+形コンタクト領域8のY方向における長さL1よりも短く、p+形アノード領域6のY方向における長さL4よりも長い。
隣り合うp+形コンタクト領域8同士の間のY方向における距離D1は、隣り合うp+形アノード領域6同士の間のY方向における距離D2よりも長い。また、距離D2は、長さL1〜L4のそれぞれよりも長い。
次に、半導体装置100の動作について説明する。
コレクタ電極51に、エミッタ電極52に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極20に閾値以上の電圧が印加されると、半導体装置100のIGBT領域R2がオン状態となる。このとき、p形ベース領域7Bのゲート絶縁層21近傍の領域にチャネル(反転層)が形成される。電子は、このチャネルを通ってn+形エミッタ領域9からn−形半導体領域4に注入され、正孔は、p+形コレクタ領域2からn−形半導体領域4に注入される。
その後、ゲート電極20に印加される電圧が閾値よりも低くなると、p形ベース領域7Bにおけるチャネルが消滅し、IGBT領域R2がオフ状態になる。
コレクタ電極51に、エミッタ電極52に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極20に閾値以上の電圧が印加されると、半導体装置100のIGBT領域R2がオン状態となる。このとき、p形ベース領域7Bのゲート絶縁層21近傍の領域にチャネル(反転層)が形成される。電子は、このチャネルを通ってn+形エミッタ領域9からn−形半導体領域4に注入され、正孔は、p+形コレクタ領域2からn−形半導体領域4に注入される。
その後、ゲート電極20に印加される電圧が閾値よりも低くなると、p形ベース領域7Bにおけるチャネルが消滅し、IGBT領域R2がオフ状態になる。
ここで、例えば、複数の半導体装置100によってフルブリッジ回路が構成されている場合を考える。この場合、回路中のある半導体装置100がオン状態からオフ状態に切り替わると、この半導体装置100に接続された負荷のインダクタンス成分により、他の半導体装置100のエミッタ電極52にサージ電圧が加わる。エミッタ電極52にサージ電圧が印加されると、半導体装置100のダイオード領域R1が動作し、p+形アノード領域6からn+形カソード領域1に向けて正孔電流が流れる。
次に、各構成要素の材料の一例を説明する。
n+形カソード領域1、p+形コレクタ領域2、n形バッファ領域3、n−形半導体領域4、p形アノード領域5、p+形アノード領域6、p形ベース領域7、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、およびp+形コンタクト領域10は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。半導体材料としてシリコンを含む場合、n形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
ゲート電極20およびFP電極30は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁層21、絶縁層31、および絶縁層40は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
プラグ41および42は、チタンやタングステンなどの金属を含む。
コレクタ電極51およびエミッタ電極52は、アルミニウムやニッケルなどの金属を含む。
n+形カソード領域1、p+形コレクタ領域2、n形バッファ領域3、n−形半導体領域4、p形アノード領域5、p+形アノード領域6、p形ベース領域7、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、およびp+形コンタクト領域10は、半導体材料として、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。半導体材料としてシリコンを含む場合、n形不純物としては、ヒ素、リン、またはアンチモンを用いることができる。p形不純物としては、ボロンを用いることができる。
ゲート電極20およびFP電極30は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁層21、絶縁層31、および絶縁層40は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
プラグ41および42は、チタンやタングステンなどの金属を含む。
コレクタ電極51およびエミッタ電極52は、アルミニウムやニッケルなどの金属を含む。
次に、図5および図6を用いて、実施形態に係る半導体装置100の製造方法の一例について説明する。
図5および図6は、実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程断面図である。
図5および図6は、実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程断面図である。
まず、n−形半導体層4Sからなる半導体基板を用意する。次に、n−形半導体層4Sの表面にp形不純物をイオン注入し、p形半導体領域を形成する。続いて、このp形半導体領域を貫通し、n−形半導体層4Sに達する複数のトレンチT1を形成する。トレンチT1により、p形半導体領域が、X方向において複数に分断される。このとき、図5(a)に表すように、複数のp形半導体領域の一部が、p形アノード領域5に対応し、他の一部がp形ベース領域7Aおよび7Bに対応する。
次に、熱酸化により、トレンチT1の内壁およびp形半導体領域の上面に絶縁層IL1を形成する。続いて、絶縁層IL1の上に導電層を形成する。この導電層をエッチバックすることで、トレンチT1の内部に、ゲート電極20およびFP電極30が形成される。続いて、n形不純物およびp形不純物を選択的にイオン注入することで、図5(b)に表すように、p+形アノード領域6、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、およびp+形コンタクト領域10(不図示)を形成する。
次に、絶縁層IL1の上に、ゲート電極20およびFP電極30を覆う絶縁層IL2を形成する。続いて、図6(a)に表すように、絶縁層IL2を貫通する複数のトレンチT2およびT3を形成する。このとき、トレンチT2は、プラグ41の形状に対応して形成され、トレンチT3は、プラグ42の形状に対応して形成される。この工程により、トレンチT2を通して、p+形コンタクト領域8の上面が露出する。また、トレンチT3を通して、p+形アノード領域6、n+形エミッタ領域9、p+形コンタクト領域10、およびFP電極30の上面が露出する。
次に、トレンチT2およびT3を金属材料で埋め込み、エッチバックする。これにより、プラグ41および42が形成される。続いて、絶縁層40の上に金属層を形成し、この金属層をパターニングすることで、図6(b)に表すように、エミッタ電極52が形成される。
次に、n−形半導体層4Sが所定の厚みになるまで、n−形半導体層4Sの裏面を研削する。続いて、n−形半導体層4Sの裏面に、n形不純物およびp形不純物を順次イオン注入し、n形バッファ領域3、n+形カソード領域1、およびp+形コレクタ領域2を形成する。その後、n−形半導体層4Sの裏面にコレクタ電極51を形成することで、図1〜図4に表す半導体装置100が得られる。
ここで、本実施形態による作用および効果について説明する。
上述した通り、p+形コンタクト領域8は、IGBT領域R2に設けられている。しかし、半導体装置100がダイオード動作した際には、p+形アノード領域6に加えてp+形コンタクト領域8からも、正孔がn−形半導体領域4に注入される。
この点について、本実施形態では、p+形コンタクト領域8をp形ベース領域7Aの上に選択的に設け、p+形コンタクト領域8の面積を減少させている。このような構成によれば、ダイオード動作時のn−形半導体領域4への正孔の注入量を減少させ、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間を短縮させることが可能となる。
上述した通り、p+形コンタクト領域8は、IGBT領域R2に設けられている。しかし、半導体装置100がダイオード動作した際には、p+形アノード領域6に加えてp+形コンタクト領域8からも、正孔がn−形半導体領域4に注入される。
この点について、本実施形態では、p+形コンタクト領域8をp形ベース領域7Aの上に選択的に設け、p+形コンタクト領域8の面積を減少させている。このような構成によれば、ダイオード動作時のn−形半導体領域4への正孔の注入量を減少させ、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間を短縮させることが可能となる。
p+形コンタクト領域8をp形ベース領域7Aの上に選択的に設ける場合、プラグ41をp形ベース領域7Aおよびp+形コンタクト領域8の両方の上に設けることが考えられる。この場合、プラグ41は、p形不純物濃度が相対的に低いp形ベース領域7Aとショットキー接合を形成し、p形不純物濃度が相対的に高いp+形コンタクト領域8とはオーミック接触する。
このような半導体装置のIGBT領域R2がオン状態のときに、当該半導体装置が接続された回路において出力側で短絡が生じると、コレクタ電極51に通常よりも大きな電圧が印加される。このとき、コレクタ電極51からエミッタ電極52に向けて、プラグ41とp形ベース領域7Aとの間のショットキー接合を通して大きなリーク電流が流れ、半導体装置が破壊される可能性がある。
これに対して、本実施形態に係る半導体装置100では、プラグ41がp+形コンタクト領域8の上に設けられている。すなわち、プラグ41とp形ベース領域7との間ではショットキー接合が形成されていない。このため、半導体装置100が接続された回路において短絡が生じた場合でも、コレクタ電極51からエミッタ電極52に向けて流れるリーク電流を低減し、半導体装置が破壊される可能性を低減することができる。
すなわち、本実施形態によれば、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間を短縮しつつ、短絡耐量を向上させることが可能となる。
このような半導体装置のIGBT領域R2がオン状態のときに、当該半導体装置が接続された回路において出力側で短絡が生じると、コレクタ電極51に通常よりも大きな電圧が印加される。このとき、コレクタ電極51からエミッタ電極52に向けて、プラグ41とp形ベース領域7Aとの間のショットキー接合を通して大きなリーク電流が流れ、半導体装置が破壊される可能性がある。
これに対して、本実施形態に係る半導体装置100では、プラグ41がp+形コンタクト領域8の上に設けられている。すなわち、プラグ41とp形ベース領域7との間ではショットキー接合が形成されていない。このため、半導体装置100が接続された回路において短絡が生じた場合でも、コレクタ電極51からエミッタ電極52に向けて流れるリーク電流を低減し、半導体装置が破壊される可能性を低減することができる。
すなわち、本実施形態によれば、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間を短縮しつつ、短絡耐量を向上させることが可能となる。
また、本実施形態に係る半導体装置100では、p形アノード領域5の上に選択的にp+形アノード領域6が設けられている。このように、p+形アノード領域6の面積を減少させることで、ダイオード動作時のn−形半導体領域4への正孔の注入量を減少させ、リカバリー時間を短縮させることができる。
このとき、プラグ42は、p形アノード領域5およびp+形アノード領域6の上に設けられることが望ましい。プラグ42は、p形アノード領域5とショットキー接合を形成し、p+形アノード領域6とオーミック接触している。このような構造を採用することで、n−形半導体領域4への正孔の注入量を抑制しつつ、正孔をp形アノード領域5を通して排出することができ、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間をさらに短縮することが可能となる。
このとき、プラグ42は、p形アノード領域5およびp+形アノード領域6の上に設けられることが望ましい。プラグ42は、p形アノード領域5とショットキー接合を形成し、p+形アノード領域6とオーミック接触している。このような構造を採用することで、n−形半導体領域4への正孔の注入量を抑制しつつ、正孔をp形アノード領域5を通して排出することができ、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間をさらに短縮することが可能となる。
(第1変形例)
図7を用いて、実施形態の第1変形例に係る半導体装置の一例について説明する。
図7は、実施形態の第1変形例に係る半導体装置110の一部を表す斜視断面図である。
図7を用いて、実施形態の第1変形例に係る半導体装置の一例について説明する。
図7は、実施形態の第1変形例に係る半導体装置110の一部を表す斜視断面図である。
図7に表すように、半導体装置110では、ダイオード領域R1において、隣り合うFP電極30同士の間に、p−形アノード領域5が設けられている。また、IGBT領域R2において、隣り合うFP電極30同士の間にp−形ベース領域7Aが設けられ、ゲート電極20とFP電極30との間にp形ベース領域7Bが設けられている。
すなわち、半導体装置110では、一部のp形半導体領域におけるp形不純物濃度が、半導体装置100に比べて低下している。
このような構造においても、半導体装置100と同様に、半導体装置のダイオード動作におけるリカバリー時間を短縮しつつ、短絡耐量を向上させることが可能である。
すなわち、半導体装置110では、一部のp形半導体領域におけるp形不純物濃度が、半導体装置100に比べて低下している。
このような構造においても、半導体装置100と同様に、半導体装置のダイオード動作におけるリカバリー時間を短縮しつつ、短絡耐量を向上させることが可能である。
また、p−形ベース領域7Aのp形不純物濃度を、p形ベース領域7Bのp形不純物濃度よりも低くすることで、半導体装置のダイオード動作時におけるn−形半導体領域4への正孔の注入量を低減し、半導体装置のダイオード動作からのリカバリー時間をさらに短縮することが可能となる。
(第2変形例)
図8は、実施形態の第2変形例に係る半導体装置120の一部を表す斜視断面図である。
図9および図10は、図8の一部を平面視した際の様子を表す平面図である。
なお、図9では、絶縁層40、プラグ41〜43、およびエミッタ電極52が省略されている。
図10では、絶縁層40、プラグ42、およびエミッタ電極52が省略されている。
図8は、実施形態の第2変形例に係る半導体装置120の一部を表す斜視断面図である。
図9および図10は、図8の一部を平面視した際の様子を表す平面図である。
なお、図9では、絶縁層40、プラグ41〜43、およびエミッタ電極52が省略されている。
図10では、絶縁層40、プラグ42、およびエミッタ電極52が省略されている。
半導体装置120では、図8に表すように、複数のp+形コンタクト領域8の一部は、ダイオード領域R1の近くに設けられたp+形コンタクト領域8Aであり、他の一部は、ダイオード領域R1から離れて設けられたp+形コンタクト領域8Bである。
すなわち、p+形コンタクト領域8Aは、X方向において、p+形コンタクト領域8Bとダイオード領域R1との間に位置している。
すなわち、p+形コンタクト領域8Aは、X方向において、p+形コンタクト領域8Bとダイオード領域R1との間に位置している。
図9に表すように、p+形コンタクト領域8Aは、隣り合うFP電極30同士の間において、Y方向に互いに離間して複数設けられている。これに対して、p+形コンタクト領域8Bは、隣り合うFP電極30同士の間をY方向に延びている。
図8および図10に表すように、p+形コンタクト領域8Aの上には、プラグ41が設けられている。プラグ41は、p+形コンタクト領域8Aと同様に、Y方向に互いに離間して複数設けられている。これに対して、プラグ43は、Y方向に延びている。
本変形例によれば、ダイオード領域R1に近い領域では、p形ベース領域7Aの上にp+形コンタクト領域8Aが選択的に設けられているため、半導体装置120のダイオード動作時におけるp+形コンタクト領域8Aからの正孔の注入が抑制される。
一方、ダイオード領域R1から離れた領域では、p形ベース領域7Aの上に、Y方向に延びるp+形コンタクト領域8Bが設けられている。このため、半導体装置120のIGBT領域R2がオン状態からオフ状態に切り替わった際のn−形半導体領域4からの正孔の排出が、p+形コンタクト領域8Bを通して効率的に行われる。
すなわち、本変形例によれば、半導体装置100に比べて、ダイオード動作のリカバリー時間の増長を抑制しつつ、IGBT動作のリカバリー時間を短縮することが可能となる。
一方、ダイオード領域R1から離れた領域では、p形ベース領域7Aの上に、Y方向に延びるp+形コンタクト領域8Bが設けられている。このため、半導体装置120のIGBT領域R2がオン状態からオフ状態に切り替わった際のn−形半導体領域4からの正孔の排出が、p+形コンタクト領域8Bを通して効率的に行われる。
すなわち、本変形例によれば、半導体装置100に比べて、ダイオード動作のリカバリー時間の増長を抑制しつつ、IGBT動作のリカバリー時間を短縮することが可能となる。
なお、本変形例において、第1変形例と同様に、p形ベース領域7Aに代えてp−形ベース領域7Aを設け、pアノード領域5に代えてp−形アノード領域5を設けることも可能である。
以上で説明した各実施形態における、各半導体領域の間の不純物濃度の相対的な高低については、例えば、SCM(走査型静電容量顕微鏡)を用いて確認することが可能である。なお、各半導体領域におけるキャリア濃度は、各半導体領域において活性化している不純物濃度と等しいものとみなすことができる。従って、各半導体領域の間のキャリア濃度の相対的な高低についても、SCMを用いて確認することができる。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。実施形態に含まれる、例えば、n+形カソード領域1、p+形コレクタ領域2、n形バッファ領域3、n−形半導体領域4、p形アノード領域5、p+形アノード領域6、p形ベース領域7、p+形コンタクト領域8、n+形エミッタ領域9、p+形コンタクト領域10、ゲート電極20、ゲート絶縁層21、フィールドプレート電極30、絶縁層31、絶縁層40、プラグ41〜43、コレクタ電極51、エミッタ電極52などの各要素の具体的な構成に関しては、当業者が公知の技術から適宜選択することが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
100〜120…半導体装置、 1…n+形カソード領域、 2…p+形コレクタ領域、 3…n形バッファ領域、 4…n−形半導体領域、 5…p形アノード領域、 6…p+形アノード領域、 7…p形ベース領域、 8…p+形コンタクト領域、 9…n+形エミッタ領域、 10…p+形コンタクト領域、 20… ゲート電極、 30…FP電極、 41〜43…プラグ、 51…コレクタ電極、 52…エミッタ電極、 R1…ダイオード領域、 R2…IGBT領域
Claims (7)
- 第1導電形の第1半導体領域と、
第2導電形の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第1部分と、前記第2半導体領域の上に設けられた第2部分と、を有する第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1部分の上に選択的に設けられた第2導電形の第4半導体領域と、
前記第2部分の上にゲート絶縁層を介して設けられたゲート電極と、
前記第2部分の上に第1絶縁層を介して設けられた第1電極と、
前記第2部分の上に第2絶縁層を介して設けられ、前記ゲート電極と前記第1電極との間に位置する第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられた第2導電形の第5半導体領域と、
前記第5半導体領域の上に選択的に設けられ、前記第5半導体領域よりも高い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第6半導体領域と、
前記ゲート電極と前記第2電極との間において前記第2部分の上に設けられた第2導電形の第7半導体領域と、
前記第7半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第8半導体領域と、
前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域の上に設けられ、前記第1電極、前記第2電極、前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域と電気的に接続された第3電極と、
を備えた半導体装置。 - 前記第4半導体領域、前記第6半導体領域、および前記第8半導体領域の上に設けられた第3絶縁層と、
前記第3絶縁層中に設けられ、前記第6半導体領域の上に位置する第1金属部と、
をさらに備え、
前記第3電極は、前記第3絶縁層の上に設けられ、
前記第3電極は、前記第1金属部を介して前記第6半導体領域と電気的に接続された請求項1記載の半導体装置。 - 前記第3半導体領域から前記第3電極に向かう第1方向と、前記第2半導体領域から前記第1半導体領域に向かう第2方向と、に対して垂直な第3方向において、前記第6半導体領域は、前記第5半導体領域の一部と、前記第5半導体領域の他の一部と、の間に設けられた請求項2記載の半導体装置。
- 前記第5半導体領域の前記一部の上には、前記第3絶縁層の一部が設けられ、
前記第5半導体領域の前記他の一部の上には、前記第3絶縁層の他の一部が設けられ、
前記第1金属部は、前記第3方向において、前記第3絶縁層の前記一部と、前記第3絶縁層の前記他の一部と、の間に設けられた請求項3記載の半導体装置。 - 前記第1部分の上に設けられた第2導電形の第9半導体領域をさらに備え、
前記第4半導体領域は、前記第9半導体領域の上に選択的に設けられ、
前記第4半導体領域における第2導電形のキャリア濃度は、前記第9半導体領域における第2導電形のキャリア濃度よりも高い請求項2〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第3絶縁層中に設けられ、前記第4半導体領域の上および前記第9半導体領域の上に位置する第2金属部をさらに備え、
前記第3電極は、前記第2金属部を介して前記第4半導体領域および前記第9半導体領域と電気的に接続された請求項5記載の半導体装置。 - 前記第5半導体領域における第2導電形のキャリア濃度は、前記第7半導体領域における第2導電形のキャリア濃度よりも低い請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。
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WO2021182352A1 (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-16 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
DE102021122436A1 (de) | 2020-10-01 | 2022-04-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
-
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JP2021144998A (ja) * | 2020-03-10 | 2021-09-24 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
JP7247930B2 (ja) | 2020-03-10 | 2023-03-29 | 株式会社デンソー | 半導体装置 |
DE102021122436A1 (de) | 2020-10-01 | 2022-04-07 | Mitsubishi Electric Corporation | Halbleitervorrichtung |
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