JP2018073911A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の第1実施形態にかかる半導体装置について説明する。本実施形態にかかる半導体装置は、基板厚み方向に電流を流す縦型のIGBTとFWDとが1つの基板に備えられたRC−IGBT構造により構成されている。この半導体装置は、例えば、インバータ、DC/DCコンバータ等の電源回路に使用されるパワースイッチング素子として利用されると好適である。具体的には、本実施形態にかかる半導体装置は、以下のように構成されている。
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して境界領域1cのゲート電極17の接続形態を変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対して各部の上面レイアウトを変更したものであり、その他については第1実施形態と同様であるため、第1実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1〜第3実施形態に対し、ダイオード領域1bおよび境界領域1cにおける他面10b側の構成を変更したものであり、その他については第1〜第3実施形態と同様であるため、第1〜第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第1実施形態の構造について、他面10b側の構成を変更する場合について説明するが、第2、第3実施形態の構造についても適用可能である。
第5実施形態について説明する。本実施形態は、第1〜第4実施形態に対し、ダイオード領域1bおよび境界領域1cにおける一面10a側の構成を変更したものであり、その他については第1〜第4実施形態と同様であるため、第1〜第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは第1実施形態の構造について、一面10a側の構成を変更する場合について説明するが、第2〜第4実施形態の構造についても適用可能である。
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
1b ダイオード領域
1c 境界領域
10 半導体基板
12 ベース層
13 トレンチ
14 エミッタ領域
17 ゲート電極
21 コレクタ層
22 カソード層
Claims (10)
- IGBTおよびダイオードを有する半導体装置であって、
前記IGBTが形成されるIGBT領域(1a)と前記ダイオードが形成されるダイオード領域(1b)、および、前記IGBT領域と前記ダイオード領域との間に形成される境界領域(1c)を有し、第1導電型のドリフト層(11)と、前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のベース層(12)と、前記IGBT領域および前記境界領域において、前記ドリフト層のうちの前記ベース層側と反対側に形成された第2導電型のコレクタ層(21)と、前記ダイオード領域において、前記ドリフト層のうちの前記ベース層側と反対側に形成された第1導電型のカソード層(22)と、を含む半導体基板(10)と、
前記IGBT領域と前記ダイオード領域および前記境界領域に形成され、一方向を長手方向とすると共に前記第2導電型領域よりも深く形成されることで前記ベース層を複数に分けた複数のトレンチ(13)内に、ゲート絶縁膜(16)およびゲート電極(17)が配置されてなるトレンチゲート構造と、
前記IGBT領域における前記ベース層を第1ベース層(12a)として、前記トレンチによって複数に分けられた前記第1ベース層のうちの少なくとも一部に、前記トレンチに接して形成された第1導電型のエミッタ領域(14)と、
前記第1ベース層のうち前記エミッタ領域と異なる部分に配置される第1コンタクト領域(15a)と、
前記ダイオード領域および前記境界領域における前記ベース層を第2ベース層(12b)として、前記ダイオード領域において、前記第2ベース層の表層部に形成され、該第2ベース層よりも第2導電型不純物濃度が高くされた第2導電型の第2コンタクト領域(15b)、および、前記境界領域において、前記第2ベース層の表層部に形成され、該第2ベース層よりも第2導電型不純物濃度が高くされた第2導電型の第3コンタクト領域(15c)と、
前記エミッタ領域に加えて前記第1コンタクト領域と前記第2コンタクト領域および前記第3コンタクト領域に電気的に接続された上部電極(19)と、
前記コレクタ層および前記カソード層に電気的に接続された下部電極(23)と、を有し、
前記半導体基板の表面の単位面積当たりの前記第2コンタクト領域の形成面積に対して、前記第3コンタクト領域の形成面積の方が小さくされている半導体装置。 - IGBTおよびダイオードを有する半導体装置であって、
前記IGBTが形成されるIGBT領域(1a)と前記ダイオードが形成されるダイオード領域(1b)、および、前記IGBT領域と前記ダイオード領域との間に形成される境界領域(1c)を有し、第1導電型のドリフト層(11)と、前記ドリフト層の表層部に形成された第2導電型のベース層(12)と、前記IGBT領域において、前記ドリフト層のうちの前記ベース層側と反対側に形成された第2導電型のコレクタ層(21)と、前記ダイオード領域および前記境界領域において、前記ドリフト層のうちの前記ベース層側と反対側に形成された第1導電型のカソード層(22)および該カソード層内に部分的に配置された第2導電型離散層(24)と、を含む半導体基板(10)と、
前記IGBT領域と前記ダイオード領域および前記境界領域に形成され、一方向を長手方向とすると共に前記第2導電型領域よりも深く形成されることで前記ベース層を複数に分けた複数のトレンチ(13)内に、ゲート絶縁膜(16)およびゲート電極(17)が配置されてなるトレンチゲート構造と、
前記IGBT領域における前記ベース層を第1ベース層(12a)として、前記トレンチによって複数に分けられた前記第1ベース層のうちの少なくとも一部に、前記トレンチに接して形成された第1導電型のエミッタ領域(14)と、
前記第1ベース層のうち前記エミッタ領域と異なる部分に配置される第1コンタクト領域(15a)と、
前記ダイオード領域および前記境界領域における前記ベース層を第2ベース層(12b)として、前記ダイオード領域において、前記第2ベース層の表層部に形成され、該第2ベース層よりも第2導電型不純物濃度が高くされた第2導電型の第2コンタクト領域(15b)、および、前記境界領域において、前記第2ベース層の表層部に形成され、該第2ベース層よりも第2導電型不純物濃度が高くされた第2導電型の第3コンタクト領域(15c)と、
前記エミッタ領域に加えて前記第1コンタクト領域と前記第2コンタクト領域および前記第3コンタクト領域に電気的に接続された上部電極(19)と、
前記コレクタ層および前記カソード層に電気的に接続された下部電極(23)と、を有し、
前記半導体基板の表面の単位面積当たりの前記第2コンタクト領域の形成面積に対して、前記第3コンタクト領域の形成面積の方が小さくされている半導体装置。 - 前記境界領域に形成された前記ゲート電極は、前記IGBT領域に形成された前記ゲート電極と同電位とされる請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記境界領域に形成された前記ゲート電極は、前記ダイオード領域に形成された前記ゲート電極と同電位とされる請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記IGBT領域に形成された前記第1ベース層は、前記ダイオード領域および前記境界領域に形成された前記第2ベース層よりも第2導電型不純物が高くされ、
前記第1ベース層の表面によって前記第1コンタクト領域が構成されていると共に、前記第1ベース層がチャネルの形成されるチャネル領域として機能しつつ、ボディ領域としても機能する請求項1ないし4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記エミッタ領域は、複数の前記トレンチの間において、前記トレンチの長手方向に沿って複数個配置されており、隣り合う両方の前記トレンチの側面に接している請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記エミッタ領域は、複数の前記トレンチの間において、前記トレンチの長手方向に沿って延設されている請求項1ないし5のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第2コンタクト領域および前記第3コンタクト領域は、複数の前記トレンチの間において、前記トレンチの長手方向に沿って延設されており、
前記第2コンタクト領域は、複数の前記トレンチの間に配置される前記第2ベース層のすべてに形成されており、
前記第3コンタクト領域は、複数の前記トレンチの間に配置される前記第2ベース層の複数個に1つの割合で形成されている請求項1ないし7のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第3コンタクト領域が形成されている間隔である形成ピッチは、前記IGBT領域から前記ダイオード領域に向かって段階的に変化しており、前記IGBT領域から前記ダイオード領域に向かうに連れて、前記形成ピッチが徐々に小さくされている請求項8に記載の半導体装置。
- 前記ダイオード領域および前記境界領域に形成された前記第2ベース層の表層部のうち前記第2コンタクト領域および前記第3コンタクト領域と異なる位置に、第1導電型離散層(25)が形成されており、前記上部電極が該第1導電型離散層とオーミック接触させられている請求項1ないし8のいずれか1つに記載の半導体装置。
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