JP2021093556A - RC-IGBT semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、RC−IGBT(Reverse Conducting - Insulated Gate Bipolar Transistor)半導体装置に関する。 The present invention relates to an RC-IGBT (Reverse Conducting --Insulated Gate Bipolar Transistor) semiconductor device.
特許文献1の図2には、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)およびダイオードを含む半導体装置の一例として、RC(Reverse Conducting)−IGBTと称される逆導電絶縁ゲートバイポーラトランジスタが開示されている。
特許文献1の図2に係る逆導電絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、半導体層を備えている。半導体層の表面側の表層部には、p型のチャネル領域が形成されている。チャネル領域の表層部には、n型のエミッタ領域が形成されている。チャネル領域に対して半導体層の裏面側には、チャネル領域と電気的に接続されるように、n型のドリフト領域が形成されている。半導体層の裏面側の表層部には、ドリフト領域と電気的に接続されるようにp型のコレクタ領域および複数のn型のカソード領域が形成されている。複数のn型のカソード領域は、半導体層の裏面に対して、一方方向および当該一方方向の直交方向に沿って間隔を空けて行列状に規則的な配列で形成されている。
FIG. 2 of
The reverse conductive insulated gate bipolar transistor according to FIG. 2 of
特許文献1の図2に開示された構成では、複数のカソード領域の平面視面積を増加させると半導体装置のピーク順方向サージ電流IFSMに対する耐量であるピーク順方向サージ電流耐量が向上するという傾向がある。その一方で、複数のカソード領域の平面視面積を減少させると半導体装置のピーク順方向サージ電流耐量が低下するという傾向がある。つまり、特許文献1の図2に開示された構成では、複数のカソード領域の平面視面積と半導体装置のピーク順方向サージ電流耐量との間に大凡リニアな関係が成立する。
In the configuration disclosed in FIG. 2 of
したがって、複数のカソード領域の平面視面積を調整したとしても、結果として前記リニアな関係の中でしか半導体装置のピーク順方向サージ電流耐量を調整することができないため、当該リニアな関係から切り離して半導体装置のピーク順方向サージ電流耐量を調整することが困難であるという問題がある。
そこで、本発明は、ピーク順方向サージ電流耐量の向上を図ることができるRC−IGBT半導体装置を提供することを目的とする。
Therefore, even if the plan-viewing areas of the plurality of cathode regions are adjusted, as a result, the peak forward surge current withstand capability of the semiconductor device can be adjusted only within the linear relationship. There is a problem that it is difficult to adjust the peak forward surge current withstand capability of the semiconductor device.
Therefore, an object of the present invention is to provide an RC-IGBT semiconductor device capable of improving the peak forward surge current withstand capability.
本発明の一実施形態は、一方側の第1主面および他方側の第2主面を有する半導体層と、前記第1主面に形成されたゲート構造と、平面視において前記第1主面の一辺から第1方向Xに離間して前記第1主面を被覆し、前記ゲート構造に電気的に接続されたゲートパッドと、前記第2主面の表層部に形成された第1導電型のコレクタ領域と、平面視において前記ゲートパッドに重ならないように前記第2主面の表層部に形成され、平面視において前記第1方向Xに沿って帯状にそれぞれ延び、平面視において前記第1方向Xに直交する第2方向Yに間隔を空けて配列された第2導電型の複数のカソードライン領域と、を含み、複数の前記カソードライン領域は、平面視において前記ゲートパッド側に位置する第1端部、および、前記ゲートパッドとは反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、複数の前記カソードライン領域に関して、平面視において、複数の前記第2端部の前記第1方向Xの位置は、前記第2方向Yに揃っている、RC−IGBT(Reverse Conducting - Insulated Gate Bipolar Transistor)半導体装置を提供する。 In one embodiment of the present invention, a semiconductor layer having a first main surface on one side and a second main surface on the other side, a gate structure formed on the first main surface, and the first main surface in a plan view. A gate pad that covers the first main surface at a distance from one side in the first direction X and is electrically connected to the gate structure, and a first conductive type formed on the surface layer portion of the second main surface. It is formed on the surface layer portion of the second main surface so as not to overlap the gate pad in the plan view and the collector region of the above, and extends in a strip shape along the first direction X in the plan view, and the first in the plan view. A plurality of second conductive type cathode line regions arranged at intervals in a second direction Y orthogonal to the direction X, and the plurality of cathode line regions are located on the gate pad side in a plan view. Each of the first end portion and the second end portion located on the side opposite to the gate pad is provided, and the plurality of the second end portions are in the first direction in a plan view with respect to the plurality of the cathode line regions. The position of X provides an RC-IGBT (Reverse Conducting-Insulated Gate Bipolar Transistor) semiconductor device aligned in the second direction Y.
この構造によれば、カソード領域の平面視面積と半導体装置の耐圧との間にリニアな関係が成立する従来の半導体装置と異なり、当該リニアな関係から切り離してRC−IGBT半導体装置の耐圧を高めることができる。 According to this structure, unlike the conventional semiconductor device in which a linear relationship is established between the plan-view area of the cathode region and the withstand voltage of the semiconductor device, the withstand voltage of the RC-IGBT semiconductor device is increased by separating from the linear relationship. be able to.
以下では、本発明の実施形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
<第1実施形態>
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の半導体基板2を表面2a側から見た模式的な上面図である。図2は、図1の二点鎖線IIにより取り囲まれた領域の模式的な一部切欠き斜視図である。図3は、図1の半導体装置1の電気的構造を示す回路図である。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
<First Embodiment>
FIG. 1 is a schematic top view of the
本実施形態に係る半導体装置1は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)および還流ダイオード(Free Wheeling Diode)を含むRC(Reverse Conducting)−IGBT(逆導電絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)を備えている。図1および図2を参照して、半導体装置1は、本発明の半導体層の一例としての半導体基板2を含む。半導体基板2は、本実施形態では、FZ(Floating Zone)法によって形成されたシリコン製のFZ基板である。半導体基板2は、平面視四角形状のチップ形状に形成されており、表面2aと、その反対側の裏面2bと、表面2aおよび裏面2bを接続する側面2cを含む。
The
半導体基板2には、IGBTの一部および還流ダイオードの一部が形成されるアクティブ領域3と、その外側の外方領域4とが設定されている。アクティブ領域3は、本実施形態では、半導体基板2の内方領域において、半導体基板2の各側面2cに平行な4辺を有する平面視四角形状に設定されている。外方領域4は、アクティブ領域3を取り囲むように平面視四角環状に設定されている。
The
半導体基板2の表面2a上には、アクティブ領域3に電力を供給するための表面電極5が形成されている。この表面電極5には、平面視においてアクティブ領域3の周囲に沿って形成されたゲート電極6と、アクティブ領域3を被覆するように形成されたエミッタ電極7とが含まれる。
ゲート電極6は、本実施形態では、ゲートフィンガー8とゲートパッド9とを含む。ゲートフィンガー8は、アクティブ領域3を取り囲むように外方領域4に配置されており、半導体基板2の各側面2Cに沿って延びる平面視四角環状に形成されている。ゲートフィンガー8は、アクティブ領域3を3方向から挟み込むように、半導体基板2の三つの側面2Cに沿って形成されていてもよい。また、ゲートフィンガー8は、アクティブ領域3のサイズに応じて、各側面2C側からアクティブ領域3内を横断するように形成されていてもよい。
A
The
ゲートパッド9は、半導体基板2の一つの側面2Cに沿って延びる1つのゲートフィンガー8の長手方向中央部において、当該ゲートフィンガー8と接続されている。ゲートパッド9は、半導体基板2の各側面2cに平行な4辺を有する平面視四角形状に形成されている。ゲートパッド9は、半導体基板2の1つの角部において、互いに直交する方向に延びる2つのゲートフィンガー8と接続されていてもよい。また、アクティブ領域3を横断するようにゲートフィンガー8が形成されている場合、当該アクティブ領域3を横断するように形成されたゲートフィンガー8にゲートパッド9が接続されていてもよい。
The
ゲート電極6によって取り囲まれた領域内には、ゲートフィンガー8の内縁およびゲートパッド9の内縁に沿って帯状に延び、かつ、平面視において無端状(閉環状)を成す絶縁領域10が形成されている。絶縁領域10は、電極材料が存在せずに、後述する絶縁層43がゲート電極6およびエミッタ電極7から露出する領域である。エミッタ電極7は、絶縁領域10によって取り囲まれた領域内に形成されている。
In the region surrounded by the
図2を参照して、アクティブ領域3において、半導体基板2の表面2a側の表層部には、p−型のチャネル領域21が形成されている。アクティブ領域3とは、本実施形態では、平面視においてチャネル領域21の周縁によって取り囲まれた領域によって定義される。つまり、アクティブ領域3は、本実施形態では、チャネル領域21を半導体基板2の表面2aおよび裏面2bに投影した領域である。
With reference to FIG. 2, in the
アクティブ領域3において、チャネル領域21に対して半導体基板2の裏面2b側には、チャネル領域21と電気的に接続されるようにn−型のドリフト領域22が形成されている。本実施形態では、n−型の半導体基板が半導体基板2として用いられており、ドリフト領域22は、半導体基板2の一部を利用して形成されている。
アクティブ領域3において、半導体基板2の裏面2b側の表層部には、ドリフト領域22と電気的に接続されるように、p+型のコレクタ領域23およびn+型のカソード領域24が形成されている。本実施形態では、ドリフト領域22とコレクタ領域23との間、および、ドリフト領域22とカソード領域24との間を延びるようにn型のバッファ領域25が形成されており、コレクタ領域23およびカソード領域24は、バッファ領域25を介してドリフト領域22と電気的に接続されている。コレクタ領域23およびカソード領域24は、半導体基板2の裏面2bから露出するように形成されている。
In the
In the active region 3, a p +
カソード領域24は、コレクタ領域23およびバッファ領域25の境界を横切るように形成されており、カソード領域24の半導体基板2の表面2a側の端部は、バッファ領域25内に位置している。その他、コレクタ領域23およびカソード領域24の各構成については、後に詳述する。
アクティブ領域3において、半導体基板2の表面2a側の表層部には、平面視帯状に延びる複数のトレンチゲート構造31が形成されている。各トレンチゲート構造31は、半導体基板2を掘り下げて形成されたゲートトレンチ32にゲート絶縁膜33を挟んで埋め込まれた埋め込みゲート電極34を含む。ゲートトレンチ32は、チャネル領域21を貫通しており、ドリフト領域22内に位置する底部を有している。ゲート絶縁膜33は、本実施形態では、半導体基板2の表面2aも被覆している。
The
In the
各トレンチゲート構造31の側方におけるチャネル領域21の表層部には、半導体基板2の表面2aから露出するようにn+型のエミッタ領域35が形成されている。これにより、各トレンチゲート構造31の側方には、半導体基板2の表面2a側から裏面2b側に向かって順に、n+型のエミッタ領域35、p−型のチャネル領域21およびn−型のドリフト領域22が形成されている。チャネル領域21は、互いに隣り合う複数のトレンチゲート構造31に共有されている。埋め込みゲート電極34は、ゲートトレンチ32内においてゲート絶縁膜33を挟んで、エミッタ領域35、チャネル領域21およびドリフト領域22と対向している。
An n +
チャネル領域21の表層部における複数のトレンチゲート構造31間には、複数のコンタクト凹部41が形成されている。各コンタクト凹部41は、複数のトレンチゲート構造31と同一の方向に沿って延びる平面視帯状に形成されている。各コンタクト凹部41は、その底部がチャネル領域21内に位置するように半導体基板2の表面2a側の表層部を掘り下げて形成されている。半導体基板2の厚さ方向に関して、コンタクト凹部41の深さは、トレンチゲート構造31(ゲートトレンチ32)の深さよりも小さい。
A plurality of contact recesses 41 are formed between the plurality of
各コンタクト凹部41の側部からは前述のエミッタ領域35が露出している。本実施形態では、チャネル領域21内には、エミッタ領域35の下方からコンタクト凹部41の側部および底部に沿うように、チャネル領域21のp型不純物濃度よりも高いp型不純物濃度を有するp+型のコンタクト領域42がさらに形成されている。コンタクト凹部41の側部の全域にエミッタ領域35が露出しており、コンタクト凹部41の底部のみに沿うコンタクト領域42が形成されていてもよい。
The above-mentioned
半導体基板2の表面2a上には、トレンチゲート構造31を覆うように絶縁層43が形成されている。絶縁層43は、複数の絶縁膜が積層された積層構造を有していてもよいし、1つの絶縁膜からなる単層構造を有していてもよい。絶縁層43は、たとえば酸化膜(SiO2)または窒化膜(SiN)を含んでいてもよい。この絶縁層43には、半導体基板2に形成された各コンタクト凹部41を露出させるコンタクト孔44が形成されている。
An insulating
コンタクト孔44は、コンタクト凹部41と同一の方向に沿って平面視帯状に延びており、半導体基板2の表面2a側の表層部に形成されたコンタクト凹部41と連通している。コンタクト孔44の内壁は、コンタクト凹部41の内壁と面一に形成されている。
絶縁層43上には、バリアメタル層45を介して、前述のエミッタ電極7が形成されている。バリアメタル層45は、エミッタ電極7がコンタクト孔44およびコンタクト凹部41の外側に拡散するのを抑制するための金属層であり、本実施形態では、半導体基板2側からこの順に積層されたチタン層および窒化チタン層を含む積層構造を有している。バリアメタル層45は、半導体基板2側の表面とその反対面が、コンタクト凹部41の内壁、コンタクト孔44の内壁および当該コンタクト孔44外の絶縁層43の表面に沿って形成されている。
The
The above-mentioned
エミッタ電極7は、コンタクト凹部41およびコンタクト孔44を埋めて絶縁層43の表面全域を被覆するように、バリアメタル層45上に形成されている。エミッタ電極7は、コンタクト凹部41内においてバリアメタル層45を介して、チャネル領域21、エミッタ領域35、コンタクト領域42等と電気的に接続されている。
前述のゲート電極6は、絶縁層43の一部からなる前述の絶縁領域10を挟んでエミッタ電極7と間隔を空けて絶縁層43上に形成されている。前述のトレンチゲート構造31は、たとえばアクティブ領域3からゲートフィンガー8の直下の領域まで引き出されている。ゲートフィンガー8は、たとえば絶縁層43に形成されたコンタクト孔(図示せず)を介してトレンチゲート構造31と電気的に接続されている。そして、半導体基板2の裏面2b側には、コレクタ領域23およびカソード領域24と電気的に接続されるように裏面電極としてのコレクタ電極46が形成されている。
The
The
図3を参照して、本実施形態に係る半導体装置1は、共通の半導体基板2にIGBTおよび還流ダイオードが作り込まれた構造を有している。還流ダイオードは、チャネル領域21およびドリフト領域22間のpn接合部によって形成されている。還流ダイオードは、チャネル領域21をアノード領域として含む。還流ダイオードは、チャネル領域21を介してエミッタ電極7に電気的に接続され、かつ、カソード領域24を介してコレクタ電極46に電気的に接続されている。
With reference to FIG. 3, the
このようにして、本実施形態に係る半導体装置1は、還流ダイオードのアノードがIGBTのエミッタ電極7に電気的に接続され、還流ダイオードのカソードがIGBTのコレクタ電極46に電気的に接続された構造を有している。
本実施形態に係る半導体装置1は、半導体基板2の裏面2b側の表層部に、カソード領域24が所定のパターンで形成されていることを一つの特徴としている。以下、図4を参照して、カソード領域24の具体的な構成について説明する。図4は、図1の半導体装置1の半導体基板2を裏面2b側から見た模式的な底面図である。図4では、明瞭化のため、クロスハッチングによってカソード領域24を示している。
In this way, the
One of the features of the
図4を参照して、半導体基板2の裏面2bにおいて、アクティブ領域3内には、コレクタ領域23およびカソード領域24が形成されている。コレクタ領域23は、本実施形態では、アクティブ領域3の平面視形状(つまり、チャネル領域21の平面視形状)とほぼ整合する平面視形状で形成されている。
カソード領域24は、アクティブ領域3内において、連続的に引き回されたライン状のパターンを有している。カソード領域24は、本実施形態では、コレクタ領域23のp型不純物濃度よりも高いn型不純物濃度を有しており、コレクタ領域23のp型不純物がn型不純物によって相殺されるようにアクティブ領域3内に形成されている。
With reference to FIG. 4, on the
The
本実施形態では、アクティブ領域3には、コレクタ領域23のみが形成される第1領域50と、コレクタ領域23およびカソード領域24の双方が形成される第2領域51とが設定されている。第1領域50は、IGBTのみが形成される領域であり、第2領域51は、IGBTおよび還流ダイオードが形成される領域である。
第1領域50は、半導体基板2の周縁部、より具体的には、半導体基板2の一つの側面2Cの中央領域に沿って設定されている。さらに具体的には、第1領域50は、本実施形態では、前述のゲートパッド9の直下の領域に設定されており、平面視において、ゲートパッド9がアクティブ領域3と重なる部分の全域と対向している。第1領域50は、平面視において、ゲートパッド9がアクティブ領域3と重なる部分の周縁をその外側から取り囲んでいる。第1領域50は、平面視四角形状に区画された領域であってもよい。
In the present embodiment, the
The
一方、第2領域51は、アクティブ領域3において第1領域50外の領域に設定された平面視凹状の領域であり、前述のエミッタ電極7の直下の領域に設定されている。アクティブ領域3に第1領域50および第2領域51が設定されることによって、カソード領域24は、平面視でゲートパッド9外の領域に形成され、かつ、半導体基板2の裏面2bに対して不均等なパターン(配置)で形成されている。
On the other hand, the
カソード領域24は、アクティブ領域3の第2領域51内において、平面視において葛折状に連続的に引き回されたライン状のパターンを含む。以下では、説明の便宜上、図4に示した+X方向および−X方向ならびに+Y方向および−Y方向を用いることがある。+X方向および−X方向は、半導体基板2の1辺に沿う2つの方向であり、これらを総称するときには単に「X方向」という。+Y方向および−Y方向は、半導体基板2の前記1辺と直交する他の1辺に沿う2つの方向であり、これらを総称するときには単に「Y方向」という。X方向は、本実施形態では、ゲートパッド9がゲートフィンガー8から引き出された方向でもある。
The
カソード領域24は、X方向に沿って延び、かつY方向に沿って間隔を空けて形成された複数の第1ライン52と、Y方向に沿って延び、かつY方向に隣り合う複数の第1ライン52同士を接続する複数の第2ライン53とを含む。
複数の第1ライン52には、アクティブ領域3の+Y方向端部側に形成された複数の第1ライン52Aと、アクティブ領域3の−Y方向端部側に形成された複数の第1ライン52Bと、第1ライン52Aおよび第1ライン52Bの間に形成された複数の第1ライン52Cとが含まれる。
The
The plurality of
複数の第1ライン52Aおよび複数の第1ライン52Bは、平面視において第1領域50(ゲートパッド9)を挟んでY方向に互いに対向するように、当該第1領域50(ゲートパッド9)のY方向両側の領域に引き出されている。複数の第1ライン52AのX方向幅、および複数の第1ライン52BのX方向幅は、本実施形態ではほぼ等しい値に設定されている。
The plurality of
複数の第1ライン52Cは、平面視において第1領域50(ゲートパッド9)とX方向に対向する領域に形成されている。複数の第1ライン52CのX方向幅は、複数の第1ライン52AのX方向幅および複数の第1ライン52BのX方向幅よりも小さい値に設定されている。
複数の第1ライン52は、X方向に関して、ゲートパッド9の幅を超えるライン長さをそれぞれ有している。また、複数の第1ライン52は、Y方向に関して、ゲートパッド9の幅未満のライン幅をそれぞれ有している。
The plurality of
Each of the plurality of
平面視において裏面2bを4つの領域に区画するように裏面2bの中央部をX方向およびY方向に交差する十字ラインを設定した場合、複数の第1ライン52の一部は4つの領域の少なくとも1つの領域に含まれる。複数の第1ライン52は、平面視においてゲートパッド9をX方向に横切るラインを設定した場合、当該ラインに対して線対称に配列されている。
When a cross line that intersects the central portion of the
複数の第1ライン52は、平面視においてゲートパッド9側に位置する−X方向端部(第1端部)、および、ゲートパッド9とは反対側に位置する+X方向端部(第2端部)をそれぞれ有している。複数の第1ライン52に関して、平面視において、複数の+X方向端部(第2端部)のX方向の位置は、Y方向に揃っている。
複数の第1ライン52に関して、平面視において、複数の−X方向端部(第1端部)のX方向の位置は、Y方向には揃っていない。具体的には、複数の第1ライン52Aの−X方向端部および複数の第1ライン52Bの−X方向端部はY方向に揃っているが、複数の第1ライン52Cの−X方向端部は、複数の第1ライン52Aおよび複数の第1ライン52Bの−X方向端部から+X方向側にずれおり、Y方向に複数の第1ライン52Aおよび複数の第1ライン52Bの−X方向端部とは揃っていない。
The plurality of
With respect to the plurality of
第2ライン53には、Y方向に沿って隣り合う2つの第1ライン52の+X方向端部同士を接続する第2ライン53Aと、Y方向に沿って隣り合う2つの第1ライン52の−X方向端部同士を接続する第2ライン53Bとが含まれる。第2ライン53Aおよび第2ライン53Bは、Y方向に沿って交互に形成されている。このようにして、本実施形態では、カソード領域24が、連続的に連なる平面視葛折状のライン状のパターンで形成されている。また、カソード領域24は、X方向幅が異なる複数の第1ライン52A,52B,52Cを含み、これによって、アクティブ領域3に対して不均等なパターン(配置)で形成されている。
The
第1ライン52のY方向幅および第2ライン53のX方向幅で定義されるカソード領域24のライン幅は、たとえば1μm以上100μm以下、より好ましくは10μm以上50μm以下である。カソード領域24は、一様なライン幅を有していてもよいし、一様でないライン幅を有していてもよい。たとえば、カソード領域24は、Y方向幅がそれぞれ異なる第1ライン52A,52B,52Cを有していてもよいし、X方向幅がそれぞれ異なる第2ライン53A,53Bを有していてもよい。
The line width of the
アクティブ領域3の面積SAに対する第1領域50の面積S1の比S1/SAは、たとえば0.03(3%)以上0.3(30%)以下である。また、平面視において、アクティブ領域3の面積SAに対するカソード領域24の面積SKの比SK/SA(以下、単に「カソード領域24の面積比SK/SA」という。)は、アクティブ領域3の面積SAに対するコレクタ領域23の面積SCの比SC/SA(以下、単に「コレクタ領域23の面積比SC/SA」という。)よりも小さい値に設定されている。カソード領域24の面積比SK/SAは、たとえば0.1(10%)以下、より具体的には、0.01(1%)以上0.07(7%)以下である。
The
本実施形態に係る半導体装置1の電気的特性と比較するため、図5に示される参考例に係る半導体装置101を用意した。図5は、参考例に係る半導体装置101の半導体層を裏面側から見た模式的な底面図である。
参考例に係る半導体装置101では、平面視円形状の複数のカソード領域24がアクティブ領域3に形成されている。複数のカソード領域24は、X方向およびY方向に沿って間隔を空けて行列状に規則的な配列で均等に形成されている。参考例に係る半導体装置101では、カソード領域24がゲートパッド9直下の領域にも形成されている。参考例に係る半導体装置101において、他の構成については、本実施形態に係る半導体装置1の各構成と略同様であるので、同一の参照符号を付して説明を省略する。
In order to compare with the electrical characteristics of the
In the
図6は、本実施形態に係る半導体装置1のピーク順方向サージ電流IFSMおよび参考例に係る半導体装置101のピーク順方向サージ電流IFSMのシミュレーション結果を示すグラフである。
図6において、横軸は、カソード領域24の面積比SK/SAを示しており、縦軸は、ピーク順方向サージ電流IFSMを示している。ピーク順方向サージ電流IFSMとは、半導体装置が破壊しない範囲で許容される1周期以上の商用正弦半波電流のピーク値である。したがって、ピーク順方向サージ電流IFSMの値が高い程、半導体装置のピーク順方向サージ電流IFSMに対する耐量(以下、単に「ピーク順方向サージ電流耐量」という。)が優れているといえる。
FIG. 6 is a graph showing simulation results of the peak forward surge current I FSM of the
6, the horizontal axis, the area ratio of the
図6では、本実施形態に係る半導体装置1のカソード領域24の面積比SK/SAが、0.037(3.7%)である場合のピーク順方向サージ電流IFSMのシミュレーション結果がプロットP1で示されている。また、図6では、参考例に係る半導体装置101のカソード領域24の面積比SK/SAが、0.012(1.2%),0.019(1.9%),0.023(2.4%)および0.032(3.2%)であるときのピーク順方向サージ電流IFSMのシミュレーション結果がプロットP2〜P5で示されている。図6では、プロットP2〜P5を近似直線Lで結んで示している。
In Figure 6, the area ratio S K / S A
図6を参照して、参考例に係る半導体装置1では、複数のカソード領域24の平面視面積を減らしてカソード領域24の面積比SK/SAを小さくすると、ピーク順方向サージ電流IFSMが低下している。また、参考例に係る半導体装置101では、複数のカソード領域24の平面視面積を増やしてカソード領域24の面積比SK/SAを大きくすると、ピーク順方向サージ電流IFSMが向上している。したがって、参考例に係る半導体装置101では、複数のカソード領域24の平面視面積とピーク順方向サージ電流IFSMとの間に大凡リニアな関係が成立しているといえる。
Referring to FIG. 6, in the
しかし、参考例に係る半導体装置101では、カソード領域24の面積比SK/SAがいずれの場合であっても、ピーク順方向サージ電流IFSMが300A以下と比較的に低い値であった。近似直線Lを参照するに、参考例に係る半導体装置101では、カソード領域24の面積比SK/SAを「1」に近づけると、良好なピーク順方向サージ電流IFSMを実現できるとも考えられる。
However, in the
しかし、実際には、カソード領域24の面積比SK/SAが「1」に近づくほど、コレクタ領域23の面積比SC/SAが「0」に近づくので、IGBTの機能が失われていく。したがって、参考例に係る半導体装置101では、複数のカソード領域24の平面視面積の調整によってカソード領域24の面積比SK/SAを調整したとしても、結果として近似直線Lで示される前記リニアな関係の中でしかピーク順方向サージ電流IFSMを調整できず、また、比較的に高いピーク順方向サージ電流IFSMを得ることが困難であるといえる。
However, in practice, as the area ratio S K / S A
参考例に係る半導体装置101では、平面視円形状の複数のカソード領域24がアクティブ領域3に形成されているが、この問題は、平面視四角形状等の平面視多角形状の複数のカソード領域24が規則的な配列でアクティブ領域3に形成されている場合にも同様に生じる。
これに対して、連続的なライン状のパターンで形成されたカソード領域24を有する本実施形態に係る半導体装置1では、ピーク順方向サージ電流IFSMが1000A以上であり、参考例に係る半導体装置101と異なり、近似直線Lから外れて比較的高いピーク順方向サージ電流IFSMとなっている。したがって、カソード領域24を連続的なライン状のパターンで形成することによって、近似直線Lで示される前記リニアな関係から切り離して、比較的高いピーク順方向サージ電流IFSMを実現できることが分かった。
In the
On the other hand, in the
図7は、本実施形態に係る半導体装置1において、コレクタ電極46およびエミッタ電極7間にコレクタ−エミッタ電圧VCEを印加してIGBTとして動作させたときの、コレクタ電流ICのシミュレーション結果を示すグラフである。図7において、横軸は、コレクタ−エミッタ電圧VCEを示しており、縦軸は、コレクタ電流ICを示している。
一般的に、IGBTおよび還流ダイオードを共通の半導体基板2に備える半導体装置では、比較的小さい値(たとえば0V以上2.5V以下の範囲)のコレクタ−エミッタ電圧VCEが与えられると、スナップバック現象が生じる虞があることが知られている。
7, in the
Generally, in a semiconductor device comprising an IGBT and freewheeling diode on a
図7に示されるように、本実施形態に係る半導体装置1では、比較的小さい値のコレクタ−エミッタ電圧VCEが与えられた場合であっても、スナップバック現象の発生が抑制されている。これは、アクティブ領域3において、コレクタ領域23のみが形成される比較的大きい平面視面積の第1領域50が形成されているためであると考えられる。よって、本実施形態に係る半導体装置1のように、カソード領域24を連続的なライン状のパターンで形成した場合であっても、IGBTとして良好に動作させることができる。
As shown in FIG. 7, in the
図8は、本実施形態に係る半導体装置1において、コレクタ電極46およびエミッタ電極7間に順方向電圧VFを印加して還流ダイオードとして動作させたときの、順方向電流IFのシミュレーション結果を示すグラフである。図8において、横軸は、順方向電圧VFを示しており、縦軸は、順方向電流IFを示している。
図8を参照して、本実施形態に係る半導体装置1のように、カソード領域24を連続的なライン状のパターンで形成した場合であっても、還流ダイオードとして良好に動作させることができる。
8, in the
With reference to FIG. 8, even when the
以上、本実施形態に係る半導体装置1では、カソード領域24が連続的に引き回されたライン状のパターンを含む。したがって、カソード領域24の平面視面積とピーク順方向サージ電流IFSMとの間にリニアな関係が成立する参考例に係る半導体装置101と異なり、当該リニアな関係から切り離して、比較的に高い値のピーク順方向サージ電流IFSMを得ることができる。
As described above, the
しかも、半導体基板2の裏面2b側のアクティブ領域3(第2領域51)において、カソード領域24を引き回す領域を調整することにより、半導体装置1のピーク順方向サージ電流IFSMを容易に調整することもできる。よって、IGBTおよび還流ダイオードを備えた構成において、設計の自由度を高めることができると同時に、ピーク順方向サージ電流耐量の向上を図ることができる構造の半導体装置1を提供できる。
Moreover, the peak forward surge current IFSM of the
<第2実施形態>
図9は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置61の模式的な断面図である。
図9を参照して、本実施形態に係る半導体装置61は、トレンチゲート構造31に代えてプレーナゲート構造62を有している点で、前述の第1実施形態に係る半導体装置1と異なっている。図9において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
<Second Embodiment>
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the
With reference to FIG. 9, the
本実施形態に係る半導体装置61は、前述の半導体基板2を含む。半導体基板2の表面2a側の表層部には、前述のチャネル領域21が間隔を空けて形成されている。各チャネル領域21の表層部には、当該チャネル領域21の周縁から内側に間隔を隔てて前述のエミッタ領域35が形成されている。
本実施形態では、互いに隣り合うチャネル領域21の間の領域および各チャネル領域21に対して半導体基板2の裏面2b側の領域に、当該チャネル領域21と電気的に接続されるように前述のドリフト領域22が形成されている。半導体基板2の裏面2b側の表層部には、前述のバッファ領域25を介してドリフト領域22と電気的に接続されるように前述のコレクタ領域23および前述のカソード領域24が形成されている。コレクタ領域23およびカソード領域24は、前述の第1実施形態に係る構成と同様の構成を有している。
The
In the present embodiment, the above-mentioned drift is provided so as to be electrically connected to the
プレーナゲート構造62は、半導体基板2の表面2a上に形成されたゲート絶縁膜63を挟んで少なくともチャネル領域21と対向するゲート電極64を含む。ゲート電極64は、より具体的には、ゲート絶縁膜63を挟んでエミッタ領域35、チャネル領域21およびドリフト領域22と対向している。チャネル領域21の表層部において、エミッタ領域35に対してゲート電極64とは反対側には前述のコンタクト領域42が形成されている。
The
そして、プレーナゲート構造62を覆うように前述の絶縁層43が形成されている。絶縁層43には、チャネル領域21およびエミッタ領域35を露出させるコンタクト孔65が形成されている。前述のエミッタ電極7は、前述のバリアメタル層45を介して絶縁層43上からコンタクト孔65内に入り込み、当該コンタクト孔65内において、チャネル領域21、エミッタ領域35およびコンタクト領域42と電気的に接続されている。そして、半導体基板2の裏面2b側には、コレクタ領域23およびカソード領域24と電気的に接続されるように裏面電極としての前述のコレクタ電極46が形成されている。
Then, the above-mentioned insulating
本実施形態では、図9に示される単位セル66が複数形成された領域によって前述のアクティブ領域3が定義される。単位セル66とは、本実施形態では、図9に示されるように、一つのプレーナゲート構造62に対して二つのチャネル領域21が形成された領域である。
以上、本実施形態に係る半導体装置61によっても前述の第1実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。
In the present embodiment, the above-mentioned
As described above, the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の第1実施形態では、カソード領域24が平面視葛折状に形成されたライン状のパターンを含む例について説明した。しかし、カソード領域24は、これに代えて、図10〜図12に示されるようなパターンで形成されていてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
For example, in the above-mentioned first embodiment, an example in which the
図10は、半導体基板2を裏面2b側から見た模式的な底面図であって、カソード領域24の第1変形例を示す図である。図10では、明瞭化のため、クロスハッチングによってカソード領域24を示している。図10において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図10を参照して、第1変形例に係るカソード領域24は、前述の第1実施形態と同様、X方向に沿って延び、かつY方向に沿って間隔を空けて形成された複数の第1ライン52と、Y方向に沿って延び、かつY方向に隣り合う複数の第1ライン52同士を接続する複数の第2ライン53とを含む。
FIG. 10 is a schematic bottom view of the
With reference to FIG. 10, the
第1変形例に係るカソード領域24では、前述の複数の第1ライン52A,52BのX方向幅が、いずれも第1ライン52CのX方向幅とほぼ同一の値に設定されている。したがって、第1変形例に係るカソード領域24では、平面視において、複数の第1ライン52Aおよび複数の第1ライン52Bが、第1領域50(ゲートパッド9)を挟んでY方向に互いに対向することなく、アクティブ領域3の+X方向側に偏在するように形成されている。つまり、前述の第1領域50は、アクティブ領域3の−X方向側の端部においてY方向に沿って延びる平面視長方形状に形成されている。
In the
換言すると、裏面2bは、平面視において、ゲートパッド9に対向する対向領域、対向領域に対して+Y方向側に位置する第1領域、および、対向領域に対して−Y方向側に位置し、対向領域を挟んで第1領域に対向する第2領域を含む。複数の第1ライン52は、平面視において、裏面2bの対向領域、第1領域および第2領域に位置しないように第2主面の表層部に形成されている。このような構造において、複数の第1ライン52は、平面視においてX方向に第1領域に対向する少なくとも1つの第1ライン52A、および、平面視においてX方向に第2領域に対向する少なくとも1つの第1ライン52Bを含む。
In other words, the
平面視において裏面2bを4つの領域に区画するように裏面2bの中央部をX方向およびY方向に交差する十字ラインを設定した場合、複数の第1ライン52の一部は4つの領域の少なくとも1つの領域に含まれる。複数の第1ライン52は、平面視においてゲートパッド9をX方向に横切るラインを設定した場合、当該ラインに対して線対称に配列されている。
When a cross line that intersects the central portion of the
複数の第1ライン52は、平面視においてゲートパッド9側に位置する−X方向端部(第1端部)、および、ゲートパッド9とは反対側に位置する+X方向端部(第2端部)をそれぞれ有している。複数の第1ライン52に関して、平面視において、複数の+X方向端部(第2端部)のX方向の位置は、Y方向に揃っている。また、複数の第1ライン52に関して、平面視において、複数の−X方向端部(第1端部)のX方向の位置は、Y方向に揃っている。
The plurality of
このように、第1変形例に係るカソード領域24は、アクティブ領域3の+X方向側に偏在しており、当該カソード領域24がアクティブ領域3に対して不均等なパターン(配置)で形成されている。このような構成によっても前述の第1実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。前述の第2実施形態においても、第1変形例に係るカソード領域24を適用してもよい。
As described above, the
図11は、半導体基板2を裏面2b側から見た模式的な底面図であって、カソード領域24の第2変形例を示す図である。図11では、明瞭化のため、クロスハッチングによってカソード領域24を示している。図11において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
図11を参照して、第2変形例に係るカソード領域24は、前述の第1実施形態と同様、X方向に沿って延び、かつY方向に沿って間隔を空けて形成された複数の第1ライン52と、Y方向に沿って延び、かつY方向に隣り合う複数の第1ライン52同士を接続する複数の第2ライン53とを含む。第2変形例に係るカソード領域24では、第2ライン53が、いずれも、Y方向に沿って隣り合う2つの第1ライン52の+X方向端部同士を接続している。
FIG. 11 is a schematic bottom view of the
With reference to FIG. 11, the
このように、第2変形例に係るカソード領域24は、平面視櫛歯状に形成されたライン状のパターンを含む構成とされており、当該カソード領域24がアクティブ領域3に対して不均等なパターン(配置)で形成されている。このような構成によっても前述の第1実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。前述の第2実施形態においても、第2変形例に係るカソード領域24を適用してもよい。
As described above, the
図12は、半導体基板2を裏面2b側から見た模式的な底面図であって、カソード領域24の第3変形例を示す図である。図12では、明瞭化のため、クロスハッチングによってカソード領域24を示している。図12において、前述の第1実施形態において述べた構成と同様の構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
第3変形例では、前述の第1領域50がアクティブ領域3の中央部に平面視四角形状に設定されており、当該第1領域50を取り囲むように前述の第2領域51が平面視四角環状に設定されている。つまり、第3変形例では、前述のゲートパッド9が平面視において半導体基板2の中央部に配置されている。
FIG. 12 is a schematic bottom view of the
In the third modification, the
第3変形例に係るカソード領域24は、前述の第1実施形態と同様、X方向に沿って延び、かつY方向に沿って間隔を空けて形成された複数の第1ライン52と、Y方向に沿って延び、かつY方向に隣り合う複数の第1ライン52同士を接続する複数の第2ライン53とを含む。
第3変形例に係るカソード領域24は、第1ライン52および第2ライン53によって、半導体基板2の側面2cに平行な平面視四角の螺旋状に形成されたライン状のパターンを含む。したがって、カソード領域24は、アクティブ領域3の周縁部側に偏在するように形成されており、これによって、当該カソード領域24が、アクティブ領域3に対して不均等なパターン(配置)で形成されている。
Similar to the first embodiment described above, the
The
このような構成によっても前述の第1実施形態において述べた効果と同様の効果を奏することができる。前述の第2実施形態においても、第3変形例に係るカソード領域24を適用してもよい。カソード領域24は、平面視円形の螺旋状であってもよいし、平面視八角形の螺旋状等のように四角形以外の平面視多角形の螺旋状であってもよい。
また、前述の各実施形態において、カソード領域24は、互いに異なる平面視形状または互いに同一の平面視形状のライン状のパターンを複数含む構成を有していてもよい。たとえば、カソード領域24は、平面視葛折状に形成されたライン状のパターン、平面視櫛歯状に形成されたライン状のパターン、および、平面視螺旋状に形成されたライン状のパターンから選択される少なくとも一種のパターンを含んでいてもよい。
Even with such a configuration, the same effect as that described in the above-described first embodiment can be obtained. Also in the second embodiment described above, the
Further, in each of the above-described embodiments, the
また、前述の各実施形態では、半導体層の一例としてFZ法により製造された半導体基板2が採用された例について説明した。しかし、半導体層は、半導体基板2に代えて、たとえばシリコン製のp−型の半導体基板と、当該半導体基板のシリコンをエピタキシャル成長させることによって形成されたn−型のエピタキシャル層とを含んでいてもよい。この場合、p−型の半導体基板が、コレクタ領域23に相当する構成となり、エピタキシャル層が、ドリフト領域22に相当する構成となる。この場合、カソード領域24は、半導体基板(コレクタ領域23)に対するn型不純物の注入によって形成される。この技術的思想から、コレクタ領域23は、裏面2bの全域に形成されてもよいことが理解される。
Further, in each of the above-described embodiments, an example in which the
また、前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構成が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例を示す。以下、コレクタ領域およびカソード領域を備えた構成において、設計の自由度を高めることができると同時に、ピーク順方向サージ電流耐量の向上を図ることができる半導体装置を提供する。
Further, in each of the above-described embodiments, a configuration in which the conductive type of each semiconductor portion is inverted may be adopted. That is, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.
Hereinafter, examples of features extracted from this specification and drawings will be shown. Hereinafter, in a configuration including a collector region and a cathode region, a semiconductor device capable of increasing the degree of freedom in design and at the same time improving the peak forward surge current withstand capability will be provided.
[A1]第1主面およびその反対側の第2主面を有する半導体層と、前記半導体層の前記第1主面側の表層部に形成された第1導電型のチャネル領域と、前記チャネル領域の表層部に形成された第2導電型のエミッタ領域と、前記チャネル領域と電気的に接続されるように、前記チャネル領域に対して前記半導体層の第2主面側に形成された第2導電型のドリフト領域と、前記ドリフト領域と電気的に接続されるように、前記半導体層の第2主面側の表層部に形成された第1導電型のコレクタ領域および第2導電型のカソード領域と、少なくとも前記チャネル領域と絶縁膜を挟んで対向するゲート電極とを含み、前記カソード領域が、連続的に引き回されたライン状のパターンを含むことを特徴とする、半導体装置。 [A1] A semiconductor layer having a first main surface and a second main surface on the opposite side thereof, a first conductive type channel region formed on the surface layer portion of the semiconductor layer on the first main surface side, and the channel. A second conductive type emitter region formed on the surface layer portion of the region and a second main surface side of the semiconductor layer with respect to the channel region so as to be electrically connected to the channel region. The two conductive type drift regions and the first conductive type collector region and the second conductive type collector region formed on the surface layer portion on the second main surface side of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the drift region. A semiconductor device comprising a cathode region and at least a gate electrode facing the channel region with an insulating film interposed therebetween, wherein the cathode region includes a continuously drawn line-shaped pattern.
この半導体装置は、カソード領域が連続的に引き回されたライン状のパターンを含む。これにより、カソード領域の平面視面積と半導体装置の耐圧との間にリニアな関係が成立する従来の半導体装置と異なり、当該リニアな関係から切り離して半導体装置の耐圧を高めることができる。しかも、半導体層の第2主面側においてカソード領域を引き回す領域を調整することにより、半導体装置の耐圧を容易に調整することもできる。よって、設計の自由度を高めることができると同時に、耐圧の向上を図ることができる構造の半導体装置を提供できる。 This semiconductor device includes a line-like pattern in which the cathode region is continuously routed. As a result, unlike the conventional semiconductor device in which a linear relationship is established between the plan-view area of the cathode region and the withstand voltage of the semiconductor device, the withstand voltage of the semiconductor device can be increased by separating from the linear relationship. Moreover, the withstand voltage of the semiconductor device can be easily adjusted by adjusting the region around which the cathode region is routed on the second main surface side of the semiconductor layer. Therefore, it is possible to provide a semiconductor device having a structure capable of increasing the degree of freedom in design and at the same time improving the withstand voltage.
[A2]前記カソード領域が、前記半導体層の前記第2主面に対して不均等なパターンで形成されている、A1に記載の半導体装置。
[A3]前記半導体層の前記第2主面には、前記コレクタ領域のみが形成された第1領域と、前記コレクタ領域および前記カソード領域が形成された第2領域とが設定されており、前記第1領域は、平面視において前記半導体層の前記第2主面の周縁部に設定されている、A1またはA2に記載の半導体装置。
[A2] The semiconductor device according to A1, wherein the cathode region is formed in an uneven pattern with respect to the second main surface of the semiconductor layer.
[A3] A first region in which only the collector region is formed and a second region in which the collector region and the cathode region are formed are set on the second main surface of the semiconductor layer. The semiconductor device according to A1 or A2, wherein the first region is set on the peripheral edge of the second main surface of the semiconductor layer in a plan view.
[A4]前記半導体層の前記第2主面には、前記コレクタ領域のみが形成された第1領域と、前記コレクタ領域および前記カソード領域が形成された第2領域とが設定されており、前記第1領域は、平面視において前記半導体層の前記第2主面の中央部に設定されている、A1またはA2に記載の半導体装置。
[A5]前記ゲート電極に電気的に接続されるように、前記半導体層の前記第1主面上に配置されたゲートパッドをさらに含み、前記第1領域が、前記ゲートパッドの直下に設定されている、A3またはA4に記載の半導体装置。
[A4] A first region in which only the collector region is formed and a second region in which the collector region and the cathode region are formed are set on the second main surface of the semiconductor layer. The semiconductor device according to A1 or A2, wherein the first region is set in the central portion of the second main surface of the semiconductor layer in a plan view.
[A5] A gate pad arranged on the first main surface of the semiconductor layer is further included so as to be electrically connected to the gate electrode, and the first region is set directly below the gate pad. The semiconductor device according to A3 or A4.
[A6]前記ゲート電極と電気的に接続されるように、前記半導体層の前記第1主面上に配置されたゲートパッドをさらに含み、前記カソード領域は、平面視において前記ゲートパッドが形成された領域外の領域に形成されている、A1またはA2に記載の半導体装置。
[A7]前記カソード領域は、平面視葛折状に形成された前記ライン状のパターンを含む、A1〜A6のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A6] Further includes a gate pad arranged on the first main surface of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the gate electrode, and the cathode region is formed with the gate pad in a plan view. The semiconductor device according to A1 or A2, which is formed in a region outside the region.
[A7] The semiconductor device according to any one of A1 to A6, wherein the cathode region includes the line-shaped pattern formed in a curved shape in a plan view.
[A8]前記カソード領域は、平面視櫛歯状に形成された前記ライン状のパターンを含む、A1〜A6のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A9]前記カソード領域は、平面視螺旋状に形成された前記ライン状のパターンを含む、A1〜A6のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A10]前記カソード領域の前記ライン状のパターンは、第1方向に沿って延びる第1ラインと、前記第1方向と交差する第2方向に沿って延びる第2ラインとを含む、A1〜A9のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A8] The semiconductor device according to any one of A1 to A6, wherein the cathode region includes the line-shaped pattern formed in a comb-teeth shape in a plan view.
[A9] The semiconductor device according to any one of A1 to A6, wherein the cathode region includes the line-shaped pattern formed in a spiral shape in a plan view.
[A10] The line-like pattern of the cathode region includes A1 to A9 including a first line extending along the first direction and a second line extending along a second direction intersecting the first direction. The semiconductor device according to any one of the above.
[A11]前記第1ラインは、前記第2方向に沿って間隔を空けて複数形成されており、前記第2ラインは、前記第2方向に隣り合う前記複数の第1ライン同士を接続するように複数形成されている、A10に記載の半導体装置。
[A12]前記半導体層には、アクティブ領域が設定されており、前記コレクタ領域および前記カソード領域は、前記アクティブ領域内に形成されており、平面視において、前記アクティブ領域の面積SAに対する前記カソード領域の面積SKの比SK/SAは、前記アクティブ領域の面積SAに対する前記コレクタ領域の面積SCの比SC/SAよりも小さい、A1〜A11のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A11] A plurality of the first lines are formed at intervals along the second direction, and the second line connects the plurality of first lines adjacent to each other in the second direction. The semiconductor device according to A10, which is formed in plurality.
[A12] in the semiconductor layer is the active region is set, the collector region and the cathode region, the are formed in the active region, in plan view, the cathode to an area S A of the active region the ratio S K / S a of the area S K region, the smaller than the ratio S C / S a of the area S C of the collector region to the area S a of the active region, according to any one of A1~A11 Semiconductor equipment.
[A13]前記アクティブ領域の面積SAに対する前記カソード領域の面積SKの比SK/SAが、0.1以下である、A12に記載の半導体装置。
[A14]前記コレクタ領域および前記カソード領域と電気的に接続されるように、前記半導体層の前記第2主面側に配置されたコレクタ電極をさらに含む、A1〜A13のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A13] The ratio S K / S A of the area S K of the cathode region to an area S A of the active region is 0.1 or less, the semiconductor device according to A12.
[A14] Described in any one of A1 to A13, further including a collector electrode arranged on the second main surface side of the semiconductor layer so as to be electrically connected to the collector region and the cathode region. Semiconductor device.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。 In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
1 半導体装置
2 半導体基板
2a 半導体基板の表面
2b 半導体基板の裏面
3 アクティブ領域
9 ゲートパッド
21 チャネル領域
22 ドリフト領域
23 コレクタ領域
24 カソード領域
33 ゲート絶縁膜
34 ゲート電極
35 エミッタ領域
46 コレクタ電極
50 第1領域
51 第2領域
52 第1ライン
53 第2ライン
61 半導体装置
63 ゲート絶縁膜
64 ゲート電極
SA アクティブ領域の面積
SC コレクタ領域の面積
SK カソード領域の面積
Claims (20)
前記第1主面に形成されたゲート構造と、
平面視において前記第1主面の一辺から第1方向Xに離間して前記第1主面を被覆し、前記ゲート構造に電気的に接続されたゲートパッドと、
前記第2主面の表層部に形成された第1導電型のコレクタ領域と、
平面視において前記ゲートパッドに重ならないように前記第2主面の表層部に形成され、平面視において前記第1方向Xに沿って帯状にそれぞれ延び、平面視において前記第1方向Xに直交する第2方向Yに間隔を空けて配列された第2導電型の複数のカソードライン領域と、を含み、
複数の前記カソードライン領域は、平面視において前記ゲートパッド側に位置する第1端部、および、前記ゲートパッドとは反対側に位置する第2端部をそれぞれ有し、
複数の前記カソードライン領域に関して、平面視において、複数の前記第2端部の前記第1方向Xの位置は、前記第2方向Yに揃っている、RC−IGBT(Reverse Conducting - Insulated Gate Bipolar Transistor)半導体装置。 A semiconductor layer having a first main surface on one side and a second main surface on the other side,
The gate structure formed on the first main surface and
In a plan view, a gate pad that covers the first main surface at a distance from one side of the first main surface in the first direction X and is electrically connected to the gate structure.
The first conductive type collector region formed on the surface layer of the second main surface, and
It is formed on the surface layer of the second main surface so as not to overlap the gate pad in a plan view, extends in a strip shape along the first direction X in a plan view, and is orthogonal to the first direction X in a plan view. Includes a plurality of second conductive cathode line regions, spaced apart from each other in the second direction Y.
The plurality of cathode line regions have a first end portion located on the gate pad side and a second end portion located on the side opposite to the gate pad in a plan view, respectively.
With respect to the plurality of cathode line regions, the positions of the plurality of second end portions in the first direction X are aligned in the second direction Y in a plan view, and the RC-IGBT (Reverse Conducting --Insulated Gate Bipolar Transistor) ) Semiconductor device.
複数の前記カソードライン領域は、平面視において、前記第2主面の前記対向領域、前記第1領域および前記第2領域に位置しないように前記第2主面の表層部に形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載のRC−IGBT半導体装置。 In a plan view, the second main surface has a region facing the gate pad, a first region located on one side of the second direction Y with respect to the facing region, and the facing region. It is located on the other side of the second direction Y and includes a second region facing the first region with the facing region in between.
The plurality of cathode line regions are formed on the surface layer portion of the second main surface so as not to be located in the facing region, the first region, and the second region of the second main surface in a plan view. The RC-IGBT semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
複数の前記カソードライン領域は、前記コレクタ領域の第1導電型を第2導電型に置換するように形成されている、請求項1〜12のいずれか一項に記載のRC−IGBT半導体装置。 The collector region is formed over the entire surface layer portion of the second main surface.
The RC-IGBT semiconductor device according to any one of claims 1 to 12, wherein the plurality of cathode line regions are formed so as to replace the first conductive type of the collector region with a second conductive type.
複数の前記カソードライン領域は、平面視において前記ゲートフィンガーの前記直線部分と平行に延びている、請求項1〜14のいずれか一項に記載のRC−IGBT半導体装置。 It further comprises a gate finger that is electrically connected to the gate pad, is selectively routed over the first main surface, and includes a linear portion that extends in the first direction X in plan view.
The RC-IGBT semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, wherein the plurality of cathode line regions extend parallel to the straight line portion of the gate finger in a plan view.
前記トレンチから露出するように前記チャネル領域の表層部に形成された第2導電型のエミッタ領域と、
前記ゲートパッドから間隔を空けて前記第1主面を被覆し、前記エミッタ領域に電気的に接続されたエミッタパッドと、をさらに含み、
複数の前記カソードライン領域は、平面視において前記エミッタパッドに重なるように前記第2主面の表層部に形成されている、請求項16に記載のRC−IGBT半導体装置。 A first conductive type channel region formed on the surface layer portion of the first main surface so as to be exposed from the trench, and
A second conductive type emitter region formed on the surface layer of the channel region so as to be exposed from the trench,
It further comprises an emitter pad that covers the first main surface at a distance from the gate pad and is electrically connected to the emitter region.
The RC-IGBT semiconductor device according to claim 16, wherein the plurality of cathode line regions are formed on a surface layer portion of the second main surface so as to overlap the emitter pad in a plan view.
前記チャネル領域において前記コンタクト凹部に沿う領域に形成され、前記チャネル領域よりも高い不純物濃度を有する第1導電型のコンタクト領域と、をさらに含む、請求項17に記載のRC−IGBT半導体装置。 A contact recess formed on the first main surface at a distance from the gate electrode so as to expose the emitter region,
The RC-IGBT semiconductor device according to claim 17, further comprising a first conductive type contact region formed in a region along the contact recess in the channel region and having a higher impurity concentration than the channel region.
前記ゲートパッドおよび前記エミッタパッドは、前記絶縁層の上に配置されている、請求項17または18に記載のRC−IGBT半導体装置。 Further including an insulating layer covering the first main surface,
The RC-IGBT semiconductor device according to claim 17 or 18, wherein the gate pad and the emitter pad are arranged on the insulating layer.
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