JP5135719B2 - Trench type insulated gate semiconductor device - Google Patents
Trench type insulated gate semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP5135719B2 JP5135719B2 JP2006156346A JP2006156346A JP5135719B2 JP 5135719 B2 JP5135719 B2 JP 5135719B2 JP 2006156346 A JP2006156346 A JP 2006156346A JP 2006156346 A JP2006156346 A JP 2006156346A JP 5135719 B2 JP5135719 B2 JP 5135719B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor
- trench
- layer
- gate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 76
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 42
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 16
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 10
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 claims description 10
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 9
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 8
- 108010075750 P-Type Calcium Channels Proteins 0.000 description 11
- 108091006146 Channels Proteins 0.000 description 6
- 238000004088 simulation Methods 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 4
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 3
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Description
本発明はトレンチゲート構造を有する電力用半導体装置に関する。 The present invention relates to a power semiconductor device having a trench gate structure.
電力変換装置の低消費電力化が進む中、その装置において中心的な役割を果たすパワー半導体装置(スイッチングデバイス)の低消費電力化に対する期待が大きい。そのような低消費電力化に大きく貢献できる方策として、近年、チャネル密度を飛躍的に向上させたトレンチゲート構造を有するパワー半導体装置が実用化されている。このトレンチゲート構造を有するパワー半導体装置はパワーMOSFETを中心にIGBT、サイリスタ、ダイオードへと適用範囲を広げつつある。 As power consumption of power converters is reduced, there is a great expectation for power consumption of power semiconductor devices (switching devices) that play a central role in the power conversion devices. In recent years, power semiconductor devices having a trench gate structure with a greatly improved channel density have been put to practical use as a measure that can greatly contribute to such low power consumption. The power semiconductor device having this trench gate structure is expanding its application range to IGBTs, thyristors, and diodes with a focus on power MOSFETs.
さらに、IGBTなどのバイポーラ半導体装置では、トレンチゲート構造を適用してチャネル密度を高め、さらにはコレクタ側から注入されたホールがエミッタ電極へ抜け難くされた構造すなわちエミッタ電極と導電接続されるエミッタ領域の面積比率を小さくすること(言い換えると、エミッタ電極と絶縁されるかまたは高抵抗接続されたフローティング領域部分の面積を相対的に大きくすること)が行われる。これによりドリフト領域のエミッタ側へのキャリアの蓄積効果も得られるようになるため、一般的な高耐圧半導体装置のようにドリフト領域の抵抗成分が大きくてオン電圧が大きくなり易い場合でも、低オン電圧、低定常損失化が図れるというメリットがある。ただし、このようなエミッタ電極と絶縁されたフローティング領域部分を導電接続されたエミッタ領域に対して相対的に大きくした構造を有するトレンチゲート型IGBTでは前述のようにオン電圧は小さくなるが、反面、ゲート−コレクタ間容量(ミラー容量)が大きくなるので、スイッチング損失に関しては、大きくなり易いという問題がある。 Furthermore, in bipolar semiconductor devices such as IGBTs, a trench gate structure is applied to increase the channel density, and further, a structure in which holes injected from the collector side are difficult to escape to the emitter electrode, that is, an emitter region that is conductively connected to the emitter electrode. The area ratio is reduced (in other words, the area of the floating region portion insulated from the emitter electrode or connected with high resistance is relatively increased). As a result, the effect of accumulating carriers on the emitter side of the drift region can also be obtained. Therefore, even when the resistance component of the drift region is large and the on-voltage tends to increase as in a general high voltage semiconductor device, the low on-state There is an advantage that voltage and low steady loss can be achieved. However, in the trench gate type IGBT having a structure in which the floating region portion insulated from the emitter electrode is relatively increased with respect to the conductively connected emitter region, the on-voltage is reduced as described above. Since the gate-collector capacitance (mirror capacitance) increases, there is a problem that the switching loss tends to increase.
この点についてさらに説明を加えると、従来構造で通常のIGBTがターンオンする際には、ゲートエミッタ間の電圧を上げていくと、まず、ゲートエミッタ間容量が充電され(前者)、次に、ゲートコレクタ間容量(ミラー容量)が充電される(後者)。しかし、エミッタ電極と絶縁されたフローティング領域部分を有するIGBTではゲート電極との間の容量はすべてゲートコレクタ間容量(ミラー容量)となり、エミッタ電極に抵抗接続されたフローティング領域部分ではその抵抗値に応じた大きさのミラー容量となる。 To further explain this point, when the normal IGBT is turned on in the conventional structure, when the voltage between the gate and the emitter is increased, the gate-emitter capacitance is charged first (the former), and then the gate is turned on. The capacity between collectors (mirror capacity) is charged (the latter). However, in an IGBT having a floating region portion insulated from the emitter electrode, all the capacitance between the gate electrode is a gate-collector capacitance (mirror capacitance), and according to the resistance value in the floating region portion resistance-connected to the emitter electrode. The mirror capacity becomes a large size.
このようなトレンチゲート型半導体装置として、ここではIGBTを取り上げ、その断面図を図8に示して詳細に説明する。図8はストライプ状トレンチの表面パターンを有するトレンチゲート型IGBTの平面図(a)と、そのH−H線における断面図(b)である。図8において、p型コレクタ層100とn型ドリフト層101との積層半導体基板あるいはp型コレクタ層100、図示しないn+型バッファー層とn型ドリフト層101との3層の積層半導体基板の表面層にp型チャネル層102が形成され、さらに、そのp型チャネル層102のうち、p型チャネル領域部分102−1の表面層にn+型エミッタ領域103が形成され、必要に応じてn+型エミッタ領域103に挟まれたp型チャネル領域部分102−1の表面露出部分に図示しないp+領域が形成されてよい。n+型エミッタ領域103の表面からはp型チャネル層102を貫通してn型ドリフト層101に達する深さのトレンチ104が異方性エッチングにより形成され、そのトレンチ104の内部には、トレンチ104の内表面に形成されたゲート酸化膜105を挟んで導電性多結晶シリコンからなるゲート電極106が充填されている。このようにトレンチ104の内部にゲート電極106が設けられ、トレンチ104の側壁面に沿ったp型チャネル領域部分102−1に所定のゲート電圧印加によりチャネルが形成される構造をトレンチゲート構造という。この導電性多結晶シリコンからなるゲート電極106はチップ周辺に設けられた導電性多結晶シリコンからなるゲートランナー110に接触して接続され、アルミニウムゲート電極とのコンタクト領域111を経て、図示していないアルミニウムゲートパッドに収束される。n+型エミッタ領域103の表面上にはn+型エミッタ領域103に隣接するp型チャネル領域部分102−1の表面と共通に接触すると共に、さらにフローティング領域部分102−2の上方にも亘ってエミッタ電極107が設けられている。図8(a)ではエミッタ電極107は理解しやすくするために省かれている。
Here, an IGBT is taken up as such a trench gate type semiconductor device, and a sectional view thereof is shown in FIG. FIG. 8A is a plan view of a trench gate type IGBT having a surface pattern of a striped trench, and FIG. 8B is a cross-sectional view taken along the line H-H. In FIG. 8, the surface of a laminated semiconductor substrate of p-
一方、このトレンチゲート型IGBTでは、p型チャネル層102は、前記符号102−1で示したチャネル領域部分の他に、エミッタ電極107に対して直接接触せず層間絶縁膜108を介して表面に接触している領域すなわちフローティング領域部分102−2と称する領域部分を備えている。また、p型コレクタ層100側の裏面にはコレクタ電極109が設けられている。さらに図8はトレンチゲート型IGBTのチップの要部の平面図と断面図にすぎず、実際には、環状トレンチゲートのパターンが必要数繰り返し連結されているし、またさらに、ゲートランナー110の外側には図示しない耐圧構造領域が形成され、アルミニウム膜により形成されるゲートパッド部がチップ表面の一部に設けられる。
On the other hand, in this trench gate type IGBT, the p-
図8に示す前述のトレンチ型絶縁ゲートIGBTのように、p型チャネル層102をトレンチ104によって、エミッタ電極107と、直接的に導電接触するp型チャネル領域部分102−1と、直接には接触しないフローティング領域部分102−2とに分割形成し、かつ、エミッタ電極107に直接接触しているp型チャネル領域部分102−1の面積をフローティング領域部分102−2に対して相対的に狭くすると、前述のように裏面コレクタ層100から注入されたホールがエミッタ電極107へ抜け難くなるため、ドリフト層101にキャリアが蓄積される。これによりドリフト層101における電圧降下が低減してコレクタ電極109―エミッタ電極107間のオン電圧は小さくなる。
Like the above-described trench-type insulated gate IGBT shown in FIG. 8, the p-
しかしながら、前述のようにオン電圧は小さくなるものの、他方では、エミッタ電極107と直接接触せず絶縁された状態のフローティング領域部分102−2とゲート電極106の間の容量は全てゲート−コレクタ間容量(ミラー容量)となって大きくなるため、ターンオン損失の増大を招き、高速スイッチング特性が悪くなる。さらに、コレクタ−エミッタ間に逆バイアス電圧を加えた場合、この領域の電位はエミッタ電極107の電位よりも高くなるため、コレクタ−エミッタ間の逆方向阻止電圧が低下するという問題がある。そこで、その対策として、このフローティング領域部分102−2に対して高い抵抗を介してエミッタ電極107に接続することにより、オン電圧を増大させること無く、ゲート−コレクタ間の容量を低減し、かつ、逆方向の阻止電圧も向上させることができる技術が開発され、報告されている(特許文献1、関連する技術の記載は特許文献2、3、4参照)。この技術によれば、フローティング領域部分とエミッタ電極を局所的に抵抗を介して接続(すなわち、抵抗接続)し、具体的には、たとえば、フローティング領域部分の拡散層をシート抵抗として利用してプロセスステップを増加させること無く、オン電圧を増大させずに、ゲート−コレクタ間の容量を低減できるトレンチゲート構造の電力用半導体装置が得られる。
However, although the on-voltage is reduced as described above, on the other hand, all the capacitance between the floating region portion 102-2 and the
一方、前記特許文献以前のフローティング領域部分を有さない従来のIGBTでは、コレクタ−エミッタ間で、スイッチング時に高周波成分を含む高いdV/dtが加わると、スイッチングノイズが発生し易いため、ゲート抵抗を大きくしてゲート容量の充放電時間を調整し、dV/dtを小さくしてターンオン時の主電流増加速度dIc/dtを小さくし、スイッチングノイズを低減していた。 On the other hand, in the conventional IGBT having no floating region portion before the patent document, switching noise is easily generated when a high dV / dt including a high frequency component is applied between the collector and the emitter during switching. The charge / discharge time of the gate capacitance is adjusted to be large, dV / dt is reduced to reduce the main current increasing rate dIc / dt at turn-on, and switching noise is reduced.
しかし、ゲート抵抗を大きくすると、IGBTのターンオン損失が増大してしまう。図9に、異なるゲート抵抗でスイッチングしたIGBTのターンオン特性を示す。図9に示すように、ゲート抵抗を大きくすると、ターンオン時の電流の傾き(di/dt)が減少する。これは、スイッチングノイズの抑制点では好ましいが、反面、電圧テールの増大を招きスイッチング損失が増えてしまうので、トレンチゲート型IGBTでは、ゲート抵抗をできるだけ大きくしないで、低いdi/dtを実現することが好ましい。
しかしながら、前述したフローティング領域部分に対して局部的に高い抵抗を介してエミッタ電極107に接続する構造のトレンチゲート型IGBTは、オン電圧を増大させずに、ゲート−コレクタ間の容量を低減できるように改善されたが、ターンオン時にフローティング領域部分に大きな電流が流れるとその大きさによっては、前記フローティング領域部分に設けられたシート抵抗によって生じる電圧降下のためフローティング領域部分の電位が著しく上昇することがある。しかも、その場合、それによって生じる変位電流によってゲート抵抗とは無関係にゲート−エミッタ間の容量が充電されて、ターンオンdi/dtが大きくなって放射ノイズを増大させる弊害が見られる。 However, the trench gate type IGBT having a structure connected to the emitter electrode 107 via a high resistance locally with respect to the floating region described above can reduce the gate-collector capacitance without increasing the on-voltage. However, if a large current flows through the floating region at turn-on, the potential of the floating region may rise significantly due to the voltage drop caused by the sheet resistance provided in the floating region. is there. In addition, in that case, the displacement current generated thereby charges the capacitance between the gate and the emitter regardless of the gate resistance, and the turn-on di / dt is increased to increase the radiation noise.
前記特許文献4に記載の発明では、フローティング領域部分の表面の層間絶縁膜に設けられた複数のエミッタ電極コンタクト領域のピッチをある程度狭めて、その間のシート抵抗を小さく調整することにより、低オン電圧とゲート−コレクタ間の容量の低減を図っているが、この構造では、ゲート抵抗と無関係にゲート−エミッタ間の容量が充電されて、ターンオンdIc/dtが大きくなる程度の大電流の場合には、さらにシート抵抗を小さくするためにエミッタ電極コンタクト領域のピッチを狭くしてコンタクト領域の数をまたさらに増やす必要がある。すると今度はホールの引き抜き量が増大してキャリアの蓄積効果が低減してオン電圧が高くなってしまうので、前述の大電流に対応するには限界があり、それ以上のシート抵抗調整が困難という問題がある。
In the invention described in
本発明は、以上述べた点に鑑みてなされたものであり、本発明の目的は、コレクタ−エミッタ間の逆方向耐圧を低下させることなく、ゲート抵抗と無関係にゲート−エミッタ間の容量が充電されてターンオンdIc/dtが大きくなる程の大電流時の場合でもターンオンdi/dtの増大を抑制し、かつ低オン電圧と小さなミラー容量とすることのできるトレンチ型絶縁ゲート半導体装置を提供することである。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to charge the capacitance between the gate and the emitter regardless of the gate resistance without reducing the reverse breakdown voltage between the collector and the emitter. To provide a trench type insulated gate semiconductor device capable of suppressing an increase in turn-on di / dt and having a low on-voltage and a small mirror capacitance even when the current is large enough to increase the turn-on dIc / dt. It is.
特許請求の範囲の請求項1記載の発明によれば、一導電型の半導体基板からなる第一半導体層と、該半導体基板の一方の主面層に形成される他導電型の第二半導体層と、半導体基板の他方の主面層に形成される他導電型の第三半導体層と、第二半導体層の表面層に選択的に形成される一導電型の第四半導体領域と、第四半導体領域の表面から第二半導体層を貫通し第一半導体層に達するトレンチと、第二半導体層の表面で、前記トレンチに挟まれる第二半導体層と第四半導体領域の両表面に共通に導電接触する第一電極と、前記トレンチ内に絶縁膜を介して設けられるポリシリコンゲート電極と、前記第二半導体層の表面で、前記第一電極とは層間絶縁膜を介して接する他導電型の第五半導体領域と、前記第三半導体層の表面に導電接触する第二電極を備える絶縁ゲート型半導体装置において、前記第五半導体領域の不純物濃度より高濃度で表面濃度が10 19 cm −3 以上である他導電型の第六領域を第五半導体領域内の表面層に形成し、前記第六領域との間に少なくとも20μmの距離を保つコンタクト領域を前記第五半導体領域表面の層間絶縁膜に形成して前記第一電極と導電接続させ、前記第六領域と前記コンタクト領域との間の前記第五半導体領域による所定の大きさのシート抵抗機能を奏する構造を備えることを特徴とするトレンチ型絶縁ゲート半導体装置とすることにより、前記目的は達成できる。 According to the first aspect of the present invention, the first semiconductor layer made of a semiconductor substrate of one conductivity type and the second semiconductor layer of another conductivity type formed on one main surface layer of the semiconductor substrate. A third semiconductor layer of another conductivity type formed on the other main surface layer of the semiconductor substrate, a fourth semiconductor region of one conductivity type selectively formed on the surface layer of the second semiconductor layer, A trench that penetrates the second semiconductor layer from the surface of the semiconductor region and reaches the first semiconductor layer, and a surface that is common to both surfaces of the second semiconductor layer and the fourth semiconductor region sandwiched between the trenches on the surface of the second semiconductor layer. A first electrode that is in contact; a polysilicon gate electrode provided in the trench via an insulating film; and a surface of the second semiconductor layer, wherein the first electrode is in contact with the first electrode via an interlayer insulating film . Conductive contact is made between the fifth semiconductor region and the surface of the third semiconductor layer. In the insulated gate semiconductor device comprising a second electrode, the surface layer of the fifth high concentration at the surface concentration than the impurity concentration of the semiconductor region is 10 19 cm -3 other conductivity type sixth region of the is more than the fifth semiconductor region formed in the at least 20μm distance is connected before Symbol conductive and the first electrode to form a contact region in the interlayer insulating film of the fifth semiconductor region surface to keep the between the sixth region, said sixth region The object can be achieved by providing a trench type insulated gate semiconductor device comprising a structure having a sheet resistance function of a predetermined size by the fifth semiconductor region between the contact regions .
特許請求の範囲の請求項2記載の発明によれば、前記第六領域がトレンチより深く形成された特許請求の範囲の請求項1に記載のトレンチ型絶縁ゲート半導体装置とすることが好ましい。
特許請求の範囲の請求項3記載の発明によれば、前記第五半導体領域がトレンチによって複数の領域に分割されている特許請求の範囲の請求項1に記載のトレンチ型絶縁ゲート半導体装置とすることが望ましい。
According to a second aspect of the present invention, the trench type insulated gate semiconductor device according to the first aspect of the present invention is preferably such that the sixth region is formed deeper than the trench.
According to the invention of
本発明によれば、コレクタ−エミッタ間の逆方向耐圧を低下させることなく、ゲート抵抗と無関係にゲート−エミッタ間の容量が充電されてターンオンdIc/dtが大きくなる程度の大電流時のターンオンdi/dtの増大を抑制し、かつ低オン電圧と小さなミラー容量とすることのできるトレンチ型絶縁ゲート半導体装置を提供することができる。
要するに、本発明は、フローティング領域部分とエミッタ電極を導電接続するできるだけ小さい面積のコンタクト領域を設け、このコンタクト領域から低いオン電圧をキープするのに必要なシート抵抗分に相当する距離を隔てて、その先にフローティング領域部分よりも不純物濃度の高い不純物層を形成することで、シート抵抗に大きな電流が流れることによるフローティング領域部分の電位上昇を最小限に抑え、かつ、低いオン電圧と低いミラー容量が得られるトレンチ型絶縁ゲート半導体装置を実現するものである。
According to the present invention, the turn-on di at the time of a large current such that the gate-emitter capacitance is charged regardless of the gate resistance and the turn-on dIc / dt is increased without reducing the reverse breakdown voltage between the collector and the emitter. It is possible to provide a trench type insulated gate semiconductor device that can suppress an increase in / dt and can have a low on-state voltage and a small mirror capacitance.
In short, the present invention provides a contact region as small as possible to electrically connect the floating region portion and the emitter electrode, and is separated from this contact region by a distance corresponding to the sheet resistance necessary to keep a low on-voltage. By forming an impurity layer with a higher impurity concentration than the floating region ahead, the potential rise in the floating region due to large current flowing through the sheet resistance is minimized, and a low on-voltage and low mirror capacitance Therefore, a trench type insulated gate semiconductor device can be realized.
以下、本発明にかかるトレンチ型絶縁ゲート半導体装置について、図面を用いて詳細に説明する。本発明は、その特許請求の範囲に記載の要旨を超えない限り、以下に説明する実施例の記載に限定されるものではない。
図1−1〜図7は本発明にかかるトレンチ型絶縁ゲート半導体装置の平面図および断面図である。図9は本発明にかかるIGBTの抵抗値とピーク電流の低減率の、シミュレーションによる関係図である。図10は本発明にかかるIGBTの抵抗値とオン電圧の、シミュレーションによる関係図である。
Hereinafter, a trench type insulated gate semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The present invention is not limited to the description of the examples described below unless it exceeds the gist described in the claims.
FIGS. 1-1 to 7 are a plan view and a sectional view of a trench type insulated gate semiconductor device according to the present invention. FIG. 9 is a relationship diagram by simulation of the resistance value of the IGBT and the reduction rate of the peak current according to the present invention. FIG. 10 is a relationship diagram of the resistance value and the on-voltage of the IGBT according to the present invention by simulation.
本発明にかかる実施例として、トレンチ型絶縁ゲートIGBTを図1−1、図1−2に示す。図1−1の(a)は上面図、図1−2の(b)に図1−1のA−A断面図、図1−2の(c)に図1−1のB−B断面図を示す。図1−1の上面図(a)では理解を容易にするため、図1−2の断面図(b)では描かれている上層のエミッタ電極7および層間絶縁膜8が除かれている。前述の図8と異なる点は、図1−1、図1−2では層間絶縁膜8上に設けられたエミッタ電極7とフローティング領域部分2−2とのコンタクト領域11とフローティング領域部分2−2内に設けられた同導電型の高不純物領域2−3とが追加形成されていることである。
As an embodiment according to the present invention, a trench type insulated gate IGBT is shown in FIGS. 1-1 and 1-2. 1-1 (a) is a top view, FIG. 1-2 (b) is an AA cross-sectional view of FIG. 1-1, and FIG. 1-2 (c) is a BB cross-section of FIG. 1-1. The figure is shown. In order to facilitate understanding in the top view (a) of FIG. 1-1, the
実施例1にかかるIGBTでは、オン電圧を増大させること無く、ゲート−コレクタ間の容量を低減し、かつ、逆方向の阻止電圧も向上させることができるように、フローティング領域部分2−2に対して高い抵抗を介して局部的にエミッタ電極7に接続すると共に、さらに、p型フローティング領域2−2内の長辺方向の中央部にp型高不純物領域2−3が設けられていることが特徴である。その他の部分は図8と同じである。このような構造とすることにより、この高不純物領域2−3とコンタクト領域11の間のp型フローティング領域2−2を抵抗領域として機能させると共に、この高不純物領域2−3の形成を前記エミッタ電極7に接触する高濃度p+領域2−4と同時に形成できるので、新たな工程を追加することなく、パターン変更のみで、前記発明の効果が得られる。この実施例1ではフローティング領域2−2に高不純物濃度領域2−3を設けることにより抵抗値を調整するようにしたので、前記特許文献4に記載のようにフローティング領域内にコンタクト領域を数多く設けて抵抗値を調整する必要が無く、また、トレンチゲートで囲まれたフローティング領域内に2箇所のコンタクト領域を設けるだけで抵抗値を調整できるので、コンタクト領域を数多く設ければ設けるほど、ホールがドリフト領域に蓄積する割合が減少してオン電圧が大きくなるという特許文献4に記載のIGBTにおける問題点が解消する。
In the IGBT according to the example 1, the gate-collector capacitance can be reduced and the reverse blocking voltage can be improved without increasing the on-voltage. In addition, the
実際には、図1−1(a)に示すようにトレンチゲート4で囲まれたフロ−ティング領域の終端部近傍にエミッタ電極とのコンタクト領域11を設け、そこから一定の距離、たとえば、20μmだけ離れたフローティング領域の中央部に高い不純物濃度領域2−3を形成する。この場合、p型フローティング領域の表面濃度は1017cm−3のオーダー程度であり、中央部のp型高不純物領域の表面濃度は1019cm−3以上である。p型フローティング領域のシート抵抗は400Ω/square(□)程度であるから、400Ω/□×20μm=800mΩとなる。コンタクト領域11と高不純物濃度領域2−3の両端との間のそれぞれの抵抗41を併せた抵抗が800mΩであるから片側の抵抗41は400mΩとなる。この抵抗値400mΩのときのオン電圧は図10に示す実施例1のIGBTにおけるオン電圧と抵抗とのシミュレーション関係図から約1.9Vとなる。逆に図10からはオン電圧を1.9V以下にするには前記抵抗41を400mΩ以上にすればよいことが分かる。また、図9に示すピーク電流低減率と抵抗とのシミュレーション関係図からは抵抗値を400mΩ以上にするとピーク電流低減率は62%以上となることが分かる。従って、di/dtの増大を抑制し、かつ低オン電圧と小さなミラー容量とすることのできる効果も有することが分かる。
Actually, as shown in FIG. 1-1 (a), a
図2−1は(a)の上面図、図2−2の(b)に図2−1のA−A断面図、図2−2の(c)に図2−1のB−B断面図を示す。図2−1、図2−2のトレンチ型絶縁ゲートIGBTにおいて、フローティング領域部分2−2に対して高い抵抗41を介して局部的にエミッタ電極7に接続すると共に、さらに、p型フローティング領域2−2内の長辺方向の中央部にp型高不純物濃度領域2−3が設けられていることは実施例1と同様であるが、このp型高不純物濃度領域2−3の深さがフローティング領域2−2およびトレンチ4の深さより深くされた点が実施例1と異なる。この構造の場合は高不純物濃度領域2−3のところでは電界の集中が緩和されるので、この点で実施例1の構造より好ましい。
2A is a top view of FIG. 2A, FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. 2-1, and FIG. 2C is a cross-sectional view taken along line BB of FIG. The figure is shown. In the trench type insulated gate IGBT of FIGS. 2-1 and 2-2, the floating region portion 2-2 is locally connected to the
図3に示すトレンチ型絶縁ゲートIGBTはフローティング領域2−2が複数のトレンチにより分割され、さらに各トレンチに埋め込まれた導電性ポリシリコンが相互にポリシリコン15で接続され、さらにエミッタ電極に導電接続され、フローティング領域内のトレンチ内に埋め込まれている導電性ポリシリコンがエミッタ電極と同電位にされている点が実施例1と異なる。図4は図3に示す平面パターンが異なるトレンチ型絶縁ゲートIGBTの変形例である。
In the trench-type insulated gate IGBT shown in FIG. 3, the floating region 2-2 is divided by a plurality of trenches, and the conductive polysilicon buried in each trench is connected to each other by the
図5に示すトレンチ型絶縁ゲートIGBTはフローティング領域2−2が複数のトレンチ4により分割され、さらに各トレンチ4に埋め込まれた導電性ポリシリコン6が相互にそれぞれ電位的にフローティング状態にされている点が図3、図4のトレンチ型絶縁ゲートIGBTと異なる。図6に示すトレンチ型絶縁ゲートIGBTはフローティング領域2−2が複数のトレンチ4により分割され、さらに各トレンチ4に埋め込まれた導電性ポリシリコン6は相互に層間絶縁膜8で絶縁され、フローティング状態にされている。図7に示すトレンチ型絶縁ゲートIGBTはフローティング領域2−2が複数のトレンチ4により分割され、さらに各トレンチ4に埋め込まれた導電性ポリシリコン6は相互に接続されている。
In the trench-type insulated gate IGBT shown in FIG. 5, the floating region 2-2 is divided by a plurality of
1 ドリフト層
2 チャネル層
2−1 チャネル領域
2−2 フローティング領域
2−3 p型高不純物領域
2−4 p+領域
3 n+型エミッタ領域
4 トレンチ
5 ゲート絶縁膜
6 導電性ポリシリコンゲート電極
7 エミッタ電極
8 層間絶縁膜
9 コレクタ電極
10 コレクタ層
11 コンタクト領域
12 ゲートランナー
13 アルミニウムゲート電極
14 抵抗
15 ポリシリコン。
1
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006156346A JP5135719B2 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Trench type insulated gate semiconductor device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006156346A JP5135719B2 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Trench type insulated gate semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007324539A JP2007324539A (en) | 2007-12-13 |
JP5135719B2 true JP5135719B2 (en) | 2013-02-06 |
Family
ID=38857029
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006156346A Active JP5135719B2 (en) | 2006-06-05 | 2006-06-05 | Trench type insulated gate semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP5135719B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10734376B2 (en) | 2016-07-21 | 2020-08-04 | Denso Corporation | Semiconductor device |
Families Citing this family (11)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP5359182B2 (en) * | 2008-01-28 | 2013-12-04 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
CN103875076B (en) | 2011-11-28 | 2017-09-01 | 富士电机株式会社 | Insulated gate semiconductor device and its manufacture method |
JP6284314B2 (en) | 2012-08-21 | 2018-02-28 | ローム株式会社 | Semiconductor device |
JP6564821B2 (en) * | 2012-08-21 | 2019-08-21 | ローム株式会社 | Semiconductor device |
JP6356803B2 (en) * | 2013-11-29 | 2018-07-11 | アーベーベー・テクノロジー・アーゲー | Insulated gate bipolar transistor |
JP6197966B2 (en) * | 2014-12-19 | 2017-09-20 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device |
WO2017006711A1 (en) * | 2015-07-07 | 2017-01-12 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
JP6584893B2 (en) * | 2015-09-25 | 2019-10-02 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
CN105390537B (en) * | 2015-11-10 | 2018-12-21 | 株洲南车时代电气股份有限公司 | A kind of trench gate IGBT and preparation method thereof |
US11532737B2 (en) | 2017-03-15 | 2022-12-20 | Fuji Electric Co., Ltd. | Semiconductor device |
JP6806213B2 (en) * | 2019-10-02 | 2021-01-06 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor element |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3400348B2 (en) * | 1998-05-19 | 2003-04-28 | 株式会社東芝 | Insulated gate semiconductor device |
JP5070668B2 (en) * | 2001-09-20 | 2012-11-14 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
JP4676125B2 (en) * | 2002-07-03 | 2011-04-27 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Trench gate type insulated gate bipolar transistor |
JP3927111B2 (en) * | 2002-10-31 | 2007-06-06 | 株式会社東芝 | Power semiconductor device |
-
2006
- 2006-06-05 JP JP2006156346A patent/JP5135719B2/en active Active
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10734376B2 (en) | 2016-07-21 | 2020-08-04 | Denso Corporation | Semiconductor device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2007324539A (en) | 2007-12-13 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5135719B2 (en) | Trench type insulated gate semiconductor device | |
CN106206698B (en) | Reverse conducting insulated gate bipolar transistor | |
JP6896673B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5900503B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5340695B2 (en) | Trench gate type insulated gate bipolar transistor | |
JP4857566B2 (en) | Insulated gate type semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6119577B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5218474B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2013136898A1 (en) | Semiconductor device | |
JP5620421B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5771984B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2000277726A (en) | High breakdown strength semiconductor element | |
JP6496992B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6356803B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
JP5821320B2 (en) | diode | |
JP5711646B2 (en) | diode | |
JP2023087117A (en) | Semiconductor device | |
JP5412717B2 (en) | Trench type insulated gate semiconductor device | |
JP7250473B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2013115223A (en) | Semiconductor device | |
JP2008227238A (en) | Semiconductor device | |
JP5200373B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2006049455A (en) | Trench type insulated gate semiconductor device | |
JP2019075502A (en) | Semiconductor device | |
JP2013069871A (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20081216 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20090219 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20090323 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20091112 |
|
A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20110422 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20120517 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20120605 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20120806 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20121016 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20121029 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Ref document number: 5135719 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20151122 Year of fee payment: 3 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |