JP5235443B2 - Trench gate type semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、トレンチゲートを有する半導体装置の構造に関する。 The present invention relates to a structure of a semiconductor device having a trench gate.
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor、以下IGBTと略する)は、コレクタ電極とエミッタ電極の間に流す電流を、ゲート電極に加える電圧によって制御するスイッチング素子である。 An insulated gate bipolar transistor (hereinafter abbreviated as IGBT) is a switching element that controls a current flowing between a collector electrode and an emitter electrode by a voltage applied to the gate electrode.
制御できる電力は、数十ワットから数十万ワットであり、スイッチング周波数の幅も数十ヘルツから百キロヘルツに及ぶ。この特長を生かして、エアコンディショナーや電子レンジなどのような家庭用の小電力機器から、鉄道や製鉄所用のインバータなどのような大電力機器まで広く使われている。 The power that can be controlled is from several tens of watts to several hundred thousand watts, and the width of the switching frequency ranges from several tens of hertz to one hundred kilohertz. Taking advantage of this feature, it is widely used from small household appliances such as air conditioners and microwave ovens to large electric appliances such as inverters for railways and steelworks.
IGBTの性能の中で最も重要なものの一つが損失である。近年は損失低減のためにトレンチゲート型IGBTが注目されている。トレンチゲート型IGBTはゲート電極がシリコン基板に埋め込まれた構造をしている。 One of the most important performances of an IGBT is loss. In recent years, trench gate type IGBTs have attracted attention for reducing loss. The trench gate type IGBT has a structure in which a gate electrode is embedded in a silicon substrate.
基本的構成は、シリコン基板上へp型コレクタ層,低抵抗のn型バッファ層,高抵抗のn型ドリフト層の3層を形成し、そのドリフト層の露出面側にp型ベース層を形成したものである。 The basic configuration is that a p-type collector layer, a low-resistance n-type buffer layer, and a high-resistance n-type drift layer are formed on a silicon substrate, and a p-type base layer is formed on the exposed surface side of the drift layer. It is a thing.
p型ベース層には、平面形状がストライプ形状の複数本の同じ形状をした溝が掘られている。この溝の中には、多結晶シリコンで形成されたトレンチゲート電極が、絶縁膜によりシリコン基板と絶縁された状態で設けられている。したがって、トレンチゲート電極の側壁が、MOSのチャネルとなる構造をしている。 In the p-type base layer, a plurality of grooves having the same shape, whose planar shape is a stripe shape, are dug. In this trench, a trench gate electrode made of polycrystalline silicon is provided in a state insulated from the silicon substrate by an insulating film. Therefore, the sidewall of the trench gate electrode has a structure serving as a MOS channel.
トレンチゲート型IGBTは、ゲート電極をシリコン基板表面に形成するプレーナーゲート型IGBTに比して同じ面積により多くのゲート電極を形成することができる。このため、チャネルの数を多くすることができ、チャネル抵抗が低く損失が小さい。また、従来のプレーナー型IGBTに比べて、オン電圧、すなわち、導通時のコレクタ−エミッタ間に発生する電圧が低い。 The trench gate type IGBT can form a larger number of gate electrodes in the same area than the planar gate type IGBT in which the gate electrode is formed on the surface of the silicon substrate. For this reason, the number of channels can be increased, the channel resistance is low, and the loss is small. In addition, the on-voltage, that is, the voltage generated between the collector and the emitter during conduction is lower than that of the conventional planar IGBT.
特開2000−307116号公報には、トレンチゲート電極の配列ピッチを変えて、損失を低減する構造が開示されている。この従来技術には、ゲート間のピッチの広い箇所にはチャネルを形成せず、p層だけ〔FP層〕をフローティング状態、すなわち、ゲート電極,エミッタ電極,コレクタ電極のいずれの電極にも電気的に接触しない状態に形成し、ピッチの狭い箇所にだけチャネルを形成した構造が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-307116 discloses a structure for reducing loss by changing the arrangement pitch of trench gate electrodes. In this prior art, a channel is not formed in a portion where the pitch between the gates is wide, and only the p layer [FP layer] is in a floating state, that is, it is electrically connected to any of the gate electrode, the emitter electrode, and the collector electrode. A structure in which a channel is formed only at a narrow pitch is disclosed.
このような構成によれば、過電流による素子の破壊を防止するとともに、導通損失及びオン電圧を低減できる。 According to such a configuration, it is possible to prevent element destruction due to overcurrent and reduce conduction loss and on-voltage.
上述の構造ではフローティング状態のFP層を設けているが、コレクターゲート間容量が大きくなる。 Although the floating FP layer is provided in the above structure, the collector-gate capacitance increases.
この課題に対しては、特開2004−39838号公報に、FP層を少なくとも100Ω以上の抵抗を介してエミッタ電極に電気的に接続する構造が開示されている。 For this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-39838 discloses a structure in which the FP layer is electrically connected to the emitter electrode through a resistance of at least 100Ω or more.
この従来技術によれば、コレクタ−ゲート間容量を低減出来るとともに、抵抗によりエミッタ電極に流れるホール電流は制限されるため、FP層がフローティング状態に近くなる。 According to this prior art, the collector-gate capacitance can be reduced, and the hole current flowing through the emitter electrode is limited by the resistance, so that the FP layer becomes close to a floating state.
上述の構造ではFP層とエミッタ電極を少なくとも100Ωの抵抗を介して電気的に接続しているが、本発明者らの調査の結果、FP層をエミッタ電極と絶縁している場合と比較してオン電圧が大きくなることが分かった。 In the above-described structure, the FP layer and the emitter electrode are electrically connected via a resistance of at least 100Ω. However, as a result of investigation by the inventors, the FP layer is insulated from the emitter electrode. It turns out that the on-voltage increases.
したがって、本発明の目的は、オン電圧が小さく、かつ、寄生容量が小さいトレンチゲート型半導体装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a trench gate type semiconductor device having a low on-voltage and a low parasitic capacitance.
本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成された第1導電型の第1半導体層と、該第1半導体層と隣接する第2導電型の第2半導体層と、該第2半導体層と隣接する第1導電型の第3半導体層と、該第3半導体層の一主表面から該第3半導体層を貫き、該第2半導体層に達する複数の絶縁ゲートと、隣り合う前記絶縁ゲートの間に形成された領域であって、互いに隣接する第1領域及び第2領域と、前記第1領域における前記第3半導体層内において前記絶縁ゲートに接する第2導電型の第4半導体層と、前記第1領域において前記第3半導体層及び前記第4半導体層に電気的に接続する第1主電極と、前記第1半導体層に電気的に接続する第2主電極とを備え、前記第2領域における前記第3半導体層が容量を介して前記第1主電極に電気的に接続されていることを特徴とするトレンチゲート型半導体装置である。 A semiconductor device of the present invention includes a first conductive type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a second conductive type second semiconductor layer adjacent to the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer. An adjacent first conductive type third semiconductor layer; a plurality of insulated gates that penetrate the third semiconductor layer from one main surface of the third semiconductor layer and reach the second semiconductor layer; and the adjacent insulated gates A first region and a second region adjacent to each other, and a second conductivity type fourth semiconductor layer in contact with the insulated gate in the third semiconductor layer in the first region; A first main electrode electrically connected to the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer in the first region; a second main electrode electrically connected to the first semiconductor layer; The third semiconductor layer in the region is electrically connected to the first main electrode through a capacitor. It is a trench gate type semiconductor device according to claim being connected.
この時、前記容量が、前記第2領域における前記第3半導体層と前記第1主電極に接する多結晶シリコン層に挟まれた膜厚が1500Å以下の酸化膜で形成されることが好ましい。また、上述の上述の第2の領域における前記第3半導体層を前記容量と前記容量と並列に接続された抵抗を介して前記第1主電極に電気的に接続しても良い。 At this time, it is preferable that the capacitor is formed of an oxide film having a thickness of 1500 mm or less sandwiched between the third semiconductor layer and the polycrystalline silicon layer in contact with the first main electrode in the second region. Further, the third semiconductor layer in the above-described second region may be electrically connected to the first main electrode through the capacitor and a resistor connected in parallel with the capacitor.
以上説明したように、フローティングp層(FP層)を容量を介してエミッタ電極に接続することにより低オン電圧とコレクタ−ゲート間容量の低減を同時に実現でき、IGBTの誤点弧を防止できるので、ゲートドライバーを小容量化できる、ノイズ対策を無くすか、もしくは、少なくでき、インバータを小型・軽量化・低コスト化できる。 As described above, by connecting the floating p layer (FP layer) to the emitter electrode through a capacitor, a low on-voltage and a reduction in collector-gate capacitance can be realized at the same time, and erroneous firing of the IGBT can be prevented. The capacity of the gate driver can be reduced, noise countermeasures can be eliminated or reduced, and the inverter can be reduced in size, weight and cost.
(実施例1)
図1に本実施例のトレンチゲート型半導体装置の断面構造図を示す。本実施例の半導体装置は、コレクタ電極100,p導電型のコレクタ層101,n導電型のバッファ層102,n導電型のドリフト層103,p導電型のベース層104,ゲート電極105,ゲート絶縁膜106,絶縁膜107,エミッタ電極109,p導電型のコンタクト層110,n導電型のエミッタ層111,ゲート端子112,短絡抵抗207,エミッタ端子114,フローティング層115(以下FP層と略す),FP層115とエミッタ電極間の容量を構成する絶縁膜121,多結晶シリコン122,コレクタ端子116を備えている。
Example 1
FIG. 1 shows a cross-sectional structure diagram of a trench gate type semiconductor device of this embodiment. The semiconductor device of this embodiment includes a
コレクタ電極100は、半導体基板の一端部に形成される第1導電型の第1半導体層、たとえば、p導電型のコレクタ層101に電気的に接続している。このコレクタ層101に隣接して第2導電型の第2半導体層、たとえば、n導電型の半導体層が設けられる。実施例では、この半導体層は、n+導電型のバッファ層102、バッファ層102に隣接し、バッファ層102よりも不純物濃度が低いn−導電型のドリフト層103からなっている。ドリフト層103に隣接して第1導電型の第3の半導体層、たとえば、p導電型のベース層104が設けられる。
The
p導電型のベース層104の一主表面からベース層104を貫いて、n型の半導体層であるドリフト層103に達する複数のゲート電極105が設けられる。ゲート電極105の外周は、ゲート絶縁膜106により覆われている。
A plurality of
ベース層104の主表面上には、絶縁膜107が設けられている。ベース層104は、複数のゲート電極105により第1の領域と第2の領域に区分される。第1領域に属するベース層104内には、ゲート電極105に接する第2導電型の第4半導体層、たとえば、n導電型のエミッタ層111が形成されている。エミッタ電極109は、n導電型のエミッタ層111に接続するとともに、p導電型のコンタクト層110を介してベース層104に接続する。これによって、二つのゲート電極105の間にチャンネルが形成される。一方、第2領域に属するベース層104は、いずれの電極にも直接接続しないフローティング層115(以下FP層と略す)であり、絶縁膜121からなる容量と多結晶シリコン122を介してエミッタ電極109へ接続する。ゲート電極105,エミッタ電極109,コレクタ電極100は、それぞれゲート端子112,エミッタ端子114,コレクタ端子116を備えている。
An
ゲート絶縁膜106と容量を構成する絶縁膜121は同一の熱酸化工程で形成しても良い。また、ゲート電極105と多結晶シリコン122は同一の成膜工程で堆積し、部分的にエッチングすることにより図1に示す構成としても良い。これらの酸化,製膜,エッチング工程を同一のものとすることはコスト的に有利である。
The
絶縁膜107は一般的にCVDで製膜する。CVDで製膜した酸化膜は熱酸化膜よりも絶縁耐圧が低いので、ゲート−エミッタ間の絶縁耐圧を確保するために、一般的に5000Å以上とする。絶縁膜の厚さが大きいと容量が小さくなるので、絶縁膜107をFP層115とエミッタ電極109間の容量に用いるとインピーダンスが大きくなり、容量で短絡する効果が小さくなる。
The
ゲート酸化膜106の膜厚は500〜1500Å程度である。熱酸化膜の成長速度には0.75〜1.3倍程度の面方位依存性があるので、トレンチゲートと主面の面方位によりゲート酸化膜106と絶縁膜121の膜厚は同じでない場合もあるが、ゲート酸化膜106の膜厚と面方位の選択により、絶縁膜121をゲート酸化膜106と同時に熱酸化することにより絶縁膜121の厚さを1500Å以下に出来る。
The thickness of the
次に図1に基づいて本実施例の動作を説明する。始めにコレクタ端子116とエミッタ端子114の間に数十ボルトから数千ボルト程度の電圧を加え、次にゲート端子112とエミッタ端子114の間に15ボルト程度の電圧を加える。ゲート端子112に加えられた15ボルトはゲート電極105に伝わり、ベース層104及びFP層115とゲート絶縁膜106との境界部分に反転層を形成する。ベース層104に形成される反転層はエミッタ層111とドリフト層103を電気的に接続し、チャネルが形成される。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG. First, a voltage of about several tens to several thousand volts is applied between the
このチャネルを通って、電子がエミッタ層111からドリフト層103に注入され、この電子がコレクタ層101からのホールの注入を促す。コレクタ層101から注入されたホールはドリフト層103を通り、ベース層104を抜けてエミッタ電極109に流れ込む。
Through this channel, electrons are injected from the
ホール電流の一部はFP層115を抜けてFP層115とエミッタ電極109間の絶縁膜121からなる容量に充電される。
A part of the hole current passes through the
しかし、容量の充電が完了した、即ち定常状態では、FP層115とエミッタ電極109は絶縁される。
However, when the charging of the capacitor is completed, that is, in a steady state, the
以上の様に、FP層115とエミッタ電極109間の容量の効果で、IGBTのオン/オフの遷移状態ではFP層115とエミッタ電極109間は低インピーダンスになる。これより、特開2004−39838号公報に記載された、従来技術の半導体装置の構造と同じようにFP層115とエミッタ電極109が電気的に接続されるのでコレクタ−ゲート間容量が低減出来る。
As described above, due to the effect of the capacitance between the
一方、FP層115とエミッタ電極109間の容量が充分に充電された定常状態では、FP層115とエミッタ電極109間は高インピーダンスとなるため、FP層115は特開2000−307116号公報に記載された、従来技術の半導体装置の構造と同じようにフローティング状態になり、ホールをドリフト層から逃がさないためにホールがドリフト層に蓄積されてオン電圧が下がるという特徴を持つ。これにより、本実施例は定常状態では低いオン電圧を有する。一方、オン/オフの遷移状態ではコレクタ−ゲート間容量を低減する効果もある。
On the other hand, in a steady state in which the capacitance between the
図2(a),(b)はそれぞれ本実施例と従来の装置の断面構造の等価回路図である。特開2000−307116号公報に記載された従来の装置は、第2領域のFP層115がどこにも接続されていない構造である。従って、その等価回路は図2(d)のように表される。
FIGS. 2A and 2B are equivalent circuit diagrams of cross-sectional structures of the present embodiment and a conventional apparatus, respectively. The conventional device described in Japanese Patent Laid-Open No. 2000-307116 has a structure in which the
図2(d)はその等価回路であり、IGBT200,コレクタ−エミッタ間容量Cce201,コレクタ−ゲート間容量Ccg202,ゲート−エミッタ間容量Cge203,FP層−ドリフト層間容量Cfd204,ゲート−FP層間容量Cgf205から構成されている。
FIG. 2 (d) is an equivalent circuit, and includes
図2(d)ではIGBTを便宜的に記号を使って表記し、その記号に寄生容量等を接続した構成で等価回路を示している。この構造ではフローティング状態のFP層を設けているが、コレクタ−ゲート間容量が大きくなる。以下その理由を説明する。 In FIG. 2 (d), an IGBT is represented using symbols for convenience, and an equivalent circuit is shown with a configuration in which parasitic capacitances are connected to the symbols. In this structure, the floating FP layer is provided, but the collector-gate capacitance increases. The reason will be described below.
FP層があると、ゲート−FP層間の容量CgfとFP層−ドリフト層間容量Cfdが帰還容量に加わり、コレクタ−ゲート間容量が増加してしまう。コレクタ−ゲート間容量Ccgが増加すると、IGBTがオフする時のコレクタ電圧の急激な電圧変化(dv/dt)によりコレクタ−ゲート間容量Ccgを通して流れる寄生電流も増加し、この電流がゲート端子に流れ込んでIGBTが誤点弧する可能性がある。 If the FP layer is present, the gate-FP interlayer capacitance Cgf and the FP layer-drift interlayer capacitance Cfd are added to the feedback capacitance, and the collector-gate capacitance increases. When the collector-gate capacitance Ccg increases, the parasitic current flowing through the collector-gate capacitance Ccg also increases due to a rapid voltage change (dv / dt) of the collector voltage when the IGBT is turned off, and this current flows into the gate terminal. There is a possibility that the IGBT may falsely fire.
そのため、一般にIGBTを使ったインバータではゲート端子に接続するゲート抵抗の値を小さくし、誤点弧を防いでいる。しかしながら、ゲート抵抗を小さくするとゲート電流が増加してしまい、容量の大きなゲート駆動回路を使わなければならなくなり、インバータが大きく、重くなる。 Therefore, in general, in an inverter using an IGBT, the value of the gate resistance connected to the gate terminal is reduced to prevent false firing. However, if the gate resistance is reduced, the gate current increases, a gate drive circuit having a large capacity must be used, and the inverter becomes large and heavy.
また、大きなノイズがIGBTのコレクタ−エミッタ間に入力されると、コレクタ−ゲート間容量Ccgを通って寄生電流がゲートに流れ込んでIGBTが誤動作する。このために、ノイズフィルターなどのノイズ対策用の部品が必要となり、部品点数が増えてインバータが大型化したり、重量が増加したり、あるいは製造コストが高くなる。 When a large noise is input between the collector and emitter of the IGBT, a parasitic current flows into the gate through the collector-gate capacitance Ccg, and the IGBT malfunctions. For this reason, noise countermeasure parts such as a noise filter are required, the number of parts increases, the inverter becomes larger, the weight increases, or the manufacturing cost increases.
更に、上述のようにインバータが大型化すると、これを使った電気自動車システムなども車体が大きく、重くなり、航続距離が短くなったり、あるいは電気自動車の値段が高くなる。 Further, when the inverter becomes larger as described above, the electric vehicle system using the inverter becomes larger and heavier, the cruising distance becomes shorter, or the price of the electric vehicle increases.
一方、特開2004−39838号公報に記載された従来の装置では、図2(c)に示すように、短絡抵抗206をFP層115とエミッタ電極109との間に設けている。したがって、コレクタ−エミッタ間に急激に高い電圧が印加されると、誤動作を引き起こす寄生電流が、短絡抵抗207を通ってエミッタにバイパスされるためにゲートには流れ込まなくなり、誤動作を防止できる。
On the other hand, in the conventional apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-39838, a short-
しかし、ホール電流が短絡抵抗206を通してエミッタ電極109に流れるために、FP層115をエミッタ電極109と絶縁した特開2000−307116号公報に記載された従来の装置と比較してドリフト層103中のホール濃度が低くなりオン電圧が大きくなる。
However, since the hole current flows to the
これに対して本実施例では、図2(a)に示すように、絶縁膜121からなる容量をFP層115とエミッタ電極109の間に設けている。したがって、コレクタ−エミッタ間に急激に高い電圧が印加されると、誤動作を引き起こす寄生電流が、容量206に充電されるためにゲートには流れ込まなくなり、誤動作を防止できる。
On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 2A, a capacitor made of the insulating
(実施例2)
図3に本実施例の半導体装置の上面図を示す。構造を解りやすく示すために、エミッタ電極109は省略している。また、絶縁膜107も省略し、コンタクトホールのみを破線で示している。図3中A−A′断面は図1に相当する。図3中B−B′断面を図4に示す。図3中C−C′断面を図5に示す。図3〜図5において、図1,図2と同じ構成要素には同一の符号を付けてある。
(Example 2)
FIG. 3 shows a top view of the semiconductor device of this embodiment. The
図3において、300はコンタクト、301はコンタクト、302はp導電型のウェル層、303はコンタクトである。本実施例の特徴は、FP層115のエミッタ電極109を絶縁膜121からなる容量およびこれに並列接続した抵抗で電気的に接続していることである。
In FIG. 3, 300 is a contact, 301 is a contact, 302 is a p conductivity type well layer, and 303 is a contact. The feature of this embodiment is that the
FP層115は一般的に不純物の拡散により形成されある特定の抵抗を有する。この抵抗は多くの場合数十Ω〜数百Ωのシート抵抗値を有しており、これを短絡抵抗207として利用する。
The
本実施例の等価回路を図2(b)に示す。FP層115とエミッタ電極109を並列接続された容量206と短絡抵抗207で電気的に接続している。これにより、IGBTのオン/オフの遷移状態においては、図2(c)に示す従来発明より短絡抵抗207の抵抗値を大きくしても同等のインピーダンスを得ることが出来るので、ゲートの電圧は同様に安定する。一方、定常状態においては、短絡抵抗207が大きいためにFP層115とエミッタ電極109間のインピーダンスが、図2(c)に示す従来発明より大きくなるために、ホールがよりドリフト層に蓄積されることからオン電圧はより小さくなる。
An equivalent circuit of this embodiment is shown in FIG. The
(実施例3)
図6は本実施例の回路図である。図6で図1から5と同じ構成要素には同一の符号を付けてある。図6において、1700はゲート駆動回路、1701は入力端子、1702は入力端子、1703はIGBT、1704はダイオード、1705乃至1707は出力端子である。本実施例の特徴は、インバータに実施例1から2で説明したIGBTを適用した点にある。
(Example 3)
FIG. 6 is a circuit diagram of this embodiment. In FIG. 6, the same components as those in FIGS. 1 to 5 are denoted by the same reference numerals. In FIG. 6, 1700 is a gate drive circuit, 1701 is an input terminal, 1702 is an input terminal, 1703 is an IGBT, 1704 is a diode, and 1705 to 1707 are output terminals. The feature of this embodiment is that the IGBT described in
本実施例に用いたIGBTはコレクタ−ゲート間容最が小さいためにdv/dt誤点弧が起こりにくい。このため、ゲート電流を減らせ、ゲート駆動回路に容量の小さいものを使えるようになると言う効果がある。またゲート駆動回路を小型化できるため、インバータ装概の小型化や低価格化が可能となるという効果も有する。 Since the IGBT used in this embodiment has the smallest collector-gate capacity, dv / dt false firing is unlikely to occur. Therefore, there is an effect that the gate current can be reduced and a gate drive circuit having a small capacity can be used. Further, since the gate drive circuit can be reduced in size, there is an effect that the size of the inverter can be reduced and the price can be reduced.
(実施例4)
図7に本実施例を示す。図7において、1000はバッテリー、1001はインバータ、1002はモーター、1003は変速機、1004は車輪、1005はシャフトである。
Example 4
FIG. 7 shows this embodiment. In FIG. 7, 1000 is a battery, 1001 is an inverter, 1002 is a motor, 1003 is a transmission, 1004 is a wheel, and 1005 is a shaft.
図7の動作を説明する。バッテリー1000から供給される電力をインバータ1001で制御し、モーター1002を回転させる。モーター1002の回転で発生した駆動力はシャフト1005を介して変速機1003に伝わる。変速機1003で駆動力が左右の車輪に分配,変速され車輸が回転し、車体が移動する。
The operation of FIG. 7 will be described. Electric power supplied from the
本実施例の特徴は、本発明のトレンチゲート型半導体装置を電気自動車のインバータ1001に適用した点にある。本発明のトレンチゲート型半導体装置は、(1)ノイズに強くノイズフィルターを小さくできる、(2)ゲート電流が小さくゲートドライバーを小さくできるという特徴があり、電気自動車の小型・軽量化に効果がある。
A feature of this embodiment is that the trench gate type semiconductor device of the present invention is applied to an
また、軽くできると走行距離が伸び、電気代を節約できるという効果もある。更に、ノイズフィルター,ゲートドライバーを小さくすることで製造コストを減らすことができ、安価に電気自動車を提供できるようになるという効果もある。 Moreover, if it can be lightened, the mileage can be extended and the electricity bill can be saved. Furthermore, the manufacturing cost can be reduced by reducing the noise filter and the gate driver, and the electric vehicle can be provided at low cost.
本実施例では電気自動車を例に本発明によるトレンチゲート型半導体装置を適用した場合の効果を説明したが、もちろん電気自動車に限られるものではなく、インバータを搭載したものであれば同様の効果を得られる。 In this embodiment, the effect when the trench gate type semiconductor device according to the present invention is applied has been described using an electric vehicle as an example. However, the present invention is not limited to the electric vehicle, and the same effect can be obtained if an inverter is mounted. can get.
例えば、ハイブリッド車のように内燃機関とモーター・インバータの組み合わせシステムでも、上述した電気自動車の例と同様に、本発明によるトレンチゲート型半導体装置を適用すると、小型・軽量化による燃費向上,コスト低減などの効果を得られる。また同様に、鉄道車両などに適用しても効果を得ることができる。 For example, even in a combination system of an internal combustion engine and a motor / inverter such as a hybrid vehicle, when the trench gate type semiconductor device according to the present invention is applied as in the above-described example of the electric vehicle, the fuel consumption is improved by reducing the size and weight and the cost is reduced. The effects such as can be obtained. Similarly, the effect can be obtained even when applied to a railway vehicle.
100 コレクタ電極
101 コレクタ層
102 バッファ層
103 ドリフト層
104 ベース層
105 ゲート電極
106 ゲート酸化膜
107 絶縁膜
109 エミッタ電極
110 コンタクト層
111 エミッタ層
112 ゲート端子
114 エミッタ端子
115 フローティング層
116 コレクタ端子
121 絶縁膜
122 多結晶シリコン
200,1703 IGBT
201 コレクタ−エミッタ間容量Cce
202 コレクタ−ゲート間容量Ccg
203 ゲート−エミッタ間容量Cge
204 FP層−ドリフト層間容量Cfd
205 ゲート−FP層間容量Cgf
206 容量
207 短絡抵抗
300,301,303 コンタクト
302 p導電型のウェル層
1000 バッテリー
1001 インバータ
1002 モーター
1003 変速機
1004 車輪
1005 シャフト
1100 多結晶シリコンゲート配線
1101 ゲート配線
1102 フィールド酸化膜
1103 多結晶シリコンダイオードの高濃度のp型不純物層(アノード層)
1104 多結晶シリコンダイオードの低濃度のn型不純物層(カソード層)
1105 多結晶シリコンダイオードの高濃度のn型不純物層(カソードコンタクト層)
1106 コンタクト層
1700 ゲート駆動回路
1701,1702 入力端子
1704 ダイオード
1705,1707 出力端子
100
201 Collector-emitter capacitance Cce
202 Collector-gate capacitance Ccg
203 Gate-emitter capacitance Cge
204 FP layer-drift interlayer capacitance Cfd
205 Gate-FP interlayer capacitance Cgf
206
1104 Low concentration n-type impurity layer (cathode layer) of polycrystalline silicon diode
1105 High concentration n-type impurity layer (cathode contact layer) of polycrystalline silicon diode
1106
Claims (2)
前記容量が、前記第2領域における前記第3半導体層と前記第1主電極に接する多結晶シリコン層に挟まれた、膜厚が1500Å以下の酸化シリコン膜からなる絶縁層であり、
前記第2領域における前記第3半導体層が、前記容量および前記容量に並列接続される抵抗を介して前記第1主電極に電気的に接続され、
前記多結晶シリコン層および前記絶縁層は、それぞれ複数に分かれ、
前記抵抗は、前記第2領域における前記第3半導体層からなり、複数に分かれた前記多結晶シリコン層の内隣り合う多結晶シリコン層の間において、前記第1主電極に接することを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。 A first conductivity type first semiconductor layer formed on a semiconductor substrate, a second conductivity type second semiconductor layer adjacent to the first semiconductor layer, and a first conductivity type adjacent to the second semiconductor layer. A region formed between a third semiconductor layer, a plurality of insulated gates that penetrate the third semiconductor layer from one main surface of the third semiconductor layer and reach the second semiconductor layer, and the adjacent insulated gates; A first region and a second region adjacent to each other; a second semiconductor layer of a second conductivity type in contact with the insulated gate in the third semiconductor layer in the first region; and the first region in the first region. A third main layer electrically connected to the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer; and a second main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, the third semiconductor layer in the second region. Is electrically connected to the first main electrode through a capacitor ,
The capacitor is an insulating layer made of a silicon oxide film having a thickness of 1500 μm or less sandwiched between the third semiconductor layer and the polycrystalline silicon layer in contact with the first main electrode in the second region;
The third semiconductor layer in the second region is electrically connected to the first main electrode via the capacitor and a resistor connected in parallel to the capacitor;
The polycrystalline silicon layer and the insulating layer are each divided into a plurality of
The resistor is formed of the third semiconductor layer in the second region, and is in contact with the first main electrode between adjacent polycrystalline silicon layers among the divided polycrystalline silicon layers. Trench gate type semiconductor device.
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