JP5417811B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態について説明する。図1は、本実施形態にかかるIGBTを有する半導体装置の断面構造を示した断面模式図である。以下、この図を参照して、本実施形態にかかるIGBTを有する半導体装置について説明する。
本発明の第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に示した半導体装置のうち、コントロールゲート電極13の構造を変更したものであり、その他に関しては第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。
本発明の第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1、第2実施形態に示した半導体装置のうち、セル領域を囲む外周領域についてもコントロールゲート電極13を備えるようにしたものであり、その他に関しては第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。
本発明の第4実施形態について説明する。本実施形態は、第3実施形態のように外周領域にもコントロールゲート電極13を備えたものであるが、コントロールゲート電極13と外部との電気的な接続を行うための配線構造を第3実施形態と異なる構造としたものであり、その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第5実施形態について説明する。本実施形態も、第3、第4実施形態のように外周領域にもコントロールゲート電極13を備えたものであるが、コントロールゲート電極13のピッチをセル領域と外周領域とで異ならせたことが第3、第4実施形態と異なる。その他に関しては第3、第4実施形態と同様であるため、第3、第4実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第6実施形態について説明する。本実施形態も、第3実施形態のように外周領域にもコントロールゲート電極13を備えたものであるが、コントロールゲート電極13のうちセル領域に形成された部分と外周領域に形成された部分とで別々に電位を制御できる様にしている点が第3実施形態と異なる。その他に関しては第3実施形態と同様であるため、第3実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
本発明の第7実施形態について説明する。本実施形態は、上記第1〜第6実施形態における半導体装置の素子構造を一部変更したものであるが、その他に関しては第1〜第6実施形態と同様であるため、第1〜第6実施形態と異なる部分についてのみ説明する。
上記第1〜第6実施形態では、FS層2aを備えている例を挙げて説明したが、FS層2aを形成していない形態、すなわちp+型基板1の表面に直接n-型ドリフト層2が形成される構造であっても、上記各実施形態の構造を適用することができる。この場合、トレンチ11がp+型基板1を貫通するような構造であっても、トレンチ11の深さがp+型基板1の厚みよりも浅く、トレンチ11の底部がp+型基板1内に留まっているような構造であっても構わない。
2 n-型ドリフト層
2a FS層
3 p型ベース領域
3a チャネルp層
3b フロート層
4 トレンチ
5 n+型エミッタ領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
9 エミッタ電極
10 コレクタ電極
11 トレンチ
13 コントロールゲート電極
20 p型拡散層
21 p型ガードリング層
22 外周電極
30、38 ドープトPoly−Si層
33、37、41 はんだ
34、40、42 リードフレーム
37 外周裏面電極
50 貫通孔
52 配線層
60 p型層
Claims (11)
- 第1導電型のコレクタ層(1)と、
前記コレクタ層(1)の上に配置された第2導電型のドリフト層(2)と、
セル領域に形成され、前記ドリフト層(2)の上に形成された第1導電型のベース領域(3)と、
前記ベース領域(3)を貫通して前記ドリフト層(2)に達するように形成されることにより前記ベース領域(3)を複数に分離し、一方向を長手方向として延設されたトレンチ(4)と、
複数に分離された前記ベース領域(3)の少なくとも一部に形成され、該ベース領域(3)内において前記トレンチ(4)の側面に接するように形成された第2導電型のエミッタ領域(5)と、
前記トレンチ(4)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(6)と、
前記トレンチ(4)内において、前記ゲート絶縁膜(6)の上に形成されたゲート電極(7)と、
前記エミッタ領域(5)に電気的に接続されたエミッタ電極(9)と、前記コレクタ層(1)の裏面側に形成されたコレクタ電極(10)とを備えてなる絶縁ゲート型半導体素子を有した半導体装置であって、
前記ドリフト層(2)に対して前記コレクタ層(1)側には、前記エミッタ領域(5)が形成されることなく前記コレクタ層(1)が形成されており、
前記コレクタ層(1)のうち前記ドリフト層(2)が形成された面とは反対側となる裏面側から形成されたトレンチ(11)と、
前記裏面側のトレンチ(11)の表面上に形成されたゲート絶縁膜(12)と、
前記裏面側のトレンチ(11)内において、前記ゲート絶縁膜(12)の上に形成されたコントロールゲート電極(13)とを有していることを特徴とする半導体装置。 - 前記裏面側のトレンチ(11)は、前記コレクタ層(1)を貫通する深さとされていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記コレクタ層(1)と前記ドリフト層(2)との間には前記ドリフト層(2)よりも不純物濃度が高くされた第2導電型のフィールドストップ層(2a)が配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
- 前記裏面側のトレンチ(11)は、前記コレクタ層(1)に加えて前記フィールドストップ層(2a)も貫通するように形成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記フィールドストップ層(2a)と前記ドリフト層(2)の間に第1導電型層(60)が形成されることにより、前記裏面側において、前記コレクタ層(1)と前記フィールドストップ層(2a)と前記第1導電型層(60)および前記トレンチ(11)内の前記コントロールゲート電極(13)にて、トレンチゲート構造のMOSFETが構成されていることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
- 前記裏面側のトレンチ(11)は、前記フィールドストップ層(2a)を貫通しない深さとされていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記セル領域を囲む外周耐圧構造を備えた外周領域を有し、該外周領域にも前記裏面側のトレンチ(11)と、該トレンチ(11)の表面に形成されたゲート絶縁膜(12)および前記コントロールゲート電極(13)が備えられていることを特徴とする請求項1ないし6のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記セル領域および前記外周領域に形成された前記コントロールゲート電極(13)は、共に、前記外周領域に形成された外周電極(37)に対して電気的に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記セル領域および前記外周領域に形成された前記コントロールゲート電極(13)は、共に、前記外周領域において前記ドリフト層(2)を貫通するように形成された貫通孔(50)内に配置された配線層(52)と電気的に接続され、前記裏面とは反対側の表面まで引き回されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記コントロールゲート電極(13)のうち前記セル領域に形成された部分(13a)同士の間隔と比べて、前記コントロールゲート電極(13)のうち前記外周領域に形成された部分(13b)同士の間隔の方が狭くされていることを特徴とする請求項7ないし9のいずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記コントロールゲート電極(13)のうち前記セル領域に形成された部分(13a)と前記外周領域に形成された部分(13b)とが電気的に分離されており、それぞれが異なる電極(37a、37b)に電気的に接続されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
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