JP6509674B2 - 半導体装置 - Google Patents
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前記第1半導体領域は、前記第1電極の上に設けられている。
前記第2半導体領域は、前記第1半導体領域の上に設けられている。
前記第3半導体領域は、前記第2半導体領域の上に選択的に設けられている。
前記第2電極は、前記第1半導体領域の上に設けられている。前記第2電極は、第1絶縁層に囲まれている。前記第2電極は、第2方向において前記第1半導体領域の一部および前記第2半導体領域と並んでいる。前記第2電極は、前記第2方向において互いに離間して複数設けられている。前記第2方向は、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に対して垂直である。
前記ゲート電極は、前記第1半導体領域の上に設けられている。前記ゲート電極は、前記第2方向において前記複数の第2電極と離間して設けられている。前記ゲート電極は、ゲート絶縁層に囲まれている。前記ゲート電極は、前記第2方向において前記第1半導体領域の別の一部、前記第2半導体領域、および前記第3半導体領域と並んでいる。前記複数のゲート電極のそれぞれの前記第2方向における長さは、前記複数の第2電極のそれぞれの前記第2方向における長さよりも長い。
前記ゲート電極の前記第1電極との間の前記第1方向における距離は、前記第1電極と前記複数の第2電極のそれぞれとの間の前記第1方向における距離よりも短い。前記ゲート電極は、前記第2方向において互いに離間して複数設けられている。前記複数の第2電極は、前記ゲート電極同士の間に設けられている。
前記第3電極は、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極の上に設けられている。前記第3電極は、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極と電気的に接続されている。
なお、図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。また、同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
また、本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
各実施形態の説明には、XYZ直交座標系を用いる。コレクタ電極41からn−形半導体領域1に向かう方向をZ方向(第1方向)とし、Z方向に対して垂直な方向であって相互に直交する2方向をX方向(第2方向)及びY方向とする。
以下の説明において、n+、n、n−及びp+、pの表記は、各導電形における不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、n+はnよりもn形の不純物濃度が相対的に高く、n−はnよりもn形の不純物濃度が相対的に低いことを示す。また、p+はpよりもp形の不純物濃度が相対的に高いことを示す。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のp形とn形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
図1を用いて、第1実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図1は、第1実施形態に係る半導体装置100の一部を表す斜視断面図である。
図1に表すように、半導体装置100は、p+形(第2導電形)のコレクタ領域5(第5半導体領域)、n+形(第1導電形)の半導体領域6(第6半導体領域)、n−形半導体領域1(第1半導体領域)、n形半導体領域4(第4半導体領域)、p形ベース領域2(第2半導体領域)、n+形エミッタ領域3(第3半導体領域)、ゲート電極10、ゲート絶縁層11、第2電極20、第1絶縁層21、コレクタ電極41(第1電極)、およびエミッタ電極42(第3電極)を有する。
p+形コレクタ領域5は、コレクタ電極41の上に設けられ、コレクタ電極41と電気的に接続されている。
n+形半導体領域6は、p+形コレクタ領域5の上に設けられている。
n−形半導体領域1は、n+形半導体領域6の上に設けられている。
なお、隣り合うゲート電極10同士の間に設けられる第2電極20の数は、任意である。すなわち、1つのゲート電極10と少なくとも1つの第2電極20がX方向において交互に設けられていればよい。
換言すると、ゲート電極10の下端は、第2電極20の下端に対して、−Z方向側に設けられている。また、ゲート絶縁層11の下端は、第1絶縁層21の下端に対して、−Z方向側に設けられている。
その後、ゲート電極10に印加される電圧が閾値よりも低くなると、p形ベース領域2におけるチャネルが消滅し、IGBTがオフ状態となる。
p+形コレクタ領域5、n+形半導体領域6、n−形半導体領域1、n形半導体領域4、p形ベース領域2、n+形エミッタ領域3は、シリコン、炭化シリコン、窒化ガリウム、またはガリウムヒ素を含む。
ゲート電極10および第2電極20は、ポリシリコンなどの導電材料を含む。
ゲート絶縁層11および第1絶縁層21は、酸化シリコンなどの絶縁材料を含む。
コレクタ電極41およびエミッタ電極42は、アルミニウムなどの金属を含む。
図2〜図4は、第1実施形態に係る半導体装置100の製造工程を表す工程断面図である。
本実施形態によれば、アバランシェ電流による半導体装置の破壊を抑制することができる。
まず、半導体装置の耐圧を向上させるためには、第2電極20同士の間隔(X方向における距離)が短いことが望ましい。第2電極20同士の間隔を短くすることで、n−形半導体領域1へ空乏層が広がりやすくなるためである。
ここで、第2電極20同士の間隔が短くなると、アバランシェ電流が流れる部分同士の距離も近くなる。アバランシェ電流が流れる部分同士の間の距離が短くなると、これらの部分、またはこれらの部分の間において、局所的に大きな電流が流れ、半導体装置が破壊される可能性がある。
ゲート絶縁層11の下端が、第1絶縁層21の下端よりも深くに設けられている場合、アバランシェ電流は、ゲート絶縁層11の下端においてより発生しやすくなる。
図5は、第1実施形態の変形例に係る半導体装置110の一部を表す斜視断面図である。
図5に表すように、第2電極20とエミッタ電極42との間に絶縁層21の一部が設けられていてもよい。
この場合、第2電極20とエミッタ電極42は、半導体装置110のうちp形ベース領域2およびn+形エミッタ領域3が設けられた素子領域ではなく、これらの領域の外周に設けられた終端領域において、電気的に接続される。
図6を用いて、第2実施形態に係る半導体装置の一例について説明する。
図6は、第2実施形態に係る半導体装置200の一部を表す斜視断面図である。
このため、第1絶縁層21とコレクタ電極41との間のZ方向における距離は、ゲート絶縁層11とコレクタ電極41との間のZ方向における距離よりも短い。すなわち、第1絶縁層21の下端は、ゲート絶縁層11の下端よりも深くに設けられている。
X方向において、1つの第2電極20と、少なくとも1つのゲート電極10と、が交互に設けられている。
このため、本実施形態においても、第1実施形態と同様に、アバランシェ電流による半導体装置の破壊を抑制することができる。
図7を用いて、第2実施形態の変形例に係る半導体装置の一例について説明する。
図7は、第2実施形態の変形例に係る半導体装置210の一部を表す斜視断面図である。
X方向においてp形ベース領域2と並んでいる。隣り合うゲート電極10同士の間には複数の第2電極20が設けられている。
また、各半導体領域における不純物濃度については、例えば、SIMS(二次イオン質量分析法)により測定することが可能である。
Claims (2)
- 第1電極と、
前記第1電極の上に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、第1絶縁層に囲まれ、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において前記第1半導体領域の一部および前記第2半導体領域と並び、前記第2方向において互いに離間して複数設けられた第2電極と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、前記第2方向において前記複数の第2電極と離間して設けられ、ゲート絶縁層に囲まれ、前記第2方向において前記第1半導体領域の別の一部、前記第2半導体領域、および前記第3半導体領域と並び、前記第1電極との間の前記第1方向における距離が、前記第1電極と前記複数の第2電極のそれぞれとの間の前記第1方向における距離よりも短いゲート電極であって、前記ゲート電極は前記第2方向において互いに離間して複数設けられ、前記複数の第2電極は前記ゲート電極同士の間に設けられ、前記複数のゲート電極のそれぞれの前記第2方向における長さは、前記複数の第2電極のそれぞれの前記第2方向における長さよりも長い、前記ゲート電極と、
前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極の上に設けられ、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極と電気的に接続された第3電極と、
を備えた半導体装置。 - 第1電極と、
前記第1電極の上に設けられた第1導電形の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられた第2導電形の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域の上に選択的に設けられた第1導電形の第3半導体領域と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、前記第1電極から前記第1半導体領域に向かう第1方向に対して垂直な第2方向において前記第1半導体領域の一部および前記第2半導体領域と並び、前記第2方向において互いに離間して複数設けられた第2電極と、
前記第1半導体領域および前記第2半導体領域のそれぞれと、前記複数の第2電極のそれぞれと、の間に設けられた複数の第1絶縁層と、
前記第1半導体領域の上に設けられ、前記第2方向において前記複数の第2電極と離間して設けられ、前記第2方向において前記第1半導体領域の別の一部、前記第2半導体領域、および前記第3半導体領域と並ぶゲート電極であって、前記ゲート電極は前記第2方向において互いに離間して複数設けられ、前記複数の第2電極は前記ゲート電極同士の間に設けられ、前記複数のゲート電極のそれぞれの前記第2方向における長さは、前記複数の第2電極のそれぞれの前記第2方向における長さよりも長い、前記ゲート電極と、
前記第1半導体領域、前記第2半導体領域、および前記第3半導体領域のそれぞれと、前記複数のゲート電極のそれぞれと、の間に設けられ、前記第1電極との間の前記第1方向における距離が、前記第1電極と前記複数の第1絶縁層のそれぞれとの間の前記第1方向における距離よりも短い複数のゲート絶縁層と、
前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極の上に設けられ、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、および前記複数の第2電極と電気的に接続された第3電極と、
を備えた半導体装置。
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