JP6971868B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
あるいは、本発明の他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、絶縁膜と、ゲート電極と、第1の主電極と、第2の主電極と、複数の接続電極とを含む。半導体基板は、複数のトレンチが設けられた第1の面と、第1の面と反対の第2の面とを有している。複数のトレンチの各々は開口を第1の面上に有している。開口は、長手方向に延在する1対の長辺と、1対の長辺をつなぐ1対の短辺とを有している。複数のトレンチは、長手方向と、長手方向に交差する交差方向とにおいて周期的に配置されている。半導体基板は、ドリフト層と、第1の領域と、第2の領域と、第3の領域とを含む。ドリフト層は第1の導電型を有している。第1の領域は、ドリフト層の一部の上のみに設けられており、第1の導電型と異なる第2の導電型を有しており、複数のトレンチによって貫通されている。第2の領域は、ドリフト層から離れて第1の領域上に設けられており、第1の導電型を有しており、ドリフト層が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有しており、複数のトレンチの1対の長辺に接している。第3の領域は、第1の領域上に設けられており、第2の導電型を有しており、第1の領域が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有している。絶縁膜は複数のトレンチの内面を覆っている。複数のゲート電極は複数のトレンチのそれぞれの中に絶縁膜を介して設けられている。第1の主電極は、半導体基板の第1の面上に設けられており、ドリフト層から離れており、第2の領域および第3の領域に接している。第2の主電極は半導体基板の第2の面上に設けられている。複数の接続電極は、複数のゲート電極のうち長手方向において隣り合うものの間を接続している。絶縁膜は、複数の接続電極と半導体基板との間を隔てる部分を有している。
(構造)
図1は、本実施の形態1におけるIGBT91(半導体装置)の活性領域における構成を概略的に示す部分斜視図である。なお図1において、図を見やすくするために、ゲート絶縁膜5の図示を、半導体基板10の上面P1の平坦部上においては省略している。図2は、IGBT91の構成を、上記平坦部を含む平面よりも上方の構成の図示を省略しつつ示す、部分斜視図である。図3は、図2の上面を示す部分平面図である。図4は、図1の線IV−IVに沿う部分断面図である。
図6は、実施例における、ゲート電極21の長さLg(図3)と、ゲート電極21とエミッタ電極31との間の容量Cgeとの関係のシミュレーション例を示すグラフ図である。図7は、図6の縦軸の一部を拡大したグラフ図である。矢印A(図6)に示すように、長さLgが3μm以上とされることによって、容量Cgeが顕著に抑制される。また矢印B(図7)に示すように、長さLgが4μm以下とされることによって、容量Cgeが抑制される。このように容量Cgeが抑制されることによって、スイッチング動作時にゲート電極21へ電荷を蓄積するための時間が短くなる。これにより、スイッチング損失が抑制される。
次に、IGBT91の製造方法の一例について説明する。まず、ドリフト層11となる部分を含むn型の半導体基板10が用意される。
本実施の形態1によれば、複数のトレンチTRの各々は長手方向(図3における縦方向)において離散的に配置されている。これにより、そのような配置でない場合に比して、トレンチTR内に設けられたゲート電極21と半導体基板10とがゲート絶縁膜5を介して対向する面積が減少する。よってゲート電極21とエミッタ電極31との間の容量Cgeを抑えることができる。またn型エミッタ領域13は、複数のトレンチTRの1対の長辺SL(図3)の端部から離れている。これにより、n型エミッタ領域13を、複数のトレンチTRの1対の短辺SS(図3)から離れて配置することができる。よって、短辺SS近傍で、高不純物濃度でn型を有するn型エミッタ領域13がpn接合JC(図5)を形成することが避けられる。よって、pn接合JCに起因しての容量が形成されることが避けられる。よって、ゲート電極21とエミッタ電極31との間の容量Cgeをより抑えることができる。このように容量Cgeを抑えることによって、オン電圧の大きな増加を避けつつスイッチング損失を低減することができる。これによりIGBTの総損失を低減することができる。
(構造)
図9は、本実施の形態2におけるIGBT92(半導体装置)の活性領域における構成を概略的に示す部分斜視図である。なお図9において、図を見やすくするために、ゲート絶縁膜5の図示を、半導体基板10の上面P1の平坦部上においては省略している。図10は、IGBT92の構成を、上記平坦部を含む平面よりも上方の構成の図示を省略しつつ示す、部分斜視図である。図11は、図10の上面を示す部分平面図である。図12は、図9の線XII−XIIに沿う部分断面図である。
本実施の形態2によれば、複数のトレンチTRの各々は、長手方向(図11における縦方向)において離散的に配置されている。これにより、そのよう配置でない場合に比して、トレンチTR内に設けられたゲート電極21と、半導体基板10とがゲート絶縁膜5を介して対向する面積が減少する。よってゲート電極21とエミッタ電極31との間の容量Cgeを抑えることができる。またp型ベース領域12は、活性領域において、ドリフト層11の一部の上のみに設けられている。これにより、p型ベース領域12がドリフト層11の全体の上に設けられている場合に比して、p型ベース領域12とドリフト層11とが厚み方向において対向することによって形成されるpn接合の面積を抑えることができる。よって、このpn接合に起因しての容量が形成されることが避けられる。よって、ゲート電極21とエミッタ電極31との間の容量Cgeをより抑えることができる。このように容量Cgeを抑えることによって、オン電圧の大きな増加を避けつつスイッチング損失を低減することができる。これによりIGBTの総損失を低減することができる。
Claims (12)
- 半導体装置であって、
複数のトレンチが設けられた第1の面と、前記第1の面と反対の第2の面とを有する半導体基板を備え、前記複数のトレンチの各々は、長手方向に延在する1対の長辺と前記1対の長辺をつなぐ1対の短辺とを有する開口を前記第1の面上に有し、前記複数のトレンチは、前記長手方向と、前記長手方向に交差する交差方向とにおいて周期的に配置され、前記半導体基板は、
第1の導電型を有するドリフト層と、
前記ドリフト層上に設けられ、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記複数のトレンチによって貫通された第1の領域と、
前記ドリフト層から離れて前記第1の領域上に設けられ、前記第1の導電型を有し、前記ドリフト層が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有し、前記複数のトレンチの前記1対の長辺の端部から離れて前記1対の長辺に接する第2の領域と、
前記第1の領域上に設けられ、前記第2の導電型を有し、前記第1の領域が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第3の領域と、
を含み、前記半導体装置はさらに、
前記複数のトレンチの内面を覆う絶縁膜と、
前記複数のトレンチのそれぞれの中に前記絶縁膜を介して設けられた複数のゲート電極と、
前記半導体基板の前記第1の面上に設けられ、前記ドリフト層から離れ、前記第2の領域および前記第3の領域に接する第1の主電極と、
前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた第2の主電極と、
を備え、
前記複数のトレンチのうち前記長手方向において隣り合うものの間には、前記第2の導電型を有する半導体領域のみが配置されており、
前記複数のゲート電極の各々は、前記長手方向に沿って3μm以上4μm以下の長さを有している、半導体装置。 - 前記長手方向において、前記第2の領域の長さは前記ゲート電極の長さよりも短い、請求項1に記載の半導体装置。
- 前記半導体領域は前記第1の領域である、請求項1または2に記載の半導体装置。
- 半導体装置であって、
複数のトレンチが設けられた第1の面と、前記第1の面と反対の第2の面とを有する半導体基板を備え、前記複数のトレンチの各々は、長手方向に延在する1対の長辺と前記1対の長辺をつなぐ1対の短辺とを有する開口を前記第1の面上に有し、前記複数のトレンチは、前記長手方向と、前記長手方向に交差する交差方向とにおいて周期的に配置され、前記半導体基板は、
第1の導電型を有するドリフト層と、
前記ドリフト層の一部の上のみに設けられ、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記複数のトレンチによって貫通された第1の領域と、
前記ドリフト層から離れて前記第1の領域上に設けられ、前記第1の導電型を有し、前記ドリフト層が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有し、前記複数のトレンチの前記1対の長辺に接する第2の領域と、
前記第1の領域上に設けられ、前記第2の導電型を有し、前記第1の領域が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第3の領域と、
を含み、前記半導体装置はさらに、
前記複数のトレンチの内面を覆う絶縁膜と、
前記複数のトレンチのそれぞれの中に前記絶縁膜を介して設けられた複数のゲート電極と、
前記半導体基板の前記第1の面上に設けられ、前記ドリフト層から離れ、前記第2の領域および前記第3の領域に接する第1の主電極と、
前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた第2の主電極と、
を備え、
前記第1の領域は、前記長手方向において複数の部分に分離されており、
前記長手方向における前記第1の領域の長さが、前記第1の面と前記第2の面とが互いに対向する方向における前記第1の領域の長さよりも長い、半導体装置。 - 前記複数のゲート電極のうち前記長手方向において隣り合うものの間を接続する複数の接続電極をさらに備え、前記絶縁膜は、前記複数の接続電極と前記半導体基板との間を隔てる部分を有する、請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 半導体装置であって、
複数のトレンチが設けられた第1の面と、前記第1の面と反対の第2の面とを有する半導体基板を備え、前記複数のトレンチの各々は、長手方向に延在する1対の長辺と前記1対の長辺をつなぐ1対の短辺とを有する開口を前記第1の面上に有し、前記複数のトレンチは、前記長手方向と、前記長手方向に交差する交差方向とにおいて周期的に配置され、前記半導体基板は、
第1の導電型を有するドリフト層と、
前記ドリフト層の一部の上のみに設けられ、前記第1の導電型と異なる第2の導電型を有し、前記複数のトレンチによって貫通された第1の領域と、
前記ドリフト層から離れて前記第1の領域上に設けられ、前記第1の導電型を有し、前記ドリフト層が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有し、前記複数のトレンチの前記1対の長辺に接する第2の領域と、
前記第1の領域上に設けられ、前記第2の導電型を有し、前記第1の領域が有する不純物濃度よりも高い不純物濃度を有する第3の領域と、
を含み、前記半導体装置はさらに、
前記複数のトレンチの内面を覆う絶縁膜と、
前記複数のトレンチのそれぞれの中に前記絶縁膜を介して設けられた複数のゲート電極と、
前記半導体基板の前記第1の面上に設けられ、前記ドリフト層から離れ、前記第2の領域および前記第3の領域に接する第1の主電極と、
前記半導体基板の前記第2の面上に設けられた第2の主電極と、
前記複数のゲート電極のうち前記長手方向において隣り合うものの間を接続する複数の接続電極と、
を備え、
前記絶縁膜は、前記複数の接続電極と前記半導体基板との間を隔てる部分を有する、半導体装置。 - 前記第1の領域は、前記長手方向において複数の部分に分離されている、請求項6に記載の半導体装置。
- 前記第1の領域は、前記複数のトレンチの前記1対の長辺の一部に接し、かつ前記複数のトレンチの前記1対の短辺から離れている、請求項4から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第1の領域は、前記複数のトレンチのうち前記交差方向において隣り合うものの間にのみ配置されている、請求項4から8のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記複数の接続電極は、前記複数のゲート電極の材料と同じ材料からなる、請求項5から9のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記複数のゲート電極の各々は、前記長手方向に沿って3μm以上4μm以下の長さを有している、請求項4から10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板は、前記第2の面上で前記第2の主電極に接し前記第2の導電型を有する半導体層をさらに備える、請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体装置。
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