JP7305589B2 - 半導体装置及び半導体回路 - Google Patents
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Description
第1の実施形態の半導体装置は、第1の面と、第1の面と対向する第2の面を有する半導体層であって、第1の面の側に設けられ、第1の面に平行な第1の方向に延びる第1のトレンチと、第1の面の側に設けられ、第1の方向に延びる第2のトレンチと、第1の面の側の第1のトレンチと第2のトレンチとの間に設けられ、第1のトレンチと隣り合い、第1の方向に延びる第3のトレンチと、第1の面の側の第3のトレンチと第2のトレンチとの間に設けられ、第2のトレンチと隣り合い、第1の方向に延びる第4のトレンチと、第1導電形の第1の半導体領域と、第1の半導体領域と第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の半導体領域と、第2の半導体領域と第1の面との間に設けられた第1導電形の第3の半導体領域と、第3の半導体領域と第1の面との間に設けられ、第1のトレンチに接し、第3のトレンチと離間し、第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第4の半導体領域と、第3の半導体領域と第1の面との間に設けられ、第2のトレンチに接し、第4のトレンチと離間し、第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第5の半導体領域と、を有する半導体層と、第1のトレンチの中に設けられた第1のゲート電極と、第2のトレンチの中に設けられた第2のゲート電極と、第3のトレンチの中に設けられた第3のゲート電極と、第4のトレンチの中に設けられた第4のゲート電極と、半導体層の第1の面の側に設けられ、第4の半導体領域及び第5の半導体領域に電気的に接続され、第1のトレンチと第3のトレンチとの間の半導体層との第1の接触面積が第3のトレンチと第4のトレンチとの間の半導体層との間の第2の接触面積よりも大きく、第2のトレンチと第4のトレンチとの間の半導体層との第3の接触面積が第2の接触面積よりも大きい第1の電極と、半導体層の第2の面の側に設けられ、第1の半導体領域に電気的に接続された第2の電極と、半導体層の第1の面の側に設けられ、第1のゲート電極及び第2のゲート電極と電気的に接続され、第1のゲート電圧が印加される第1のゲート電極パッドと、半導体層の第1の面の側に設けられ、第3のゲート電極と第4のゲート電極と電気的に接続され、第2のゲート電圧が印加される第2のゲート電極パッドと、を備える。
第2の実施形態の半導体装置は、半導体層は、第1の面の側に、第3のトレンチとの間に第1のトレンチが位置し、第1の方向に延びる第7のトレンチと、第7のトレンチの中に設けられ、第1のゲート電極パッドに電気的に接続された第7のゲート電極と、を有し、第4の半導体領域は、第1のトレンチと第7のトレンチとの間に設けられる点で、第1の実施形態と異なっている。
第3の実施形態の半導体装置は、第5のトレンチを備えない点で、第1の実施形態と異なる。以下、第1の実施形態と重複する内容については、一部記述を省略する。
第4の実施形態の半導体装置は、第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有する半導体層であって、第1の面の側に設けられ、第1の面に平行な第1の方向に延びる第1のトレンチと、第1の面の側に設けられ、第1の方向に延びる第2のトレンチと、第1の面の側の第1のトレンチと第2のトレンチとの間に設けられ、第1のトレンチと隣り合い、第1の方向に延びる第3のトレンチと、第1の面の側の第3のトレンチと第2のトレンチとの間に設けられ、第2のトレンチと隣り合い、第1の方向に延びる第4のトレンチと、第1導電形の第1の半導体領域と、第1の半導体領域と第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の半導体領域と、第2の半導体領域と第1の面との間に設けられた第1導電形の第3の半導体領域と、第3の半導体領域と第1の面との間に設けられ、第1のトレンチに接し、第3のトレンチと離間し、第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第4の半導体領域と、第3の半導体領域と第1の面との間に設けられ、第2のトレンチに接し、第4のトレンチと離間し、第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第5の半導体領域と、を有する半導体層と、第1のトレンチの中に設けられた第1のゲート電極と、第2のトレンチの中に設けられた第2のゲート電極と、第3のトレンチの中に設けられた第3のゲート電極と、第4のトレンチの中に設けられた第4のゲート電極と、半導体層の第1の面の側に設けられ、第4の半導体領域及び第5の半導体領域に電気的に接続され、第1のトレンチと第3のトレンチとの間の半導体層との第1の接触面積が第3のトレンチと第4のトレンチとの間の半導体層との間の第2の接触面積よりも大きく、第2のトレンチと第4のトレンチとの間の半導体層との第3の接触面積が第2の接触面積よりも大きい第1の電極と、半導体層の第2の面の側に設けられ、第1の半導体領域に電気的に接続された第2の電極と、半導体層の第1の面の側に設けられ、第1のゲート電極及び第2のゲート電極と電気的に接続され、第1のゲート電圧が印加される第1のゲート電極パッドと、半導体層の第1の面の側に設けられ、第3のゲート電極と電気的に接続され、第2のゲート電圧が印加される第2のゲート電極パッドと、を備え、第4のゲート電極は、第1の電極に電気的に接続される。
12 エミッタ電極(第1の電極)
14 コレクタ電極(第2の電極)
21a メインゲート電極(第1のゲート電極)
21b メインゲート電極(第2のゲート電極)
21c メインゲート電極(第7のゲート電極)
22a コントロールゲート電極(第3のゲート電極)
22b コントロールゲート電極(第4のゲート電極)
22c コントロールゲート電極(第6のゲート電極)
23a ダミーゲート電極(第5のゲート電極)
23d ダミーゲート電極(第4のゲート電極)
28 層間絶縁層
31a メインゲートトレンチ(第1のトレンチ)
31b メインゲートトレンチ(第2のトレンチ)
31c メインゲートトレンチ(第7のトレンチ)
32a コントロールゲートトレンチ(第3のトレンチ)
32b コントロールゲートトレンチ(第4のトレンチ)
32c コントロールゲートトレンチ(第6のトレンチ)
33a ダミーゲートトレンチ(第5のトレンチ)
33d ダミーゲートトレンチ(第4のトレンチ)
36 コレクタ領域(第1の半導体領域)
40 ドリフト領域(第2の半導体領域)
44 ベース領域(第3の半導体領域)
46a エミッタ領域(第4の半導体領域)
46b エミッタ領域(第5の半導体領域)
46c エミッタ領域(第6の半導体領域)
48 コンタクト領域(第7の半導体領域)
50 p形領域(第8の半導体領域)
100 IGBT(半導体装置)
101 第1のゲート電極パッド
102 第2のゲート電極パッド
150 ゲートドライバ回路(制御回路)
200 IGBT(半導体装置)
300 IGBT(半導体装置)
400 IGBT(半導体装置)
P1 第1の面
P2 第2の面
Claims (11)
- 第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有する半導体層であって、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の面に平行な第1の方向に延びる第1のトレンチと、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の方向に延びる第2のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第1のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第3のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第3のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第2のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第4のトレンチと、
第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第1導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1のトレンチに接し、前記第3のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2のトレンチに接し、前記第4のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第5の半導体領域と、
を有する半導体層と、
前記第1のトレンチの中に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2のトレンチの中に設けられた第2のゲート電極と、
前記第3のトレンチの中に設けられた第3のゲート電極と、
前記第4のトレンチの中に設けられた第4のゲート電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第4の半導体領域及び前記第5の半導体領域に電気的に接続され、前記第1のトレンチと前記第3のトレンチとの間の前記半導体層との第1の接触面積が前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との間の第2の接触面積よりも大きく、前記第2のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との第3の接触面積が前記第2の接触面積よりも大きい第1の電極と、
前記半導体層の前記第2の面の側に設けられ、前記第1の半導体領域に電気的に接続された第2の電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極と電気的に接続され、第1のゲート電圧が印加される第1のゲート電極パッドと、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第3のゲート電極と前記第4のゲート電極と電気的に接続され、第2のゲート電圧が印加され、前記第1のゲート電極パッドと電気的に分離された第2のゲート電極パッドと、
を備え、
前記第1の電極に電気的に接続され、かつ、前記第3のトレンチに接する第2導電形の半導体領域は存在せず、
前記第1の電極に電気的に接続され、かつ、前記第4のトレンチに接する第2導電形の半導体領域は存在しない、半導体装置。 - 前記半導体層は、前記第1の面の側の前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間に設けられ、前記第1の方向に延びる第5のトレンチと、
前記第5のトレンチの中に設けられた第5のゲート電極と、を有する請求項1記載の半導体装置。 - 前記第5のゲート電極は前記第1の電極に電気的に接続される請求項2記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、前記第1の面の側に、前記第3のトレンチとの間に前記第1のトレンチが位置し、前記第1の方向に延びる第6のトレンチと、
前記第6のトレンチの中に設けられ、前記第2のゲート電極パッドに電気的に接続された第6のゲート電極と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1のトレンチに接し、前記第6のトレンチと離間し、前記第1のトレンチと前記第6のトレンチとの間に設けられ、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第6の半導体領域と、を有し、
前記第4の半導体領域は、前記第1のトレンチと前記第3のトレンチとの間に設けられる請求項1ないし請求項3いずれか一項記載の半導体装置。 - 第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有する半導体層であって、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の面に平行な第1の方向に延びる第1のトレンチと、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の方向に延びる第2のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第1のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第3のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第3のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第2のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第4のトレンチと、
第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第1導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1のトレンチに接し、前記第3のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2のトレンチに接し、前記第4のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第5の半導体領域と、
を有する半導体層と、
前記第1のトレンチの中に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2のトレンチの中に設けられた第2のゲート電極と、
前記第3のトレンチの中に設けられた第3のゲート電極と、
前記第4のトレンチの中に設けられた第4のゲート電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第4の半導体領域及び前記第5の半導体領域に電気的に接続され、前記第1のトレンチと前記第3のトレンチとの間の前記半導体層との第1の接触面積が前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との間の第2の接触面積よりも大きく、前記第2のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との第3の接触面積が前記第2の接触面積よりも大きい第1の電極と、
前記半導体層の前記第2の面の側に設けられ、前記第1の半導体領域に電気的に接続された第2の電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極と電気的に接続され、第1のゲート電圧が印加される第1のゲート電極パッドと、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第3のゲート電極と前記第4のゲート電極と電気的に接続され、第2のゲート電圧が印加される第2のゲート電極パッドと、
を備え、
前記半導体層は、前記第1の面の側に、前記第3のトレンチとの間に前記第1のトレンチが位置し、前記第1の方向に延びる第7のトレンチと、
前記第7のトレンチの中に設けられ、前記第1のゲート電極パッドに電気的に接続された第7のゲート電極と、を有し、
前記第4の半導体領域は、前記第1のトレンチと前記第7のトレンチとの間に設けられる、半導体装置。 - 前記半導体層は、前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第3のトレンチに接し、前記第3の半導体領域よりも第1導電形不純物濃度の高い第1導電形の第7の半導体領域とを有する請求項1ないし請求項5いずれか一項記載の半導体装置。
- 前記半導体層は、前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間に設けられ、前記第3の半導体領域よりも第1導電形不純物濃度の高い第1導電形の第8の半導体領域とを有する請求項1ないし請求項6いずれか一項記載の半導体装置。
- 第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有する半導体層であって、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の面に平行な第1の方向に延びる第1のトレンチと、
前記第1の面の側に設けられ、前記第1の方向に延びる第2のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第1のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第1のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第3のトレンチと、
前記第1の面の側の前記第3のトレンチと前記第2のトレンチとの間に設けられ、前記第2のトレンチと隣り合い、前記第1の方向に延びる第4のトレンチと、
第1導電形の第1の半導体領域と、
前記第1の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第2導電形の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域と前記第1の面との間に設けられた第1導電形の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第1のトレンチに接し、前記第3のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域と前記第1の面との間に設けられ、前記第2のトレンチに接し、前記第4のトレンチと離間し、前記第2の半導体領域よりも第2導電形不純物濃度の高い第2導電形の第5の半導体領域と、
を有する半導体層と、
前記第1のトレンチの中に設けられた第1のゲート電極と、
前記第2のトレンチの中に設けられた第2のゲート電極と、
前記第3のトレンチの中に設けられた第3のゲート電極と、
前記第4のトレンチの中に設けられた第4のゲート電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第4の半導体領域及び前記第5の半導体領域に電気的に接続され、前記第1のトレンチと前記第3のトレンチとの間の前記半導体層との第1の接触面積が前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との間の第2の接触面積よりも大きく、前記第2のトレンチと前記第4のトレンチとの間の前記半導体層との第3の接触面積が前記第2の接触面積よりも大きい第1の電極と、
前記半導体層の前記第2の面の側に設けられ、前記第1の半導体領域に電気的に接続された第2の電極と、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第1のゲート電極及び前記第2のゲート電極と電気的に接続され、第1のゲート電圧が印加される第1のゲート電極パッドと、
前記半導体層の前記第1の面の側に設けられ、前記第3のゲート電極と電気的に接続され、第2のゲート電圧が印加される第2のゲート電極パッドと、
を備え、
前記第4のゲート電極は、前記第1の電極に電気的に接続される半導体装置。 - 前記半導体層は、前記第1の面の側の前記第3のトレンチと前記第4のトレンチとの間に設けられ、前記第1の方向に延びる第5のトレンチと、
前記第5のトレンチの中に設けられ、前記第1の電極に電気的に接続される第5のゲート電極と、を有する請求項8記載の半導体装置。 - 前記第1のゲート電圧をターンオン電圧からターンオフ電圧に変化させる前に、前記第2のゲート電圧を第1の電圧から第2の電圧に変化させ、前記第2の電圧は、第1導電形がp形の場合には負電圧であり、第1導電形がn形の場合には正電圧である請求項1ないし請求項9いずれか一項記載の半導体装置。
- 請求項1ないし請求項9いずれか一項記載の半導体装置と、
前記半導体装置を駆動し、前記第1のゲート電圧をターンオン電圧からターンオフ電圧に変化させる前に、前記第2のゲート電圧を第1の電圧から第2の電圧に変化させ、前記第2の電圧は、第1導電形がp形の場合には負電圧であり、第1導電形がn形の場合には正電圧である制御回路と、
を備えた半導体回路。
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