JP7349781B2 - 完全に空乏化可能なnチャネル領域およびpチャネル領域を有するIGBT - Google Patents
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Description
a)第1のメサ内の負荷電流部位の鉛直方向と垂直な横方向における100nm未満の総延長を有する第1のメサを設けることと、鉛直方向に沿って第1のチャネル領域および第2のチャネル領域の両方から空間的に変位しつつ、第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、案内ゾーンは第2のメサと横方向に重なり、第1のメサに向かって、横方向においてそれと横方向に重なることなく、横方向に延びる、設けることと、
b)第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、案内ゾーンは第2のメサと横方向に重なり、第1のメサに向かって、横方向においてそれと横方向に重なることなく、横方向に延びる、設けることと、案内ゾーンとトレンチ構造との間に配置された第1の導電型のバリアゾーンを設けることであって、バリアゾーンは、ドリフト領域のドーパント濃度の少なくとも2倍の大きさのドーパント濃度を有する、設けることと、
のうちの少なくとも一方を含む。
ε = 第1のチャネル領域1012の材料の誘電率、
k = ボルツマン定数、
T = 温度、
ln 自然対数を表す、
NA = 第1のチャネル領域1012の材料のドーパント濃度、
ni = 真性キャリア濃度(例えば、27℃におけるSiの場合、1.45*1010)、および
q = 電気素量。
a)例えば、バリアゾーン105によって、および/またはドリフト領域100の区分によって形成された、第1の導電型の第1の経路、ならびに
b)バリアゾーン105(もしくは、それぞれ、ドリフト領域100の区分)によって、および案内ゾーン1023(第2の経路のnpn構成のp部分を形成する)によって形成されたnpn構成を有する第2の経路。
a)第1のメサ内の負荷電流部位の鉛直方向と垂直な横方向における100nm未満の総延長を有する第1のメサを設けることと、鉛直方向に沿って第1のチャネル領域および第2のチャネル領域の両方から空間的に変位しつつ、第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、案内ゾーンは第2のメサと横方向に重なり、第1のメサに向かって、それと横方向に重なることなく、横方向に延びる、設けることと、
b)第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、案内ゾーンは第2のメサと横方向に重なり、第1のメサに向かって、それと横方向に重なることなく、横方向に延びる、設けることと、案内ゾーンとトレンチ構造との間に配置された第1の導電型のバリアゾーンを設けることであって、バリアゾーンは、ドリフト領域のドーパント濃度の少なくとも2倍の大きさのドーパント濃度を有する、設けることと、
のうちの少なくとも一方を含む。
11 第1の負荷端子構造
12 第2の負荷端子構造
13 制御電極構造
14 活性セル
15 総負荷電流
16 活性セルフィールド
17 トレンチ構造
18 縁部終端ゾーン
19 縁部
21 スペーサ要素
100 ドリフト領域
101 第1のメサ
102 第2のメサ
103 第3のメサ
104 第3のポート領域
105 バリアゾーン
111 第1の接触プラグ
112 第2の接触プラグ
113 ライナ
115 接触プラグ
131 第1の制御電極
132 第2の制御電極
133 絶縁構造
134、134’ 第3の電極
141 第1のセル部分
142 第2のセル部分
143 第3のセル部分
151 第1の負荷電流
152 第2の負荷電流
171 第1のトレンチ側壁
172 第2のトレンチ側壁
174 移行部分領域
175 トレンチ底部
1001 下部pn接合
1011 第1のポート領域
1012 第1のチャネル領域
1019 コンタクトドーピング部分
1021 第2のポート領域
1022 第2のチャネル領域
1023 案内ゾーン
1023a 第1の案内サブゾーン
1023b 第2の案内サブゾーン
1051 上部pn接合
1052 バリアサブゾーン
1150 ソース電極
Claims (21)
- 第1の負荷端子構造および第2の負荷端子構造に結合された半導体本体を有するパワー半導体デバイスであって、前記半導体本体は、第1の導電型のドリフト領域を含み、前記パワー半導体デバイスの導通状態の間に負荷電流を導通し、前記パワー半導体デバイスの阻止状態の間に負荷電流を阻止するように構成され、前記パワー半導体デバイスは複数のセルを含み、各セルは、
- 第1のセル部分内に含まれる第1のメサであって、前記第1のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された前記第1の導電型の第1のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第1のチャネル領域を含み、前記第1のメサは、前記第1のメサ内の前記負荷電流の進路に対応する鉛直方向に垂直な横方向において、100nm未満の総延長を呈する、第1のメサと、
- 第2のセル部分内に含まれる第2のメサであって、前記第2のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された第2の導電型の第2のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第2のチャネル領域を含む、第2のメサと、
- 前記負荷電流を制御するように構成された制御電極構造を含むトレンチ構造と、
を含み、
- 前記第1のセル部分は、前記導通状態において前記第1のチャネル領域から前記第2の導電型の移動電荷キャリアを完全に空乏化するように構成されており、
- 前記第1のセル部分は、前記導通状態において前記第1のチャネル領域内に前記第1の導電型の移動電荷キャリアのための電流経路を誘導し、前記阻止状態において前記第1の導電型の移動電荷キャリアのための電流経路を誘導しないように構成されており、
各セルは、
- 前記第2のチャネル領域の下方に配置されており、前記鉛直方向に沿って前記第1のチャネル領域および前記第2のチャネル領域の両方から空間的に変位した、前記第2の導電型の案内ゾーンであって、前記案内ゾーンは前記第2のメサと横方向に重なり、前記第1のメサに向かって、前記第1のメサと横方向に重なることなく、横方向に延びる、案内ゾーン、
を含む、パワー半導体デバイス。 - 前記第1の導電型のバリアゾーンをさらに含み、前記バリアゾーンは前記案内ゾーンと前記トレンチ構造との間に配置されている、請求項1に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記バリアゾーンが、前記ドリフト領域のドーパント濃度の少なくとも2倍の大きさのドーパント濃度を有する、請求項2に記載のパワー半導体デバイス。
- 第1の負荷端子構造および第2の負荷端子構造に結合された半導体本体を有するパワー半導体デバイスであって、前記半導体本体は、負荷電流を導通するように構成されており、第1の導電型のドリフト領域を含み、前記パワー半導体デバイスは複数のセルを含み、各セルは、
- 第1のセル部分内に含まれる第1のメサであって、前記第1のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された前記第1の導電型の第1のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第1のチャネル領域を含む、第1のメサと、
- 第2のセル部分内に含まれる第2のメサであって、前記第2のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された第2の導電型の第2のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第2のチャネル領域を含む、第2のメサと、
- 少なくとも前記第1のチャネル領域内の導電チャネルを用いて前記負荷電流を制御するための制御電極構造を含むトレンチ構造と、
- 前記第2のチャネル領域の下方に配置された前記第2の導電型の案内ゾーンであって、前記案内ゾーンは前記第2のメサと横方向に重なり、前記第1のメサに向かって、前記第1のメサと横方向に重なることなく、横方向に延びる、案内ゾーンと、
- 前記案内ゾーンと前記トレンチ構造との間に配置された前記第1の導電型のバリアゾーンであって、前記バリアゾーンは、前記ドリフト領域のドーパント濃度の少なくとも2倍の大きさのドーパント濃度を有する、バリアゾーンと、
を含む、パワー半導体デバイス。 - 前記案内ゾーンが、前記第1のメサ内における前記負荷電流の進路に対応する鉛直方向に沿って、前記第1のチャネル領域および前記第2のチャネル領域の両方から空間的に変位しており、前記第1のメサが、前記鉛直方向と垂直な横方向における100nm未満の総延長を呈する、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記案内ゾーンが少なくとも1015cm-3のドーパント濃度を呈し、前記案内ゾーンが少なくとも前記ドリフト領域によって前記第2の負荷端子構造から分離されている、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記制御電極構造が、前記第1のチャネル領域内の前記導電チャネルと、前記第2のチャネル領域内の蓄積チャネルとの両方を制御するように構成された、第1の制御電極を含み、前記案内ゾーンが、前記第1の制御電極の総横方向延長の少なくとも60%にわたって前記横方向に沿って前記第1の制御電極と横方向に重なる、請求項5に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記トレンチ構造が、前記第1のメサと接する第1のトレンチ側壁、前記第2のメサと接する第2のトレンチ側壁、および前記第1のトレンチ側壁と前記第2のトレンチ側壁との間のトレンチ底部を含み、前記トレンチ底部は前記バリアゾーンと接する、請求項5に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記トレンチ構造内の前記制御電極構造を隔離する絶縁構造をさらに含み、前記第1のトレンチ側壁と前記制御電極構造との間の前記絶縁構造の前記横方向に沿った第1の厚さが、前記トレンチ底部と前記制御電極構造との間の前記絶縁構造の前記鉛直方向に沿った第2の厚さの半分未満である、請求項8に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記トレンチ構造の移行部分領域内において、前記トレンチ底部および前記第1のトレンチ側壁が互いに合併し、前記絶縁構造の厚さが前記第1の厚さから前記第2の厚さへ増大する、請求項9に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記バリアゾーンが、前記トレンチ底部と接触したバリアサブゾーンを含み、前記バリアサブゾーンは、少なくとも前記ドリフト領域の前記ドーパント濃度と同じ大きさのドーパント濃度を有する、請求項8に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記バリアゾーンが、前記トレンチ底部と接触したバリアサブゾーンを含み、前記バリアサブゾーンは、少なくとも前記ドリフト領域の前記ドーパント濃度と同じ大きさのドーパント濃度を有し、
前記バリアサブゾーンが前記移行部分領域内において前記トレンチ底部と接触する、請求項10に記載のパワー半導体デバイス。 - 前記第1のメサが、前記横方向における前記第1のメサの前記総延長の少なくとも2倍の大きさの幅を有するメサ開口部を有する、請求項5に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記案内ゾーンが前記第1のメサに向かって横方向に延びる際に、前記案内ゾーンの厚さが少なくとも2分の1に減少し、前記案内ゾーンが前記第1のメサに向かって横方向に延びる際に、前記トレンチ構造と前記案内ゾーンとの間の距離が一定のままである、請求項5に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記鉛直方向に沿った前記案内ゾーンの最大厚さが、前記鉛直方向に沿った前記半導体本体の総延長の10分の1未満に及ぶ、請求項5に記載のパワー半導体デバイス。
- 少なくとも前記バリアゾーンが前記第2のチャネル領域および前記案内ゾーンを互いに分離する、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記第2のチャネル領域と前記案内ゾーンとの間の接続部が、前記パワー半導体デバイスの第1の動作状態の間には第1の導電率を呈し、第2の動作状態の間には第2の導電率を呈し、前記第2の導電率は前記第1の導電率よりも少なくとも10倍大きい、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記パワー半導体デバイスが、前記第1の動作状態から前記第2の動作状態への移行の間に、前記案内ゾーンの電位が前記第1の負荷端子構造の電位から多くとも3V逸脱するように構成されている、請求項17に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記パワー半導体デバイスの阻止状態の間、および導通状態から前記阻止状態への移行の間に、前記案内ゾーンが、前記第1のメサと前記第2のメサとの間の経路に沿って、前記第2の導電型の電荷キャリア、および前記第2のチャネル領域の電位と少なくとも50mV且つ2V未満異なる電位のうちの、少なくとも一方を案内するように構成されている、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記第1のチャネル領域および前記第2のチャネル領域が両方とも前記第2の導電型のものである、請求項4に記載のパワー半導体デバイス。
- 第1の負荷端子構造および第2の負荷端子構造に結合された半導体本体を有するパワー半導体デバイスを加工する方法であって、前記半導体本体は、負荷電流を導通するように構成されており、第1の導電型のドリフト領域を含み、前記パワー半導体デバイスは複数のセルを含み、各セルは、第1のセル部分内に含まれる第1のメサであって、前記第1のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された前記第1の導電型の第1のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第1のチャネル領域を含む、第1のメサと、第2のセル部分内に含まれる第2のメサであって、前記第2のメサは、前記第1の負荷端子構造に電気接続された第2の導電型の第2のポート領域、および前記ドリフト領域に結合された第2のチャネル領域を含む、第2のメサと、少なくとも前記第1のチャネル領域内の導電チャネルを用いて前記負荷電流を制御するための制御電極構造を含むトレンチ構造と、を含み、
前記方法は、
a) 前記第1のメサ内の前記負荷電流の進路に対応する鉛直方向と垂直な横方向において100nm未満の総延長を有する前記第1のメサを設けることと、前記鉛直方向に沿って前記第1のチャネル領域および前記第2のチャネル領域の両方から空間的に変位しつつ、前記第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、前記案内ゾーンは、前記第2のメサと横方向に重なり、前記第1のメサに向かって前記第1のメサと横方向に重なることなく横方向に延びる、設けること、ならびに/あるいは
b) 前記第2のチャネル領域の下方に配置された第2の導電型の案内ゾーンを設けることであって、前記案内ゾーンは、前記第2のメサと横方向に重なり、前記第1のメサに向かって前記第1のメサと横方向に重なることなく横方向に延びる、設けることと、前記案内ゾーンと前記トレンチ構造との間に配置された前記第1の導電型のバリアゾーンを設けることであって、前記バリアゾーンは、前記ドリフト領域のドーパント濃度の少なくとも2倍の大きさのドーパント濃度を有する、設けること、
を含む、方法。
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