JPWO2011027474A1 - ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置 - Google Patents

ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置

Info

Publication number
JPWO2011027474A1
JPWO2011027474A1 JP2011529763A JP2011529763A JPWO2011027474A1 JP WO2011027474 A1 JPWO2011027474 A1 JP WO2011027474A1 JP 2011529763 A JP2011529763 A JP 2011529763A JP 2011529763 A JP2011529763 A JP 2011529763A JP WO2011027474 A1 JPWO2011027474 A1 JP WO2011027474A1
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
diode
igbt
layer
lifetime control
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011529763A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5282822B2 (ja
Inventor
永岡 達司
達司 永岡
明高 添野
明高 添野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Publication of JPWO2011027474A1 publication Critical patent/JPWO2011027474A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5282822B2 publication Critical patent/JP5282822B2/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/0611Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region
    • H01L27/0641Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration integrated circuits having a two-dimensional layout of components without a common active region without components of the field effect type
    • H01L27/0647Bipolar transistors in combination with diodes, or capacitors, or resistors, e.g. vertical bipolar transistor and bipolar lateral transistor and resistor
    • H01L27/0652Vertical bipolar transistor in combination with diodes, or capacitors, or resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/70Manufacture or treatment of devices consisting of a plurality of solid state components formed in or on a common substrate or of parts thereof; Manufacture of integrated circuit devices or of parts thereof
    • H01L21/71Manufacture of specific parts of devices defined in group H01L21/70
    • H01L21/76Making of isolation regions between components
    • H01L21/761PN junctions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L27/00Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
    • H01L27/02Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers
    • H01L27/04Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body
    • H01L27/06Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration
    • H01L27/07Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common
    • H01L27/0705Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type
    • H01L27/0727Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components specially adapted for rectifying, oscillating, amplifying or switching and having potential barriers; including integrated passive circuit elements having potential barriers the substrate being a semiconductor body including a plurality of individual components in a non-repetitive configuration the components having an active region in common comprising components of the field effect type in combination with diodes, or capacitors or resistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/30Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface
    • H01L29/32Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by physical imperfections; having polished or roughened surface the imperfections being within the semiconductor body
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

ダイオード領域とIGBT領域が形成されている半導体基板を備える半導体装置を提供する。ダイオード領域とIGBT領域の間には、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、p型の分離領域が形成されている。ダイオードドリフト領域内には、ダイオードライフタイム制御領域が形成されている。ダイオードライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、ダイオードライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域のキャリアライフタイムより短い。ダイオードライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部が、分離領域の下に位置している。

Description

本明細書に記載の技術は、ダイオード領域とIGBT領域が形成されている半導体基板を備える半導体装置に関する。
日本国特許公開公報2008−192737号には、ダイオード領域とIGBT領域が形成されている半導体基板を備える半導体装置が開示されている。ダイオード領域には、ダメージ層が形成されている。ダメージ層がキャリアの再結合中心となるため、逆回復時にダイオードに流れる逆電流が低減される。
ダメージ層は、通常、半導体基板に荷電粒子を打ち込むことにより形成される。荷電粒子を打ち込む工程においては、荷電粒子が打ち込まれる範囲は製造誤差が大きい。日本国特許公開公報2008−192737号の半導体装置では、ダメージ層の端部が、ダイオード領域内、IGBT領域内、または、ダイオード領域とIGBT領域の境界に位置している。したがって、製造誤差によりダメージ層の端部の位置がずれると、ダイオードの特性及びIGBTの特性が変化する。すなわち、この半導体装置では、ダメージ層が形成される範囲の製造誤差により、ダイオードの特性及びIGBTの特性にばらつきが生じ易い。
本明細書は、ダイオードとIGBTを有する半導体装置であって、量産時にダイオードの特性、及び、IGBTの特性にばらつきが生じ難い半導体装置を提供する。
本明細書が開示する半導体装置は、ダイオード領域とIGBT領域が形成されている半導体基板を備えている。ダイオード領域内の半導体基板の上面には、アノード電極が形成されている。IGBT領域内の半導体基板の上面には、エミッタ電極が形成されている。半導体基板の下面には、共通電極が形成されている。ダイオード領域には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、p型であり、アノード電極に接している。ダイオードドリフト領域は、n型であり、アノード領域の下側に形成されている。カソード領域は、n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の下側に形成されており、共通電極に接している。IGBT領域には、エミッタ領域と、ボディ領域と、IGBTドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、n型であり、エミッタ電極に接している。ボディ領域は、p型であり、エミッタ領域の側方及び下側に形成されており、エミッタ電極に接している。IGBTドリフト領域は、n型であり、ボディ領域の下側に形成されている。コレクタ領域は、p型であり、IGBTドリフト領域の下側に形成されており、共通電極に接している。ゲート電極は、エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。ダイオード領域とIGBT領域の間には、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、p型の分離領域が形成されている。ダイオードドリフト領域内には、ダイオードライフタイム制御領域が形成されている。ダイオードライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、ダイオードライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域のキャリアライフタイムより短い。ダイオードライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部は、分離領域の下に位置している。
ダイオードライフタイム制御領域はキャリアライフタイムが短縮化された領域であり、例えば、荷電粒子の打ち込みによって結晶欠陥が形成された領域等が含まれる。ダイオードドリフト領域内にダイオードライフタイム制御領域を形成することで、ダイオードの逆回復時にダイオードドリフト領域内のキャリアが再結合により消滅し易くなる。これにより、ダイオードの逆回復時に流れる逆電流を抑制することができる。この半導体装置では、ダイオードライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部が分離領域の下に位置しているので、端部の位置にばらつきが生じたとしても、ダイオード領域内におけるダイオードライフタイム制御領域の面積は変わらない。したがって、この半導体装置は、ダイオードの逆回復特性にばらつきが生じ難い。
上述した半導体装置は、以下のように構成されていてもよい。IGBTドリフト領域内には、IGBTライフタイム制御領域が形成されていてもよい。IGBTライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、IGBTライフタイム制御領域外のIGBTドリフト領域のキャリアライフタイムより短い。IGBTライフタイム制御領域のダイオード領域側の端部が、分離領域の下に位置していてもよい。
IGBTライフタイム制御領域はキャリアライフタイムが短縮化された領域であり、例えば、荷電粒子の打ち込みによって結晶欠陥が形成された領域等が含まれる。IGBTドリフト領域内にIGBTライフタイム制御領域を形成することで、IGBTのターンオフ時にIGBTドリフト領域内のキャリアが再結合により消滅し易くなる。これにより、IGBTのターンオフ速度を向上させることができる。この半導体装置では、IGBTライフタイム制御領域のダイオード領域側の端部が分離領域の下に位置しているので、端部の位置にばらつきが生じたとしても、IGBT領域内におけるIGBTライフタイム制御領域の面積は変わらない。したがって、この半導体装置は、IGBTのターンオフ速度にばらつきが生じ難い。
半導体装置10のダイオード領域20とIGBT領域40の境界部分における縦断面図。
実施形態に係る半導体装置について説明する。
(半導体装置の構造)
図1に示すように、半導体装置10は、半導体基板12と、半導体基板12の上面及び下面に形成されている金属層及び絶縁層等を備えている。半導体基板12には、ダイオード領域20とIGBT領域40が形成されている。
ダイオード領域20内の半導体基板12の上面には、アノード電極22が形成されている。IGBT領域40内の半導体基板12の上面には、エミッタ電極42が形成されている。半導体基板12の下面には、共通電極60が形成されている。
ダイオード領域20には、アノード層26、ダイオードドリフト層28、カソード層30が形成されている。
アノード層26は、p型である。アノード層26は、アノードコンタクト領域26aと低濃度アノード層26bを備えている。アノードコンタクト領域26aは、半導体基板12の上面に露出する範囲に、島状に形成されている。アノードコンタクト領域26aは、不純物濃度が高い。アノードコンタクト領域26aは、アノード電極22に対してオーミック接続されている。低濃度アノード層26bは、アノードコンタクト領域26aの下側及び側方に形成されており、アノードコンタクト領域26aを覆っている。低濃度アノード層26bの不純物濃度は、アノードコンタクト領域26aより低い。
ダイオードドリフト層28は、アノード層26の下側に形成されている。ダイオードドリフト層28は、n型であり、不純物濃度が低い。
カソード層30は、ダイオードドリフト層28の下側に形成されている。カソード層30は、半導体基板12の下面に露出する範囲に形成されている。カソード層30は、n型であり、不純物濃度が高い。カソード層30は、共通電極60に対してオーミック接続されている。
アノード層26、ダイオードドリフト層28、及び、カソード層30によってダイオードが形成されている。
IGBT領域40には、エミッタ領域44、ボディ層48、IGBTドリフト層50、コレクタ層52、及び、ゲート電極54等が形成されている。
IGBT領域40内の半導体基板12の上面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面には、ゲート絶縁膜56が形成されている。各トレンチの内部に、ゲート電極54が形成されている。ゲート電極54の上面は絶縁膜58により覆われている。ゲート電極54は、エミッタ電極42から絶縁されている。
エミッタ領域44は、半導体基板12の上面に露出する範囲に、島状に形成されている。エミッタ領域44は、ゲート絶縁膜56に接する範囲に形成されている。エミッタ領域44は、n型であり、不純物濃度が高い。エミッタ領域44は、エミッタ電極42に対してオーミック接続されている。
ボディ層48は、p型である。ボディ層48は、ボディコンタクト領域48aと低濃度ボディ層48bを備えている。ボディコンタクト領域48aは、半導体基板12の上面に露出する範囲に、島状に形成されている。ボディコンタクト領域48aは、2つのエミッタ領域44の間に形成されている。ボディコンタクト領域48aは、不純物濃度が高い。ボディコンタクト領域48aは、エミッタ電極42に対してオーミック接続されている。低濃度ボディ層48bは、エミッタ領域44及びボディコンタクト領域48aの下側に形成されている。低濃度ボディ層48bは、ゲート電極54の下端より浅い範囲に形成されている。低濃度ボディ層48bの不純物濃度は、ボディコンタクト領域48aよりも低い。低濃度ボディ層48bによって、エミッタ領域44がIGBTドリフト層50から分離されている。ゲート電極54は、エミッタ領域44とIGBTドリフト層50を分離している範囲の低濃度ボディ層48bにゲート絶縁膜56を介して対向している。
IGBTドリフト層50は、ボディ層48の下側に形成されている。IGBTドリフト層50は、n型である。IGBTドリフト層50は、ドリフト層50aとバッファ層50bを備えている。ドリフト層50aは、ボディ層48の下側に形成されている。ドリフト層50aは、不純物濃度が低い。ドリフト層50aは、ダイオードドリフト層28と略同じ不純物濃度を有しており、ダイオードドリフト層28と連続する層である。バッファ層50bは、ドリフト層50aの下側に形成されている。バッファ層50bは、ドリフト層50aよりも不純物濃度が高い。
コレクタ層52は、IGBTドリフト層50の下側に形成されている。コレクタ層52は、半導体基板12の下面に露出する範囲に形成されている。コレクタ層52は、p型であり、不純物濃度が高い。コレクタ層52は、共通電極60に対してオーミック接続されている。
エミッタ領域44、ボディ層48、IGBTドリフト層50、コレクタ層52、及び、ゲート電極54によってIGBTが形成されている。
ダイオード領域20とIGBT領域40の間には、分離領域70が形成されている。分離領域70は、半導体基板12の上面からアノード層26の下端及びボディ層48の下端より深い深さまでの範囲に形成されている。より詳細には、分離領域70は、半導体基板12の上面からゲート電極54の下端より深い深さまでの範囲に形成されている。分離領域70は、アノード層26及びボディ層48に接している。分離領域70は、p型である。分離領域70の不純物濃度は、低濃度アノード層26b及び低濃度ボディ層48bより高い。分離領域70の底面は、平坦である。分離領域70は、アノード層26とボディ層48の間において電界が集中することを抑制する。特に、分離領域70がゲート電極54の下端よりも深い位置まで形成されているので、分離領域70近傍のゲート電極54に電界が集中することが抑制される。
分離領域70の下側では、ダイオードドリフト層28とドリフト層50aが連続している。ダイオード領域20のカソード層30は、分離領域70の下側まで延出されており、IGBT領域40のコレクタ層52は、分離領域70の下側まで延出されている。カソード層30は、分離領域70の下側で、コレクタ層52と接している。すなわち、カソード層30とコレクタ層52の境界72が、分離領域70の下側に位置している。より詳細には、境界72は、分離領域70の底面(平坦部分)の下側に位置している。図1に示す境界部分の構造は、ダイオード領域20とIGBT領域40の間に沿って延設されている。すなわち、ダイオード領域20とIGBT領域40の間において、境界72は分離領域70に沿って伸びている。
ダイオードドリフト層28内には、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39が形成されている。ダイオードキャリアライフタイム制御領域39内には、半導体基板12に荷電粒子を打ち込むことによって形成された結晶欠陥が存在している。ダイオードキャリアライフタイム制御領域39内の結晶欠陥密度は、その周囲のダイオードドリフト層28に比べて極めて高い。ダイオードキャリアライフタイム制御領域39は、アノード層26の近傍の深さであり、分離領域70の下端より深い深さに形成されている。参照番号39aは、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39のIGBT領域40側の端部を示している。端部39aより外側(IGBT領域40側)においては、結晶欠陥は深さ方向(図1の縦方向)に沿って分布している。これは、荷電粒子を打ち込む際に、マスクの開口部の外周近傍において荷電粒子の打ち込み深さが変化するためである。深さ方向に沿って分布している結晶欠陥は密度が低く、半導体装置10の特性にほとんど影響を与えない。ダイオードキャリアライフタイム制御領域39の端部39aは、分離領域70の下側に位置している。より詳細には、端部39aは、分離領域70の底面(平坦部分)の下側に位置している。すなわち、ダイオード領域20とIGBT領域40の間において、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39の端部39aが、分離領域70に沿って伸びている。
ドリフト層50a内には、IGBTキャリアライフタイム制御領域59が形成されている。IGBTキャリアライフタイム制御領域59内には、半導体基板12に荷電粒子を打ち込むことによって形成された結晶欠陥が存在している。IGBTキャリアライフタイム制御領域59内の結晶欠陥密度は、その周囲のドリフト層50aに比べて極めて高い。IGBTキャリアライフタイム制御領域59は、バッファ層50bの近傍の深さに形成されている。参照番号59aは、IGBTキャリアライフタイム制御領域59のダイオード領域20側の端部を示している。端部59aの外側(ダイオード領域20側)においては、結晶欠陥は深さ方向に沿って分布している。これは、荷電粒子を打ち込む際に、マスクの開口部の外周近傍において荷電粒子の打ち込み深さが変化するためである。深さ方向に沿って分布している結晶欠陥は密度が低く、半導体装置10の特性にほとんど影響を与えない。IGBTキャリアライフタイム制御領域59の端部59aは、分離領域70の下側に位置している。より詳細には、端部59aは、分離領域70の底面(平坦部分)の下側に位置している。すなわち、ダイオード領域20とIGBT領域40の間において、IGBTキャリアライフタイム制御領域59の端部59aが、分離領域70に沿って伸びている。
(半導体装置のダイオードの動作)
半導体装置10のダイオードの動作について説明する。アノード電極22と共通電極60の間に、アノード電極22がプラスとなる電圧(すなわち、順電圧)を印加すると、ダイオードがオンする。すなわち、アノード電極22から、アノード層26、ダイオードドリフト層28、及び、カソード層30を経由して、共通電極60に電流が流れる。
本実施形態の半導体装置10では、分離領域70の下に境界72が位置している。ダイオードがオンしているときには、図1の矢印81に示すように、分離領域70からカソード層30に向かって電流が流れる。また、ダイオードがオンしているときには、図1の矢印80に示すように、アノード層26から分離領域70の下のカソード層30に向かって電流が流れる。このように、分離領域70の下のダイオードドリフト層28も電流経路となるので、このダイオードは順方向オン電圧が低い。但し、分離領域70の下にはダイオードライフタイム制御領域39が形成されており、矢印81に示すように分離領域70からダイオードドリフト層28に流れるキャリアはダイオードライフタイム制御領域39を通過するので、キャリアの多くはダイオードライフタイム制御領域39で再結合により消滅する。また、分離領域70からアノード電極22までの距離が長いので、矢印81に示す経路では電流が流れ難い。このため、矢印81に示すように流れる電流は小さい。また、分離領域70の下のカソード層30からアノード層26までの距離が長いので、図1の矢印80に示すように流れる電流も小さい。このように、分離領域70の下のダイオードドリフト層28に流れる電流は小さい。このため、製造誤差により境界72の位置(分離領域70の幅方向(図1の左右方向)の位置)がずれたとしても、ダイオードの特性が変動し難い。すなわち、半導体装置10の量産時に、ダイオードの順方向オン電圧がばらつき難い。
ダイオードに印加される電圧を順電圧から逆電圧に切り換えると、ダイオードが逆回復動作を行う。すなわち、順電圧印加時にダイオードドリフト層28内に存在していたホールがアノード電極22に排出され、順電圧印加時にダイオードドリフト層28内に存在していた電子が共通電極60に排出される。これによって、ダイオードに逆電流が流れる。逆電流は、短時間で減衰し、その後は、ダイオードに流れる電流は略ゼロとなる。ダイオードキャリアライフタイム制御領域39内の結晶欠陥は、キャリアの再結合中心として機能する。したがって、逆回復動作時に、ダイオードドリフト層28内のキャリアの多くが、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39内で再結合により消滅する。したがって、半導体装置10では、逆回復動作時に生じる逆電流が抑制される。
本実施形態の半導体装置10では、分離領域70の下にダイオードキャリアライフタイム制御領域39の端部39aが位置している。製造誤差により分離領域70の下において端部39aの位置(分離領域70の幅方向(図1の左右方向)の位置)がずれたとしても、ダイオード領域20内におけるダイオードキャリアライフタイム制御領域39の面積は変わらない。また、上述したように、分離領域70の下のダイオードドリフト層28に流れる電流は小さい。したがって、端部39aの位置がずれることによって分離領域70の下のダイオードドリフト層28の特性が変化しても、ダイオードの逆回復特性に与える影響は小さい。このため、半導体装置10は、端部39aの位置がずれても、ダイオードの逆回復特性が変動し難い。すなわち、半導体装置10の量産時に、ダイオードの逆回復特性がばらつき難い。
また、半導体装置10では、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39が分離領域70の下側まで伸びている。したがって、分離領域70の下側のダイオードドリフト領域28内に存在するキャリアが、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39で再結合する。このため、逆回復動作時に、分離領域70近傍で高い電流が生じることが防止される。
(半導体装置のIGBTの動作)
半導体装置10のIGBTの動作について説明する。エミッタ電極42と共通電極60の間に共通電極60がプラスとなる電圧を印加し、ゲート電極54にオン電位(チャネルが形成されるのに必要な電位以上の電位)を印加すると、IGBTがオンする。すなわち、ゲート電極54へのオン電位の印加により、ゲート絶縁膜56に接する範囲の低濃度ボディ層48bにチャネルが形成される。すると、電子が、エミッタ電極42から、エミッタ領域44、チャネル、IGBTドリフト層50、及び、コレクタ層52を介して、共通電極60に流れる。また、ホールが、共通電極60から、コレクタ層52、IGBTドリフト層50、低濃度ボディ層48b、及び、ボディコンタクト領域48aを介して、エミッタ電極42に流れる。すなわち、共通電極60からエミッタ電極42に電流が流れる。
本実施形態の半導体装置10では、分離領域70の下に境界72が位置している。IGBTがオンしているときには、図1の矢印83に示すように、コレクタ層52から分離領域70に向かって電流が流れる。また、IGBTがオンしているときには、図1の矢印82に示すように、分離領域70の下のコレクタ層52からボディ層48に向かって電流が流れる。このように、分離領域70の下のIGBTドリフト層50も電流経路となるので、このIGBTはオン電圧が低い。但し、分離領域70の下にはIGBTライフタイム制御領域59が形成されており、矢印83に示すようにIGBTドリフト層50から分離領域70に流れるキャリアはIGBTライフタイム制御領域59を通過するので、キャリアの多くはIGBTライフタイム制御領域59で再結合により消滅する。また、分離領域70からエミッタ電極42までの距離が長いので、矢印83に示す経路では電流が流れ難い。このため、矢印83に示すように流れる電流は小さい。また、分離領域70の下のコレクタ層52からボディ層48までの距離が長いので、図1の矢印82に示すように流れる電流は小さい。このように、分離領域70の下のIGBTドリフト層50に流れる電流は小さい。このため、製造誤差により境界72の位置(分離領域70の幅方向(図1の左右方向)の位置)がずれたとしても、IGBTの特性が変動し難い。すなわち、半導体装置10の量産時に、IGBTのオン電圧がばらつき難い。
ゲート電極54に印加する電位を、オン電位からオフ電位に切り換えると、IGBTがターンオフする。すなわち、オン時にIGBTドリフト層50内に存在していたホールが共通電極60に排出され、オン時にIGBTドリフト層50内に存在していた電子がエミッタ電極42に排出される。これによって、IGBTに逆電流が流れる。逆電流は、短時間で減衰し、その後は、IGBTに流れる電流は略ゼロとなる。なお、IGBTキャリアライフタイム制御領域59内の結晶欠陥は、キャリアの再結合中心として機能する。したがって、ターンオフ動作時に、IGBTドリフト層50内のキャリアの多くが、IGBTキャリアライフタイム制御領域59内で再結合により消滅する。したがって、半導体装置10では、ターンオフ動作時に生じる逆電流が抑制される。これにより、IGBTのターンオフ速度が向上されている。
なお、本実施形態の半導体装置10では、分離領域70の下にIGBTキャリアライフタイム制御領域59の端部59aが位置している。製造誤差により分離領域70の下において端部59aの位置(分離領域70の幅方向(図1の左右方向)の位置)がずれたとしても、IGBT領域40内におけるIGBTキャリアライフタイム制御領域59の面積は変わらない。また、上述したように、分離領域70の下のIGBTドリフト層50に流れる電流は小さい。したがって、端部59aの位置がずれることにより分離領域70の下のIGBTドリフト層50の特性が変化しても、IGBTのターンオフ速度に与える影響は小さい。このため、半導体装置10は、端部59aの位置がずれても、IGBTのターンオフ速度が変動し難い。すなわち、半導体装置10の量産時に、IGBTのターンオフ速度がばらつき難い。
また、半導体装置10では、IGBTキャリアライフタイム制御領域59が分離領域70の下側まで伸びている。したがって、分離領域70の下側のIGBTドリフト領域50内に存在するキャリアが、IGBTキャリアライフタイム制御領域59で再結合する。このため、ターンオフ時に、分離領域70近傍で高い電流が生じることが防止される。
以上に説明したように、本実施形態の半導体装置10では、境界72、ダイオードキャリアライフタイム制御領域39の端部39a、及び、IGBTキャリアライフタイム制御領域59の端部59aが、分離領域70の下に位置している。言い換えると、境界72、端部39a、及び、端部59aが製造誤差により位置ずれしたとしても、分離領域70の下に境界72、端部39a、及び、端部59aが位置するように、分離領域70が十分な幅を有している。このため、半導体装置10の量産時に、ダイオードの順方向オン電圧、ダイオードの逆回復特性、IGBTのオン電圧、及び、IGBTのターンオフ速度がばらつき難い。安定した品質で半導体装置10を製造することができる。
なお、上述した実施形態の半導体装置10では、ライフタイム制御領域39、59がダイオード領域20とIGBT領域40に形成されていたが、例えば、ダイオード領域20とIGBT領域40の何れか一方にのみライフタイム制御領域を形成してもよい。

Claims (2)

  1. ダイオード領域とIGBT領域が形成されている半導体基板を備える半導体装置であって、
    ダイオード領域内の半導体基板の上面にアノード電極が形成されており、
    IGBT領域内の半導体基板の上面にエミッタ電極が形成されており、
    半導体基板の下面に共通電極が形成されており、
    ダイオード領域には、
    p型であり、アノード電極に接しているアノード領域と、
    n型であり、アノード領域の下側に形成されているダイオードドリフト領域と、
    n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、ダイオードドリフト領域の下側に形成されており、共通電極に接しているカソード領域、
    が形成されており、
    IGBT領域には、
    n型であり、エミッタ電極に接しているエミッタ領域と、
    p型であり、エミッタ領域の側方及び下側に形成されており、エミッタ電極に接しているボディ領域と、
    n型であり、ボディ領域の下側に形成されているIGBTドリフト領域と、
    p型であり、IGBTドリフト領域の下側に形成されており、共通電極に接しているコレクタ領域と、
    エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極、
    が形成されており、
    ダイオード領域とIGBT領域の間には、半導体基板の上面からアノード領域の下端及びボディ領域の下端より深い深さまでの範囲に、p型の分離領域が形成されており、
    ダイオードドリフト領域内には、ダイオードライフタイム制御領域が形成されており、
    ダイオードライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、ダイオードライフタイム制御領域外のダイオードドリフト領域のキャリアライフタイムより短く、
    ダイオードライフタイム制御領域のIGBT領域側の端部が、分離領域の下に位置している、
    ことを特徴とする半導体装置。
  2. IGBTドリフト領域内には、IGBTライフタイム制御領域が形成されており、
    IGBTライフタイム制御領域のキャリアライフタイムは、IGBTライフタイム制御領域外のIGBTドリフト領域のキャリアライフタイムより短く、
    IGBTライフタイム制御領域のダイオード領域側の端部が、分離領域の下に位置している、
    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。
JP2011529763A 2009-09-07 2009-09-07 ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置 Expired - Fee Related JP5282822B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2009/065606 WO2011027474A1 (ja) 2009-09-07 2009-09-07 ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2011027474A1 true JPWO2011027474A1 (ja) 2013-01-31
JP5282822B2 JP5282822B2 (ja) 2013-09-04

Family

ID=43649036

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011529763A Expired - Fee Related JP5282822B2 (ja) 2009-09-07 2009-09-07 ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置

Country Status (6)

Country Link
US (1) US8299496B2 (ja)
EP (1) EP2477226B1 (ja)
JP (1) JP5282822B2 (ja)
KR (1) KR101335833B1 (ja)
CN (1) CN102422416B (ja)
WO (1) WO2011027474A1 (ja)

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5083468B2 (ja) 2010-04-02 2012-11-28 トヨタ自動車株式会社 ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置
JP5925991B2 (ja) 2010-05-26 2016-05-25 三菱電機株式会社 半導体装置
US8502346B2 (en) * 2010-12-23 2013-08-06 Alpha And Omega Semiconductor Incorporated Monolithic IGBT and diode structure for quasi-resonant converters
JP5630579B2 (ja) * 2011-06-09 2014-11-26 トヨタ自動車株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP5724887B2 (ja) * 2012-01-16 2015-05-27 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP5701447B2 (ja) 2012-03-05 2015-04-15 三菱電機株式会社 半導体装置
JP2013197122A (ja) * 2012-03-15 2013-09-30 Toshiba Corp 半導体装置
JP2013201237A (ja) * 2012-03-23 2013-10-03 Toshiba Corp 半導体装置
US8618576B1 (en) * 2012-08-27 2013-12-31 Infineon Technologies Ag Semiconductor device with back side metal structure
JP5981859B2 (ja) * 2013-02-15 2016-08-31 株式会社豊田中央研究所 ダイオード及びダイオードを内蔵する半導体装置
WO2014136215A1 (ja) * 2013-03-06 2014-09-12 トヨタ自動車株式会社 半導体ウエハの順電圧ばらつき低減方法
US9142668B2 (en) 2013-03-13 2015-09-22 Cree, Inc. Field effect transistor devices with buried well protection regions
US9240476B2 (en) 2013-03-13 2016-01-19 Cree, Inc. Field effect transistor devices with buried well regions and epitaxial layers
US9306061B2 (en) 2013-03-13 2016-04-05 Cree, Inc. Field effect transistor devices with protective regions
US9012984B2 (en) * 2013-03-13 2015-04-21 Cree, Inc. Field effect transistor devices with regrown p-layers
JP5967065B2 (ja) * 2013-12-17 2016-08-10 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP6119593B2 (ja) * 2013-12-17 2017-04-26 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP2015153784A (ja) * 2014-02-10 2015-08-24 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法及び半導体装置
JP6181597B2 (ja) * 2014-04-28 2017-08-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6272799B2 (ja) * 2015-06-17 2018-01-31 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
CN107086217B (zh) * 2016-02-16 2023-05-16 富士电机株式会社 半导体装置
JP6878848B2 (ja) * 2016-02-16 2021-06-02 富士電機株式会社 半導体装置
KR101870808B1 (ko) * 2016-06-03 2018-06-27 현대오트론 주식회사 전력 반도체 소자 및 그 제조방법
CN109478513B (zh) 2016-07-19 2021-09-28 三菱电机株式会社 半导体装置及其制造方法
WO2019013286A1 (ja) * 2017-07-14 2019-01-17 富士電機株式会社 半導体装置
JP7268330B2 (ja) 2018-11-05 2023-05-08 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法
CN114600252A (zh) 2020-06-18 2022-06-07 丹尼克斯半导体有限公司 具有受控阳极注入的逆导型igbt

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1041510A (ja) * 1996-05-22 1998-02-13 Fuji Electric Co Ltd 温度検知部内蔵型バイポーラ半導体素子およびその製造方法
JP2008192737A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
JP2008211148A (ja) * 2007-02-28 2008-09-11 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2008235405A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Denso Corp 半導体装置
JP2009170670A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Toyota Motor Corp 半導体装置とその半導体装置を備えている給電装置の駆動方法

Family Cites Families (25)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0828506B2 (ja) 1988-11-07 1996-03-21 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
US5171696A (en) 1988-11-07 1992-12-15 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2963204B2 (ja) 1990-12-12 1999-10-18 三菱電機株式会社 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタの製造方法
JP3135762B2 (ja) * 1993-10-29 2001-02-19 株式会社東芝 半導体集積回路装置
JPH07135214A (ja) 1993-11-11 1995-05-23 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2883017B2 (ja) 1995-02-20 1999-04-19 ローム株式会社 半導体装置およびその製法
US5969400A (en) * 1995-03-15 1999-10-19 Kabushiki Kaisha Toshiba High withstand voltage semiconductor device
JP4167313B2 (ja) 1997-03-18 2008-10-15 株式会社東芝 高耐圧電力用半導体装置
JP3494023B2 (ja) * 1998-07-28 2004-02-03 株式会社日立製作所 半導体装置および半導体装置の駆動方法並びに電力変換装置
US6303508B1 (en) 1999-12-16 2001-10-16 Philips Electronics North America Corporation Superior silicon carbide integrated circuits and method of fabricating
JP2005057235A (ja) 2003-07-24 2005-03-03 Mitsubishi Electric Corp 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ及びその製造方法、並びに、インバータ回路
JP4791704B2 (ja) * 2004-04-28 2011-10-12 三菱電機株式会社 逆導通型半導体素子とその製造方法
JP2007103770A (ja) 2005-10-06 2007-04-19 Sanken Electric Co Ltd 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
JP2007184486A (ja) * 2006-01-10 2007-07-19 Denso Corp 半導体装置
JP2008004867A (ja) 2006-06-26 2008-01-10 Denso Corp 半導体装置の製造方法
JP4857948B2 (ja) * 2006-06-26 2012-01-18 株式会社デンソー 半導体装置の製造方法
JP5092312B2 (ja) 2006-08-10 2012-12-05 株式会社デンソー ダイオード
JP2008091705A (ja) 2006-10-03 2008-04-17 Mitsubishi Electric Corp 半導体装置及びその製造方法
JP4483918B2 (ja) * 2007-09-18 2010-06-16 株式会社デンソー 半導体装置
DE102007058659B4 (de) 2007-12-06 2009-12-10 Tecpharma Licensing Ag Dosisanzeige für eine Vorrichtung zur dosierten Verabreichung eines fluiden Produkts
JP4788734B2 (ja) 2008-05-09 2011-10-05 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
US8507352B2 (en) 2008-12-10 2013-08-13 Denso Corporation Method of manufacturing semiconductor device including insulated gate bipolar transistor and diode
WO2011027473A1 (ja) 2009-09-07 2011-03-10 トヨタ自動車株式会社 ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置
CN102414817B (zh) * 2009-09-14 2014-01-08 丰田自动车株式会社 具备具有二极管区和igbt区的半导体基板的半导体装置
JP4957840B2 (ja) * 2010-02-05 2012-06-20 株式会社デンソー 絶縁ゲート型半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1041510A (ja) * 1996-05-22 1998-02-13 Fuji Electric Co Ltd 温度検知部内蔵型バイポーラ半導体素子およびその製造方法
JP2008192737A (ja) * 2007-02-02 2008-08-21 Denso Corp 半導体装置
JP2008211148A (ja) * 2007-02-28 2008-09-11 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
JP2008235405A (ja) * 2007-03-19 2008-10-02 Denso Corp 半導体装置
JP2009170670A (ja) * 2008-01-16 2009-07-30 Toyota Motor Corp 半導体装置とその半導体装置を備えている給電装置の駆動方法

Also Published As

Publication number Publication date
EP2477226B1 (en) 2016-06-22
CN102422416B (zh) 2014-05-14
US8299496B2 (en) 2012-10-30
WO2011027474A1 (ja) 2011-03-10
EP2477226A1 (en) 2012-07-18
KR20110127232A (ko) 2011-11-24
US20120007142A1 (en) 2012-01-12
EP2477226A4 (en) 2013-09-04
JP5282822B2 (ja) 2013-09-04
KR101335833B1 (ko) 2013-12-03
CN102422416A (zh) 2012-04-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5282822B2 (ja) ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置
JP5282823B2 (ja) ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置
KR101218459B1 (ko) 다이오드 영역과 igbt 영역을 갖는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치
JP6119593B2 (ja) 半導体装置
US9613950B1 (en) Semiconductor device
JP6181597B2 (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP6222140B2 (ja) 半導体装置
JP5499692B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2016072359A (ja) 半導体装置
JP2012064641A (ja) 半導体装置
JP7003688B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2011082220A (ja) 半導体装置
JPWO2014087499A1 (ja) 半導体装置
JP2010232335A (ja) 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2016100466A (ja) 半導体装置及び半導体装置の製造方法
JP2013161918A (ja) 半導体装置
WO2011027473A1 (ja) ダイオード領域とigbt領域を有する半導体基板を備える半導体装置
JP6665713B2 (ja) 半導体装置
JP2008177297A (ja) 半導体装置
JP2011086710A (ja) 半導体装置
JP2017045874A (ja) 半導体装置
JP2014103193A (ja) 横型バイポーラトランジスタ
JP5609078B2 (ja) 半導体装置の製造方法
WO2010137167A1 (ja) 半導体装置
JP2021090016A (ja) 半導体装置の駆動方法と半導体装置の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A871 Explanation of circumstances concerning accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871

Effective date: 20130315

TRDD Decision of grant or rejection written
A975 Report on accelerated examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005

Effective date: 20130423

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130430

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130513

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5282822

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

S111 Request for change of ownership or part of ownership

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees