KR101335833B1 - 다이오드 영역과 ｉｇｂｔ 영역을 갖는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치 - Google Patents

다이오드 영역과 ｉｇｂｔ 영역을 갖는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치 Download PDF

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Abstract

다이오드 영역과 IGBT 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치를 제공한다. 다이오드 영역과 IGBT 영역 사이에는, 반도체 기판의 상면에서부터 애노드 영역의 하단 및 보디 영역의 하단보다 깊은 깊이까지의 범위에 p 형의 분리 영역이 형성되어 있다. 다이오드 드리프트 영역내에는, 다이오드 라이프 타임 제어 영역이 형성되어 있다. 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 캐리어 라이프 타임은, 다이오드 라이프 타임 제어 영역외의 다이오드 드리프트 영역의 캐리어 라이프 타임보다 짧다. 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 IGBT 영역측의 단부가, 분리 영역 아래에 위치하고 있다.

Description

다이오드 영역과 ＩＧＢＴ 영역을 갖는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치{SEMICONDUCTOR DEVICE INCLUDING SEMICONDUCTOR SUBSTRATE HAVING DIODE REGION AND IGBT REGION}
본 명세서에 기재된 기술은 다이오드 영역과 IGBT 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치에 관한 것이다.
일본국 공개특허공보 2008-192737호에는 다이오드 영역과 IGBT 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 구비한 반도체 장치가 개시되어 있다. 다이오드 영역에는 데미지층이 형성되어 있다. 데미지층이 캐리어의 재결합 중심이 되기 때문에, 역회복시에 다이오드에 흐르는 역전류가 저감된다.
데미지층은 통상적으로 반도체 기판에 하전 입자를 주입함으로써 형성된다. 하전 입자를 주입하는 공정에서는, 하전 입자가 주입되는 범위는 제조 오차가 크다. 일본국 공개특허공보 2008-192737호의 반도체 장치에서는, 데미지층의 단부가 다이오드 영역내, IGBT 영역내, 또는, 다이오드 영역과 IGBT 영역의 경계에 위치하고 있다. 따라서, 제조 오차에 의하여 데미지층의 단부 위치가 어긋나면, 다이오드의 특성 및 IGBT 의 특성이 변화된다. 즉, 이 반도체 장치에서는, 데미지층이 형성되는 범위의 제조 오차에 의하여, 다이오드의 특성 및 IGBT 의 특성에 편차가 발생되기 쉽다.
본 명세서는 다이오드와 IGBT 를 갖는 반도체 장치로서, 양산시에 다이오드의 특성, 및, IGBT 의 특성에 편차가 발생되기 어려운 반도체 장치를 제공한다.
본 명세서가 개시하는 반도체 장치는, 다이오드 영역과 IGBT 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 구비하고 있다. 다이오드 영역내의 반도체 기판의 상면에는 애노드 전극이 형성되어 있다. IGBT 영역내의 반도체 기판의 상면에는 이미터 전극이 형성되어 있다. 반도체 기판의 하면에는 공통 전극이 형성되어 있다. 다이오드 영역에는, 애노드 영역과, 다이오드 드리프트 영역과, 캐소드 영역이 형성되어 있다. 애노드 영역은 p 형이고, 애노드 전극에 접해 있다. 다이오드 드리프트 영역은 n 형이고, 애노드 영역의 하측에 형성되어 있다. 캐소드 영역은 n 형이고, 다이오드 드리프트 영역보다 n 형 불순물 농도가 높고, 다이오드 드리프트 영역의 하측에 형성되어 있고, 공통 전극에 접해 있다. IGBT 영역에는, 이미터 영역과, 보디 영역과, IGBT 드리프트 영역과, 콜렉터 영역과, 게이트 전극이 형성되어 있다. 이미터 영역은 n 형이고, 이미터 전극에 접해 있다. 보디 영역은 p 형이고, 이미터 영역의 측방 및 하측에 형성되어 있고, 이미터 전극에 접해 있다. IGBT 드리프트 영역은 n 형이고, 보디 영역의 하측에 형성되어 있다. 콜렉터 영역은 p 형이고, IGBT 드리프트 영역의 하측에 형성되어 있고, 공통 전극에 접해 있다. 게이트 전극은 이미터 영역과 IGBT 드리프트 영역을 분리하고 있는 범위의 보디 영역에 절연막을 개재하여 대향하고 있다. 다이오드 영역과 IGBT 영역 사이에는, 반도체 기판의 상면에서부터 애노드 영역의 하단 및 보디 영역의 하단보다 깊은 깊이까지의 범위에 p 형의 분리 영역이 형성되어 있다. 다이오드 드리프트 영역내에는 다이오드 라이프 타임 제어 영역이 형성되어 있다. 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 캐리어 라이프 타임은, 다이오드 라이프 타임 제어 영역외의 다이오드 드리프트 영역의 캐리어 라이프 타임보다 짧다. 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 IGBT 영역측의 단부는 분리 영역 아래에 위치하고 있다.
다이오드 라이프 타임 제어 영역은 캐리어 라이프 타임이 단축화된 영역으로서, 예를 들어 하전 입자의 주입에 의하여 결정 결함이 형성된 영역 등이 포함된다. 다이오드 드리프트 영역내에 다이오드 라이프 타임 제어 영역을 형성함으로써, 다이오드의 역회복시에 다이오드 드리프트 영역내의 캐리어가 재결합에 의하여 쉽게 소멸된다. 이로써, 다이오드의 역회복시에 흐르는 역전류를 억제할 수 있다. 이 반도체 장치에서는, 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 IGBT 영역측의 단부가 분리 영역 아래에 위치하고 있기 때문에, 단부 위치에 편차가 발생되었다고 해도, 다이오드 영역내에서의 다이오드 라이프 타임 제어 영역의 면적은 변하지 않는다. 따라서, 이 반도체 장치는, 다이오드의 역회복 특성에 편차가 발생되기 어렵다.
상기 서술한 반도체 장치는, 이하와 같이 구성되어 있어도 된다. IGBT 드리프트 영역내에는, IGBT 라이프 타임 제어 영역이 형성되어 있어도 된다. IGBT 라이프 타임 제어 영역의 캐리어 라이프 타임은, IGBT 라이프 타임 제어 영역외의 IGBT 드리프트 영역의 캐리어 라이프 타임보다 짧다. IGBT 라이프 타임 제어 영역의 다이오드 영역측의 단부가, 분리 영역 아래에 위치하고 있어도 된다.
IGBT 라이프 타임 제어 영역은 캐리어 라이프 타임이 단축화된 영역으로서, 예를 들어 하전 입자의 주입에 의하여 결정 결함이 형성된 영역 등이 포함된다. IGBT 드리프트 영역내에 IGBT 라이프 타임 제어 영역을 형성함으로써, IGBT 의 턴 오프시에 IGBT 드리프트 영역내의 캐리어가 재결합에 의하여 쉽게 소멸된다. 이로써, IGBT 의 턴 오프 속도를 향상시킬 수 있다. 이 반도체 장치에서는, IGBT 라이프 타임 제어 영역의 다이오드 영역측의 단부가 분리 영역 아래에 위치하고 있기 때문에, 단부 위치에 편차가 발생되었다고 해도, IGBT 영역내에 있어서의 IGBT 라이프 타임 제어 영역의 면적은 변하지 않는다. 따라서, 이 반도체 장치는, IGBT 의 턴 오프 속도에 편차가 발생되기 어렵다.
도 1 은 반도체 장치 (10) 의 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 의 경계 부분에서의 종단면도.
실시형태에 관련된 반도체 장치에 대하여 설명한다.
(반도체 장치의 구조)
도 1 에 나타내는 바와 같이, 반도체 장치 (10) 는, 반도체 기판 (12) 과, 반도체 기판 (12) 의 상면 및 하면에 형성되어 있는 금속층 및 절연층 등을 구비하고 있다. 반도체 기판 (12) 에는, 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 이 형성되어 있다.
다이오드 영역 (20) 내의 반도체 기판 (12) 의 상면에는 애노드 전극 (22) 이 형성되어 있다. IGBT 영역 (40) 내의 반도체 기판 (12) 의 상면에는 이미터 전극 (42) 이 형성되어 있다. 반도체 기판 (12) 의 하면에는 공통 전극 (60) 이 형성되어 있다.
다이오드 영역 (20) 에는 애노드층 (26), 다이오드 드리프트층 (28), 캐소드층 (30) 이 형성되어 있다.
애노드층 (26) 은 p 형이다. 애노드층 (26) 은, 애노드 콘택트 영역 (26a) 과 저농도 애노드층 (26b) 을 구비하고 있다. 애노드 콘택트 영역 (26a) 은, 반도체 기판 (12) 의 상면으로 노출되는 범위에서 섬 형상으로 형성되어 있다. 애노드 콘택트 영역 (26a) 은 불순물 농도가 높다. 애노드 콘택트 영역 (26a) 은 애노드 전극 (22) 에 대하여 오믹 접속되어 있다. 저농도 애노드층 (26b) 은, 애노드 콘택트 영역 (26a) 의 하측 및 측방에 형성되어 있고, 애노드 콘택트 영역 (26a) 을 덮고 있다. 저농도 애노드층 (26b) 의 불순물 농도는, 애노드 콘택트 영역 (26a) 보다 낮다.
다이오드 드리프트층 (28) 은, 애노드층 (26) 의 하측에 형성되어 있다. 다이오드 드리프트층 (28) 은 n 형이고, 불순물 농도가 낮다.
캐소드층 (30) 은, 다이오드 드리프트층 (28) 의 하측에 형성되어 있다. 캐소드층 (30) 은, 반도체 기판 (12) 의 하면으로 노출되는 범위에서 형성되어 있다. 캐소드층 (30) 은 n 형이고, 불순물 농도가 높다. 캐소드층 (30) 은 공통 전극 (60) 에 대하여 오믹 접속되어 있다.
애노드층 (26), 다이오드 드리프트층 (28), 및, 캐소드층 (30) 에 의하여 다이오드가 형성되어 있다.
IGBT 영역 (40) 에는, 이미터 영역 (44), 보디층 (48), IGBT 드리프트층 (50), 콜렉터층 (52), 및, 게이트 전극 (54) 등이 형성되어 있다.
IGBT 영역 (40) 내의 반도체 기판 (12) 의 상면에는, 복수의 트렌치가 형성되어 있다. 각 트렌치의 내면에는 게이트 절연막 (56) 이 형성되어 있다. 각 트렌치의 내부에 게이트 전극 (54) 이 형성되어 있다. 게이트 전극 (54) 의 상면은 절연막 (58) 에 의하여 덮여 있다. 게이트 전극 (54) 은 이미터 전극 (42) 으로부터 절연되어 있다.
이미터 영역 (44) 은, 반도체 기판 (12) 의 상면으로 노출되는 범위에서 섬 형상으로 형성되어 있다. 이미터 영역 (44) 은, 게이트 절연막 (56) 에 접하는 범위에서 형성되어 있다. 이미터 영역 (44) 은 n 형이고, 불순물 농도가 높다. 이미터 영역 (44) 은 이미터 전극 (42) 에 대하여 오믹 접속되어 있다.
보디층 (48) 은 p 형이다. 보디층 (48) 은 보디 콘택트 영역 (48a) 과 저농도 보디층 (48b) 을 구비하고 있다. 보디 콘택트 영역 (48a) 은, 반도체 기판 (12) 의 상면으로 노출되는 범위에서 섬 형상으로 형성되어 있다. 보디 콘택트 영역 (48a) 은 2 개의 이미터 영역 (44) 사이에 형성되어 있다. 보디 콘택트 영역 (48a) 은 불순물 농도가 높다. 보디 콘택트 영역 (48a) 은 이미터 전극 (42) 에 대하여 오믹 접속되어 있다. 저농도 보디층 (48b) 은 이미터 영역 (44) 및 보디 콘택트 영역 (48a) 의 하측에 형성되어 있다. 저농도 보디층 (48b) 은 게이트 전극 (54) 의 하단보다 얕은 범위에 형성되어 있다. 저농도 보디층 (48b) 의 불순물 농도는 보디 콘택트 영역 (48a) 보다 낮다. 저농도 보디층 (48b) 에 의하여, 이미터 영역 (44) 이 IGBT 드리프트층 (50) 으로부터 분리되어 있다. 게이트 전극 (54) 은, 이미터 영역 (44) 과 IGBT 드리프트층 (50) 을 분리하고 있는 범위의 저농도 보디층 (48b) 에 게이트 절연막 (56) 을 개재하여 대향하고 있다.
IGBT 드리프트층 (50) 은, 보디층 (48) 의 하측에 형성되어 있다. IGBT 드리프트층 (50) 은 n 형이다. IGBT 드리프트층 (50) 은 드리프트층 (50a) 과 버퍼층 (50b) 을 구비하고 있다. 드리프트층 (50a) 은, 보디층 (48) 의 하측에 형성되어 있다. 드리프트층 (50a) 은 불순물 농도가 낮다. 드리프트층 (50a) 은, 다이오드 드리프트층 (28) 과 대략 동일한 불순물 농도를 갖고 있고, 다이오드 드리프트층 (28) 과 연속되는 층이다. 버퍼층 (50b) 은 드리프트층 (50a) 의 하측에 형성되어 있다. 버퍼층 (50b) 은 드리프트층 (50a) 보다도 불순물 농도가 높다.
콜렉터층 (52) 은, IGBT 드리프트층 (50) 의 하측에 형성되어 있다. 콜렉터층 (52) 은, 반도체 기판 (12) 의 하면으로 노출되는 범위에서 형성되어 있다. 콜렉터층 (52) 은 p 형이고, 불순물 농도가 높다. 콜렉터층 (52) 은 공통 전극 (60) 에 대하여 오믹 접속되어 있다.
이미터 영역 (44), 보디층 (48), IGBT 드리프트층 (50), 콜렉터층 (52), 및, 게이트 전극 (54) 에 의하여 IGBT 가 형성되어 있다.
다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 사이에는 분리 영역 (70) 이 형성되어 있다. 분리 영역 (70) 은, 반도체 기판 (12) 의 상면으로부터 애노드층 (26) 의 하단 및 보디층 (48) 의 하단보다 깊은 깊이까지의 범위에서 형성되어 있다. 보다 상세하게는, 분리 영역 (70) 은, 반도체 기판 (12) 의 상면으로부터 게이트 전극 (54) 의 하단보다 깊은 깊이까지의 범위에서 형성되어 있다. 분리 영역 (70) 은 애노드층 (26) 및 보디층 (48) 에 접해 있다. 분리 영역 (70) 은 p 형이다. 분리 영역 (70) 의 불순물 농도는, 저농도 애노드층 (26b) 및 저농도 보디층 (48b) 보다 높다. 분리 영역 (70) 의 바닥면은 평탄하다. 분리 영역 (70) 은, 애노드층 (26) 과 보디층 (48) 사이에서 전계가 집중되는 것을 억제한다. 특히, 분리 영역 (70) 이 게이트 전극 (54) 의 하단보다 깊은 위치까지 형성되어 있기 때문에, 분리 영역 (70) 근방의 게이트 전극 (54) 에 전계가 집중되는 것이 억제된다.
분리 영역 (70) 하측에서는, 다이오드 드리프트층 (28) 과 드리프트층 (50a) 이 연속되어 있다. 다이오드 영역 (20) 의 캐소드층 (30) 은, 분리 영역 (70) 하측까지 연장되어 있고, IGBT 영역 (40) 의 콜렉터층 (52) 은, 분리 영역 (70) 하측까지 연장되어 있다. 캐소드층 (30) 은, 분리 영역 (70) 하측에서 콜렉터층 (52) 과 접해 있다. 즉, 캐소드층 (30) 과 콜렉터층 (52) 의 경계 (72) 가 분리 영역 (70) 하측에 위치하고 있다. 보다 상세하게는, 경계 (72) 는, 분리 영역 (70) 의 바닥면 (평탄 부분) 의 하측에 위치하고 있다. 도 1 에 나타내는 경계 부분의 구조는, 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 사이를 따라서 연장 형성되어 있다. 즉, 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 사이에서, 경계 (72) 는 분리 영역 (70) 을 따라 신장되어 있다.
다이오드 드리프트층 (28) 내에는, 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 이 형성되어 있다. 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 내에는, 반도체 기판 (12) 에 하전 입자의 주입에 의하여 형성된 결정 결함이 존재한다. 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 내의 결정 결함 밀도는, 그 주위의 다이오드 드리프트층 (28) 에 비하여 매우 높다. 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 은 애노드층 (26) 근방의 깊이이고, 분리 영역 (70) 의 하단보다 깊은 깊이에서 형성되어 있다. 참조 번호 39a 는 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 IGBT 영역 (40) 측의 단부를 나타낸다. 단부 (39a) 보다 외측 (IGBT 영역 (40) 측) 에 있어서는, 결정 결함은 깊이 방향 (도 1 의 세로 방향) 을 따라 분포하고 있다. 이것은, 하전 입자를 주입할 때에, 마스크의 개구부의 외주 근방에서 하전 입자의 주입 깊이가 변화되기 때문이다. 깊이 방향을 따라 분포하고 있는 결정 결함은 밀도가 낮아, 반도체 장치 (10) 의 특성에 거의 영향을 주지 않는다. 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 단부 (39a) 는, 분리 영역 (70) 하측에 위치하고 있다. 보다 상세하게는, 단부 (39a) 는, 분리 영역 (70) 의 바닥면 (평탄 부분) 의 하측에 위치하고 있다. 즉, 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 사이에서, 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 단부 (39a) 가, 분리 영역 (70) 을 따라 신장되어 있다.
드리프트층 (50a) 내에는, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 이 형성되어 있다. IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 내에는, 반도체 기판 (12) 에 하전 입자를 주입함으로써 형성된 결정 결함이 존재한다. IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 내의 결정 결함 밀도는, 그 주위의 드리프트층 (50a) 에 비하여 매우 높다. IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 은, 버퍼층 (50b) 근방의 깊이에서 형성되어 있다. 참조 번호 (59a) 는, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 다이오드 영역 (20) 측의 단부를 나타낸다. 단부 (59a) 의 외측 (다이오드 영역 (20) 측) 에 있어서는, 결정 결함은 깊이 방향을 따라 분포하고 있다. 이것은, 하전 입자를 주입할 때, 마스크의 개구부의 외주 근방에서 하전 입자의 주입 깊이가 변화되기 때문이다. 깊이 방향을 따라 분포되어 있는 결정 결함은 밀도가 낮아, 반도체 장치 (10) 의 특성에 거의 영향을 주지 않는다. IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 단부 (59a) 는, 분리 영역 (70) 하측에 위치하고 있다. 보다 상세하게는, 단부 (59a) 는, 분리 영역 (70) 의 바닥면 (평탄 부분) 의 하측에 위치하고 있다. 즉, 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 사이에 있어서, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 단부 (59a) 가, 분리 영역 (70) 을 따라 신장되어 있다.
(반도체 장치의 다이오드의 동작)
반도체 장치 (10) 의 다이오드 동작에 대하여 설명한다. 애노드 전극 (22) 과 공통 전극 (60) 사이에, 애노드 전극 (22) 이 플러스가 되는 전압 (즉, 순전압) 을 인가하면, 다이오드가 온이 된다. 즉, 애노드 전극 (22) 에서부터, 애노드층 (26), 다이오드 드리프트층 (28), 및, 캐소드층 (30) 을 경유하여 공통 전극 (60) 으로 전류가 흐른다.
본 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 분리 영역 (70) 아래에 경계 (72) 가 위치하고 있다. 다이오드가 온이 되어 있을 때에는, 도 1 의 화살표 81 로 나타내는 바와 같이, 분리 영역 (70) 에서부터 캐소드층 (30) 을 향하여 전류가 흐른다. 또, 다이오드가 온이 되어 있을 때에는, 도 1 의 화살표 80 으로 나타내는 바와 같이, 애노드층 (26) 에서부터 분리 영역 (70) 아래의 캐소드층 (30) 을 향하여 전류가 흐른다. 이와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 다이오드 드리프트층 (28) 도 전류 경로가 되기 때문에, 이 다이오드는 순방향 온 전압이 낮다. 단, 분리 영역 (70) 아래에는 다이오드 라이프 타임 제어 영역 (39) 이 형성되어 있고, 화살표 81 로 나타내는 바와 같이 분리 영역 (70) 에서부터 다이오드 드리프트층 (28) 으로 흐르는 캐리어는 다이오드 라이프 타임 제어 영역 (39) 을 통과하므로, 캐리어의 대부분은 다이오드 라이프 타임 제어 영역 (39) 에서 재결합에 의하여 소멸된다. 또, 분리 영역 (70) 에서부터 애노드 전극 (22) 까지의 거리가 길기 때문에, 화살표 81 로 나타내는 경로에서는 전류가 흐르기 어렵다. 이 때문에, 화살표 81 로 나타내는 바와 같이 흐르는 전류는 작다. 또, 분리 영역 (70) 아래의 캐소드층 (30) 에서부터 애노드층 (26) 까지의 거리가 길기 때문에, 도 1 의 화살표 80 으로 나타내는 바와 같이 흐르는 전류도 작다. 이와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 다이오드 드리프트층 (28) 으로 흐르는 전류는 작다. 이 때문에, 제조 오차에 의하여 경계 (72) 의 위치 (분리 영역 (70) 의 폭방향 (도 1 의 좌우 방향) 위치) 가 어긋났다고 해도, 다이오드의 특성이 변동되기 어렵다. 즉, 반도체 장치 (10) 의 양산시에 다이오드의 순방향 온 전압이 편차지기 어렵다.
다이오드에 인가되는 전압을 순전압에서 역전압으로 전환하면 다이오드가 역회복 동작을 행한다. 즉, 순전압 인가시에 다이오드 드리프트층 (28) 내에 존재하던 홀이 애노드 전극 (22) 으로 배출되고, 순전압 인가시에 다이오드 드리프트층 (28) 내에 존재하던 전자가 공통 전극 (60) 으로 배출된다. 이로써, 다이오드로 역전류가 흐른다. 역전류는, 단시간에 감쇠하고, 그 후에는 다이오드로 흐르는 전류는 대략 제로가 된다. 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 내의 결정 결함은, 캐리어의 재결합 중심으로서 기능한다. 따라서, 역회복 동작시에, 다이오드 드리프트층 (28) 내의 캐리어의 대부분이, 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 내에서 재결합에 의하여 소멸된다. 따라서, 반도체 장치 (10) 에서는, 역회복 동작시에 발생되는 역전류가 억제된다.
본 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 분리 영역 (70) 아래에 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 단부 (39a) 가 위치하고 있다. 제조 오차에 의하여 분리 영역 (70) 아래에서 단부 (39a) 의 위치 (분리 영역 (70) 의 폭방향 (도 1 의 좌우 방향) 의 위치) 가 어긋났다고 해도, 다이오드 영역 (20) 내에 있어서의 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 면적은 변하지 않는다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 다이오드 드리프트층 (28) 으로 흐르는 전류는 작다. 따라서, 단부 (39a) 의 위치가 어긋남으로써 분리 영역 (70) 아래의 다이오드 드리프트층 (28) 의 특성이 변화되어도, 다이오드의 역회복 특성에 주는 영향은 작다. 이 때문에, 반도체 장치 (10) 는, 단부 (39a) 의 위치가 어긋나도 다이오드의 역회복 특성이 변동되기 어렵다. 즉, 반도체 장치 (10) 의 양산시에, 다이오드의 역회복 특성이 편차지기 어렵다.
또, 반도체 장치 (10) 에서는, 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 이 분리 영역 (70) 하측까지 신장되어 있다. 따라서, 분리 영역 (70) 하측의 다이오드 드리프트 영역 (28) 내에 존재하는 캐리어가, 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 에서 재결합한다. 이 때문에, 역회복 동작시에, 분리 영역 (70) 근방에서 높은 전류가 발생되는 것이 방지된다.
(반도체 장치의 IGBT 의 동작)
반도체 장치 (10) 의 IGBT 의 동작에 대하여 설명한다. 이미터 전극 (42) 과 공통 전극 (60) 사이에 공통 전극 (60) 이 플러스가 되는 전압을 인가하고, 게이트 전극 (54) 에 온 전위 (채널이 형성되는 데 필요한 전위 이상의 전위) 를 인가하면 IGBT 가 온이 된다. 즉, 게이트 전극 (54) 에 대한 온 전위의 인가에 의하여, 게이트 절연막 (56) 에 접하는 범위의 저농도 보디층 (48b) 에 채널이 형성된다. 그러면, 전자가, 이미터 전극 (42) 으로부터 이미터 영역 (44), 채널, IGBT 드리프트층 (50), 및, 콜렉터층 (52) 을 개재하여, 공통 전극 (60) 으로 흐른다. 또, 홀이, 공통 전극 (60) 에서부터 콜렉터층 (52), IGBT 드리프트층 (50), 저농도 보디층 (48b), 및, 보디 콘택트 영역 (48a) 을 개재하여, 이미터 전극 (42) 으로 흐른다. 즉, 공통 전극 (60) 에서부터 이미터 전극 (42) 으로 전류가 흐른다.
본 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 분리 영역 (70) 아래에 경계 (72) 가 위치하고 있다. IGBT 가 온이 되어 있을 때에는, 도 1 의 화살표 83 으로 나타내는 바와 같이, 콜렉터층 (52) 에서부터 분리 영역 (70) 을 향하여 전류가 흐른다. 또, IGBT 가 온이 되어 있을 때에는, 도 1 의 화살표 82 로 나타내는 바와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 콜렉터층 (52) 에서부터 보디층 (48) 을 향하여 전류가 흐른다. 이와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 IGBT 드리프트층 (50) 도 전류 경로가 되기 때문에, 이 IGBT 는 온 전압이 낮다. 단, 분리 영역 (70) 아래에는 IGBT 라이프 타임 제어 영역 (59) 이 형성되어 있고, 화살표 83 으로 나타내는 바와 같이 IGBT 드리프트층 (50) 에서부터 분리 영역 (70) 으로 흐르는 캐리어는 IGBT 라이프 타임 제어 영역 (59) 을 통과하므로, 캐리어의 상당수는 IGBT 라이프 타임 제어 영역 (59) 에서 재결합에 의하여 소멸된다. 또, 분리 영역 (70) 에서부터 이미터 전극 (42) 까지의 거리가 길기 때문에, 화살표 83 으로 나타내는 경로에서는 전류가 흐르기 어렵다. 이 때문에, 화살표 83 으로 나타내는 바와 같이 흐르는 전류는 작다. 또, 분리 영역 (70) 아래의 콜렉터층 (52) 에서부터 보디층 (48) 까지의 거리가 길기 때문에, 도 1 의 화살표 82 로 나타내는 바와 같이 흐르는 전류는 작다. 이와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 IGBT 드리프트층 (50) 으로 흐르는 전류는 작다. 이 때문에, 제조 오차에 의하여 경계 (72) 의 위치 (분리 영역 (70) 의 폭방향 (도 1 의 좌우 방향) 의 위치) 가 어긋났다고 해도, IGBT 의 특성이 변동되기 어렵다. 즉, 반도체 장치 (10) 의 양산시에, IGBT 의 온 전압이 편차지기 어렵다.
게이트 전극 (54) 에 인가하는 전위를, 온 전위에서 오프 전위로 전환하면 IGBT 가 턴 오프한다. 즉, 온일 때에 IGBT 드리프트층 (50) 내에 존재하던 홀이 공통 전극 (60) 으로 배출되고, 온일 때에 IGBT 드리프트층 (50) 내에 존재하던 전자가 이미터 전극 (42) 으로 배출된다. 이로써, IGBT 로 역전류가 흐른다. 역전류는, 단시간에 감쇠하고, 그 후에는, IGBT 로 흐르는 전류는 대략 제로가 된다. 또한, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 내의 결정 결함은, 캐리어의 재결합 중심으로서 기능한다. 따라서, 턴 오프 동작시에, IGBT 드리프트층 (50) 내의 캐리어의 대부분이, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 내에서 재결합에 의하여 소멸된다. 따라서, 반도체 장치 (10) 에서는, 턴 오프 동작시에 발생되는 역전류가 억제된다. 이로써, IGBT 의 턴 오프 속도가 향상되어 있다.
또한, 본 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 분리 영역 (70) 아래에 IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 단부 (59a) 가 위치하고 있다. 제조 오차에 의하여 분리 영역 (70) 아래에서 단부 (59a) 의 위치 (분리 영역 (70) 의 폭방향 (도 1 의 좌우 방향) 의 위치) 가 어긋났다고 해도, IGBT 영역 (40) 내에 있어서의 IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 면적은 변하지 않는다. 또, 상기 서술한 바와 같이, 분리 영역 (70) 아래의 IGBT 드리프트층 (50) 으로 흐르는 전류는 작다. 따라서, 단부 (59a) 의 위치가 어긋남으로써 분리 영역 (70) 아래의 IGBT 드리프트층 (50) 의 특성이 변화되어도, IGBT 의 턴 오프 속도에 주는 영향은 작다. 이 때문에, 반도체 장치 (10) 는, 단부 (59a) 의 위치가 어긋나도, IGBT 의 턴 오프 속도가 변동되기 어렵다. 즉, 반도체 장치 (10) 의 양산시에, IGBT 의 턴 오프 속도가 편차지기 어렵다.
또, 반도체 장치 (10) 에서는, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 이 분리 영역 (70) 하측까지 신장되어 있다. 따라서, 분리 영역 (70) 하측의 IGBT 드리프트 영역 (50) 내에 존재하는 캐리어가, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 에서 재결합한다. 이 때문에, 턴 오프시에, 분리 영역 (70) 근방에서 높은 전류가 발생되는 것이 방지된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 경계 (72), 다이오드 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (39) 의 단부 (39a), 및, IGBT 캐리어 라이프 타임 제어 영역 (59) 의 단부 (59a) 가, 분리 영역 (70) 아래에 위치하고 있다. 바꾸어 말하면, 경계 (72), 단부 (39a), 및, 단부 (59a) 가 제조 오차에 의하여 위치가 어긋났다고 해도, 분리 영역 (70) 아래에 경계 (72), 단부 (39a), 및, 단부 (59a) 가 위치하도록, 분리 영역 (70) 이 충분한 폭을 갖고 있다. 이 때문에, 반도체 장치 (10) 의 양산시에, 다이오드의 순방향 온 전압, 다이오드의 역회복 특성, IGBT 의 온 전압, 및, IGBT 의 턴 오프 속도가 편차지기 어렵다. 안정적인 품질로 반도체 장치 (10) 를 제조할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태의 반도체 장치 (10) 에서는, 라이프 타임 제어 영역 (39, 59) 이 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 에 형성되어 있었으나, 예를 들어 다이오드 영역 (20) 과 IGBT 영역 (40) 의 어느 한 쪽에만 라이프 타임 제어 영역을 형성해도 된다.

Claims (2)

  1. 다이오드 영역과 IGBT 영역이 형성되어 있는 반도체 기판을 구비하는 반도체 장치로서,
    다이오드 영역내의 반도체 기판의 상면에 애노드 전극이 형성되어 있고,
    IGBT 영역내의 반도체 기판의 상면에 이미터 전극이 형성되어 있고,
    반도체 기판의 하면에 공통 전극이 형성되어 있고,
    다이오드 영역에는,
    p 형이고, 애노드 전극에 접해 있는 애노드 영역과,
    n 형이고, 애노드 영역의 하측에 형성되어 있는 다이오드 드리프트 영역과,
    n 형이고, 다이오드 드리프트 영역보다 n 형 불순물 농도가 높고, 다이오드 드리프트 영역의 하측에 형성되어 있고, 공통 전극에 접해 있는 캐소드 영역이 형성되어 있고,
    IGBT 영역에는,
    n 형이고, 이미터 전극에 접해 있는 이미터 영역과,
    p 형이고, 이미터 영역의 측방 및 하측에 형성되어 있고, 이미터 전극에 접해 있는 보디 영역과,
    n 형이고, 보디 영역의 하측에 형성되어 있는 IGBT 드리프트 영역과,
    p 형이고, IGBT 드리프트 영역의 하측에 형성되어 있고, 공통 전극에 접해 있는 콜렉터 영역과,
    이미터 영역과 IGBT 드리프트 영역을 분리하고 있는 범위의 보디 영역에 절연막을 개재하여 대향하고 있는 게이트 전극이 형성되어 있고,
    다이오드 영역과 IGBT 영역 사이에는, 반도체 기판의 상면에서부터 애노드 영역의 하단 및 보디 영역의 하단보다 깊은 깊이까지의 범위에 p 형의 분리 영역이 형성되어 있고,
    다이오드 드리프트 영역내에는, 다이오드 라이프 타임 제어 영역이 형성되어 있고,
    다이오드 라이프 타임 제어 영역의 캐리어 라이프 타임은, 다이오드 라이프 타임 제어 영역외의 다이오드 드리프트 영역의 캐리어 라이프 타임보다 짧고,
    다이오드 라이프 타임 제어 영역의 IGBT 영역측의 단부가, 분리 영역 아래에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    IGBT 드리프트 영역내에는, IGBT 라이프 타임 제어 영역이 형성되어 있고,
    IGBT 라이프 타임 제어 영역의 캐리어 라이프 타임은, IGBT 라이프 타임 제어 영역외의 IGBT 드리프트 영역의 캐리어 라이프 타임보다 짧고,
    IGBT 라이프 타임 제어 영역의 다이오드 영역측의 단부가, 분리 영역 아래에 위치하고 있는 것을 특징으로 하는 반도체 장치.
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