JP2011134998A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ダイオード領域20とIGBT領域40を有する半導体基板12を備える半導体装置10。ダイオード領域20内のカソード領域30と、IGBT領域40内のコレクタ領域52は隣接している。半導体基板12の上面には、アノード領域26と導通しているアノード電極22と、エミッタ領域44及びボディ領域46と導通しているエミッタ電極42が形成されている。アノード電極22上からエミッタ電極42上に亘ってはんだ層96が形成されている。カソード領域30とコレクタ領域52の境界部72の上方の半導体基板12の上面と前記境界部72の上方のはんだ層96との間に、絶縁層90、92、94が形成されている。
【選択図】図1
Description
なお、前記絶縁層は、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接するように形成されていてもよい。または、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接する位置においてアノード電極とエミッタ電極が繋がっており、その電極上に前記絶縁層が形成されていてもよい。
このような構成によれば、ダイオード領域とIGBT領域の境界部に電流がより流れ難くなる。これによって、ダイオード領域とIGBT領域の境界部における発熱をより抑制することができる。
図1は、実施例1に係る半導体装置10の断面図を示している。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。
アノードコンタクト領域26aは、p型の領域であり、その不純物濃度は高い。アノードコンタクト領域26aは、半導体基板12の上面を含む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、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、p型の領域である。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の不純物濃度より低い。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。
ボディコンタクト領域46aは、p型の領域であり、その不純物濃度は高い。ボディコンタクト領域46aは、半導体基板12の上面を含む範囲に島状に形成されている。ボディコンタクト領域46a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46a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46bは、p型の領域である。低濃度ボディ層46bの不純物濃度は、ボディコンタクト領域46aよりも低い。低濃度ボディ層46bは、エミッタ領域44及びボディコンタクト領域46aの下側に形成されている。低濃度ボディ層46b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46bにゲート絶縁膜56を介して対向している。
ドリフト層50aは、ボディ層46の下側に形成されている。ドリフト層50aの不純物濃度は、ダイオードドリフト層28と略等しい。ドリフト層50aは、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。
最初に、ダイオード20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)が印加されると、ダイオード20がオンする。すなわち、アノード電極22から、共通電極60に向かって電流が流れる。
一方、IGBT領域40とダイオード領域20との間のドリフト層62にはホールがほとんど存在しないため、ドリフト層62の電気抵抗は高い。このため、ドリフト層62に高い電流が流れれば、ドリフト層62が局所的に高温となる。
しかしながら、ドリフト層62の上方の分離領域70の表面は絶縁膜90〜94に覆われている。このため、IGBT40に過電圧が印加されても、分離領域70には高い電流が流れ難い。すなわち、分離領域70の下部のドリフト層62には高い電流は流れない。これによって、ドリフト層62が温度上昇することが抑制されている。
図2は、実施例2に係る半導体装置100の断面図を示している。実施例2に係る半導体装置100では、半導体基板112の上面側全体に亘って、IGBTの構造が形成されている。すなわち、半導体基板112の上面側に、エミッタ領域144、ボディ層146(すなわち、ボディコンタクト領域146a及び低濃度ボディ層146b)、及び、ゲート電極154が形成されている。ボディ層146の下側には、ドリフト層150(すなわち、ドリフト層150a及びバッファ層150b)が形成されている。半導体装置100の半導体基板112の下面を含む範囲には、カソード層130とコレクタ層152が互いに隣接して形成されている。カソード層130が形成されている範囲の半導体基板112は、ダイオードとして機能するダイオード領域120である。すなわち、ダイオード領域120内には、ボディ層146とドリフト層150とカソード層130によって、ダイオードが形成されている。一方、コレクタ層152が形成されている範囲の半導体基板112は、IGBTとして機能するIGBT領域140である。すなわち、IGBT領域140には、エミッタ領域144、ボディ層146、ドリフト層150、コレクタ層152、及び、ゲート電極154によってIGBTが形成されている。
ダイオード領域120内のダイオードは、実施例1の半導体装置10と同様に動作する。
一方、IGBT領域140内のIGBTは、以下のように動作する。共通電極122と共通電極160の間に共通電極160がプラスとなる電圧が印加された状態においてゲート電極154にオン電位が印加されると、IGBT領域140内のボディ層146にチャネルが形成され、IGBT領域140内のIGBTがオンする。すなわち、IGBT領域140内のドリフト層150aが伝導度変調効果により低抵抗化し、IGBT領域140内を共通電極160から共通電極122に向かって電流が流れる。
また、このとき、ダイオード領域120内のゲート電極154にもオン電位が印加されるので、ダイオード領域120内のボディ層146にもチャネルが形成される。しかしながら、ダイオード領域120内のドリフト層150aにはホールがほとんど流入しないため、伝導度変調効果がほとんど生じない。したがって、ダイオード領域120には電流がほとんど流れない。
一方、IGBT領域140とダイオード領域120との間のドリフト層150a(境界172の上部近傍のドリフト層150a)にはホールがあまり存在しないため、境界172の上部近傍のドリフト層150aの電気抵抗は高い。したがって、境界172の上部近傍のドリフト層150aに高い電流が流れれば、局所的に温度上昇が生じてしまう。
しかしながら、半導体装置100では、境界172の上方の共通電極122の上面が絶縁膜192に覆われており、はんだ層196に直接接合されていない。共通電極122は厚さが薄く、また、絶縁膜192に覆われている共通電極122からはんだ層196までの電流経路が長いため、絶縁膜192に覆われている共通電極122には、その他の範囲の共通電極122に比べて、電流が流れ難い。このため、境界172の上部のドリフト層150aには高い電流は流れない。これによって、境界172の上部のドリフト層150aが温度上昇することが抑制される。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:半導体基板
20:ダイオード領域
22:アノード電極
26:アノード層
26a:アノードコンタクト領域
26b:低濃度アノード層
28:ダイオードドリフト層
30:カソード層
39:ダイオードキャリアライフタイム制御領域
40:IGBT領域
42:エミッタ電極
44:エミッタ領域
46:ボディ層
46a:ボディコンタクト領域
46b:低濃度ボディ層
50:IGBTドリフト層
50a:ドリフト層
50b:バッファ層
52:コレクタ層
54:ゲート電極
56:ゲート絶縁膜
58:絶縁膜
60:共通電極
62:ドリフト層
70:分離領域
72:境界
88:ゲート配線
90:絶縁膜
92:絶縁膜
94:絶縁膜
96:はんだ層
98:金属ブロック
Claims (3)
- 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であって、
ダイオード領域内には、
p型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成され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、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されているカソード領域、
が形成されており、
IGBT領域内には、
n型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているエミッタ領域と、
p型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域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おり、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されているIGBTドリフト領域と、
p型であり、半導体基板の下面を含むIGBTドリフト領域の下側の範囲に形成され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、
半導体基板の上面には、アノード領域と導通しているアノード電極と、エミッタ領域及びボディ領域と導通しているエミッタ電極が形成されており、
アノード電極上からエミッタ電極上に亘ってはんだ層が形成されており、
カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の半導体基板の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている、
ことを特徴とする半導体装置。 - 前記絶縁層が半導体基板の上面に接しており、
アノード電極とエミッタ電極が、前記絶縁層によって分離されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 半導体基板には、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方であって、半導体基板の上面からアノード領域及びボディ領域よりも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、
前記絶縁層は、分離領域の上面を覆っていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
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