JP2016028405A - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
上記のように、図1に示した半導体装置1は、トレンチゲート型のIGBTである。説明を分かりやすくするため、以下では、第1半導体領域10をp型のコレクタ領域10、第2半導体領域20をn型のドリフト領域20、第3半導体領域30をp型のベース領域30、第4半導体領域40をn型のエミッタ領域40として説明する。なお、図1に示した例では、ドリフト領域20とコレクタ領域10間に、n型のバッファ層15が配置されている。
また、溝55底部の下方でのドリフト領域20の厚みは溝55の幅W1に比べて十分広く、少なくとも40μm以上であるため、チャネルの延長部分のコレクタ領域10とドリフト領域20の界面だけでなく、それよりも広い範囲でコレクタ領域10とドリフト領域20の界面が順バイアスとなり、正孔がコレクタ領域10からドリフト領域20に容易に移動することができる。その結果、チャネルの延長部分及びその周辺におけるドリフト領域20内に蓄積される正孔総量が増加し、伝導度変調がより強化され、オン電圧が低減される。
この結果、本実施例のように、溝55の幅W1が広く形成された半導体装置1によれば、例えば従来例のようなキャリア蓄積層が配置された構造などを採用しなくても、オン電圧を低減することができる。
接続溝55aは、複数の溝55の配列方向に延伸し、複数の溝55のうち配列の最も外側に配列された溝55の端部に連結されている。
接続溝55aは、複数の溝55の一方の端部に接続された接続溝55a(第1の接続溝)と、複数の溝55の他方の端部に接続された接続溝55a(第2の接続溝)を有し、前記複数の溝55は、前記第1の接続溝と前記第2の接続溝とが対向した領域に配置されている。
よって、外側溝55bと接続溝55aで囲まれた領域の内側が、半導体素子が形成される活性領域を含む領域であって、外側溝55bと接続溝55aで囲まれた領域を含む外側が、活性領域を取り囲む外周領域となる。
図22に、本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図を示す。
本発明の第2の実施形態に係る半導体装置は、以下の通り、ゲート電極の構造が第1の実施形態に係る半導体発光装置と異なる。
ゲート電極60は、溝55を構成する一対の側面(第1の側面と第2の側面)に配置された左右のゲート電極60(第1のゲート電極と第2のゲート電極)から構成されており、それぞれがベース領域30に絶縁膜50を介して対向するように設けられている。なお、図22に示す断面図では左右のゲート電極60は分離されているが、左右のゲート電極60(第1のゲート電極と第2のゲート電極)は、溝55の延伸方向に延伸し、接続溝55a到達する。そして、接続溝55aにおいて、図示しないバスラインに接続されている。ゲート電極60は、例えば高濃度にドープされた導電性の多結晶シリコン膜で構成される。
これによって、溝55底部のドリフト領域20とゲート電極60間の寄生容量Cdgが低減され、高速スイッチングが可能となる。
そのため、溝55の幅W1に対するゲート電極60の厚みd1は、1/20〜1/3程度、より好ましくは1/15〜1/5程度である。溝55の幅W1に対するゲート電極60の厚みd1が1/20より小さくなると、ゲート電極60の厚みが薄くなりすぎて、ゲート電極60の抵抗値が上昇してしまい、スイッチング応答が悪化してしまう。逆に、溝55の幅W1に対するゲート電極60の厚みd1が1/3を超えると、ゲート電極60を分断したことによる寄生容量Cdgの低減効果を十分に得られない。
溝55と同様に、接続溝55aの内壁面には絶縁膜50が配置され、絶縁膜50上にゲート電極60からの延伸部が配置されている。したがって、溝55を形成する工程において、接続溝55aを同時に形成することができる。
なお、半導体装置1では溝55の幅W1が広いために、層間絶縁膜70の下部の一部又は全体をエミッタ領域40の上面に形成された溝に埋め込むことが容易である。そこで、層間絶縁膜70の少なくとも一部が、ゲート電極60が形成された溝の内部に埋め込まれていることが好ましい。これにより、エミッタ電極90の上面がゲート電極60上の領域で突出することが抑えられ、従来に比べて平坦化される。その結果、エミッタ電極90上にワイヤーボンディングする工程などにおける不具合を解消できる。
上記のように、本発明は実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
Claims (11)
- 第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の上に配置された第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域の上に配置された第1導電型の第3半導体領域と、前記第3半導体領域の上に配置された第2導電型の第4半導体領域と、前記第4半導体領域の上面から延伸して前記第4半導体領域及び前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達する溝の内壁上に配置された絶縁膜と、前記溝の側面において前記絶縁膜上に配置され、前記第3半導体領域に対向する制御電極と、前記第1半導体領域と電気的に接続する第1の主電極と、前記第4半導体領域と電気的に接続する第2の主電極と、を備え、前記第3半導体領域の前記第2の主電極に接する幅に対する前記溝の幅の比が1以上であることを特徴とする半導体装置。
- 第1導電型の第1半導体領域と、前記第1半導体領域の上に配置された第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域の上に配置された第1導電型の第3半導体領域と、前記第3半導体領域の上に配置された第2導電型の第4半導体領域と、前記第4半導体領域の上面から延伸して前記第4半導体領域及び前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達する溝の内壁上に配置された絶縁膜と、前記溝の側面において前記絶縁膜上に配置され、前記第3半導体領域に対向する制御電極と、前記第1半導体領域と電気的に接続する第1の主電極と、前記第4半導体領域と電気的に接続する第2の主電極と、を備え、前記第3半導体領域の前記第2の主電極に接する領域の総面積に対する、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域との界面延長上における前記溝の総面積の比が1以上であることを特徴とする半導体装置。
- 前記溝は並行に配置された複数の溝から構成されており、前記隣り合う複数の溝は相互に接続溝で連結されており、前記接続溝は、前記第3半導体領域の上面から延伸して前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達して形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記溝は並行に配置された複数の溝から構成されており、前記隣り合う複数の溝は相互に接続溝で連結されており、前記接続溝は、前記第3半導体領域の上面から延伸して前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達しており、且つ前記複数の溝の配列方向に延伸し、前記複数の溝のうち配列の最も外側に配列された溝の端部に連結されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。
- 前記溝は並行に配置された複数の溝から構成されており、前記隣り合う複数の溝は相互に接続溝で連結されており、前記接続溝は、前記複数の溝の一方の端部に接続された第1の接続溝と、前記複数の溝の他方の端部に接続された第2の接続溝を有し、前記第1の接続溝と前記第2の接続溝は、それぞれ前記第3半導体領域の上面から延伸して前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達しており、且つ前記複数の溝の配列方向に延伸し、前記複数の溝のうち配列の最も外側に配列された溝の端部に連結されており、平面視において、前記複数の溝は、前記第1の接続溝と前記第2の接続溝とが対向した領域に配置されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記溝は並行に配置された複数の溝から構成されており、前記隣り合う複数の溝は相互に接続溝で連結されており、前記接続溝は、前記第3半導体領域の上面から延伸して前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達して形成されており、且つ前記接続溝の幅は前記隣り合う溝の間隔よりも広いことを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記溝は並行に配置された複数の溝から構成されており、前記隣り合う複数の溝は相互に接続溝で連結されており、前記接続溝は、前記第3半導体領域の上面から延伸して前記第3半導体領域を貫通して前記第2半導体領域まで達して形成されており、且つ前記接続溝の幅が前記溝の幅よりも狭いことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記制御電極は、前記溝の第1の側面とこれに対向する第2の側面に設けられ、且つ前記絶縁膜を介して前記第3半導体領域に対向するように配置された第1の制御電極と第2の制御電極とを備え、前記溝は平面視において帯状に延伸し、前記溝の延伸する方向における前記第1の側面と前記第2の側面の長さは、前記第1の側面と前記第2の側面とが対向する間隔よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記制御電極は、前記溝の第1の側面とこれに対向する第2の側面に設けられ、且つ前記絶縁膜を介して前記第3半導体領域に対向するように配置された第1の制御電極と第2の制御電極とを備え、前記第1の制御電極と前記第2の制御電極は、前記溝の延伸方向に延伸し、前記接続溝に達していることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記溝の幅が3μm〜15μmであり、前記溝の深さが2μm〜10μmであり、前記第2半導体領域の厚みが40μm〜140μmであり、前記第2半導体領域の比抵抗が10Ωcm〜150Ωcmであることを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記溝の幅は前記溝の深さよりも大きく、且つ、前記溝の幅は3〜15μmであることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の半導体装置。
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