JP2016139719A - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2016139719A
JP2016139719A JP2015014168A JP2015014168A JP2016139719A JP 2016139719 A JP2016139719 A JP 2016139719A JP 2015014168 A JP2015014168 A JP 2015014168A JP 2015014168 A JP2015014168 A JP 2015014168A JP 2016139719 A JP2016139719 A JP 2016139719A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
semiconductor layer
electrode
region
type
layer
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
JP2015014168A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6392133B2 (ja
Inventor
亮平 下條
Ryohei Shimojo
亮平 下條
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba 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 Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2015014168A priority Critical patent/JP6392133B2/ja
Priority to CN201610052225.0A priority patent/CN105826316A/zh
Priority to US15/006,790 priority patent/US10297593B2/en
Priority to TW105102569A priority patent/TW201628190A/zh
Publication of JP2016139719A publication Critical patent/JP2016139719A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6392133B2 publication Critical patent/JP6392133B2/ja
Active 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
    • 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
    • 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
    • H01L27/0203Particular design considerations for integrated circuits
    • 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
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • 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
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • 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
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
    • 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
    • H01L29/8613Mesa PN junction diodes
    • 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
    • H01L27/0617Devices 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 comprising components of the field-effect type
    • H01L27/0629Devices 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 comprising components of the field-effect type in combination with diodes, or resistors, or capacitors
    • 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
    • H01L29/36Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the concentration or distribution of impurities in the bulk material
    • 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
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/407Recessed field plates, e.g. trench field plates, buried field plates

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)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

【課題】耐量の増加を可能とする半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態に係る半導体装置は、第1領域に設けられた第1導電形の第1半導体層と、第2領域に設けられた第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層上及び前記第2半導体層上に設けられた第2導電形の第4半導体層と、前記第4半導体層上に設けられた第1導電形の第5半導体層と、前記第5半導体層上の前記第1領域の一部に設けられた第2導電形の第6半導体層と、前記第1領域に設けられた第2電極と、前記第2領域に設けられた第3電極と、を備える。前記第3半導体層と前記第3電極との間の距離、及び前記第2領域における前記第3半導体層と前記第5半導体層との距離のうち、少なくとも一方は、前記3半導体層と前記第2電極との距離よりも短い。
【選択図】図2

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
近年、高耐圧で大電流を流すことができる電力用半導体装置として、IGBT(insulated gate bipolar transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)が広く用いられている。また、1つのチップにIGBTとダイオードを混載した逆導通型IGBTも実用化されている。一般に、電力用半導体装置においては、導通損失及びスイッチング損失等の損失を低減しようとすると、アバランシェ耐量等が低下する。
特開2008−47565号公報
実施形態の目的は、耐量の増加を可能とする半導体装置を提供することである。
実施形態に係る半導体装置は、第1電極と、前記第1電極上の第1領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第1導電形の第1半導体層と、前記第1電極上の第2領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第2導電形の第2半導体層と、前記第1半導体層上及び前記第2半導体層上に設けられ、前記第2半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第3半導体層と、前記第3半導体層上に設けられ、前記第3半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第4半導体層と、前記第4半導体層上に設けられ、第1導電形の第5半導体層と、前記第1領域において、前記第5半導体層上に設けられた第2導電形の第6半導体層と、前記第4半導体層、前記第5半導体層及び第6半導体層に第1絶縁膜を介して対面し、前記第1領域に設けられた第2電極と、前記第4半導体層及び前記第5半導体層に第2絶縁膜を介して対面し、前記第2領域に設けられた第3電極と、前記第5半導体層、前記第6半導体層及び前記第3電極に接続された第4電極と、を備える。前記第3半導体層と前記第3電極との間の距離、及び前記第2領域における前記第3半導体層と前記第5半導体層との距離のうち、少なくとも一方は、前記3半導体層と前記第2電極との距離よりも短い。
第1の実施形態に係る半導体装置を例示する平面図である。 第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第3の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第4の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 第5の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。
図2は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図2に示す断面は、図1に示すA−A’線による断面である。
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置1は、1つのチップ内にIGBT及びダイオードが混載された逆導通型IGBTである。半導体装置1においては、IGBT領域R1及びダイオード領域R2が設定されている。上方から見て、IGBT領域R1及びダイオード領域R2は、例えば、それぞれ矩形の領域である。
半導体装置1においては、例えば金属からなる平板状のコレクタ電極11が設けられている。コレクタ電極11は、半導体装置1の下面全体に設けられている。コレクタ電極11上には、p形コレクタ層21及びn++形カソード層22が並列に設けられている。p形コレクタ層21はIGBT領域R1に配置されており、n++形カソード層22はダイオード領域R2に配置されている。p形コレクタ層21及びn++形カソード層22はいずれもコレクタ電極11に接続されている。また、p形コレクタ層21及びn++形カソード層22の厚さは相互に略等しく、端面同士が接している。
本明細書において、例えば「p形コレクタ層21」との表記は、その層の導電形がp形であることを示す。n形についても同様である。また、上付きの「+」及び「−」の文字は、実効的な不純物濃度を相対的に表している。すなわち、導電形がn形の層に関しては、実効的な不純物濃度が高い順に、「n++形」、「n形」、「n形」、「n形」、「n−−形」と表記する。更に、「実効的な不純物濃度」とは、半導体材料の導電に寄与する不純物の濃度をいい、ある部分がドナーとなる不純物及びアクセプタとなる不純物の双方を含む場合は、それらの相殺分を除いた濃度をいう。「実効的な不純物濃度」は、「キャリア濃度」と等しい。更にまた、本明細書においては、説明の便宜上、コレクタ電極11からp形コレクタ層21及びn++形カソード層22に向かう方向を「上」といい、その反対方向を「下」という。但し、これらの方向は重力の方向とは無関係である。
形コレクタ層21上には、n形バッファ層23aが設けられている。また、n++形カソード層22上には、n形バッファ層23bが設けられている。n形バッファ層23a及びn形バッファ層23bは相互に接している。そして、n形バッファ層23bはn形バッファ層23aよりも厚い。すなわち、n形バッファ層23bの上下方向の長さは、n形バッファ層23aの上下方向の長さよりも長い。従って、n形バッファ層23bの上面23b−uはn形バッファ層23aの上面23a−uよりも上方に位置している。なお、上述の表記法に従い、n形バッファ層23bの実効的な不純物濃度はn++形カソード層22の実効的な不純物濃度よりも低く、n形バッファ層23aの実効的な不純物濃度よりも高い。
n形バッファ層23a上及びn形バッファ層23b上には、n−−形ベース層24が設けられている。すなわち、n−−形ベース層24は、IGBT領域R1及びダイオード領域R2の双方にわたって連続的に配置されている。但し、n−−形ベース層24におけるダイオード領域R2に配置された部分の厚さ、すなわち上下方向の長さは、n−−形ベース層24におけるIGBT領域R1に配置された部分の厚さよりも薄い。
−−形ベース層24上には、p形ベース層25が設けられている。p形ベース層25も、IGBT領域R1及びダイオード領域R2の双方にわたって配置されている。IGBT領域R1において、p形ベース層25上の一部には、複数のn++形エミッタ層26が相互に離隔して設けられている。
形コレクタ層21、n++形カソード層22、n形バッファ層23a、n形バッファ層23b、n−−形ベース層24、p形ベース層25及びn++形エミッタ層26により、半導体部分20が構成されている。半導体部分20は、ドナーとなる不純物及びアクセプタとなる不純物が局所的に導入されたシリコンからなり、例えば、1つの単結晶からなる。
IGBT領域R1において、半導体部分20の上部内には、一方向に延びる複数本のトレンチゲート電極12が設けられている。トレンチゲート電極12は、n++形エミッタ層26及びp形ベース層25を上下方向に貫通し、その下端部はn−−形ベース層24の上部内に位置している。トレンチゲート電極12は、ポリシリコン又は金属により形成されている。また、トレンチゲート電極12と、n−−形ベース層24、p形ベース層25及びn++形エミッタ層26との間には、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるゲート絶縁膜31が設けられている。これにより、トレンチゲート電極12は、半導体部分20からゲート絶縁膜31によって絶縁されている。ゲート絶縁膜31はトレンチゲート電極12の上面も覆っている。
一方、ダイオード領域R2において、半導体部分20の上部内には、複数本のトレンチエミッタ電極13が設けられている。トレンチエミッタ電極13はトレンチゲート電極12と同じ方向に延びている。トレンチエミッタ電極13は、p形ベース層25を上下方向に貫通し、その下端部はn−−形ベース層24の上部内に位置している。トレンチエミッタ電極13は、例えばポリシリコン又は金属により形成されている。また、トレンチエミッタ電極13と、n−−形ベース層24及びp形ベース層25との間には、例えばシリコン酸化物又はシリコン窒化物からなるゲート絶縁膜32が設けられている。
半導体部分20、トレンチゲート電極12及びトレンチエミッタ電極13の上方には、平板状のエミッタ電極14が設けられている。エミッタ電極14は例えば金属からなる。エミッタ電極14はトレンチエミッタ電極13と接続されている。なお、トレンチエミッタ電極13が金属により形成されている場合は、トレンチエミッタ電極13とエミッタ電極14は一体的に形成されていてもよい。また、エミッタ電極14はp形ベース層25及びn++形エミッタ層26に接し、従って、これらの層と接続されている。これに対して、エミッタ電極14とトレンチゲート電極12との間には、ゲート絶縁膜31の一部が介在しているため、エミッタ電極14はトレンチゲート電極12とは接続されていない。
図1に示すように、半導体部分20及びトレンチゲート電極12の上方であって、IGBT領域R1の一端部には、ゲート電極15が設けられている。トレンチゲート電極12は、その長手方向の一端部において、ゲート電極15と接続されている。ゲート電極15の端面は、エミッタ電極14の端面と隙間を介して対向している。上方から見て、エミッタ電極14の面積はゲート電極15の面積よりも大きい。半導体部分20上であって、エミッタ電極14及びゲート電極15が配置されていない領域には、パッシベーション膜30が設けられている。
そして、本実施形態に係る半導体装置1においては、n形バッファ層23bの上面23b−uがn形バッファ層23aの上面23a−uよりも上方に位置しているため、ダイオード領域R2におけるn形バッファ層23bとトレンチエミッタ電極13との距離L2は、IGBT領域R1におけるn形バッファ層23aとトレンチゲート電極12との距離L1よりも短い。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態に係る半導体装置1においては、IGBT領域R1において、コレクタ電極11、p形コレクタ層21、n形バッファ層23a、n−−形ベース層24、p形ベース層25、n++形エミッタ層26、エミッタ電極14、トレンチゲート電極12及びゲート絶縁膜31により、pnpn構造を持つIGBTが形成されている。そして、ゲート電極15を介してトレンチゲート電極12の電位を制御することにより、コレクタ電極11からエミッタ電極14に流れる電流の大きさを制御することができる。IGBT領域R1において、非導通時において耐圧を担保する低濃度部分は、n−−形ベース層24におけるn形バッファ層23aとトレンチゲート電極12との間の部分であり、その厚さは、n形バッファ層23aとトレンチゲート電極12との距離L1である。
また、ダイオード領域R2においては、n++形カソード層22、n形バッファ層23b及びn−−形ベース層24がn形部分となり、p形ベース層25がp形部分となって、pnダイオードが形成される。このpnダイオードは、コレクタ電極11からエミッタ電極14に流れる電流は遮断し、エミッタ電極14からコレクタ電極11に流れる電流は導通させる。すなわち、コレクタ電極11はカソード電極として機能し、エミッタ電極14及びトレンチエミッタ電極13はアノード電極として機能する。そして、ダイオード領域R2において、逆バイアス電圧が印加されたときに耐圧を担保する低濃度部分は、n−−形ベース層24におけるn形バッファ層23bとトレンチエミッタ電極13との間の部分であり、その厚さは、n形バッファ層23bとトレンチエミッタ電極13との距離L2である。
そして、本実施形態においては、ダイオード領域R2において耐圧を担保する距離L2が、IGBT領域R1において耐圧を担保する距離L1よりも短いため、ダイオード領域R2の耐圧はIGBT領域R1の耐圧よりも低い。このため、コレクタ電極11を正極としエミッタ電極14を負極とする過大電圧が印加された場合に、IGBT領域R1よりも先にダイオード領域R2においてアバランシェ降伏が発生する。アバランシェ降伏が発生するとアバランシェ電流が流れ、電圧が緩和されるため、IGBT領域R1におけるアバランシェ降伏を回避することができる。このため、半導体装置1は、アバランシェ耐量の増加を可能とする。
これに対して、仮に、IGBT領域R1においてアバランシェ降伏が発生すると、p形ベース層25、n形バッファ層23a及びn−−形ベース層24、p形コレクタ層21からなる寄生pnpバイポーラトランジスタが局所的に導通し、導通した部分に電流が集中的に流れてしまう。この結果、IGBT領域R1が破壊される可能性がある。一方、ダイオード領域R2には寄生バイポーラトランジスタは存在しないため、ダイオード領域R2においてアバランシェ降伏が発生しても、寄生バイポーラトランジスタによって、より多くの電流が誘起されることはない。このため、ダイオード領域R2は破壊に至りにくい。このように、本実施形態によれば、信頼性が高い半導体装置を実現することができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態について説明する。
図3は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図3が示す断面は、図1に示すA−A’線による断面に相当する。
図3に示すように、本実施形態に係る半導体装置2は、前述の第1の実施形態に係る半導体装置1(図2参照)と比較して、n形バッファ層23a及びn形バッファ層23bの代わりに、IGBT領域R1及びダイオード領域R2の双方にわたって、単一のn形バッファ層23が設けられている。
また、上下方向において、トレンチエミッタ電極43がトレンチゲート電極12よりも長く、従って、トレンチエミッタ電極43の下端43lがトレンチゲート電極12の下端12lよりも下方に位置している。このため、n形バッファ層23とトレンチエミッタ電極43との距離L2は、n形バッファ層23とトレンチゲート電極12との距離L1よりも短い。
本実施形態においても、ダイオード領域R2において耐圧を担保する距離L2が、IGBT領域R1において耐圧を担保する距離L1よりも短いため、ダイオード領域R2の耐圧はIGBT領域R1の耐圧よりも低い。
本実施形態における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態について説明する。
図4は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図4が示す断面は、図1に示すA−A’線による断面に相当する。
図4に示すように、本実施形態に係る半導体装置3においては、前述の第2の実施形態と同様に、n形バッファ層23a及びn形バッファ層23bの代わりに、単一のn形バッファ層23が設けられている。また、本実施形態においては、p形ベース層25の厚さが、IGBT領域R1に配置された部分25aとダイオード領域R2に配置された部分25bとで異なっており、部分25bは部分25aよりも厚い。このため、部分25bの下面25b−lは、部分25aの下面25a−lよりも下方に位置しており、トレンチエミッタ電極13の下端13lよりも下方に位置している。
従って、ダイオード領域R2において、n形バッファ層23とp形ベース層25の部分25bとの距離L3は、n形バッファ層23とトレンチエミッタ電極13との距離L2よりも短くなる。このため、半導体装置2のダイオード領域R2において、逆バイアス電圧が印加されたときの耐圧は、距離L2よりも距離L3により強く依存する。そして、距離L3は、IGBT領域R1において耐圧を担保する距離L1よりも短い
本実施形態においては、ダイオード領域R2において耐圧を担保する距離L3が、IGBT領域において耐圧を担保する距離L1よりも短いため、ダイオード領域R2の耐圧はIGBT領域R1の耐圧よりも低い。これにより、IGBT領域R1よりも先にダイオード領域R2においてアバランシェ降伏が発生し、IGBT領域R1におけるアバランシェ降伏を防止することができる。このため、本実施形態に係る半導体装置3は、アバランシェ耐量が高い。
本実施形態における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態について説明する。
図5は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図5が示す断面は、図1に示すA−A’線による断面に相当する。
図5に示すように、本実施形態に係る半導体装置4においては、前述の第2の実施形態と同様に、IGBT領域R1及びダイオード領域R2にわたって、単一のn形バッファ層23が設けられている。また、ダイオード領域R2において、n−−形ベース層24とp形ベース層25との間にn形バリア層27が設けられている。n形バリア層27における実効的な不純物濃度は、n−−形ベース層24における実効的な不純物濃度よりも高い。
本実施形態によれば、ダイオード領域R2にn形バリア層27が設けられているため、ダイオード領域R2におけるn−−形ベース層24の厚さは、n形バッファ層23とn形バリア層27との距離L5となる。n−−形ベース層24は耐圧を担保する低濃度部分として機能するため、n−−形ベース層24の厚さ、すなわち、距離L5が短いほど、ダイオード領域R2の耐圧は低くなる。一方、IGBT領域R1におけるn−−形ベース層24の厚さは、n形バッファ層23とp形ベース層25との距離L4であり、距離L4が短いほど、IGBT領域R1の耐圧は低くなる。そして、本実施形態においては、距離L5は距離L4よりも短いため、ダイオード領域R2の耐圧はIGBT領域R1の耐圧よりも低い。
本実施形態における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第1の実施形態と同様である。
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態について説明する。
図6は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図6が示す断面は、図1に示すA−A’線による断面に相当する。
図6に示すように、本実施形態に係る半導体装置5においては、前述の第4の実施形態に係る半導体装置4(図5参照)と比較して、IGBT領域R1において、n−−形ベース層24とp形ベース層25との間にn形バリア層28が設けられている。n形バリア層28の実効的な不純物濃度は、n形バリア層27の実効的な不純物濃度よりも低い。
本実施形態に係る半導体装置5においては、n形バリア層28はn−−形ベース層24と共に、IGBT領域R1において耐圧を担保する低濃度部分として機能する。このため、前述の第4の実施形態と同様に、ダイオード領域R2において耐圧を担保する距離L5は、IGBT領域R1において耐圧を担保する距離L4よりも短い。このため、IGBT領域R1よりも先にダイオード領域R2においてアバランシェ降伏が発生する。
本実施形態における上記以外の構成及び作用効果は、前述の第4の実施形態と同様である。
以上説明した実施形態によれば、アバランシェ耐量の増加を可能とする半導体装置を実現することができる。
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明及びその等価物の範囲に含まれる。また、前述の各実施形態は、相互に組み合わせて実施することができる。
1、2、3、4、5:半導体装置、11:コレクタ電極、12:トレンチゲート電極、12l:下端、13:トレンチエミッタ電極、13l:下端、14:エミッタ電極、15:ゲート電極、20:半導体部分、21:p形コレクタ層、22:n++形カソード層、23a:n形バッファ層、23b:n形バッファ層、24:n−−形ベース層、25:p形ベース層、25a:部分、25a−l:下面、25b:部分、25b−l:下面、26:n++形エミッタ層、27:n形バリア層、28:n形バリア層、30:パッシベーション膜、31:ゲート絶縁膜、32:ゲート絶縁膜、43:トレンチエミッタ電極、43l:下端、L1〜L5:距離、R1:IGBT領域、R2:ダイオード領域

Claims (7)

  1. 第1電極と、
    前記第1電極上の第1領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第1導電形の第1半導体層と、
    前記第1電極上の第2領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第2導電形の第2半導体層と、
    前記第1半導体層上及び前記第2半導体層上に設けられ、前記第2半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第3半導体層と、
    前記第3半導体層上に設けられ、前記第3半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第4半導体層と、
    前記第4半導体層上に設けられ、第1導電形の第5半導体層と、
    前記第1領域において、前記第5半導体層上に設けられた第2導電形の第6半導体層と、
    前記第4半導体層、前記第5半導体層及び第6半導体層に第1絶縁膜を介して対面し、前記第1領域に設けられた第2電極と、
    前記第4半導体層及び前記第5半導体層に第2絶縁膜を介して対面し、前記第2領域に設けられた第3電極と、
    前記第5半導体層、前記第6半導体層及び前記第3電極に接続された第4電極と、
    を備え、
    前記第3半導体層と前記第3電極との間の距離、及び前記第2領域における前記第3半導体層と前記第5半導体層との距離のうち、少なくとも一方は、前記3半導体層と前記第2電極との距離よりも短い半導体装置。
  2. 前記第3半導体層における前記第2領域に位置する部分の上面は、前記第3半導体層における前記第1領域に位置する部分の上面よりも上方に位置する請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第3電極の下端は、前記第2電極の下端よりも下方に位置する請求項1記載の半導体装置。
  4. 前記第5半導体層における前記第2領域に位置する部分の下面は、前記第3電極の下端よりも下方に位置し、前記第5半導体層における前記第1領域に位置する部分の下面よりも下方に位置している請求項1記載の半導体装置。
  5. 第1電極と、
    前記第1電極上の第1領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第1導電形の第1半導体層と、
    前記第1電極上の第2領域に設けられ、前記第1電極と電気的に接続された第2導電形の第2半導体層と、
    前記第1半導体層上及び前記第2半導体層上に設けられ、前記第2半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第3半導体層と、
    前記第3半導体層上に設けられ、前記第3半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第4半導体層と、
    前記第4半導体層上に設けられ、第1導電形の第5半導体層と、
    前記第5半導体層上の前記第1領域の一部に設けられ、第2導電形の第6半導体層と、
    前記第2領域における前記第4半導体層と前記第5半導体層との間に設けられ、前記第4半導体層よりも高い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第7半導体層と、
    前記第4半導体層、前記第5半導体層及び前記第6半導体層に第1絶縁膜を介して対面し、前記第1領域に設けられた第2電極と、
    前記第4半導体層、前記第7半導体層及び前記第5半導体層に第2絶縁膜を介して対面し、前記第2領域に設けられた第3電極と、
    前記第5半導体層、前記第6半導体層及び前記第3電極に接続された第4電極と、
    を備えた半導体装置。
  6. 前記第1領域における前記第4電極と前記第5電極との間に設けられ、前記第7半導体層よりも低い第2導電形のキャリア濃度を有する第2導電形の第8半導体層をさらに備えた請求項5記載の半導体装置。
  7. 絶縁ゲートバイポーラトランジスタを有する第1領域と、
    ダイオードを有する第2領域と、
    を備え、
    前記第1領域及び前記第2領域は同じチップ内に形成されており、
    前記第2領域の耐圧が前記第1領域の耐圧よりも低い半導体装置。
JP2015014168A 2015-01-28 2015-01-28 半導体装置 Active JP6392133B2 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015014168A JP6392133B2 (ja) 2015-01-28 2015-01-28 半導体装置
CN201610052225.0A CN105826316A (zh) 2015-01-28 2016-01-26 半导体装置
US15/006,790 US10297593B2 (en) 2015-01-28 2016-01-26 Semiconductor device
TW105102569A TW201628190A (zh) 2015-01-28 2016-01-27 半導體裝置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015014168A JP6392133B2 (ja) 2015-01-28 2015-01-28 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2016139719A true JP2016139719A (ja) 2016-08-04
JP6392133B2 JP6392133B2 (ja) 2018-09-19

Family

ID=56434215

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015014168A Active JP6392133B2 (ja) 2015-01-28 2015-01-28 半導体装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US10297593B2 (ja)
JP (1) JP6392133B2 (ja)
CN (1) CN105826316A (ja)
TW (1) TW201628190A (ja)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9972675B1 (en) 2016-11-11 2018-05-15 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device and method therefor
JP2019016765A (ja) * 2016-11-17 2019-01-31 富士電機株式会社 半導体装置
US11424126B2 (en) 2020-06-17 2022-08-23 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2023199932A1 (ja) * 2022-04-13 2023-10-19 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10357757B2 (en) 2014-06-24 2019-07-23 Medtronic, Inc. Stacked sorbent assembly
US10874787B2 (en) 2014-12-10 2020-12-29 Medtronic, Inc. Degassing system for dialysis
CN106783611A (zh) * 2017-03-21 2017-05-31 株洲中车时代电气股份有限公司 一种具有栅极内嵌二极管的沟槽栅igbt及其制备方法
JP6926012B2 (ja) * 2018-02-14 2021-08-25 株式会社東芝 半導体装置
JP6935351B2 (ja) * 2018-03-20 2021-09-15 株式会社東芝 半導体装置
JP7337619B2 (ja) * 2019-09-17 2023-09-04 株式会社東芝 半導体装置
CN113451387B (zh) * 2020-03-24 2022-12-23 清华大学 用于过压击穿功能的缓冲区变掺杂结构及半导体器件
JP2021197525A (ja) * 2020-06-18 2021-12-27 ミツミ電機株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2023044189A (ja) * 2021-09-17 2023-03-30 株式会社東芝 半導体装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012972A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2010114248A (ja) * 2008-11-06 2010-05-20 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体装置
JP2011243694A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Denso Corp 半導体装置
JP2015032689A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP2016131224A (ja) * 2015-01-15 2016-07-21 富士電機株式会社 半導体装置

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4761644B2 (ja) * 2001-04-18 2011-08-31 三菱電機株式会社 半導体装置
JP3703435B2 (ja) 2002-02-05 2005-10-05 三菱電機株式会社 半導体装置
US7244989B2 (en) 2005-06-02 2007-07-17 Freescale Semiconductor, Inc. Semiconductor device and method of manufacture
JP5033335B2 (ja) 2006-02-21 2012-09-26 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置およびそれを用いたインバータ装置
JP5092312B2 (ja) 2006-08-10 2012-12-05 株式会社デンソー ダイオード
US7932583B2 (en) * 2008-05-13 2011-04-26 Infineon Technologies Austria Ag Reduced free-charge carrier lifetime device
TWI402985B (zh) 2009-06-02 2013-07-21 Anpec Electronics Corp 絕緣閘雙極電晶體與二極體之整合結構及其製作方法
US9142463B2 (en) 2010-01-29 2015-09-22 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
US8384151B2 (en) * 2011-01-17 2013-02-26 Infineon Technologies Austria Ag Semiconductor device and a reverse conducting IGBT
JP5787853B2 (ja) 2012-09-12 2015-09-30 株式会社東芝 電力用半導体装置
JP2014103376A (ja) 2012-09-24 2014-06-05 Toshiba Corp 半導体装置
JP5867484B2 (ja) * 2013-11-14 2016-02-24 トヨタ自動車株式会社 半導体装置の製造方法
US9337270B2 (en) * 2013-12-19 2016-05-10 Infineon Technologies Ag Semiconductor device
US9337185B2 (en) * 2013-12-19 2016-05-10 Infineon Technologies Ag Semiconductor devices

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007012972A (ja) * 2005-07-01 2007-01-18 Shindengen Electric Mfg Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
JP2010114248A (ja) * 2008-11-06 2010-05-20 Toyota Central R&D Labs Inc 半導体装置
JP2011243694A (ja) * 2010-05-17 2011-12-01 Denso Corp 半導体装置
JP2015032689A (ja) * 2013-08-02 2015-02-16 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
JP2016131224A (ja) * 2015-01-15 2016-07-21 富士電機株式会社 半導体装置

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9972675B1 (en) 2016-11-11 2018-05-15 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device and method therefor
JP2018078230A (ja) * 2016-11-11 2018-05-17 三菱電機株式会社 電力用半導体装置およびその製造方法
DE102017213163A1 (de) 2016-11-11 2018-05-17 Mitsubishi Electric Corporation Leistungshalbleitervorrichtung und Verfahren dafür
US10186571B2 (en) 2016-11-11 2019-01-22 Mitsubishi Electric Corporation Power semiconductor device and method therefor
JP2019016765A (ja) * 2016-11-17 2019-01-31 富士電機株式会社 半導体装置
US11424126B2 (en) 2020-06-17 2022-08-23 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2023199932A1 (ja) * 2022-04-13 2023-10-19 富士電機株式会社 半導体装置および製造方法

Also Published As

Publication number Publication date
US10297593B2 (en) 2019-05-21
TW201628190A (zh) 2016-08-01
US20160218101A1 (en) 2016-07-28
JP6392133B2 (ja) 2018-09-19
CN105826316A (zh) 2016-08-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6392133B2 (ja) 半導体装置
JP2019169597A (ja) 半導体装置
JP5863574B2 (ja) 半導体装置
JP2016167539A (ja) 半導体装置
US10083957B2 (en) Semiconductor device
JP2016167519A (ja) 半導体装置
JP2006073987A (ja) 半導体素子
JP6739372B2 (ja) 半導体装置
US10276654B2 (en) Semiconductor device with parallel PN structures
JP2015072950A (ja) 半導体装置
JP2014216572A (ja) 半導体装置
JP2014067763A (ja) 半導体装置
JP2019165180A (ja) 半導体装置
JP2012109599A (ja) 半導体素子
JP6363540B2 (ja) 半導体装置
JP2016058428A (ja) 半導体装置
JP6299658B2 (ja) 絶縁ゲート型スイッチング素子
JP2015159235A (ja) 半導体装置
JP6408405B2 (ja) 半導体装置
JP2016149429A (ja) 逆導通igbt
JP2019145646A (ja) 半導体装置
JP2014154849A (ja) 半導体装置
JP2013201450A (ja) 半導体装置
JP6224291B1 (ja) 半導体装置
JP6258561B1 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170307

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20170911

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20170912

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20171016

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20171031

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20171204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20180201

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20180723

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20180822

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6392133

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150