JP2022547745A - 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワー半導体デバイスの分野に関する。特に、本発明は、請求項1および3のプリアンブルに記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(IGBT)に関する。
図1に示すトレンチ金属酸化膜半導体(MOS)セル設計を有する従来技術のIGBTは、例えば、ゲート絶縁層72によってpドープベース層3、n+ドープソース層2およびnドープドリフト層5から電気的に絶縁されたゲート層70を有するトレンチゲート電極7を有する。トレンチゲート電極7は、ベース層3と同一平面内かつその側方に配置され、ベース層3よりもドリフト層5の深部まで延在している。
本発明の目的は、標準的な接触等価ソリューションに対して静的損失を低レベルに維持しながら、ターンオフ事象中に逃げる孔の劣化が改善された経路を有する電力半導体デバイスを提供することである。
図面の簡単な説明
本発明の実施形態の主題は、添付の図面を参照して以下の本文でより詳細に説明される。
ここで、添付の図面を参照して、例示的な実施形態をより完全に説明する。
ある要素または層が別の要素または層に対して「上に」、「接続される」、または「結合される」と言及される場合、それは他の要素または層に対して直接上にある、係合される、接続される、または結合されてもよく、または介在する要素もしくは層が存在してもよい。対照的に、ある要素が別の要素または層に対して「直接上に」、「直接接続される」、または「直接結合される」と言及される場合、介在する要素または層は存在しなくてもよい。要素間の関係を説明するために使用される他の単語も同様に解釈されるべきである(例えば、「間に」対「間に直接」、「隣接する」対「直接隣接する」など)。本明細書で使用される場合、「および/または」という用語は、関連する列挙された項目のうちの1つまたは複数のありとあらゆる組み合わせを含む。
-第1の導電型のソース層2と、
-第1の導電型とは異なる第2の導電型のベース層3であって、ソース層2およびベース層3はソース電極9と電気的に接触するベース層3と、
-第1の導電型のドリフト層5と、を備える。一実施形態によれば、ドリフト層は、第1の導電型の低い、実質的に一定の、低いドーピング濃度を有するバルク材料から形成されてもよい。この文脈における「低ドーピング濃度」は、例えば、ソース層2のドーピング濃度よりも低いことを意味する。ここで、ドリフト層5の実質的に一定のドーピング濃度とは、ドーピング濃度がドリフト層5全体にわたって実質的に均一であることを意味するが、例えばエピタキシャル成長プロセスの変動により、ドリフト層内のドーピング濃度に1~5倍程度の変動が存在する可能性があることを排除するものではない。第1の導電型はn型であってもよく、バルク材料の低ドーピング濃度は、1*1012~5*1014/cm3の範囲のパワーデバイス(600Vを超える電圧)用であってもよい。
-ドリフト層5とコレクタ電極95との間に配置され、コレクタ電極95と電気的に接触する第2の導電型のコレクタ層6と、
-ベース層3を通ってドリフト層内に延在する少なくとも2つのトレンチゲート電極7、7’であって、各々が、ベース層3の側方に配置された導電性ゲート層70、70’と、ゲート層70、70’を任意のドープ層から分離するゲート絶縁層72、72’とを備える、少なくとも2つのトレンチゲート電極7、7’と、をさらに備える。
絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
-ベース層3の側方に配置されてベース層3を通ってドリフト層5内に延在する導電性ショットキー層20であって、ソース電極9に電気的に接続されるショットキー層20と、ショットキー層20をベース層3から分離するショットキー絶縁層22とを備える少なくとも1つのトレンチショットキー電極15と、
-少なくとも2つのトレンチゲート電極7、7’のトレンチゲート電極底部および少なくとも1つのトレンチショットキー電極15のトレンチショットキー電極底部に配置された第2の導電型の収集領域30であって、ドリフト層5内に位置し、ドリフト層5によって横方向に分離されており、ショットキー層20は接触領域において収集領域30とのショットキーコンタクトを形成する、収集領域30と、をさらに備える。ショットキーコンタクトは、大きなバリア高さと、伝導帯または価電子帯の状態密度よりも低い低ドーピング濃度とを有する金属-半導体コンタクトである。これとは対照的に、オーミックコンタクトは、半導体のバルクまたは直列抵抗に対して無視できるコンタクト抵抗を有する金属-半導体コンタクトとして定義される。オーミックコンタクトはまた、オームの法則R*I=Uと同様に線形電流(I)-電圧(V)曲線を有する2つの導体間の接合部として定義することもできる。第2の導電型のベース層3は、第1の導電型のドリフト層5によって第2の導電型の収集領域30から分離される。
-第1の導電型のソース層2と、
-第1の導電型とは異なる第2の導電型のベース層3であって、ソース層2およびベース層3はソース電極9と電気的に接触するベース層3と、
-第1の導電型のドリフト層5と、
-ドリフト層5とコレクタ電極95との間に配置され、コレクタ電極95と電気的に接触する第2の導電型のコレクタ層6と、
-ベース層3よりもドリフト層5の深部まで延在する少なくとも2つのトレンチゲート電極7、7’であって、各々が、ベース層3の側方に配置された導電性ゲート層70、70’と、ゲート層70、70’を任意のドープ層から分離するフィールドプレート82、82’とを備え、ソース層2、ベース層3、およびドリフト層5の間にチャネルが形成可能である、少なくとも2つのトレンチゲート電極7、7’と、を備える。フィールドプレートは、ドレイン/コレクタ電極に高電圧が印加されたときにこれらのデバイスの最大電界を低減するために電界分布を操作および再成形するためにパワーデバイスに使用される。最大電界を低減することによって、フィールドプレートは絶縁破壊電圧を増加させ、したがってより高い電圧での動作を達成する。フィールドプレート82、82’は、酸化物として形成されてもよい。フィールドプレート82、82’の厚さは、0.2μmより大きくてもよい。
2 ソース層
10 バッファ層
15 ショットキー電極
20 ショットキー層
22 ショットキー絶縁層
3 ベース層
30 収集領域
4 強化層
5 ドリフト層
6 コレクタ層
7,7’ トレンチゲート電極
70,70’ ゲート層
72,72’ ゲート絶縁層
82,82’ フィールドプレート
9 エミッタ電極
90 エミッタ側
95 コレクタ電極
97 コレクタ側
Claims (4)
- エミッタ側(90)のソース電極(9)から、前記エミッタ側(90)とは反対のコレクタ側(97)のコレクタ電極(95)までの間に、少なくとも以下の層、すなわち、
-第1の導電型のソース層(2)と、
-前記第1の導電型とは異なる第2の導電型のベース層(3)であって、前記ソース層(2)および前記ベース層(3)は前記ソース電極(9)と電気的に接触するベース層(3)と、
-前記第1の導電型のドリフト層(5)と、
-前記ドリフト層(5)と前記コレクタ電極(95)との間に配置され、前記コレクタ電極(95)と電気的に接触する、前記第2の導電型のコレクタ層(6)と、
-前記ベース層(3)を通って前記ドリフト層(5)内に延在する少なくとも2つのトレンチゲート電極(7、7’)であって、前記少なくとも2つのトレンチゲート電極(7、7’)の各々が前記ベース層(3)の側方に配置される導電性ゲート層(70、70’)と、前記ゲート層(70、70’)を任意のドープ層から分離するゲート絶縁層(72、72’)とを備える少なくとも2つのトレンチゲート電極(7、7’)と、を備え、
前記ソース層(2)、前記ベース層(3)、および前記ドリフト層(5)の間にチャネルが形成可能であり、前記ソース層(2)は、トレンチゲート電極(7、7’)の各々の1つに少なくとも配置されており、
-前記少なくとも2つのトレンチゲート電極のうちの1つに隣接し、前記ベース層(3)の側方に配置されて前記ベース層(3)を通って前記ドリフト層(5)内に延在する導電性ショットキー層(20)であって、前記ソース電極(9)に電気的に接続されるショットキー層(20)と、前記ショットキー層(20)を前記ベース層(3)から分離するショットキー絶縁層(22)とを備える、少なくとも1つのトレンチショットキー電極(15)と、
-前記少なくとも2つのトレンチゲート電極(7、7’)のトレンチゲート電極底部および前記少なくとも1つのトレンチショットキー電極(15)のトレンチショットキー電極底部に配置される前記第2の導電型の収集領域(30)であって、前記ドリフト層(5)内に位置し、前記ドリフト層(5)によって横方向に互いに分離される収集領域(30)と、によって特徴付けられ、
前記ショットキー層(20)は、接触領域において前記収集領域(30)とのショットキーコンタクトを形成する、
絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。 - 前記コレクタ層(6)と前記ドリフト層(5)との間に、前記第1の導電型のバッファ層(10)が配置され、前記第2の導電型の前記収集領域(30)は、前記トレンチゲート電極(7、7’)および前記少なくとも1つのトレンチショットキー電極(15)から前記バッファ層(10)まで前記ドリフト層(5)を通って垂直に延びることを特徴とする、請求項1に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
- 前記第2の導電型の前記収集領域(30)は逆行性プロファイルを有することにより、前記接触領域における前記第2の導電型のドーピング濃度は、前記収集領域(30)の前記コレクタ側(97)における前記第2の導電型のドーピング濃度よりも低い、請求項1から2のいずれかに記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
- 前記ドリフト層(5)よりも高いドーピング濃度を有する前記第1の導電型の強化層(4)をさらに備え、前記強化層(4)は、前記ベース層(3)と前記ドリフト層(5)との間に形成され、前記少なくとも2つのトレンチゲート電極(7、7’)および前記少なくとも1つのトレンチショットキー電極(15)は、前記強化層(4)を通って前記ドリフト層(5)内に延在する、
請求項1から3のいずれかに記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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EP19208174.3 | 2019-11-08 | ||
EP19208174 | 2019-11-08 | ||
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