JP5546612B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1では電力用半導体装置としてIGBTを例示する。図1に実施の形態1に係るIGBT10Aの半導体チップの平面図(換言すれば上面図)を示す。IGBT10Aは、少なくとも当該半導体チップを含み、さらに半導体チップに接続されるボンディングワイヤ、半導体チップが搭載される絶縁性基板等を含むことが可能である。以下ではIGBT10Aに含まれる1つの半導体チップについて説明するが、IGBT10Aは複数の半導体チップを含むことも可能である。
図5に、実施の形態2に係るIGBT10Bを概説する図を示す。図5には、説明を分かりやすくするために、図面右側に図1に相当の平面図を示すとともに、図面左側上段に中央部41の縦断面図を示し、図面左側下段に外周部42の縦断面図を示している。
図7に、実施の形態3に係るIGBT10Cを概説する縦断面図を示す。IGBT10Cは、半導体基板100A(図2参照)の代わりに半導体基板100Cを含んでいる点を除いて、基本的にはIGBT10A(図1および図2参照)と同様の構成を有している。半導体基板100Cは、コレクタ層200A(図2参照)の代わりにコレクタ層200を含んでいる点と、ライフタイム制御層210Cが追加されている点とを除いて、基本的には半導体基板100Aと同様の構成を有している。
図10に、実施の形態4に係るIGBT10Dを概説する図を示す。図10の図示は図5に倣っている。
図12に、実施の形態5に係るIGBT10Eを概説する縦断面図を示す。IGBT10Eは、半導体基板100A(図2参照)の代わりに半導体基板100Eを含んでいる点を除いて、基本的にはIGBT10A(図1および図2参照)と同様の構成を有している。半導体基板100Eは、コレクタ層200A(図2参照)の代わりにコレクタ層200を含んでいる点と、バッファ層190(図2参照)の代わりにバッファ層190Eを含んでいる点とを除いて、基本的には半導体基板100Aと同様の構成を有している。なお、コレクタ層200については実施の形態3で既述しているので(図7参照)、ここでは重複した説明は省略する。
図15に、実施の形態6に係るIGBT10Fを概説する図を示す。図15の図示は図5に倣っている。
図17に、実施の形態7に係るIGBT10Gを概説する縦断面図を示す。IGBT10Gは、半導体基板100A(図2参照)の代わりに半導体基板100Gを含んでいる点を除いて、基本的にはIGBT10A(図1および図2参照)と同様の構成を有している。半導体基板100Gは、コレクタ層200A(図2参照)の代わりにコレクタ層200を含んでいる点と、キャリア蓄積層120(図2参照)の代わりにキャリア蓄積層120Gを含んでいる点とを除いて、基本的には半導体基板100Aと同様の構成を有している。なお、コレクタ層200については実施の形態3で既述しているので(図7参照)、ここでは重複した説明は省略する。
図20に、実施の形態8に係るIGBT10Hを概説する図を示す。図20の図示は図5に倣っている。
図22に、実施の形態9に係るIGBT10Jを概説する縦断面図を示す。IGBT10Jは、半導体基板100A(図2参照)の代わりに半導体基板100Jを含んでいる点を除いて、基本的にはIGBT10A(図1および図2参照)と同様の構成を有している。半導体基板100Jは、コレクタ層200A(図2参照)の代わりにコレクタ層200を含んでいる点と、ベース層130(図2参照)の代わりにベース層130Jを含んでいる点とを除いて、基本的には半導体基板100Aと同様の構成を有している。なお、コレクタ層200については実施の形態3で既述しているので(図7参照)、ここでは重複した説明は省略する。
上記の抵抗制御構造300A等を構成する各種要素は種々に組み合わせ可能である。例えば、図25の縦断面図に例示するIGBT10Kでは、半導体基板100Kが上記のコレクタ層200Aおよびライフタイム制御層210Cを含んでいる。
上記では電力用半導体装置としてIGBTを例示した。実施の形態11,12では電力用半導体装置の他の例としてパワーMISFET(Field Effect Transistor)を挙げる。なお、MISFETは、ゲート絶縁膜が酸化膜である場合には特にMOSFETと称される。
図29に、実施の形態12に係るパワーMOSFET10Mを概説する図を示す。図29の図示は図5に倣っている。
上記ではスイッチング素子180がいわゆるトレンチゲート型である場合を例示した。これに対し、スイッチング素子180を、ゲート絶縁膜160およびゲート電極170がトレンチ150を用いずに主面101上に積層された構造、いわゆる平面ゲート型に変形することも可能である。平面ゲート型スイッチング素子を採用しても上記各種効果が得られる。
上記では電力用半導体装置としてIGBTおよびパワーMISFETを例示した。実施の形態13では電力用半導体装置の更なる例としてパワーダイオード(以下「ダイオード」と略称する場合もある)を挙げる。
なお、上記の各態様は相互に矛盾しない限り適宜組み合わせることができる。
Claims (4)
- 半導体基板を有し前記半導体基板の厚さ方向に電流が流れる電力用半導体装置であって、
前記半導体基板は、前記電流に対する抵抗が前記半導体基板の外周部よりも前記半導体基板の中央部において高くなるように構成された抵抗制御構造を備え、
前記半導体基板は、
第1導電型で構成された、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のドリフト層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層と対面し前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有し前記第1導電型で構成された、ドレイン層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層から見て前記ドレイン層とは反対側に設けられ、MIS構造を有し前記電流のオン/オフを制御する、複数のスイッチング素子と
を備え、
前記外周部内の前記スイッチング素子と前記中央部内の前記スイッチング素子とは同等に構成されている一方で、前記ドレイン層の不純物濃度は前記外周部よりも前記中央部において低く、
前記抵抗制御構造は前記ドレイン層を含んで構成されていることを特徴とする電力用半導体装置。 - 半導体基板を有し前記半導体基板の厚さ方向に電流が流れる電力用半導体装置であって、
前記半導体基板は、前記電流に対する抵抗が前記半導体基板の外周部よりも前記半導体基板の中央部において高くなるように構成された抵抗制御構造を備え、
前記半導体基板は、
第1導電型で構成された、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のドリフト層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層と対面し前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有し前記第1導電型で構成された、ドレイン層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層から見て前記ドレイン層とは反対側に設けられ、MIS構造を有し前記電流のオン/オフを制御する、複数のスイッチング素子と
を備え、
前記外周部内の前記スイッチング素子と前記中央部内の前記スイッチング素子とは同等に構成されている一方で、前記ドレイン層は前記外周部に存在するが前記中央部には存在しない形状を有し、
前記抵抗制御構造は前記ドレイン層を含んで構成されていることを特徴とする電力用半導体装置。 - 半導体基板を有し前記半導体基板の厚さ方向に電流が流れる電力用半導体装置であって、
前記半導体基板は、前記電流に対する抵抗が前記半導体基板の外周部よりも前記半導体基板の中央部において高くなるように構成された抵抗制御構造を備え、
前記半導体基板は、
第1導電型で構成された、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のドリフト層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層と対面し前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有し前記第1導電型で構成された、ドレイン層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層から見て前記ドレイン層とは反対側に設けられ、MIS構造を有し前記電流のオン/オフを制御する、複数のスイッチング素子と
を備え、
前記MIS構造は、チャネルが形成される半導体層であって前記外周部よりも前記中央部において不純物濃度が高いチャネル形成半導体層を有し、
前記ドレイン層の不純物濃度は前記外周部よりも前記中央部において低く、
前記抵抗制御構造は、前記チャネル形成半導体層および前記ドレイン層を含んで構成されていることを特徴とする電力用半導体装置。 - 半導体基板を有し前記半導体基板の厚さ方向に電流が流れる電力用半導体装置であって、
前記半導体基板は、前記電流に対する抵抗が前記半導体基板の外周部よりも前記半導体基板の中央部において高くなるように構成された抵抗制御構造を備え、
前記半導体基板は、
第1導電型で構成された、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)のドリフト層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層と対面し前記ドリフト層よりも高い不純物濃度を有し前記第1導電型で構成された、ドレイン層と、
前記厚さ方向において前記ドリフト層から見て前記ドレイン層とは反対側に設けられ、MIS構造を有し前記電流のオン/オフを制御する、複数のスイッチング素子と
を備え、
前記MIS構造は、チャネルが形成される半導体層であって前記外周部よりも前記中央部において不純物濃度が高いチャネル形成半導体層を有し、
前記ドレイン層は前記外周部に存在するが前記中央部には存在しない形状を有し、
前記抵抗制御構造は、前記チャネル形成半導体層および前記ドレイン層を含んで構成されていることを特徴とする電力用半導体装置。
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