JP5530992B2 - 電力用半導体装置 - Google Patents
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Description
先ず、第1の実施形態について説明する。
図1は、本実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図である。
図1に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置1においては、中央部にセル領域Rcが設定され、外周部、すなわちセル領域Rcの周囲に、終端領域Rtが設定されている。セル領域Rcはドレイン−ソース間に電流を流す領域であり、終端領域Rtは積極的には電流を流さない領域である。後述するように、セル領域Rcには、縦型のnチャネル形MOSFETが形成されている。
L(cm)=α×VD(V)/VB(V/cm) (1)
ドレイン電極11とソース電極12との間に、所定の電圧VDを供給する。このとき、ドレイン電極11にはソース電極12よりも高い電位を印加する。すなわち、ソース電極12には低電位、例えば0Vを印加し、ドレイン電極11には高電位、例えば40Vを印加する。これにより、終端電極13にもドレイン電極11と同じ高電位が印加される。このとき、n+形基板21はドレイン電極11に接続されているため高電位(ドレイン電位)となり、n−形エピタキシャル層22における終端領域Rtに配置された部分も終端電極13に接続されているため高電位(ドレイン電位)となる。一方、p形ベース層23及びn+形ソース層24はソース電極12に接続されているため、低電位(ソース電位)となる。この状態において、ゲート電極32にnチャネル形MOSFET40の閾値よりも低い電位を印加すると、セル領域Rcにおけるn−形エピタキシャル層22とp形ベース層23との界面から、主にn−形エピタキシャル層22内に向かって空乏層が延び、nチャネル形MOSFET40がオフ状態となる。
図2は、本比較例に係る電力用半導体装置を例示する断面図である。
図2に示すように、本比較例に係る電力用半導体装置101においては、終端構造がフィールドプレート構造となっている。すなわち、装置101においては、前述の第1の実施形態に係る装置1(図1参照)とは異なり、終端トレンチ16及び絶縁部材36が設けられていない。その代わりに、装置101においては、終端領域Rtにおいて、シリコン基板10上にフィールドプレート絶縁膜111が設けられており、ソース電極112の端部はフィールドプレート絶縁膜111の一部の上に乗り上げている。
図3(a)に示すように、比較例に係る電力用半導体装置101においては、空乏層(図示せず)は最終端に位置するセルトレンチ15から外側に向かって伸びる。これにより、等電位面Aは、n−形エピタキシャル層22内において、n−形エピタキシャル層22と、p形ベース層23及びフィールドプレート絶縁膜111との界面に沿って形成される。このため、電界強度が最も高くなる点B、すなわち、等電位面Aの間隔が最も短くなる点は、n−形エピタキシャル層22に位置する。
図4は、本実施形態に係る電力用半導体装置を例示する断面図である。
図4に示すように、本実施形態に係る電力用半導体装置2は、前述の第1の実施形態に係る電力用半導体装置1(図1参照)と比較して、シリコン基板10上に終端電極13が設けられていない点、終端トレンチ16内に終端電極43が設けられている点、及び、セルトレンチ15内におけるゲート電極32の下方に埋込電極44が設けられている点が異なっている。
電力用半導体装置2においては、絶縁部材36は、終端トレンチ16の内部全体を埋め込んではおらず、終端トレンチ16の内面に沿って配置されている。但し、絶縁部材36の厚さは、ゲート絶縁膜31の膜厚よりも厚い。そして、終端トレンチ16内の中央部には、終端電極43が埋め込まれている。終端電極43は、導電性材料、例えば、不純物が導入されたポリシリコンによって形成されている。また、終端電極43は、絶縁部材36によってシリコン基板10から離隔されている。終端電極43には、ドレイン電極11と同じ電位(ドレイン電位)、ソース電極12と同じ電位(ソース電位)及びゲート電極32と同じ電位(ゲート電位)のうち、いずれの電位が印加されてもよく、これらの電位が切り替えて印加されてもよい。
図5は、本実施形態に係る電力用半導体装置内の電位分布を例示する図であり、(a)は終端電極にソース電位が印加された場合を示し、(b)は終端電極にゲート電位が印加された場合を示し、(c)は終端電極にドレイン電位が印加された場合を示す。
Claims (7)
- セル領域及び終端領域が設定された電力用半導体装置であって、
第1電極と、
前記第1電極上に設けられ、その上面における前記セル領域にセルトレンチが形成され、前記上面における前記セル領域と前記終端領域との境界を含む領域に幅が前記セルトレンチの幅よりも広い終端トレンチが形成された半導体基板と、
前記セル領域において前記半導体基板上に設けられた第2電極と、
前記終端領域における前記半導体基板上に設けられ、前記第2電極から離隔し、前記第1電極に接続された第3電極と、
前記セルトレンチの内面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記セルトレンチの内部に設けられたゲート電極と、
前記終端トレンチの内部全体に設けられた絶縁部材と、
を備え、
前記半導体基板は、
前記セル領域及び前記終端領域の双方に設けられ、前記第1電極に接続された第1導電形の第1部分と、
前記セル領域及び前記終端領域の双方における前記第1部分上に設けられ、前記ゲート絶縁膜及び前記絶縁部材に接し、第1導電形であり、実効的な不純物濃度が前記第1部分の実効的な不純物濃度よりも低い第2部分と、
前記セル領域における前記第2部分上に設けられ、前記ゲート絶縁膜に接し、前記第2電極に接続された第2導電形の第3部分と、
前記第3部分上に選択的に設けられ、前記ゲート絶縁膜に接し、前記第2電極に接続された第1導電形の第4部分と、
を有し、
前記セル領域から前記終端領域に向かう方向において、前記絶縁部材は、前記第3部分と前記第2部分との間に配置されていることを特徴とする電力用半導体装置。 - 前記第1導電形はn形であり、前記第2導電形はp形であることを特徴とする請求項1記載の電力用半導体装置。
- 前記第1電極には前記第2電極よりも高い電位が印加されることを特徴とする請求項2記載の電力用半導体装置。
- 上方から見て、前記第2電極は前記絶縁部材における前記セル領域側の部分と重なっており、前記第3電極は前記絶縁部材における前記終端領域側の部分と重なっていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の電力用半導体装置。
- 前記終端トレンチの下端は、前記セルトレンチの下端よりも下方に位置していることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の電力用半導体装置。
- 前記終端トレンチの下端は前記第1部分内に位置することを特徴とする請求項5記載の電力用半導体装置。
- 前記半導体基板は不純物を含むシリコンによって形成されており、前記絶縁部材はシリコン酸化物によって形成されていることを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の電力用半導体装置。
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