JP6852541B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
高濃度領域は、ダミートレンチの側面に臨む範囲の少なくとも一部に形成されていればよく、ダミートレンチの側面に臨む全範囲に広がっている必要はない。
図1〜5に示す実施形態に係る半導体装置10は、IGBTとダイオードを備えるRC−IGBTである。半導体装置10は、Siにより構成された半導体基板12を有する。なお、図1〜4において、z方向は半導体基板12の厚み方向であり、x方向は半導体基板12の表面12aに平行な一方向であり、y方向はz方向とx方向に直交する方向である。半導体基板12の表面12aには、表面電極22が形成されている。半導体基板12の裏面12bには、裏面電極26が形成されている。
pnダイオードとSBDがオンする。以下では、表面電極22の電位を、裏面電極26と同等の電位から徐々に上昇させる場合について考える。表面電極22の電位を上昇させると、ピラー領域35と表面電極22との界面のショットキー接触部が導通する。すなわち、SBDがオンする。すると、裏面電極26から、ドリフト層38、バリア層34及びピラー領域35を経由して、表面電極22に向かって電子が流れる。SBDがオンすると、バリア層34の電位が表面電極22の電位に近い電位となる。このため、ボディ兼アノード層32bとバリア層34の境界のpn接合に電位差が生じ難くなる。このため、その後に表面電極22の電位を上昇させても、しばらくの間は、pnダイオードはオンしない。表面電極22の電位をさらに上昇させると、SBDに流れる電流が増加する。SBDに流れる電流が増えるほど、表面電極22とバリア層34の間の電位差が大きくなり、ボディ兼アノード層32bとバリア層34の境界のpn接合に生じる電位差も大きくなる。したがって、表面電極22の電位を所定の電位以上に上昇させると、pnダイオードがオンする。すなわち、表面電極22から、コンタクト領域32a、ボディ兼アノード層32b、バリア層34、ドリフト層38及びカソード領域42を経由して裏面電極26に向かってホールが流れる。また、裏面電極26から、カソード領域42、ドリフト層38、バリア層34、ボディ兼アノード層32b、コンタクト領域32aを経由して表面電極22に向かって電子が流れる。このように、半導体装置10では、表面電極22の電位が上昇する際に、SBDが先にオンすることで、pnダイオードがオンするタイミングが遅れる。これによって、ボディ兼アノード層32bからドリフト層38にホールが流入することが抑制される。
第1実施例とは異なる点を説明する。本実施例の半導体装置では、図6に示されるように、高濃度領域32cに代えて高濃度領域132が形成されている。高濃度領域132は、高濃度領域32cとは異なり、y方向全体に亘って形成されているのではなく、y方向における一部のみに形成されている。即ち、ダミートレンチ15は、高濃度領域132に接している領域と、高濃度領域132に接していない領域を備える。本実施例でも、ゲートトレンチ14の近傍のコンタクト領域32aよりもダミートレンチ15の近傍の高濃度領域132をホールが通過しやすいので、ラッチアップが生じることが抑制される。
第1実施例とは異なる点を説明する。本実施例の半導体装置では、図7に示されるように、高濃度領域32cに代えて高濃度領域232が形成されている。高濃度領域232は、高濃度領域32cとは異なり、x方向の幅が一定ではない。具体的には、高濃度領域232は、x方向の幅が広い領域と、x方向の幅が狭い領域を備える。即ち、ダミートレンチ15は、x方向の幅が広い高濃度領域232に接している領域と、x方向の幅が狭い高濃度領域232に接している領域を備える。本実施例でも、ゲートトレンチ14の近傍のコンタクト領域32aよりもダミートレンチ15の近傍の高濃度領域232をホールが通過しやすいので、ラッチアップが生じることが抑制される。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
12:半導体基板
14:格子型ゲートトレンチ
14a:第1ゲートトレンチ
14b:第2ゲートトレンチ
15:ダミートレンチ
22:表面電極
26:裏面電極
30:エミッタ領域
32a:コンタクト領域
32b:ボディ兼アノード層
32c、132、232:高濃度領域
34:バリア層
35:ピラー領域
38:ドリフト層
40:コレクタ領域
42:カソード領域
60:セル領域
62:外部領域
Claims (3)
- 半導体基板と、前記半導体基板の表面に配置されている表面電極と、前記半導体基板の裏面に配置されている裏面電極を備えており、
前記半導体基板内に、
前記半導体基板の裏面に臨む範囲に形成されているとともに前記裏面電極に接しているp型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域が形成されていない範囲の前記裏面に臨む範囲に形成されているとともに前記裏面電極に接しているn型のカソード領域と、
前記コレクタ領域と前記カソード領域の表面側に位置しているとともに前記カソード領域よりn型不純物濃度が薄いn型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面側に位置しているとともに前記ドリフト層よりn型不純物濃度が濃いn型のバリア層と、
前記バリア層の表面側に位置しているp型のボディ兼アノード層と、
前記半導体基板の表面から前記ボディ兼アノード層と前記バリア層を貫通して前記ドリフト層に達しているゲートトレンチとダミートレンチと、
前記ゲートトレンチ内に充填されており、前記ゲートトレンチの内面を覆うゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極と、
前記ダミートレンチ内に充填されており、前記ダミートレンチの内面を覆うダミー絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているダミー電極と、
前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチから離間した位置において、前記半導体基板の表面から前記バリア層に達しているとともに前記表面電極に接しているn型のピラー領域と、
前記ボディ兼アノード層の表面側に位置しているとともに前記半導体基板の表面と前記ゲートトレンチの側面に臨む範囲に形成されており、前記表面電極に接しているn型のエミッタ領域と、
前記ボディ兼アノード層の表面側に位置しているとともに前記半導体基板の表面と前記ダミートレンチの側面に臨む範囲に形成されており、前記表面電極に接しているp型不純物の高濃度領域と、
前記ボディ兼アノード層の表面側に位置しているとともに前記ピラー領域と前記エミッタ領域と前記高濃度領域が形成されていない範囲の前記半導体基板の表面に臨む範囲に形成されており、前記ボディ兼アノード層よりp型不純物濃度が濃く、前記表面電極に接しているp型のコンタクト領域を備えており、
前記ダミー電極が前記表面電極に接続されており、
前記エミッタ領域、前記高濃度領域、及び、前記コンタクト領域が、前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチの間に配置されており、
前記コンタクト領域が前記エミッタ領域に隣接しており、
前記高濃度領域のp型不純物濃度が前記コンタクト領域より濃いことを特徴とする半導体装置。 - 前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチが前記コレクタ領域の表面側に配置されている、請求項1の半導体装置。
- 前記ドリフト層が前記バリア層に接している請求項1または2の半導体装置。
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