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JP3634235B2 - 絶縁ゲート型半導体装置 - Google Patents

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雅康 石子
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、絶縁ゲート型半導体装置に関し、詳しくは、絶縁ゲートを備える絶縁ゲート型半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の絶縁ゲート型半導体装置としては、素子表面のエミッタ領域間の一部にエミッタ領域と異なる導電型で不純物濃度が高いコンタクト領域を備えるものが提案されている。この従来例の絶縁ゲート型半導体装置120の構成の概略を図9に示す。従来例の絶縁ゲート型半導体装置120は、図示するように、トレンチIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ Insulated Gate Bipolar Transistor)として構成されており、不純物濃度の低いn型半導体により形成されたエピタキシャル層126と、不純物濃度が低いp型半導体により形成されたボディ領域130と、不純物濃度の高いn型半導体により形成されたエミッタ領域132と、不純物濃度が高いp型半導体によりエミッタ領域132の中央に形成されたpコンタクト領域136とを備え、トレンチゲート128に電圧を印加することによりエピタキシャル層126とエミッタ領域132とを連絡するチャネルがボディ領域130に形成される。
【0003】
従来例の絶縁ゲート型半導体装置120におけるpコンタクト領域136は、ターンオフ時に素子内部に溜まった多くのキャリアが素子内部に存在する寄生サイリスタを動作させるのを防止するために設けられている。即ち、素子内部に溜まったホールをpコンタクト領域136を介してエミッタ電極に流すことによって、キャリアによる寄生サイリスタの動作を防止しているのである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした従来例の絶縁ゲート型半導体装置120では、素子表面にpコンタクト領域136を形成するから、素子表面のエミッタ領域132の面積を小さくし、エミッタ電極とのコンタクト抵抗を増加させてしまう。pコンタクト領域136を形成する必要から素子の表面積に対して制約を受け、素子の微細化を妨げてしまう。
【0005】
本発明の絶縁ゲート型半導体装置は、オン電圧を低くすると共に寄生サイリスタなどの作動を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の絶縁ゲート型半導体装置は、オン電圧を低くすると共に高破壊耐量を確保することを目的の一つとする。
【0006】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の絶縁ゲート型半導体装置は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
【0007】
本発明の絶縁ゲート型半導体装置は、
絶縁ゲートを備える絶縁ゲート型半導体装置であって、
第一導電型の半導体層と、
前記半導体層上に形成された第二導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域を貫き、前記半導体層に達するトレンチゲートと、
前記ボディ領域の上部であって、前記トレンチゲートの周辺に形成された第一導電型のエミッタ領域と、
前記ボディ領域より不純物濃度が高い第二の導電型の半導体により、前記エミッタ領域の前記ボディ領域となす境界における前記トレンチゲートの深さ方向に平行な方向から前記トレンチゲートの深さ方向に垂直な方向に向かうエミッタ領域コーナー部を覆い、前記絶縁ゲートに接しないよう形成された高濃度領域と、
第一導電型の半導体により前記高濃度領域内に他の領域と接触しないよう形成されたフローティング領域と、
を備えてなる。
【0008】
本発明の絶縁ゲート型半導体装置では、第二の導電型の高濃度領域内に、この高濃度領域と異なる第一導電型の半導体でフローティング領域が他の領域と接触しないよう形成される。このフローティング領域は、ターンオフ時に高濃度領域のホール電流を再結合により消滅させる。この結果、ラッチアップを防ぐことができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
次に、参考として、第1の実施の例について、図面を参照し説明する。図1は、第1の実施の例である絶縁ゲート型半導体装置20の構成の概略を示す構成図である。実施例の絶縁ゲート型半導体装置20は、トレンチIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ Insulated Gate Bipolar Transistor)として構成されており、図示するように、不純物濃度が高いp型半導体により形成された基板22と不純物濃度が高いn型半導体により基板22の上に層状に形成されたバッファ層24と不純物濃度が低いn型半導体によりバッファ層24の上に形成されたエピタキシャル層26とからなる半導体基板21と、不純物濃度が低いp型半導体により半導体基板21の上に形成されたボディ領域30と、このボディ領域30を貫通してエピタキシャル層26に至るよう形成されたトレンチゲート28と、不純物濃度の多いn型半導体によりボディ領域30の上にトレンチゲート28に接するよう形成されたエミッタ領域32と、不純物濃度が高いp型半導体によりボディ領域30とエミッタ領域32との接合部分のボディ領域30内にトレンチゲート28とは接触しないよう形成された高濃度領域34とを備える。
【0013】
実施例の絶縁ゲート型半導体装置20におけるボディ領域30は、不純物濃度が低いp型半導体により形成されているから、トレンチゲート28に印加される電圧が低くてもチャネルを形成することができる。この結果、オン電圧を低くすることができる。ボディ領域30内に形成された高濃度領域34は、ターンオフ時には素子内に溜まるキャリアをエミッタ領域32に流すから寄生サイリスタがオン動作するのを防止し、高破壊耐量を確保する。
【0014】
以上説明した実施例の絶縁ゲート型半導体装置20によれば、ボディ領域30とエミッタ領域32との接合部分のボディ領域30内にトレンチゲート28とは接触しないよう不純物濃度が高いp型半導体の領域、即ち高濃度領域34を形成することにより、オン電圧を低く保ったまま寄生サイリスタのオン動作を防止することができる。したがって、高破壊耐量の半導体装置とすることができる。
【0015】
実施例の絶縁ゲート型半導体装置20では、高濃度領域34をボディ領域30とエミッタ領域32との接合部分に形成したが、図2の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Bに示すように、素子表面から深さ方向に複数の高濃度領域34,35,35Bを形成するものとしてもよい。この場合でも、一番上の高濃度領域34は、ボディ領域30とエミッタ領域32の接合部分に形成すればよい。なお、図2に示されているように、一番上の高濃度領域34は、前記エミッタ領域の前記ボディ領域となす境界における前記トレンチゲートの深さ方向に平行な方向から前記トレンチゲートの深さ方向に垂直な方向に向かうエミッタ領域コーナー部を覆うように形成されており、さらに、一番下の高濃度領域35Bの下端は、第一導電型の半導体層であるエピタキシャル層26の内部に達し、トレンチゲート28の下端より下に位置している。
【0016】
実施例の絶縁ゲート型半導体装置20では、エミッタ領域32をトレンチゲート28に沿って形成すると共にボディ領域30が素子表面に至るように形成したが、図3の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Cに示すように、素子表面をエミッタ領域32Cが覆うように形成してもよい。この場合、p領域の電位は奥行き方向で取ればよい。
【0017】
また、実施例の絶縁ゲート型半導体装置20では、従来例の絶縁ゲート型半導体装置120におけるpコンタクト領域136を備えないものとしたが、図4の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Dに示すように、pコンタクト領域36Dを備えるものとしてもよい。
【0018】
実施例の絶縁ゲート型半導体装置20では、トレンチIGBTとして構成したが、他の絶縁ゲート型半導体素子に適用することもできる。例えば、図5の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Eに示すように、パワーMOSに適用したり、図6や図7の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20F,20Gに示すように、MOSゲートサイリスタに適用するものとしてもよい。この場合、図7の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Gに示すように、二つのp型領域に各々高濃度領域34Gを形成するものとしてもよい。
【0019】
次に、本発明の実施の形態である第2の実施例としての絶縁ゲート型半導体装置20Hについて説明する。図8は、第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hの構成の概略を示す構成図である。第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hは、図示するように、高濃度領域34Hの内部にn型半導体により形成されたフローティング領域36Hが形成されている点を除いて第1実施例の絶縁ゲート型半導体装置20と同一の構成をしている。したがって、第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hの構成のうち第1実施例の絶縁ゲート型半導体装置20の構成と同一の構成については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【0020】
第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hは、不純物濃度の高いp型半導体によりボディ領域30とエミッタ領域32との接合部分のボディ領域30内に形成された高濃度領域34Hの内部に、n型半導体により他の領域と接触しないようフローティング領域36Hが形成されている。このフローティング領域36Hは、ターンオフ時に高濃度領域34Hのホール電流を再結合により消滅させる。この結果、ラッチアップを防ぐことができる。
【0021】
以上説明した第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hによれば、ボディ領域30とエミッタ領域32との接合部分のボディ領域30内にトレンチゲート28とは接触しないよう不純物濃度が高いp型半導体により高濃度領域34Hを形成すると共にこの高濃度領域34Hの内部にn型半導体により他の領域と接触しないようフローティング領域36Hを形成することにより、ラッチアップを防ぐことができる。
【0022】
第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hも第1実施例の絶縁ゲート型半導体装置20と同様にトレンチIGBTとして構成したが、他の絶縁ゲート型半導体素子、例えば、図5の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Eに示すように、パワーMOSに適用したり、図6や図7の変形例の絶縁ゲート型半導体装置20F,20Gに示すように、MOSゲートサイリスタに適用するものとしてもよい。これらの場合、各素子の高濃度領域の内部にフローティング領域36Hを形成すればよい。
【0023】
第1実施例の絶縁ゲート型半導体装置20や第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20H,変形例の絶縁ゲート型半導体装置20B,20C,20D,20E,20F,20Gでは、いずれもトレンチゲートを備えるものとしたが、プレート型、即ち絶縁ゲートが素子の表面に形成されるタイプの素子にも適用することができる。
【0024】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図1】参考の一実施例である絶縁ゲート型半導体装置20の構成の概略を示す構成図である。
【図2】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Bの構成の概略を示す構成図である。
【図3】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Cの構成の概略を示す構成図である。
【図4】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Dの構成の概略を示す構成図である。
【図5】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Eの構成の概略を示す構成図である。
【図6】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Fの構成の概略を示す構成図である。
【図7】変形例の絶縁ゲート型半導体装置20Gの構成の概略を示す構成図である。
【図8】本発明の一実施例である第2実施例の絶縁ゲート型半導体装置20Hの構成の概略を示す構成図である。
【図9】従来例の絶縁ゲート型半導体装置120の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
20,20B〜20H,120 絶縁ゲート型半導体装置、21 半導体基板、22 基板、24 バッファ層、26 エピタキシャル層、28 トレンチゲート、30 ボディ領域、32,32C エミッタ領域、34,34G,34H,35,35B 高濃度領域、36D pコンタクト領域、36H フローティング領域。

Claims (1)

  1. 絶縁ゲートを備える絶縁ゲート型半導体装置であって、
    第一導電型の半導体層と、
    前記半導体層上に形成された第二導電型のボディ領域と、
    前記ボディ領域を貫き、前記半導体層に達するトレンチゲートと、
    前記ボディ領域の上部であって、前記トレンチゲートの周辺に形成された第一導電型のエミッタ領域と、
    記ボディ領域より不純物濃度が高い第二の導電型の半導体により、前記エミッタ領域の前記ボディ領域となす境界における前記トレンチゲートの深さ方向に平行な方向から前記トレンチゲートの深さ方向に垂直な方向に向かうエミッタ領域コーナー部を覆い、前記絶縁ゲートに接しないよう形成された高濃度領域と、
    第一導電型の半導体により前記高濃度領域内に他の領域と接触しないよう形成されたフローティング領域と、
    を備える絶縁ゲート型半導体装置。
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