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JP5487956B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP5487956B2 JP2009295255A JP2009295255A JP5487956B2 JP 5487956 B2 JP5487956 B2 JP 5487956B2 JP 2009295255 A JP2009295255 A JP 2009295255A JP 2009295255 A JP2009295255 A JP 2009295255A JP 5487956 B2 JP5487956 B2 JP 5487956B2
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Description

本発明は、ダイオード領域とIGBT領域を有する半導体基板を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device including a semiconductor substrate having a diode region and an IGBT region.

特許文献1には、同一の半導体基板にダイオードとIGBTが形成された半導体装置が開示されている。ダイオードのドリフト領域とIGBTのドリフト領域は、ダイオードとIGBTとの境界部においてつながっている。   Patent Document 1 discloses a semiconductor device in which a diode and an IGBT are formed on the same semiconductor substrate. The drift region of the diode and the drift region of the IGBT are connected at the boundary between the diode and the IGBT.

特開2008−235405号公報JP 2008-235405 A

IGBTがオンしているときに、IGBTに接続されている負荷が短絡すると、IGBTに過電流が流れる。例えば、モータ駆動用のインバータ装置に使用されるIGBTでは、モータがロックすると、モータが短絡状態となる。このため、IGBTに、過電圧が印加され、過電流が流れる。IGBTに一定時間以上継続して過電流が流れるとIGBTが破損する。一般的に、IGBTには、負荷短絡状態(過電流が流れている状態)に耐えることができる時間が長いことが要求される(以下では、この特性を短絡耐量という)。短絡耐量を向上させる技術として、IGBTの電極上にはんだ層を形成する技術が知られている。はんだ層を形成することで、IGBTの半導体基板の放熱性を向上させて半導体基板の温度上昇を抑制することができる。これによって、IGBTの短絡耐量を向上させることができる。   If the load connected to the IGBT is short-circuited when the IGBT is on, an overcurrent flows through the IGBT. For example, in an IGBT used in an inverter device for driving a motor, when the motor is locked, the motor is short-circuited. For this reason, an overvoltage is applied to the IGBT and an overcurrent flows. If an overcurrent continues to flow through the IGBT for a certain time or longer, the IGBT is damaged. In general, the IGBT is required to have a long time that can withstand a load short-circuit state (a state in which an overcurrent flows) (hereinafter, this characteristic is referred to as a short-circuit tolerance). As a technique for improving the short-circuit tolerance, a technique for forming a solder layer on an IGBT electrode is known. By forming the solder layer, the heat dissipation of the IGBT semiconductor substrate can be improved and the temperature rise of the semiconductor substrate can be suppressed. Thereby, the short circuit tolerance of IGBT can be improved.

特許文献1の半導体装置のようにIGBTとダイオードが同一基板に形成されている半導体装置では、IGBTに過電流が流れている場合に、IGBTのドリフト領域中のホールの一部がダイオードのドリフト領域中に流入する。すなわち、ダイオードのドリフト領域のうちのIGBTとダイオードの境界近傍の部分にも高い電流が流れる。ダイオードのドリフト領域中に存在するホールは少ないので、ダイオードのドリフト領域では十分に伝導度変調効果が生じていない。すなわち、ダイオードのドリフト領域は電気抵抗が高い。このように電気抵抗が高いダイオードのドリフト領域に高い電流が流れるので、この領域で発熱が生じる。このような局所的な発熱が生じる場合、電極上にはんだ層を形成したとしても半導体基板の温度上昇を十分に抑制することはできない。このため、IGBTとダイオードが同一基板に形成されている半導体装置では、負荷短絡時にIGBTとダイオードの境界部分が高温となり、短絡耐量が低いという問題があった。   In a semiconductor device in which an IGBT and a diode are formed on the same substrate as in the semiconductor device of Patent Document 1, when an overcurrent flows through the IGBT, some of the holes in the IGBT drift region are part of the diode drift region. Flows in. That is, a high current flows also in a portion near the boundary between the IGBT and the diode in the drift region of the diode. Since there are few holes in the drift region of the diode, the conductivity modulation effect is not sufficiently generated in the drift region of the diode. In other words, the drift region of the diode has a high electrical resistance. Since a high current flows in the drift region of the diode having a high electrical resistance in this way, heat is generated in this region. When such local heat generation occurs, even if a solder layer is formed on the electrode, the temperature rise of the semiconductor substrate cannot be sufficiently suppressed. For this reason, in the semiconductor device in which the IGBT and the diode are formed on the same substrate, there is a problem that the boundary portion between the IGBT and the diode becomes high temperature when the load is short-circuited, and the short-circuit tolerance is low.

本発明は上記の課題に鑑みて創作されたものである。本発明は、IGBTとダイオードを有しており、短絡耐量が高い半導体装置を提供する。   The present invention has been created in view of the above problems. The present invention provides a semiconductor device having an IGBT and a diode and having a high short-circuit tolerance.

本発明の半導体装置は、ダイオード領域とIGBT領域を有する半導体基板を備えている。ダイオード領域内には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、p型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ダイオードドリフト領域は、n型であり、アノード領域の下側に形成されている。カソード領域は、n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されている。IGBT領域内には、エミッタ領域と、ボディ領域と、IGBTドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、n型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ボディ領域は、p型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接している。IGBTドリフト領域は、n型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。コレクタ領域は、p型であり、半導体基板の下面を含むIGBTドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ゲート電極は、エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。カソード領域とコレクタ領域は隣接している。半導体基板の上面には、ダイオード領域からIGBT領域まで連続して伸びており、アノード領域、エミッタ領域及びボディ領域と導通している共通電極が形成されている。ダイオード領域内の共通電極上からIGBT領域内の共通電極上に亘ってはんだ層が形成されている。カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている
The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate having a diode region and an IGBT region. An anode region, a diode drift region, and a cathode region are formed in the diode region. The anode region is p-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate. The diode drift region is n-type and is formed below the anode region. The cathode region is n-type, has an n-type impurity concentration higher than that of the diode drift region, and is formed in a range below the diode drift region including the lower surface of the semiconductor substrate. Within the IGBT region, an emitter region, a body region, an IGBT drift region, a collector region, and a gate electrode are formed. The emitter region is n-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate. The body region is p-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate and a range below the emitter region, and is in contact with the emitter region. The IGBT drift region is n-type, is formed below the body region, and is separated from the emitter region by the body region. The collector region is p-type and is formed in a range below the IGBT drift region including the lower surface of the semiconductor substrate. The gate electrode faces the body region in a range separating the emitter region and the IGBT drift region via an insulating film. The cathode region and the collector region are adjacent. A common electrode extending continuously from the diode region to the IGBT region and electrically connected to the anode region, the emitter region, and the body region is formed on the upper surface of the semiconductor substrate. A solder layer is formed from the common electrode in the diode region to the common electrode in the IGBT region . An insulating layer is formed between the upper surface of the common electrode above the boundary between the cathode region and the collector region and the solder layer above the boundary .

この半導体装置では、ダイオード領域内の共通電極IGBT領域内の共通電極がはんだ層に覆われているので、半導体基板で発熱が生じても、半導体基板からはんだ層に熱が伝導する。したがって、半導体基板の温度上昇が抑制される。さらに、この半導体装置では、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。すなわち、前記境界部の上方では、共通電極がはんだ層に直接導通していない。したがって、IGBTがオンしたときに、前記境界部近傍の領域(すなわち、ダイオードドリフト領域とIGBTドリフト領域の境界部近傍の領域)に電流が流れ難い。このため、IGBTに過電流が流れたときに、ダイオード領域とIGBT領域の境界部で発熱が生じることが抑制される。このため、この半導体装置は短絡耐量が高い。
In this semiconductor device, since the common electrode in the diode region and the common electrode in the IGBT region are covered with the solder layer, even if heat is generated in the semiconductor substrate, heat is conducted from the semiconductor substrate to the solder layer. Therefore, the temperature rise of the semiconductor substrate is suppressed. Further, in this semiconductor device, an insulating layer is formed between the upper surface of the common electrode above the boundary between the cathode region and the collector region and the solder layer above the boundary. That is, the common electrode is not directly conducted to the solder layer above the boundary portion. Therefore, when the IGBT is turned on, it is difficult for a current to flow in a region near the boundary (that is, a region near the boundary between the diode drift region and the IGBT drift region). For this reason, when an overcurrent flows through the IGBT, heat generation at the boundary between the diode region and the IGBT region is suppressed. For this reason, this semiconductor device has a high short circuit tolerance.

また、本明細書が開示する一実施態様における半導体装置は、ダイオード領域とIGBT領域を有する半導体基板を備えている。ダイオード領域内には、アノード領域と、ダイオードドリフト領域と、カソード領域が形成されている。アノード領域は、p型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ダイオードドリフト領域は、n型であり、アノード領域の下側に形成されている。カソード領域は、n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されている。IGBT領域内には、エミッタ領域と、ボディ領域と、IGBTドリフト領域と、コレクタ領域と、ゲート電極が形成されている。エミッタ領域は、n型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されている。ボディ領域は、p型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接している。IGBTドリフト領域は、n型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されている。コレクタ領域は、p型であり、半導体基板の下面を含むIGBTドリフト領域の下側の範囲に形成されている。ゲート電極は、エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向している。カソード領域とコレクタ領域は隣接している。半導体基板の上面には、アノード領域と導通しているアノード電極と、エミッタ領域及びボディ領域と導通しているエミッタ電極が形成されている。アノード電極上からエミッタ電極上に亘ってはんだ層が形成されている。カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の半導体基板の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。
なお、前記絶縁層は、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接するように形成されていてもよい。または、前記境界部の上方の半導体基板の上面に接する位置においてアノード電極とエミッタ電極が繋がっており、その電極上に前記絶縁層が形成されていてもよい。
この半導体装置では、アノード電極とエミッタ電極がはんだ層に覆われているので、半導体基板で発熱が生じても、半導体基板からはんだ層に熱が伝導する。したがって、半導体基板の温度上昇が抑制される。さらに、この半導体装置では、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の半導体基板の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている。すなわち、前記境界部の上方では、半導体基板がはんだ層に直接導通していない。したがって、IGBTがオンしたときに、前記境界部近傍の領域(すなわち、ダイオードドリフト領域とIGBTドリフト領域の境界部近傍の領域)に電流が流れ難い。このため、IGBTに過電流が流れたときに、ダイオード領域とIGBT領域の境界部で発熱が生じることが抑制される。このため、この半導体装置は短絡耐量が高い。
上述した半導体装置においては、前記絶縁層が半導体基板の上面に接しており、アノード電極とエミッタ電極が、前記絶縁層によって分離されていることが好ましい。
このような構成によれば、ダイオード領域とIGBT領域の境界部に電流がより流れ難くなる。これによって、ダイオード領域とIGBT領域の境界部における発熱をより抑制することができる。
In addition, a semiconductor device according to an embodiment disclosed in the present specification includes a semiconductor substrate having a diode region and an IGBT region. An anode region, a diode drift region, and a cathode region are formed in the diode region. The anode region is p-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate. The diode drift region is n-type and is formed below the anode region. The cathode region is n-type, has an n-type impurity concentration higher than that of the diode drift region, and is formed in a range below the diode drift region including the lower surface of the semiconductor substrate. Within the IGBT region, an emitter region, a body region, an IGBT drift region, a collector region, and a gate electrode are formed. The emitter region is n-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate. The body region is p-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate and a range below the emitter region, and is in contact with the emitter region. The IGBT drift region is n-type, is formed below the body region, and is separated from the emitter region by the body region. The collector region is p-type and is formed in a range below the IGBT drift region including the lower surface of the semiconductor substrate. The gate electrode faces the body region in a range separating the emitter region and the IGBT drift region via an insulating film. The cathode region and the collector region are adjacent. On the upper surface of the semiconductor substrate, an anode electrode that is electrically connected to the anode region and an emitter electrode that is electrically connected to the emitter region and the body region are formed. A solder layer is formed from the anode electrode to the emitter electrode. An insulating layer is formed between the upper surface of the semiconductor substrate above the boundary between the cathode region and the collector region and the solder layer above the boundary.
The insulating layer may be formed in contact with the upper surface of the semiconductor substrate above the boundary portion. Alternatively, the anode electrode and the emitter electrode may be connected at a position in contact with the upper surface of the semiconductor substrate above the boundary portion, and the insulating layer may be formed on the electrode.
In this semiconductor device, since the anode electrode and the emitter electrode are covered with the solder layer, even if heat is generated in the semiconductor substrate, heat is conducted from the semiconductor substrate to the solder layer. Therefore, the temperature rise of the semiconductor substrate is suppressed. Furthermore, in this semiconductor device, an insulating layer is formed between the upper surface of the semiconductor substrate above the boundary between the cathode region and the collector region and the solder layer above the boundary. That is, the semiconductor substrate is not directly connected to the solder layer above the boundary. Therefore, when the IGBT is turned on, it is difficult for a current to flow in a region near the boundary (that is, a region near the boundary between the diode drift region and the IGBT drift region). For this reason, when an overcurrent flows through the IGBT, heat generation at the boundary between the diode region and the IGBT region is suppressed. For this reason, this semiconductor device has a high short circuit tolerance.
In the semiconductor device described above, it is preferable that the insulating layer is in contact with the upper surface of the semiconductor substrate, and the anode electrode and the emitter electrode are separated by the insulating layer.
According to such a configuration, the current is less likely to flow at the boundary between the diode region and the IGBT region. As a result, heat generation at the boundary between the diode region and the IGBT region can be further suppressed.

上述した半導体装置においては、半導体基板には、カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方であって、半導体基板の上面からアノード領域及びボディ領域よりも深い深さまでの範囲に、p型の分離領域が形成されていることが好ましい。そして、前記絶縁層は、分離領域の上面を覆っていることが好ましい。   In the semiconductor device described above, the semiconductor substrate includes a p-type isolation region above the boundary between the cathode region and the collector region and in a range from the upper surface of the semiconductor substrate to a depth deeper than the anode region and the body region. Is preferably formed. The insulating layer preferably covers the upper surface of the isolation region.

実施例1の半導体装置の縦断面図。1 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device of Example 1. FIG. 実施例2の半導体装置の縦断面図。FIG. 5 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment. 実施例1の変形例の半導体装置の縦断面図。FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device according to a modification of the first embodiment. 実施例2の変形例の半導体装置の縦断面図。FIG. 10 is a longitudinal sectional view of a semiconductor device according to a modification of the second embodiment.

(半導体装置の構造)
図1は、実施例1に係る半導体装置10の断面図を示している。図1に示すように、半導体装置10は、半導体基板12と、半導体基板12の上面及び下面に形成されている金属層及び絶縁層等を備えている。半導体基板12には、ダイオード領域20とIGBT領域40が形成されている。
(Structure of semiconductor device)
FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device 10 according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 10 includes a semiconductor substrate 12 and a metal layer, an insulating layer, and the like formed on the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 12. A diode region 20 and an IGBT region 40 are formed in the semiconductor substrate 12.

ダイオード領域20内の半導体基板12の上面には、アノード電極22が形成されている。IGBT領域40内の半導体基板12の上面には、エミッタ電極42が形成されている。半導体基板12の下面には、共通電極60が形成されている。   An anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 12 in the diode region 20. An emitter electrode 42 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 12 in the IGBT region 40. A common electrode 60 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 12.

ダイオード領域20には、アノード層26、ダイオードドリフト層28、カソード層30が形成されている。   In the diode region 20, an anode layer 26, a diode drift layer 28, and a cathode layer 30 are formed.

アノード層26は、アノードコンタクト領域26aと低濃度アノード層26bにより構成されている。
アノードコンタクト領域26aは、p型の領域であり、その不純物濃度は高い。アノードコンタクト領域26aは、半導体基板12の上面を含む範囲に島状に形成されている。アノードコンタクト領域26aは、アノード電極22に対してオーミック接続されている。
低濃度アノード層26bは、p型の領域である。低濃度アノード層26bの不純物濃度は、アノードコンタクト領域26aの不純物濃度より低い。低濃度アノード層26bは、アノードコンタクト領域26aの下側及び側方に形成されており、アノードコンタクト領域26aを覆っている。
The anode layer 26 includes an anode contact region 26a and a low concentration anode layer 26b.
The anode contact region 26a is a p-type region and has a high impurity concentration. The anode contact region 26 a is formed in an island shape in a range including the upper surface of the semiconductor substrate 12. The anode contact region 26 a is ohmically connected to the anode electrode 22.
The low concentration anode layer 26b is a p-type region. The impurity concentration of the low concentration anode layer 26b is lower than the impurity concentration of the anode contact region 26a. The low concentration anode layer 26b is formed on the lower side and the side of the anode contact region 26a and covers the anode contact region 26a.

ダイオードドリフト層28は、n型の領域であり、その不純物濃度は低い。ダイオードドリフト層28は、低濃度アノード層26bの下側に形成されている。   The diode drift layer 28 is an n-type region, and its impurity concentration is low. The diode drift layer 28 is formed below the low concentration anode layer 26b.

カソード層30は、n型の領域である。カソード層30の不純物濃度は、ダイオードドリフト層28の不純物濃度よりも高い。カソード層30は、ダイオードドリフト層28の下側に形成されている。カソード層30は、半導体基板12の下面を含む範囲に形成されており、共通電極60に対してオーミック接続されている。   The cathode layer 30 is an n-type region. The impurity concentration of the cathode layer 30 is higher than the impurity concentration of the diode drift layer 28. The cathode layer 30 is formed below the diode drift layer 28. The cathode layer 30 is formed in a range including the lower surface of the semiconductor substrate 12 and is ohmically connected to the common electrode 60.

ダイオード領域20には、アノード層26、ダイオードドリフト層28、カソード層30によってダイオードが形成されている。以下では、ダイオード領域20に形成されているダイオードを、ダイオード20という。   A diode is formed in the diode region 20 by the anode layer 26, the diode drift layer 28, and the cathode layer 30. Hereinafter, the diode formed in the diode region 20 is referred to as a diode 20.

IGBT領域40には、エミッタ領域44、ボディ層46、IGBTドリフト層50、コレクタ層52、及び、ゲート電極54等が形成されている。   In the IGBT region 40, an emitter region 44, a body layer 46, an IGBT drift layer 50, a collector layer 52, a gate electrode 54, and the like are formed.

IGBT領域40内の半導体基板12の上面には、複数のトレンチが形成されている。各トレンチの内面には、ゲート絶縁膜56が形成されている。各トレンチの内部に、ゲート電極54が形成されている。ゲート電極54の上面は絶縁膜58により覆われている。絶縁膜58によって、ゲート電極54は、エミッタ電極42から絶縁されている。   A plurality of trenches are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 12 in the IGBT region 40. A gate insulating film 56 is formed on the inner surface of each trench. A gate electrode 54 is formed inside each trench. The upper surface of the gate electrode 54 is covered with an insulating film 58. The gate electrode 54 is insulated from the emitter electrode 42 by the insulating film 58.

エミッタ領域44は、n型の領域であり、その不純物濃度は高い。エミッタ領域44は、半導体基板12の上面を含む範囲に島状に形成されている。エミッタ領域44は、ゲート絶縁膜56に接する範囲に形成されている。エミッタ領域44は、エミッタ電極42に対してオーミック接続されている。   The emitter region 44 is an n-type region and has a high impurity concentration. The emitter region 44 is formed in an island shape in a range including the upper surface of the semiconductor substrate 12. The emitter region 44 is formed in a range in contact with the gate insulating film 56. The emitter region 44 is ohmically connected to the emitter electrode 42.

ボディ層46は、ボディコンタクト領域46aと低濃度ボディ層46bを備えている。
ボディコンタクト領域46aは、p型の領域であり、その不純物濃度は高い。ボディコンタクト領域46aは、半導体基板12の上面を含む範囲に島状に形成されている。ボディコンタクト領域46aは、2つのエミッタ領域44の間に形成されている。ボディコンタクト領域46aは、エミッタ電極42に対してオーミック接続されている。
低濃度ボディ層46bは、p型の領域である。低濃度ボディ層46bの不純物濃度は、ボディコンタクト領域46aよりも低い。低濃度ボディ層46bは、エミッタ領域44及びボディコンタクト領域46aの下側に形成されている。低濃度ボディ層46bによって、エミッタ領域44がIGBTドリフト層50から分離されている。ゲート電極54は、エミッタ領域44とIGBTドリフト層50を分離している範囲の低濃度ボディ層46bにゲート絶縁膜56を介して対向している。
The body layer 46 includes a body contact region 46a and a low concentration body layer 46b.
The body contact region 46a is a p-type region and has a high impurity concentration. The body contact region 46 a is formed in an island shape in a range including the upper surface of the semiconductor substrate 12. The body contact region 46 a is formed between the two emitter regions 44. The body contact region 46 a is ohmically connected to the emitter electrode 42.
The low concentration body layer 46b is a p-type region. The impurity concentration of the low-concentration body layer 46b is lower than that of the body contact region 46a. The low concentration body layer 46b is formed below the emitter region 44 and the body contact region 46a. The emitter region 44 is separated from the IGBT drift layer 50 by the low concentration body layer 46b. The gate electrode 54 is opposed to the low-concentration body layer 46 b in a range separating the emitter region 44 and the IGBT drift layer 50 through the gate insulating film 56.

IGBTドリフト層50は、n型の領域である。IGBTドリフト層50は、ボディ層46の下側に形成されている。IGBTドリフト層50は、ドリフト層50aとバッファ層50bを備えている。
ドリフト層50aは、ボディ層46の下側に形成されている。ドリフト層50aの不純物濃度は、ダイオードドリフト層28と略等しい。ドリフト層50aは、ダイオードドリフト層28と連続する層である。
バッファ層50bは、ドリフト層50aの下側に形成されている。バッファ層50bは、ドリフト層50aよりも不純物濃度が高い。
The IGBT drift layer 50 is an n-type region. The IGBT drift layer 50 is formed below the body layer 46. The IGBT drift layer 50 includes a drift layer 50a and a buffer layer 50b.
The drift layer 50 a is formed below the body layer 46. The impurity concentration of the drift layer 50 a is substantially equal to that of the diode drift layer 28. The drift layer 50 a is a layer that is continuous with the diode drift layer 28.
The buffer layer 50b is formed below the drift layer 50a. The buffer layer 50b has a higher impurity concentration than the drift layer 50a.

コレクタ層52は、p型の領域であり、その不純物濃度は高い。コレクタ層52は、IGBTドリフト層50の下側に形成されている。コレクタ層52は、半導体基板12の下面を含む範囲に形成されており、共通電極60に対してオーミック接続されている。   The collector layer 52 is a p-type region and has a high impurity concentration. The collector layer 52 is formed below the IGBT drift layer 50. The collector layer 52 is formed in a range including the lower surface of the semiconductor substrate 12 and is ohmically connected to the common electrode 60.

IGBT領域40には、エミッタ領域44、ボディ層46、IGBTドリフト層50、コレクタ層52、及び、ゲート電極54によって、IGBTが形成されている。以下では、IGBT領域40に形成されているIGBTを、IGBT40という。   In the IGBT region 40, an IGBT is formed by the emitter region 44, the body layer 46, the IGBT drift layer 50, the collector layer 52, and the gate electrode 54. Hereinafter, the IGBT formed in the IGBT region 40 is referred to as an IGBT 40.

ダイオード領域20とIGBT領域40の間の半導体基板12の上面を含む範囲には、分離領域70が形成されている。分離領域70は、p型の領域である。分離領域70の不純物濃度は、低濃度アノード層26b及び低濃度ボディ層46bの不純物濃度より高い。分離領域70は、ダイオード領域20側で低濃度アノード層26bに接している。分離領域70は、IGBT領域40側で、ボディ層46に接している。分離領域70の下端は、ゲート電極54の下端よりも深い位置にある。   An isolation region 70 is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate 12 between the diode region 20 and the IGBT region 40. The isolation region 70 is a p-type region. The impurity concentration of the isolation region 70 is higher than the impurity concentration of the low concentration anode layer 26b and the low concentration body layer 46b. The isolation region 70 is in contact with the low concentration anode layer 26b on the diode region 20 side. Isolation region 70 is in contact with body layer 46 on the IGBT region 40 side. The lower end of the isolation region 70 is deeper than the lower end of the gate electrode 54.

ダイオード領域20のカソード層30は、分離領域70の下部まで延出されており、IGBT領域40のコレクタ層52は、分離領域70の下部まで延出されている。カソード層30は、分離領域70の下側で、コレクタ層52と接している。すなわち、カソード層30とコレクタ層52の境界72が、分離領域70の下側に位置している。   The cathode layer 30 in the diode region 20 extends to the lower part of the isolation region 70, and the collector layer 52 of the IGBT region 40 extends to the lower part of the isolation region 70. The cathode layer 30 is in contact with the collector layer 52 below the isolation region 70. That is, the boundary 72 between the cathode layer 30 and the collector layer 52 is located below the separation region 70.

分離領域70の下側では、ダイオードドリフト層28とIGBTドリフト層50が繋がっている。すなわち、ダイオードドリフト層28とIGBTドリフト層50は、連続するn型の層である。以下では、ダイオードドリフト層28とIGBTドリフト層50が連続している領域(すなわち、境界72の上部のn型領域)を、ドリフト層62という場合がある。   Below the isolation region 70, the diode drift layer 28 and the IGBT drift layer 50 are connected. That is, the diode drift layer 28 and the IGBT drift layer 50 are continuous n-type layers. Hereinafter, a region where the diode drift layer 28 and the IGBT drift layer 50 are continuous (that is, the n-type region above the boundary 72) may be referred to as a drift layer 62.

分離領域70上には、絶縁膜90(SiO膜)が形成されている。絶縁膜90上には、ゲート配線88が形成されている。ゲート配線88は、図示しない箇所で各ゲート電極54に接続されている。ゲート配線88は、絶縁膜92に覆われている。絶縁膜92は、NSG(nondoped silicate glass)、BPSG(borophosphosilicate glass)、SInSiN(semi−insulating silicon nitride)等、または、これらの積層体により構成されている。絶縁膜92上は、絶縁膜94に覆われている。絶縁膜94は、ポリイミドにより構成されている。分離領域70上の絶縁膜90、92、94によって、アノード電極22がエミッタ電極42から分離されている。 An insulating film 90 (SiO 2 film) is formed on the isolation region 70. A gate wiring 88 is formed on the insulating film 90. The gate wiring 88 is connected to each gate electrode 54 at a location not shown. The gate wiring 88 is covered with an insulating film 92. The insulating film 92 is composed of NSG (non-doped silicate glass), BPSG (borophosphosilicate glass), SInSiN (semi-insulating silicon nitride), or the like, or a laminate thereof. The insulating film 92 is covered with an insulating film 94. The insulating film 94 is made of polyimide. The anode electrode 22 is separated from the emitter electrode 42 by the insulating films 90, 92 and 94 on the separation region 70.

アノード電極22の表面、絶縁膜94、及び、エミッタ電極42の表面は、はんだ層96に覆われている。はんだ層96上には、金属ブロック98が存在している。すなわち、アノード電極22とエミッタ電極42は、はんだ層96によって、金属ブロック98に接合されている。アノード電極22とエミッタ電極42は、はんだ層96を介して導通している。   The surface of the anode electrode 22, the insulating film 94, and the surface of the emitter electrode 42 are covered with a solder layer 96. A metal block 98 is present on the solder layer 96. That is, the anode electrode 22 and the emitter electrode 42 are joined to the metal block 98 by the solder layer 96. The anode electrode 22 and the emitter electrode 42 are electrically connected via the solder layer 96.

(半導体装置10の動作)
最初に、ダイオード20の動作について説明する。アノード電極22と共通電極60の間に、アノード電極22がプラスとなる電圧(すなわち、順電圧)が印加されると、ダイオード20がオンする。すなわち、アノード電極22から、共通電極60に向かって電流が流れる。
(Operation of Semiconductor Device 10)
First, the operation of the diode 20 will be described. When a voltage that is positive for the anode electrode 22 (ie, forward voltage) is applied between the anode electrode 22 and the common electrode 60, the diode 20 is turned on. That is, a current flows from the anode electrode 22 toward the common electrode 60.

次に、IGBT40の動作について説明する。エミッタ電極42と共通電極60の間に共通電極60がプラスとなる電圧が印加された状態において、ゲート電極54にオン電位が印加されると、IGBT40がオンする。すなわち、ゲート電極54へのオン電位の印加によって、ボディ層46のゲート絶縁膜56に接している領域に電子が集まり、チャネルが形成される。すると、エミッタ電極42から、エミッタ領域44、チャネル、IGBTドリフト層50、及び、コレクタ層52を経由して、共通電極60に向かって電子が流れる。同時に、共通電極60から、コレクタ層52、IGBTドリフト層50、及び、ボディ層46を経由して、エミッタ電極42に向かってホールが流れる。すなわち、共通電極60からエミッタ電極42に向かって電流が流れる。IGBTドリフト層50内には電子とホールが存在している状態となるので、IGBTドリフト層50の電気抵抗は伝導度変調現象により低下する。したがって、電流が流れる際にIGBT40で発生する損失は小さい。   Next, the operation of the IGBT 40 will be described. When an ON potential is applied to the gate electrode 54 in a state where a voltage that makes the common electrode 60 positive is applied between the emitter electrode 42 and the common electrode 60, the IGBT 40 is turned on. That is, when an on potential is applied to the gate electrode 54, electrons gather in a region of the body layer 46 in contact with the gate insulating film 56, and a channel is formed. Then, electrons flow from the emitter electrode 42 toward the common electrode 60 via the emitter region 44, the channel, the IGBT drift layer 50, and the collector layer 52. At the same time, holes flow from the common electrode 60 toward the emitter electrode 42 via the collector layer 52, the IGBT drift layer 50, and the body layer 46. That is, a current flows from the common electrode 60 toward the emitter electrode 42. Since electrons and holes are present in the IGBT drift layer 50, the electrical resistance of the IGBT drift layer 50 decreases due to the conductivity modulation phenomenon. Therefore, the loss generated in the IGBT 40 when a current flows is small.

IGBT40に接続されている負荷(例えば、モータ等)が短絡した場合等には、IGBT40に過電圧が印加される。オン状態にあるIGBT40に過電圧が印加されると、IGBT40に過電流が流れる。このとき、IGBTドリフト層50は伝導度変調効果により低抵抗化されているので、IGBTドリフト層50に高い電流が流れてもそれほど発熱は生じない。
一方、IGBT領域40とダイオード領域20との間のドリフト層62にはホールがほとんど存在しないため、ドリフト層62の電気抵抗は高い。このため、ドリフト層62に高い電流が流れれば、ドリフト層62が局所的に高温となる。
しかしながら、ドリフト層62の上方の分離領域70の表面は絶縁膜90〜94に覆われている。このため、IGBT40に過電圧が印加されても、分離領域70には高い電流が流れ難い。すなわち、分離領域70の下部のドリフト層62には高い電流は流れない。これによって、ドリフト層62が温度上昇することが抑制されている。
When a load (for example, a motor or the like) connected to the IGBT 40 is short-circuited, an overvoltage is applied to the IGBT 40. When an overvoltage is applied to the IGBT 40 in the on state, an overcurrent flows through the IGBT 40. At this time, since the IGBT drift layer 50 has a low resistance due to the conductivity modulation effect, heat generation does not occur so much even if a high current flows through the IGBT drift layer 50.
On the other hand, since there are almost no holes in the drift layer 62 between the IGBT region 40 and the diode region 20, the electrical resistance of the drift layer 62 is high. For this reason, if a high current flows through the drift layer 62, the drift layer 62 locally becomes a high temperature.
However, the surface of the isolation region 70 above the drift layer 62 is covered with the insulating films 90 to 94. For this reason, even if an overvoltage is applied to the IGBT 40, it is difficult for a high current to flow through the isolation region 70. That is, a high current does not flow through the drift layer 62 below the isolation region 70. Thereby, the temperature rise of the drift layer 62 is suppressed.

また、エミッタ電極42とアノード電極22は、はんだ層96によって金属ブロック98に接合されている。このため、半導体基板12で生じた熱は、はんだ層96を介して金属ブロック98に伝導する。このように、はんだ層96及び金属ブロック98によって、半導体基板12の放熱が促進される。これによっても、半導体基板12の温度上昇が抑制される。   The emitter electrode 42 and the anode electrode 22 are joined to the metal block 98 by a solder layer 96. For this reason, the heat generated in the semiconductor substrate 12 is conducted to the metal block 98 through the solder layer 96. As described above, the heat dissipation of the semiconductor substrate 12 is promoted by the solder layer 96 and the metal block 98. Also by this, the temperature rise of the semiconductor substrate 12 is suppressed.

以上に説明したように、半導体装置10では、カソード層30とコレクタ層52の境界72の上方の分離領域70の上面が絶縁膜90〜94に覆われているので、IGBT40に過電流が流れても、ダイオード領域20とIGBT領域40の間のドリフト層62に電流が流れ難い。このため、ドリフト層62は温度上昇し難い。さらに、はんだ層96と金属ブロック98によって、半導体基板12全体の温度上昇が抑制される。したがって、半導体装置10は、短絡耐量が高い。   As described above, in the semiconductor device 10, since the upper surface of the isolation region 70 above the boundary 72 between the cathode layer 30 and the collector layer 52 is covered with the insulating films 90 to 94, an overcurrent flows through the IGBT 40. However, it is difficult for current to flow through the drift layer 62 between the diode region 20 and the IGBT region 40. For this reason, the temperature of the drift layer 62 is difficult to increase. Further, the temperature rise of the entire semiconductor substrate 12 is suppressed by the solder layer 96 and the metal block 98. Therefore, the semiconductor device 10 has a high short-circuit tolerance.

(半導体装置の構造)
図2は、実施例2に係る半導体装置100の断面図を示している。実施例2に係る半導体装置100では、半導体基板112の上面側全体に亘って、IGBTの構造が形成されている。すなわち、半導体基板112の上面側に、エミッタ領域144、ボディ層146(すなわち、ボディコンタクト領域146a及び低濃度ボディ層146b)、及び、ゲート電極154が形成されている。ボディ層146の下側には、ドリフト層150(すなわち、ドリフト層150a及びバッファ層150b)が形成されている。半導体装置100の半導体基板112の下面を含む範囲には、カソード層130とコレクタ層152が互いに隣接して形成されている。カソード層130が形成されている範囲の半導体基板112は、ダイオードとして機能するダイオード領域120である。すなわち、ダイオード領域120内には、ボディ層146とドリフト層150とカソード層130によって、ダイオードが形成されている。一方、コレクタ層152が形成されている範囲の半導体基板112は、IGBTとして機能するIGBT領域140である。すなわち、IGBT領域140には、エミッタ領域144、ボディ層146、ドリフト層150、コレクタ層152、及び、ゲート電極154によってIGBTが形成されている。
(Structure of semiconductor device)
FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the second embodiment. In the semiconductor device 100 according to the second embodiment, an IGBT structure is formed over the entire upper surface side of the semiconductor substrate 112. That is, the emitter region 144, the body layer 146 (that is, the body contact region 146 a and the low concentration body layer 146 b), and the gate electrode 154 are formed on the upper surface side of the semiconductor substrate 112. Under the body layer 146, the drift layer 150 (that is, the drift layer 150a and the buffer layer 150b) is formed. In the range including the lower surface of the semiconductor substrate 112 of the semiconductor device 100, the cathode layer 130 and the collector layer 152 are formed adjacent to each other. The semiconductor substrate 112 in the range where the cathode layer 130 is formed is a diode region 120 that functions as a diode. That is, a diode is formed in the diode region 120 by the body layer 146, the drift layer 150, and the cathode layer 130. On the other hand, the semiconductor substrate 112 in the range where the collector layer 152 is formed is an IGBT region 140 that functions as an IGBT. That is, an IGBT is formed in the IGBT region 140 by the emitter region 144, the body layer 146, the drift layer 150, the collector layer 152, and the gate electrode 154.

半導体装置100では、ダイオード領域120からIGBT領域140に亘って、半導体基板112の上面に共通電極122が形成されている。すなわち、半導体装置100では、ダイオードのアノード電極とIGBTのエミッタ電極が分離されておらず、共通化されている。半導体基板112の下面には、共通電極160が形成されている。   In the semiconductor device 100, the common electrode 122 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 112 from the diode region 120 to the IGBT region 140. That is, in the semiconductor device 100, the anode electrode of the diode and the emitter electrode of the IGBT are not separated but are shared. A common electrode 160 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 112.

カソード層130とコレクタ層152の境界172の上方の共通電極122の表面には、絶縁膜192が形成されている。絶縁膜192は、NSG、BPSG、SInSiN等、または、これらの積層体により構成されている。絶縁膜192上は、絶縁膜194に覆われている。絶縁膜194は、ポリイミドにより構成されている。   An insulating film 192 is formed on the surface of the common electrode 122 above the boundary 172 between the cathode layer 130 and the collector layer 152. The insulating film 192 is composed of NSG, BPSG, SInSiN, or the like, or a stacked body thereof. The insulating film 192 is covered with the insulating film 194. The insulating film 194 is made of polyimide.

共通電極122の表面、及び、絶縁膜194の表面は、はんだ層196に覆われている。はんだ層196上には、金属ブロック198が存在している。すなわち、共通電極122は、はんだ層196によって、金属ブロック198に接合されている。   The surface of the common electrode 122 and the surface of the insulating film 194 are covered with a solder layer 196. A metal block 198 is present on the solder layer 196. That is, the common electrode 122 is joined to the metal block 198 by the solder layer 196.

(半導体装置100の動作)
ダイオード領域120内のダイオードは、実施例1の半導体装置10と同様に動作する。
一方、IGBT領域140内のIGBTは、以下のように動作する。共通電極122と共通電極160の間に共通電極160がプラスとなる電圧が印加された状態においてゲート電極154にオン電位が印加されると、IGBT領域140内のボディ層146にチャネルが形成され、IGBT領域140内のIGBTがオンする。すなわち、IGBT領域140内のドリフト層150aが伝導度変調効果により低抵抗化し、IGBT領域140内を共通電極160から共通電極122に向かって電流が流れる。
また、このとき、ダイオード領域120内のゲート電極154にもオン電位が印加されるので、ダイオード領域120内のボディ層146にもチャネルが形成される。しかしながら、ダイオード領域120内のドリフト層150aにはホールがほとんど流入しないため、伝導度変調効果がほとんど生じない。したがって、ダイオード領域120には電流がほとんど流れない。
(Operation of Semiconductor Device 100)
The diode in the diode region 120 operates in the same manner as the semiconductor device 10 of the first embodiment.
On the other hand, the IGBT in the IGBT region 140 operates as follows. When an ON potential is applied to the gate electrode 154 in a state where a voltage that makes the common electrode 160 positive is applied between the common electrode 122 and the common electrode 160, a channel is formed in the body layer 146 in the IGBT region 140, The IGBT in the IGBT region 140 is turned on. That is, the drift layer 150a in the IGBT region 140 has a low resistance due to the conductivity modulation effect, and a current flows in the IGBT region 140 from the common electrode 160 toward the common electrode 122.
At this time, an ON potential is also applied to the gate electrode 154 in the diode region 120, so that a channel is also formed in the body layer 146 in the diode region 120. However, since almost no holes flow into the drift layer 150a in the diode region 120, the conductivity modulation effect hardly occurs. Therefore, almost no current flows through the diode region 120.

実施例2の半導体装置100のIGBTに接続されている負荷(例えば、モータ等)が短絡した場合等には、IGBTに過電圧が印加される。オン状態にあるIGBTに過電圧が印加されると、IGBTに過電流が流れる。このとき、IGBT領域140内のドリフト層150aは、伝導度変調効果により低抵抗化されているので、高い電流が流れてもそれほど発熱は生じない。
一方、IGBT領域140とダイオード領域120との間のドリフト層150a(境界172の上部近傍のドリフト層150a)にはホールがあまり存在しないため、境界172の上部近傍のドリフト層150aの電気抵抗は高い。したがって、境界172の上部近傍のドリフト層150aに高い電流が流れれば、局所的に温度上昇が生じてしまう。
しかしながら、半導体装置100では、境界172の上方の共通電極122の上面が絶縁膜192に覆われており、はんだ層196に直接接合されていない。共通電極122は厚さが薄く、また、絶縁膜192に覆われている共通電極122からはんだ層196までの電流経路が長いため、絶縁膜192に覆われている共通電極122には、その他の範囲の共通電極122に比べて、電流が流れ難い。このため、境界172の上部のドリフト層150aには高い電流は流れない。これによって、境界172の上部のドリフト層150aが温度上昇することが抑制される。
When a load (for example, a motor or the like) connected to the IGBT of the semiconductor device 100 according to the second embodiment is short-circuited, an overvoltage is applied to the IGBT. When an overvoltage is applied to the IGBT in the on state, an overcurrent flows through the IGBT. At this time, since the drift layer 150a in the IGBT region 140 has a low resistance due to the conductivity modulation effect, heat generation does not occur so much even when a high current flows.
On the other hand, since there are not many holes in the drift layer 150a between the IGBT region 140 and the diode region 120 (drift layer 150a near the upper portion of the boundary 172), the electrical resistance of the drift layer 150a near the upper portion of the boundary 172 is high. . Therefore, if a high current flows through the drift layer 150a near the upper portion of the boundary 172, the temperature rises locally.
However, in the semiconductor device 100, the upper surface of the common electrode 122 above the boundary 172 is covered with the insulating film 192 and is not directly bonded to the solder layer 196. Since the common electrode 122 is thin and the current path from the common electrode 122 covered with the insulating film 192 to the solder layer 196 is long, the common electrode 122 covered with the insulating film 192 includes other electrodes. Compared with the common electrode 122 in the range, the current hardly flows. For this reason, a high current does not flow through the drift layer 150a above the boundary 172. As a result, the temperature rise of the drift layer 150a above the boundary 172 is suppressed.

以上に説明したように、実施例2の半導体装置100でも、IGBTに過電流が流れたときに、ダイオード領域120とIGBT領域140の境界部のドリフト領域の発熱を抑制することができる。さらに、はんだ層196と金属ブロック198によって、半導体基板112全体の温度上昇が抑制される。したがって、半導体装置100は、短絡耐量が高い。   As described above, even in the semiconductor device 100 of the second embodiment, when an overcurrent flows through the IGBT, heat generation in the drift region at the boundary between the diode region 120 and the IGBT region 140 can be suppressed. Furthermore, the temperature rise of the entire semiconductor substrate 112 is suppressed by the solder layer 196 and the metal block 198. Therefore, the semiconductor device 100 has a high short-circuit tolerance.

なお、ダイオード領域内のドリフト層には、図3、4に示すように、キャリアライフタイム制御領域39、139が形成されていてもよい。キャリアライフタイム制御領域は、半導体基板中に荷電粒子を打ち込むことによって結晶欠陥を形成下領域である。キャリアライフタイム制御領域は、キャリアの再結合中心として機能する。キャリアライフタイム制御領域を形成することで、ダイオードのリカバリサージ電流を抑制することができる。   In the drift layer in the diode region, carrier lifetime control regions 39 and 139 may be formed as shown in FIGS. The carrier lifetime control region is a region under which crystal defects are formed by implanting charged particles into the semiconductor substrate. The carrier lifetime control region functions as a carrier recombination center. By forming the carrier lifetime control region, the recovery surge current of the diode can be suppressed.

また、ボディ層は、図3に示すように、n型のホールストッパ層48によって、上部ボディ層46と下部ボディ層49に分離されていてもよい。このように、ホールストッパ層48を設けることで、IGBTのオン時に、ホールが上部ボディ層46に向かって流れることが抑制される。これによって、ドリフト層50a内のホール濃度をより高くし、ドリフト層50aで生じる損失をより低減することができる。   Further, as shown in FIG. 3, the body layer may be separated into an upper body layer 46 and a lower body layer 49 by an n-type hole stopper layer 48. Thus, by providing the hole stopper layer 48, it is possible to prevent the holes from flowing toward the upper body layer 46 when the IGBT is turned on. As a result, the hole concentration in the drift layer 50a can be increased, and the loss generated in the drift layer 50a can be further reduced.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
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。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

10:半導体装置
12:半導体基板
20:ダイオード領域
22:アノード電極
26:アノード層
26a:アノードコンタクト領域
26b:低濃度アノード層
28:ダイオードドリフト層
30:カソード層
39:ダイオードキャリアライフタイム制御領域
40:IGBT領域
42:エミッタ電極
44:エミッタ領域
46:ボディ層
46a:ボディコンタクト領域
46b:低濃度ボディ層
50:IGBTドリフト層
50a:ドリフト層
50b:バッファ層
52:コレクタ層
54:ゲート電極
56:ゲート絶縁膜
58:絶縁膜
60:共通電極
62:ドリフト層
70:分離領域
72:境界
88:ゲート配線
90:絶縁膜
92:絶縁膜
94:絶縁膜
96:はんだ層
98:金属ブロック
10: Semiconductor device 12: Semiconductor substrate 20: Diode region 22: Anode electrode 26: Anode layer 26a: Anode contact region 26b: Low concentration anode layer 28: Diode drift layer 30: Cathode layer 39: Diode carrier lifetime control region 40: IGBT region 42: emitter electrode 44: emitter region 46: body layer 46a: body contact region 46b: low-concentration body layer 50: IGBT drift layer 50a: drift layer 50b: buffer layer 52: collector layer 54: gate electrode 56: gate insulation Film 58: Insulating film 60: Common electrode 62: Drift layer 70: Isolation region 72: Boundary 88: Gate wiring 90: Insulating film 92: Insulating film 94: Insulating film 96: Solder layer 98: Metal block

Claims (1)

ダイオード領域とIGBT領域を有する半導体基板を備える半導体装置であって、
ダイオード領域内には、
p型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているアノード領域と、
n型であり、アノード領域の下側に形成されているダイオードドリフト領域と、
n型であり、ダイオードドリフト領域よりn型不純物濃度が高く、半導体基板の下面を含むダイオードドリフト領域の下側の範囲に形成されているカソード領域、
が形成されており、
IGBT領域内には、
n型であり、半導体基板の上面を含む範囲に形成されているエミッタ領域と、
p型であり、半導体基板の上面を含む範囲及びエミッタ領域の下側の範囲に形成されており、エミッタ領域に接しているボディ領域と、
n型であり、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されているIGBTドリフト領域と、
p型であり、半導体基板の下面を含むIGBTドリフト領域の下側の範囲に形成されているコレクタ領域と、
エミッタ領域とIGBTドリフト領域を分離している範囲のボディ領域に絶縁膜を介して対向しているゲート電極、
が形成されており、
半導体基板の上面には、ダイオード領域からIGBT領域まで連続して伸びており、アノード領域、エミッタ領域及びボディ領域と導通している共通電極が形成されており、
ダイオード領域内の共通電極上からIGBT領域内の共通電極上に亘ってはんだ層が形成されており、
カソード領域とコレクタ領域の境界部の上方の共通電極の上面と前記境界部の上方のはんだ層との間に、絶縁層が形成されている、
ことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a semiconductor substrate having a diode region and an IGBT region,
In the diode area,
an anode region which is p-type and formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate;
a diode drift region that is n-type and is formed below the anode region;
a cathode region that is n-type, has a higher n-type impurity concentration than the diode drift region, and is formed in a range below the diode drift region including the lower surface of the semiconductor substrate;
Is formed,
In the IGBT region,
an n-type emitter region formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate;
a body region that is p-type and is formed in a range including the upper surface of the semiconductor substrate and in a range below the emitter region, and in contact with the emitter region;
an IGBT drift region that is n-type, formed below the body region and separated from the emitter region by the body region;
a collector region that is p-type and is formed in a lower range of the IGBT drift region including the lower surface of the semiconductor substrate;
A gate electrode facing the body region in a range separating the emitter region and the IGBT drift region through an insulating film;
Is formed,
On the upper surface of the semiconductor substrate, a common electrode is formed which extends continuously from the diode region to the IGBT region and is electrically connected to the anode region, the emitter region, and the body region .
A solder layer is formed from the common electrode in the diode region to the common electrode in the IGBT region ,
An insulating layer is formed between the upper surface of the common electrode above the boundary between the cathode region and the collector region and the solder layer above the boundary.
A semiconductor device.
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