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公開番号2024130803
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-30
出願番号2023040708
出願日2023-03-15
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人iX
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240920BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】信頼性が高い半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体装置は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層内に設けられ、絶縁体の一部を介して前記第1半導体層と対向した第3電極と、前記第1半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極側に位置する下面を有し、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層から前記第1電極側に延出し、前記第1電極側に位置する下端が前記第2半導体層の前記下面よりも前記第1電極側に位置し、前記絶縁体から離隔し、第2導電型である第3半導体層と、前記第2半導体層に前記絶縁体の他の一部を介して対向した第4電極と、前記第2半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第2電極と電気的に接続された第1導電型の第4半導体層と、を備える。
【選択図】図2

特許請求の範囲【請求項1】
第1電極と、
第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層内に設けられ、絶縁体の一部を介して前記第1半導体層と対向した第3電極と、
前記第1半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極側に位置する下面を有し、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層から前記第1電極側に延出し、前記第1電極側に位置する下端が前記第2半導体層の前記下面よりも前記第1電極側に位置し、前記絶縁体から離隔し、第2導電型である第3半導体層と、
前記第2半導体層に前記絶縁体の他の一部を介して対向した第4電極と、
前記第2半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第2電極と電気的に接続された第1導電型の第4半導体層と、
を備えた半導体装置。
続きを表示(約 730 文字)【請求項2】
前記第3半導体層は、前記第3電極における前記第2電極側に位置する上端よりも前記第2電極側に位置した請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第3半導体層の下端は、前記第4電極の前記第1電極側に位置する下端よりも前記第1電極側に位置する請求項1に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第3半導体層のキャリア濃度は、前記第2半導体層のキャリア濃度よりも高い請求項1に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第2電極から前記第1電極へ向かう方向に延出し、前記第4半導体層及び前記第2半導体層に接した第5電極をさらに備えた請求項1~4のいずれか1つに記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第5電極の前記第1電極側に位置する下端は、前記第2半導体層の前記下面よりも前記第1電極側に位置し、前記第3半導体層に接した請求項5に記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第5電極は、前記第4電極が延びる第1方向に延びている請求項5に記載の半導体装置。
【請求項8】
前記第3半導体層は前記第1方向に延びる請求項7に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記第5電極は、
前記第4電極が延びる第1方向に延びた基幹部と、
前記基幹部から前記第1電極側に突出した複数の突出部と、
を有し、
前記複数の突出部は、前記第1方向に沿って配列されている請求項5に記載の半導体装置。
【請求項10】
前記第3半導体層は複数設けられており、
各前記第3半導体層は、各前記突出部を覆う請求項9に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,300 文字)【背景技術】
【0002】
電力制御用の半導体装置においては、アバランシェ降伏が発生したときに、寄生npnバイポーラトランジスタが導通し、二次降伏が発生する場合がある。これにより、半導体装置が破壊される可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2022-038240号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
実施形態の目的は、信頼性が高い半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0005】
実施形態に係る半導体装置は、第1電極と、第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に設けられた第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層内に設けられ、絶縁体の一部を介して前記第1半導体層と対向した第3電極と、前記第1半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第1電極側に位置する下面を有し、前記第2電極と電気的に接続された第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層から前記第1電極側に延出し、前記第1電極側に位置する下端が前記第2半導体層の前記下面よりも前記第1電極側に位置し、前記絶縁体から離隔し、第2導電型である第3半導体層と、前記第2半導体層に前記絶縁体の他の一部を介して対向した第4電極と、前記第2半導体層と前記第2電極との間に設けられ、前記第2電極と電気的に接続された第1導電型の第4半導体層と、を備える。
【図面の簡単な説明】
【0006】
図1は、第1の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図2は、図1に示すA-A’線による断面図である。
図3は、第1の実施形態に係る半導体装置の動作を示す断面図である。
図4は、比較例に係る半導体装置の動作を示す断面図である。
図5は、第2の実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図6は、図5に示すD-D’線による断面図である。
図7は、図5に示すE-E’線による断面図である。
図8は、第2の実施形態に係る半導体装置のトレンチコンタクトを示す斜視図である。
図9は、第2の実施形態の第1の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
図10は、第2の実施形態の第2の変形例に係る半導体装置を示す断面図である。
図11(a)及び(b)は、試験例において想定した半導体装置、各距離及び各変数を示す図であり、(c)は各容量を示す図である。
図12(a)及び(b)は、アバランシェ崩壊が生じたときの正孔電流の電流密度を示す図である。
図13は、横軸にZ方向における位置をとり、縦軸に電界強度をとって、半導体部分内の電界強度分布を示す図である。
図14は、横軸に距離Dをとり、縦軸に耐圧をとって、トレンチコンタクトの下端の位置が耐圧に及ぼす影響を示すグラフである。
図15は、横軸に距離Dをとり、縦軸に出力容量Cossをとって、トレンチコンタクトの下端の位置が出力容量Cossに及ぼす影響を示すグラフである。
図16は、横軸に距離Dをとり、縦軸に帰還容量Crssをとって、トレンチコンタクトの下端の位置が帰還容量Crssに及ぼす影響を示すグラフである。
図17は、横軸に距離Dをとり、縦軸に出力電荷量Qossをとって、トレンチコンタクトの下端の位置が出力電荷量Qossに及ぼす影響を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0007】
<第1の実施形態>
図1は、本実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。
図2は、図1に示すA-A’線による断面図である。
図1は、図2に示すB-B’線による断面に相当する。
【0008】
本実施形態に係る半導体装置は、電力制御用の縦型の半導体装置であり、例えばMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor:金属酸化物半導体電界効果トランジスタ)である。なお、本発明に係る半導体装置はこれには限定されず、例えば、IGBT(insulated gate bipolar transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)であってもよい。本実施形態においては、MOSFETを例に挙げて説明する。
【0009】
図1及び図2に示すように、本実施形態に係る半導体装置1においては、ドレイン電極11(第1電極)、半導体部分20、絶縁体30、フィールドプレート電極12(第4電極、以下、「FP電極12」という)、ゲート電極13(第3電極)、絶縁膜36、ソース電極14(第2電極)、及び、トレンチコンタクト15(第5電極)が設けられている。
【0010】
以下、本明細書においては、説明の便宜上、XYZ直交座標系を採用する。ドレイン電極11からソース電極14に向かう方向を「Z方向」とし、ゲート電極13が延びる方向を「Y方向」とし、Z方向およびY方向に対して直交する方向を「X方向」とする。また、Z方向のうち、ドレイン電極11からソース電極14に向かう方向を「上」ともいい、その逆方向を「下」ともいうが、この表現も便宜的なものであり、重力の方向とは無関係である。
(【0011】以降は省略されています)

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