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公開番号2024161946
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-21
出願番号2023077022
出願日2023-05-09
発明の名称半導体装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/739 20060101AFI20241114BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】ダイオード領域とIGBT領域とを備える半導体装置において、チップの温度が局所的に高くなることを防止する。
【解決手段】半導体装置は、IGBTとして機能するIGBT領域(10)と、ダイオードとして機能する複数のダイオード領域(20)とを備えるRC-IGBTのチップを備える。IGBT領域(10)とダイオード領域(20)とを合わせた領域である有効領域内に、複数のダイオード領域(20)が島状に配置される。1つのダイオード領域(20)の一辺の長さをWD、隣り合うダイオード領域(20)の間隔をWI、有効領域の一辺の長さをWC、チップの厚みをtとすると、2t<WD<5t、2t<WI<5t、WD+WI<WC/6の関係が満たされる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）として機能するＩＧＢＴ領域と、
ダイオードとして機能する複数のダイオード領域と、
を備えるＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）のチップを備え、
前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域とを合わせた領域である有効領域内に、複数の前記ダイオード領域が島状に配置されており、
１つの前記ダイオード領域の一辺の長さをＷＤ、隣り合う前記ダイオード領域の間隔をＷＩ、前記有効領域の一辺の長さをＷＣ、前記チップの厚みをｔとすると、
２ｔ＜ＷＤ＜５ｔ
２ｔ＜ＷＩ＜５ｔ
ＷＤ＋ＷＩ＜ＷＣ／６
の関係が満たされている、
半導体装置。
続きを表示（約 780 文字）【請求項２】
前記ダイオード領域の一辺の長さと、隣り合う前記ダイオード領域の間隔とが、ともに１６０μｍ以上４００μｍ以下である、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ＩＧＢＴのゲート電極とゲートパッドとの間を接続するゲート配線が配置されたゲート配線領域が、前記有効領域内には設けられておらず、前記有効領域の外周部に設けられている、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ダイオード領域は、前記ＩＧＢＴのゲート電極が埋め込まれたアクティブトレンチゲートとして、第１方向に延伸するトレンチゲートと、前記第１方向に直交する第２方向に延伸する交差トレンチゲートとを有し、
前記交差トレンチゲートは、前記有効領域の外周部において、前記ＩＧＢＴの前記ゲート電極とゲートパッドとの間を接続するゲート配線に接続している、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記交差トレンチゲートは、前記ダイオード領域の端部に沿って延伸している、
請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ダイオード領域と前記ＩＧＢＴ領域とは、第１主面側の構造は互いに同じであり、第２主面側の構造は互いに異なる、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記チップは、平面視で前記有効領域の外側に配置された温度センスダイオードをさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記チップは、前記有効領域の上側に配置された金属層と前記金属層上のめっき層とを含む積層金属層をさらに備える、
請求項１または請求項２に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、半導体装置に関し、特に、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域とを備える半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,400 文字）【背景技術】
【０００２】
ＩＧＢＴとダイオードとが一つの半導体基板に形成された構造の半導体装置である逆導通ＩＧＢＴ（Reverse Conducting Insulated Gate Bipolar Transistor）（以下「ＲＣ－ＩＧＢＴ」という）が知られている（例えば下記の特許文献１）。ＲＣ－ＩＧＢＴは、ＩＧＢＴとダイオードとが別体である場合に比べ、有効面積を縮小して電流密度を高くでき、また放熱性が良いという利点もある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特許第５１０３８３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＣ－ＩＧＢＴには、チップ最表面の温度（Ｔｊ）が局所的に高くなるという問題がある。これは、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間の熱交換が不十分なことによって引き起こされると考えられる。
【０００５】
本開示は以上のような課題を解決するためになされたものであり、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域とを備える半導体装置において、チップの温度が局所的に高くなることを防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）として機能するＩＧＢＴ領域と、ダイオードとして機能する複数のダイオード領域と、を備えるＲＣ－ＩＧＢＴ（Reverse Conducting IGBT）のチップを備え、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域とを合わせた領域である有効領域内に、複数の前記ダイオード領域が島状に配置されており、１つの前記ダイオード領域の一辺の長さをＷＤ、隣り合う前記ダイオード領域の間隔をＷＩ、前記有効領域の一辺の長さをＷＣ、前記チップの厚みをｔとすると、２ｔ＜ＷＤ＜５ｔ、２ｔ＜ＷＩ＜５ｔ、ＷＤ＋ＷＩ＜ＷＣ／６の関係が満たされている。
【発明の効果】
【０００７】
本開示に係る半導体装置によれば、ダイオード領域とＩＧＢＴ領域との間の放熱性が向上し、チップの温度が局所的に高くなることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
実施の形態１に係る半導体装置のチップの平面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のチップにおける温度分布を示す図である。
比較例の半導体装置のチップにおける温度分布を示す図である。
実施の形態１に係る半導体装置と比較例の半導体装置との短絡耐量を比較した図である。
実施の形態１に係る半導体装置のＩＧＢＴ領域の平面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のＩＧＢＴ領域の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のＩＧＢＴ領域の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のダイオード領域の平面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のダイオード領域の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のダイオード領域の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置のＩＧＢＴ領域とダイオード領域との境界の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の終端領域の断面図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態１に係る半導体装置の製造方法を説明するための図である。
実施の形態２に係る半導体装置の平面図である。
実施の形態３に係る半導体装置の平面図である。
実施の形態４に係る半導体装置の構成を説明するための図である。
実施の形態５に係る半導体装置の構成を説明するための図である。
実施の形態６に係る半導体装置のＩＧＢＴ領域とダイオード領域との境界の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下の説明において、ｎおよびｐは半導体の導電型を示し、本開示においては、第１導電型をｎ型、第２導電型をｐ型として説明するが、第１導電型をｐ型、第２導電型をｎ型としてもよい。また、ｎ
－
は不純物濃度がｎよりも低濃度であることを示し、ｎ
＋
は不純物濃度がｎよりも高濃度であることを示す。同様に、ｐ
－
は不純物濃度がｐよりも低濃度であることを示し、ｐ
＋
は不純物濃度がｐよりも高濃度であることを示す。
【００１０】
また、各領域の不純物濃度の高さはピーク濃度によって規定されるものとする。すなわち、不純物濃度が高い（または低い）領域とは、不純物のピーク濃度が高い（または低い）領域を意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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