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公開番号2025002289
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-01-09
出願番号2023102361
出願日2023-06-22
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H10D 84/83 20250101AFI20241226BHJP()
要約【課題】半導体装置の有効面積を大きくは損なうことなく、半導体装置のターンオン時における電流の急激な立ち上がりを抑制することができる半導体装置を提供する。
【解決手段】半導体基板SB上の平面レイアウトはスイッチングについての閾値電圧の分布を有している。前記閾値電圧についての階級幅100mVの複数の階級と、前記複数の階級のそれぞれに属する前記平面レイアウトの面積に対応した複数の度数と、でヒストグラムが定義される場合に、前記平面レイアウトは、前記複数の階級のうちの異なる階級に属する複数の領域RG1～RGnを有している。前記複数の領域RG1～RGnは第1から第3の領域RG1～RG3を含む。前記ヒストグラムは、正規分布PNMを基準として、前記正規分布PNMから連続して低電圧側に裾を引く分布PFLを有している。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタである半導体装置であって、
第１導電型を有するドリフト層を含む半導体基板と、
前記半導体装置のスイッチングのための、ゲート電極およびゲート絶縁膜を有するゲート構造と、
を備え、
前記半導体基板上の平面レイアウトが前記スイッチングについての閾値電圧の分布を有し、
前記閾値電圧についての階級幅１００ｍＶの複数の階級と、前記複数の階級のそれぞれに属する前記平面レイアウトの面積に対応した複数の度数と、でヒストグラムが定義される場合に、前記平面レイアウトは、前記複数の階級のうちの異なる階級に属する複数の領域を有しており、前記複数の領域は第１から第３の領域を含み、前記ヒストグラムは、正規分布を基準として、前記正規分布から連続して低電圧側に裾を引く分布を有している、半導体装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタである半導体装置であって、
第１導電型を有するドリフト層を含む半導体基板と、
前記半導体装置のスイッチングのための、ゲート電極およびゲート絶縁膜を有するゲート構造と、
を備え、
前記半導体基板上の平面レイアウトが前記スイッチングについての閾値電圧の分布を有し、
前記閾値電圧についての階級幅１００ｍＶの複数の階級と、前記複数の階級のそれぞれに属する前記平面レイアウトの面積に対応した複数の度数と、でヒストグラムが定義される場合に、前記平面レイアウトは、前記複数の階級のうちの異なる階級に属する複数の領域を有しており、前記複数の領域は第１から第３の領域を含み、前記ヒストグラムは、正規分布を基準として、前記正規分布から連続して高電圧側に裾を引く分布を有している、半導体装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板はさらに、前記第１導電型と異なる第２導電型を有するベース層を含み、
前記ベース層は、前記閾値電圧の前記分布に対応して、前記平面レイアウトにおいて不純物濃度分布を有している、半導体装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板はさらに、前記第１導電型と異なる第２導電型を有するベース層を含み、
前記ベース層は、前記閾値電圧の前記分布に対応して、前記平面レイアウトにおいて深さ分布を有している、半導体装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板はさらに、前記第１導電型を有するソース層を含み、
前記ソース層は、前記閾値電圧の前記分布に対応して、前記平面レイアウトにおいて深さ分布を有している、半導体装置。
【請求項６】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記ゲート絶縁膜は、前記閾値電圧の前記分布に対応して、前記平面レイアウトにおいて厚み分布を有している、半導体装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板には、前記ゲート構造が埋め込まれたトレンチが設けられており、
前記半導体基板はさらに、前記第１導電型と異なる第２導電型を有し、前記ゲート構造に面する部分を有するベース層を含み、前記ゲート構造に面する部分は、前記閾値電圧の前記分布に対応して、前記平面レイアウトにおいて面方位分布を有している、半導体装置。
【請求項８】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記平面レイアウトの前記複数の領域のうち最も大きな領域は前記半導体基板の中央を含む、半導体装置。
【請求項９】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板上に設けられ、一の方向に沿って延在する部分を含む、前記スイッチングのための電位を前記ゲート電極に印加するためのゲート配線をさらに備え、
前記平面レイアウトの前記複数の領域のうち互いに隣り合う領域間の境界は、前記一の方向に沿って延在する部分を含む、半導体装置。
【請求項１０】
請求項１または２に記載の半導体装置であって、
前記半導体基板上に、縁を有するエミッタ電極をさらに備え
前記複数の領域は、前記複数の領域のうちで最も大きい第１領域と、前記第１領域に比して高い前記閾値電圧を有する少なくとも１つの領域と、を含み、
前記平面レイアウトにおいて、前記エミッタ電極の前記縁の少なくとも一部は、前記少なくとも１つの領域に配置されている、半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
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、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタに関するものである。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
国際公開第２０１２／１４１１２１号（特許文献１）によれば、パワーＭＯＳＦＥＴ等の絶縁ゲートを有するパワー系能動素子を有する半導体装置において、アクティブセル領域に他の領域よりも閾値電圧が低く、かつ、占有面積が比較的狭い副アクティブセル領域が設けられる。これにより、オンになる際に副アクティブセル領域が先にオンするため、跳ね上がり電圧の発生を低減することができる旨が、上記文献によれば主張されている。
【０００３】
特開２０１６－１５４２１８号公報（特許文献２）によれば、半導体装置は、トランジスタセルとエンハンスメントセルとを含む。各トランジスタセルは、ドリフト構造と第１のｐｎ接合を形成するボディ区域を含む。トランジスタセルは、第１の制御信号が第１の閾値を越えるとボディ区域内に反転チャネルを形成する。遅延ユニットは、その後縁が第１の制御信号の後縁に対して遅延された第２の制御信号を生成する。エンハンスメントセルは、第２の制御信号が第１の閾値より低い第２の閾値を下回るとドリフト構造内に反転層を形成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
国際公開第２０１２／１４１１２１号
特開２０１６－１５４２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記国際公開第２０１２／１４１１２１号の技術において、単純に副アクティブセル領域を設けることでは、半導体装置のユーザが本来求めていたスイッチング特性からのずれが大きくなりやすい。
【０００６】
上記特開２０１６－１５４２１８号公報に開示された技術は、異種セルに異種ゲート電極を形成し、セルに応じた遅延信号を送る。これにより、一部のセルを先にターンオフさせ、キャリア排出を促進させている。これよりターンオフロスを低下させることができる。このように、セルごとに別個の制御信号を供する構成は、ターンオフロスの低減に限らず、様々な効果を得ることができるように構成することが可能であると考えられる。例えば、ターンオン時における電流の急激な立ち上がりを抑制することによって、半導体装置からの放射ノイズを抑えることも可能であると考えられる。しかしながら、複数の種類の制御信号を受けるためには、半導体装置が複数の種類の制御パッド（ゲートパッド）を有する必要がある。その結果、半導体装置にとっての有効面積が、大きく損なわれる。
【０００７】
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、その一の目的は、半導体装置の有効面積を大きくは損なうことなく、半導体装置のターンオン時における電流の急激な立ち上がりを抑制することができる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】
【０００８】
本開示に係る一態様は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタまたは逆導通絶縁ゲートバイポーラトランジスタである半導体装置であって、第１導電型を有するドリフト層を含む半導体基板と、前記半導体装置のスイッチングのための、ゲート電極およびゲート絶縁膜を有するゲート構造と、を備えている。前記半導体基板上の平面レイアウトが前記スイッチングについての閾値電圧の分布を有している。前記閾値電圧についての階級幅１００ｍＶの複数の階級と、前記複数の階級のそれぞれに属する前記平面レイアウトの面積に対応した複数の度数と、でヒストグラムが定義される場合に、前記平面レイアウトは、前記複数の階級のうちの異なる階級に属する複数の領域を有しており、前記複数の領域は第１から第３の領域を含み、前記ヒストグラムは、正規分布を基準として、前記正規分布から連続して低電圧側に裾を引く分布を有している。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る一態様によれば、ヒストグラムが、正規分布に比して低電圧側に裾を引く、連続した分布を有している。この分布を利用することによって、半導体装置の有効面積を大きくは損なうことなく、半導体装置のターンオン時における電流の急激な立ち上がりを抑制することができる。
【００１０】
本開示の目的、特徴、態様、および利点は、以下の詳細な説明と添付図面とによって、より明白となる。
【図面の簡単な説明】
（【００１１】以降は省略されています）

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