特許ウォッチ

公開番号2025132166
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-10
出願番号2024029546
出願日2024-02-29
発明の名称半導体装置及びそれを用いた電力変換装置
出願人ミネベアパワーデバイス株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H10D 12/00 20250101AFI20250903BHJP()
要約【課題】
同一チップ内にIGBTとダイオードを内蔵した逆導通IGBT(RC-IGBT)において、ダイオード領域が孤立したドット型であっても、ダイオードのゲート-アノード領域を小面積で設置可能であり、チップ当たりの電流密度向上が可能な半導体装置を提供する。
【解決手段】
同一チップ内にIGBTとダイオードとを有する半導体装置であって、前記IGBTは、ドリフト層と、前記ドリフト層内に形成された複数の第1のトレンチと、前記第1のトレンチ内に設けられたサイドウォール構造のゲート電極と、を備え、前記ダイオードは、前記ドリフト層と、前記ドリフト層内に形成された複数の第2のトレンチと、前記第2のトレンチ内に導電部材が埋め込まれた構造と、を備えることを特徴とする。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
同一チップ内にＩＧＢＴとダイオードとを有する半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴは、ドリフト層と、
前記ドリフト層内に形成された複数の第１のトレンチと、
前記第１のトレンチ内に設けられたサイドウォール構造のゲート電極と、を備え、
前記ダイオードは、前記ドリフト層と、
前記ドリフト層内に形成された複数の第２のトレンチと、
前記第２のトレンチ内に導電部材が埋め込まれた構造と、を備えることを特徴とする半導体装置。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ダイオードは、第１の部分と、前記第１の部分と異なる第２の部分を備え、
前記第１の部分は、前記第２のトレンチ内に前記導電部材が埋め込まれたトレンチゲート電極を有し、
前記第２の部分は、前記ドリフト層内に形成され、前記第２のトレンチよりも幅広であるとともにストライプ状に配置された複数の第３のトレンチと、
前記第３のトレンチの側壁に沿って形成された一対のサイドウォール構造のゲート電極と、を有し、
前記一対のサイドウォール構造のゲート電極と、前記トレンチゲート電極とが接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ダイオードは、前記ドリフト層上に形成され、前記複数の第２のトレンチに挟まれたアノード層を有するとともに、前記複数の第２のトレンチの間隔が広い領域と狭い領域とを有し、
前記第２のトレンチの間隔が狭い領域のアノード層が、前記第２のトレンチの間隔が広い領域のアノード層に対して高濃度であることを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記第２のトレンチ内に埋め込まれた導電部材は、前記ダイオードのカソード電極に接続されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴは、前記ドリフト層上に形成されたエミッタ層と、
前記エミッタ層と前記ＩＧＢＴのエミッタ電極とを接続するエミッタコンタクトと、を有し、
前記ダイオードは、前記ドリフト層上に形成されたアノード層と、
前記アノード層と前記ダイオードのアノード電極とを接続するアノードコンタクトと、を有し、
前記アノードコンタクトは、前記エミッタコンタクトより深さが浅いことを特徴とする半導体装置。
【請求項６】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴは、前記ドリフト層上に形成されたエミッタ層と、
前記エミッタ層と前記ＩＧＢＴのエミッタ電極とを接続するエミッタコンタクトと、を有し、
前記ダイオードは、前記ドリフト層上に形成されたアノード層と、
前記アノード層と前記ダイオードのアノード電極とを接続するアノードコンタクトと、を有し、
前記アノードコンタクトおよび前記エミッタコンタクトは、シリコン基板の上面より深く形成されていることを特徴とする半導体装置。
【請求項７】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ＩＧＢＴの前記ゲート電極は、第１の絶縁膜を介して前記第１のトレンチ内に設けられており、
前記ダイオードの前記導電部材は、第２の絶縁膜を介して前記第２のトレンチ内に埋め込まれており、
前記第２の絶縁膜は、前記第１の絶縁膜よりも厚いことを特徴とする半導体装置。
【請求項８】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記ダイオードは、前記ドリフト層上に形成されたｐ型層を有し、
前記第２のトレンチは、少なくとも底部の角部が前記ｐ型層で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項９】
請求項２に記載の半導体装置であって、
前記ダイオードは、前記ドリフト層上に形成されたｐ型層を有し、
前記第３のトレンチは、少なくとも底部の角部が前記ｐ型層で覆われていることを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の半導体装置であって、
前記半導体装置の平面視において、前記ダイオードは、前記ＩＧＢＴに囲まれて配置されていることを特徴とする半導体装置。
（【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】
本発明は、半導体装置の構造に係り、特に、同一チップ内にＩＧＢＴとダイオードを内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（ＲＣ－ＩＧＢＴ）に適用して有効な技術に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルな社会実現に向けた世界的な潮流により、パワー半導体の市場はＣＡＧＲ（年平均成長率）９．８％で堅調に成長している。近年、低損失化・低コスト化を実現する同一チップ内にＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）とダイオードを内蔵した逆導通ＩＧＢＴ（以降、「ＲＣ－ＩＧＢＴ」とも称する。）が製品化されている。
【０００３】
ＲＣ－ＩＧＢＴは、（１）ＩＧＢＴとダイオードのターミネーション領域を共通化できることによるチップサイズの低減、及び（２）ＩＧＢＴ領域またはダイオード領域で発生した損失がチップ全体で放熱されるために熱抵抗が低減できる、といったメリットがある。
【０００４】
これらＲＣ－ＩＧＢＴは、熱抵抗低減（温度均一化）と低オン電圧化を実現するために、ダイオードの配置をドット型やストライプ型といった様々な形状が提案されている。
【０００５】
本技術分野の背景技術として、例えば、特許文献１のような技術がある。特許文献１では、トレンチゲートとエミッタ層が基板の表面側に形成され、コレクタ層が基板の裏面側に形成されたＩＧＢＴと、トレンチゲートとアノード層が基板の表面側に形成され、カソード層が基板の裏面側に形成されたダイオードと、を備え、ダイオード部のトレンチゲートはＩＧＢＴ部のトレンチゲートと絶縁され、ＩＧＢＴ部のトレンチゲートは複数のストライプ部を備え、ダイオード部のトレンチゲートは複数のストライプ部を備え、ダイオード部のトレンチゲートは、ＩＧＢＴ部のトレンチゲートの伸長方向に、ＩＧＢＴ部のトレンチゲートとギャップを設けて配置され、該ギャップは平面視で千鳥形となることを特徴としている。
【０００６】
このような構造とすることで、ＩＧＢＴのトレンチゲートとダイオードのトレンチゲートの間の距離を短くしたり、ＩＧＢＴのトレンチゲートとダイオードのトレンチゲートの間にｐウェル層を設けたりすることで、ゲート容量を低減しつつ十分な耐圧を確保できるとしている。
【０００７】
また、特許文献２では、ＩＧＢＴのトレンチゲートとして、幅の広いトレンチの側壁にゲート電極を設けて、ゲートの寄生容量を低減し、ターンオンスイッチング期間中におけるｄｖ／ｄｔのゲート駆動回路による制御性を向上する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
特開２０１８－４１９８３号公報
特開２０１１－１１９４１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
上記特許文献２のように、幅の広いトレンチの側壁にゲート電極を設ける構造の場合は、ダイオード領域のゲート－アノード間の接続領域がサイドゲート部での平坦化構造が形成できないため、素子表面の電気的接続に必要なワイヤボンディングやリードフレーム実装時の機械的応力による素子破壊や、ゲート－アノード接続用のパターン面積の増大や、ワイヤボンディング時の接続位置の制限が発生し、有効なＲＣ－ＩＧＢＴ面積の縮小や、配置自由度が低下し、性能が劣化する課題がある。
【００１０】
上記特許文献１においても、このような課題については考慮されておらず、改善の余地がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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