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公開番号2025168532
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-11-07
出願番号2025147180,2021146153
出願日2025-09-04,2021-09-08
発明の名称絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
出願人富士電機株式会社
代理人弁理士法人日栄国際特許事務所
主分類H10D 12/00 20250101AFI20251030BHJP()
要約【課題】ターンオン損失を低減でき、ゲート絶縁膜のスクリーニングが可能なIGBTを提供する。
【解決手段】絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、平面視で予め定められた延伸方向に延びるゲートトレンチ7aと、ゲートトレンチ7aの底面及び少なくとも一部の側面に設けられる第1絶縁膜8aと、ゲートトレンチ7aに、第1絶縁膜8aを介して埋め込まれた底部ゲート導電部材9aと、底部ゲート導電部材9aの上に設けられた第1分割絶縁膜10aと、ゲートトレンチ7aに、第1分割絶縁膜10aを介して埋め込まれた上部ゲート導電部材11aと、ゲートトレンチ7aの延伸方向の一端に重なったゲート表面電極16と、ゲート表面電極16と、底部ゲート導電部材9aとを電気的に接続する第1コンタクトホール13cと、ゲート表面電極16と、上部ゲート導電部材11aとを電気的に接続する第2コンタクトホール13aと、を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
平面視で予め定められた延伸方向に延びるゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチの底面及び少なくとも一部の側面に設けられる第１絶縁膜と、
前記ゲートトレンチに、前記第１絶縁膜を介して埋め込まれた底部ゲート導電部材と、
前記底部ゲート導電部材の上に設けられた第１分割絶縁膜と、
前記ゲートトレンチに、前記第１分割絶縁膜を介して埋め込まれた上部ゲート導電部材と、
前記ゲートトレンチの延伸方向の一端に重なったゲート表面電極と、
前記ゲート表面電極と、前記底部ゲート導電部材とを電気的に接続する第１コンタクトホールと、
前記ゲート表面電極と、前記上部ゲート導電部材とを電気的に接続する第２コンタクトホールと、
を備える絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記第２コンタクトホールは、前記第１コンタクトホールとは分離して設けられる
請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項３】
平面視で、前記延伸方向に延びるダミートレンチと、
前記ダミートレンチの底面及び少なくとも一部の側面に設けられる第２絶縁膜と、
前記ダミートレンチに、前記第２絶縁膜を介して埋め込まれた底部ダミー導電部材と、
前記底部ダミー導電部材の上に設けられた第２分割絶縁膜と、
前記底部ダミー導電部材を、前記ゲート表面電極と電気的に接続する第３コンタクトホールと、
をさらに備え、
前記第３コンタクトホールは、前記第１コンタクトホールと隣り合う位置に設けられる
請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記第３コンタクトホールは、前記第１コンタクトホールとつながっている
請求項３に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記ダミートレンチに、前記第２分割絶縁膜を介して埋め込まれた上部ダミー導電部材と、
エミッタ表面電極と、
前記上部ダミー導電部材と、前記エミッタ表面電極とを電気的に接続する第４コンタクトホールと、
をさらに備え、
前記第４コンタクトホールは、平面視で、前記延伸方向において前記ゲート表面電極よりも内側に設けられる
請求項３に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記延伸方向において、前記第２コンタクトホールは、前記第１コンタクトホールと前記第４コンタクトホールとの間に位置する
請求項５に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチは、交互に設けられる
請求項３に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項８】
第１導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上に設けられた第２導電型のベース領域と、
前記ベース領域の上面に設けられた、前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域の上面に、前記エミッタ領域よりも深くまで設けられた、前記ベース領域よりも高不純物濃度の第２導電型のコンタクト領域と、
前記ベース領域と前記ドリフト層との間に設けられた第１導電型の蓄積層と、
をさらに備える
請求項１に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項９】
前記エミッタ領域と前記コンタクト領域は、前記延伸方向に交互に設けられる
請求項８に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。
【請求項１０】
前記ドリフト層の下面に設けられた、前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型のフィールドストップ層と、
前記フィールドストップ層の下面に設けられた、第２導電型のコレクタ領域と、
前記コレクタ領域の下面に設けられたコレクタ裏面電極と、
をさらに備える
請求項８に記載の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレンチゲート型の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、トレンチゲート型ＩＧＢＴでは、ゲートトレンチの間隔を狭く配置することにより高濃度のキャリア蓄積層を設けても耐圧を保持することができる。その場合、ゲートトレンチの密度が高くなり、ゲートチャージ容量Ｑgが増大してしまう。そこで、ゲートトレンチの一部をエミッタ電位に接続したダミートレンチにすることにより、ゲートチャージ容量Ｑgの増大を解消している。しかし、ダミートレンチを設けることによりゲートトレンチ周辺の電位が引き下げられ、ＩＧＢＴのターンオン途中でゲート・コレクタ間容量Ｃ
ＧＣ
が増加してコレクタ電圧テールの発生を招く。そのため、ターンオン損失が増大する。
【０００３】
非特許文献１には、ゲートトレンチ内の電極を上下に２分割して、上部電極をゲート電位に、下部電極をエミッタ電位に接続した分割ゲート構造が提案されている。分割ゲート構造により、ゲート・コレクタ間容量Ｃ
ＧＣ
を低減して低損失のＩＧＢＴを実現している。また、特許文献１では、ダミートレンチの電極を２分割し、上部導電部材をエミッタ電位に、下部導電部材をゲート電位に接続してゲート・コレクタ間容量Ｃ
ＧＣ
及びコレクタ・エミッタ間容量Ｃ
ＣＥ
を調整することが記載されている。
【０００４】
非特許文献１のゲートトレンチの下部電極や特許文献１の下部導電部は、エミッタ電位に接続されているため、電圧を印加してゲートトレンチあるいはダミートレンチの絶縁膜の耐圧検査のスクリーニングが困難である。製造工程途中でスクリーニングすることは可能ではあるが、製造コストの増加を招いてしまう。特許文献１では、ゲート電極が隣り合っているため、ターンオン時に上面側に蓄積される正孔が電位を押し上げ、変位電流がゲート電極に流れる。そのため、過渡電流の変化率di/dtが増加してノイズが増大してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
国際公開第２０１８／０７４４２７号公報
【非特許文献】
【０００６】
K. 西（Nishi）他、「低損失・EMI雑音のCSTBTTMベースのスプリットゲートRC-IGBT（CSTBTTM based split-gate RC-IGBT with low loss and EMI noise）」、第３２回パワー半導体デバイス国際シンポジウム会報（Proceedings of the 32nd International Symposium on Power Semiconductor Devices & ICs （ISPSD））、２０２０年９月、ｐｐ．１３８－１４１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記問題点を鑑み、ターンオン損失を低減でき、ゲート絶縁膜のスクリーニングが可能な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、平面視で予め定められた延伸方向に延びるゲートトレンチと、ゲートトレンチの底面及び少なくとも一部の側面に設けられる第１絶縁膜と、ゲートトレンチに、第１絶縁膜を介して埋め込まれた底部ゲート導電部材と、底部ゲート導電部材の上に設けられた第１分割絶縁膜と、ゲートトレンチに、第１分割絶縁膜を介して埋め込まれた上部ゲート導電部材と、ゲートトレンチの延伸方向の一端に重なったゲート表面電極と、ゲート表面電極と、底部ゲート導電部材とを電気的に接続する第１コンタクトホールと、ゲート表面電極と、上部ゲート導電部材とを電気的に接続する第２コンタクトホールと、を備える絶縁ゲート型バイポーラトランジスタであることを要旨とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、ターンオン損失を低減でき、ゲート絶縁膜のスクリーニングが可能な絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
本発明の第１実施形態に係るＩＧＢＴの一例を示す平面概略図である。
図１中のＡ－Ａ線方向から見た断面を含む斜視概略図である。
図１中のＢ－Ｂ線方向から見た断面概略図である。
図２中のＣ－Ｃ線方向から見た断面概略図である。
第１実施形態に係るＩＧＢＴのターンオン波形の一例を示す図である。
第１実施形態に係るＩＧＢＴのターンオン中のゲートトレンチ周辺の電位分布の一例を示す図である。
比較例のＩＧＢＴの一例を示す断面概略図である。
比較例のＩＧＢＴのターンオン波形の一例を示す図である。
比較例のＩＧＢＴのターンオン中のゲートトレンチ周辺の電位分布の一例を示す図である。
第１実施形態の第１変形例に係るＩＧＢＴの一例を示す平面概略図である。
図１０中のＤ－Ｄ線方向から見た断面概略図である。
図１０中のＥ－Ｅ線方向から見た断面概略図である。
第１実施形態の第２変形例に係るＩＧＢＴの一例を示す平面概略図である。
図１３中のＦ－Ｆ線方向から見た断面概略図である。
図１３中のＧ－Ｇ線方向から見た断面概略図である。
第２実施形態に係るＩＧＢＴの一例を示す断面概略図である。
第３実施形態に係るＩＧＢＴの一例を示す平面概略図である。
図１７中のＨ－Ｈ線方向から見た断面概略図である。
図１７中のＩ－Ｉ線方向から見た断面概略図である。
図１７中のＪ－Ｊ線方向から見た断面概略図である。
第３実施形態に係るＩＧＢＴのトレンチとダイオードとの接続の一例を示す断面概略図である。
第３実施形態に係るＩＧＢＴのターンオン波形の一例を示す図である。
第３実施形態に係るＩＧＢＴのターンオフ波形の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

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