(57)【要約】  本願の発明に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、ＩＧＢＴ領域とダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、基板の上面に設けられた第１電極と、基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、を備え、高抵抗領域は、基板の上面と第１電極との間のコンタクト抵抗または基板の裏面と第２電極との間のコンタクト抵抗が、ダイオード領域よりも大きく、高抵抗領域の幅は基板の厚さ以上である。
2020129186.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記高抵抗領域は、前記基板の上面と前記第１電極との間のコンタクト抵抗または前記基板の裏面と前記第２電極との間のコンタクト抵抗が、前記ダイオード領域よりも大きく、
前記高抵抗領域の幅は前記基板の厚さ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側にｎ型拡散層を有し、
前記ｎ型拡散層の不純物濃度は、前記カソード層よりも低く、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側に前記カソード層と不純物濃度が等しいｎ型拡散層を有し、
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分と、前記ｎ型拡散層と接触する部分は異なる材質で形成され、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分はＮｉＳｉから形成され、
前記第２電極のうち前記ｎ型拡散層と接触する部分はＡｌＳｉから形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域、前記ダイオード領域および前記高抵抗領域で、前記基板の上面と接するバリアメタルを有し、
前記基板のうち前記バリアメタルと接する部分の不純物濃度は、前記ＩＧＢＴ領域および前記ダイオード領域よりも前記高抵抗領域で低く、
前記高抵抗領域では、前記基板と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗が、前記ダイオード領域よりも大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記ベース層と前記アノード層と前記ｐ型拡散層は、不純物濃度が等しく、
前記基板は、前記ベース層と前記バリアメタルの間と、前記アノード層と前記バリアメタルの間に、前記アノード層よりも不純物濃度が高く、前記バリアメタルと接触するコンタクト層を有し、
前記高抵抗領域では、前記バリアメタルと接する部分の不純物濃度は前記コンタクト層の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層の不純物濃度は、前記ベース層よりも低く、
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域と前記高抵抗領域で前記基板の上面と接するバリアメタルと、前記バリアメタルの上に設けられ前記ダイオード領域で前記基板の上面と接する上部電極を有し、
前記ｐ型拡散層と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗は、前記アノード層と前記上部電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層は、不純物濃度と厚さが等しいことを特徴とする請求項１から４に何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側に前記カソード層と不純物濃度が等しいｎ型拡散層を有し、
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分と、前記ｎ型拡散層と接触する部分は異なる材質で形成され、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層の不純物濃度は、前記ベース層よりも低く、
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域と前記高抵抗領域で前記基板の上面と接するバリアメタルと、前記バリアメタルの上に設けられ前記ダイオード領域で前記基板の上面と接する上部電極を有し、
前記ｐ型拡散層と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗は、前記アノード層と前記上部電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ＲＣ−ＩＧＢＴ（Ｒｅｖｅｒｓｅ−ｃｏｎｄｕｃｔｉｎｇ−Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が開示されている。特許文献１の半導体装置において、半導体基板の第１主面側の領域Ａにエミッタ層が設けられ、領域Ｂにはエミッタ層が設けられない。また、半導体基板の第２主面側の領域ＡにコレクタＰ層が設けられ、領域ＢにカソードＮ層が設けられる。すなわち領域ＡではＩＧＢＴが構成され、領域Ｂではダイオードが構成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】日本特開２００８−５３６４８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＲＣ−ＩＧＢＴにおいて、ＩＧＢＴのゲート電圧が０Ｖのときにダイオードが動作する場合、ｎ型カソード領域からｎ型ドリフト層に注入された電子がｐ型アノード層に流入する。さらにｐ型アノード層からホールが注入されることで伝導度変調が起きる。これにより、低抵抗化を実現させている。【０００５】
一方、ＩＧＢＴにゲート電圧が印加されている状態でダイオードが動作した場合、スナップバックが発生することがある。ＩＧＢＴとダイオードの境界付近では、ＩＧＢＴで形成されたｎ型反転層によって、ダイオードのｎ型カソード領域とＩＧＢＴのｎ型エミッタ領域とが短絡された状態となる場合がある。この結果、ｎ型カソード層からｎ型ドリフト層に注入された電子は、ＩＧＢＴのｎ型反転層を経由してｎ型エミッタ領域を通過し、エミッタ電極へと抜ける。これにより、電子の移動による電圧降下がｐ型アノード層とｎ型ドリフト層のＰＮ接合のビルトイン電圧を超えるまで、スナップバックが発生し、ダイオードの伝導度変調が起こらない。従って、ダイオードの順方向電圧降下が大きくなり、ＲＣ−ＩＧＢＴにおいて損失が増大する。【０００６】
本発明は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、スナップバックを防ぐことができる半導体装置を得ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願の発明に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、該ＩＧＢＴ領域と該ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、該基板の上面に設けられた第１電極と、該基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、を備え、該高抵抗領域は、該基板の上面と該第１電極との間のコンタクト抵抗または該基板の裏面と該第２電極との間のコンタクト抵抗が、該ダイオード領域よりも大きく、該高抵抗領域の幅は該基板の厚さ以上である。【０００８】
本願の発明に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、該ＩＧＢＴ領域と該ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、該基板の上面に設けられた第１電極と、該基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、を備え、該ダイオード領域では、該基板は裏面側にカソード層を有し、該高抵抗領域では、該基板は裏面側に該カソード層と不純物濃度が等しいｎ型拡散層を有し、該第２電極のうち該カソード層と接触する部分と、該ｎ型拡散層と接触する部分は異なる材質で形成され、該ｎ型拡散層と該第２電極との間のコンタクト抵抗は、該カソード層と該第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きい。【０００９】
本願の発明に係る半導体装置は、ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、該ＩＧＢＴ領域と該ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、該基板の上面に設けられた第１電極と、該基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、を備え、該ＩＧＢＴ領域では、該基板は上面側にベース層を有し、該ダイオード領域では、該基板は上面側にアノード層を有し、該高抵抗領域では、該基板は上面側にｐ型拡散層を有し、該アノード層と該ｐ型拡散層の不純物濃度は、該ベース層よりも低く、該第１電極は、該ＩＧＢＴ領域と該高抵抗領域で該基板の上面と接するバリアメタルと、該バリアメタルの上に設けられ該ダイオード領域で該基板の上面と接する上部電極を有し、該ｐ型拡散層と該バリアメタルとの間のコンタクト抵抗は、該アノード層と該上部電極との間のコンタクト抵抗よりも大きい。
【発明の効果】
【００１０】
本願の発明に係る半導体装置では、高抵抗領域によってダイオード領域からＩＧＢＴ領域に電子が流れることを防止できる。従って、スナップバックを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の断面図である。
【図２】比較例に係る半導体装置の断面図である。
【図３】スナップバックを説明する図である。
【図４】ＩＧＢＴとダイオードが別個に設けられる場合のセル面積と熱抵抗の関係を示す図である。
【図５】ＲＣ−ＩＧＢＴにおける熱の広がりを説明する図である。
【図６】実施の形態１の第１の変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図７】実施の形態１の第２の変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図８】セル分割数と熱抵抗の関係を示す図である。
【図９】実施の形態１の第３の変形例に係る半導体装置の平面図である。
【図１０】実施の形態２に係る半導体装置の断面図である。
【図１１】実施の形態３に係る半導体装置の断面図である。
【図１２】実施の形態４に係る半導体装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態に係る半導体装置について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１３】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る半導体装置１００の断面図である。半導体装置１００は還流ダイオードを内蔵した絶縁ゲート型バイポーラトランジスタである。半導体装置１００は、基板１０と、基板１０の上面に設けられた第１電極２０と、基板１０の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極３０とを備える。基板１０は、ＩＧＢＴ領域４０と、ダイオード領域６０と、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０との間の高抵抗領域５０とを有する。
【００１４】
基板１０はｎ−ドリフト層１１を有する。ｎ−ドリフト層１１の裏面側にはｎバッファ層１２が設けられる。ｎバッファ層１２は、後述するｐコレクタ層４７、ｎ型拡散層５７およびｎ＋カソード層６７を覆うように基板１０の全面に形成されている。
【００１５】
ＩＧＢＴ領域４０において、ｎ−ドリフト層１１の上面側には、ｐベース拡散層４２が設けられる。ＩＧＢＴ領域４０にはゲート電極４３が設けられる。ゲート電極４３は、基板１０の上面からｐベース拡散層４２の下端よりも下方まで延びる。ゲート電極４３の周囲には、ゲート酸化膜４４が設けられる。
【００１６】
基板１０の上面側には、ｎ＋エミッタ拡散層４５が設けられる。ｎ＋エミッタ拡散層４５は、ｐベース拡散層４２よりも浅く形成される。ＩＧＢＴ領域４０において、ｎ＋エミッタ拡散層４５はゲート電極４３の両側に設けられる。また、基板１０の上面側において、２つのｎ＋エミッタ拡散層４５の間には、ｐ＋コンタクト拡散層４６が設けられる。ＩＧＢＴ領域４０において、ｎバッファ層１２の裏面側には、ｐコレクタ層４７が設けられる。
【００１７】
ダイオード領域６０において、ｎ−ドリフト層１１の上面側には、ｐアノード拡散層６２が設けられる。また、基板１０の上面側には、ｐ＋コンタクト拡散層６６が設けられる。ｐ＋コンタクト拡散層６６は、ｐアノード拡散層６２よりも浅く形成される。ダイオード領域６０にはゲート電極６３が設けられる。ゲート電極６３は、基板１０の上面からｐアノード拡散層６２の下端よりも下方まで延びる。ゲート電極６３の周囲には、ゲート酸化膜が設けられる。なお、ゲート電極６３は、エミッタと短絡しており、動作しない。ダイオード領域６０において、ｎバッファ層１２の裏面側には、ｎ＋カソード層６７が設けられる。
【００１８】
高抵抗領域５０において、基板１０の上面側の構造はダイオード領域６０と同じである。高抵抗領域５０では、基板１０は上面側にｐ型拡散層５２を有する。ｐアノード拡散層６２とｐ型拡散層５２は、不純物濃度と厚さが等しい。高抵抗領域５０の上面には、ｐ＋コンタクト拡散層６６を設けても良い。図１では高抵抗領域５０の全面にｐ＋コンタクト拡散層６６が配置されている。これに限らず、ｐ＋コンタクト拡散層６６は高抵抗領域５０の上面のうち一部に配置されていても良い。高抵抗領域５０において、ｎバッファ層１２の裏面側には、ｎ型拡散層５７が設けられる。ｎ型拡散層５７の不純物濃度は、ｎ＋カソード層６７よりも低い。
【００１９】
第１電極２０は、ＩＧＢＴ領域４０、ダイオード領域６０および高抵抗領域５０で、基板１０の上面と接するバリアメタル２１を有する。バリアメタル２１は相互拡散を防止するために設けられる。バリアメタルは例えばＴｉから形成される。また、ゲート電極４３、６３の上には、層間膜２２が設けられる。層間膜２２は例えばＳｉＯ２から形成される。バリアメタル２１と層間膜２２の上には、上部電極２３が設けられる。上部電極２３は、ＩＧＢＴ領域４０においてはエミッタ電極であり、ダイオード領域６０ではアノード電極である。上部電極２３は例えばＡｌＳｉから形成される。上部電極２３はＡｌから形成されても良い。
【００２０】
第２電極３０は、ＩＧＢＴ領域４０においてはコレクタ電極であり、ダイオード領域６０ではカソード電極である。第２電極３０は例えばＡｌＳｉから形成される。第２電極３０はＡｌから形成されても良い。
【００２１】
次に、ｎ型拡散層５７の不純物濃度をｎ＋カソード層６７に比べて低くする方法を説明する。基板１０の裏面において、高抵抗領域５０とダイオード領域６０にイオン注入を行った後、ダイオード領域６０にのみ再びイオン注入を行う。
【００２２】
また、写真製版用マスクの高抵抗領域５０に対応する部分に細かいスリットを形成しても良い。スリットにより注入されるイオンの量が制限され、ｎ型拡散層５７の不純物濃度をｎ＋カソード層６７に比べて低くすることができる。この方法では、一回の写真製版で異なる濃度の拡散層を形成することができる。従って、写真製版工程を追加することによる製造コストの上昇を防止できる。
【００２３】
各層の不純物濃度は、ｎ＋およびｐ＋が１０１３ｉｏｎ／ｃｍ２以上、ｎおよびｐが１０１３〜１０１１ｉｏｎ／ｃｍ２、ｎ−およびｐ−が１０１１ｉｏｎ／ｃｍ２以下である。また、ｎ＋カソード層６７の濃度はｐコレクタ層４７の濃度と比較して非常に大きく設定される。これにより、仕事関数の大きいＡｌＳｉと、ｎ＋カソード層６７とのオーミック接触が可能になる。
【００２４】
図２は、比較例に係る半導体装置１００ａの断面図である。半導体装置１００ａは、高抵抗領域５０が設けられていない点が半導体装置１００と異なる。基板１０の裏面におけるｐコレクタ層４７とｎ＋カソード層６７の境界は、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０の境界と一致する。
【００２５】
図３は、スナップバックを説明する図である。図３では便宜上、半導体装置１００ａの構造を簡略化している。ダイオードの動作時にｎ＋カソード層６７とゲート反転層との距離が近いと、矢印８１に示されるように、ｎ＋カソード層６７からの電子がエミッタ電極へ流れ、スナップバックが発生する。従って、ダイオードの順方向電圧降下が大きくなり、半導体装置１００ａの損失が増大する場合がある。
【００２６】
これに対し本実施の形態では、ｎ型拡散層５７の不純物濃度がｎ＋カソード層６７に比べて低い。このため、ｎ型拡散層５７と第２電極３０との間のコンタクト抵抗は、ｎ＋カソード層６７と第２電極３０との間のコンタクト抵抗よりも大きい。また、ｎ型拡散層５７と第２電極３０との間のコンタクト抵抗は、ｐコレクタ層４７と第２電極３０との間のコンタクト抵抗よりも大きい。このとき、高抵抗領域５０は、ＩＧＢＴおよびダイオードのどちらの動作にも寄与しない。つまり、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０との間に電流が流れない非通電領域が形成される。
【００２７】
本実施の形態では、高抵抗領域５０によって、ｎ＋カソード層６７とゲート反転層の距離を大きく確保できる。従って、ダイオードの通電時にｎ＋カソード層６７からエミッタ電極に電子が流れることを抑制できる。同様に、ＩＧＢＴの通電時にエミッタ電極からｎ＋カソード層６７に電子が流れることを抑制できる。従って、スナップバックを防止でき、半導体装置１００の損失を低減できる。
【００２８】
また、高抵抗領域５０の幅は基板１０の厚さ以上である。高抵抗領域５０の幅が大きいほど、ダイオードの通電時にｎ＋カソード層６７からエミッタ電極に流れる電子を抑制し易い。特に、高抵抗領域５０の幅がウエハ厚さ以上の場合に、スナップバックが確実に防げることが実験により確認されている。ここで、高抵抗領域５０の幅はｎ型拡散層５７の幅と等しい。
【００２９】
図４は、ＩＧＢＴとダイオードが別個に設けられる場合のセル面積と熱抵抗の関係を示す図である。ＩＧＢＴとダイオードを別々のチップとして設ける場合、一般にチップの熱抵抗はチップ面積と厚さによって決定される。熱抵抗はチップ面積であるセル面積が大きいほど小さくなる。従って、熱抵抗を改善するために、チップ面積を大きくする必要が生じる場合がある。このため、ＩＧＢＴを備えるインバータ装置の小型化、軽量化および低コスト化が妨げられることがある。
【００３０】
一方、ＲＣ−ＩＧＢＴでは、ＩＧＢＴセルとダイオードセルが同一半導体基板上に形成される。このため、ＩＧＢＴセルが動作しているときはダイオードセルが、ダイオードセルが動作しているときはＩＧＢＴセルが放熱に寄与することができる。従って、ＩＧＢＴとダイオードが別個に設けられる場合よりも熱抵抗を改善できる。
【００３１】
ただし、インバータ動作するような連続動作時には、ＩＧＢＴの動作時に発生した熱が完全に放熱される前にダイオードの動作が始まる場合がある。このとき、ＩＧＢＴとダイオードとで熱干渉が発生する。このため、定常通電時よりも熱抵抗が大きくなる可能性がある。
【００３２】
図５は、ＲＣ−ＩＧＢＴにおける熱の広がりを説明する図である。図５は、ＲＣ−ＩＧＢＴの定常熱のシミュレーション結果である。発熱領域８２は、動作している素子が形成されているブロックを示す。非発熱領域８３は動作していない素子が形成されているブロックを示す。破線枠に示される領域８４は、発熱源である発熱領域８２からの熱が広がる領域を示す。図５において、熱の広がる領域８４は、発熱源である発熱領域８２よりも広い。
【００３３】
これに対し本実施の形態では、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０の間に電流の流れにくい高抵抗領域５０が設けられる。つまり、半導体装置１００に、発熱を伴わず、放熱のみに寄与する領域を形成できる。これにより、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０が連続動作時の熱干渉を受けにくくなる。従って、熱抵抗を低減し、放熱性を高めることができる。
【００３４】
発熱部から距離が大きくなるほど、熱の影響は低減される。本実施の形態では、高抵抗領域５０の幅を基板１０の厚さ以上にすることで、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０において、互いの熱の影響を低減できる。
【００３５】
以上から、本実施の形態では、ＩＧＢＴとダイオードとの境界領域で発生するスナップバック等の不具合を抑制しつつ、熱抵抗を低減させることができる。ここで、高抵抗領域５０を設けた分、半導体装置１００全体のアクティブ領域は減少する。しかし、上記の効果により、半導体装置１００全体の損失を低減できる。
【００３６】
また、一般に、不純物濃度が濃いｐ層がダイオード領域に接していると、リカバリ動作時にｐ層に過剰にホールが流入する場合がある。これにより、リカバリ破壊が発生する可能性がある。これに対し本実施の形態では、ｐアノード拡散層６２とｐ型拡散層５２は、不純物濃度と厚さが等しい。従って、リカバリ破壊を防止できる。
【００３７】
本実施の形態の半導体装置１００は、例えば電力用半導体装置であるパワーデバイスとして使用される。半導体装置１００は、例えば家電製品、電気自動車、鉄道分野、再生可能エネルギーである太陽光発電または風力発電の分野において用いられても良い。半導体装置１００を用いてインバータ回路を構築し、誘導モータなどの誘導性負荷を駆動しても良い。半導体装置１００でインバータ回路を形成する場合、ダイオード領域６０は、誘導性負荷の逆起電力により生じる電流を還流させる為の還流ダイオードとして機能する。
【００３８】
図６は、実施の形態１の第１の変形例に係る半導体装置２００の平面図である。半導体装置２００のように、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０が交互に配置されたストライプ構造を形成しても良い。隣接するＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０の間には、高抵抗領域５０が配置される。また、ＩＧＢＴ領域４０、高抵抗領域５０およびダイオード領域６０が形成される領域の周囲には、終端領域７０が設けられる。
【００３９】
図７は、実施の形態１の第２の変形例に係る半導体装置３００の平面図である。半導体装置３００では、半導体装置２００と比較してＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０の幅が狭い。半導体装置３００では、半導体装置２００よりもセル分割数が多い。図８は、セル分割数と熱抵抗の関係を示す図である。セル分割数を増やすことで熱抵抗を低減できる。半導体装置３００に含まれるＩＧＢＴ領域４０、高抵抗領域５０およびダイオード領域６０の数は、図７に示されるものに限らない。
【００４０】
図９は、実施の形態１の第３の変形例に係る半導体装置４００の平面図である。半導体装置４００では、ダイオード領域６０を高抵抗領域５０が囲み、高抵抗領域５０をＩＧＢＴ領域４０が囲む。ＩＧＢＴ領域４０、高抵抗領域５０およびダイオード領域６０のレイアウトとして、ＩＧＢＴ領域４０とダイオード領域６０の間に高抵抗領域５０が配置されたあらゆるレイアウトを採用できる。また、必要とされる放熱性などに応じて、高抵抗領域５０の幅を基板１０の厚さより小さくしても良い。
【００４１】
これらの変形は以下の実施の形態に係る半導体装置について適宜応用することができる。なお、以下の実施の形態に係る半導体装置については実施の形態１との共通点が多いので、実施の形態１との相違点を中心に説明する。
【００４２】
実施の形態２．
図１０は、実施の形態２に係る半導体装置５００の断面図である。本実施の形態では、高抵抗領域５０の構造が実施の形態１と異なる。半導体装置５００にはｎ型拡散層５７は形成されない。基板１０の裏面側において、ｎ＋カソード層６７はダイオード領域６０と高抵抗領域５０に設けられる。
【００４３】
ｐベース拡散層４２、ｐ型拡散層５２およびｐアノード拡散層６２は、不純物濃度および厚さが等しい。基板１０は、ｐベース拡散層４２とバリアメタル２１の間と、ｐアノード拡散層６２とバリアメタル２１の間に、ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６を有する。ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６はｐベース拡散層４２、ｐ型拡散層５２およびｐアノード拡散層６２よりも不純物濃度が高い。ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６はバリアメタル２１と接触する。また、高抵抗領域５０はｐ＋コンタクト拡散層４６、６６を有さない。従って、高抵抗領域５０では、バリアメタル２１と接する部分の不純物濃度が、ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６の不純物濃度よりも低い。
【００４４】
ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６は、コンタクト抵抗を低減させるための層である。高濃度のｐ＋コンタクト拡散層４６、６６を形成することで、基板１０と、仕事関数の小さいＴｉとの間にオーミック接触を形成できる。
【００４５】
本実施の形態では、ｐ＋コンタクト拡散層４６、６６を選択的に配置する。このため、基板１０のうちバリアメタル２１と接する部分の不純物濃度は、ＩＧＢＴ領域４０およびダイオード領域６０よりも高抵抗領域５０で低い。よって、高抵抗領域５０において、Ｔｉ電極であるバリアメタル２１と基板１０との間でオーミック接触が形成されない。つまり、高抵抗領域５０では、基板１０とバリアメタル２１との間のコンタクト抵抗が、ＩＧＢＴ領域４０およびダイオード領域６０よりも大きい。よって、コンタクト抵抗が大きい高抵抗領域５０が形成される。従って、本実施の形態においても、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果を得ることができる。
【００４６】
また、高抵抗領域５０の幅は基板１０の厚さ以上である。ここで、高抵抗領域５０の幅は、ｐコレクタ層４７とｎ＋カソード層６７の境界と、ダイオード領域６０のｐ＋コンタクト拡散層６６とに挟まれた領域の幅である。これにより、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果をさらに向上できる。
【００４７】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る半導体装置６００の断面図である。半導体装置６００では、基板１０に裏面側の構造および第２電極６３０の構造が実施の形態１と異なる。ダイオード領域６０では、基板１０は裏面側にｎ＋カソード層６６７を有する。高抵抗領域５０では、基板１０は裏面側にｎ型拡散層６５７を有する。ｎ型拡散層６５７は、ｎ＋カソード層６６７と不純物濃度および厚さが等しい。
【００４８】
ｎ型拡散層６５７とｎ＋カソード層６６７の不純物濃度は、１０１３〜１０１４ｉｏｎ／ｃｍ２である。ｎ型拡散層６５７とｎ＋カソード層６６７の不純物濃度は、実施の形態１のｎ＋カソード層６７の不純物濃度より低い。
【００４９】
第２電極３０のうちｐコレクタ層４７およびｎ＋カソード層６６７と接触する電極６３１と、ｎ型拡散層６５７と接触する電極６３２は異なる材質で形成される。ｐコレクタ層４７およびｎ＋カソード層６６７と接触する電極６３１はＮｉＳｉから形成される。ｎ型拡散層６５７と接触する電極６３２はＡｌＳｉから形成される。電極６３２はＡｌから形成されても良い。
【００５０】
一般に、ＮｉＳｉは低濃度のｎ層と低抵抗でコンタクトすることができる。ｎ＋カソード層６６７の不純物濃度を一般的な構造よりも低く設定することで、ｐコレクタ層４７およびｎ＋カソード層６６７と第２電極６３０との間に低抵抗のコンタクトを形成できる。ｎ＋カソード層６６７の不純物濃度は、例えば、ｎバッファ層１２より高く、ｎ＋エミッタ拡散層４５より低い。
【００５１】
高抵抗領域５０の電極６３２はＡｌＳｉで形成される。一般にＡｌＳｉは、低濃度のｎ層との間でコンタクト抵抗が大きい。このため、ｎ型拡散層６５７は電極６３２との間のコンタクト抵抗が大きい。従って、ｎ型拡散層６５７と第２電極６３０との間のコンタクト抵抗は、ｎ＋カソード層６６７と第２電極６３０との間のコンタクト抵抗よりも大きい。また、ｎ型拡散層６５７と第２電極６３０との間のコンタクト抵抗は、ｐコレクタ層４７と第２電極６３０との間のコンタクト抵抗よりも大きい。よって、コンタクト抵抗が大きい高抵抗領域５０が形成される。従って、本実施の形態においても、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果を得ることができる。
【００５２】
また、高抵抗領域５０の幅は基板１０の厚さ以上であっても良い。ここで、高抵抗領域５０の幅は、電極６３２の幅である。これにより、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果をさらに向上できる。
【００５３】
実施の形態４．
図１２は、実施の形態４に係る半導体装置７００の断面図である。半導体装置７００では、基板１０の上面側の構造と第１電極７２０の構造が実施の形態２と異なる。ＩＧＢＴ領域４０では、基板１０は上面側にｐベース拡散層４２を有する。ダイオード領域６０では、基板１０は上面側にｐアノード拡散層７６２を有する。高抵抗領域５０では、基板１０は上面側にｐ型拡散層７５２を有する。ｐアノード拡散層７６２とｐ型拡散層７５２の不純物濃度は、ｐベース拡散層４２よりも低い。
【００５４】
第１電極７２０は、ＩＧＢＴ領域４０と高抵抗領域５０で基板１０の上面と接するバリアメタル２１を有する。また、第１電極７２０は、バリアメタル２１の上に設けられた上部電極２３を有する。上部電極２３は、ダイオード領域６０で基板１０の上面と接する。
【００５５】
一般に、Ｔｉ等から形成されるバリアメタルを低濃度のｐ−層に接触させると、コンタクト抵抗が増大する。このため、本実施の形態では、ｐ型拡散層７５２とバリアメタル２１との間のコンタクト抵抗が大きくなる。一方で、ｐアノード拡散層７６２の直上にはバリアメタル２１が設けられない。ｐアノード拡散層７６２は、ＡｌＳｉから形成されたアノード電極である上部電極２３と接触する。従って、ダイオード領域６０でのコンタクト抵抗の増大を防止できる。
【００５６】
以上から、本実施の形態では、ｐ型拡散層７５２とバリアメタル２１との間のコンタクト抵抗は、ｐアノード拡散層７６２と上部電極２３との間のコンタクト抵抗よりも大きい。よって、コンタクト抵抗が大きい高抵抗領域５０が形成される。本実施の形態では、基板１０の上面と第１電極２０との間のコンタクト抵抗が、高抵抗領域５０でＩＧＢＴ領域４０およびダイオード領域６０よりも大きい。このため、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果を得ることができる。
【００５７】
また、高抵抗領域５０の幅は基板１０の厚さ以上であっても良い。ここで、高抵抗領域５０の幅は、ｐコレクタ層４７とｎ＋カソード層６７の境界と、バリアメタル２１のダイオード領域６０側の端部とに挟まれた領域の幅である。これにより、スナップバックの防止および熱抵抗の低減の効果をさらに向上できる。
【００５８】
また、本実施の形態ではｐアノード拡散層７６２の不純物濃度が薄い。このため、リカバリ電流を低減させることができる。従って、リカバリ破壊を防止できる。
【００５９】
なお、各実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。例えば、実施の形態１と２を組み合わせても良く、実施の形態３と４を組み合わせても良い。
【符号の説明】
【００６０】
１００、２００、３００、４００、５００、６００、７００  半導体装置、１０  基板、２０、７２０  第１電極、２１  バリアメタル、２３  上部電極、３０、６３０  第２電極、６３１、６３２  電極、４０  ＩＧＢＴ領域、４２  ｐベース拡散層、５０  高抵抗領域、５２、７５２  ｐ型拡散層、５７、６５７  ｎ型拡散層、６０  ダイオード領域、６２、７６２  ｐアノード拡散層、６７、６６７  ｎ＋カソード層
【図１】
2020129186.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【手続補正書】
【提出日】令和3年5月18日(2021.5.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記高抵抗領域は、前記基板の上面と前記第１電極との間のコンタクト抵抗または前記基板の裏面と前記第２電極との間のコンタクト抵抗が、前記ダイオード領域よりも大きく、
前記高抵抗領域の幅は前記基板の厚さ以上であることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側にｎ型拡散層を有し、
前記ｎ型拡散層の不純物濃度は、前記カソード層よりも低く、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側に前記カソード層と不純物濃度が等しいｎ型拡散層を有し、
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分と、前記ｎ型拡散層と接触する部分は異なる材質で形成され、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分はＮｉＳｉから形成され、
前記第２電極のうち前記ｎ型拡散層と接触する部分はＡｌＳｉから形成されることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域、前記ダイオード領域および前記高抵抗領域で、前記基板の上面と接するバリアメタルを有し、
前記基板のうち前記バリアメタルと接する部分の不純物濃度は、前記ＩＧＢＴ領域および前記ダイオード領域よりも前記高抵抗領域で低く、
前記高抵抗領域では、前記基板と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗が、前記ダイオード領域よりも大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記ベース層と前記アノード層と前記ｐ型拡散層は、不純物濃度が等しく、
前記基板は、前記ベース層と前記バリアメタルの間と、前記アノード層と前記バリアメタルの間に、前記アノード層よりも不純物濃度が高く、前記バリアメタルと接触するコンタクト層を有し、
前記高抵抗領域では、前記バリアメタルと接する部分の不純物濃度は前記コンタクト層の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層の不純物濃度は、前記ベース層よりも低く、
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域と前記高抵抗領域で前記基板の上面と接するバリアメタルと、前記バリアメタルの上に設けられ前記ダイオード領域で前記基板の上面と接する上部電極を有し、
前記ｐ型拡散層と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗は、前記アノード層と前記上部電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層は、不純物濃度と厚さが等しいことを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記ダイオード領域では、前記基板は裏面側にカソード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は裏面側に前記カソード層と不純物濃度が等しいｎ型拡散層を有し、
前記第２電極のうち前記カソード層と接触する部分と、前記ｎ型拡散層と接触する部分は異なる材質で形成され、
前記ｎ型拡散層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗は、前記カソード層と前記第２電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【請求項１０】
ＩＧＢＴ領域と、ダイオード領域と、前記ＩＧＢＴ領域と前記ダイオード領域との間の高抵抗領域と、を有する基板と、
前記基板の上面に設けられた第１電極と、
前記基板の上面と反対側の面である裏面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記ＩＧＢＴ領域では、前記基板は上面側にベース層を有し、
前記ダイオード領域では、前記基板は上面側にアノード層を有し、
前記高抵抗領域では、前記基板は上面側にｐ型拡散層を有し、
前記アノード層と前記ｐ型拡散層の不純物濃度は、前記ベース層よりも低く、
前記第１電極は、前記ＩＧＢＴ領域と前記高抵抗領域で前記基板の上面と接するバリアメタルと、前記バリアメタルの上に設けられ前記ダイオード領域で前記基板の上面と接する上部電極を有し、
前記ｐ型拡散層と前記バリアメタルとの間のコンタクト抵抗は、前記アノード層と前記上部電極との間のコンタクト抵抗よりも大きいことを特徴とする半導体装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
実施の形態３．
図１１は、実施の形態３に係る半導体装置６００の断面図である。半導体装置６００では、基板１０の裏面側の構造および第２電極６３０の構造が実施の形態１と異なる。ダイオード領域６０では、基板１０は裏面側にｎ＋カソード層６６７を有する。高抵抗領域５０では、基板１０は裏面側にｎ型拡散層６５７を有する。ｎ型拡散層６５７は、ｎ＋カソード層６６７と不純物濃度および厚さが等しい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４９】
第２電極６３０のうちｐコレクタ層４７およびｎ＋カソード層６６７と接触する電極６３１と、ｎ型拡散層６５７と接触する電極６３２は異なる材質で形成される。ｐコレクタ層４７およびｎ＋カソード層６６７と接触する電極６３１はＮｉＳｉから形成される。ｎ型拡散層６５７と接触する電極６３２はＡｌＳｉから形成される。電極６３２はＡｌから形成されても良い。
【国際調査報告】
2020129186.tif 000015
2020129186.tif 000016