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JP5706275B2 - Diode, semiconductor device and MOSFET - Google Patents

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、ダイオード、半導体装置およびMOSFETに関する。   The present invention relates to a diode, a semiconductor device, and a MOSFET.

PNダイオードの逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減する技術が従来から開発されている。特許文献1には、PINダイオードとショットキーダイオードを組み合わせたMPSダイオードが開示されている。特許文献1の技術では、pアノード領域のサイズをリーチスルー限界まで小さくすることで、pアノード領域からnドリフト領域への正孔注入を抑制し、スイッチング損失の低減を図っている。特許文献2には、pアノード領域とnドリフト領域の間にnドリフト領域よりも高濃度のn型不純物を有するnバリア領域を設けたPINダイオードが開示されている。特許文献2の技術では、nバリア領域によってpアノード領域からnドリフト領域への正孔注入を抑制し、スイッチング損失の低減を図っている。 Techniques for improving reverse recovery characteristics of PN diodes and reducing switching loss have been developed. Patent Document 1 discloses an MPS diode in which a PIN diode and a Schottky diode are combined. In the technique of Patent Document 1, by reducing the size of the p anode region to the reach through limit, hole injection from the p anode region to the n drift region is suppressed, and switching loss is reduced. Patent Document 2, p anode region and the n - between the drift region n - than the drift region PIN diode having a n barrier region having a high concentration n-type impurity are disclosed. In the technique of Patent Document 2, injection of holes from the p anode region to the n drift region is suppressed by the n barrier region, and switching loss is reduced.

特開2003−163357号公報JP 2003-163357 A 特開2000−323488号公報JP 2000-323488 A

アノード電極とnドリフト領域(またはnバリア領域)をショットキー接合する場合、ショットキー接合の界面の温度に応じて、ダイオードの動作特性が変化する。ダイオードが形成されている半導体基板の上部にショットキー接合界面を形成した場合、半導体基板が発熱して高温となると、ショットキー接合界面も高温となって、ダイオードの動作特性が大きく変化してしまう。発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することが可能な技術が期待されている。 When the Schottky junction is formed between the anode electrode and the n drift region (or n barrier region), the operating characteristics of the diode change according to the temperature at the interface of the Schottky junction. When the Schottky junction interface is formed on the semiconductor substrate on which the diode is formed, if the semiconductor substrate generates heat and becomes high temperature, the Schottky junction interface also becomes high temperature, and the operating characteristics of the diode greatly change. . A technology that can reduce switching loss in a diode with a structure that is hardly affected by the temperature rise of a semiconductor substrate due to heat generation is expected.

本明細書では上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することが可能な技術を開示する。   In this specification, the technique which solves said subject is provided. The present specification discloses a technique that can realize a reduction in switching loss in a diode with a structure that is hardly affected by the temperature rise of a semiconductor substrate due to heat generation.

本明細書で開示するダイオードは、カソード電極と、第1導電型の半導体からなるカソード領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるアノード領域と、アノード電極を備えている。そのダイオードは、前記ドリフト領域と前記アノード領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域を備えている。そのダイオードでは、前記バリア領域が、外部の整流素子を介して、前記アノード電極と電気的に接続している。そのダイオードでは、前記整流素子の順方向電圧降下が、前記アノード領域と前記バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも小さい。   The diode disclosed in the present specification includes a cathode electrode, a cathode region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, and an anode region made of a second conductivity type semiconductor. And an anode electrode. The diode includes a barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, which is formed between the drift region and the anode region. In the diode, the barrier region is electrically connected to the anode electrode via an external rectifying element. In the diode, the forward voltage drop of the rectifying element is smaller than the built-in voltage of the pn junction between the anode region and the barrier region.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に順バイアスが印加されると、整流素子を介して順電流が流れる。これにより、バリア領域とアノード電極の電位差が整流素子での電圧降下とほぼ等しくなる。整流素子での電圧降下は、アノード領域とバリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、アノード領域からドリフト領域への正孔の注入が抑制される。   In the above diode, when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, a forward current flows through the rectifying element. As a result, the potential difference between the barrier region and the anode electrode becomes substantially equal to the voltage drop at the rectifying element. Since the voltage drop at the rectifying element is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the anode region and the barrier region, injection of holes from the anode region to the drift region is suppressed.

次いで、アノード電極とカソード電極の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、整流素子によって逆電流が制限されるとともに、アノード領域とバリア領域の間のpn接合によって逆電流が制限される。上記のダイオードでは、順バイアスの印加時においてアノード領域からドリフト領域への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。上記のダイオードによれば、ドリフト領域のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。   Next, when the voltage between the anode electrode and the cathode electrode is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current is limited by the rectifying element, and the reverse current is limited by the pn junction between the anode region and the barrier region. In the above diode, since the injection of holes from the anode region to the drift region is suppressed when a forward bias is applied, the reverse recovery current is small and the reverse recovery time is short. According to the above diode, switching loss can be reduced without performing lifetime control of the drift region.

また、上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、整流素子だけでなく、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。これにより、整流素子にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, the electric field is shared not only by the rectifier element but also by a depletion layer extending from the pn junction interface between the anode region and the barrier region. Is done. Thereby, the electric field concerning a rectifier is reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be improved.

さらに、上記のダイオードでは、アノード電極とバリア領域の間の電気的な接続に関して、外部の整流素子によって、整流作用を実現している。一般に、ショットキー接合界面によって整流作用を実現する場合、その動作特性はショットキー接合界面の温度に大きな影響を受ける。ダイオードが形成されている半導体基板の上部にショットキー接合界面を形成した場合、半導体基板が発熱して高温となると、ショットキー接合界面も高温となって、動作特性が変化してしまう。これに対して、上記のダイオードでは、整流素子が外部に設けられているので、ダイオードが形成されている半導体基板が発熱して高温となる場合でも、動作特性が変化することがない。上記のダイオードによれば、発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、スイッチング損失を低減することができる。   Further, in the above diode, the rectifying action is realized by an external rectifying element with respect to the electrical connection between the anode electrode and the barrier region. In general, when a rectifying action is realized by a Schottky junction interface, the operating characteristics are greatly affected by the temperature of the Schottky junction interface. In the case where the Schottky junction interface is formed on the semiconductor substrate where the diode is formed, when the semiconductor substrate generates heat and becomes high temperature, the Schottky junction interface also becomes high temperature and the operating characteristics change. On the other hand, in the above diode, since the rectifying element is provided outside, the operating characteristics do not change even when the semiconductor substrate on which the diode is formed generates heat and becomes high temperature. According to the above diode, the switching loss can be reduced with a structure that is hardly affected by the temperature rise of the semiconductor substrate due to heat generation.

なお、上記した外部の整流素子は、上記のダイオードが形成されている半導体基板の上方でなければ、どのような場所に配置されていてもよい。例えば、外部の整流素子は、上記のダイオードが形成されている半導体基板とは別の半導体基板に形成されていて、配線を介してアノード電極とバリア領域に接続していてもよい。   The external rectifying element described above may be disposed at any location as long as it is not above the semiconductor substrate on which the diode is formed. For example, the external rectifying element may be formed on a semiconductor substrate different from the semiconductor substrate on which the diode is formed, and may be connected to the anode electrode and the barrier region through a wiring.

なお、上記のダイオードにおけるバリア領域は、不純物濃度が均一である単一の半導体領域から構成されていてもよいし、不純物濃度が異なる複数の半導体領域から構成されていてもよい。   In addition, the barrier region in the above diode may be composed of a single semiconductor region having a uniform impurity concentration, or may be composed of a plurality of semiconductor regions having different impurity concentrations.

上記のダイオードは、前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることが好ましい。   The diode preferably further includes an electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the barrier region and the drift region.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、ドリフト領域と電界進展防止領域の間のpn接合によって逆電流が制限される。上記のダイオードによれば、逆バイアスの印加時のリーク電流を低減することができる。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, the reverse current is limited by the pn junction between the drift region and the electric field progress prevention region. According to the above diode, it is possible to reduce a leakage current when a reverse bias is applied.

また、上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加されると、整流素子だけでなく、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、ドリフト領域と電界進展防止領域の間のpn接合の界面でも電界が分担される。これにより、整流素子にかかる電界と、アノード領域とバリア領域の間のpn接合にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, not only the rectifying element but also a depletion layer extending from the interface of the pn junction between the anode region and the barrier region, a drift region, The electric field is also shared at the pn junction interface between the electric field progress prevention regions. Thereby, the electric field applied to the rectifying element and the electric field applied to the pn junction between the anode region and the barrier region are reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be further improved.

上記のダイオードは、前記アノード領域から前記ドリフト領域まで達するトレンチが形成されており、前記トレンチの内部に絶縁膜で被覆されたトレンチ電極が形成されていることが好ましい。   In the above diode, it is preferable that a trench extending from the anode region to the drift region is formed, and a trench electrode covered with an insulating film is formed inside the trench.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に逆バイアスが印加される際に、ドリフト領域の内部におけるトレンチ電極の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによって、整流素子にかかる電界と、アノード領域とバリア領域の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。上記のダイオードによれば、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上することが出来る。   In the above diode, when a reverse bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, an electric field concentration occurs at a location near the tip of the trench electrode inside the drift region, whereby an electric field applied to the rectifying element, The electric field applied to the pn junction interface between the anode region and the barrier region is reduced. According to the above diode, the withstand voltage against reverse bias can be further improved.

上記のダイオードは、前記カソード領域に部分的に形成された、第2導電型の半導体からなるカソードショート領域をさらに備えていることが好ましい。   The diode preferably further includes a cathode short region made of a second conductivity type semiconductor partially formed in the cathode region.

上記のダイオードでは、アノード電極とカソード電極の間に順バイアスが印加される際に、カソードショート領域が存在することにより、カソード領域からドリフト領域への電子の注入が抑制される。これにより、順バイアスから逆バイアスへ切り替わる際の逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。上記のダイオードによれば、スイッチング損失をさらに低減することが出来る。   In the above diode, when a forward bias is applied between the anode electrode and the cathode electrode, the presence of the cathode short region suppresses the injection of electrons from the cathode region to the drift region. Thereby, the reverse recovery current when switching from the forward bias to the reverse bias can be further reduced, and the reverse recovery time can be further shortened. According to the above diode, the switching loss can be further reduced.

本明細書はさらに、上記のダイオードとIGBTが一体化された半導体装置を開示する。その半導体装置では、前記IGBTが、コレクタ電極と、第2導電型の半導体からなるコレクタ領域と、前記ドリフト領域から連続しており、低濃度の第1導電型の半導体からなる第2ドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるエミッタ領域と、エミッタ電極と、前記エミッタ領域と前記第2ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えている。その半導体装置では、前記IGBTが、前記第2ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記第2ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなる第2バリア領域を備えている。その半導体装置では、前記第2バリア領域が、外部の第2整流素子を介して、前記エミッタ電極と電気的に接続している。その半導体装置では、前記第2整流素子の順方向電圧降下が、前記ボディ領域と前記第2バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧より小さい。   The present specification further discloses a semiconductor device in which the above diode and IGBT are integrated. In the semiconductor device, the IGBT includes a collector electrode, a collector region made of a second conductivity type semiconductor, a second drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, which is continuous from the drift region, A body region made of a second conductivity type semiconductor; an emitter region made of a first conductivity type semiconductor; an emitter electrode; and an insulation film for the body region between the emitter region and the second drift region. A gate electrode is provided so as to face each other. In the semiconductor device, the IGBT includes a second barrier region formed between the second drift region and the body region and made of a first conductivity type semiconductor having a concentration higher than that of the second drift region. Yes. In the semiconductor device, the second barrier region is electrically connected to the emitter electrode through an external second rectifying element. In the semiconductor device, the forward voltage drop of the second rectifying element is smaller than the built-in voltage of the pn junction between the body region and the second barrier region.

上記の半導体装置では、ダイオードとIGBTの寄生ダイオードの双方について、発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、スイッチング損失を低減し、かつ逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   In the semiconductor device described above, both the diode and the IGBT parasitic diode have a structure that is not easily affected by the temperature rise of the semiconductor substrate due to heat generation, and can reduce switching loss and improve the withstand voltage against reverse bias.

なお、上記した外部の第2整流素子は、上記のIGBTが形成されている半導体基板の上方でなければ、どのような場所に配置されていてもよい。例えば、外部の整流素子は、上記のIGBTが形成されている半導体基板とは別の半導体基板に形成されていて、配線を介してエミッタ電極と第2バリア領域に接続していてもよい。   The external second rectifying element described above may be disposed at any location as long as it is not above the semiconductor substrate on which the IGBT is formed. For example, the external rectifying element may be formed on a semiconductor substrate different from the semiconductor substrate on which the IGBT is formed, and may be connected to the emitter electrode and the second barrier region through a wiring.

なお、上記の半導体装置のIGBTにおける第2バリア領域は、不純物濃度が均一である単一の半導体領域から構成されていてもよいし、不純物濃度が異なる複数の半導体領域から構成されていてもよい。   Note that the second barrier region in the IGBT of the semiconductor device described above may be composed of a single semiconductor region having a uniform impurity concentration, or may be composed of a plurality of semiconductor regions having different impurity concentrations. .

上記の半導体装置は、前記第2バリア領域と前記第2ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる第2電界進展防止領域をさらに備えることが好ましい。   The semiconductor device preferably further includes a second electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the second barrier region and the second drift region.

上記の半導体装置では、IGBTの寄生ダイオードについて、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上し、かつ逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。また、IGBTの駆動時に、コレクタ電極からエミッタ電極へ流れる電流が電界進展防止領域とドリフト領域の間のpn接合によって抑制されるため、IGBTの飽和電流を低減することができる。   In the semiconductor device described above, the withstand voltage against reverse bias can be further improved and the leakage current during reverse bias can be reduced for the IGBT parasitic diode. In addition, since the current flowing from the collector electrode to the emitter electrode is suppressed by the pn junction between the electric field progress prevention region and the drift region when the IGBT is driven, the saturation current of the IGBT can be reduced.

本明細書はさらに、MOSFETを開示する。そのMOSFETは、ドレイン電極と、第1導電型の半導体からなるドレイン領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるソース領域と、ソース電極と、前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えている。そのMOSFETは、前記ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域を備えている。そのMOSFETでは、前記バリア領域が、外部の整流素子を介して、前記ソース電極と電気的に接続している。そのMOSFETでは、前記整流素子の順方向電圧降下が、前記ボディ領域と前記バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも小さい。   The present specification further discloses a MOSFET. The MOSFET includes a drain electrode, a drain region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, a body region made of a second conductivity type semiconductor, and a first conductivity. A source region made of a semiconductor of a type, a source electrode, and a gate electrode facing the body region between the source region and the drift region with an insulating film interposed therebetween. The MOSFET includes a barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, which is formed between the drift region and the body region. In the MOSFET, the barrier region is electrically connected to the source electrode through an external rectifying element. In the MOSFET, the forward voltage drop of the rectifying element is smaller than the built-in voltage of the pn junction between the body region and the barrier region.

上記のMOSFETによれば、発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、寄生ダイオードのスイッチング損失を低減し、かつ逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   According to the above-described MOSFET, it is possible to reduce the switching loss of the parasitic diode and improve the withstand voltage against the reverse bias with a structure that is hardly affected by the temperature rise of the semiconductor substrate due to heat generation.

なお、上記した外部の整流素子は、上記のMOSFETが形成されている半導体基板の上方でなければ、どのような場所に配置されていてもよい。例えば、外部の整流素子は、上記のMOSFETが形成されている半導体基板とは別の半導体基板に形成されていて、配線を介してソース電極とバリア領域に接続していてもよい。   The external rectifying element described above may be disposed at any location as long as it is not above the semiconductor substrate on which the MOSFET is formed. For example, the external rectifying element may be formed on a semiconductor substrate different from the semiconductor substrate on which the MOSFET is formed, and may be connected to the source electrode and the barrier region through a wiring.

なお、上記のMOSFETにおけるバリア領域は、不純物濃度が均一である単一の半導体領域から構成されていてもよいし、不純物濃度が異なる複数の半導体領域から構成されていてもよい。   The barrier region in the MOSFET may be composed of a single semiconductor region having a uniform impurity concentration, or may be composed of a plurality of semiconductor regions having different impurity concentrations.

上記のMOSFETは、前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることが好ましい。   The MOSFET preferably further includes an electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the barrier region and the drift region.

上記のMOSFETでは、逆バイアスに対する耐圧をさらに向上し、かつ逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。   In the MOSFET described above, the withstand voltage against reverse bias can be further improved, and the leakage current at the time of reverse bias can be reduced.

本明細書が開示する技術によれば、発熱による半導体基板の温度上昇の影響を受けにくい構造で、ダイオードにおけるスイッチング損失の低減を実現することができる。   According to the technology disclosed in this specification, it is possible to realize a reduction in switching loss in a diode with a structure that is hardly affected by the temperature rise of the semiconductor substrate due to heat generation.

実施例1のダイオード2の構成を模式的に示す図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating a configuration of a diode 2 according to the first embodiment. 実施例2のダイオード32の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 32 of Example 2. 実施例3のダイオード42の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 42 of Example 3. 実施例4のダイオード52の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 52 of Example 4. 実施例5のダイオード62の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a diode 62 of Example 5. 実施例1のダイオード2の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a configuration of a modification of the diode 2 according to the first embodiment. 実施例2のダイオード32の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 6 is a diagram schematically showing a configuration of a modified example of a diode 32 of Example 2. 実施例3のダイオード42の変形例の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a modified example of the diode 42 of the third embodiment. 実施例6の半導体装置72の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 72 of Example 6. 実施例7の半導体装置82の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 82 of Example 7. 実施例8の半導体装置102の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 schematically shows a configuration of a semiconductor device 102 according to an eighth embodiment. 実施例9の半導体装置162の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically illustrating a configuration of a semiconductor device 162 according to an embodiment 9; 実施例10の半導体装置172の構成を模式的に示す図である。FIG. 10 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 172 of Example 10. 実施例11の半導体装置182の構成を模式的に示す図である。FIG. 15 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 182 of Example 11. 実施例12の半導体装置202の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 202 of Example 12. 実施例13の半導体装置232の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 232 of Example 13. 実施例14の半導体装置242の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 242 of Example 14. 実施例15の半導体装置252の構成を模式的に示す図である。FIG. 16 is a diagram schematically showing a configuration of a semiconductor device 252 of Example 15.

(実施例1)
図1に示すように、本実施例のダイオード2は、シリコンの半導体基板4を用いて形成されている。半導体基板4には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。本実施例では、n型半導体領域には不純物として例えばリンが添加されており、p型半導体領域には不純物として例えばボロンが添加されている。本実施例では、nカソード領域6の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域8の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域10の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度であり、nバリア領域12の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域14の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域12の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。
(Example 1)
As shown in FIG. 1, the diode 2 of the present embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 4. The semiconductor substrate 4 includes an n + cathode region 6 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and an n-type. An n barrier region 12 that is a semiconductor region and a p anode region 14 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. In this embodiment, for example, phosphorus is added as an impurity to the n-type semiconductor region, and boron is added as an impurity to the p-type semiconductor region. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 6 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 8 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], the impurity concentration of the n drift region 10 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 12 is 1 × 10 15 to 1 ×. 10 18 is approximately [cm -3], the impurity concentration of the p-anode region 14 is approximately 1 × 10 16 ~1 × 10 19 [cm -3]. The thickness of the n barrier region 12 is about 0.5 to 3.0 [μm].

半導体基板4の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。pコンタクト領域18の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 A plurality of n-pillar regions 16 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4 at a predetermined interval. The impurity concentration of the n pillar region 16 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval. The impurity concentration of the p + contact region 18 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

半導体基板4の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。カソード電極20は、カソード端子21に接続している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 4. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. The cathode electrode 20 is connected to the cathode terminal 21.

半導体基板4の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14およびpコンタクト領域18とオーミック接合によって接合している。アノード電極22は、アノード端子23に接続している。 A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14 and the p + contact region 18 by an ohmic junction. The anode electrode 22 is connected to the anode terminal 23.

半導体基板4の上側表面において、アノード電極22が形成されていない箇所には、絶縁膜11が形成されている。絶縁膜11の上側表面には、絶縁膜11を貫通してnピラー領域16の上側表面に達する中継電極13が形成されている。中継電極13はnピラー領域16とオーミック接合によって接合している。中継電極13は、半導体基板4の外部に設けられた整流素子15を介して、アノード端子23に接続している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 4, the insulating film 11 is formed at a location where the anode electrode 22 is not formed. A relay electrode 13 that penetrates the insulating film 11 and reaches the upper surface of the n pillar region 16 is formed on the upper surface of the insulating film 11. The relay electrode 13 is joined to the n pillar region 16 by an ohmic junction. The relay electrode 13 is connected to the anode terminal 23 via a rectifying element 15 provided outside the semiconductor substrate 4.

整流素子15は、アノード15aからカソード15bへの順方向電流を許容し、カソード15bからアノード15aへの逆方向電流を制限する。整流素子15のアノード15aは配線17aを介してアノード端子23に接続している。整流素子15のカソード15bは配線17bを介して中継電極13に接続している。本実施例では、整流素子15はショットキーバリアダイオードである。なお、整流素子15としては、順方向電圧降下が、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧より低いものであれば、ショットキーバリアダイオード以外のものを使用してもよい。例えば、整流素子15としては、ゲルマニウムのpnダイオードを用いてもよいし、ヘテロ接合ダイオードを用いてもよい。   The rectifying element 15 allows a forward current from the anode 15a to the cathode 15b and limits a reverse current from the cathode 15b to the anode 15a. The anode 15a of the rectifying element 15 is connected to the anode terminal 23 via the wiring 17a. The cathode 15b of the rectifying element 15 is connected to the relay electrode 13 via the wiring 17b. In this embodiment, the rectifying element 15 is a Schottky barrier diode. The rectifying element 15 may be other than a Schottky barrier diode as long as the forward voltage drop is lower than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. Good. For example, a germanium pn diode or a heterojunction diode may be used as the rectifying element 15.

ダイオード2の動作について説明する。アノード端子23とカソード端子21の間に順バイアスが印加されると、アノード端子23から整流素子15を介してnピラー領域16に順電流が流れる。nピラー領域16とnバリア領域12はほぼ同電位であるため、nバリア領域12とアノード電極22の電位差は整流素子15での電圧降下とほぼ等しくなる。整流素子15での電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。アノード端子23とカソード端子21の間には、配線17a、整流素子15、配線17b、中継電極13、nピラー領域16、nバリア領域12、nドリフト領域10、nバッファ領域8、nカソード領域6を経由する順電流が流れる。 The operation of the diode 2 will be described. When a forward bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, a forward current flows from the anode terminal 23 to the n pillar region 16 through the rectifying element 15. Since the n pillar region 16 and the n barrier region 12 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 is substantially equal to the voltage drop in the rectifying element 15. Since the voltage drop at the rectifying element 15 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the p + contact region 18 and the p anode region 14 move to the n drift region 10. Hole injection is suppressed. Between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, the wiring 17a, the rectifying element 15, the wiring 17b, the relay electrode 13, the n pillar region 16, the n barrier region 12, the n drift region 10, the n buffer region 8, and the n + cathode A forward current flows through the region 6.

次いで、アノード端子23とカソード端子21の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、整流素子15によってnピラー領域16を通る逆電流が制限され、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合によってpアノード領域14を通る逆電流が制限される。上述したように、本実施例のダイオード2では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード2によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current passing through the n-pillar region 16 is limited by the rectifying element 15, and between the p-anode region 14 and the n-barrier region 12. The pn junction limits the reverse current through the p anode region 14. As described above, in the diode 2 of this embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied. Low current and short reverse recovery time. According to the diode 2 of the present embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード2では、アノード端子23とカソード端子21の間に逆バイアスが印加されると、整流素子15だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。これにより、整流素子15にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード2によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。   In the diode 2 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, not only the rectifying element 15 but also the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface. Thereby, the electric field applied to the rectifying element 15 is reduced. According to the diode 2 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

本実施例のダイオード2では、nピラー領域16における不純物濃度が、nバリア領域12における不純物濃度よりも高い。このような構成とすることによって、pアノード領域14の厚みを小さくすることなく、順バイアスの印加時におけるnバリア領域12とアノード電極22の間の電位差を小さくすることが出来る。本実施例のダイオード2によれば、逆バイアスに対する耐圧を低下させることなく、スイッチング損失を低減することが出来る。   In the diode 2 of the present embodiment, the impurity concentration in the n pillar region 16 is higher than the impurity concentration in the n barrier region 12. With such a configuration, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 when a forward bias is applied can be reduced without reducing the thickness of the p anode region 14. According to the diode 2 of this embodiment, the switching loss can be reduced without lowering the withstand voltage against the reverse bias.

本実施例のダイオード2では、アノード電極22とnバリア領域12の間の電気的な接続に関し、半導体基板4上に形成されたショットキー接合界面ではなく、半導体基板4の外部に設けられた整流素子15によって、整流作用を実現している。一般に、ショットキー接合界面によって整流作用を実現する場合、その動作特性はショットキー接合界面の温度に大きな影響を受ける。半導体基板4の上部にショットキー接合界面を形成した場合、半導体基板4が発熱して高温となると、ショットキー接合界面も高温となって、動作特性が変化してしまう。これに対して、本実施例のダイオード2では、整流素子15が外部に設けられているので、半導体基板4が発熱して高温となる場合でも、動作特性が変化することがない。本実施例のダイオード2によれば、発熱による半導体基板4の温度上昇の影響を受けにくい構造で、スイッチング損失を低減することができる。   In the diode 2 of the present embodiment, the electrical connection between the anode electrode 22 and the n barrier region 12 is not a Schottky junction interface formed on the semiconductor substrate 4 but a rectification provided outside the semiconductor substrate 4. The element 15 implements a rectifying action. In general, when a rectifying action is realized by a Schottky junction interface, the operating characteristics are greatly affected by the temperature of the Schottky junction interface. When the Schottky junction interface is formed in the upper part of the semiconductor substrate 4, when the semiconductor substrate 4 generates heat and becomes high temperature, the Schottky junction interface also becomes high temperature and the operation characteristics change. On the other hand, in the diode 2 of this embodiment, since the rectifying element 15 is provided outside, the operating characteristics do not change even when the semiconductor substrate 4 generates heat and becomes high temperature. According to the diode 2 of the present embodiment, the switching loss can be reduced with a structure that is hardly affected by the temperature rise of the semiconductor substrate 4 due to heat generation.

(実施例2)
図2に示すように、本実施例のダイオード32は、シリコンの半導体基板34を用いて形成されている。半導体基板34には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、p型半導体領域であるp電界進展防止領域36と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。本実施例では、p電界進展防止領域36の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域36の厚みは1.0〜2.0[μm]程度である。
(Example 2)
As shown in FIG. 2, the diode 32 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 34. The semiconductor substrate 34 includes an n + cathode region 6 that is a high-concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and a p-type. A p electric field progress preventing region 36 that is a semiconductor region, an n barrier region 12 that is an n type semiconductor region, and a p anode region 14 that is a p type semiconductor region are sequentially stacked. In the present embodiment, the impurity concentration of the p electric field progress preventing region 36 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The thickness of the p electric field progress preventing region 36 is about 1.0 to 2.0 [μm].

半導体基板34の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。 A plurality of n pillar regions 16, which are n type semiconductor regions, are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板34の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。カソード電極20は、カソード端子21に接続している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 34. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. The cathode electrode 20 is connected to the cathode terminal 21.

半導体基板34の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14およびpコンタクト領域18とオーミック接合によって接合している。アノード電極22は、アノード端子23に接続している。 A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14 and the p + contact region 18 by an ohmic junction. The anode electrode 22 is connected to the anode terminal 23.

半導体基板34の上側表面において、アノード電極22が形成されていない箇所には、絶縁膜11が形成されている。絶縁膜11の上側表面には、絶縁膜11を貫通してnピラー領域16の上側表面に達する中継電極13が形成されている。中継電極13はnピラー領域16とオーミック接合によって接合している。中継電極13は、半導体基板34の外部に設けられた整流素子15を介して、アノード端子23に接続している。整流素子15のアノード15aは配線17aを介してアノード端子23に接続している。整流素子15のカソード15bは配線17bを介して中継電極13に接続している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 34, the insulating film 11 is formed at a location where the anode electrode 22 is not formed. A relay electrode 13 that penetrates the insulating film 11 and reaches the upper surface of the n pillar region 16 is formed on the upper surface of the insulating film 11. The relay electrode 13 is joined to the n pillar region 16 by an ohmic junction. The relay electrode 13 is connected to the anode terminal 23 via the rectifying element 15 provided outside the semiconductor substrate 34. The anode 15a of the rectifying element 15 is connected to the anode terminal 23 via the wiring 17a. The cathode 15b of the rectifying element 15 is connected to the relay electrode 13 via the wiring 17b.

ダイオード32の動作について説明する。アノード端子23とカソード端子21の間に順バイアスが印加されると、アノード端子23から整流素子15を介してnピラー領域16に順電流が流れる。nピラー領域16とnバリア領域12はほぼ同電位であるため、nバリア領域12とアノード電極22の電位差は整流素子15での電圧降下とほぼ等しくなる。整流素子15での電圧降下は、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域18やpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制される。アノード端子23とカソード端子21の間には、配線17a、整流素子15、配線17b、中継電極13、nピラー領域16、nバリア領域12、p電界進展防止領域36、nドリフト領域10、nバッファ領域8、nカソード領域6を経由する順電流が流れる。なお、nバリア領域12とp電界進展防止領域36の間にはpn接合が存在するが、p電界進展防止領域36のp型不純物濃度は低く、p電界進展防止領域36の厚みは薄いため、アノード端子23とカソード端子21の間の順電流に及ぼす影響は少ない。 The operation of the diode 32 will be described. When a forward bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, a forward current flows from the anode terminal 23 to the n pillar region 16 through the rectifying element 15. Since the n pillar region 16 and the n barrier region 12 have substantially the same potential, the potential difference between the n barrier region 12 and the anode electrode 22 is substantially equal to the voltage drop in the rectifying element 15. Since the voltage drop at the rectifying element 15 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12, the p + contact region 18 and the p anode region 14 move to the n drift region 10. Hole injection is suppressed. Between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, the wiring 17 a, the rectifying element 15, the wiring 17 b, the relay electrode 13, the n pillar region 16, the n barrier region 12, the p electric field progress preventing region 36, the n drift region 10, n A forward current flows through the buffer region 8 and the n + cathode region 6. Although a pn junction exists between the n barrier region 12 and the p electric field progress preventing region 36, the p type impurity concentration of the p electric field progress preventing region 36 is low and the thickness of the p electric field progress preventing region 36 is thin. The influence on the forward current between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21 is small.

次いで、アノード端子23とカソード端子21の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、整流素子15によってnピラー領域16を通る逆電流が制限され、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合によってpアノード領域14を通る逆電流が制限される。また、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合によっても逆電流が制限される。上述したように、本実施例のダイオード32では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているから、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例のダイオード32によれば、nドリフト領域10のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current passing through the n-pillar region 16 is limited by the rectifying element 15, and between the p-anode region 14 and the n-barrier region 12. The pn junction limits the reverse current through the p anode region 14. The reverse current is also limited by the pn junction between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. As described above, in the diode 32 of the present embodiment, the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed when a forward bias is applied, and therefore reverse recovery is performed. Low current and short reverse recovery time. According to the diode 32 of this embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 10.

また、本実施例のダイオード32では、アノード端子23とカソード端子21の間に逆バイアスが印加されると、整流素子15だけでなく、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合の界面でも電界が分担される。これにより、整流素子15にかかる電界と、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード32によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することが出来る。 In the diode 32 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, not only the rectifying element 15 but also the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface and the pn junction interface between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. Thereby, the electric field applied to the rectifying element 15 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12 are reduced. According to the diode 32 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例3)
図3に示すように、本実施例のダイオード42は、実施例1のダイオード2と同様に、シリコンの半導体基板4を用いて形成されている。半導体基板4には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。半導体基板4の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、半導体基板4の上側には、複数のトレンチ44が所定の間隔で形成されている。それぞれのトレンチ44は、pアノード領域14の上側表面からnバリア領域12を貫通してnドリフト領域10の内部まで達している。トレンチ44の内部には、絶縁膜46によって被覆されたトレンチ電極48が充填されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。
(Example 3)
As shown in FIG. 3, the diode 42 of the present embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 4 in the same manner as the diode 2 of the first embodiment. The semiconductor substrate 4 includes an n + cathode region 6 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and an n-type. An n barrier region 12 that is a semiconductor region and a p anode region 14 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. A plurality of n-pillar regions 16 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of trenches 44 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 4. Each trench 44 penetrates the n barrier region 12 from the upper surface of the p anode region 14 and reaches the inside of the n drift region 10. The trench 44 is filled with a trench electrode 48 covered with an insulating film 46. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板4の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。カソード電極20は、カソード端子21に接続している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 4. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. The cathode electrode 20 is connected to the cathode terminal 21.

半導体基板4の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14およびpコンタクト領域18とオーミック接合によって接合している。アノード電極22は、アノード端子23に接続している。 A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 4. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14 and the p + contact region 18 by an ohmic junction. The anode electrode 22 is connected to the anode terminal 23.

半導体基板4の上側表面において、アノード電極22が形成されていない箇所には、絶縁膜11が形成されている。絶縁膜11の上側表面には、絶縁膜11を貫通してnピラー領域16の上側表面に達する中継電極13が形成されている。中継電極13はnピラー領域16とオーミック接合によって接合している。中継電極13は、半導体基板4の外部に設けられた整流素子15を介して、アノード端子23に接続している。整流素子15のアノード15aは配線17aを介してアノード端子23に接続している。整流素子15のカソード15bは配線17bを介して中継電極13に接続している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 4, the insulating film 11 is formed at a location where the anode electrode 22 is not formed. A relay electrode 13 that penetrates the insulating film 11 and reaches the upper surface of the n pillar region 16 is formed on the upper surface of the insulating film 11. The relay electrode 13 is joined to the n pillar region 16 by an ohmic junction. The relay electrode 13 is connected to the anode terminal 23 via a rectifying element 15 provided outside the semiconductor substrate 4. The anode 15a of the rectifying element 15 is connected to the anode terminal 23 via the wiring 17a. The cathode 15b of the rectifying element 15 is connected to the relay electrode 13 via the wiring 17b.

本実施例のダイオード42の動作は、実施例1のダイオード2の動作とほぼ同じである。本実施例のダイオード42では、アノード端子23とカソード端子21の間に逆バイアスが印加される際に、トレンチ電極48に印加される電圧を調整することで、耐圧を向上することができる。例えば、逆バイアスの印加時にトレンチ電極48とアノード電極22がほぼ同電位となるようにトレンチ電極48に印加される電圧を調整すると、nドリフト領域10の内部におけるトレンチ電極48の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによって、整流素子15や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。なお、トレンチ電極48の電位は必ずしもアノード電極22と同電位にする必要はない。逆バイアスの印加時に、トレンチ電極48の電位を、カソード電極20の電位より低くなるようにすることで、整流素子15や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面にかかる電界を軽減することができる。本実施例のダイオード42によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 The operation of the diode 42 of the present embodiment is almost the same as the operation of the diode 2 of the first embodiment. In the diode 42 of this embodiment, the withstand voltage can be improved by adjusting the voltage applied to the trench electrode 48 when a reverse bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21. For example, when the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted so that the trench electrode 48 and the anode electrode 22 have substantially the same potential when a reverse bias is applied, a location near the tip of the trench electrode 48 inside the n drift region 10. As a result, electric field concentration occurs in the rectifying element 15, thereby reducing the electric field applied to the rectifying element 15 and the interface of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12. Note that the potential of the trench electrode 48 is not necessarily the same as that of the anode electrode 22. When the reverse bias is applied, the potential of the trench electrode 48 is made lower than the potential of the cathode electrode 20, so that the rectifying element 15 and the interface of the pn junction between the p anode region 14 and the n barrier region 12 are applied. The electric field can be reduced. According to the diode 42 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例4)
図4に示すように、本実施例のダイオード52は、実施例2のダイオード32と同様に、シリコンの半導体基板34を用いて形成されている。半導体基板34には、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域6と、n型半導体領域であるnバッファ領域8と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域10と、p型半導体領域であるp電界進展防止領域36と、n型半導体領域であるnバリア領域12と、p型半導体領域であるpアノード領域14が順に積層されている。半導体基板34の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域16が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nピラー領域16は、pアノード領域14を貫通して、nバリア領域12の上側表面まで達するように形成されている。また、半導体基板34の上側には、複数のトレンチ44が所定の間隔で形成されている。それぞれのトレンチ44は、pアノード領域14の上側表面からnバリア領域12とp電界進展防止領域36を貫通してnドリフト領域10の内部まで達している。トレンチ44の内部には、絶縁膜46によって被覆されたトレンチ電極48が充填されている。また、pアノード領域14の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域18が所定の間隔を隔てて複数形成されている。
Example 4
As shown in FIG. 4, the diode 52 of the present embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 34 in the same manner as the diode 32 of the second embodiment. The semiconductor substrate 34 includes an n + cathode region 6 that is a high-concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 8 that is an n-type semiconductor region, an n drift region 10 that is a low-concentration n-type semiconductor region, and a p-type. A p electric field progress preventing region 36 that is a semiconductor region, an n barrier region 12 that is an n type semiconductor region, and a p anode region 14 that is a p type semiconductor region are sequentially stacked. A plurality of n pillar regions 16, which are n type semiconductor regions, are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34 at a predetermined interval. The n pillar region 16 is formed so as to penetrate the p anode region 14 and reach the upper surface of the n barrier region 12. A plurality of trenches 44 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 34. Each trench 44 extends from the upper surface of the p anode region 14 to the inside of the n drift region 10 through the n barrier region 12 and the p electric field progress preventing region 36. The trench 44 is filled with a trench electrode 48 covered with an insulating film 46. A plurality of p + contact regions 18 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the p anode region 14 at a predetermined interval.

半導体基板34の下側表面には、金属製のカソード電極20が形成されている。カソード電極20は、nカソード領域6とオーミック接合によって接合している。カソード電極20は、カソード端子21に接続している。 A metal cathode electrode 20 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 34. The cathode electrode 20 is joined to the n + cathode region 6 by an ohmic junction. The cathode electrode 20 is connected to the cathode terminal 21.

半導体基板34の上側表面には、金属製のアノード電極22が形成されている。アノード電極22は、pアノード領域14およびpコンタクト領域18とオーミック接合によって接合している。アノード電極22は、アノード端子23に接続している。 A metal anode electrode 22 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 34. The anode electrode 22 is joined to the p anode region 14 and the p + contact region 18 by an ohmic junction. The anode electrode 22 is connected to the anode terminal 23.

半導体基板34の上側表面において、アノード電極22が形成されていない箇所には、絶縁膜11が形成されている。絶縁膜11の上側表面には、絶縁膜11を貫通してnピラー領域16の上側表面に達する中継電極13が形成されている。中継電極13はnピラー領域16とオーミック接合によって接合している。中継電極13は、半導体基板34の外部に設けられた整流素子15を介して、アノード端子23に接続している。整流素子15のアノード15aは配線17aを介してアノード端子23に接続している。整流素子15のカソード15bは配線17bを介して中継電極13に接続している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 34, the insulating film 11 is formed at a location where the anode electrode 22 is not formed. A relay electrode 13 that penetrates the insulating film 11 and reaches the upper surface of the n pillar region 16 is formed on the upper surface of the insulating film 11. The relay electrode 13 is joined to the n pillar region 16 by an ohmic junction. The relay electrode 13 is connected to the anode terminal 23 via the rectifying element 15 provided outside the semiconductor substrate 34. The anode 15a of the rectifying element 15 is connected to the anode terminal 23 via the wiring 17a. The cathode 15b of the rectifying element 15 is connected to the relay electrode 13 via the wiring 17b.

本実施例のダイオード52の動作は、実施例2のダイオード32の動作とほぼ同じである。本実施例のダイオード52では、実施例3のダイオード42と同様に、アノード端子23とカソード端子21の間に逆バイアスが印加される際に、トレンチ電極48に印加される電圧を調整することで、耐圧を向上することができる。例えば、逆バイアスの印加時にトレンチ電極48とアノード電極22がほぼ同電位となるようにトレンチ電極48に印加される電圧を調整すると、nドリフト領域10の内部におけるトレンチ電極48の先端近傍の箇所に電界集中が生じ、これによって、整流素子15や、pアノード領域14とnバリア領域12の間のpn接合の界面や、nドリフト領域10とp電界進展防止領域36の間のpn接合の界面にかかる電界が軽減される。本実施例のダイオード52によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 The operation of the diode 52 of the present embodiment is almost the same as the operation of the diode 32 of the second embodiment. In the diode 52 of the present embodiment, similarly to the diode 42 of the third embodiment, the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted when a reverse bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21. The breakdown voltage can be improved. For example, when the voltage applied to the trench electrode 48 is adjusted so that the trench electrode 48 and the anode electrode 22 have substantially the same potential when a reverse bias is applied, a location near the tip of the trench electrode 48 inside the n drift region 10. As a result, electric field concentration occurs in the rectifying element 15, the pn junction interface between the p anode region 14 and the n barrier region 12, and the pn junction between the n drift region 10 and the p electric field progress preventing region 36. The electric field applied to the interface is reduced. According to the diode 52 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例5)
図5に示すように、本実施例のダイオード62は、実施例4のダイオード52とほぼ同様の構成を備えている。本実施例のダイオード62では、nカソード領域6に、高濃度p型半導体領域であるpカソードショート領域64が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例4のダイオード52と異なる。本実施例では、pカソードショート領域64の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。
(Example 5)
As shown in FIG. 5, the diode 62 of the present embodiment has substantially the same configuration as the diode 52 of the fourth embodiment. In the diode 62 of the present embodiment, a plurality of p + cathode short regions 64 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed in the n + cathode region 6 at a predetermined interval. 52. In this embodiment, the impurity concentration of the p + cathode short region 64 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ].

本実施例のダイオード62の動作は、実施例4のダイオード52とほぼ同じである。本実施例のダイオード62では、アノード端子23とカソード端子21の間に順バイアスが印加される際に、pカソードショート領域64が形成されていることで、nカソード領域6からnドリフト領域10への電子の注入が抑制される。本実施例のダイオード62によれば、順バイアスの印加時において、pコンタクト領域18およびpアノード領域14からnドリフト領域10への正孔の注入が抑制されているだけでなく、nカソード領域6からnドリフト領域10への電子の注入も抑制されているので、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例のダイオード62によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。 The operation of the diode 62 of this embodiment is substantially the same as that of the diode 52 of the fourth embodiment. In the diode 62 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode terminal 23 and the cathode terminal 21, the p + cathode short region 64 is formed, so that the n drift from the n + cathode region 6. Electron injection into the region 10 is suppressed. According to the diode 62 of the present embodiment, not only the injection of holes from the p + contact region 18 and the p anode region 14 to the n drift region 10 is suppressed during forward bias application, but also n + Since the injection of electrons from the cathode region 6 to the n drift region 10 is also suppressed, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the diode 62 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

なお、上記のようにpカソードショート領域64を設けることによる逆回復特性の改善は、他の形態のダイオードにおいても効果的である。すなわち、図6に示すダイオード66のように、実施例1のダイオード2において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできるし、図7に示すダイオード68のように、実施例2のダイオード32において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできるし、図8に示すダイオード70のように、実施例3のダイオード42において、nカソード領域6にpカソードショート領域64を設けた構成とすることもできる。 Note that the improvement of the reverse recovery characteristic by providing the p + cathode short region 64 as described above is also effective in other types of diodes. That is, like the diode 66 shown in FIG. 6, the diode 2 of the first embodiment can be configured such that the p + cathode short region 64 is provided in the n + cathode region 6, or the diode 68 shown in FIG. As described above, the diode 32 of the second embodiment may be configured such that the p + cathode short region 64 is provided in the n + cathode region 6, or the diode 42 of the third embodiment as in the diode 70 shown in FIG. 8. In this case, a p + cathode short region 64 may be provided in the n + cathode region 6.

(実施例6)
図9に示すように、本実施例の半導体装置72は、実施例3のダイオード42とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置72では、pアノード領域14の上側表面において、トレンチ44に隣接する箇所に、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域74が形成されている。本実施例では、nエミッタ領域74の不純物濃度は1×1018〜1×1020[cm-3]程度である。nエミッタ領域74は、アノード電極22とオーミック接合によって接合している。
(Example 6)
As shown in FIG. 9, the semiconductor device 72 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 42 of the third embodiment. In the semiconductor device 72, an n + emitter region 74 that is a high-concentration n-type semiconductor region is formed at a location adjacent to the trench 44 on the upper surface of the p anode region 14. In this embodiment, the impurity concentration of the n + emitter region 74 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 20 [cm −3 ]. The n + emitter region 74 is joined to the anode electrode 22 through an ohmic junction.

本実施例の半導体装置72は、ドレイン電極に相当するカソード電極20と、ドレイン領域に相当するnカソード領域6と、nバッファ領域8と、nドリフト領域10と、ボディ領域に相当するpアノード領域14と、ソース領域に相当するnエミッタ領域74と、ソース電極に相当するアノード電極22と、nエミッタ領域74とnドリフト領域10の間のpアノード領域14に対して絶縁膜46を挟んで対向する、ゲート電極に相当するトレンチ電極48を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 72 of this embodiment includes a cathode electrode 20 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 6 corresponding to a drain region, an n buffer region 8, an n drift region 10 and a p corresponding to a body region. an anode region 14, the n + emitter region 74 corresponding to the source region, an anode electrode 22 that corresponds to the source electrode, the n + emitter region 74 and the n - insulating film with respect to the p anode region 14 between the drift region 10 The structure of the vertical MOSFET provided with the trench electrode 48 corresponding to the gate electrode facing each other with the 46 interposed therebetween.

実施例3のダイオード42と同様に、本実施例の半導体装置72によれば、寄生ダイオードの逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、実施例3のダイオード42と同様に、本実施例の半導体装置72によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   Similar to the diode 42 of the third embodiment, according to the semiconductor device 72 of the present embodiment, the reverse recovery characteristic of the parasitic diode can be improved and the switching loss can be reduced. Further, similarly to the diode 42 of the third embodiment, the semiconductor device 72 of the present embodiment can improve the breakdown voltage against the reverse bias.

(実施例7)
図10に示すように、本実施例の半導体装置82は、実施例4のダイオード52とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置82では、pアノード領域14の上側表面において、トレンチ44に隣接する箇所に、nエミッタ領域74が形成されている。nエミッタ領域74は、アノード電極22とオーミック接合によって接合している。
(Example 7)
As shown in FIG. 10, the semiconductor device 82 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the diode 52 of the fourth embodiment. In the semiconductor device 82, an n + emitter region 74 is formed at a location adjacent to the trench 44 on the upper surface of the p anode region 14. The n + emitter region 74 is joined to the anode electrode 22 through an ohmic junction.

本実施例の半導体装置82は、ドレイン電極に相当するカソード電極20と、ドレイン領域に相当するnカソード領域6と、nバッファ領域8と、nドリフト領域10と、ボディ領域に相当するpアノード領域14と、ソース領域に相当するnエミッタ領域74と、ソース電極に相当するアノード電極22と、nエミッタ領域74とnドリフト領域10の間のpアノード領域14に対して絶縁膜46を挟んで対向する、ゲート電極に相当するトレンチ電極48を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 82 of this example includes a cathode electrode 20 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 6 corresponding to a drain region, an n buffer region 8, an n drift region 10, and a p corresponding to a body region. an anode region 14, the n + emitter region 74 corresponding to the source region, an anode electrode 22 that corresponds to the source electrode, the n + emitter region 74 and the n - insulating film with respect to the p anode region 14 between the drift region 10 The structure of the vertical MOSFET provided with the trench electrode 48 corresponding to the gate electrode facing each other with the 46 interposed therebetween.

実施例4のダイオード52と同様に、本実施例の半導体装置82によれば、寄生ダイオードの逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、実施例4のダイオード52と同様に、本実施例の半導体装置82によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上し、逆バイアス時のリーク電流を抑制することができる。   Similar to the diode 52 of the fourth embodiment, the semiconductor device 82 of the present embodiment can improve the reverse recovery characteristics of the parasitic diode and reduce the switching loss. Further, similarly to the diode 52 of the fourth embodiment, according to the semiconductor device 82 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved and the leak current at the time of the reverse bias can be suppressed.

(実施例8)
図11に示すように、本実施例の半導体装置102は、シリコンの半導体基板104を用いて形成されている。半導体装置102は、IGBT領域106と、ダイオード領域108を備えている。IGBT領域106において、半導体基板104は、高濃度p型半導体領域であるpコレクタ領域110と、n型半導体領域であるnバッファ領域112と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域114と、n型半導体領域であるnバリア領域116と、p型半導体領域であるpボディ領域118が順に積層されている。本実施例では、pコレクタ領域110の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域112の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域114の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度であり、nバリア領域116の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pボディ領域118の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域116の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。ダイオード領域108において、半導体基板104は、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域120と、nバッファ領域112と、nドリフト領域114と、nバリア領域122と、p型半導体領域であるpアノード領域124が順に積層されている。本実施例では、nカソード領域120の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバリア領域122の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域124の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。また、nバリア領域122の厚みは0.5〜3.0[μm]程度である。半導体基板4の上側には、複数のトレンチ126が所定の間隔で形成されている。
(Example 8)
As shown in FIG. 11, the semiconductor device 102 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 104. The semiconductor device 102 includes an IGBT region 106 and a diode region 108. In the IGBT region 106, the semiconductor substrate 104 includes a p + collector region 110 that is a high concentration p-type semiconductor region, an n buffer region 112 that is an n type semiconductor region, and an n drift region 114 that is a low concentration n type semiconductor region. In addition, an n barrier region 116 that is an n-type semiconductor region and a p body region 118 that is a p-type semiconductor region are sequentially stacked. In this embodiment, the impurity concentration of the p + collector region 110 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 112 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], the impurity concentration of the n drift region 114 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 116 is 1 × 10 15 to 1 ×. 10 18 is approximately [cm -3], the impurity concentration of the p-body region 118 is approximately 1 × 10 16 ~1 × 10 19 [cm -3]. The thickness of the n barrier region 116 is about 0.5 to 3.0 [μm]. In the diode region 108, the semiconductor substrate 104 is an n + cathode region 120 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 112, an n drift region 114, an n barrier region 122, and a p-type semiconductor region. The p anode region 124 is sequentially stacked. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 120 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n barrier region 122 is 1 × 10 15 to 1 × 10 18 [ cm −3 ], and the impurity concentration of the p anode region 124 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The thickness of the n barrier region 122 is about 0.5 to 3.0 [μm]. A plurality of trenches 126 are formed at predetermined intervals on the upper side of the semiconductor substrate 4.

IGBT領域106において、トレンチ126は、pボディ領域118の上側表面からnバリア領域116を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。トレンチ126の内部には、絶縁膜128で被覆されたゲート電極130が充填されている。pボディ領域118の上側表面において、トレンチ126に隣接する箇所には、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域132が形成されている。nエミッタ領域132の不純物濃度は1×1018〜1×1020[cm-3]程度である。また、pボディ領域118の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域134が形成されている。nピラー領域134の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域134は、pボディ領域118を貫通して、nバリア領域116の上側表面まで達するように形成されている。さらに、pボディ領域118の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域136が形成されている。pコンタクト領域136の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 In IGBT region 106, trench 126 extends from the upper surface of p body region 118 through n barrier region 116 to the inside of n drift region 114. The trench 126 is filled with a gate electrode 130 covered with an insulating film 128. On the upper surface of p body region 118, n + emitter region 132, which is a high concentration n-type semiconductor region, is formed at a location adjacent to trench 126. The impurity concentration of the n + emitter region 132 is about 1 × 10 18 to 1 × 10 20 [cm −3 ]. An n-pillar region 134 that is an n-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p body region 118. The impurity concentration of the n pillar region 134 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. N pillar region 134 is formed so as to penetrate p body region 118 and reach the upper surface of n barrier region 116. Further, on the upper surface of the p body region 118, ap + contact region 136 which is a high concentration p-type semiconductor region is formed. The impurity concentration of the p + contact region 136 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

ダイオード領域108において、トレンチ126は、pアノード領域124の上側表面からnバリア領域122を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。トレンチ126の内部には、絶縁膜138で被覆されたゲート電極140が充填されている。pアノード領域124の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域142が形成されている。nピラー領域142の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度である。nピラー領域142は、pアノード領域124を貫通して、nバリア領域122の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域124の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域144が形成されている。pコンタクト領域144の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度である。 In the diode region 108, the trench 126 penetrates the n barrier region 122 from the upper surface of the p anode region 124 and reaches the inside of the n drift region 114. The trench 126 is filled with a gate electrode 140 covered with an insulating film 138. On the upper surface of the p anode region 124, an n pillar region 142 which is an n type semiconductor region is formed. The impurity concentration of the n pillar region 142 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. The n pillar region 142 is formed so as to penetrate the p anode region 124 and reach the upper surface of the n barrier region 122. A p + contact region 144 that is a high concentration p-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p anode region 124. The impurity concentration of the p + contact region 144 is about 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm −3 ].

半導体基板104の下側表面には、金属製のコレクタ/カソード電極146が形成されている。コレクタ/カソード電極146は、pコレクタ領域110およびnカソード領域120とオーミック接合によって接合している。コレクタ/カソード電極146は、IGBT領域106においてはコレクタ電極として機能し、ダイオード領域108においてはカソード電極として機能する。コレクタ/カソード電極146は、コレクタ/カソード端子147に接続している。 A metal collector / cathode electrode 146 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 104. The collector / cathode electrode 146 is joined to the p + collector region 110 and the n + cathode region 120 through an ohmic junction. The collector / cathode electrode 146 functions as a collector electrode in the IGBT region 106 and functions as a cathode electrode in the diode region 108. The collector / cathode electrode 146 is connected to the collector / cathode terminal 147.

半導体基板104の上側表面には、金属製のエミッタ/アノード電極148が形成されている。エミッタ/アノード電極148は、IGBT領域106のnエミッタ領域132およびpコンタクト領域136、およびダイオード領域108のpコンタクト領域144とオーミック接合によって接合している。エミッタ/アノード電極148は、IGBT領域106においてはエミッタ電極として機能し、ダイオード領域108においてはアノード電極として機能する。エミッタ/アノード電極148は、エミッタ/アノード端子149に接続している。 A metal emitter / anode electrode 148 is formed on the upper surface of the semiconductor substrate 104. The emitter / anode electrode 148 is joined to the n + emitter region 132 and the p + contact region 136 of the IGBT region 106 and the p + contact region 144 of the diode region 108 through an ohmic junction. The emitter / anode electrode 148 functions as an emitter electrode in the IGBT region 106 and functions as an anode electrode in the diode region 108. The emitter / anode electrode 148 is connected to the emitter / anode terminal 149.

半導体基板104のIGBT領域106の上側表面において、エミッタ/アノード電極148が形成されていない箇所には、絶縁膜103が形成されている。絶縁膜103の上側表面には、絶縁膜103を貫通してnピラー領域134の上側表面に達する中継電極105が形成されている。中継電極105はnピラー領域134とオーミック接合によって接合している。中継電極105は、半導体基板104の外部に設けられた整流素子107を介して、エミッタ/アノード端子149に接続している。   On the upper surface of the IGBT region 106 of the semiconductor substrate 104, an insulating film 103 is formed at a location where the emitter / anode electrode 148 is not formed. A relay electrode 105 is formed on the upper surface of the insulating film 103 and reaches the upper surface of the n-pillar region 134 through the insulating film 103. The relay electrode 105 is joined to the n pillar region 134 by an ohmic junction. The relay electrode 105 is connected to the emitter / anode terminal 149 via a rectifying element 107 provided outside the semiconductor substrate 104.

整流素子107は、アノード107aからカソード107bへの順方向電流を許容し、カソード107bからアノード107aへの逆方向電流を制限する。整流素子107のアノード107aは配線109aを介してエミッタ/アノード端子149に接続している。整流素子107のカソード107bは配線109bを介して中継電極105に接続している。本実施例では、整流素子107はショットキーバリアダイオードである。なお、整流素子107としては、順方向電圧降下が、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合のビルトイン電圧より低いものであれば、ショットキーバリアダイオード以外のものを使用してもよい。例えば、整流素子107としては、ゲルマニウムのpnダイオードを用いてもよいし、ヘテロ接合ダイオードを用いてもよい。   The rectifying element 107 allows a forward current from the anode 107a to the cathode 107b and limits a reverse current from the cathode 107b to the anode 107a. The anode 107a of the rectifying element 107 is connected to the emitter / anode terminal 149 via the wiring 109a. The cathode 107b of the rectifying element 107 is connected to the relay electrode 105 through the wiring 109b. In this embodiment, the rectifying element 107 is a Schottky barrier diode. As the rectifying element 107, a diode other than a Schottky barrier diode may be used as long as the forward voltage drop is lower than the built-in voltage of the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116. Good. For example, a germanium pn diode or a heterojunction diode may be used as the rectifying element 107.

半導体基板104のダイオード領域108の上側表面において、エミッタ/アノード電極148が形成されていない箇所には、絶縁膜113が形成されている。絶縁膜113の上側表面には、絶縁膜113を貫通してnピラー領域142の上側表面に達する中継電極115が形成されている。中継電極115はnピラー領域142とオーミック接合によって接合している。中継電極115は、半導体基板104の外部に設けられた整流素子117を介して、エミッタ/アノード端子149に接続している。   On the upper surface of the diode region 108 of the semiconductor substrate 104, an insulating film 113 is formed at a location where the emitter / anode electrode 148 is not formed. A relay electrode 115 that penetrates the insulating film 113 and reaches the upper surface of the n-pillar region 142 is formed on the upper surface of the insulating film 113. The relay electrode 115 is joined to the n pillar region 142 by an ohmic junction. The relay electrode 115 is connected to the emitter / anode terminal 149 via a rectifying element 117 provided outside the semiconductor substrate 104.

整流素子117は、アノード117aからカソード117bへの順方向電流を許容し、カソード117bからアノード117aへの逆方向電流を制限する。整流素子117のアノード117aは配線119aを介してエミッタ/アノード端子149に接続している。整流素子117のカソード117bは配線119bを介して中継電極115に接続している。本実施例では、整流素子117はショットキーバリアダイオードである。なお、整流素子117としては、順方向電圧降下が、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合のビルトイン電圧より低いものであれば、ショットキーバリアダイオード以外のものを使用してもよい。例えば、整流素子117としては、ゲルマニウムのpnダイオードを用いてもよいし、ヘテロ接合ダイオードを用いてもよい。   The rectifying element 117 allows a forward current from the anode 117a to the cathode 117b and limits a reverse current from the cathode 117b to the anode 117a. The anode 117a of the rectifying element 117 is connected to the emitter / anode terminal 149 via the wiring 119a. The cathode 117b of the rectifying element 117 is connected to the relay electrode 115 via the wiring 119b. In this embodiment, the rectifying element 117 is a Schottky barrier diode. As the rectifying element 117, a diode other than a Schottky barrier diode may be used as long as the forward voltage drop is lower than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122. Good. For example, a germanium pn diode or a heterojunction diode may be used as the rectifying element 117.

IGBT領域106のゲート電極130は図示しない第1ゲート端子に導通している。ダイオード領域108のゲート電極140は、図示しない第2ゲート端子に導通している。   The gate electrode 130 of the IGBT region 106 is electrically connected to a first gate terminal (not shown). The gate electrode 140 of the diode region 108 is electrically connected to a second gate terminal (not shown).

以上のように、半導体装置102は、トレンチ型のIGBTとして機能するIGBT領域106とフリーホイーリングダイオードとして機能するダイオード領域108が逆並列に接続された構造を有している。   As described above, the semiconductor device 102 has a structure in which the IGBT region 106 that functions as a trench IGBT and the diode region 108 that functions as a freewheeling diode are connected in antiparallel.

半導体装置102の動作について説明する。ゲート電極130に電圧が印加されておらず、従ってIGBT領域106が駆動していない場合には、IGBT領域106は寄生ダイオードとして機能する。この状態で、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に順バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、エミッタ/アノード端子149から整流素子117を介してnピラー領域142に順電流が流れる。nピラー領域142とnバリア領域122はほぼ同電位であるため、nバリア領域122とエミッタ/アノード電極148の電位差は整流素子117での電圧降下とほぼ等しくなる。整流素子117での電圧降下は、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域144やpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制される。IGBT領域106では、エミッタ/アノード端子149から整流素子107を介してnピラー領域134に順電流が流れる。nピラー領域134とnバリア領域116はほぼ同電位であるため、nバリア領域116とエミッタ/アノード電極148の電位差は整流素子107での電圧降下とほぼ等しくなる。整流素子107での電圧降下は、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合のビルトイン電圧よりも十分に小さいので、pコンタクト領域136やpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制される。エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間には、配線119a、整流素子117、配線119b、中継電極115、nピラー領域142、nバリア領域122、nドリフト領域114、nバッファ領域112、nカソード領域120を経由する順電流と、配線109a、整流素子107、配線109b、中継電極105、nピラー領域134、nバリア領域116、nドリフト領域114、nバッファ領域112、nカソード領域120を経由する順電流が流れる。 An operation of the semiconductor device 102 will be described. When no voltage is applied to the gate electrode 130 and thus the IGBT region 106 is not driven, the IGBT region 106 functions as a parasitic diode. In this state, when a forward bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, in the diode region 108, a forward current flows from the emitter / anode terminal 149 to the n pillar region 142 via the rectifier element 117. Flows. Since the n-pillar region 142 and the n-barrier region 122 have substantially the same potential, the potential difference between the n-barrier region 122 and the emitter / anode electrode 148 is substantially equal to the voltage drop at the rectifying element 117. Since the voltage drop at the rectifying element 117 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122, the p + contact region 144 and the p anode region 124 move to the n drift region 114. Hole injection is suppressed. In the IGBT region 106, a forward current flows from the emitter / anode terminal 149 to the n pillar region 134 through the rectifying element 107. Since the n-pillar region 134 and the n-barrier region 116 have substantially the same potential, the potential difference between the n-barrier region 116 and the emitter / anode electrode 148 is almost equal to the voltage drop in the rectifying element 107. Since the voltage drop at the rectifying element 107 is sufficiently smaller than the built-in voltage of the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116, the p + contact region 136 and the p body region 118 to the n drift region 114. Hole injection is suppressed. Between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, there are a wiring 119a, a rectifier element 117, a wiring 119b, a relay electrode 115, an n pillar region 142, an n barrier region 122, an n drift region 114, and an n buffer region 112. , The forward current passing through the n + cathode region 120, the wiring 109a, the rectifying element 107, the wiring 109b, the relay electrode 105, the n pillar region 134, the n barrier region 116, the n drift region 114, the n buffer region 112, n + A forward current flows through the cathode region 120.

次いで、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間の電圧が順バイアスから逆バイアスに切り替わると、ダイオード領域108に関しては、整流素子117によってnピラー領域142を通る逆電流が制限され、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合によってpアノード領域124を流れる逆電流が制限され、IGBT領域106に関しては、整流素子107によってnピラー領域134を通る逆電流が制限され、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合によってpボディ領域118を流れる逆電流が制限される。上述したように、ダイオード領域108では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域144およびpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されており、IGBT領域106では、順バイアスの印加時においてpコンタクト領域136およびpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されている。従って、半導体装置102は、逆回復電流が小さく、逆回復時間が短い。本実施例の半導体装置102によれば、nドリフト領域114のライフタイム制御を行うことなく、スイッチング損失を小さくすることが出来る。 Next, when the voltage between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147 is switched from the forward bias to the reverse bias, the reverse current passing through the n-pillar region 142 is limited by the rectifying element 117 with respect to the diode region 108, and p The reverse current flowing through the p anode region 124 is limited by the pn junction between the anode region 124 and the n barrier region 122, and for the IGBT region 106, the reverse current through the n pillar region 134 is limited by the rectifier element 107, and the p body The reverse current flowing in p body region 118 is limited by the pn junction between region 118 and n barrier region 116. As described above, in the diode region 108, injection of holes from the p + contact region 144 and the p anode region 124 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied. When a bias is applied, injection of holes from the p + contact region 136 and the p body region 118 to the n drift region 114 is suppressed. Therefore, the semiconductor device 102 has a small reverse recovery current and a short reverse recovery time. According to the semiconductor device 102 of this embodiment, the switching loss can be reduced without performing lifetime control of the n drift region 114.

また、本実施例の半導体装置102では、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に逆バイアスが印加されると、IGBT領域106では、整流素子107だけでなく、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、整流素子107にかかる電界と、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合にかかる電界が軽減される。同様に、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に逆バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、整流素子117だけでなく、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、整流素子117にかかる電界と、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例の半導体装置102によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 In the semiconductor device 102 of the present embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, not only the rectifying element 107 but also the p body region 118 in the IGBT region 106. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between the n barrier regions 116. Furthermore, the electric field concentrates near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, thereby reducing the electric field applied to the rectifying element 107 and the electric field applied to the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116. The Similarly, when a reverse bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, not only the rectifier element 117 but also the pn between the p anode region 124 and the n barrier region 122 in the diode region 108. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the junction interface. Furthermore, the electric field concentrates near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, thereby reducing the electric field applied to the rectifying element 117 and the electric field applied to the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122. The According to the semiconductor device 102 of the present embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例9)
図12に示すように、本実施例の半導体装置162は、実施例8の半導体装置102とほぼ同様の構成を備えている。半導体装置162は、シリコンの半導体基板164を用いて形成されている。半導体基板164は、実施例8の半導体基板104とほぼ同様の構成を備えている。半導体基板164では、IGBT領域106において、nドリフト領域114とnバリア領域116の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域166が形成されており、ダイオード領域108において、nドリフト領域114とnバリア領域122の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域168が形成されている。p電界進展防止領域166およびp電界進展防止領域168の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域166およびp電界進展防止領域168の厚みは1.0〜2.0[μm]程度である。IGBT領域106において、トレンチ126は、pボディ領域118の上側表面からnバリア領域116およびp電界進展防止領域166を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。ダイオード領域108において、トレンチ126は、pアノード領域124の上側表面からnバリア領域122およびp電界進展防止領域168を貫通して、nドリフト領域114の内部まで達している。
Example 9
As shown in FIG. 12, the semiconductor device 162 according to the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 102 according to the eighth embodiment. The semiconductor device 162 is formed using a silicon semiconductor substrate 164. The semiconductor substrate 164 has substantially the same configuration as the semiconductor substrate 104 of the eighth embodiment. In the semiconductor substrate 164, in the IGBT region 106, a p electric field progress prevention region 166 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 114 and the n barrier region 116, and in the diode region 108, the n drift A p electric field progress preventing region 168 which is a p-type semiconductor region is formed between the region 114 and the n barrier region 122. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 166 and the p electric field progress preventing region 168 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 19 [cm −3 ]. Moreover, the thickness of the p electric field progress preventing region 166 and the p electric field progress preventing region 168 is about 1.0 to 2.0 [μm]. In IGBT region 106, trench 126 penetrates n barrier region 116 and p electric field progress preventing region 166 from the upper surface of p body region 118 and reaches the inside of n drift region 114. In the diode region 108, the trench 126 penetrates the n barrier region 122 and the p electric field progress preventing region 168 from the upper surface of the p anode region 124 and reaches the inside of the n drift region 114.

本実施例の半導体装置162によれば、実施例8の半導体装置102と同様に、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に順バイアスが印加される際に、ダイオード領域108では、pコンタクト領域144およびpアノード領域124からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されており、IGBT領域106では、pコンタクト領域136およびpボディ領域118からnドリフト領域114への正孔の注入が抑制されている。従って、順バイアスから逆バイアスへ切り換わる際の、逆回復電流を小さくし、逆回復時間を短くすることができる。スイッチング損失を小さくすることが出来る。 According to the semiconductor device 162 of the present embodiment, as in the semiconductor device 102 of the eighth embodiment, when a forward bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, in the diode region 108, The injection of holes from the p + contact region 144 and the p anode region 124 to the n drift region 114 is suppressed. In the IGBT region 106, the p + contact region 136 and the p body region 118 to the n drift region 114. Hole injection is suppressed. Therefore, the reverse recovery current when switching from the forward bias to the reverse bias can be reduced, and the reverse recovery time can be shortened. Switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置162によれば、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に逆バイアスが印加されると、IGBT領域106では、整流素子107だけでなく、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域166の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、整流素子107にかかる電界と、pボディ領域118とnバリア領域116の間のpn接合にかかる電界と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域166の間のpn接合にかかる電界が軽減される。同様に、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に逆バイアスが印加されると、ダイオード領域108では、整流素子117だけでなく、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域168の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。さらに、nドリフト領域114のトレンチ126の先端部近傍に電界が集中することで、整流素子117にかかる電界と、pアノード領域124とnバリア領域122の間のpn接合にかかる電界と、nドリフト領域114とp電界進展防止領域168の間のpn接合にかかる電界が軽減される。本実施例の半導体装置162によれば、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 Further, according to the semiconductor device 162 of the present embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, not only the rectifying element 107 but also the p body region in the IGBT region 106. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the pn junction interface between 118 and the n barrier region 116 and the depletion layer extending from the pn junction interface between the n drift region 114 and the p electric field progress preventing region 166. Further, the electric field concentrates near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, so that the electric field applied to the rectifying element 107, the electric field applied to the pn junction between the p body region 118 and the n barrier region 116, n - electric field applied to the pn junction between the drift region 114 and the p electric field progress preventing region 166 is reduced. Similarly, when a reverse bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, not only the rectifier element 117 but also the pn between the p anode region 124 and the n barrier region 122 in the diode region 108. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the junction interface and the depletion layer extending from the pn junction interface between the n drift region 114 and the p electric field progress preventing region 168. Further, the electric field concentrates near the tip of the trench 126 in the n drift region 114, so that the electric field applied to the rectifying element 117, the electric field applied to the pn junction between the p anode region 124 and the n barrier region 122, and n - electric field applied to the pn junction between the drift region 114 and the p electric field progress preventing region 168 is reduced. According to the semiconductor device 162 of this embodiment, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

また、本実施例の半導体装置162によれば、エミッタ/アノード端子149とコレクタ/カソード端子147の間に逆バイアスが印加される際に、ダイオード領域108ではp電界進展防止領域168とnバリア領域122の間のpn接合によって逆電流が制限されるので、整流素子117を通過するリーク電流が低減し、IGBT領域106では、p電界進展防止領域166とnバリア領域116の間のpn接合によって逆電流が制限されるので、整流素子107を通過するリーク電流が低減する。本実施例の半導体装置162によれば、逆バイアス印加時のリーク電流を低減することができる。   Further, according to the semiconductor device 162 of the present embodiment, when a reverse bias is applied between the emitter / anode terminal 149 and the collector / cathode terminal 147, the p-field progress preventing region 168 and the n barrier region are formed in the diode region 108. Since the reverse current is limited by the pn junction between 122, the leakage current passing through the rectifying element 117 is reduced, and in the IGBT region 106, the reverse current is reversed by the pn junction between the p electric field progress prevention region 166 and the n barrier region 116. Since the current is limited, the leakage current passing through the rectifying element 107 is reduced. According to the semiconductor device 162 of this embodiment, it is possible to reduce a leakage current when a reverse bias is applied.

さらに、本実施例の半導体装置162では、IGBT領域106のゲート電極130に電圧を印加してIGBT領域106を駆動する場合に、IGBT領域106においてコレクタ/カソード電極146からエミッタ/アノード電極148へ流れる電流がp電界進展防止領域166によって抑制されるため、IGBT領域106の飽和電流を低減することが出来る。   Further, in the semiconductor device 162 of the present embodiment, when the IGBT region 106 is driven by applying a voltage to the gate electrode 130 of the IGBT region 106, the current flows from the collector / cathode electrode 146 to the emitter / anode electrode 148 in the IGBT region 106. Since the current is suppressed by the p electric field progress preventing region 166, the saturation current of the IGBT region 106 can be reduced.

(実施例10)
図13に示すように、本実施例の半導体装置172は、実施例8の半導体装置102とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置172では、ダイオード領域108のnカソード領域120に、高濃度p型半導体領域であるpカソードショート領域174が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例8の半導体装置102と異なる。本実施例では、pカソードショート領域174の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。本実施例の半導体装置172によれば、順バイアスの印加時において、nカソード領域120からnドリフト領域114への電子の注入が抑制されているので、実施例8の半導体装置102に比べて、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例の半導体装置172によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。
(Example 10)
As shown in FIG. 13, the semiconductor device 172 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 102 of Example 8. In the semiconductor device 172 of the present embodiment, a plurality of p + cathode short regions 174 that are high-concentration p-type semiconductor regions are formed in the n + cathode region 120 of the diode region 108 at a predetermined interval. Different from the semiconductor device 102 of the eighth embodiment. In this embodiment, the impurity concentration of the p + cathode short region 174 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ]. According to the semiconductor device 172 of the present embodiment, since the injection of electrons from the n + cathode region 120 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied, compared to the semiconductor device 102 of the eighth embodiment. Thus, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the semiconductor device 172 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

(実施例11)
図14に示すように、本実施例の半導体装置182は、実施例9の半導体装置162とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置182では、ダイオード領域108のnカソード領域120に、pカソードショート領域174が、所定の間隔を隔てて複数形成されている点で、実施例9の半導体装置162と異なる。本実施例の半導体装置182によれば、順バイアスの印加時において、nカソード領域120からnドリフト領域114への電子の注入が抑制されているので、実施例9の半導体装置162に比べて、逆回復電流をさらに小さくし、逆回復時間をさらに短くすることができる。本実施例の半導体装置182によれば、さらにスイッチング損失を小さくすることが出来る。
(Example 11)
As shown in FIG. 14, the semiconductor device 182 of the present embodiment has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 162 of the ninth embodiment. The semiconductor device 182 of the present embodiment is different from the semiconductor device 162 of the ninth embodiment in that a plurality of p + cathode short regions 174 are formed at predetermined intervals in the n + cathode region 120 of the diode region 108. Different. According to the semiconductor device 182 of the present embodiment, since the injection of electrons from the n + cathode region 120 to the n drift region 114 is suppressed when a forward bias is applied, compared to the semiconductor device 162 of the ninth embodiment. Thus, the reverse recovery current can be further reduced and the reverse recovery time can be further shortened. According to the semiconductor device 182 of this embodiment, the switching loss can be further reduced.

(実施例12)
図15に示すように、本実施例の半導体装置202は、シリコンの半導体基板204を用いて形成されている。半導体基板204は、高濃度n型半導体領域であるnカソード領域206と、n型半導体領域であるnバッファ領域208と、低濃度n型半導体領域であるnドリフト領域210が順に積層されている。本実施例では、nカソード領域206の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度であり、nバッファ領域208の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nドリフト領域210の不純物濃度は1×1012〜1×1015[cm-3]程度である。
(Example 12)
As shown in FIG. 15, the semiconductor device 202 of this embodiment is formed using a silicon semiconductor substrate 204. The semiconductor substrate 204 includes an n + cathode region 206 that is a high concentration n-type semiconductor region, an n buffer region 208 that is an n-type semiconductor region, and an n drift region 210 that is a low-concentration n-type semiconductor region. Yes. In this embodiment, the impurity concentration of the n + cathode region 206 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ], and the impurity concentration of the n buffer region 208 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [ cm −3 ], and the impurity concentration of the n drift region 210 is about 1 × 10 12 to 1 × 10 15 [cm −3 ].

ドリフト領域210の上側表面には、n型半導体領域であるnバリア領域212が、所定の間隔を隔てて複数形成されている。nバリア領域212の上型表面には、p型半導体領域であるpアノード領域214が部分的に形成されている。pアノード領域214の上側表面には、n型半導体領域であるnピラー領域216が形成されている。nピラー領域216は、pアノード領域214を貫通して、nバリア領域212の上側表面まで達するように形成されている。また、pアノード領域214の上側表面には、高濃度p型半導体領域であるpコンタクト領域218と、高濃度n型半導体領域であるnエミッタ領域220がそれぞれ形成されている。本実施例では、nバリア領域212の不純物濃度は1×1015〜1×1018[cm-3]程度であり、pアノード領域214の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、nピラー領域216の不純物濃度は1×1016〜1×1019[cm-3]程度であり、pコンタクト領域218の不純物濃度は1×1017〜1×1020[cm-3]程度であり、nエミッタ領域220の不純物濃度は1×1018〜1×1020[cm-3]程度である。また、nバリア領域212の厚さは0.5〜3.0[μm]程度である。 A plurality of n barrier regions 212 that are n-type semiconductor regions are formed on the upper surface of the n drift region 210 at a predetermined interval. A p anode region 214 which is a p type semiconductor region is partially formed on the upper surface of the n barrier region 212. An n pillar region 216 that is an n-type semiconductor region is formed on the upper surface of the p anode region 214. The n pillar region 216 is formed to penetrate the p anode region 214 and reach the upper surface of the n barrier region 212. Further, on the upper surface of the p anode region 214, a p + contact region 218 which is a high concentration p-type semiconductor region and an n + emitter region 220 which is a high concentration n type semiconductor region are formed. In this embodiment, the impurity concentration of the n barrier region 212 is about 1 × 10 15 to 1 × 10 18 [cm −3 ], and the impurity concentration of the p anode region 214 is 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm]. −3 ], the impurity concentration of the n-pillar region 216 is about 1 × 10 16 to 1 × 10 19 [cm −3 ], and the impurity concentration of the p + contact region 218 is 1 × 10 17 to 1 × 10 20 [cm -3] is about, the impurity concentration of n + emitter region 220 is 1 × 10 18 ~1 × 10 20 [cm -3] or so. The thickness of the n barrier region 212 is about 0.5 to 3.0 [μm].

半導体基板204の下側表面には、金属製のカソード電極222が形成されている。カソード電極222は、nカソード領域206とオーミック接合によって接合している。カソード電極222は、カソード端子223に接続している。 A metal cathode electrode 222 is formed on the lower surface of the semiconductor substrate 204. The cathode electrode 222 is joined to the n + cathode region 206 through an ohmic junction. The cathode electrode 222 is connected to the cathode terminal 223.

半導体基板204の上側表面には、金属製のアノード電極224と、金属製のゲート電極226が形成されている。アノード電極224は、pアノード領域214、pコンタクト領域218およびnエミッタ領域220の一部とオーミック接合によって接合している。アノード電極224は、アノード端子225に接続している。ゲート電極226は、絶縁膜230を介してnドリフト領域210、nバリア領域212、pアノード領域214およびnエミッタ領域220の一部と対向するように配置されている。ゲート電極226は、ゲート端子227に導通している。 A metal anode electrode 224 and a metal gate electrode 226 are formed on the upper surface of the semiconductor substrate 204. The anode electrode 224 is bonded to a part of the p anode region 214, the p + contact region 218, and the n + emitter region 220 through an ohmic junction. The anode electrode 224 is connected to the anode terminal 225. The gate electrode 226 is disposed so as to face a part of the n drift region 210, the n barrier region 212, the p anode region 214, and the n + emitter region 220 with the insulating film 230 interposed therebetween. The gate electrode 226 is electrically connected to the gate terminal 227.

半導体基板204の上側表面において、アノード電極224とゲート電極226が形成されていない箇所には、絶縁膜211が形成されている。絶縁膜211の上側表面には、絶縁膜211を貫通してnピラー領域216の上側表面に達する中継電極213が形成されている。中継電極213はnピラー領域216とオーミック接合によって接合している。中継電極213は、半導体基板204の外部に設けられた整流素子215を介して、アノード端子225に接続している。   On the upper surface of the semiconductor substrate 204, an insulating film 211 is formed at a location where the anode electrode 224 and the gate electrode 226 are not formed. A relay electrode 213 that penetrates the insulating film 211 and reaches the upper surface of the n-pillar region 216 is formed on the upper surface of the insulating film 211. The relay electrode 213 is joined to the n pillar region 216 by an ohmic junction. The relay electrode 213 is connected to the anode terminal 225 via a rectifying element 215 provided outside the semiconductor substrate 204.

整流素子215は、アノード215aからカソード215bへの順方向電流を許容し、カソード215bからアノード215aへの逆方向電流を制限する。整流素子215のアノード215aは配線217aを介してアノード端子225に接続している。整流素子215のカソード215bは配線217bを介して中継電極213に接続している。本実施例では、整流素子215はショットキーバリアダイオードである。なお、整流素子215としては、順方向電圧降下が、pアノード領域214とnバリア領域212の間のpn接合のビルトイン電圧より低いものであれば、ショットキーバリアダイオード以外のものを使用してもよい。例えば、整流素子215としては、ゲルマニウムのpnダイオードを用いてもよいし、ヘテロ接合ダイオードを用いてもよい。   The rectifying element 215 allows a forward current from the anode 215a to the cathode 215b and limits a reverse current from the cathode 215b to the anode 215a. The anode 215a of the rectifying element 215 is connected to the anode terminal 225 via the wiring 217a. The cathode 215b of the rectifying element 215 is connected to the relay electrode 213 through the wiring 217b. In this embodiment, the rectifying element 215 is a Schottky barrier diode. As the rectifying element 215, other than the Schottky barrier diode may be used as long as the forward voltage drop is lower than the built-in voltage of the pn junction between the p anode region 214 and the n barrier region 212. Good. For example, as the rectifying element 215, a germanium pn diode or a heterojunction diode may be used.

本実施例の半導体装置202は、ドレイン電極に相当するカソード電極222と、ドレイン領域に相当するnカソード領域206と、バッファ領域208と、nドリフト領域210と、ボディ領域に相当するpアノード領域214と、ソース領域に相当するnエミッタ領域220と、ソース電極に相当するアノード電極224と、nエミッタ領域220とnドリフト領域210の間のpアノード領域214に対して絶縁膜230を挟んで対向するゲート電極226を備える縦型のMOSFETの構造を有している。 The semiconductor device 202 of this embodiment includes a cathode electrode 222 corresponding to a drain electrode, an n + cathode region 206 corresponding to a drain region, a buffer region 208, an n drift region 210, and a p anode corresponding to a body region. a region 214, the n + emitter region 220 corresponding to the source region, an anode electrode 224 corresponding to the source electrode, the n + emitter region 220 and the n - insulating the p anode regions 214 between the drift region 210 film 230 A vertical MOSFET structure having a gate electrode 226 that is opposed to each other is sandwiched.

本実施例の半導体装置202では、nドリフト領域210とpアノード領域214の間にnバリア領域212が形成されており、アノード電極224と整流素子215を介して電気的に接続するnピラー領域216を介して、nバリア領域212がアノード電極224と導通している。このような構成とすることによって、アノード端子225とカソード端子223の間の寄生ダイオードについて、逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。また、アノード端子225とカソード端子223の間の逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 In the semiconductor device 202 of this embodiment, an n barrier region 212 is formed between the n drift region 210 and the p anode region 214, and the n pillar region is electrically connected to the anode electrode 224 via the rectifying element 215. The n barrier region 212 is electrically connected to the anode electrode 224 through 216. With such a configuration, the reverse recovery characteristics of the parasitic diode between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223 can be improved and the switching loss can be reduced. Further, the withstand voltage against the reverse bias between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223 can be improved.

(実施例13)
図16に示すように、本実施例の半導体装置232は、実施例12の半導体装置202とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置232も、実施例12の半導体装置202と同様に、縦型のMOSFETの構造を有している。本実施例の半導体装置232では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域234が形成されている。p電界進展防止領域234の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域234厚さは1.0〜2.0[μm]程度である。
(Example 13)
As shown in FIG. 16, the semiconductor device 232 of the present example has a configuration substantially similar to the semiconductor device 202 of the twelfth example. The semiconductor device 232 of this embodiment also has a vertical MOSFET structure, similar to the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment. In the semiconductor device 232 of the present embodiment, a p electric field progress preventing region 234 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 234 is 1 × 10 15 ~1 × 10 19 [cm -3] or so. The thickness of the p electric field progress preventing region 234 is about 1.0 to 2.0 [μm].

本実施例の半導体装置232によれば、実施例12の半導体装置202と同様に、アノード端子225とカソード端子223の間の寄生ダイオードについて、逆回復特性を改善して、スイッチング損失を低減することができる。   According to the semiconductor device 232 of the present embodiment, as with the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment, the reverse recovery characteristics of the parasitic diode between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223 are improved and the switching loss is reduced. Can do.

また、本実施例の半導体装置232では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間にp電界進展防止領域234が形成されているので、実施例12の半導体装置202に比べて、アノード端子225とカソード端子223の間の逆バイアスに対する耐圧を向上し、逆バイアス時のリーク電流を低減することができる。 Further, in the semiconductor device 232 of the present embodiment, the p electric field progress preventing region 234 is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212, and therefore, compared with the semiconductor device 202 of the twelfth embodiment, the anode terminal The withstand voltage against the reverse bias between 225 and the cathode terminal 223 can be improved, and the leakage current at the time of reverse bias can be reduced.

(実施例14)
図17に示すように、本実施例の半導体装置242は、実施例12の半導体装置202とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置232では、nカソード領域206において、高濃度p型半導体領域であるpコレクタ領域244が部分的に形成されている。本実施例では、pコレクタ領域244の不純物濃度は1×1017〜5×1020[cm-3]程度である。
(Example 14)
As shown in FIG. 17, the semiconductor device 242 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 202 of Example 12. In the semiconductor device 232 of this embodiment, a p + collector region 244 that is a high-concentration p-type semiconductor region is partially formed in the n + cathode region 206. In this embodiment, the impurity concentration of the p + collector region 244 is about 1 × 10 17 to 5 × 10 20 [cm −3 ].

半導体装置242は、プレーナ型のIGBTとフリーホイーリングダイオードが逆並列に接続された構造を有している。すなわち、コレクタ電極に相当するカソード電極222と、pコレクタ領域244と、nバッファ領域208と、nドリフト領域210と、pアノード領域214と、nエミッタ領域220と、エミッタ電極に相当するアノード電極224と、絶縁膜230と、ゲート電極226によって、プレーナ型のIGBTを構成しており、カソード電極222と、nカソード領域206と、nバッファ領域208と、nドリフト領域210と、pアノード領域214と、pコンタクト領域218と、アノード電極224によって、フリーホイーリングダイオードを構成している。本実施例の半導体装置242は、上記のようなIGBTとダイオードのそれぞれについて、nドリフト領域210とpアノード領域214の間に形成されたnバリア領域212と、nバリア領域212と電気的に接続されたnピラー領域216と、nピラー領域216とアノード電極224を接続するように配置された整流素子215が付加された構成を有している。 The semiconductor device 242 has a structure in which a planar IGBT and a freewheeling diode are connected in antiparallel. That is, it corresponds to the cathode electrode 222 corresponding to the collector electrode, the p + collector region 244, the n buffer region 208, the n drift region 210, the p anode region 214, the n + emitter region 220, and the emitter electrode. The anode electrode 224, the insulating film 230, and the gate electrode 226 constitute a planar IGBT, and includes a cathode electrode 222, an n + cathode region 206, an n buffer region 208, an n drift region 210, The p anode region 214, the p + contact region 218, and the anode electrode 224 constitute a free wheeling diode. In the semiconductor device 242 of this embodiment, for each of the IGBT and the diode as described above, the n barrier region 212 formed between the n drift region 210 and the p anode region 214 and the n barrier region 212 are electrically connected. The n-pillar region 216 is connected, and a rectifying element 215 arranged to connect the n-pillar region 216 and the anode electrode 224 is added.

本実施例の半導体装置242では、アノード端子225とカソード端子223の間に順バイアスが印加される際に、pアノード領域214およびpコンタクト領域218からnドリフト領域210への正孔の注入が抑制される。従って、逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減することができる。 In the semiconductor device 242 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223, injection of holes from the p anode region 214 and the p + contact region 218 to the n drift region 210 is performed. Is suppressed. Therefore, reverse recovery characteristics can be improved and switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置242では、アノード端子225とカソード端子223の間に逆バイアスが印加されると、整流素子215だけでなく、pアノード領域214とnバリア領域212の間のpn接合の界面から伸びる空乏層によっても電界が分担される。従って、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。   In the semiconductor device 242 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223, not only the rectifying element 215 but also a pn junction between the p anode region 214 and the n barrier region 212. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface. Therefore, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

(実施例15)
図18に示すように、本実施例の半導体装置252は、実施例14の半導体装置242とほぼ同様の構成を備えている。本実施例の半導体装置252では、nドリフト領域210とnバリア領域212の間に、p型半導体領域であるp電界進展防止領域234が形成されている。p電界進展防止領域234の不純物濃度は1×1015〜1×1019[cm-3]程度である。また、p電界進展防止領域234厚さは1.0〜2.0[μm]程度である。半導体装置252は、プレーナ型のIGBTとフリーホイーリングダイオードが逆並列に接続された構造を有している。
(Example 15)
As shown in FIG. 18, the semiconductor device 252 of this example has a configuration substantially similar to that of the semiconductor device 242 of Example 14. In the semiconductor device 252 of this example, a p electric field progress preventing region 234 that is a p-type semiconductor region is formed between the n drift region 210 and the n barrier region 212. The impurity concentration of the p electric field progress preventing region 234 is 1 × 10 15 ~1 × 10 19 [cm -3] or so. The thickness of the p electric field progress preventing region 234 is about 1.0 to 2.0 [μm]. The semiconductor device 252 has a structure in which a planar IGBT and a freewheeling diode are connected in antiparallel.

本実施例の半導体装置252によれば、アノード端子225とカソード端子223の間に順バイアスが印加される際に、pアノード領域214およびpコンタクト領域218からnドリフト領域210への正孔の注入が抑制される。従って、逆回復特性を向上し、スイッチング損失を低減することができる。 According to the semiconductor device 252 of this embodiment, when a forward bias is applied between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223, holes from the p anode region 214 and the p + contact region 218 to the n drift region 210. Injection is suppressed. Therefore, reverse recovery characteristics can be improved and switching loss can be reduced.

また、本実施例の半導体装置252では、アノード端子225とカソード端子223の間に逆バイアスが印加されると、整流素子215だけでなく、pアノード領域214とnバリア領域212の間のpn接合の界面から伸びる空乏層と、p電界進展防止領域234とnドリフト領域210の間のpn接合から伸びる空乏層によっても電界が分担される。従って、逆バイアスに対する耐圧を向上することができる。 In the semiconductor device 252 of this embodiment, when a reverse bias is applied between the anode terminal 225 and the cathode terminal 223, not only the rectifying element 215 but also a pn junction between the p anode region 214 and the n barrier region 212. The electric field is also shared by the depletion layer extending from the interface between the first electrode and the depletion layer extending from the pn junction between the p electric field progress preventing region 234 and the n drift region 210. Therefore, the breakdown voltage against the reverse bias can be improved.

また、本実施例の半導体装置252では、p電界進展防止領域234とnドリフト領域210の間のpn接合によって、逆電流が制限される。従って、逆バイアス印加時に整流素子215を通過するリーク電流が低減される。 In the semiconductor device 252 of the present embodiment, the reverse current is limited by the pn junction between the p electric field progress preventing region 234 and the n drift region 210. Therefore, the leakage current passing through the rectifying element 215 when a reverse bias is applied is reduced.

さらに、本実施例の半導体装置252では、ゲート電極226に電圧を印加してIGBTを駆動する場合に、コレクタ電極に相当するカソード電極222からエミッタ電極に相当するアノード電極224へ流れる電流がp電界進展防止領域234によって抑制されるため、IGBTの飽和電流を低減することができる。   Further, in the semiconductor device 252 of this embodiment, when a voltage is applied to the gate electrode 226 to drive the IGBT, the current flowing from the cathode electrode 222 corresponding to the collector electrode to the anode electrode 224 corresponding to the emitter electrode is a p electric field. Since it is suppressed by the progress prevention region 234, the saturation current of the IGBT can be reduced.

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the Example of this invention was described in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

例えば、上記の実施例におけるnピラー領域16,134,142,216は、対応するnバリア領域12,116,122,212と同じ不純物濃度として、単一のnバリア領域として形成してもよい。あるいは、上記の実施例におけるnピラー領域16,134,142,216を、金属埋め込み層で代替する構成としてもよい。   For example, the n pillar regions 16, 134, 142, and 216 in the above embodiment may be formed as a single n barrier region with the same impurity concentration as the corresponding n barrier regions 12, 116, 122, and 212. Alternatively, the n pillar regions 16, 134, 142, and 216 in the above embodiment may be replaced with a metal buried layer.

本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

2 ダイオード;4 半導体基板;6 nカソード領域;8 nバッファ領域;10 nドリフト領域;11 絶縁膜;12 nバリア領域;13 中継電極;14 pアノード領域;15 整流素子;15a アノード;15b カソード;16 nピラー領域;17a 配線;17b 配線;18 pコンタクト領域;20 カソード電極;21 カソード端子;22 アノード電極;23 アノード端子;32 ダイオード;34 半導体基板;36 p電界進展防止領域;42 ダイオード;44 トレンチ;46 絶縁膜;48 トレンチ電極;52 ダイオード;62 ダイオード;64 pカソードショート領域;66 ダイオード;68 ダイオード;70 ダイオード;72 半導体装置;74 nエミッタ領域;82 半導体装置;102 半導体装置;103 絶縁膜;104 半導体基板;105 中継電極;106 IGBT領域;107 整流素子;107a アノード;107b カソード;108 ダイオード領域;109a 配線;109b 配線;110 pコレクタ領域;112 nバッファ領域;113 絶縁膜;114 nドリフト領域;115 中継電極;116 nバリア領域;117 整流素子;117a アノード;117b カソード;118 pボディ領域;119a 配線;119b 配線;120 nカソード領域;122 nバリア領域;124 pアノード領域;126 トレンチ;128 絶縁膜;130 ゲート電極;132 nエミッタ領域;134 nピラー領域;136 pコンタクト領域;138 絶縁膜;140 ゲート電極;142 nピラー領域;144 pコンタクト領域;146 カソード電極;147 カソード端子;148 アノード電極;149 アノード端子;162 半導体装置;164 半導体基板;166 p電界進展防止領域;168 p電界進展防止領域;172 半導体装置;174 pカソードショート領域;182 半導体装置;202 半導体装置;204 半導体基板;206 nカソード領域;208 nバッファ領域;210 nドリフト領域;211 絶縁膜;212 nバリア領域;213 中継電極;214 pアノード領域;215 整流素子;215a アノード;215b カソード;216 nピラー領域;217a 配線;217b 配線;218 pコンタクト領域;220 nエミッタ領域;222 カソード電極;223 カソード端子;224 アノード電極;225 アノード端子;226 ゲート電極;227 ゲート端子;230 絶縁膜;232 半導体装置;234 p電界進展防止領域;242 半導体装置;244 pコレクタ領域;252 半導体装置 2 diodes; 4 semiconductor substrate; 6 n + cathode region; 8 n buffer region; 10 n drift region; 11 insulating film; 12 n barrier region; 13 relay electrode; 14 p anode region; 15 rectifier element; 16 n pillar region; 17a wiring; 17b wiring; 18p + contact region; 20 cathode electrode; 21 cathode terminal; 22 anode electrode; 23 anode terminal; 32 diode; 34 semiconductor substrate; 36p electric field progress prevention region; 44 trench; 46 insulating film; 48 trench electrode; 52 diode; 62 diode; 64 p + cathode short region; 66 diode; 68 diode; 70 diode; 72 semiconductor device; 74 n + emitter region; 82 semiconductor device; Semiconductor device; 10 Insulating film; 104 a semiconductor substrate; 105 relay electrode; 106 IGBT region; 107 rectifying element; 107a anode; 107 b cathode; 108 diode region; 109a wiring; 109b wiring; 110 p + collector region; 112 n buffer region; 113 insulating film; 114 n - drift region; 115 relay electrode; 116 n barrier region; 117 rectifying element; 117a anode; 117b cathode; 118 p-body region; 119a wiring; 119b wiring; 120 n + cathode region; 122 n barrier region; 124 p anode Region: 126 trench; 128 insulating film; 130 gate electrode; 132 n + emitter region; 134 n pillar region; 136 p + contact region; 138 insulating film: 140 gate electrode; 142 n pillar region; 144 p + contact 146 Cathode electrode; 147 Cathode terminal; 148 Anode electrode; 149 Anode terminal; 162 Semiconductor device; 164 Semiconductor substrate; 166 p Electric field progress prevention region; 168 p Electric field progress prevention region; 172 Semiconductor device: 174 p + Cathode short area; 182 a semiconductor device; 202 a semiconductor device; 204 a semiconductor substrate; 206 n + cathode region; 208 n buffer region; 210 n - drift region; 211 insulating film; 212 n barrier region; 213 relay electrode; 214 p anode region; 215 215a anode; 215b cathode; 216a wiring; 217b wiring; 218p + contact region; 220n + emitter region; 222 cathode electrode; 223 cathode terminal; 224 anode electrode; 225 anode 226 gate electrode; 227 gate terminal; 230 insulating film; 232 semiconductor device; 234 p electric field progress prevention region; 242 semiconductor device; 244 p + collector region; 252 semiconductor device

Claims (8)

カソード電極と、第1導電型の半導体からなるカソード領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるアノード領域と、アノード電極を備えるダイオードであって、
前記ドリフト領域と前記アノード領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、
前記バリア領域とオーミック接合した中継電極と、
前記ダイオードが形成されている半導体基板の外部に設けられた整流素子を備えており、
前記整流素子のアノードが配線を介して前記アノード電極に接続しており、前記整流素子のカソードが配線を介して前記中継電極に接続しており、
前記整流素子の順方向電圧降下が、前記アノード領域と前記バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも小さいことを特徴とするダイオード。
A diode comprising a cathode electrode, a cathode region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, an anode region made of a second conductivity type semiconductor, and an anode electrode. And
A barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, formed between the drift region and the anode region ;
A relay electrode in ohmic contact with the barrier region;
Comprising a rectifying element provided outside the semiconductor substrate on which the diode is formed;
The anode of the rectifying element is connected to the anode electrode via a wiring, and the cathode of the rectifying element is connected to the relay electrode via a wiring,
A diode characterized in that a forward voltage drop of the rectifying element is smaller than a built-in voltage of a pn junction between the anode region and the barrier region.
前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることを特徴とする請求項1のダイオード。   2. The diode according to claim 1, further comprising an electric field progress preventing region made of a second conductivity type semiconductor formed between the barrier region and the drift region. 前記アノード領域から前記ドリフト領域まで達するトレンチが形成されており、
前記トレンチの内部に絶縁膜で被覆されたトレンチ電極が形成されていることを特徴とする請求項1または2のダイオード。
A trench reaching the drift region from the anode region is formed,
3. The diode according to claim 1, wherein a trench electrode covered with an insulating film is formed inside the trench.
前記カソード領域に部分的に形成された、第2導電型の半導体からなるカソードショート領域をさらに備えていることを特徴とする請求項1から3の何れか一項のダイオード。   The diode according to any one of claims 1 to 3, further comprising a cathode short region made of a second conductivity type semiconductor partially formed in the cathode region. 請求項1から4の何れか一項のダイオードとIGBTが一体化された半導体装置であって、
前記IGBTが、コレクタ電極と、第2導電型の半導体からなるコレクタ領域と、前記ドリフト領域から連続しており、低濃度の第1導電型の半導体からなる第2ドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるエミッタ領域と、エミッタ電極と、前記エミッタ領域と前記第2ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えており、
前記IGBTが、前記第2ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記第2ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなる第2バリア領域と、
前記第2バリア領域とオーミック接合した第2中継電極と、
前記IGBTが形成されている半導体基板の外部に設けられた第2整流素子を備えており、
前記第2整流素子のアノードが配線を介して前記エミッタ電極に接続しており、前記第2整流素子のカソードが配線を介して前記第2中継電極に接続しており、
前記第2整流素子の順方向電圧降下が、前記ボディ領域と前記第2バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧より小さいことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device in which the diode according to any one of claims 1 to 4 and the IGBT are integrated,
The IGBT includes a collector electrode, a collector region made of a second conductivity type semiconductor, a second drift region made of a low-concentration first conductivity type semiconductor, continuous from the drift region, and a second conductivity type. A body region made of a semiconductor, an emitter region made of a first conductivity type semiconductor, an emitter electrode, and a gate opposed to the body region between the emitter region and the second drift region with an insulating film interposed therebetween With electrodes,
A second barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the second drift region, wherein the IGBT is formed between the second drift region and the body region ;
A second relay electrode in ohmic contact with the second barrier region;
A second rectifier provided outside the semiconductor substrate on which the IGBT is formed,
The anode of the second rectifying element is connected to the emitter electrode via a wiring, and the cathode of the second rectifying element is connected to the second relay electrode via a wiring;
A semiconductor device, wherein a forward voltage drop of the second rectifying element is smaller than a built-in voltage of a pn junction between the body region and the second barrier region.
前記第2バリア領域と前記第2ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる第2電界進展防止領域をさらに備えることを特徴とする請求項5の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 5, further comprising a second electric field progress prevention region made of a second conductivity type semiconductor and formed between the second barrier region and the second drift region. ドレイン電極と、第1導電型の半導体からなるドレイン領域と、低濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト領域と、第2導電型の半導体からなるボディ領域と、第1導電型の半導体からなるソース領域と、ソース電極と、前記ソース領域と前記ドリフト領域の間の前記ボディ領域に対して絶縁膜を挟んで対向するゲート電極を備えるMOSFETであって、
前記ドリフト領域と前記ボディ領域の間に形成された、前記ドリフト領域よりも濃度が高い第1導電型の半導体からなるバリア領域と、
前記バリア領域とオーミック接合した中継電極と、
前記MOSFETが形成されている半導体基板の外部に設けられた整流素子を備えており、
前記整流素子のアノードが配線を介して前記ソース電極に接続しており、前記整流素子のカソードが配線を介して前記中継電極に接続しており、
前記整流素子の順方向電圧降下が、前記ボディ領域と前記バリア領域の間のpn接合のビルトイン電圧よりも小さいことを特徴とするMOSFET。
From a drain electrode, a drain region made of a first conductivity type semiconductor, a drift region made of a low concentration first conductivity type semiconductor, a body region made of a second conductivity type semiconductor, and a first conductivity type semiconductor A MOSFET comprising a source region, a source electrode, and a gate electrode facing the body region between the source region and the drift region with an insulating film interposed therebetween,
A barrier region made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift region, formed between the drift region and the body region ;
A relay electrode in ohmic contact with the barrier region;
A rectifier provided outside the semiconductor substrate on which the MOSFET is formed;
The anode of the rectifying element is connected to the source electrode via a wiring, and the cathode of the rectifying element is connected to the relay electrode via a wiring,
The MOSFET characterized in that a forward voltage drop of the rectifying element is smaller than a built-in voltage of a pn junction between the body region and the barrier region.
前記バリア領域と前記ドリフト領域の間に形成された、第2導電型の半導体からなる電界進展防止領域をさらに備えていることを特徴とする請求項7のMOSFET。   8. The MOSFET according to claim 7, further comprising an electric field progress preventing region made of a second conductivity type semiconductor formed between the barrier region and the drift region.
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