特表 2022-522764 ＩＧＢＴパワーデバイス

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2022-04-20

(54)【発明の名称】ＩＧＢＴパワーデバイス

(51)【国際特許分類】

   H01L 29/739 20060101AFI20220413BHJP

【ＦＩ】

H01L29/78 655A

H01L29/78 655D

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2021551599

(86)(22)【出願日】2019-12-06

(85)【翻訳文提出日】2021-08-30

(86)【国際出願番号】 CN2019123759

(87)【国際公開番号】W WO2021103113

(87)【国際公開日】2021-06-03

(31)【優先権主張番号】201911183421.1

(32)【優先日】2019-11-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】519152663

【氏名又は名称】蘇州東微半導体股▲ふん▼有限公司

(74)【代理人】

【識別番号】100107766

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠重

(74)【代理人】

【識別番号】100070150

【弁理士】

【氏名又は名称】伊東 忠彦

(74)【代理人】

【識別番号】100135079

【弁理士】

【氏名又は名称】宮崎 修

(72)【発明者】

【氏名】▲ごーん▼ ▲軼▼

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼ 磊

(72)【発明者】

【氏名】▲劉▼ ▲偉▼

(72)【発明者】

【氏名】袁 ▲願▼林

(72)【発明者】

【氏名】王 ▲しん▼

(57)【要約】

本発明実施例に係るＩＧＢＴパワーデバイスは、２つのｐ型ボディ領域、及び２つの前記ｐ型ボディ領域の間のｎ型ドリフト領域、の上に位置するゲート誘電体層と、前記ゲート誘電体層の上に位置するｎ型フローティングゲートと、横方向に前記ｎ型フローティングゲートの両側の側壁を覆い、前記ゲート誘電体層及び前記ｎ型フローティングゲートの上に位置するゲートと、前記ゲート及び前記ｎ型フローティングゲートの間に介在する絶縁誘電体層と、前記ゲート誘電体層に位置する第１の開口と、前記ゲート誘電体層に位置する第２の開口とを含み、前記ｎ型フローティングゲートは前記第１の開口によって１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、前記ｎ型フローティングゲートは前記第２の開口によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する。本願は、ＩＧＢＴパワーデバイスの逆回復速度を向上させることができる。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ｎ型コレクタ領域及びｐ型コレクタ領域と、前記ｎ型コレクタ領域及び前記ｐ型コレクタ領域の上に位置するｎ型ドリフト領域と、前記ｎ型ドリフト領域に隔離され、前記ｎ型ドリフト領域の頂部に位置する少なくとも２つのｐ型ボディ領域と、各前記ｐ型ボディ領域内に位置するｎ型エミッタ領域と、
２つの前記ｐ型ボディ領域、及び２つの前記ｐ型ボディ領域の間のｎ型ドリフト領域、の上に位置するゲート誘電体層と、前記ゲート誘電体層の上に位置するｎ型フローティングゲートと、横方向に前記ｎ型フローティングゲートの両側の側壁を覆い、前記ゲート誘電体層及び前記ｎ型フローティングゲートの上に位置するゲートと、前記ゲート及び前記ｎ型フローティングゲートの間に介在する絶縁誘電体層と、
前記ゲート誘電体層に位置する第１の開口と、前記ゲート誘電体層に位置する第２の開口とを含み、
前記ｎ型フローティングゲートは前記第１の開口によって１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、前記ｎ型フローティングゲートは前記第２の開口によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する、
ＩＧＢＴパワーデバイス。

【請求項2】

前記ｎ型フローティングゲートは前記ゲート誘電体層の上に絶縁層によって第１のｎ型フローティングゲート及び第２のｎ型フローティングゲートに仕切られ、前記第１のｎ型フローティングゲートは前記第１の開口によって１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、前記第２のｎ型フローティングゲートは前記第２の開口によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する、
請求項１に記載のＩＧＢＴパワーデバイス。

【請求項3】

前記ＩＧＢＴパワーデバイスは、前記ｎ型コレクタ領域及び前記ｐ型コレクタ領域の上に位置するｎ型フィールドストップ領域をさらに含み、前記ｎ型フィールドストップ領域は前記ｎ型ドリフト領域の下方に位置する、
請求項１に記載のＩＧＢＴパワーデバイス。

【請求項4】

前記第１の開口は前記ｎ型フローティングゲートの下方に位置して前記ｎ型ドリフト領域に近接するように設置される、
請求項１に記載のＩＧＢＴパワーデバイス。

【請求項5】

前記第２の開口は前記ｎ型フローティングゲートの下方に位置して前記ｎ型ドリフト領域に近接するように設置される、
請求項１に記載のＩＧＢＴパワーデバイス。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は２０１９年１１月２７日に中国国家知識産権局に出願され、出願番号は２０１９１１１８３４２１．１の中国特許出願の優先権を主張し、上述の出願の全ての内容は引用により本願に援用される。

【0002】

本願はＩＧＢＴパワーデバイスの技術分野に属し、例えば逆回復速度が速いＩＧＢＴパワーデバイスに関する。

【背景技術】

【0003】

関連技術に係るＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）パワーデバイスの断面構造模式図は、図１に示すように、底部に間隔をあけて設けられたｐ型コレクタ領域３１及びｎ型コレクタ領域３と、ｐ型コレクタ領域３１及びｎ型コレクタ領域３をコレクタ電圧に接続するコレクタ金属コンタクト層７０と、ｐ型コレクタ領域３１及びｎ型コレクタ領域３の上に位置するｎ型フィールドストップ領域３２と、ｎ型フィールドストップ領域３２の上に位置するｎ型ドリフト領域３０と、ｎ型ドリフト領域３０の頂部に位置する少なくとも２つのｐ型ボディ領域３３と、各ｐ型ボディ領域３３内には設けられたｎ型エミッタ領域３４と、ｎ型エミッタ領域３４及びｐ型ボディ領域３３をエミッタ電圧に接続するエミッタ金属コンタクト層４７と、ｐ型ボディ領域３４のコンタクト抵抗を低減するために用いられるｐ型ボディ領域コンタクト領域３８と、ＩＧＢＴパワーデバイスの電流チャネルのオン及びオフを制御するために用いられるゲート誘電体層３５及びゲート３６と、ゲート３６及びエミッタ金属コンタクト層４７が絶縁されるようにし、層間絶縁誘電体層である絶縁誘電体層５０とを含む。

【0004】

関連技術に係るＩＧＢＴパワーデバイスがオフされる時に、逆方向電流はエミッタからＩＧＢＴパワーデバイスに寄生されたボディダイオードを介してコレクタに流れ、この時にボディダイオードの電流はマイノリティキャリアが注入される現象が存在し、これらのマイノリティキャリアはＩＧＢＴパワーデバイスが再びオンになった時に逆回復を行い、大きな逆回復電流をもたらし、逆回復時間が長い。

【発明の概要】

【0005】

本願は、関連技術におけるＩＧＢＴパワーデバイスが、マイノリティキャリア注入問題によって逆回復時間が長いという技術的問題を解決するために、逆回復速度が速いＩＧＢＴパワーデバイスを提供する。

【0006】

本発明実施例に係るＩＧＢＴパワーデバイスは、ｎ型コレクタ領域及びｐ型コレクタ領域と、前記ｎ型コレクタ領域及び前記ｐ型コレクタ領域の上に位置するｎ型ドリフト領域と、前記ｎ型ドリフト領域に隔離され、前記ｎ型ドリフト領域の頂部に位置する少なくとも２つのｐ型ボディ領域と、各前記ｐ型ボディ領域内に位置するｎ型エミッタ領域と、
２つの前記ｐ型ボディ領域、及び２つの前記ｐ型ボディ領域の間のｎ型ドリフト領域、の上に位置するゲート誘電体層と、前記ゲート誘電体層の上に位置するｎ型フローティングゲートと、横方向に前記ｎ型フローティングゲートの両側の側壁を覆い、前記ゲート誘電体層及び前記ｎ型フローティングゲートの上に位置するゲートと、前記ゲート及び前記ｎ型フローティングゲートの間に介在する絶縁誘電体層と、
前記ゲート誘電体層に位置する第１の開口と、前記ゲート誘電体層に位置する第２の開口とを含み、
前記ｎ型フローティングゲートは前記第１の開口によって１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、前記ｎ型フローティングゲートは前記第２の開口によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する。

【0007】

好ましくは、前記ｎ型フローティングゲートは前記ゲート誘電体層の上に絶縁層によって第１のｎ型フローティングゲート及び第２のｎ型フローティングゲートに仕切られ、前記第１のｎ型フローティングゲートは前記第１の開口によって１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、前記第２のｎ型フローティングゲートは前記第２の開口によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する。

【0008】

好ましくは、前記ｎ型コレクタ領域及び前記ｐ型コレクタ領域の上に位置するｎ型フィールドストップ領域をさらに含み、前記ｎ型フィールドストップ領域は前記ｎ型ドリフト領域の下方に位置する。

【0009】

好ましくは、前記第１の開口は前記ｎ型フローティングゲートの下方に位置して前記ｎ型ドリフト領域に近接するように設置される。

【0010】

好ましくは、前記第２の開口は前記ｎ型フローティングゲートの下方に位置して前記ｎ型ドリフト領域に近接するように設置される。

【0011】

本発明実施例に係るＩＧＢＴパワーデバイスは、順方向遮断状態及び順方向にオンされる時に高閾値電圧を有し、逆方向にオンされる時に低閾値電圧を有することにより、ＩＧＢＴパワーデバイスが低ゲート電圧（又は０Ｖ電圧）でオンになり、これによりＩＧＢＴパワーデバイスの電流チャネルを流れる逆方向電流を増加させ、ＩＧＢＴパワーデバイスに寄生されたボディダイオードに流れる電流を減少させ、ＩＧＢＴパワーデバイスの逆回復速度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

以下実施例を説明するために必要な図面を簡単に紹介する。

【図1】関連技術のＩＧＢＴパワーデバイスの断面構造模式図である。

【図2】本願に係るＩＧＢＴパワーデバイスの１番目の実施例の断面構造模式図である。

【図3】本願に係るＩＧＢＴパワーデバイスの２番目の実施例の断面構造模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下本発明実施例における図面を参照し、具体的な実施形態によって、本願の技術案を完全に説明する。同時に、明細書の図面に列挙された模式図は、本願記載の前記層及び領域のサイズを拡大したものであり、列挙された図形の大きさは実際の寸法を表すものではない。明細書に列挙された実施例は明細書の図面に示された領域の特定の形状に限定されるものではなく、得られた形状、例えば製造によるずれ等を含む。

【0014】

図２は本願に係るＩＧＢＴパワーデバイスの１番目の実施例の断面構造模式図であり、図２に示すように、本発明実施例に係るＩＧＢＴパワーデバイスは、ｎ型コレクタ領域２０及びｐ型コレクタ領域１０と、ｎ型コレクタ領域２０及びｐ型コレクタ領域１０の上に位置するｎ型フィールドストップ領域２９と、ｎ型フィールドストップ領域２９の上に位置するｎ型ドリフト領域２１と、図２に２つのみを例示的に示され、ｎ型ドリフト領域２１の頂部に位置する少なくとも２つのｐ型ボディ領域２２と、各ｐ型ボディ領域２２内に位置するｎ型エミッタ領域２３と、
２つのｐ型ボディ領域２２、及び２つのｐ型ボディ領域２２の間のｎ型ドリフト領域２１、の上に位置するゲート誘電体層２４と、ゲート誘電体層２４の上に位置するｎ型フローティングゲート２５と、ゲート誘電体層２４及びｎ型フローティングゲート２５の上に位置し、横方向にｎ型フローティングゲート２５の両側の側壁を覆うことにより、ＩＧＢＴパワーデバイスの電流チャネルのオン及びオフをｎ型フローティングゲート２５と一緒に制御するゲート２６と、容量結合によってｎ型フローティングゲート２５に作用するゲート２６、及びｎ型フローティングゲート２５の間に介在し、一般的に二酸化ケイ素である絶縁誘電体層２７と、
ゲート誘電体層２４に位置する第１の開口１と、ゲート誘電体層２４に位置する第２の開口２とを含み、
ｎ型フローティングゲート２５は第１の開口１によって１つのｐ型ボディ領域２２に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、ｎ型フローティングゲート２５は第２の開口２によって他の１つの前記ｐ型ボディ領域２２に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する。

【0015】

本発明実施例のＩＧＢＴパワーデバイスは、順方向遮断状態の時に、ｎ型コレクタ領域２０とｐ型コレクタ領域１０に高電圧が印加され、ｎ型フローティングゲート２５及びｐ型ボディ領域２２によって形成されたｐｎ接合ダイオードが順方向にバイアスされ、ｎ型フローティングゲート２５に正電荷が充填されることで、ｎ型フローティングゲート２５の下の電流チャネルの閾値電圧Ｖｈｔ１が低減される。ｎ型フローティングゲート２５の電圧は、ゲート誘電体層２４に位置する第１の開口１及び第２の開口２の位置に関連し、好ましくは、第１の開口１はｎ型フローティングゲート２５の下方に位置してｎ型ドリフト領域２１に近接するように設置され、同時に、第２の開口２はｎ型フローティングゲート２５の下方に位置してｎ型ドリフト領域２１に近接して設置され、つまり、第１の開口１は上述の１つのｐ型ボディ領域２２及びｎ型ドリフト領域２１（２つのｐ型ボディ領域２２の間のｎ型ドリフト領域２１）の間に位置するゲート誘電体層２４に形成され、かつ第１の開口１は当該部分のｎ型ドリフト領域２１により近接して設置され、同時に、第２の開口２は上述の他の１つのｐ型ボディ領域２２及びｎ型ドリフト領域２１（２つのｐ型ボディ領域２２の間のｎ型ドリフト領域２１）の間に位置するゲート誘電体層２４に形成され、かつ第２の開口２は当該部分のｎ型ドリフト領域２１により近接して設置される。これにより、ｎ型フローティングゲート２５はより容易に正電荷が充填され、ｎ型フローティングゲート２５の電圧を向上させ、ｎ型フローティングゲート２５の下の電流チャネルの閾値電圧Ｖｈｔ１を低下させることができる。

【0016】

本発明実施例のＩＧＢＴパワーデバイスは順方向遮断状態及び順方向オン状態にある時に、コレクタ－エミッタ電圧Ｖｃｅが０Ｖより大きく、ｎ型フローティングゲート２５の下の電流チャネルの閾値電圧Ｖｈｔ１がＩＧＢＴパワーデバイス全体の閾値電圧Ｖｔｈに与える影響が低く、ＩＧＢＴパワーデバイスは依然として高閾値電圧Ｖｔｈを有する。本発明実施例に係るＩＧＢＴパワーデバイスがオフされる時に、ソースドレイン電圧Ｖｅｃが０Ｖより大きい場合、ｎ型フローティングゲート２５の下の電流チャネルの閾値電圧Ｖｈｔ１がＩＧＢＴパワーデバイス全体の閾値電圧Ｖｔｈに与える影響が非常に大きく、ＩＧＢＴパワーデバイスに低閾値電圧Ｖｔｈを有させることで、ＩＧＢＴの電流チャネルが低ゲート電圧（又は０Ｖ電圧）でオンになり、これによりＩＧＢＴパワーデバイスの電流チャネルを流れる電流を増加させ、ＩＧＢＴパワーデバイスに寄生されたボディダイオードに流れる電流を減少させ、ＩＧＢＴパワーデバイスの逆回復速度を向上させることができる。

【0017】

図３は本願に係るＩＧＢＴパワーデバイスの２番目の実施例の断面構造模式図であり、当該実施例のＩＧＢＴパワーデバイスが図２に示されたＩＧＢＴパワーデバイスの構造と異なるのは、当該実施例においては、ゲート誘電体層２４の上に位置するｎ型フローティングゲートは絶縁層２５０によって第１のｎ型フローティングゲート２５１及び第２のｎ型フローティングゲート２５２に仕切られ、第１のｎ型フローティングゲート２５１は第１の開口１によって１つのｐ型ボディ領域２２に接触してｐｎ接合ダイオードを形成し、第２のｎ型フローティングゲート２５２は第２の開口２によって他の１つのｐ型ボディ領域２２に接触してｐｎ接合ダイオードを形成する。ｎ型フローティングゲートを２つのｎ型フローティングゲートの構造に仕切ることで、ｎ型フローティングゲートに正電荷が充填された後、ｎ型フローティングゲートの電圧をより高くすることができ、これによりＩＧＢＴパワーデバイスが逆方向に導通する時に、ＩＧＢＴパワーデバイスの電流チャネルがより容易にオンにされる。

【図1】

【図2】

【図3】

【国際調査報告】