Search

JP-2026076625-A - 半導体装置

JP2026076625AJP 2026076625 AJP2026076625 AJP 2026076625AJP-2026076625-A

Abstract

【課題】特性を向上できる半導体装置を提供する。 【解決手段】実施形態によれば、半導体装置は、第１～第４電極、半導体部材、第１、第２絶縁部材を含む。半導体部材の少なくとも一部は、第１電極と第２電極との間にある。半導体部材は、第１導電形の第１半導体領域と、第２導電形の第２半導体領域と、第１導電形の第３半導体領域と、第１導電形の第４半導体領域と、前記第２導電形の第５半導体領域と、第１導電形の第６半導体領域と、を含む。第５半導体領域は、第１～第４部分領域を含む。第２絶縁部材の少なくとも一部は、第４電極と第１半導体部分との間、第４電極と第２部分領域との間、及び、第４電極と第４半導体領域との間にある。第１電極は、第５半導体領域と電気的に接続される。第１方向において、第１電極と、第４部分領域との間に第６半導体領域が設けられない。 【選択図】図１

Inventors

  • 山本 崇人
  • 小林 勇介
  • 大橋 輝之
  • 末代 知子
  • 加藤 滉大

Assignees

  • 株式会社東芝
  • 東芝デバイス＆ストレージ株式会社

Dates

Publication Date
20260512
Application Date
20241024

Claims (20)

  1. 第１電極と、 第２電極と、 第３電極と、 第４電極と、 半導体部材と、 第１絶縁部材と、 第２絶縁部材と、 を備え、 前記半導体部材の少なくとも一部は、前記第１電極から前記第２電極への第１方向において、前記第１電極と前記第２電極との間にあり、 前記半導体部材は、 第１導電形の第１半導体領域と、 第２導電形の第２半導体領域と、 前記第１導電形の第３半導体領域と、 前記第１導電形の第４半導体領域と、 前記第２導電形の第５半導体領域と、 前記第１導電形の第６半導体領域と、 を含み、 前記第２電極は、前記第３半導体領域と電気的に接続され、 前記第２半導体領域の少なくとも一部は、前記第１半導体領域と前記第３半導体領域との間にあり、 前記第１絶縁部材の少なくとも一部は、前記第３電極と前記第１半導体領域との間、前記第３電極と前記第２半導体領域との間、及び、前記第３電極と前記第３半導体領域との間にあり、 前記第５半導体領域は、第１部分領域、第２部分領域、第３部分領域及び第４部分領域を含み、 前記第４半導体領域は、前記第１方向と交差する第２方向において前記第２部分領域と前記第４部分領域との間にあり、 前記第６半導体領域は、第１半導体部分を含み、 前記第１半導体部分は、前記第２方向において、前記第３部分領域と前記第４半導体領域との間にあり、 前記第２部分領域は、前記第１半導体部分と前記第４半導体領域との間にあり、 前記第１半導体部分の一部は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１部分領域との間にあり、 前記第１半導体部分の別の一部は、前記第１方向において前記第４電極と前記第１部分領域との間にあり、 前記第４部分領域は、前記第１方向において前記第１電極と前記第１半導体領域との間にあり、 前記第２絶縁部材の少なくとも一部は、前記第４電極と前記第１半導体部分との間、前記第４電極と前記第２部分領域との間、及び、前記第４電極と前記第４半導体領域との間にあり、 前記第１電極は、前記第５半導体領域と電気的に接続され、 前記第１方向において、前記第１電極と、前記第４部分領域との間に前記第６半導体領域が設けられない、半導体装置。
  2. 前記第６半導体領域は、第２半導体部分をさらに含み、 前記第４半導体領域は、前記第２方向において、前記第２部分領域と前記第２半導体部分との間にあり、 前記第２半導体部分は、前記第１方向において前記第１電極と前記第４部分領域の一部との間にある、請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記第５半導体領域は、第５部分領域及び第６部分領域をさらに含み、 前記第６部分領域は、前記第２方向において前記第４半導体領域と前記第２半導体部分との間にあり、 前記第２半導体部分は、前記第２方向において前記第６部分領域と前記第５部分領域との間にある、請求項２に記載の半導体装置。
  4. 前記第５半導体領域は、第７部分領域をさらに含み、 前記第７部分領域から前記第１半導体部分への第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差した、請求項２に記載の半導体装置。
  5. 前記第５半導体領域は、第８部分領域をさらに含み、 前記第８部分領域から前記第２半導体部分への方向は、前記第３方向に沿う、請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記第６半導体領域は、第３半導体部分をさらに含み、 前記第８部分領域は、前記第３方向において前記第３半導体部分と前記第２半導体部分との間にある、請求項５に記載の半導体装置。
  7. 前記第５半導体領域は、第９部分領域をさらに含み、 前記第９部分領域は、前記第２方向において前記第４半導体領域と前記第３半導体部分との間にある、請求項６に記載の半導体装置。
  8. 複数の前記第４電極を含み、 前記複数の前記第４電極の１つは、前記第１方向において、前記第１半導体部分及び前記第４半導体領域と重なり、 前記複数の前記第４電極の別の１つは、前記第１方向において、前記第２半導体部分及び前記第４半導体領域と重なる、請求項２～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  9. 複数の前記第４電極を含み、 前記複数の前記第４電極の１つは、前記第１方向において、前記第１半導体部分及び前記第４半導体領域と重なり、 前記複数の前記第４電極の別の１つは、前記第１方向において、前記第３半導体部分及び前記第４半導体領域と重なる、請求項６または７に記載の半導体装置。
  10. 前記第４電極は、前記第１方向において前記第４部分領域と重なる、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  11. 前記第４電極は、前記第１方向において前記第４部分領域と重ならない、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  12. 前記第６半導体領域は、第３半導体部分をさらに含み、 前記第５半導体領域は、第９部分領域をさらに含み、 前記第９部分領域は、前記第２方向において前記第４半導体領域と前記第３半導体部分との間にあり、 前記第３半導体部分の第３方向における第３半導体部分位置は、前記第１半導体部分の前記第３方向における第１半導体部分位置と異なり、 前記第３方向は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差した、請求項１に記載の半導体装置。
  13. 前記第６半導体領域は、第４半導体部分をさらに含み、 前記第５半導体領域は、第７部分領域及び第１０部分領域をさらに含み、 前記第１０部分領域は、前記第２方向において前記第４半導体部分と前記第４半導体領域との間にあり、 前記第７部分領域は、前記第１方向及び前記第２方向を含む平面と交差する第３方向において前記第４半導体部分と前記第１半導体部分との間にある、請求項１に記載の半導体装置。
  14. 前記第６半導体領域における前記第１導電形の第６不純物濃度は、前記第４半導体領域における前記第１導電形の第４不純物濃度よりも高い、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  15. 前記第３部分領域における前記第２導電形の第３部分領域不純物濃度は、前記第２部分領域における前記第２導電形の第２部分領域不純物濃度よりも高い、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  16. 前記第５部分領域における前記第２導電形の第５部分領域不純物濃度は、前記第４部分領域における前記第２導電形の第２部分領域不純物濃度よりも高い、請求項３に記載の半導体装置。
  17. 前記第３半導体領域における前記第１導電形の第３不純物濃度は、前記第１半導体領域における前記第１導電形の第１不純物濃度よりも高い、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  18. 前記第３電極から前記第２半導体領域への方向は、前記第１方向と交差する第４方向に沿い、 前記第３電極から前記第３半導体領域への方向は、前記第４方向に沿う、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  19. 第３絶縁部材をさらに備え、 前記第３絶縁部材の少なくとも一部は、前記第３電極と前記第２電極との間にある、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。
  20. 第１動作を実施するように構成された制御部をさらに備え、 前記第１動作において、前記制御部は、第１時刻において、前記第３電極の第３電極電位を前記第２電極の第２電極電位を基準とした第１電位とするよう構成され、 前記第１動作において、前記制御部は、前記第１時刻の後の第２時刻において、前記第３電極電位を、前記第２電極電位を基準とした第２電位とするよう構成され、 前記第１電位は前記第２電位よりも高く、 前記第１動作において、前記制御部は、第３時刻において、前記第４電極の第４電極電位を前記第１電極の第１電極電位を基準とした第３電位とするよう構成され、 前記第１動作において、前記制御部は、前記第３時刻の後の第４時刻において、前記第４電極電位を、前記第１電極電位を基準とした第４電位とするよう構成され、 前記第３電位は前記第４電位よりも低く、 前記第４時刻は、前記第２時刻よりも前である、または、前記第２時刻と同じである、請求項１～７のいずれか１つに記載の半導体装置。

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 例えば、半導体装置において、特性の向上が望まれる。 特開２０２２－４９６１０号公報 図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図４は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図５は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図６は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図７は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図８は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図９は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１０は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１１は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。図１２は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１３は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１４は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１５は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１６は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１７は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１８は、第２実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。図１９は、第３実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 以下に、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。 図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。 本願明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 （第１実施形態） 図１は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図２は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的透過平面である。 図１は、図２のＡ１－Ａ２線断面図に対応する。 図１に示すように、実施形態に係る半導体装置１１０は、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３、第４電極５４、半導体部材１０Ｍ、第１絶縁部材４１及び第２絶縁部材４２を含む。 半導体部材１０Ｍの少なくとも一部は、第１電極５１から第２電極５２への第１方向Ｄ１において、第１電極５１と第２電極５２との間にある。 第１方向Ｄ１をＺ軸方向とする。Ｚ軸方向に対して垂直な１つの方向をＸ軸方向とする。Ｚ軸方向及びＸ軸方向に対して垂直な方向をＹ軸方向とする。 半導体部材１０Ｍは、第１導電形の第１半導体領域１１と、第２導電形の第２半導体領域１２と、第１導電形の第３半導体領域１３と、第１導電形の第４半導体領域１４と、第２導電形の第５半導体領域１５と、第１導電形の第６半導体領域１６と、を含む。第１導電形は、ｎ形及びｐ形の一方である。第２導電形は、ｎ形及びｐ形の他方である。以下では、第１導電形がｎ形で、第２導電形がｐ形とする。 第２電極５２は、第３半導体領域１３と電気的に接続される。第２半導体領域１２の少なくとも一部は、第１半導体領域１１と第３半導体領域１３との間にある。第１絶縁部材４１の少なくとも一部は、第３電極５３と第１半導体領域１１の一部との間、第３電極５３と第２半導体領域１２との間、及び、第３電極５３と第３半導体領域１３との間にある。第３電極５３の少なくとも一部は、第１半導体領域１１の一部、第２半導体領域１２、及び、第３半導体領域１３と対向する。 第５半導体領域１５は、第１部分領域１５ａ、第２部分領域１５ｂ、第３部分領域１５ｃ及び第４部分領域１５ｄを含む。第５半導体領域１５は、他の部分領域（例えば第５部分領域１５ｅなど）をさらに含んで良い。これらの部分領域において、互いの境界は、明確でも不明確でも良い。 第４半導体領域１４は、第１方向Ｄ１と交差する第２方向Ｄ２において、第２部分領域１５ｂと第４部分領域１５ｄとの間にある。 第６半導体領域１６は、第１半導体部分１６ａを含む。第１半導体部分１６ａは、第２方向Ｄ２において、第３部分領域１５ｃと第４半導体領域１４との間にある。第２部分領域１５ｂは、第２方向Ｄ２において、第１半導体部分１６ａと第４半導体領域１４との間にある。 第１半導体部分１６ａの一部は、第１方向Ｄ１において第１電極５１と第１部分領域１５ａとの間にある。第１半導体部分１６ａの別の一部は、第１方向Ｄ１において第４電極５４と第１部分領域１５ａとの間にある。 第４部分領域１５ｄは、第１方向Ｄ１において第１電極５１と第１半導体領域１１との間にある。この例では、第４部分領域１５ｄの一部は、第１方向Ｄ１において第５部分領域１５ｅと第１半導体領域１１との間にある。 第２絶縁部材４２の少なくとも一部は、第４電極５４と第１半導体部分１６ａとの間、第４電極５４と第２部分領域１５ｂとの間、及び、第４電極５４と第４半導体領域１４との間にある。第１電極５１は、第５半導体領域１５と電気的に接続される。例えば、第１電極５１は、第３部分領域１５ｃ、第４部分領域１５ｄ及び第５部分領域１５ｅと電気的に接続される。第１電極５１は、第３部分領域１５ｃ、第４部分領域１５ｄ及び第５部分領域１５ｅと接して良い。 図１に示すように、第１方向Ｄ１において、第１電極５１と、第４部分領域１５ｄとの間に第６半導体領域１６が設けられない。図１に示すように、第４電極５４を含み第１方向Ｄ１に沿う軸に対して、半導体部材１０Ｍは非対称である。例えば、第４半導体領域１４と第５部分領域１５ｅとの間に、第６半導体領域１６が設けられない。 第１電極５１と第２電極５２との間に流れる電流は、第３電極５３の電位により制御できる。第１電極５１は、コレクタ電極として機能する。第２電極５２は、エミッタ電極として機能する。第３電極５３は、ゲート電極として機能する。半導体装置１１０は、例えば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）である。 半導体装置１１０は、上記の第４電極５４を含む。第４電極５４の一部は、第１導電形の第６半導体領域１６、第２導電形の第５半導体領域１５の一部、及び、第１導電形の第４半導体領域１４と対向する。第４電極５４の電位を制御することで、例えば、第１電極５１から注入される電荷（例えばホール）を制御できる。例えば、第５半導体領域１５から後述する第７半導体領域１７に向けて注入される電荷（例えばホール）を制御できる。 図１の左側の部分において、第１半導体部分１６ａ、第２部分領域１５ｂ及び第４半導体領域１４を含む電流経路が、第４電極５４の電位により制御できる。例えば、第４電極５４の電位がしきい値を超えたときに、第２部分領域１５ｂの第４電極５４と対向する部分に電流経路が形成される。第４電極５４の電位を制御することで、電流経路の開閉が実施される。例えば、電流経路の開状態において、第２部分領域１５ｂ及び第１半導体部分１６ａを介して、第４半導体領域１４から、電子が第１電極５１に向けて移動できる。例えば、電子が第１電極５１に向けて排出される。 一方、図１の右側部分においては、このような電流経路が設けられない。図１の右側部分においては、第４電極５４の電位により、第４部分領域１５ｄを介しての第１電極５１から第１半導体領域１１へのホールの注入が制御される。これは、第４電極５４の電位により第４半導体領域１４及び第４部分領域１５ｄを含む領域のポテンシャルが制御されることによると考えられる。これは、図１の左側部分における電荷の排出に伴う現象であると考えられる。 実施形態においては、第１半導体部分１６ａ、第２部分領域１５ｂ及び第４半導体領域１４を含む電流経路のスイッチングによる電子の排出が行われる。一方、第４部分領域１５ｄを含む領域においては、ポテンシャルの制御により、ホールの注入が制御される。異なる複数のメカニズムにより、キャリアを効果的に制御することができる。半導体装置１１０において、第１部分領域１５ａを含む領域において、ホールの注入が制御されても良い。 実施形態においては、電子の効率的な排出と、ホールの注入の抑制と、が効果的に実施される。例えば、導通損失が効果的に抑制される。実施形態によれば、特性を向上可能な半導体装置が提供される。 図１に示すように、半導体装置１１０において、制御部７０が設けられて良い。制御部７０は、半導体装置１１０に含まれて良い。制御部７０は、半導体装置１１０とは別に設けられた良い。制御部７０は、第１電極５１、第２電極５２、第３電極５３及び第４電極５４と電気的に接続される。以下、半導体装置１１０における動作の例について説明する。 図３は、第１実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。 図３において、横軸は時間ｔｍである。図３には、第３電極５３の電位（第３電極電位Ｖ３）と、第４電極５４の電位（第４電極電位Ｖ４）と、が例示されている。制御部７０は、第１動作を実施するように構成される。半導体装置１１０におけるオフ動作に対応する。 図３に示すように、第１動作において、制御部７０は、第１時刻ｔ１において、第３電極５３の第３電極電位Ｖ３を、第２電極５２の第２電極電位を基準とした第１電位Ｅ１とするように構成される。第１動作において、制御部７０は、第２時刻ｔ２において、第３電極電位Ｖ３を、第２電極電位を基準とした第２電位Ｅ２にするように構成される。第２時刻ｔ２は、第１時刻ｔ１の後である。第１電位Ｅ１は、第２電位Ｅ２よりも高い。第１動作において、制御部７０は、第３時刻ｔ３において、第４電極５４の第４電極電位Ｖ４を、第１電極５１の第１電極電位を基準とした第３電位Ｅ３とするように構成される。第１動作において、制御部７０は、第４時刻ｔ４において、第４電極電位Ｖ４を、第１電極電位を基準とした第４電位Ｅ４とするよう構成される。第４時刻ｔ４は、第３時刻ｔ３の後である。第３電位Ｅ３は、第４電位Ｅ４よりも低い。第４時刻ｔ４は、第２時刻ｔ２よりも前である、または、第２時刻ｔ２と同じである。 このような動作が、第３電極５３及び第４電極５４に適用されて良い。第４電極５４の電位が適切に制御されることで、例えば、電子が効果的に排出される。非対称の構成が適用されることで、例えば、電流経路の適切な開閉と、第４部分領域１５ｄを含む領域におけるホールの注入の抑制と、が実施される。例えば、損失を効果的に低減できる。特性を向上できる半導体装置を提供できる。実施形態においては、例えば、第４電極５４の第２方向Ｄ２における一方において電流経路が形成される。例えば、電流密度を高くできる。例えば、第４電極５４の位置の制約が緩和され、安定して第４電極５４が高い生産性で得られる。 図２に示すように、第４電極５４の少なくとも一部は、第３方向Ｄ３に沿って延びて良い。第３方向Ｄ３は、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２を含む平面と交差する。第３方向Ｄ３は、例えばＹ軸方向で良い。 第４半導体領域１４は、第３方向Ｄ３に沿って延びて良い。第１半導体部分１６ａは、第３方向Ｄ３に沿って延びて良い。 図１に示すように、半導体部材１０Ｍは、第１導電形の第７半導体領域１７をさらに含んで良い。第７半導体領域１７の一部は、第１方向Ｄ１において、第４半導体領域１４と第１半導体領域１１との間にある。第７半導体領域１７の別の一部は、第１方向Ｄ１において、第５半導体領域１５と第１半導体領域１１との間にある。第７半導体領域１７における第１導電形の不純物