JP2024040114A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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Abstract

【課題】P型フローティング領域内の正孔蓄積を抑制して、絶縁ゲート型バーポーラトランジスタなどの半導体装置のスイッチング時間を改善するための技術を提供する。【解決手段】半導体装置は、半導体基板に形成されたトレンチゲートおよびトレンチエミッタと、トレンチゲートおよびトレンチエミッタに挟まれた半導体基板に形成された第1導電型のフローティング領域と、を有する。フローティング領域の底部は、トレンチゲートおよびトレンチエミッタの底部より下側に位置しており、フローティング領域は、フローティング領域の表面側に、結晶欠陥形成領域を有する。【選択図】図2The present invention provides a technique for improving the switching time of a semiconductor device such as an insulated gate bar polar transistor by suppressing hole accumulation in a P-type floating region. A semiconductor device includes a trench gate and a trench emitter formed in a semiconductor substrate, and a first conductivity type floating region formed in the semiconductor substrate sandwiched between the trench gate and the trench emitter. The bottom of the floating region is located below the bottoms of the trench gate and the trench emitter, and the floating region has a crystal defect forming region on the surface side of the floating region. [Selection diagram] Figure 2

Description

本開示は、半導体装置に関し、トレンチゲートとP型フローティング領域とを有する絶縁ゲート型バイーポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)などのパワー系半導体装置に適用して有効な技術に関する。 The present disclosure relates to a semiconductor device, and relates to a technique that is effective when applied to a power semiconductor device such as an insulated gate bipolar transistor (IGBT) having a trench gate and a P-type floating region.

絶縁ゲート型バイーポーラトランジスタ(IGBT)として、IE(Injection Enhancement)効果を利用可能としたIE型IGBTが開発されている。IE効果とは、IGBTがオン状態のときに正孔が排出されにくくすることでドリフト領域に蓄積される電荷の濃度を高めて、IGBTのオン電圧を下げる効果である。このようなIE型IGBTとして、GG型構造、GGEE型構造やGE-S型構造などがある(特開2019-029434号公報参照)。 As an insulated gate bipolar transistor (IGBT), an IE type IGBT that can utilize an IE (Injection Enhancement) effect has been developed. The IE effect is an effect that increases the concentration of charges accumulated in the drift region by making it difficult for holes to be discharged when the IGBT is on, thereby lowering the on-state voltage of the IGBT. Such IE type IGBTs include a GG type structure, a GGEE type structure, a GE-S type structure, etc. (see Japanese Patent Application Laid-Open No. 2019-029434).

特開2019-029434号公報JP2019-029434A

GG型構造、GGEE型構造やGE-S型構造のIE型IGBTにおいて、ゲートトレンチとゲートトレンチとの間(GG型構造におけるG-G間)、または、ゲートトレンチとエミッタトレンチとの間(GGEE型構造およびGE-S型構造におけるG-E間)にP型フローティング領域を有する場合がある。ドリフト領域だけでなく、G-GおよびG-Eの各トレンチ間のP型フローティング領域内に蓄積された正孔の排出しやすさも、IGBTのスイッチング時間に影響を与える。スイッチング特性をさらに高めるためには、P型フローティング領域に対する正孔蓄積効果の制御が必要である。ゲートトレンチとは、トレンチ内に形成された電極がゲート電極に接続され、ゲート電極として機能するトレンチ領域である。また、エミッタトレンチとは、トレンチ内に形成された電極がエミッタ電極に接続され、エミッタ電極として機能するトレンチ領域である。 In an IE type IGBT with a GG type structure, a GGEE type structure, or a GE-S type structure, there is a type structure and between GE in the GE-S type structure) may have a P-type floating region. Not only the drift region but also the ease with which holes accumulated in the P-type floating region between the GG and GE trenches can be discharged affects the switching time of the IGBT. In order to further improve the switching characteristics, it is necessary to control the hole accumulation effect on the P-type floating region. A gate trench is a trench region in which an electrode formed within the trench is connected to a gate electrode and functions as the gate electrode. Further, an emitter trench is a trench region in which an electrode formed in the trench is connected to an emitter electrode and functions as an emitter electrode.

本開示は、P型フローティング領域内の正孔蓄積を抑制して、絶縁ゲート型バーポーラトランジスタなどの半導体装置のスイッチング時間を改善するための技術を提供することにある。 An object of the present disclosure is to provide a technique for suppressing hole accumulation in a P-type floating region and improving the switching time of a semiconductor device such as an insulated gate bar polar transistor.

その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。 Other objects and novel features will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 A brief overview of typical features of the present disclosure is as follows.

一実施の形態に係る半導体装置は、
第1主面、および前記第1主面と反対側の第2主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成された第1トレンチ、および第2トレンチと、
前記第1トレンチに、第1ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第1トレンチエミッタと、
前記第2トレンチに、第2ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第1トレンチゲートと、
前記第1トレンチエミッタと第1トレンチゲートとの間の前記半導体基板に形成された、フローティング領域と、
前記フローティング領域内の前記第1主面に近い位置に局所的に形成された、結晶欠陥を含む結晶欠陥領域と、を有する。
A semiconductor device according to one embodiment includes:
a semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
a first trench and a second trench formed in the semiconductor substrate;
a first trench emitter embedded in the first trench via a first gate insulating film;
a first trench gate embedded in the second trench via a second gate insulating film;
a floating region formed in the semiconductor substrate between the first trench emitter and the first trench gate;
A crystal defect region including a crystal defect is formed locally in the floating region at a position close to the first main surface.

断面視において、前記フローティング領域は、前記第1トレンチの底面と、前記第2トレンチの底面とを覆うように形成され、
平面視、および断面視において、前記結晶欠陥領域は、前記第1トレンチ、および前記第2トレンチから離間して設けられている。
In a cross-sectional view, the floating region is formed to cover a bottom surface of the first trench and a bottom surface of the second trench,
In plan view and cross-sectional view, the crystal defect region is provided apart from the first trench and the second trench.

上記一実施の形態に係る半導体装置によれば、P型フローティング領域内の正孔蓄積を抑制して、スイッチング時間を改善することできる。 According to the semiconductor device according to the embodiment described above, it is possible to suppress hole accumulation in the P-type floating region and improve switching time.

図1は、実施の形態に係る半導体チップの全体の平面図である。FIG. 1 is an overall plan view of a semiconductor chip according to an embodiment. 図2は、図1に示すセル領域RRの要部断面図である。FIG. 2 is a sectional view of a main part of the cell region RR shown in FIG. 1. 図3は、図1のセル領域RRの要部平面図である。FIG. 3 is a plan view of a main part of the cell region RR in FIG. 1. 図4は、実施の形態に係るp型フローティング領域の製造方法を説明するフロー図である。FIG. 4 is a flow diagram illustrating a method for manufacturing a p-type floating region according to an embodiment. 図5は、図1に示すセル領域RRの他の構成例による要部断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part according to another example of the structure of the cell region RR shown in FIG. 1. 図6は、図2および図5の結晶欠陥領域の構成を説明する図である。FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of the crystal defect region in FIGS. 2 and 5. 図7は、スイッチング特性を説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating switching characteristics. 図8は、実施の形態に係る結晶欠陥の評価結果を説明する図である。FIG. 8 is a diagram illustrating the evaluation results of crystal defects according to the embodiment. 図9は、実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment. 図10は、図9に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 9. 図11は、図10に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 11 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 10. 図12は、図11に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 12 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 11. 図13は、図12に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 13 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 12. 図14は、図13に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 13. 図15は、図14に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 14. 図16は、図15に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 15. 図17は、図16に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 17 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 16. 図18は、図17に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 18 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 17. 図19は、図18に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 19 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 18. 図20は、図19に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 20 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 19. 図21は、図20に続く半導体装置の製造方法を説明する図である。FIG. 21 is a diagram illustrating a method for manufacturing a semiconductor device following FIG. 20. 図22は、図1に示すセル領域RRの他の構成例による要部断面図である。FIG. 22 is a cross-sectional view of a main part of another example of the structure of the cell region RR shown in FIG. 1.

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素(要素ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。 In the following embodiments, when necessary for convenience, the explanation will be divided into multiple sections or embodiments, but unless otherwise specified, they are not unrelated to each other, and one does not differ from the other. This is related to variations, details, supplementary explanations, etc. of some or all of the above. In addition, in the following embodiments, when referring to the number of elements (including numbers, numerical values, amounts, ranges, etc.), we also refer to cases where it is specifically specified or where it is clearly limited to a specific number in principle. However, it is not limited to the specific number, and may be greater than or less than the specific number. Furthermore, in the embodiments described below, the constituent elements (including elemental steps, etc.) are not essential, unless explicitly stated or when it is considered to be clearly essential in principle. Similarly, in the following embodiments, when referring to the shape, positional relationship, etc. of components, etc., the shape, positional relationship, etc. of components, etc. are referred to, unless specifically stated or when it is considered that it is clearly not possible in principle. This shall include things that approximate or are similar to, etc. This also applies to the above numerical values and ranges.

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。 Hereinafter, embodiments will be described in detail based on the drawings. In addition, in all the drawings for explaining the embodiment, members having the same function are given the same reference numerals, and repeated explanation thereof will be omitted. Note that, in order to make the explanation clearer, the drawings may be shown more schematically than the actual aspects, but this is merely an example and does not limit the interpretation of the present invention. Furthermore, in the following embodiments, descriptions of the same or similar parts will not be repeated in principle unless particularly necessary.

また、実施の形態で用いる図面においては、図面を見易くするためにハッチングを省略する場合もある。 Further, in the drawings used in the embodiments, hatching may be omitted in order to make the drawings easier to read.

本願明細書では、半導体の導電型がp型であるとは、正孔の濃度が電子の濃度よりも高く、正孔が主要な電荷キャリアであることを意味する。また、p型の半導体は、ボロンやガリウムなどの不純物が含まれた半導体の領域を意味する。本願明細書において、半導体の導電型がn型であるとは、電子の濃度が正孔の濃度よりも高く、電子が主要な電荷キャリアであることを意味する。また、n型の半導体は、例えばリンや砒素などの不純物が含まれた半導体の領域を意味する。 As used herein, a p-type conductivity type of a semiconductor means that the concentration of holes is higher than the concentration of electrons, and holes are the main charge carriers. Furthermore, a p-type semiconductor refers to a semiconductor region containing impurities such as boron and gallium. In this specification, when the conductivity type of a semiconductor is n-type, it means that the concentration of electrons is higher than the concentration of holes, and electrons are the main charge carriers. Furthermore, an n-type semiconductor refers to a semiconductor region containing impurities such as phosphorus or arsenic.

また、本願明細書では、IGBTがオフ状態からオン状態に切り替わるスイッチング動作を、「ターンオン」と称し、IGBTがオン状態からオフ状態に切り替わるスイッチング動作を、「ターンオフ」と称する。なお、これらの切り替わりは一瞬のうちに生じるものではなく、IGBTが接続された外部回路も含めて、時間的な順序関係を持った複数の段階を含み得る。 Further, in this specification, a switching operation in which an IGBT is switched from an off state to an on state is referred to as a "turn-on", and a switching operation in which an IGBT is switched from an on state to an off state is referred to as a "turn-off". Note that these switchings do not occur instantaneously, but may include a plurality of stages having a temporal order relationship, including the external circuit to which the IGBT is connected.

(実施の形態)
以下、図面を参照しながら実施の形態の半導体装置について詳細に説明する。本実施の形態の半導体装置100は、例えば、IGBTを備えた半導体チップCHPを有する。
(Embodiment)
Hereinafter, semiconductor devices according to embodiments will be described in detail with reference to the drawings. The semiconductor device 100 of this embodiment includes, for example, a semiconductor chip CHP including an IGBT.

図1は、本実施の形態に係る半導体チップCHPの全体の平面図である。図1に示すように、半導体装置100の半導体チップCHPの大部分はエミッタ電位電極EEで覆われる。また、エミッタ電位電極EEの外周には、エミッタ電位電極EEを囲うようにゲート電位電極GEが形成される。エミッタ電位電極EEの中央部付近にある破線で囲まれた領域はエミッタパッドEPであり、ゲート電位電極GEの破線で囲まれた領域はゲートパッドGPである。半導体チップCHPの上面は保護膜PIQ(図1では不図示)によって覆われるが、エミッタパッドEPおよびゲートパッドGPの上面は保護膜PIQが除去される。エミッタパッドEPおよびゲートパッドGPにはワイヤボンディングまたはクリップなどの外部接続端子が接続され、半導体チップCHPは外部接続端子を通して他チップまたは配線基板などと電気的に接続する。 FIG. 1 is a plan view of the entire semiconductor chip CHP according to this embodiment. As shown in FIG. 1, most of the semiconductor chip CHP of the semiconductor device 100 is covered with the emitter potential electrode EE. Further, a gate potential electrode GE is formed on the outer periphery of the emitter potential electrode EE so as to surround the emitter potential electrode EE. A region surrounded by a broken line near the center of the emitter potential electrode EE is an emitter pad EP, and a region surrounded by a broken line of the gate potential electrode GE is a gate pad GP. The upper surface of the semiconductor chip CHP is covered with a protective film PIQ (not shown in FIG. 1), but the protective film PIQ is removed from the upper surfaces of the emitter pad EP and gate pad GP. External connection terminals such as wire bonding or clips are connected to the emitter pad EP and gate pad GP, and the semiconductor chip CHP is electrically connected to other chips or wiring boards through the external connection terminals.

(IE型IGBTを含む半導体装置の構成例1:GGEE型構造)
図2は、図1に示すセル領域RRの要部断面図である。図3は、図1のセル領域RRの要部平面図である。図4は、実施の形態に係るp型フローティング領域FLの製造方法を説明するフローチャートである。
(Configuration example 1 of a semiconductor device including an IE type IGBT: GGEE type structure)
FIG. 2 is a sectional view of a main part of the cell region RR shown in FIG. 1. FIG. 3 is a plan view of a main part of the cell region RR in FIG. 1. FIG. 4 is a flowchart illustrating a method for manufacturing the p-type floating region FL according to the embodiment.

図2に示すように、IE型IGBTを含む半導体装置100は、GGEE型のセル構造を有している。GGEE型のセル構造は、半導体基板SUBの第1主面USに、トレンチゲートTG、トレンチエミッタTE、p型ベース領域BL、n型エミッタ領域EL、p型フローティング領域FL及びn型ホールバリア領域HBLを有する。IE型IGBT100は、更に、n型ホールバリア領域HBLの下部に配置されたn型ドリフト領域DLと、n型ドリフト領域DLの下部に配置されたn型フィールドストップ層FSLと、n型フィールドストップ層FSLの下部に配置されたp型コレクタ層CLと、p型コレクタ層CLの下部に配置されたコレクタ電極CEを有する。p型ベース領域BLとn型エミッタ領域ELには、層間絶縁膜ILに形成された接続孔CH1内のコンタクト部材またはプラグを介して、エミッタ電極EEが電気的に接続されている。尚、符号BCは、p型ベース領域BLの表面に形成された高濃度のp型ベースコンタクト層である。また、エミッタ電極EEは、層間絶縁膜ILに形成された接続孔CH2内のコンタクト部材またはプラグを介して、トレンチエミッタTE間に形成されたp型ベース領域BLと、トレンチエミッタTEとに電気的に接続されている。絶縁膜FPFがエミッタ電極EEの上側に形成されている。絶縁膜FPFは、例えばポリイミドを主要な成分とする有機絶縁膜などからなるファイナルパッシべーション膜である。なお、p型を第1導電型とした場合、n型は第1導電型と反対の第2導電型ということができる。 As shown in FIG. 2, a semiconductor device 100 including an IE type IGBT has a GGEE type cell structure. The GGEE type cell structure includes a trench gate TG, a trench emitter TE, a p-type base region BL, an n-type emitter region EL, a p-type floating region FL, and an n-type hole barrier region HBL on the first main surface US of the semiconductor substrate SUB. has. The IE type IGBT 100 further includes an n-type drift region DL disposed under the n-type hole barrier region HBL, an n-type field stop layer FSL disposed under the n-type drift region DL, and an n-type field stop layer. It has a p-type collector layer CL disposed below the FSL and a collector electrode CE disposed below the p-type collector layer CL. An emitter electrode EE is electrically connected to the p-type base region BL and the n-type emitter region EL via a contact member or plug in a connection hole CH1 formed in the interlayer insulating film IL. Note that BC is a highly doped p-type base contact layer formed on the surface of the p-type base region BL. Further, the emitter electrode EE is electrically connected to the p-type base region BL formed between the trench emitter TE and the trench emitter TE via a contact member or plug in the connection hole CH2 formed in the interlayer insulating film IL. It is connected to the. An insulating film FPF is formed above the emitter electrode EE. The insulating film FPF is a final passivation film made of, for example, an organic insulating film containing polyimide as a main component. Note that when p-type is the first conductivity type, n-type can be said to be the second conductivity type opposite to the first conductivity type.

p型フローティング領域FLには、四角の点線で示される局所的に結晶欠陥が形成された結晶欠陥領域CDRが形成されている。p型フローティング領域FLの深さが、例えば約6μmである場合、p型フローティング領域FLの表面から深さ方向に0~1μmの領域に結晶欠陥領域CDRが設けられる。ここで、表面からの深さ0~1μmの範囲内における結晶欠陥密度は、例えば、1×10個/cm程度である。IGBTのターンオフ時、エミッタ-ドレイン間に逆バイアスが掛かった際に、p型フローティング領域FLが空乏化される領域、すなわち、前記第1主面USからの深さが3μm~6μmのp型フローティング領域FLの領域の結晶欠陥密度は、半導体基板SUBの結晶欠陥密度と同程度である。 In the p-type floating region FL, a crystal defect region CDR in which crystal defects are locally formed is formed, which is indicated by a square dotted line. When the depth of the p-type floating region FL is, for example, about 6 μm, the crystal defect region CDR is provided in a region from 0 to 1 μm in the depth direction from the surface of the p-type floating region FL. Here, the crystal defect density within a depth range of 0 to 1 μm from the surface is, for example, about 1×10 3 defects/cm 2 . A region where the p-type floating region FL is depleted when a reverse bias is applied between the emitter and the drain during turn-off of the IGBT, that is, a p-type floating region with a depth of 3 μm to 6 μm from the first main surface US. The crystal defect density in the region FL is approximately the same as the crystal defect density in the semiconductor substrate SUB.

IE型IGBT100は、p型フローティング領域FLをソース領域、p型ベース領域BLをドレイン領域、トレンチエミッタTEをゲート電極とする寄生Pチャネル型MOSFETを内包している。n型ホールバリア領域HBLは、寄生Pチャネル型MOSFETのチャネル形成領域を構成する。コレクタ電極CEは、p型コレクタ層CL、n型フィールドストップ層FSL、n型ドリフト領域DL、n型ホールバリア領域HBLを介して、寄生Pチャネル型MOSFETのバックゲートとして作用する。この寄生Pチャネル型MOSFETによって、IGBTのスイッチング時にp型フローティング領域FLに蓄積されたホールが、エミッタ電極EEに短い経路で排出されることにより、スイッチング時間を短縮することができる。また、p型フローティング領域FLの電位変動が抑制されるので、トレンチゲートTGの電位が安定化し、スイッチング時のスイッチング損失を抑制することができる。 The IE type IGBT 100 includes a parasitic P channel type MOSFET that uses the p type floating region FL as a source region, the p type base region BL as a drain region, and the trench emitter TE as a gate electrode. The n-type hole barrier region HBL constitutes a channel formation region of a parasitic P-channel MOSFET. The collector electrode CE acts as a back gate of the parasitic P-channel MOSFET via the p-type collector layer CL, the n-type field stop layer FSL, the n-type drift region DL, and the n-type hole barrier region HBL. This parasitic P-channel MOSFET allows holes accumulated in the p-type floating region FL during IGBT switching to be discharged to the emitter electrode EE via a short path, thereby shortening the switching time. Further, since potential fluctuations in the p-type floating region FL are suppressed, the potential of the trench gate TG is stabilized, and switching loss during switching can be suppressed.

以下、IE型IGBT100の構成を説明する。 The configuration of the IE type IGBT 100 will be described below.

まず、半導体基板SUBは、リン(P)等のn型不純物が導入された単結晶シリコンで形成されている。半導体基板SUBの不純物濃度はそのままドリフト領域DLの不純物濃度である。 First, the semiconductor substrate SUB is formed of single crystal silicon into which n-type impurities such as phosphorus (P) are introduced. The impurity concentration of the semiconductor substrate SUB is directly the impurity concentration of the drift region DL.

n型ホールバリア領域HBLは、半導体基板SUBの表面US側からn型不純物を導入することによって形成される。このn型不純物の導入は、例えばイオン種をリンとして例示することができる。また、n型ホールバリア領域HBLは、IE型IGBTの動作時に、正孔がp型ベース領域BLに達して排出されることを抑制し、正孔に対しバリアとして機能する。n型ホールバリア領域HBLの不純物濃度は、n型ドリフト領域DLにおけるn型の不純物濃度よりも高く、かつ、後述するn型エミッタ領域ELのn型の不純物濃度よりも低く設定される。 The n-type hole barrier region HBL is formed by introducing n-type impurities from the surface US side of the semiconductor substrate SUB. The introduction of this n-type impurity can be exemplified by using phosphorus as the ion species, for example. Further, the n-type hole barrier region HBL prevents holes from reaching the p-type base region BL and being discharged during operation of the IE-type IGBT, and functions as a barrier against holes. The impurity concentration of the n-type hole barrier region HBL is set higher than the n-type impurity concentration in the n-type drift region DL and lower than the n-type impurity concentration of the n-type emitter region EL, which will be described later.

p型フローティング領域FLは、半導体基板SUBの表面US側からp型不純物を導入することによって形成される。図4に示すように、p型フローティング領域FLは、第1イオン注入工程S1と、第2イオン注入工程S2と、アニール工程S3とを用いた、多段イオン注入方法を好適な製造方法として例示することができる。第1イオン注入工程S1と第2イオン注入工程S2とのイオン注入は、半導体基板SUBの表面USの同一の領域(所望の領域)に対して行われる。 The p-type floating region FL is formed by introducing p-type impurities from the surface US side of the semiconductor substrate SUB. As shown in FIG. 4, the p-type floating region FL is manufactured using a multi-stage ion implantation method using a first ion implantation step S1, a second ion implantation step S2, and an annealing step S3. be able to. Ion implantation in the first ion implantation step S1 and the second ion implantation step S2 is performed on the same region (desired region) of the surface US of the semiconductor substrate SUB.

第1イオン注入工程S1は、例えば、イオン種(第1導電型のイオン種)をボロン(B)とし、ドーズ量を6.0×1012/cmから1.25×1013/cmとし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとして行われる。 In the first ion implantation step S1, for example, the ion species (first conductivity type ion species) is boron (B), and the dose is 6.0×10 12 /cm 2 to 1.25×10 13 /cm 2 . The implantation energy is 300 keV to 1.25 MeV.

第2イオン注入工程S2は、例えば、イオン種をボロン(B)とし、ドーズ量を1.0×1013/cmから2.75×1013/cmとし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとして行われる。 In the second ion implantation step S2, for example, the ion species is boron (B), the dose is 1.0×10 13 /cm 2 to 2.75×10 13 /cm 2 , and the implantation energy is 300 keV to 1.0 keV. The voltage is set at 25 MeV.

そして、アニール工程S3が第1イオン注入工程S1と第2イオン注入工程S2の後に行われる。アニール工程S3は、例えば、900℃、30sec(秒)程度の熱処理を行う。これにより、第1イオン注入工程S1と第2イオン注入工程S2により注入されたイオンが熱処理によって活性化されて、先に説明した結晶欠陥領域CDRが形成されたp型フローティング領域FLが形成される。また、アニール工程S3が1回とできるので、アニール工程削減によるコスト削減が可能である。 Then, an annealing step S3 is performed after the first ion implantation step S1 and the second ion implantation step S2. In the annealing step S3, heat treatment is performed at, for example, 900° C. for about 30 seconds. As a result, the ions implanted in the first ion implantation step S1 and the second ion implantation step S2 are activated by heat treatment, and the p-type floating region FL in which the crystal defect region CDR described above is formed is formed. . Further, since the annealing process S3 can be performed only once, it is possible to reduce costs by reducing the annealing process.

なお、p型フローティング領域FLの厚さが不足する場合は、追加の熱処理によって、当該イオン注入された不純物(ボロン)を拡散させることにしてもよい。あるいは、当該イオン注入された不純物(ボロン)を拡散させる熱処理工程が、アニール工程S3を兼ねることにしてもよい。 Note that if the thickness of the p-type floating region FL is insufficient, the ion-implanted impurity (boron) may be diffused by additional heat treatment. Alternatively, the heat treatment step for diffusing the ion-implanted impurity (boron) may also serve as the annealing step S3.

トレンチゲートTG及びトレンチエミッタTEは、半導体基板SUBの第1主面にエッチングによって形成されたトレンチ内に埋め込むように形成されたn型不純物ドープの多結晶シリコン層で構成されている。トレンチゲートTG及びトレンチエミッタTEは、ゲート絶縁膜GIによって、半導体基板SUBに形成された半導体層と電気的に分離されている。ゲート絶縁膜GIの厚さは、例えば0.10~0.12μmである。 The trench gate TG and the trench emitter TE are composed of an n-type impurity-doped polycrystalline silicon layer formed to be embedded in a trench formed by etching on the first main surface of the semiconductor substrate SUB. The trench gate TG and the trench emitter TE are electrically isolated from the semiconductor layer formed on the semiconductor substrate SUB by the gate insulating film GI. The thickness of the gate insulating film GI is, for example, 0.10 to 0.12 μm.

トレンチの深さは、例えば、3.0~3.5μmを好適な値として例示でき、トレンチの幅は、例えば、0.5~1.0μmを好適な値として例示することができる。また、トレンチは、平面視において、ストライプ状に形成され、トレンチゲートTG及びトレンチエミッタTEの各々は、ホールバリア領域HBLを挟むように互い対向するように配置される。レンチゲートTGとトレンチエミッタTEの間には、フローティング領域FLが配置される。p型フローティング領域FLの厚さ(または、深さ)は、例えば、5~6μmを好適な値として例示することができ、p型フローティング領域FLの底面部はトレンチの底面部を覆うように形成され、トレンチゲートTGの底面における電界集中を緩和する。 A suitable value for the depth of the trench is, for example, 3.0 to 3.5 μm, and a suitable value for the width of the trench is, for example, 0.5 to 1.0 μm. Further, the trench is formed in a stripe shape when viewed from above, and the trench gate TG and the trench emitter TE are arranged to face each other so as to sandwich the hole barrier region HBL. A floating region FL is arranged between the trench gate TG and the trench emitter TE. A suitable value for the thickness (or depth) of the p-type floating region FL is, for example, 5 to 6 μm, and the bottom surface of the p-type floating region FL is formed to cover the bottom surface of the trench. This reduces electric field concentration at the bottom of the trench gate TG.

p型ベース領域BLは、半導体基板SUBの表面US側からp型不純物を導入することによって形成される。このp型不純物は、例えば、ボロンである。p型ベース領域BLのイオン注入の加速エネルギーは低く設定されるため、イオン注入ダメージは小さく、結晶欠陥は残りにくい。 The p-type base region BL is formed by introducing p-type impurities from the surface US side of the semiconductor substrate SUB. This p-type impurity is, for example, boron. Since the acceleration energy for ion implantation into the p-type base region BL is set low, ion implantation damage is small and crystal defects are unlikely to remain.

p型ベース領域BLは、トレンチゲートTGの一側面にゲート絶縁膜GIを介して接するように、n型ホールバリア領域HBL上に形成される。また、p型ベース領域BLは、トレンチエミッタTEの一側面にゲート絶縁膜GIを介して接するように、n型ホールバリア領域HBL上に形成される。 The p-type base region BL is formed on the n-type hole barrier region HBL so as to be in contact with one side surface of the trench gate TG via the gate insulating film GI. Further, the p-type base region BL is formed on the n-type hole barrier region HBL so as to be in contact with one side surface of the trench emitter TE via the gate insulating film GI.

また、このp型ベース領域BLを形成するためのイオン注入は、n型ホールバリア領域HBL上だけでなく、p型フローティング領域FL上にも実施されてもよい。ただし、この場合は、p型フローティング領域FL表面の濃度が高くなるのみで、p型フローティング領域FLとしての機能に変化はない。n型ホールバリア領域HBL上のみにイオン注入する場合に比べて、微細なマスクパターンを必要としない利点がある。 Further, the ion implantation for forming the p-type base region BL may be performed not only on the n-type hole barrier region HBL but also on the p-type floating region FL. However, in this case, the concentration on the surface of the p-type floating region FL only increases, and there is no change in the function as the p-type floating region FL. Compared to the case where ions are implanted only onto the n-type hole barrier region HBL, there is an advantage that a fine mask pattern is not required.

n型エミッタ領域ELは、p型ベース領域BLの表面にn型不純物を導入することによって形成される。このp型不純物は、例えば、砒素である。 The n-type emitter region EL is formed by introducing n-type impurities into the surface of the p-type base region BL. This p-type impurity is, for example, arsenic.

層間絶縁膜ILは、n型エミッタ領域EL、p型ベース領域BL、p型フローティング領域FLを覆うように半導体基板SUBの第1主面上に形成される。層間絶縁膜ILは、例えばCVD法等により形成された酸化シリコン膜やPSG(Phosphorus Silicate Glass)膜である。層間絶縁膜ILの厚さは、例えば0.6μm程度である。この層間絶縁膜ILの材料としては、酸化シリコン膜、PSG膜のほか、BPSG(Boron Phosphorus Silicate Glass)膜、NSG(Non-doped Silicate Glass)膜、SOG(Spin On Glass)膜、またはこれらの複合膜等を好適なものとして例示することができる。 The interlayer insulating film IL is formed on the first main surface of the semiconductor substrate SUB so as to cover the n-type emitter region EL, the p-type base region BL, and the p-type floating region FL. The interlayer insulating film IL is, for example, a silicon oxide film or a PSG (Phosphorus Silicate Glass) film formed by a CVD method or the like. The thickness of the interlayer insulating film IL is, for example, about 0.6 μm. Materials for the interlayer insulating film IL include silicon oxide film, PSG film, BPSG (Boron Phosphorus Silicate Glass) film, NSG (Non-doped Silicate Glass) film, SOG (Spin On Glass) film, or a combination thereof. Suitable examples include membranes and the like.

層間絶縁膜ILには、接続孔CH1及びCH2が形成されている。接続孔CH1及びCH2は、異方性ドライエッチングで形成することができる。異方性ドライエッチングにより、接続孔CH1及びCH2から露出する半導体基板SUBの第1主面の一部がエッチングされ、p型ベース領域BLおよびトレンチエミッタTEの途中まで達する接続孔CH1及びCH2が形成される。 Connection holes CH1 and CH2 are formed in the interlayer insulating film IL. The contact holes CH1 and CH2 can be formed by anisotropic dry etching. By anisotropic dry etching, a part of the first main surface of the semiconductor substrate SUB exposed from the connection holes CH1 and CH2 is etched, forming connection holes CH1 and CH2 that reach partway through the p-type base region BL and the trench emitter TE. be done.

p型ベースコンタクト層BCは、接続孔CH1及びCH2を通して、半導体基板SUBの表面にp型不純物を導入することにより形成することができる。このp型不純物は、例えば、ボロンである。 The p-type base contact layer BC can be formed by introducing p-type impurities into the surface of the semiconductor substrate SUB through the connection holes CH1 and CH2. This p-type impurity is, for example, boron.

エミッタ電極EEは、接続孔CH1及びCH2の内部を含む層間絶縁膜IL上に形成される。エミッタ電極EEは、スパッタリング法により、アルミニウム膜で形成することができる。あるいは、エミッタ電極EEは、例えば以下のような手順で、積層膜として形成してもよい。まず、例えばスパッタリング法により、半導体基板SUBの第1主面上に、バリアメタル膜としてチタンタングステン膜を形成する。チタンタングステン膜の厚さは、例えば0.2μm程度である。 The emitter electrode EE is formed on the interlayer insulating film IL including the insides of the connection holes CH1 and CH2. The emitter electrode EE can be formed of an aluminum film by sputtering. Alternatively, the emitter electrode EE may be formed as a laminated film, for example, by the following procedure. First, a titanium-tungsten film is formed as a barrier metal film on the first main surface of the semiconductor substrate SUB by, for example, a sputtering method. The thickness of the titanium tungsten film is, for example, about 0.2 μm.

次に、シリサイドアニールを行った後、チタンタングステン膜上の全面に、接続孔CH1及びCH2の内部を埋め込むように、例えばスパッタリング法により、アルミニウム系金属膜を形成する。アルミニウム系金属膜は、例えば数%シリコンおよび/または銅が添加されたアルミニウム膜で構成され、厚さは、5μm程度である。接続孔CH1及びCH2の内部に埋め込まれたアルミニウム系金属膜はコンタクト部材またはプラグとなる。 Next, after silicide annealing is performed, an aluminum-based metal film is formed over the entire surface of the titanium-tungsten film by, for example, a sputtering method so as to fill the insides of the connection holes CH1 and CH2. The aluminum-based metal film is composed of, for example, an aluminum film doped with several percent silicon and/or copper, and has a thickness of about 5 μm. The aluminum-based metal film buried inside the connection holes CH1 and CH2 becomes a contact member or a plug.

次に、レジストパターンをマスクとしたドライエッチング法により所定のパターンに加工することによって、チタンタングステン膜とアルミニウム系金属膜の積層膜からなるエミッタ電極EEを形成することができる。 Next, by processing into a predetermined pattern by dry etching using the resist pattern as a mask, an emitter electrode EE made of a laminated film of a titanium-tungsten film and an aluminum-based metal film can be formed.

エミッタ電極EEは、n型エミッタ領域EL、p型ベースコンタクト層BC及びトレンチエミッタTEの夫々に電気的に接続される。 Emitter electrode EE is electrically connected to each of n-type emitter region EL, p-type base contact layer BC, and trench emitter TE.

次に、ファイナルパッシベーション膜FPFがエミッタ電極EE上および層間絶縁膜IL上に形成される。ファイナルパッシベーション膜FPFは、たとえば、ポリイミドを主要な成分とする有機膜であり、たとえば、厚さ10μm程度である。ファイナルパッシベーション膜FPFは、この有機膜をエミッタ電極EE上および層間絶縁膜IL上へ全面的に塗布し、通常のリソグラフィ技術を用いて、エミッタパッドEPの部分とゲートパッドGPの部分とを開口することによって形成される。 Next, a final passivation film FPF is formed on the emitter electrode EE and the interlayer insulating film IL. The final passivation film FPF is, for example, an organic film containing polyimide as a main component, and has a thickness of, for example, about 10 μm. For the final passivation film FPF, this organic film is applied over the entire surface of the emitter electrode EE and the interlayer insulating film IL, and the emitter pad EP portion and the gate pad GP portion are opened using normal lithography technology. formed by

ファイナルパッシベーション膜FPF形成後、半導体基板SUBの第1主面と反対側の第2主面(裏面)BSに対し、バックグラインディング処理を施すことによって、半導体基板SUBを薄型化する。バックグラインディング処理は、厚さ800μm程度の半導体基板SUBを、例えば30μm~200μmにする。 After the final passivation film FPF is formed, the semiconductor substrate SUB is thinned by performing a back grinding process on the second main surface (back surface) BS opposite to the first main surface of the semiconductor substrate SUB. In the back grinding process, the semiconductor substrate SUB having a thickness of about 800 μm is reduced to, for example, 30 μm to 200 μm.

次に、薄型化された半導体基板SUBの第2主面(裏面)BSに、イオン注入法により、N型不純物を選択的に導入することによって、n型フィールドストップ層FSLを形成する。このn型不純物は、例えば、リンである。 Next, an n-type field stop layer FSL is formed by selectively introducing an n-type impurity into the second main surface (back surface) BS of the thinned semiconductor substrate SUB by ion implantation. This n-type impurity is, for example, phosphorus.

次に、薄型化された半導体基板SUBの第2主面(裏面)BSに、イオン注入法により、P型不純物を導入することによって、p型コレクタ層CLを形成する。このp型不純物は、例えば、ボロンである。なお、N型不純物およびP型不純物を順次導入し、半導体基板SUBの第2主面(裏面)BSに対して、レーザアニールを実施して、n型フィールドストップ層FSL、および、p型コレクタ層CLを形成しても良い。 Next, a p-type collector layer CL is formed by introducing p-type impurities into the second main surface (back surface) BS of the thinned semiconductor substrate SUB by ion implantation. This p-type impurity is, for example, boron. Note that an N-type impurity and a P-type impurity are sequentially introduced, and laser annealing is performed on the second main surface (back surface) BS of the semiconductor substrate SUB to form an n-type field stop layer FSL and a p-type collector layer. A CL may also be formed.

次に、例えばスパッタリング法により、p型コレクタ層CLの表面に、コレクタ電極CEを形成する。コレクタ電極CEは、例えば、半導体基板SUBの第2主面(裏面)BSから順にアルミニウム(Al)層、チタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層等の積層膜により、形成することができる。コレクタ電位電極CEは、スパッタリング法またはCVD法によって形成された、窒化チタン膜などの金属膜としてもよい。 Next, a collector electrode CE is formed on the surface of the p-type collector layer CL by, for example, a sputtering method. The collector electrode CE is made of, for example, a laminated film of an aluminum (Al) layer, a titanium (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, a gold (Au) layer, etc. in order from the second main surface (back surface) BS of the semiconductor substrate SUB. can be formed. The collector potential electrode CE may be a metal film such as a titanium nitride film formed by sputtering or CVD.

上記製造プロセスにより、図2に示したIE型IGBTを製造することができる。ここで、デバイス構造をより具体的に例示するために、デバイス各部の主要寸法の一例を示す。 By the above manufacturing process, the IE type IGBT shown in FIG. 2 can be manufactured. Here, in order to more specifically illustrate the device structure, an example of the main dimensions of each part of the device will be shown.

一対のトレンチゲートTGのトレンチピッチ間隔は1.8μm~2.0μmであり、一対のトレンチエミッタTEのトレンチピッチ間隔は0.9μm~1.1μm、p型フローティング領域FLの幅WFL(図6参照)は5.5~7μmであり、p型フローティング領域FLの深さは、4.5~6μmである。 The trench pitch interval of the pair of trench gates TG is 1.8 μm to 2.0 μm, the trench pitch interval of the pair of trench emitters TE is 0.9 μm to 1.1 μm, and the width WFL of the p-type floating region FL (see FIG. 6). ) is 5.5 to 7 μm, and the depth of the p-type floating region FL is 4.5 to 6 μm.

図3は、セル形成領域を説明する図であり、図1の領域RRの模式的な拡大平面図である。図2は、図3のB-B線に沿う模式的な断面図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a cell formation region, and is a schematic enlarged plan view of region RR in FIG. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view taken along line BB in FIG.

セル形成領域RRは、活性セル領域RCaと、非活性領域Riaと、ホールコレクタセル領域RCcと、を含む。活性セル領域RCa、非活性領域Ria、ホールコレクタセル領域RCcのおのおのは、第1方向Yに沿う様に、ストライプ状に延在する様に設けられている。また、活性セル領域RCa、非活性領域Ria、ホールコレクタセル領域RCc、非活性領域Riaの4つがこの順で1つのレイアウト単位とされて、第1方向Yと直交する第2方向Xに繰り返し配置されている。 Cell formation region RR includes an active cell region RCa, an inactive region Ria, and a hole collector cell region RCc. The active cell region RCa, the inactive region Ria, and the hole collector cell region RCc are each provided so as to extend in a stripe shape along the first direction Y. Furthermore, the active cell region RCa, the inactive region Ria, the hole collector cell region RCc, and the inactive region Ria are set as one layout unit in this order, and are repeatedly arranged in a second direction X perpendicular to the first direction Y. has been done.

活性セル領域RCaには、活性セルCaが形成される。図3では、活性セルCaとして、第1方向Yに、ストライプ状に形成された一対のトレンチゲートTGと、一対のトレンチゲートTGの間に設けられたn型エミッタ領域ELとが模式的に描かれている。ホールコレクタセル領域RCcには、ホールコレクタセルCcが形成される。ホールコレクタセルCcは、図2で説明したように、p型フローティング領域FLをソース領域、p型ベース領域BLをドレイン領域、n型ホールバリア領域HBLをチャネル形成領域、トレンチエミッタTEをゲート電極とする寄生Pチャネル型MOSFETである。図3では、ホールコレクタセルCcとして、第1方向Yに、ストライプ状に形成された一対のトレンチエミッタTEと、一対のトレンチエミッタTEの間を接続する接続用トレンチエミッタTEaとが模式的に描かれている。非活性領域Riaには、図3では、p型フローティング領域FLが模式的に描かれている。なお、図2のように接続孔CH2を一対のトレンチエミッタTEの両方に接するように形成する場合は、接続用トレンチエミッタTEaは不要とすることができる。接続孔CH2を一対のトレンチエミッタTEの一方にのみ接するように形成する場合、接続用トレンチエミッタTEaを設けるのが好ましい。ここで、トレンチゲートTGとトレンチエミッタTEとは、平面視において第1方向Yに延在し、且つ、平面視において第1方向Yと直交(または交差)する第2方向Xにおいて互いに隣接していると見なすことができる。 Active cells Ca are formed in the active cell region RCa. In FIG. 3, a pair of trench gates TG formed in a stripe shape in the first direction Y and an n-type emitter region EL provided between the pair of trench gates TG are schematically depicted as active cells Ca. It is. A hole collector cell Cc is formed in the hole collector cell region RCc. As explained in FIG. 2, in the hole collector cell Cc, the p-type floating region FL is used as a source region, the p-type base region BL is used as a drain region, the n-type hole barrier region HBL is used as a channel formation region, and the trench emitter TE is used as a gate electrode. This is a parasitic P-channel MOSFET. In FIG. 3, a pair of trench emitters TE formed in a stripe shape in the first direction Y and a connecting trench emitter TEa connecting between the pair of trench emitters TE are schematically depicted as a hole collector cell Cc. It is. In FIG. 3, a p-type floating region FL is schematically drawn in the inactive region Ria. Note that when the connection hole CH2 is formed so as to be in contact with both of the pair of trench emitters TE as shown in FIG. 2, the connection trench emitter TEa can be made unnecessary. When the connection hole CH2 is formed so as to be in contact with only one of the pair of trench emitters TE, it is preferable to provide a connection trench emitter TEa. Here, the trench gate TG and the trench emitter TE extend in the first direction Y in a plan view, and are adjacent to each other in a second direction X that is orthogonal to (or intersects with) the first direction Y in a plan view. It can be considered that there is.

(IE型IGBTを含む半導体装置の構成例2:GE型構造)
図5は、図1に示すセル領域RRの他の構成例による要部断面図である。図2には、GGEE型構造のセル構造が示されたが、図5は、GE型構造(または、EG型構造、GE-S型構造)のセル構造を説明する断面図である。
(Example 2 of configuration of semiconductor device including IE type IGBT: GE type structure)
FIG. 5 is a cross-sectional view of a main part according to another example of the structure of the cell region RR shown in FIG. 1. Although FIG. 2 shows a cell structure of a GGEE type structure, FIG. 5 is a cross-sectional view illustrating a cell structure of a GE type structure (or EG type structure or GE-S type structure).

図5のGE型構造のセル構造が図2のGGEE型構造のセル構造と異なる点は、トレンチエミッタTEとトレンチゲートTGが一対となっており、この一対のトレンチエミッタTEとトレンチゲートTGは複数形成されている点である。エミッタ電極EEは、一対のトレンチエミッタTEとトレンチゲートTGの間において、層間絶縁膜ILに形成された接続孔(コンタクトホール)CH3内のコンタクト部材またはプラグを介して、n型エミッタ領域EL、p型ベースコンタクト層BC及びトレンチエミッタTEの夫々に電気的に接続される。図5のGE型構造のセル構造の他の構成は、図2のGGEE型構造のセル構造の他の構成と同じであり、重複する説明は省略することとする。図2および図5のp型フローティング領域FLおよび結晶欠陥領域CDRは、同様な製造方法により形成され、同様な構成とされている。 The cell structure of the GE type structure shown in FIG. 5 is different from the cell structure of the GGEE type structure shown in FIG. This is the point where it is formed. The emitter electrode EE is connected between the pair of trench emitters TE and trench gates TG via a contact member or plug in a contact hole CH3 formed in the interlayer insulating film IL, and the n-type emitter regions EL, p It is electrically connected to each of the mold base contact layer BC and the trench emitter TE. The other configurations of the cell structure of the GE type structure in FIG. 5 are the same as the other configurations of the cell structure of the GGEE type structure in FIG. 2, and redundant explanation will be omitted. The p-type floating region FL and crystal defect region CDR in FIGS. 2 and 5 are formed by the same manufacturing method and have the same structure.

(IE型IGBTを含む半導体装置の構成例3:GG型構造)
図22は、図1に示すセル領域RRの他の構成例による要部断面図である。図22は、GG型構造のセル構造を説明する断面図である。図22のGG型構造のセル構造が図2のGGEE型構造のセル構造と異なる点は、図2のGGEE型構造のEE側の部分(1対のトレンチエミッタTE部分)がGG側の部分(1対のトレンチゲートTG部分)と同一の構造(p型ベース領域BLとn型エミッタ領域ELとp型ベースコンタクト層BCとコンタクトホールCH1が設けられている)とされている点である。図22のGG型構造のセル構造の他の構成は、図2のGGEE型構造のセル構造の他の構成と同じであり、重複する説明は省略することとする。図2、図5および図22のp型フローティング領域FLおよび結晶欠陥領域CDRは、同様な製造方法により形成され、同様な構成とされている。
(Configuration example 3 of semiconductor device including IE type IGBT: GG type structure)
FIG. 22 is a cross-sectional view of a main part of another example of the structure of the cell region RR shown in FIG. 1. FIG. 22 is a cross-sectional view illustrating the cell structure of the GG type structure. The cell structure of the GG type structure in FIG. 22 is different from the cell structure of the GGEE type structure in FIG. It has the same structure as the pair of trench gates TG (a p-type base region BL, an n-type emitter region EL, a p-type base contact layer BC, and a contact hole CH1 are provided). The other configurations of the cell structure of the GG type structure in FIG. 22 are the same as the other configurations of the cell structure of the GGEE type structure in FIG. 2, and redundant explanation will be omitted. The p-type floating region FL and crystal defect region CDR in FIGS. 2, 5, and 22 are formed by the same manufacturing method and have the same configuration.

(結晶欠陥領域CDRの構成例)
図6は、図2および図5の結晶欠陥領域CDRの構成を説明する図である。図6には、図2のGGEE型構造のセル構造または図5のGE型構造のセル構造における、トレンチゲートTGとトレンチエミッタTEとの間の断面図と、p型フローティング領域FLに形成された結晶欠陥領域CDRの深さ方向および横方向の結晶欠陥密度のグラフが示されている。ここでは、p型フローティング領域FLの深さが、例えば約6μmである場合について例示的に説明する。p型フローティング領域FLの表面から深さ方向に0~1μmの領域に、選択的に結晶欠陥が形成された結晶欠陥領域CDRが設けられる。
(Example of configuration of crystal defect region CDR)
FIG. 6 is a diagram illustrating the structure of the crystal defect region CDR in FIGS. 2 and 5. FIG. 6 shows a cross-sectional view between the trench gate TG and the trench emitter TE in the cell structure of the GGEE type structure in FIG. 2 or the cell structure of the GE type structure in FIG. A graph of the crystal defect density in the depth direction and the lateral direction of the crystal defect region CDR is shown. Here, a case will be exemplified in which the depth of the p-type floating region FL is, for example, about 6 μm. A crystal defect region CDR in which crystal defects are selectively formed is provided in a region from 0 to 1 μm in the depth direction from the surface of the p-type floating region FL.

図6の結晶欠陥領域CDRの深さ方向(dp)の説明において、例えば、深さ0はp型フローティング領域FLの上端部または結晶欠陥領域CDRの上端部を示し、深さd1は結晶欠陥領域CDRの下端部を示し、深さd2はオフ状態(定格電圧時、あるいは、より好ましくはアバランシェ状態)の空乏層DEPの上端(または、上部)を示し、深さd3はp型フローティング領域FLの下端部を示すものとする。深さd3から下は、ドリフト領域DLの領域である。 In the description of the depth direction (dp) of the crystal defect region CDR in FIG. 6, for example, depth 0 indicates the upper end of the p-type floating region FL or the upper end of the crystal defect region CDR, and depth d1 indicates the crystal defect region The depth d2 indicates the lower end of the CDR, the depth d2 indicates the upper end (or upper part) of the depletion layer DEP in the off state (at rated voltage, or more preferably in the avalanche state), and the depth d3 indicates the upper end of the p-type floating region FL. The lower end shall be indicated. The region below the depth d3 is the drift region DL.

空乏層DEPはコレクタの印加電圧が高いほど伸びるが、アバランシェ状態にまでなっていなくても、定格電圧まで印加された状態で結晶欠陥領域CDRが空乏層DEPに入っていなければ、リークの点では問題はない。 The depletion layer DEP expands as the voltage applied to the collector increases, but even if it does not reach the avalanche state, if the crystal defect region CDR does not enter the depletion layer DEP when the voltage is applied to the rated voltage, it will not be effective in terms of leakage. No problem.

p型フローティング領域FLの底部は、トレンチゲートおよびトレンチエミッタの底部より下側に位置している。p型フローティング領域FLは、p型フローティング領域FLの表面側に、結晶欠陥領域CDRを有する。結晶欠陥領域CDRは、p型フローティング領域FLの表面(0)と空乏層DEPの上端(d2)とに間において、p型フローティング領域FLの表面側に設けられている。また、結晶欠陥領域CDRは、p型フローティング領域FLの表面と空乏層DEPの上部との間であって、かつ、空乏層DEPの形成されない領域に形成されている。結晶欠陥領域CDRがオフ時においても空乏層DEPに含まれない領域に存在する構成とすることで、オフ時のリーク電流増大のような電気的特性の悪化を抑制することができる。 The bottom of the p-type floating region FL is located below the bottoms of the trench gate and trench emitter. The p-type floating region FL has a crystal defect region CDR on the surface side of the p-type floating region FL. The crystal defect region CDR is provided on the surface side of the p-type floating region FL between the surface (0) of the p-type floating region FL and the upper end (d2) of the depletion layer DEP. Further, the crystal defect region CDR is formed between the surface of the p-type floating region FL and the upper part of the depletion layer DEP, and in a region where the depletion layer DEP is not formed. By configuring the crystal defect region CDR to exist in a region not included in the depletion layer DEP even when off, it is possible to suppress deterioration of electrical characteristics such as an increase in leakage current when off.

結晶欠陥領域CDRの深さ方向(dp)の結晶欠陥密度CDD1は、次の特徴を有する。
(1)p型フローティング領域FLの上部、例えば、表面から深さd1(例えば1μm)の0~1μmの範囲内においてその結晶欠陥密度が相対的に高(つまり、0~1μmの範囲内に、結晶欠陥密度が最大となる箇所がある)、深さd1(1μm)より深いp型フローティング領域FLの領域ではその結晶欠陥密度が減少するように構成されている。
(2)p型フローティング領域FLの表面からの深さ0~1μmの範囲内における結晶欠陥の密度は、例えば、1×10個/cm以下である。
(3)p型フローティング領域FLにおいて、IGBTのターンオフ時のゲート電圧印加時(アバランシェ時)に空乏層DEPとなる深さの領域、たとえば、d2(例えば3μm)~d3(例えば6μm)程度の範囲とされる深さの領域は、元の半導体結晶基板の欠陥密度と同程度の相対的に低い欠陥密度とされている。
The crystal defect density CDD1 in the depth direction (dp) of the crystal defect region CDR has the following characteristics.
(1) The crystal defect density is relatively high in the upper part of the p-type floating region FL, for example, within the range of 0 to 1 μm at the depth d1 (for example, 1 μm) from the surface (that is, within the range of 0 to 1 μm), There is a portion where the crystal defect density is maximum), and the crystal defect density is reduced in the region of the p-type floating region FL deeper than the depth d1 (1 μm).
(2) The density of crystal defects within a depth range of 0 to 1 μm from the surface of the p-type floating region FL is, for example, 1×10 3 pieces/cm 2 or less.
(3) In the p-type floating region FL, a region with a depth that becomes a depletion layer DEP when a gate voltage is applied at turn-off of the IGBT (during avalanche), for example, a range of about d2 (for example, 3 μm) to d3 (for example, 6 μm) The region with the depth is said to have a relatively low defect density comparable to the defect density of the original semiconductor crystal substrate.

結晶欠陥領域CDRの横方向(wd)の結晶欠陥密度CDD2は、次の特徴を有する。
(4)結晶欠陥が形成されているのは(つまり、結晶欠陥領域CDRの形成領域の横方向の幅は)、p型フローティング領域FLの形成幅WFLの内部のみである。
(5)結晶欠陥領域CDRは、トレンチ(TE、TG)に接せず、あるいはゲート絶縁膜GIを貫通しないように形成されている。 すなわち、トレンチ(TE、TG)の側面やゲート絶縁膜GIには結晶欠陥が存在しないことが好ましい。この構成により、ゲート絶縁膜GIの信頼性低下など電気的特性の悪化を抑制することができる。結晶欠陥の数が増加するほど、結晶欠陥がゲート絶縁膜GIを貫通する可能性が高まるので、結晶欠陥密度は1×10(個/cm2)以下に抑えるのが好ましい。
(6)結晶欠陥領域CDRは、トレンチゲートTGおよびトレンチエミッタTEと接することなく、離間して設けられている。トレンチ(TE,TG)と結晶欠陥領域CDRとの間の距離w1は、例えば、0.1μm~0.3μmとされ、より好ましくは、0.2μm程度とされる。
The crystal defect density CDD2 in the lateral direction (wd) of the crystal defect region CDR has the following characteristics.
(4) Crystal defects are formed only within the formation width WFL of the p-type floating region FL (that is, the width in the lateral direction of the formation region of the crystal defect region CDR).
(5) The crystal defect region CDR is formed so as not to contact the trench (TE, TG) or penetrate the gate insulating film GI. That is, it is preferable that no crystal defects exist on the side surfaces of the trenches (TE, TG) or the gate insulating film GI. With this configuration, deterioration of electrical characteristics such as a decrease in reliability of the gate insulating film GI can be suppressed. As the number of crystal defects increases, the possibility that the crystal defects penetrate through the gate insulating film GI increases, so it is preferable to suppress the crystal defect density to 1×10 3 (pieces/cm 2 ) or less.
(6) The crystal defect region CDR is provided apart from the trench gate TG and trench emitter TE without contacting them. The distance w1 between the trench (TE, TG) and the crystal defect region CDR is, for example, 0.1 μm to 0.3 μm, more preferably about 0.2 μm.

(スイッチング特性の向上の説明:結晶欠陥領域CDRの効果)
図7は、スイッチング特性を説明する図である。図7の(A)は、結晶欠陥領域CDRの形成されていない場合において、オフ状態からIGBTのゲート電極へのゲートバイアス印加開始時の正孔(ホールh)の状態を示している。ゲートバイアス印加に伴って、p型フローティング領域FL内の電位が上昇し、ホールhが誘起されるが、コレクタに高電圧が印加されているため、p型フローティング領域FLをソース領域、p型ベース領域BLをドレイン領域、トレンチエミッタTEをゲート電極とする寄生Pチャネル型MOSFETは基板バイアス効果によってオフ状態となっているので、誘起されたホールhが逃げられず、p型フローティング領域FL内に蓄積する。
(Explanation of improvement in switching characteristics: Effect of crystal defect region CDR)
FIG. 7 is a diagram illustrating switching characteristics. FIG. 7A shows the state of holes (holes h) at the time when gate bias application to the gate electrode of the IGBT is started from the off state in the case where the crystal defect region CDR is not formed. As the gate bias is applied, the potential in the p-type floating region FL increases and holes h are induced, but since a high voltage is applied to the collector, the p-type floating region FL is transformed into a source region and a p-type base. Since the parasitic P-channel MOSFET with the region BL as the drain region and the trench emitter TE as the gate electrode is in an off state due to the substrate bias effect, the induced holes h cannot escape and accumulate in the p-type floating region FL. do.

図7の(B1)は、結晶欠陥領域CDRの形成されている場合において、IGBTのゲート電極へのゲートバイアス印加開始時の正孔(ホールh)の状態を示しており、蓄積するホールhの一部は結晶欠陥(再結合中心)に捕獲される。 (B1) in FIG. 7 shows the state of holes (holes h) at the start of gate bias application to the gate electrode of the IGBT in the case where the crystal defect region CDR is formed. Some of it is captured by crystal defects (recombination centers).

図7の(B2)は、結晶欠陥領域CDRの形成されている場合において、IGBTのターンオフが進行し、コレクタ電圧が低下した後の正孔(ホールh)の状態を示している。p型フローティング領域FLをソース領域、p型ベース領域BLをドレイン領域、トレンチエミッタTEをゲート電極とする寄生Pチャネル型MOSFETが作動し始め、ホールhの排出が始まる。 (B2) in FIG. 7 shows the state of holes (holes h) after the turn-off of the IGBT progresses and the collector voltage decreases in the case where the crystal defect region CDR is formed. The parasitic P-channel MOSFET that uses the p-type floating region FL as a source region, the p-type base region BL as a drain region, and the trench emitter TE as a gate electrode begins to operate, and holes h begin to be discharged.

つまり、ゲートバイアス印加直後(ターンオフが進行してコレクタ電圧が低下する前)は寄生Pチャネル型MOSFETでのホールhの排出ができず、p型フローティング領域FL内にホールhが蓄積してしまう。ホールhを再結合させる場として結晶欠陥領域CDR内の結晶欠陥が利用されている。その後、しだいに、NW(n型ホールバリア領域HBL)にかかるバイアスが弱まり、寄生Pチャネル型MOSFETが作動し始める。そのため、トレンチエミッタTEの付近からエミッタ電極EE側へホールhが排出されることになる。 That is, immediately after applying the gate bias (before turn-off progresses and the collector voltage decreases), holes h cannot be discharged from the parasitic P-channel MOSFET, and holes h accumulate in the p-type floating region FL. Crystal defects within the crystal defect region CDR are used as a field for recombining the holes h. Thereafter, the bias applied to the NW (n-type hole barrier region HBL) gradually weakens, and the parasitic P-channel MOSFET begins to operate. Therefore, holes h are discharged from the vicinity of the trench emitter TE to the emitter electrode EE side.

なお、図22のGG型構造のセル構造においては、寄生Pチャネル型MOSFETを有しないため、エミッタ電極EE側へホールhを積極的に排出することができず、拡散によってホールhが放出されるのを待つ必要があるが、本構造にも結晶欠陥領域CDR内の結晶欠陥が利用されているため、ホールhの蓄積による影響を低減することが可能である。尚、図22に示したGG型構造は、図21に示したGGEE構造と比較してスイッチングスピードは劣るが、1対のトレンチエミッタTE部分からホールhが抜けることがないので、ドリフト領域内に効率的にホールhを蓄積することができるため、VCE(sat)を下げることができる利点がある。また、トレンチゲートTGの密度が高いので、オン状態における飽和電流を大きくすることができる利点がある。 Note that the cell structure of the GG type structure in FIG. 22 does not have a parasitic P-channel MOSFET, so the holes h cannot be actively discharged to the emitter electrode EE side, and the holes h are discharged by diffusion. However, since this structure also utilizes the crystal defects in the crystal defect region CDR, it is possible to reduce the influence of the accumulation of holes h. Although the GG type structure shown in FIG. 22 has a lower switching speed than the GGEE structure shown in FIG. Since holes h can be accumulated efficiently, there is an advantage that V CE (sat) can be lowered. Furthermore, since the density of the trench gate TG is high, there is an advantage that the saturation current in the on state can be increased.

トレンチゲートTGとトレンチエミッタTEとの間のp型フローティング領域FL内に蓄積された正孔(h)の排出しやすさは、IGBTのスイッチング時間に影響を与える。スイッチング特性をさらに高めるためには、p型フローティング領域FLにおける正孔蓄積効果を抑制する必要がある。結晶欠陥領域CDR内の結晶欠陥を利用して、正孔蓄積効果を抑制させる。これにより、p型フローティング領域FL内に蓄積された正孔(h)の排出しやすさを向上させることができる。その結果、ターンオン特性の改善により、IGBTのスイッチングを高速化することができる。 The ease with which holes (h) accumulated in the p-type floating region FL between the trench gate TG and the trench emitter TE can be discharged affects the switching time of the IGBT. In order to further improve the switching characteristics, it is necessary to suppress the hole accumulation effect in the p-type floating region FL. The hole accumulation effect is suppressed by utilizing crystal defects within the crystal defect region CDR. Thereby, it is possible to improve the ease of discharging the holes (h) accumulated in the p-type floating region FL. As a result, the turn-on characteristics are improved, and the switching speed of the IGBT can be increased.

一方、オン状態においては、ドリフト領域内に正孔を蓄積するが、この際にp型フローティング領域FL内に再結合中心が必要以上に多くあると、ドリフト領域内に蓄積すべき正孔が濃度勾配に従ってp型フローティング領域FL内に拡散し、当該再結合中心で再結合することになるので、ドリフト領域内での正孔蓄積効果が減少し、VCE(sat)の増大のような、電気的特性の低下を招く。この観点からも、p型フローティング領域FL内の結晶欠陥の密度は、多くても、1×10(個/cm2)程度に抑えるのが好ましい。 On the other hand, in the on state, holes are accumulated in the drift region. At this time, if there are more recombination centers than necessary in the p-type floating region FL, the holes to be accumulated in the drift region are Since the p-type floating region FL is diffused according to the gradient and recombined at the recombination center, the hole accumulation effect in the drift region is reduced, and the electric charge such as an increase in V CE (sat) is lead to a decline in physical characteristics. From this point of view as well, it is preferable to suppress the density of crystal defects in the p-type floating region FL to about 1×10 3 (pieces/cm 2 ) at most.

(結晶欠陥の評価結果の説明)
図8は、実施の形態に係る結晶欠陥の評価結果を説明する図である。具体的には、図8には、p型フローティング領域FLの深さ方向の結晶欠陥の評価結果を示している。p型フローティング領域FLは、図4で説明した製造方法により形成されたものである。ここで、結晶欠陥の評価方法は、「日本工業規格による規格(JIS H 0609)」を使用した。「JIS H 0609では、エッチング液として、JIS-G液を利用する。JIS-G液は、水126ml、70%硝酸254ml、50%フッ酸20mlの成分とされる。JIS-G液によるSiのエッチングレートは、1μm/min程度である。
(Explanation of crystal defect evaluation results)
FIG. 8 is a diagram illustrating the evaluation results of crystal defects according to the embodiment. Specifically, FIG. 8 shows the evaluation results of crystal defects in the depth direction of the p-type floating region FL. The p-type floating region FL is formed by the manufacturing method described in FIG. 4. Here, as a method for evaluating crystal defects, "Japanese Industrial Standards (JIS H 0609)" was used. "JIS H 0609 uses JIS-G solution as an etching solution. JIS-G solution is made up of 126 ml of water, 254 ml of 70% nitric acid, and 20 ml of 50% hydrofluoric acid. The etching rate is about 1 μm/min.

図8に示す結晶欠陥の評価結果Evrでは、p型フローティング領域FLをJIS-G液を用いてエッチングして、結晶欠陥を調べている。JIS-G液によるSiのエッチングレートと累積エッチング時間Tteから、おおよそのエッチング量(エッチング深さ:半導体基板表面からの深さds)を計算している。結晶欠陥の評価結果Evrにおいて、結晶欠陥がある場合は、斜めの黒い筋となって観察される。観察される黒い筋は、表面から当該エッチング深さまでに存在する結晶欠陥の合計となるので、エッチングと観察を繰り返すことにより、結晶欠陥を生じている深さを見積もることができる。 In the crystal defect evaluation result Evr shown in FIG. 8, the p-type floating region FL is etched using JIS-G solution to examine crystal defects. The approximate etching amount (etching depth: depth ds from the semiconductor substrate surface) is calculated from the Si etching rate by the JIS-G solution and the cumulative etching time Tte. In the crystal defect evaluation result Evr, if a crystal defect exists, it is observed as a diagonal black streak. The observed black streaks are the total number of crystal defects existing from the surface to the etching depth, so by repeating etching and observation, the depth at which crystal defects are occurring can be estimated.

図8の評価結果Evrの例では、累積エッチング時間Tteが、1min(半導体基板表面からの深さds:1μm程度)、2min(半導体基板表面からの深さds:2μm程度)、3min(半導体基板表面からdsの深さ:3μm程度)の3つについて、以下に示すような結晶欠陥の評価結果Evrが示されている。(1)累積エッチング時間Tteが1minの評価結果Evrは、表面から1μm程度の間で、僅かに結晶欠陥が形成されていることを示している。(2)累積エッチング時間Tteが2minの評価結果Evrは、1μm~2μm程度の間は、新たな結晶欠陥が形成されていないことを示している。(3)累積エッチング時間Tteが3minの評価結果Evrは、2μm~3μmの間では、新たな結晶欠陥が形成されていないことを示している。 In the example of the evaluation result Evr in FIG. 8, the cumulative etching time Tte is 1 min (depth ds from the semiconductor substrate surface: about 1 μm), 2 min (depth ds from the semiconductor substrate surface: about 2 μm), 3 min (semiconductor substrate The following crystal defect evaluation results Evr are shown for three points (depth of ds from the surface: approximately 3 μm). (1) The evaluation result Evr when the cumulative etching time Tte is 1 min indicates that a slight crystal defect is formed within about 1 μm from the surface. (2) The evaluation result Evr when the cumulative etching time Tte is 2 min indicates that no new crystal defects are formed between about 1 μm and 2 μm. (3) The evaluation result Evr when the cumulative etching time Tte is 3 min indicates that no new crystal defects are formed between 2 μm and 3 μm.

3min以降は、新たな結晶欠陥形成が認められないことから、p型フローティング領域FLの浅い領域にだけに選択的に結晶欠陥を形成できていることを示唆している。累積エッチング時間が1minの評価結果に基づいた計算により、結晶欠陥密度(CCD1)は1×10~1×10(個/cm2)であることが確かめられた。
つまり、図4で説明した製造方法により形成されたp型フローティング領域FLでは、p型フローティング領域FLの浅い領域(表面から0~1μmの領域)に、選択的に結晶欠陥(結晶欠陥領域CDR)を形成できることがわかった。これにより、上記で説明された効果を得ることができる。
After 3 min, no new crystal defects were observed, suggesting that crystal defects were selectively formed only in the shallow region of the p-type floating region FL. By calculation based on the evaluation results when the cumulative etching time was 1 min, it was confirmed that the crystal defect density (CCD1) was 1×10 2 to 1×10 3 (pieces/cm 2 ).
In other words, in the p-type floating region FL formed by the manufacturing method explained in FIG. It was found that it is possible to form Thereby, the effects explained above can be obtained.

(IE型IGBTを含む半導体装置の製造方法)
つぎに、図9-図21を参照して、IE型IGBTを含む半導体装置の製造方法を説明する。ここでは、例示的に、図2で説明したGGEE型構造のセル構造を有するIE型IGBTの製造方法を説明する。
(Method for manufacturing a semiconductor device including IE type IGBT)
Next, a method for manufacturing a semiconductor device including an IE type IGBT will be described with reference to FIGS. 9 to 21. Here, as an example, a method for manufacturing an IE type IGBT having the GGEE type cell structure described in FIG. 2 will be described.

図9に示すように、半導体基板SUBにn型のドリフト領域DLを形成する。ドリフト領域DLは、予めn型の不純物が導入された半導体基板SUBを用意し、そのn型の半導体基板SUBをn型のドリフト領域DLとして用いることで形成される、または、p型の半導体基板SUBを用意し、そのp型の半導体基板SUB上にエピタキシャル法によってn型のドリフト領域DLを形成する。なお、本実施の形態では、ドリフト領域DLを半導体基板SUBとして説明することもある。 As shown in FIG. 9, an n-type drift region DL is formed in the semiconductor substrate SUB. The drift region DL is formed by preparing a semiconductor substrate SUB into which n-type impurities have been introduced in advance and using the n-type semiconductor substrate SUB as the n-type drift region DL, or by using a p-type semiconductor substrate. A SUB is prepared, and an n-type drift region DL is formed on the p-type semiconductor substrate SUB by an epitaxial method. Note that in this embodiment, the drift region DL may be described as a semiconductor substrate SUB.

次に、図10に示すように、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、ドリフト領域DLの表面に、n型のホールバリア領域HBLを形成する。ホールバリア領域HBLは、ドリフト領域DLよりも高い不純物濃度を有する。ホールバリア領域HBLを形成するための不純物は、例えばリン(P)であり、また、このイオン注入は、複数回に分けて行われてもよい。 Next, as shown in FIG. 10, an n-type hole barrier region HBL is formed on the surface of the drift region DL using a photolithography method and an ion implantation method. Hole barrier region HBL has a higher impurity concentration than drift region DL. The impurity for forming the hole barrier region HBL is, for example, phosphorus (P), and this ion implantation may be performed in multiple steps.

次に、図11に示すように、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いて、ドリフト領域DLの表面に、p型のフローティング領域FLを形成するためのボロン(B)のイオンを注入する。半導体基板SUBの表面USの所望の領域にマスクMK1を選択的に形成する。マスクMK1は、ホールバリア領域HBLの形成領域およびその両側を覆うように、かつ、p型のフローティング領域FLの形成領域にイオン注入が行えるように、半導体基板SUBの表面USに選択的に形成されている。p型のフローティング領域FLの形成するためのイオン注入は、図4で説明した、第1イオン注入工程S1と、第2イオン注入工程S2と、を用いて、半導体基板SUBの表面US側からドリフト領域DLの内部にボロン(B)を2回に分けて導入する。ここで、第1イオン注入工程S1は、例えば、イオン種をボロン(B)とし、ドーズ量を6.0×1012/cmから1.25×1013/cmとし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとして行われる。第2イオン注入工程S2は、例えば、イオン種をボロン(B)とし、ドーズ量を1.0×1013/cmから2.75×1013/cmとし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとして行われる。 Next, as shown in FIG. 11, boron (B) ions are implanted into the surface of the drift region DL using photolithography and ion implantation to form a p-type floating region FL. A mask MK1 is selectively formed in a desired region of the surface US of the semiconductor substrate SUB. The mask MK1 is selectively formed on the surface US of the semiconductor substrate SUB so as to cover the formation region of the hole barrier region HBL and both sides thereof, and so as to perform ion implantation into the formation region of the p-type floating region FL. The ion implantation for forming the p-type floating region FL is performed by introducing boron (B) into the inside of the drift region DL from the surface US side of the semiconductor substrate SUB in two separate steps using the first ion implantation step S1 and the second ion implantation step S2 described in FIG. 4. Here, the first ion implantation step S1 is performed, for example, with boron (B) as the ion species, a dose amount of 6.0×10 12 /cm 2 to 1.25×10 13 /cm 2 , and an implantation energy of 300 keV to 1.25 MeV. The second ion implantation step S2 is performed, for example, with boron (B) as the ion species, a dose amount of 1.0×10 13 /cm 2 to 2.75×10 13 /cm 2 , and an implantation energy of 300 keV to 1.25 MeV.

次に、図12に示すように、図4で説明したアニール工程を行って、p型のフローティング領域FLを形成する。ここで、p型のフローティング領域FLの表面US側には、結晶欠陥領域CDRが形成されることになる。 Next, as shown in FIG. 12, the annealing process described in FIG. 4 is performed to form a p-type floating region FL. Here, a crystal defect region CDR is formed on the surface US side of the p-type floating region FL.

なお、p型フローティング領域FLの厚さ(底部の存在する深さ)が不足する場合は、この後(直後に限らない)に追加の熱処理によって、ボロンを拡散させることにしてもよい。また、本工程においては上記アニールを行わず、ボロンを拡散させる当該熱処理が上記アニールを兼ねることにしてもよい。 Note that if the thickness of the p-type floating region FL (depth at which the bottom exists) is insufficient, boron may be diffused by additional heat treatment after (not limited to immediately after). Further, in this step, the above-mentioned annealing may not be performed, and the heat treatment for diffusing boron may also serve as the above-mentioned annealing.

次に、図13に示すように、半導体基板SUB上に、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法によって、例えば酸化シリコン膜のような絶縁膜を形成し、フォトリソグラフィ法およびドライエッチングを用いて、絶縁膜をパターニングすることでマスクMK2を形成する。マスクMK2は、半導体基板SUBに第1トレンチT1(TG用トレンチ)および第2トレンチT2(TE用トレンチ)を形成するためのマスクに利用するので、半導体基板SUBの表面の第1トレンチT1および第2トレンチT2の形成領域が露出するように、半導体基板SUBの表面に選択的に形成されている。 Next, as shown in FIG. 13, an insulating film such as a silicon oxide film is formed on the semiconductor substrate SUB by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and an insulating film is formed using a photolithography method and dry etching. A mask MK2 is formed by patterning the film. The mask MK2 is used as a mask for forming the first trench T1 (TG trench) and the second trench T2 (TE trench) in the semiconductor substrate SUB. It is selectively formed on the surface of the semiconductor substrate SUB so that the formation region of the two trenches T2 is exposed.

次に、図14に示すように、トレンチ形成工程が実施される。パターニングされたマスクMK2をハードマスクとして、半導体基板SUBをエッチングすることで、半導体基板SUBに第1トレンチT1および第2トレンチT2を形成する。その後、ウェットエッチング処理などによって、マスクMK2を除去する。 Next, as shown in FIG. 14, a trench forming step is performed. By etching the semiconductor substrate SUB using the patterned mask MK2 as a hard mask, a first trench T1 and a second trench T2 are formed in the semiconductor substrate SUB. Thereafter, the mask MK2 is removed by wet etching or the like.

ここで、必要に応じて、p型フローティング領域FLの厚さを所望の値とするべく、ボロンを拡散させる、熱処理を行ってもよい。トレンチ形成工程よりも後で拡散させることで、一対のトレンチの間隔が狭く、当該間隔の領域にp型フローティング領域FLが形成し難い場合であっても、当該拡散工程を使用することができる。 Here, if necessary, heat treatment may be performed to diffuse boron in order to set the thickness of the p-type floating region FL to a desired value. By performing the diffusion after the trench formation step, the diffusion step can be used even if the distance between the pair of trenches is narrow and it is difficult to form the p-type floating region FL in the region with the distance.

なお、ボロンを拡散させる当該熱処理は、必ずしもこの工程フローに従う必要はなく、トレンチ形成工程より後であれば、上記の利点が得られる。たとえば、第1トレンチT1および第2トレンチT2の内部の導電性膜FGを形成した後に当該熱処理を行うことにしてもよく、さらには、両方の工程に分けて実施することにしてもよい。このようにすることで、トレンチ形成工程でのダメージ除去のための犠牲酸化や、本明細書には特に記載しないがゲート保護ダイオードを内蔵させるための熱処理のような、他の熱処理工程がある場合には、それらを兼ねることができるので、工程数を削減することができる。 Note that the heat treatment for diffusing boron does not necessarily have to follow this process flow, and the above advantages can be obtained if the heat treatment is performed after the trench formation process. For example, the heat treatment may be performed after forming the conductive film FG inside the first trench T1 and the second trench T2, or may be performed separately in both steps. By doing this, if there are other heat treatment steps such as sacrificial oxidation to remove damage in the trench formation process or heat treatment to incorporate a gate protection diode, which is not specifically described in this specification, Since it can also serve as both functions, the number of steps can be reduced.

次に、図15に示すように、半導体基板SUBに対して熱酸化処理を行うことで、トレンチT1の内壁、トレンチT2の内壁、フローティング領域FL上面、および、ホールバリア領域HBLの上面に、例えば酸化シリコン膜からなる絶縁膜を形成する。トレンチT1の内壁、トレンチT2の内壁に形成される絶縁膜は、ゲート絶縁膜GIとされる。ゲート絶縁膜GIの厚さは、例えば100nmである。 Next, as shown in FIG. 15, by performing thermal oxidation treatment on the semiconductor substrate SUB, for example, the inner wall of the trench T1, the inner wall of the trench T2, the upper surface of the floating region FL, and the upper surface of the hole barrier region HBL is An insulating film made of a silicon oxide film is formed. The insulating film formed on the inner wall of the trench T1 and the inner wall of the trench T2 is a gate insulating film GI. The thickness of the gate insulating film GI is, for example, 100 nm.

次に、図16に示すように、トレンチT1の内部およびトレンチT2の内部を埋め込むように、例えばCVD法によって、例えばn型の不純物が導入された多結晶シリコン膜からなる導電性膜FGを形成する。トレンチT1の内部の導電性膜FGがトレンチゲートTGのゲート電位電極(第1電極ともいう)となる。トレンチT2の内部の導電性膜FGがトレンチエミッタTEのエミッタ電位電極(第2電極とも言う)となる。
つぎに、図17に示すように、ベース領域(チャネル領域とも言う)BLおよびエミッタ領域(ソース領域とも言う)ELの形成工程を実施する。まず、ベース領域BLの形成工程を実施する。適宜、たとえばドライエッチング法やウェットエッチング法によって、半導体基板SUBの表面に露出したゲート絶縁膜GIを除去または薄化した後、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いることで、フローティング領域FLおよびホールバリア領域HBLの各々の表面に、p型のベース領域BLを形成する。ベース領域BLは、フローティング領域FLよりも高い不純物濃度を有する不純物領域である。ベース領域BLを形成するための不純物は、例えばボロン(B)である。
Next, as shown in FIG. 16, a conductive film FG made of, for example, a polycrystalline silicon film doped with n-type impurities is formed by, for example, a CVD method so as to fill the inside of the trench T1 and the inside of the trench T2. do. The conductive film FG inside the trench T1 becomes a gate potential electrode (also referred to as a first electrode) of the trench gate TG. The conductive film FG inside the trench T2 becomes an emitter potential electrode (also referred to as a second electrode) of the trench emitter TE.
Next, as shown in FIG. 17, a step of forming a base region (also referred to as channel region) BL and an emitter region (also referred to as source region) EL is performed. First, a step of forming the base region BL is performed. After removing or thinning the gate insulating film GI exposed on the surface of the semiconductor substrate SUB by, for example, dry etching or wet etching as appropriate, the floating region FL and the hole barrier are removed by using photolithography and ion implantation. A p-type base region BL is formed on the surface of each region HBL. Base region BL is an impurity region having a higher impurity concentration than floating region FL. The impurity for forming the base region BL is, for example, boron (B).

次に、エミッタ領域ELの形成工程を実施する。フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いることで、アクティブセル領域のベース領域BLの表面に、n型のエミッタ領域ELを形成する。エミッタ領域ELは、ホールバリア領域HBLよりも高い不純物濃度を有する不純物領域である。この時、ホールコレクタセル領域のベース領域BLには、エミッタ領域ELを形成しない。エミッタ領域ELを形成するための不純物は、例えば砒素(As)である。 Next, a step of forming the emitter region EL is performed. By using a photolithography method and an ion implantation method, an n-type emitter region EL is formed on the surface of the base region BL of the active cell region. Emitter region EL is an impurity region having a higher impurity concentration than hole barrier region HBL. At this time, the emitter region EL is not formed in the base region BL of the hole collector cell region. The impurity for forming the emitter region EL is, for example, arsenic (As).

つぎに、図18に示すように、層間絶縁膜ILの形成工程を実施する。まず、フローティング領域FL上面の絶縁膜、ホールバリア領域HBLの上面の絶縁膜、および、トレンチゲートTGおよびトレンチエミッタTEの上に、例えばCVD法によって、例えば酸化シリコン膜のような層間絶縁膜ILを形成する。 Next, as shown in FIG. 18, a step of forming an interlayer insulating film IL is performed. First, an interlayer insulating film IL such as a silicon oxide film is formed by, for example, a CVD method over the insulating film on the upper surface of the floating region FL, the insulating film on the upper surface of the hole barrier region HBL, and the trench gate TG and trench emitter TE. Form.

次に、図19に示すように、コンタクトホール(接続孔)CH1、コンタクトホール(接続孔)CH2およびベースコンタクト層BCの形成工程を実行する。 Next, as shown in FIG. 19, a step of forming a contact hole (connection hole) CH1, a contact hole (connection hole) CH2, and a base contact layer BC is performed.

フォトリソグラフィ法およびドライエッチング処理、例えば、異方性ドライエッチング)を用いることで、アクティブセル領域において、層間絶縁膜ILおよびエミッタ領域ELを貫通し、且つ、ベース領域BLに達するコンタクトホールCH1を形成する。また、ホールコレクタセル領域において、層間絶縁膜ILを貫通し、トレンチエミッタTEとベース領域BLとを跨ぐように、半導体基板の第1主面USから第2主面(裏面)BSに向かって後退したリセスを含む、コンタクトホールCH2を形成する。 By using a photolithography method and a dry etching process (for example, anisotropic dry etching), a contact hole CH1 is formed in the active cell region, penetrating the interlayer insulating film IL and the emitter region EL, and reaching the base region BL. do. In addition, in the hole collector cell region, it is retreated from the first main surface US of the semiconductor substrate toward the second main surface (back surface) BS so as to penetrate the interlayer insulating film IL and straddle the trench emitter TE and base region BL. A contact hole CH2 including a recess is formed.

次に、フォトリソグラフィ法およびイオン注入法を用いることで、コンタクトホールCH1およびコンタクトホールCH2の各々の下部のベース領域BL内に、p型のベースコンタクト層BCを形成する。ベースコンタクト層BCは、ベース領域BLよりも高い不純物濃度を有する不純物領域である。また、アクティブセル領域のベースコンタクト層BCは、n型のエミッタ領域ELに接しないように形成される。ベースコンタクト層BCを形成するための不純物は、例えばボロンであり、その後、各不純物領域を活性化させるための熱処理が行われる。なお、必要に応じて、これまでのイオン注入工程の一部または全部の後(直後に限らない)に、それぞれ不純物領域を活性化させ、所定の深さまで拡散させるための熱処理を行うことにしてもよい。 Next, a p-type base contact layer BC is formed in the base region BL under each of the contact hole CH1 and the contact hole CH2 by using a photolithography method and an ion implantation method. Base contact layer BC is an impurity region having a higher impurity concentration than base region BL. Furthermore, the base contact layer BC in the active cell region is formed so as not to be in contact with the n-type emitter region EL. The impurity for forming the base contact layer BC is, for example, boron, and then heat treatment is performed to activate each impurity region. Note that, if necessary, after some or all of the previous ion implantation steps (not limited to immediately after), heat treatment will be performed to activate each impurity region and diffuse it to a predetermined depth. Good too.

次に、図20に示すように、エミッタ電位電極EEおよびファイナルパッシベーション膜FPFの形成工程を実施する。 Next, as shown in FIG. 20, a step of forming an emitter potential electrode EE and a final passivation film FPF is performed.

まず、コンタクトホールCH1およびコンタクトホールCH2を埋め込むように、絶縁膜IL上に、例えばスパッタリング法によって、例えばアルミニウム膜を形成する。それぞれのコンタクトホールCH1、CH2に埋め込まれたアルミニウム膜はコンタクト部材となる。その後、フォトリソグラフィ法およびドライエッチング処理を用いて、このアルミニウム膜をパターニングすることで、エミッタ電位電極EEが形成される。同時に、図1に示されるゲート電位電極GEも、上記のアルミニウム膜をパターニングすることで形成される。また、上記アルミニウム膜の形成前に、例えば窒化チタン膜またはチタンタングステン膜からなるバリアメタル膜を形成し、このバリアメタル膜上に、上記アルミニウム膜を形成してもよい。すなわち、エミッタ電位電極EEなどを、バリアメタル膜とアルミニウム膜との積層膜としてもよい。 First, for example, an aluminum film is formed on the insulating film IL by, for example, a sputtering method so as to fill the contact hole CH1 and the contact hole CH2. The aluminum films filled in the respective contact holes CH1 and CH2 serve as contact members. Thereafter, this aluminum film is patterned using a photolithography method and a dry etching process, thereby forming an emitter potential electrode EE. At the same time, the gate potential electrode GE shown in FIG. 1 is also formed by patterning the above aluminum film. Furthermore, before forming the aluminum film, a barrier metal film made of, for example, a titanium nitride film or a titanium tungsten film may be formed, and the aluminum film may be formed on this barrier metal film. That is, the emitter potential electrode EE and the like may be a laminated film of a barrier metal film and an aluminum film.

次に、ファイナルパッシベーション膜FPFの形成工程を実施する。ファイナルパッシベーション膜FPFがエミッタ電極EEの上側および層間絶縁膜ILの上側に形成される。ファイナルパッシベーション膜FPFは、たとえば、ポリイミドを主要な成分とする有機膜であり、たとえば、厚さ10μm程度である。ファイナルパッシベーション膜FPFは、この有機膜をエミッタ電極EEの上側および層間絶縁膜ILの上側へ全面的に塗布し、通常のリソグラフィによって、エミッタパッドEPの部分とゲートパッドGPの部分とを開口することによって形成される。 Next, a step of forming a final passivation film FPF is performed. A final passivation film FPF is formed above the emitter electrode EE and above the interlayer insulating film IL. The final passivation film FPF is, for example, an organic film containing polyimide as a main component, and has a thickness of, for example, about 10 μm. The final passivation film FPF is obtained by coating this organic film over the entire surface of the emitter electrode EE and the interlayer insulating film IL, and opening the emitter pad EP portion and the gate pad GP portion using normal lithography. formed by.

次に、図21に示すように、半導体基板SUBの第2主面(裏面)BS側に、フィールドストップ層FSL、コレクタ層CLおよびコレクタ電位電極CEを形成する。 Next, as shown in FIG. 21, a field stop layer FSL, a collector layer CL, and a collector potential electrode CE are formed on the second main surface (back surface) BS side of the semiconductor substrate SUB.

まず、必要に応じて、半導体基板SUBの第2主面(裏面)に対して研磨処理を実施し、半導体基板SUBの厚さを薄くする。次に、半導体基板SUBの第2主面(裏面)側からイオン注入を行う。このイオン注入により、n型のフィールドストップ領域FSLおよびp型のコレクタ領域CLが形成される。フィールドストップ領域FSLは、ドリフト領域DLよりも高い不純物濃度を有する不純物領域である。フィールドストップ領域FSLを形成するための不純物は、例えばリン(P)である。コレクタ領域PCを形成するための不純物は、例えばボロン(B)である。 First, if necessary, polishing is performed on the second main surface (back surface) of the semiconductor substrate SUB to reduce the thickness of the semiconductor substrate SUB. Next, ion implantation is performed from the second main surface (back surface) side of the semiconductor substrate SUB. This ion implantation forms an n-type field stop region FSL and a p-type collector region CL. Field stop region FSL is an impurity region having a higher impurity concentration than drift region DL. The impurity for forming the field stop region FSL is, for example, phosphorus (P). The impurity for forming the collector region PC is, for example, boron (B).

次に、半導体基板SUBの第2主面(裏面)側で露出しているコレクタ領域CLの表面に、例えばスパッタリング法またはCVD法によって、例えば半導体基板SUBの側から順にアルミニウム(Al)層、チタン(Ti)層、ニッケル(Ni)層および金(Au)層等の積層膜からなるコレクタ電位電極CEを形成する。 Next, an aluminum (Al) layer and a titanium layer are sequentially applied to the surface of the collector region CL exposed on the second main surface (back surface) side of the semiconductor substrate SUB by, for example, a sputtering method or a CVD method from the semiconductor substrate SUB side. A collector potential electrode CE is formed of a laminated film such as a (Ti) layer, a nickel (Ni) layer, and a gold (Au) layer.

以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。 Above, the invention made by the present inventor has been specifically explained based on examples, but it goes without saying that the present invention is not limited to the above embodiments and examples, and can be modified in various ways. .

100 半導体装置
CHP 半導体チップ
FL フローティング領域
TG トレンチゲート
TE トレンチエミッタ
CDR 結晶欠陥領域
CE コレクタ電位電極
CH1、CH2 コンタクトホール
EE エミッタ電位電極
EP エミッタパッド
GE ゲート電位電極
GI ゲート絶縁膜
GP ゲートパッド
IL 絶縁膜
EL エミッタ領域
HBL ホールバリア領域
FSL フィールドストップ層
DL ドリフト領域
BL ベース領域
CL コレクタ層
BC ベースコンタクト層
SUB 半導体基板
100 Semiconductor device CHP Semiconductor chip FL Floating region TG Trench gate TE Trench emitter CDR Crystal defect region CE Collector potential electrode CH1, CH2 Contact hole EE Emitter potential electrode EP Emitter pad GE Gate potential electrode GI Gate insulating film GP Gate pad IL Insulating film EL Emitter region HBL Hole barrier region FSL Field stop layer DL Drift region BL Base region CL Collector layer BC Base contact layer SUB Semiconductor substrate

Claims (19)

第1主面、および前記第1主面と反対側の第2主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成された第1トレンチ、および第2トレンチと、
前記第1トレンチに、第1ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第1トレンチエミッタと、
前記第2トレンチに、第2ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第1トレンチゲートと、
前記第1トレンチエミッタと第1トレンチゲートとの間の前記半導体基板に形成された、フローティング領域と、
前記フローティング領域内の前記第1主面に近い位置に局所的に形成された、結晶欠陥を含む結晶欠陥領域と、を有し、
断面視において、前記フローティング領域は、前記第1トレンチの底面と、前記第2トレンチの底面とを覆うように形成され、
平面視、および断面視において、前記結晶欠陥領域は、前記第1トレンチ、および前記第2トレンチから離間して設けられている、半導体装置。
a semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface;
a first trench and a second trench formed in the semiconductor substrate;
a first trench emitter embedded in the first trench via a first gate insulating film;
a first trench gate embedded in the second trench via a second gate insulating film;
a floating region formed in the semiconductor substrate between the first trench emitter and the first trench gate;
a crystal defect region containing crystal defects that is locally formed in the floating region at a position close to the first main surface;
In a cross-sectional view, the floating region is formed to cover a bottom surface of the first trench and a bottom surface of the second trench,
In the semiconductor device, the crystal defect region is provided apart from the first trench and the second trench in plan view and cross-sectional view.
前記結晶欠陥領域は、前記フローティング領域内に位置し、前記第1トレンチ、および前記第2トレンチと接していない、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the crystal defect region is located within the floating region and is not in contact with the first trench and the second trench. 平面視において、前記第1トレンチの前記第2トレンチが形成された方向とは反対の方向の、前記半導体基板に形成された第3トレンチと、
前記第3トレンチに、第3ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第2トレンチエミッタと、
前記第1トレンチエミッタと前記第2トレンチエミッタとの間の前記第1主面に形成された第1ベース領域と、
前記第1トレンチエミッタ、前記第2トレンチエミッタ、前記第1トレンチゲート、前記第1ベース領域、および前記結晶欠陥領域を覆うように前記第1主面上に形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記第1主面に達する第1コンタクト部材と、
前記層間絶縁膜上に形成されたエミッタ電極と、
をさらに備え、
前記第1コンタクト部材は、前記第1トレンチエミッタ、前記第2トレンチエミッタ、前記第1ベース領域、および前記エミッタ電極と接続する、請求項1に記載の半導体装置。
In plan view, a third trench formed in the semiconductor substrate in a direction opposite to the direction in which the second trench of the first trench is formed;
a second trench emitter embedded in the third trench via a third gate insulating film;
a first base region formed on the first main surface between the first trench emitter and the second trench emitter;
an interlayer insulating film formed on the first main surface so as to cover the first trench emitter, the second trench emitter, the first trench gate, the first base region, and the crystal defect region;
a first contact member that penetrates the interlayer insulating film and reaches the first main surface;
an emitter electrode formed on the interlayer insulating film;
Furthermore,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first contact member connects with the first trench emitter, the second trench emitter, the first base region, and the emitter electrode.
前記結晶欠陥領域内の結晶欠陥の密度が最大となる箇所は、前記第1主面の近くに位置する、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a location where the density of crystal defects in the crystal defect region is maximum is located near the first main surface. 前記結晶欠陥の密度の最大は、10個/cm2以下である、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the maximum density of the crystal defects is 10 3 pieces/cm 2 or less. 平面視において、前記第1トレンチエミッタ、および前記第1トレンチゲートは第一方向に延在され、前記第一方向と交差する第二方向に並んで配置される、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the first trench emitter and the first trench gate extend in a first direction and are arranged in a second direction intersecting the first direction in a plan view. . 前記層間絶縁膜を貫通し、前記第1主面に達するコンタクトホールと、
前記コンタクトホール内において、前記第1主面から前記第2主面に向かって形成され、平面視において、前記第1トレンチエミッタ、前記第1ベース領域、および前記第2トレンチエミッタを跨ぐように形成されたリセスをさらに備え、
前記第1コンタクト部材は、前記コンタクトホールと前記リセスとに埋め込まれて形成される、請求項3に記載の半導体装置。
a contact hole penetrating the interlayer insulating film and reaching the first main surface;
In the contact hole, the contact hole is formed from the first main surface toward the second main surface, and is formed so as to straddle the first trench emitter, the first base region, and the second trench emitter in plan view. further equipped with a recess,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the first contact member is embedded in the contact hole and the recess.
平面視において、前記第2トレンチの前記第1トレンチが形成された方向とは反対の方向の、前記半導体基板に形成された第4トレンチと、
前記第4トレンチに、第4ゲート絶縁膜を介して埋め込まれた、第2トレンチゲートと、
前記第1トレンチゲートと前記第2トレンチゲートとの間の前記半導体基板に形成された第2ベース領域と、
前記第2ベース領域上の、前記第1主面に形成された、エミッタ領域と、
前記層間絶縁膜を貫通し、前記第1主面に達する第2コンタクト部材と、
をさらに備え、
前記第2コンタクト部材は、前記第2ベース領域および前記エミッタ領域と接続する、請求項3に記載の半導体装置。
a fourth trench formed in the semiconductor substrate in a direction opposite to the direction in which the first trench of the second trench is formed in a plan view;
a second trench gate embedded in the fourth trench via a fourth gate insulating film;
a second base region formed in the semiconductor substrate between the first trench gate and the second trench gate;
an emitter region formed on the first main surface on the second base region;
a second contact member that penetrates the interlayer insulating film and reaches the first main surface;
Furthermore,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the second contact member connects with the second base region and the emitter region.
前記第1主面上に形成され、前記第1トレンチゲートおよび前記第2トレンチゲートと電気的に接続するゲート電極と、
前記第2主面上に形成されたコレクタ電極と、
をさらに備え、
前記エミッタ電極は前記第1トレンチエミッタ、前記第2トレンチエミッタ、前記第1ベース領域、前記第2ベース領域および、前記エミッタ領域と電気的に接続し、
前記エミッタ電極、前記ゲート電極、および前記コレクタ電極は、IGBTを構成する、請求項8に記載の半導体装置。
a gate electrode formed on the first main surface and electrically connected to the first trench gate and the second trench gate;
a collector electrode formed on the second main surface;
Furthermore,
The emitter electrode is electrically connected to the first trench emitter, the second trench emitter, the first base region, the second base region, and the emitter region,
9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the emitter electrode, the gate electrode, and the collector electrode constitute an IGBT.
前記結晶欠陥領域は、前記IGBTのオフ状態において、前記フローティング領域が空乏化しない領域に形成される、請求項9に記載の半導体装置。 10. The semiconductor device according to claim 9, wherein the crystal defect region is formed in a region where the floating region is not depleted when the IGBT is in an off state. (a)第1主面、および前記第1主面と反対側の第2主面を有する半導体基板に、第2導電型の第1ホールバリア領域および前記第2導電型の第2ホールバリア領域を形成する工程、
(b)前記第1ホールバリア領域と前記第2ホールバリア領域との間の前記半導体基板に、前記第2導電型とは反対の第1導電型のフローティング領域を形成する工程、
(c)前記フローティング領域内の前記第1主面に近い位置に局所的に形成された、結晶欠陥を含む結晶欠陥領域を形成する工程、
(d)平面視において、前記フローティング領域を挟むように形成された第1トレンチおよび、第2トレンチを形成する工程、
(e)前記(d)工程後、前記第1トレンチの側面、および前記第2トレンチの側面に、それぞれ第1ゲート絶縁膜、および第2ゲート絶縁膜を形成する工程、
(f)前記(e)工程後、前記第1トレンチ内に前記第1ゲート絶縁膜を介して第1トレンチエミッタを形成し、前記第2トレンチ内に前記第2ゲート絶縁膜を介して第1トレンチゲートを形成する工程、
断面視において、前記フローティング領域は、前記第1トレンチの底面と、前記第2トレンチの底面とを覆うように形成され
平面視、および断面視において、前記結晶欠陥領域は、前記第1トレンチ、および前記第2トレンチから離間して設けられる、半導体装置の製造方法。
(a) A semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface opposite to the first main surface, a first hole barrier region of a second conductivity type and a second hole barrier region of the second conductivity type. a process of forming
(b) forming a floating region of a first conductivity type opposite to the second conductivity type in the semiconductor substrate between the first hole barrier region and the second hole barrier region;
(c) forming a crystal defect region containing crystal defects that is locally formed at a position close to the first main surface in the floating region;
(d) forming a first trench and a second trench formed to sandwich the floating region in plan view;
(e) After the step (d), forming a first gate insulating film and a second gate insulating film on the side surfaces of the first trench and the second trench, respectively;
(f) After the step (e), a first trench emitter is formed in the first trench through the first gate insulating film, and a first trench emitter is formed in the second trench through the second gate insulating film. a step of forming a trench gate;
In a cross-sectional view, the floating region is formed to cover the bottom surface of the first trench and the bottom surface of the second trench. In a plan view and a cross-sectional view, the crystal defect region is formed to cover the first trench and the bottom surface of the second trench. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the semiconductor device is provided apart from the second trench.
前記結晶欠陥領域は、前記フローティング領域内に位置し、前記第1トレンチ、および前記第2トレンチと接していない、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the crystal defect region is located within the floating region and is not in contact with the first trench and the second trench. (g)前記(f)工程後、前記第1ホールバリア領域上の前記第1主面に前記第2導電型の第1ベース領域を形成する工程、
(h)前記(g)工程後、前記第1トレンチエミッタ、前記第2トレンチエミッタ、前記第1トレンチゲート、および前記結晶欠陥領域を覆うように前記第1主面上に形成された層間絶縁膜を形成する工程、
(i)前記(h)工程後、前記第1ベース領域上の前記層間絶縁膜を貫通し、前記第1主面に達する第1コンタクトホールを形成する工程、
(j)前記(i)工程後、前記第1コンタクトホール内に第1コンタクト部材を形成する工程、
(k)前記(j)工程後、前記層間絶縁膜上にエミッタ電極を形成する工程、
をさらに備え、
前記(d)工程では、平面視において、前記第1ホールバリア領域を前記第1トレンチと挟むように形成された第3トレンチをさらに形成し、
前記(e)工程では、前記第3トレンチの側面に第3ゲート絶縁膜をさらに形成し、
前記(f)工程では、前記第3トレンチ内に前記第3ゲート絶縁膜を介して第2トレンチエミッタをさらに形成し、
前記第1コンタクト部材は、前記第1トレンチエミッタ、前記第1ベース領域、前記第2トレンチエミッタおよび前記エミッタ電極と接続される、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
(g) after the step (f), forming a first base region of the second conductivity type on the first main surface on the first hole barrier region;
(h) After the step (g), an interlayer insulating film is formed on the first main surface to cover the first trench emitter, the second trench emitter, the first trench gate, and the crystal defect region. a process of forming
(i) After the step (h), forming a first contact hole that penetrates the interlayer insulating film on the first base region and reaches the first main surface;
(j) forming a first contact member in the first contact hole after the step (i);
(k) after the step (j), forming an emitter electrode on the interlayer insulating film;
Furthermore,
In the step (d), a third trench is further formed to sandwich the first hole barrier region between the first trench and the first hole barrier region in a plan view,
In the step (e), a third gate insulating film is further formed on the side surface of the third trench,
In the step (f), a second trench emitter is further formed in the third trench via the third gate insulating film,
12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the first contact member is connected to the first trench emitter, the first base region, the second trench emitter, and the emitter electrode.
前記(d)工程では、前記第2ホールバリア領域を前記第2トレンチと挟むように形成された第4トレンチをさらに形成し、
前記(e)工程では、前記第4トレンチ内に第4ゲート絶縁膜をさらに形成し、
前記(f)工程では、前記第4トレンチ内に前記第4ゲート絶縁膜を介して第2トレンチゲートをさらに形成し、
前記(g)工程では、前記第2ホールバリア領域上の前記第1主面に前記第2導電型の第2ベース領域をさらに形成し、
前記(i)工程では、前記第2ベース領域上の前記層間絶縁膜を貫通し前記第1主面に達する第2開口部をさらに形成し、
前記(j)工程では、前記第2開口部内に第2コンタクト部材をさらに形成し、
前記(h)工程では、前記層間絶縁膜は、さらに前記第2トレンチゲートを覆うように前記第1主面上に形成され、
(l)前記(g)工程後、前記(h)工程前に、前記第2ベース領域上の前記第1主面に前記第1導電型のエミッタ領域を形成する工程、
をさらに備え、
前記第2コンタクト部材は、前記第2ベース領域、前記エミッタ領域、および前記エミッタ電極と接続される、請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
In the step (d), a fourth trench is further formed to sandwich the second hole barrier region with the second trench,
In the step (e), a fourth gate insulating film is further formed in the fourth trench,
In the step (f), a second trench gate is further formed in the fourth trench via the fourth gate insulating film,
In the step (g), further forming a second base region of the second conductivity type on the first main surface on the second hole barrier region,
In the step (i), further forming a second opening that penetrates the interlayer insulating film on the second base region and reaches the first main surface,
In the step (j), a second contact member is further formed in the second opening,
In the step (h), the interlayer insulating film is further formed on the first main surface so as to cover the second trench gate,
(l) After the step (g) and before the step (h), forming an emitter region of the first conductivity type on the first main surface on the second base region;
Furthermore,
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the second contact member is connected to the second base region, the emitter region, and the emitter electrode.
前記(i)工程は、
(i1)前記第1コンタクトホール内において、前記半導体基板に前記第1主面から前記第2主面に向かって形成され、平面視において、前記第1トレンチエミッタ、前記第1ベース領域、および前記第2トレンチエミッタを跨ぐように形成されたリセスをさらに備え、
前記第1コンタクト部材は、前記開口部と前記リセスとに埋め込まれて形成される、請求項13に記載の半導体装置の製造方法。
The step (i) is
(i1) Formed in the first contact hole in the semiconductor substrate from the first main surface to the second main surface, in a plan view, the first trench emitter, the first base region, and the further comprising a recess formed to straddle the second trench emitter,
14. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 13, wherein the first contact member is embedded in the opening and the recess.
前記(b)工程は、イオン種をボロンとし、ドーズ量を6.0×1012/cm2から1.25×1013/cm2とし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとする、イオン注入によって行われ、
前記(c)工程は、
(c1)イオン種をボロンとし、ドーズ量を1.0×1013/cm2から2.75×1013/cm2とし、注入エネルギーを300keVから1.25MeVとする、イオン注入工程と、
(c2)処理温度を900℃とする、アニール工程と、によって行われる、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。
The step (b) is an ion implantation process in which the ion species is boron, the dose is 6.0×10 12 /cm 2 to 1.25×10 13 /cm 2 , and the implantation energy is 300 keV to 1.25 MeV. carried out by
The step (c) is
(c1) An ion implantation step in which the ion species is boron, the dose is 1.0×10 13 /cm 2 to 2.75×10 13 /cm 2 , and the implantation energy is 300 keV to 1.25 MeV;
12. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 11, further comprising: (c2) an annealing step at a processing temperature of 900°C.
前記結晶欠陥領域内の結晶欠陥の密度が最大となる箇所は、前記第1主面から前記第2主面に向う方向において、前記第1主面側に位置する、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 12. The semiconductor according to claim 11, wherein a location where the density of crystal defects in the crystal defect region is maximum is located on the first main surface side in a direction from the first main surface to the second main surface. Method of manufacturing the device. 前記結晶欠陥領域の結晶欠陥の密度は、10個/cm2以下である、請求項11に記載の半導体装置の製造方法。 12. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11, wherein the density of crystal defects in the crystal defect region is 10 <3 >/cm <2> or less. 平面視において、前記第1トレンチエミッタ、前記第2トレンチエミッタ、前記第1トレンチゲート、および前記第2トレンチゲートは第一方向に延在し、前記第一方向と交差する第二方向に並んで配置される、請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 In plan view, the first trench emitter, the second trench emitter, the first trench gate, and the second trench gate extend in a first direction and are lined up in a second direction intersecting the first direction. 14. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 13.
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