DE102009008714B4 - Semiconductor device of the trench gate type - Google Patents

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Abstract

Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ umfassend: eine erste Halbleiterschicht (101), die einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; eine zweite Halbleiterschicht (102, 103), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat und die angrenzend an die erste Halbleiterschicht (101) angeordnet ist; eine dritte Halbleiterschicht (104), die den ersten Leitfähigkeitstyp hat und die angrenzend an die zweite Halbleiterschicht (103) angeordnet ist; eine Vielzahl von isolierten Gates (105), die sich von einer ersten hauptsächlichen Oberfläche der dritten Halbleiterschicht (104) in die zweite Halbleiterschicht (103) erstreckt, wobei sie die dritte Halbleiterschicht (104) durchdringen; einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich (115) der dritten Halbleiterschicht (104), die jeweils zwischen den nebeneinander liegenden, isolierten Gates (105) definiert sind; eine vierte Halbleiterschicht (111), die den zweiten Leitfähigkeitstyp hat und die in Kontakt mit den isolierten Gates (105) in dem ersten Bereich der dritten Halbleiterschicht (104) steht; eine erste Hauptelektrode (109) in elektrischem Kontakt mit dem ersten Bereich der dritten Halbleiterschicht (104) und der vierten Halbleiterschicht (111); und eine zweite Hauptelektrode (100) in elektrischem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (101), wobei die dritte Halbleiterschicht in dem zweiten Bereich (115) eine floatende Schicht ist, und die floatende Schicht elektrisch mit der ersten Hauptelektrode (109) über eine Kapazität (206) verbunden ist, die eine Isolationsschicht (121) aus Siliziumoxid ist, die zwischen den zweiten Bereichen der dritten Halbleiterschicht (104) und einer polykristallinen Siliziumschicht (122) in Kontakt mit der ersten Hauptelektrode (109) angeordnet ist, und wobei ein Kurzschluss-Widerstand 207) parallel zu der Kapazität geschaltet ist.A trench-gate type semiconductor device comprising: a first semiconductor layer (101) having a first conductivity type and formed on a semiconductor substrate; a second semiconductor layer (102, 103) having a second conductivity type and disposed adjacent to the first semiconductor layer (101); a third semiconductor layer (104) having the first conductivity type and disposed adjacent to the second semiconductor layer (103); a plurality of insulated gates (105) extending from a first main surface of the third semiconductor layer (104) into the second semiconductor layer (103), penetrating the third semiconductor layer (104); a first region and a second region (115) of the third semiconductor layer (104) each defined between the adjacent isolated gates (105); a fourth semiconductor layer (111) having the second conductivity type and in contact with the insulated gates (105) in the first region of the third semiconductor layer (104); a first main electrode (109) in electrical contact with the first region of the third semiconductor layer (104) and the fourth semiconductor layer (111); and a second main electrode (100) in electrical contact with the first semiconductor layer (101), wherein the third semiconductor layer in the second region (115) is a floating layer, and the floating layer is electrically connected to the first main electrode (109) via a capacitance ( 206) which is an insulating layer (121) of silicon oxide interposed between the second regions of the third semiconductor layer (104) and a polycrystalline silicon layer (122) in contact with the first main electrode (109), and wherein a short-circuit Resistor 207) is connected in parallel with the capacitance.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf die Struktur eines Halbleiterbauteils mit Trench-Gates.The invention relates to the structure of a semiconductor device with trench gates.

Ein bipolarer Transistor mit isoliertem Gate (im folgenden als IGBT bezeichnet) ist ein Schaltelement, in dem der Strom, der zwischen den Kollektor- und Emitter-Elektroden fließt, durch eine Spannung gesteuert wird, die an eine Gate-Elektrode angelegt wird.An insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) is a switching element in which the current flowing between the collector and emitter electrodes is controlled by a voltage applied to a gate electrode.

Dieses Schaltelement kann Leistung von mehreren Zehn bis mehreren 100.000 Watt und eine Schaltfrequenz von mehreren Zehntel Hz bis mehrere 100 kHz steuern. Da es zu einem sehr kalten Steuerungsbereich in der Lage ist, findet es eine Vielzahl von Anwendungen von Hausgeräten mit niedriger Leistung, beispielsweise Klimageräte und Mikrowellenöfen, bis zu Einrichtungen mit großer Leistung, beispielsweise Inverter zur Verwendung in Schienenfahrzeugen und Stahlwerken.This switching element can control power of several tens to several 100,000 watts and a switching frequency of several tenths of Hz to several 100 kHz. Being capable of a very cold control range, it finds a variety of applications from low power domestic appliances such as air conditioners and microwave ovens to high power facilities such as inverters for use in rail vehicles and steel mills.

Der Leistungsverlust ist eine der wichtigsten Betriebsfaktoren des IGBT's. Neuerdings sind IGBT's vom Trench-Gate-Typ hervorgetreten, da ihr Leistungsverlust verhältnismäßig klein ist. Das Merkmal der IGBT-Struktur ist es, dass die Gate-Elektrode in einem Silizium-Substrat eingebettet ist.The power loss is one of the most important operating factors of the IGBT. Recently, trench-gate type IGBTs have emerged because their power loss is relatively small. The feature of the IGBT structure is that the gate electrode is embedded in a silicon substrate.

In der grundlegenden Konfiguration werden ein p-Typ-Kollektorschicht, eine n-Typ-Pufferschicht mit einem niedrigen spezifischen Widerstand und eine n-Typ-Driftschicht mit einem hohen spezifischen Widerstand auf dem Silizium-Substrat in der genannten Reihenfolge ausgebildet, und eine p-Typ-Basis-Schicht wird auf der freiliegenden Oberfläche der Driftschicht ausgebildet.In the basic configuration, a p-type collector layer, an n-type low resistivity buffer layer, and a high resistivity n-type drift layer are formed on the silicon substrate in the order named, and a p-type collector layer. Type-base layer is formed on the exposed surface of the drift layer.

Eine Vielzahl von Nuten, die die gleiche planare Form eines Streifens haben, werden in die p-Typ-Basisschicht eingegraben. In den Nuten werden Trench-Gate-Elektroden vorgesehen, die aus polykristallinem Silizium hergestellt sind, wobei die Trench-Gate-Elektroden von dem Siliziumsubstrat mit Hilfe von Isolationsfilmen isoliert sind. Folglich dienen die Seitenwände der Trench-Gate-Elektroden als MOS-Kanäle.A plurality of grooves having the same planar shape of a strip are buried in the p-type base layer. In the grooves, trench gate electrodes made of polycrystalline silicon are provided, the trench gate electrodes being isolated from the silicon substrate by means of insulating films. Consequently, the side walls of the trench gate electrodes serve as MOS channels.

Der IGTB vom Trench-Gate-Typ hat mehr Gate-Elektroden pro Flächeneinheit als ein Planar-Gate-Typ-IGBT vom, bei dem die Gate-Elektroden auf der Oberfläche des Siliziumsubstrats ausgebildet werden. Folglich kann der IGBT vom Trench-Gate-Typ mit mehr Kanälen versehen werden als der Planar-Gate-Typ-IGBT, so dass der Kanalwiderstand niedrig gemacht werden kann, wodurch sich ein geringer Leistungsverlust ergibt. Er hat auch eine geringere EIN-Spannung, d. h., eine niedrigere Spannung, die zwischen dem Kollektor und dem Emitter während des Leitungszustandes erzeugt wird, als der Planar-Gate-Typ-IGBT.The trench-gate type IGTB has more gate electrodes per unit area than a planar gate-type IGBT of which the gate electrodes are formed on the surface of the silicon substrate. Consequently, the trench gate type IGBT can be provided with more channels than the planar gate type IGBT, so that the channel resistance can be made low, resulting in a small power loss. He also has a lower ON-voltage, d. That is, a lower voltage generated between the collector and the emitter during the conduction state than the planar gate type IGBT.

Die JP 2000-307116 A offenbart einen IGBT vom Trech-Gate-Typ, bei dem die Trench-Gate-Elektroden bei zwei unterschiedlichen Intervallen angeordnet sind, um den Leistungsverlust während des Leitungszustandes abzusenken. Entsprechend dieser herkömmlichen Technik wird kein Kanal zwischen den zwei Gates ausgebildet, die das größere Intervall haben, und nur eine p-Typ-Schicht (FP-Schicht) wird floatend gehalten, d. h., von allen den Gate-Elektroden, Emitter-Elektroden und Kollektor-Elektroden isoliert, während ein Kanal zwischen den zwei Gates ausgebildet wird, die ein engeres Intervall haben.The JP 2000-307116 A discloses a Trech-gate type IGBT in which the trench gate electrodes are arranged at two different intervals to lower the power loss during the conduction state. According to this conventional technique, no channel is formed between the two gates having the larger interval, and only one p-type layer (FP layer) is kept floating, ie, all of the gate electrodes, emitter electrodes, and collector Electrodes isolated while a channel is formed between the two gates, which have a narrower interval.

Mit dieser Konfiguration kann der Durchbruch des Schaltelements aufgrund eines übermäßigen Stroms verhindert werden, Leitungsverluste können verringert werden und die EIN-Spannung kann abgesenkt werden.With this configuration, the breakdown of the switching element due to excessive current can be prevented, line losses can be reduced, and the ON voltage can be lowered.

Bei der oben beschriebenen Konfiguration wird die FP-Schicht in dem floatenden Zustand gehalten, und daher wird die Kollektor-Gate-Kapazität groß.With the configuration described above, the FP layer is kept in the floating state, and therefore, the collector-gate capacitance becomes large.

Um dieses Problem zu lösen, offenbart die JP-2004-39838 A eine Konfiguration, bei der die FP-Schicht elektrisch mit einer Emitter-Elektrode über einen Widerstand verbunden ist, der einen elektrischen Widerstand von wenigstens 100 Ω hat.To solve this problem, the JP-2004-39838 A a configuration in which the FP layer is electrically connected to an emitter electrode through a resistor having an electrical resistance of at least 100 Ω.

Diese herkömmliche Technik ermöglicht es, dass die Kollektor-Gate-Kapazität reduziert wird und dass der Löcher-Strom, der in die Emitter-Elektrode fließt, durch den Widerstand begrenzt wird, so dass die FP-Schicht in dem quasi-floatenden Zustand gehalten wird.This conventional technique enables the collector-gate capacitance to be reduced, and the hole current flowing into the emitter electrode to be limited by the resistor, so that the FP layer is kept in the quasi-floating state ,

Entsprechend der oben beschriebenen Konfiguration ist die FP-Schicht elektrisch mit der Emitter-Elektrode über einen Widerstand verbunden, der einen elektrischen Widerstand von wenigstens 100 Ω hat. Die gegenwärtigen Erfinder haben jedoch gefunden, dass die EIN-Spannung in diesem Fall höher ist als in dem Fall, wo die FP-Schicht von der Emitter-Elektrode isoliert ist.According to the configuration described above, the FP layer is electrically connected to the emitter electrode through a resistor having an electrical resistance of at least 100 Ω. However, the present inventors have found that the ON voltage is higher in this case than in the case where the FP layer is isolated from the emitter electrode.

Die JP 2005-032941 A ist darauf gerichtet, ein Halbleiterbauteil mit isoliertem Gate bereitzustellen, bei dem die Gate-Kollektor-Kapazität reduziert wird, ohne eine EIN Spannung zu behindern, was durch einen die Injektion erhöhenden Effekt verursacht wird. Zu diesem Zweck wird eine Isolierschicht mit einer Dicke gleich oder größer als die eine Gate-Isolierschicht und dünner als eine Isolationszwischenschicht, die eine Gate-Elektrode abdeckt, auf der Oberfläche eines floatenden p-Bereichs ausgebildet. Ein Emitterpotentialbereich, an dem ein Emitterpotential angelegt wird, wird darüber ausgebildet, so dass eine verhältnismäßig große Kapazität zwischen dem floatenden p-Bereich und einer Emitter-Elektrode gebildet wird. Die Kapazität setzt einen Hauptanteil der Gate-Kollektor-Kapazität in eine Kollektor-Emitter-Kapazität und eine Gate-Emitter-Kapazität um, wodurch die effektive Gate-Kollektor-Kapazität reduziert werden soll.The JP 2005-032941 A is directed to providing an insulated gate semiconductor device in which the gate-collector capacitance is reduced without hindering an ON voltage, which is caused by an injection-enhancing effect. For this purpose, an insulating layer having a thickness equal to or larger than the one gate insulating layer and thinner than an interlayer insulating layer covering a gate electrode is formed on the surface of a floating p-type region. An emitter potential region at which a Emitter potential is applied is formed over it, so that a relatively large capacitance between the floating p-region and an emitter electrode is formed. The capacitance converts a majority of the gate-collector capacitance into a collector-emitter capacitance and a gate-emitter capacitance, thereby reducing the effective gate-collector capacitance.

Die JP 2004-039838 A ist darauf gerichtet, ein Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ bereitzustellen, das eine kleine parasitäre Kapazität hat. Dazu weist das Halbleiterbauteil eine erste Halbleiterschicht mit einem ersten Leitfähigkeits-Typ, eine zweite Halbleiterschicht mit einem zweiten Leitfähigkeits-Typ angrenzend an die erste Halbleiterschicht, eine dritte Halbleiterschicht mit dem ersten Leitfähigkeits-Typ angrenzend an die zweite Halbleiterschicht, eine Vielzahl von isolierten Gates, die die dritte Halbleiterschicht bis zu der zweiten Halbleiterschicht hin durchdringen, eine vierte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeits-Typs angrenzend an die isolierten Gates, eine erste Hauptelektrode, die elektrisch mit den dritten und vierten Halbleiterschichten verbunden ist, und eine zweite Hauptelektrode, die elektrisch mit der ersten Hauptleiterschicht verbunden ist. Eine floatende p-Schicht ist elektrisch mit der ersten Hauptelektrode über einen Widerstand verbunden. Die floatende Schicht keinen direkten Kontakt mit den Elektroden und ist mit der Emitter-Elektrode über den Kurzschlusswiderstand verbunden.The JP 2004-039838 A is directed to providing a trench-gate type semiconductor device having a small parasitic capacitance. For this purpose, the semiconductor device comprises a first semiconductor layer having a first conductivity type, a second semiconductor layer having a second conductivity type adjacent to the first semiconductor layer, a third semiconductor layer having the first conductivity type adjacent to the second semiconductor layer, a plurality of insulated gates, penetrating the third semiconductor layer to the second semiconductor layer, a fourth semiconductor layer of the second conductivity type adjacent to the insulated gates, a first main electrode electrically connected to the third and fourth semiconductor layers, and a second main electrode electrically connected to the first first main conductor layer is connected. A floating p-layer is electrically connected to the first main electrode via a resistor. The floating layer does not make direct contact with the electrodes and is connected to the emitter electrode via the short circuit resistor.

Es ist daher die Aufgabe dieser Erfindung, ein Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ bereitzustellen, das eine niedrige EIN-Spannung und eine kleine parasitäre Kapazität hat, wobei verhindert werden soll, dass der IGBT in Fehlfunktion eingeschaltet wird.It is therefore an object of this invention to provide a trench-gate type semiconductor device having a low ON voltage and a small parasitic capacitance while preventing the IGBT from malfunctioning.

Zu diesem Zweck wird ein Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ bereitgestellt, das die Merkmale von Anspruch 1 aufweist. Der Anspruch 2 charakterisiert eine vorteilhafte Ausgestaltung von Anspruch 1.For this purpose, a trench-gate type semiconductor device having the features of claim 1 is provided. The claim 2 characterizes an advantageous embodiment of claim 1.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

1 zeigt einen Querschnitt der Struktur eines Halbleiterbauteils vom Trench-Gate-Typ gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; 1 Fig. 12 is a cross-sectional view of the structure of a trench-gate type semiconductor device according to a first embodiment of this invention;

2A2D zeigen eine Äquivalentschaltungen von Halbleiterbauteilen vom Trench-Gate-Typ wobei die 2A, 2C und 2D herkömmliche Halbleiterbauelemente und 2B ein Halbleiterbauteil gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung zeigt; 2A - 2D show equivalent circuits of trench-gate type semiconductor devices, in which Figs 2A . 2C and 2D conventional semiconductor devices and 2 B shows a semiconductor device according to a first embodiment of this invention;

3 zeigt eine Draufsicht auf die detaillierte Struktur des Halbleiterbauteils vom Trench-Gate-Typ gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; 3 Fig. 12 is a plan view showing the detailed structure of the trench gate type semiconductor device according to a second embodiment of this invention;

4 zeigt einen vergrößerten Querschnitt der Struktur des Halbleiterbauteils vom Trench-Gate-Typ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; 4 Fig. 10 is an enlarged cross-sectional view of the structure of the trench gate type semiconductor device according to the second embodiment of this invention;

5 zeigt einen Querschnitt der Struktur des Halbleiterbauteils vom Trench-Gate-Typ gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung; 5 FIG. 12 is a cross-sectional view of the structure of the trench gate type semiconductor device according to the second embodiment of this invention; FIG.

6 zeigt eine Äquivalentschaltung eines dritten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung und 6 shows an equivalent circuit of a third embodiment of this invention and

7 zeigt ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispiels dieser Erfindung. 7 shows a block diagram of a fourth embodiment of this invention.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

1 zeigt einen Querschnitt der Struktur eines Halbleiterbauteils vom Trench-Gate-Typ als ein erstes Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Das Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ umfasst eine Kollektor-Elektrode 100; eine p-Typ-Kollektorschicht 101; eine n-Typ-Pufferschicht 102; eine n-Typ-Driftschicht 103; eine p-Typ-Basisschicht 104; Gate-Elektroden 105; Gate-Isolationsfilme 106; Isolationsfilme 107; eine Emitter-Elektrode 109; p-Typ-Kontaktschichten 110; n-Typ-Emitterschichten 111; einen Gate-Anschluss 112; einen Emitter-Anschluss 114; floatende Schichten 115 (im folgenden als FP-Schichten bezeichnet); Isolationsfilme 121, die eine elektrostatische Kapazität zwischen den FP-Schichten 115 und der Emitter-Elektrode 109 bilden; polykristalline Siliziumschichten 122 und einen Kollektor-Anschluss 116. 1 FIG. 10 shows a cross section of the structure of a trench-gate type semiconductor device as a first embodiment of this invention. FIG. The trench-gate type semiconductor device includes a collector electrode 100 ; a p-type collector layer 101 ; an n-type buffer layer 102 ; an n-type drift layer 103 ; a p-type base layer 104 ; Gate electrodes 105 ; Gate insulating films 106 ; insulating films 107 ; an emitter electrode 109 ; p-type contact layers 110 ; n-type emitter layers 111 ; a gate connection 112 ; an emitter terminal 114 ; floating layers 115 (hereinafter referred to as FP layers); insulating films 121 that has an electrostatic capacity between the FP layers 115 and the emitter electrode 109 form; polycrystalline silicon layers 122 and a collector connection 116 ,

Die Kollektor-Elektrode 100 ist elektrisch mit einer ersten Halbleiterschicht eines ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise der p-Typ-Kollektorschicht 101, verbunden, die in einer Endoberfläche eines Halbleitersubstrats ausgebildet ist. Eine zweite Halbleiterschicht eines zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise eine n-Typ-Halbleiterschicht ist auf der Kollektorschicht 101 ausgebildet. In diesem Ausführungsbeispiel besteht die zweite Halbleiterschicht aus der n-Typ-Pufferschicht 102, und die n-Typ-Driftschicht 103 ist auf der n-Typ-Pufferschicht 102 ausgebildet und hat eine niedrigere Verunreinigungs- oder Dotierungskonzentration als die n-Typ-Pufferschicht 102. Eine dritte Halbleiterschicht des ersten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise die p-Typ-Basisschicht 104 ist auf der n-Typ-Driftschicht 103 ausgebildet.The collector electrode 100 is electrically connected to a first semiconductor layer of a first conductivity type, for example the p-type collector layer 101 , which is formed in an end surface of a semiconductor substrate. A second semiconductor layer of a second conductivity type, for example an n-type semiconductor layer, is on the collector layer 101 educated. In this embodiment, the second semiconductor layer is made of the n-type buffer layer 102 , and the n-type drift layer 103 is on the n-type buffer layer 102 and has a lower impurity or doping concentration than the n-type buffer layer 102 , A third semiconductor layer of the first conductivity type, for example the p-type base layer 104 is on the n-type drift layer 103 educated.

Jede der Vielzahl der Gate-Elektroden 105 erstreckt sich von einer hauptsächlichen Oberfläche der p-Typ-Basisschicht 104 in die n-Typ-Driftschicht 103, wobei sie die p-Typ-Basisschicht 104 durchdringen. Der Außenumfang der Gate-Elektrode 105 ist mit dem Gate-Isolationsfilm 106 überdeckt.Each of the plurality of gate electrodes 105 extends from a major surface of the p-type base layer 104 into the n-type drift layer 103 where it is the p-type base layer 104 penetrate. The outer circumference of the gate electrode 105 is with the gate insulation film 106 covered.

Der Isolationsfilm 107 ist auf der hauptsächlichen Oberfläche der Basisschicht 104 angeordnet. Die Basisschicht 104 ist durch eine Vielzahl von Gate-Elektroden 105 in erste und zweite Bereiche unterteilt. Eine vierte Halbleiterschicht des zweiten Leitfähigkeitstyps, beispielsweise die n-Typ-Emitterschicht 111, ist in Kontakt mit der Gate-Elektrode 105 in einem Teil der Basisschicht 104 ausgebildet, der zu dem ersten Bereich gehört. Die Emitter-Elektrode 109 ist mit der n-Typ-Emitterschicht 111 und ferner mit der Basisschicht 104 über eine p-Typ-Kontaktschicht 110 verbunden. Entsprechend wird ein Leitungskanal zwischen den zwei Gate-Elektroden 105 ausgebildet. Andererseits ist ein Teil der Basisschicht 104, der zu dem zweiten Bereich gehört, die floatende Schicht 115 (im folgenden als FP-Schicht bezeichnet), die überhaupt nicht direkt mit irgendeiner Elektrode verbunden ist sondern an die Emitter-Elektrode 109 über die Kapazität angeschlossen ist, die aus dem Isolationsfilm 121 und der polykristallinen Siliziumschicht 122 gebildet wird. Die Gate-Elektrode 105, die Emitter-Elektrode 104 und die Kollektor-Elektrode 100 haben in Gate-Anschluss 112, den Emitter-Anschluss 114 bzw. den Kollektor-Anschluss 116.The isolation film 107 is on the main surface of the base layer 104 arranged. The base layer 104 is through a variety of gate electrodes 105 divided into first and second areas. A fourth semiconductor layer of the second conductivity type, for example, the n-type emitter layer 111 , is in contact with the gate electrode 105 in a part of the base layer 104 formed belonging to the first area. The emitter electrode 109 is with the n-type emitter layer 111 and further with the base layer 104 via a p-type contact layer 110 connected. Accordingly, a conduction channel between the two gate electrodes 105 educated. On the other hand, part of the base layer 104 belonging to the second area, the floating layer 115 (hereinafter referred to as FP layer) which is not connected to any electrode at all but to the emitter electrode 109 connected via the capacitance coming out of the insulation film 121 and the polycrystalline silicon layer 122 is formed. The gate electrode 105 , the emitter electrode 104 and the collector electrode 100 have in gate connection 112 , the emitter connection 114 or the collector connection 116 ,

Der Gate-Isolationsfilm 106 und der Isolationsfilm 121, die als elektrostatische Kapazität dienen, können durch ein thermisches Oxidationsverfahren ausgebildet werden. Ferner können die Gate-Elektrode 105 und die polykristalline Siliziumschicht 122 entsprechend dem gleichen Filmausbildungsverfahren abgeschieden und dann teilweise geätzt werden, so dass die Struktur hergestellt werden kann, wie sie in 1 gezeigt ist. Wenn diese Oxidations-, Filmausbildungs- und Ätz-Schritte in der gleichen Prozedur ausgeführt werden, kann ein Vorteil im Hinblick auf die Kosten erzielt werden.The gate insulation film 106 and the insulation film 121 which serve as electrostatic capacitance can be formed by a thermal oxidation method. Furthermore, the gate electrode 105 and the polycrystalline silicon layer 122 deposited according to the same film forming process and then partially etched, so that the structure can be prepared as shown in 1 is shown. When these oxidation, film formation and etching steps are carried out in the same procedure, an advantage in terms of cost can be obtained.

Der Isolationsfilm 107 wird gewöhnlich durch ein chemisches Abscheidungsverfahren aus der Dampfphase (= CVD = Chemical Vapour Deposition) hergestellt. Ein Oxidfilm, der durch CVD hergestellt wird, hat eine niedrigere Spannungsfestigkeit als ein thermischer Oxidationsfilm, Daher muss gewöhnlich der CVD Oxidfilm 107 eine Dicke von wenigstens 500 nm (5000 Å) haben, um eine ausreichende Gate-Emitter-Stehspannung bereitzustellen. Wenn der Isolationsfilm dicker ist, ist die elektrostatische Kapazität kleiner. Sodann erzeugt die Verwendung des Isolationsfilms 107 als Kapazität zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 104 eine Erhöhung in der Impedanz, so dass der Effekt der Kurzschlussschaltung mit der elektrostatischen Kapazität klein wird.The isolation film 107 is usually prepared by a chemical vapor deposition (CVD = Chemical Vapor Deposition) process. An oxide film produced by CVD has a lower withstand voltage than a thermal oxidation film. Therefore, usually the CVD oxide film 107 have a thickness of at least 500 nm (5000 Å) to provide a sufficient gate-emitter withstand voltage. If the insulation film is thicker, the electrostatic capacity is smaller. Then, the use of the insulating film generates 107 as capacity between the FP layer 115 and the emitter electrode 104 an increase in impedance, so that the effect of the short circuit with the electrostatic capacity becomes small.

Die Dicke des Gate-Isolationsfilms 106, d. h., des Oxidfilms, ist etwa 50–150 nm (500–1500 Å). Die tatsächliche Wachstumsgeschwindigkeit eines thermischen Oxidationsfilms liegt im Bereich von 0,75 bis 1,3-mal einer mittleren Wachstuchsgeschwindigkeit je nach der Ebenen-Orientierung. Somit kann die Dicke des Gate-Oxidationsfilms 106 unterschiedlich sein gegenüber der des Isolierfilms 121, da die Ebenenorientierung der Oberfläche des Trench-Gates gewöhnlich sich von derer der hauptsächlichen Oberfläche unterscheidet. Wenn jedoch die Dicke des Gate-Oxidationsfilms 106 und die Ebenenorientierung des Trenchs geeignet gewählt werden, können der Isolationsfilm 121 und der Gate-Oxidationsfilm 106 gleichzeitig thermisch oxidiert werden, so dass die Dicke des Isolationsfilms 121 nicht mehr als 150 nm (1500 Å) gemacht werden kann.The thickness of the gate insulation film 106 That is, the oxide film is about 50-150 nm (500-1500 Å). The actual growth rate of a thermal oxidation film is in the range of 0.75 to 1.3 times a mean oil speed depending on the plane orientation. Thus, the thickness of the gate oxidation film 106 be different from that of the insulating film 121 because the plane orientation of the surface of the trench gate is usually different from that of the major surface. However, when the thickness of the gate oxidation film 106 and the plane orientation of the trench can be appropriately selected, the insulating film can 121 and the gate oxidation film 106 be simultaneously thermally oxidized, so that the thickness of the insulating film 121 not more than 150 nm (1500 Å).

Die Arbeitsweise dieser Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 1 beschrieben. Als erstes wird eine Spannung von mehreren Zehnteln bis mehreren tausend Volt zwischen dem Kollektor-Anschluss 116 und dem Emitter-Anschluss 114 angelegt, und dann wird eine Spannung von etwa 15 V zwischen dem Gate-Anschluss 112 und dem Emitter-Anschluss 114 angelegt. Diese Spannung von 15 V, die an den Gate-Anschluss 112 angelegt wird, wird auf die die Gate-Elektrode 105 übertragen und bildet dann eine Inversionsschicht an den Grenzbereichen zwischen der Basisschicht 104 und der Gate-Isolationsschicht (106) und zwischen der FP-Schicht 115 und der Gate-Isolationsschicht 106. Die Inverstionsschicht, die in der Basisschicht 104 ausgebildet wird, verbindet die Emitterschicht 111 mit der Driftschicht 103, um einen Leitungskanal zu bilden.The operation of this invention will now be described with reference to 1 described. First, a voltage of several tenths to several thousand volts between the collector terminal 116 and the emitter terminal 114 applied, and then a voltage of about 15 V between the gate terminal 112 and the emitter terminal 114 created. This voltage of 15 V, connected to the gate terminal 112 is applied to the the gate electrode 105 and then forms an inversion layer at the boundary regions between the base layer 104 and the gate insulation layer ( 106 ) and between the FP layer 115 and the gate insulation layer 106 , The Inverstionsschicht, in the base layer 104 is formed, connects the emitter layer 111 with the drift layer 103 to form a duct.

Elektronen werden von der Emitterschicht 111 in die Driftschicht 103 durch den Leitungskanal injiziert. Die injizierten Elektroden unterstützen ihrerseits die Injektion von positiven Löchern von der Kollektorschicht 101. Die von der Kollektorschicht 101 injizierten Löcher fließen durch die Driftschicht 103 und die Basisschicht 104 in die Emitter-Elektrode 109.Electrons are from the emitter layer 111 in the drift layer 103 injected through the duct. The injected electrodes in turn assist in the injection of positive holes from the collector layer 101 , The of the collector layer 101 injected holes flow through the drift layer 103 and the base layer 104 into the emitter electrode 109 ,

Ein Teil des Löcherstroms tritt durch die FP-Schicht 115 hindurch und wird in die Kapazität geladen, die aus dem Isolationsfilm 121, der zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 104 angeordnet ist, gebildet.Part of the hole current passes through the FP layer 115 through and is charged into the capacitance coming out of the insulation film 121 that is between the FP layer 115 and the emitter electrode 104 is arranged, formed.

In dem stationären Zustand, d. h., in dem Zustand, wo die Kapazität vollständig aufgeladen ist, sind jedoch die FP-Schicht 115 und die Emitterschicht 109 voneinander isoliert.However, in the steady state, that is, in the state where the capacitance is fully charged, the FP layer is 115 and the emitter layer 109 isolated from each other.

Wie oben beschrieben wurde, wird bei dem EIN/AUS-Übergangszustand des IGBT eine geringe Impedanz zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 109 aufgrund des Kapazitätseffekts davon erreicht. Entsprechend werden die FP-Schicht 115 und die Emitter-Elektrode 104 elektrisch miteinander verbunden, um die Kollektor-Gate-Kapazität zu reduzieren, wie bei der Struktur des herkömmlichen Halbleiterbauteils, das in JP 2004-39838 A offenbart ist.As described above, in the ON / OFF transient state of the IGBT, a low impedance between the FP layer becomes 115 and the emitter electrode 109 achieved by the capacity effect thereof. Accordingly, the FP layer 115 and the emitter electrode 104 electrically connected to each other to increase the collector-gate capacitance reduce, as in the structure of the conventional semiconductor device, in JP 2004-39838 A is disclosed.

Andererseits wird in dem stabilen Zustand, wo die Kapazität zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 104 ausreichend aufgeladen ist, eine hohe Impedanz zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 109 erhalten. Entsprechend wird die FP-Schicht 115 in dem floatenden Zustand gehalten wie bei der Struktur des herkömmlichen Halbleiterbauteils, das in JP 2000-307116 A offenbart ist. Folglich werden positive Löcher daran gehindert, von dem Inneren der Driftschicht 103 zu entweichen, und sie werden daher in der Driftschicht 103 angesammelt, so dass die EIN-Spannung des IGBT abgesenkt wird. Dieses Merkmal wirkt, dass dieses Ausführungsbeispiel eine niedrige EIN-Spannung in dem stabilen Zustand hat, während dieses Merkmal den Effekt liefert, dass die Kollektor-Gate-Kapazität in dem EIN/AUS-Übergangszustand reduziert wird.On the other hand, in the stable state, where the capacitance between the FP layer 115 and the emitter electrode 104 is sufficiently charged, a high impedance between the FP layer 115 and the emitter electrode 109 receive. Accordingly, the FP layer becomes 115 held in the floating state as in the structure of the conventional semiconductor device used in JP 2000-307116 A is disclosed. As a result, positive holes are prevented from coming from the inside of the drift layer 103 to escape, and they are therefore in the drift layer 103 accumulated so that the ON voltage of the IGBT is lowered. This feature acts to have this embodiment a low ON voltage in the steady state, while this feature provides the effect of reducing the collector gate capacitance in the ON / OFF transient state.

Die 2A, 2C und 2D zeigen die Äquivalentschaltungen von herkömmlichen Halbleiterbauteilen vom Trench-Gate-Typ und 2B zeigt die Äquivalentschaltung von einem Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In dem herkömmlichen Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ, das in JP 2000-307116 offenbart ist, ist die FP-Schicht 115, die zu dem zweiten Bereich gehört, elektrisch nicht mit dem benachbarten Element verbunden, d. h., sie ist elektrisch floatend. Entsprechend ist die Äquivalentschaltung so, wie in 2D gezeigt ist.The 2A . 2C and 2D show the equivalent circuits of conventional trench-gate type semiconductor devices and 2 B shows the equivalent circuit of a trench-gate type semiconductor device according to an embodiment of the invention. In the conventional trench-gate type semiconductor device used in JP 2000-307116 is disclosed, the FP layer 115 belonging to the second area, not electrically connected to the adjacent element, that is, it is electrically floating. Accordingly, the equivalent circuit is as in 2D is shown.

Die Äquivalentschaltung, die in 2D gezeigt ist, umfasst einen IGBT 200, eine Kollektor-Emitter-Kapazität Cce 201, eine Kollektor-Gate-Kapazität Ccg 202, eine Gate-Emitter-Kapazität Cge 203, eine Kapazität Cfd 204 zwischen der FP-Schicht und der Driftschicht und eine Kapazität Cgf 205 zwischen dem Gate und der FP-Schicht.The equivalent circuit used in 2D shown includes an IGBT 200 , a collector-emitter capacitance Cce 201 , a collector gate capacitance Ccg 202 , a gate-emitter capacitance Cge 203 , a capacity Cfd 204 between the FP layer and the drift layer and a capacitance Cgf 205 between the gate and the FP layer.

In der Äquivalentschaltung in 2D, ist der IGBT der Einfachheit halber symbolisch dargestellt, und die parasitären Kapazitäten sind mit dem symbolischen IGBT verbunden. Da in dieser Struktur, die durch die in 2D gezeigte Äquivalentschaltung dargestellt wird, die FP-Schicht in dem floatenden Zustand gehalten wird, wird die Kollektor-Gate-Kapazität groß. Der Grund hierfür wird unten beschrieben.In the equivalent circuit in 2D , the IGBT is shown symbolically for the sake of simplicity, and the parasitic capacitances are connected to the symbolic IGBT. Because in this structure, by the in 2D is shown holding the FP layer in the floating state, the collector gate capacitance becomes large. The reason for this is described below.

Wenn eine FP-Schicht vorhanden ist, trägt die Kapazität Cgf zwischen dem Gate und der FP-Schicht und die Kapazität Cfd zwischen der FP-Schicht und der Driftschicht zusätzlich zu einer Rückkopplungskapazität bei, so dass die Kollektor-Gate-Kapazität ansteigt. Der Anstieg in der Kollektor-Gate-Kapazität Ccg bewirkt eine Erhöhung in dem parasitären Strom, der durch die Kollektor-Gate-Kapazität Ccg fliesst, aufgrund der plötzlichen Kollektor-Spannungsänderung (dv/dt), die auftritt, wenn der IGBT ausschaltet. Als Resultat tritt eine Möglichkeit auf, dass der parasitäre Strom, der in den Gate-Anschluss fließt, bewirkt, dass der IGBT in Fehlfunktion eingeschaltet wird.In addition, when an FP layer is present, the capacitance Cgf between the gate and the FP layer and the capacitance Cfd between the FP layer and the drift layer contribute to a feedback capacitance, so that the collector-gate capacitance increases. The rise in the collector-gate capacitance Ccg causes an increase in the parasitic current flowing through the collector-gate capacitance Ccg due to the sudden collector voltage change (dv / dt) occurring when the IGBT turns off. As a result, there occurs a possibility that the parasitic current flowing into the gate terminal causes the IGBT to be turned on in a malfunction.

Um diese Fehlfunktion des IGBT zu verhindern, müssen die Gate-Widerstände, die mit den Gate-Anschlüssen in dem Inverter verbunden sind, der IGBT's verwendet, einen niedrigen Widerstandswert haben. Eine Verminderung in dem Widerstandswert des Gate-Widerstandes bewirkt jedoch eine Erhöhung in dem Gate-Strom. Dies erfordert die Verwendung einer Gate-Treiber-Schaltung, die eine große Stromkapazität hat, und folglich wird der gesamte Inverter groß in Bezug auf Baugröße und Gewicht.In order to prevent this malfunction of the IGBT, the gate resistors connected to the gate terminals in the inverter using the IGBTs must have a low resistance value. However, a decrease in the resistance of the gate resistor causes an increase in the gate current. This requires the use of a gate driver circuit having a large current capacity, and hence the entire inverter becomes large in size and weight.

Wenn ein großer Rauscheinfluss ferner zwischen dem Kollektor und dem Emitter des IGBT's stattfindet, fließt ein parasitärer Strom in das Gate durch die Kollektor-Gate-Kapazität Ccg, so dass bewirkt wird, dass der IGBT eine Fehlfunktion hat. Um diese Fehlfunktion zu verhindern, gibt es einen Bedarf für zusätzliche Komponenten für die Rauschunterdrückung, beispielsweise Rauschfilter. Diese zusätzlichen Komponenten führen zu einer Erhöhung der Größe, des Gewichts und der Produktionskosten des Inverters.Further, when a large noise influence takes place between the collector and the emitter of the IGBT, a parasitic current flows into the gate through the collector-gate capacitance Ccg, causing the IGBT to malfunction. To prevent this malfunction, there is a need for additional components for noise reduction, such as noise filters. These additional components increase the size, weight, and cost of production of the inverter.

Ein Elektrofahrzeugsystem, das einen solchen groß bauenden Inverter verwendet, kann des Weiteren nicht nur unter den Bauumfang und dem schweren Gewicht leiden, woraus sich eine kurze Reichweite von ununterbrochener Fahrt ergibt, sondern auch unter der Erhöhung der Herstellungskosten des gesamten Systems.Further, an electric vehicle system using such a large-sized inverter can suffer not only from the size of the construction and the heavy weight, resulting in a short range of uninterrupted driving, but also by increasing the manufacturing cost of the entire system.

Andererseits hat das herkömmliche Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ, das in JP 2004-39838 A offenbart ist, einen Kurzschlusswiderstand 207, der zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 109 angeschlossen ist, wie in 2C gezeigt ist. Entsprechend wird, wenn eine hohe Spannung plötzlich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors angelegt wird, der parasitäre Strom, der ansonsten eine Fehlfunktion verursachen würde, durch den Kurzschlusswiderstand 207 zu dem Emitter umgeleitet, ohne dass er in das Gate fließt, so dass die Fehlfunktion verhindert werden kann.On the other hand, the conventional trench-gate type semiconductor device used in JP 2004-39838 A discloses a short circuit resistance 207 that is between the FP layer 115 and the emitter electrode 109 connected as in 2C is shown. Accordingly, when a high voltage is suddenly applied between the collector and the emitter of the transistor, the parasitic current that would otherwise cause a malfunction is caused by the short circuit resistance 207 diverted to the emitter without flowing into the gate, so that the malfunction can be prevented.

Da jedoch der Löcher-Strom durch den Kurzschlusswiderstand 207 in den Emitter fließt, hat dieses Halbleiterbauteil eine größere Löcher-Konzentration in der Driftschicht 103 und daher eine höhere EIN-Spannung als das Halbleiterbauteil, das in der JP 2000-307116 A offenbart ist, wo die FP-Schicht 115 von der Emitter-Elektrode 109 isoliert ist.However, since the hole current through the short circuit resistance 207 flows into the emitter, this semiconductor device has a larger hole concentration in the drift layer 103 and therefore a higher ON-voltage than the semiconductor device used in the JP 2000-307116 A discloses where the FP layer 115 from the emitter electrode 109 is isolated.

Das herkömmliche Bauteil hat, wie in 2A gezeigt ist, eine Kapazität 206, die der Isolierfilm 121 ist, der zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 109 vorgesehen ist. Als Ergebnis wird, selbst wenn eine hohe Spannung plötzlich zwischen dem Kollektor und dem Emitter des Transistors angelegt wird, der parasitäre Strom, der ansonsten eine Fehlfunktion verursachen könnte, in die Kapazität 206 geladen, so dass der parasitäre Strom daran gehindert wird, in das Gate zu fließen. Dadurch kann die Fehlfunktion verhindert werden. The conventional component has, as in 2A shown is a capacity 206 that the insulating film 121 is that between the FP layer 115 and the emitter electrode 109 is provided. As a result, even if a high voltage is suddenly applied between the collector and the emitter of the transistor, the parasitic current that might otherwise cause a malfunction becomes in the capacitance 206 charged so that the parasitic current is prevented from flowing into the gate. This can prevent the malfunction.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

3 zeigt eine Draufsicht auf ein Halbleiterbauteil entsprechend einem zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. Zum einfacheren Verständnis der Struktur ist die Emitter-Elektrode 109 in 3 weggelassen. Der Isolationsfilm 107 ist ebenfalls weggelassen, und nur die Kontaktlöcher sind durch unterbrochene Linien angezeigt. Die Querschnitte entlang den strichpunktierten Linien A-A', B-B' und C-C' in 3 entsprechen den 1, 4 bzw. 5. In 3 bis 5 sind die gleichen Komponenten durch die gleichen Bezugszahlen wie in den 1 und 2 bezeichnet. 3 shows a plan view of a semiconductor device according to a second embodiment of this invention. For easier understanding of the structure, the emitter electrode 109 in 3 omitted. The isolation film 107 is also omitted, and only the contact holes are indicated by broken lines. The cross sections along the dot-dash lines A-A ', BB' and CC 'in 3 correspond to the 1 . 4 respectively. 5 , In 3 to 5 are the same components by the same reference numbers as in the 1 and 2 designated.

In 3 sind ein erster Kontakt 300, ein zweiter Kontakt 301, eine p-Typ-Mulden-Schicht 302 und ein dritter Kontakt 303 gezeigt. Dieses zweite Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeichnet, dass die FP-Schicht 115 elektrisch mit der Emitter-Elektrode 109 über die Kapazität, die durch den Isolationsfilm 121 dargestellt wird, und einen Widerstand verbunden ist, der parallel mit der Kapazität geschaltet ist.In 3 are a first contact 300 , a second contact 301 , a p-type well layer 302 and a third contact 303 shown. This second embodiment is characterized in that the FP layer 115 electrically with the emitter electrode 109 about the capacity passing through the insulation film 121 is shown, and connected to a resistor which is connected in parallel with the capacitance.

Da die FP-Schicht 115 gewöhnlich durch Diffusion von Verunreinigungen gebildet wird, hat sie einen spezifischen Widerstand. In vielen Fällen wird der spezifische Widerstand zu einem Schichtwiderstandswert von mehreren Zehn bis mehreren hundert Ohm (Ω). Dieser Schichtwiderstand wird als Kurzschlusswiderstand 207 verwendet.Because the FP layer 115 is usually formed by diffusion of impurities, it has a specific resistance. In many cases, the resistivity becomes a sheet resistance value of tens to hundreds of ohms (Ω). This sheet resistance is called short-circuit resistance 207 used.

Die Äquivalentschaltung dieses Ausführungsbeispiels ist in 2B gezeigt. Wie in 2B gezeigt ist, sind die FP-Schicht 115 und die Emitter-Elektrode 109 miteinander durch eine Parallelschaltung der Kapazität 206 und in Kurzschlusswiderstand 207 elektrisch verbunden. Entsprechend kann in dem EIN/AUS-Übergangszustand des IGBT's selbst dann, wenn der Widerstandswert des Widerstands 207 größer gemacht wird als der in dem herkömmlichen Bauteil, das in 2C gezeigt ist, die resultierende Impedanz, die aus dem Widerstand 207 und der Kapazität 206 besteht, mit der entsprechenden Impedanz in dem herkömmlichen Bauteil vergleichbar sein, das in 2C gezeigt ist. Daher kann die Spannung, die an das Gate angelegt wird, auf ähnliche Weise stabilisiert sein.The equivalent circuit of this embodiment is shown in FIG 2 B shown. As in 2 B shown are the FP layer 115 and the emitter electrode 109 to each other by a parallel connection of the capacity 206 and in short-circuit resistance 207 electrically connected. Accordingly, in the ON / OFF transient state of the IGBT, even if the resistance value of the resistor 207 is made larger than that in the conventional component used in 2C shown is the resulting impedance resulting from the resistor 207 and the capacity 206 is comparable to the corresponding impedance in the conventional device disclosed in US Pat 2C is shown. Therefore, the voltage applied to the gate can be similarly stabilized.

Andererseits ist in dem stabilen Zustand, da der Kurzschlusswiderstand 207, der einen großen Widerstandswert hat, zu einer Erhöhung in der Impedanz zwischen der FP-Schicht 115 und der Emitter-Elektrode 109 führt, die resultierende Impedanz höher als die entsprechende Impedanz in dem herkömmlichen Bauteil sein, das in 2C gezeigt ist. Als Ergebnis werden mehr Löcher in der Driftschicht angesammelt, so dass die EIN-Spannung niedriger wird.On the other hand, in the stable state, since the short-circuit resistance 207 which has a large resistance value, to an increase in the impedance between the FP layer 115 and the emitter electrode 109 leads, the resulting impedance be higher than the corresponding impedance in the conventional component, which in 2C is shown. As a result, more holes are accumulated in the drift layer, so that the ON voltage becomes lower.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

6 zeigt ein Schaltungsdiagramm eines Halbleiterbauteils entsprechend einem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung. In 6 sind gezeigt Gate-Treiber-Schaltungen 1700, ein erster Eingangsanschluss 1701, ein zweiter Eingangsanschluss 1702, IGBT's 1703, Dioden 1704 und erste bis dritte Ausgangsanschlüsse 1705 bis 1707. Dieses dritte Ausführungsbeispiel der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass solche IGBT's, wie sie in dem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung beschrieben sind, an einem Inverter angewendet werden. 6 Fig. 10 is a circuit diagram of a semiconductor device according to a third embodiment of this invention. In 6 are shown gate driver circuits 1700 , a first input terminal 1701 , a second input port 1702 , IGBT's 1703 , Diodes 1704 and first to third output terminals 1705 to 1707 , This third embodiment of the invention is characterized in that such IGBTs as described in the first and second embodiments of this invention are applied to an inverter.

Die IGBT's, die in dem dritten Ausführungsbeispiel dieser Erfindung verwendet werden, haben eine kleine Kollektor-Gate-Kapazität, so dass eine Leitung als Fehlfunktion aufgrund eines steilen Übergangs dv/dt selten stattfindet. Entsprechend gibt es einen Vorteil, dass der Gate-Strom vermindert werden kann, und dass die Gate-Treiberschaltungen, die jeweils eine kleine Kapazität haben, eingesetzt werden können. Da jede Gate-Treiberschaltung in ihrer Größe klein bauend gemacht werden kann, kann ferner ein zusätzlicher Vorteil erhalten werden, in dem die Gesamtgröße und daher die Produktionskosten des Inverters vermindert werden können.The IGBTs used in the third embodiment of this invention have a small collector-gate capacitance, so that conduction as a malfunction due to steep transition dv / dt rarely takes place. Accordingly, there is an advantage that the gate current can be reduced, and the gate drive circuits each having a small capacitance can be employed. Further, since each gate driver circuit can be made small in size, an additional advantage can be obtained in which the overall size, and hence the production cost of the inverter, can be reduced.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

7 zeigt ein Blockdiagramm eines vierten Ausführungsbeispieles dieser Erfindung. In 7 sind gezeigt eine Batterie 1000, ein Inverter 1001, ein Elektromotor 1002, ein Getriebe 1003, Räder 1004 eines Fahrzeugs und Wellen 1005. 7 shows a block diagram of a fourth embodiment of this invention. In 7 are shown a battery 1000 , an inverter 1001 , an electric motor 1002 , a gearbox 1003 , Bikes 1004 a vehicle and waves 1005 ,

Die Arbeitsweise des Systems, das in 7 gezeigt ist, wird unten beschrieben. Ein elektrischer Strom, der von der Batterie 1000 geliefert wird, wird durch den Inverter 1001 gesteuert, und der gesteuerte Strom wird einem Elektromotor 1002 zugeführt, um den Motor 1002 anzutreiben. Ein Drehmoment, das durch die Drehung des Motors 1002 erzeugt wird, wird über die Welle 1005 an das Getriebe 1003 übertragen. Das Getriebe 1003 verteilt das Drehmoment auf die linken und rechten Räder 1004; die Drehzahl des Motors wird heruntergeregelt, um die Räder mit einer geeigneten Drehgeschwindigkeit anzudrehen; und das Fahrzeug bewegt sich. Dieses vierte Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass Halbleiterbauteile vom Trench-Gate-Typ an dem Inverter 1001 eines Elektroautomobils angewendet werden. Das Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ gemäß dieser Erfindung hat die Vorteile, dass (1) es gegenüber Rauscheinflüssen widerstandsfähig ist, so dass die Größe des Rauschfilters, der verwendet werden soll, klein gemacht werden kann, und dass (2) der Gate-Strom klein ist, so dass die Größe des Gate-Treibers, der verwendet werden soll, klein gemacht werden kann. Entsprechend trägt dieses Ausführungsbeispiel zu der Verminderung der Größe und des Gewichts des Elektroautomobils bei.The operation of the system, which in 7 is shown below. An electric current coming from the battery 1000 is supplied by the inverter 1001 controlled, and the controlled current becomes an electric motor 1002 fed to the engine 1002 drive. A torque caused by the rotation of the engine 1002 is generated, is about the shaft 1005 to the gearbox 1003 transfer. The gear 1003 distributes the torque to the left and right wheels 1004 ; the speed of the motor is downshifted to turn the wheels at a suitable rotational speed; and the vehicle is moving. This fourth embodiment of the present invention is characterized in that trench-gate type semiconductor devices are connected to the inverter 1001 an electric car. The trench-gate type semiconductor device according to this invention has the advantages that (1) it is resistant to noises, so that the size of the noise filter to be used can be made small, and (2) the gate Current is small, so the size of the gate driver to be used can be made small. Accordingly, this embodiment contributes to the reduction in size and weight of the electric automobile.

Es gibt einen weiteren Vorteil, dass die Verminderung des Gewichts des Elektroautos die Reichweite vergrößert und auch den Stromverbrauch ökonomisch macht. Es gibt noch den weiteren Vorteil, dass, da die Baugrößen des Rauschfilters und des Gate-Treibers kleiner gemacht werden können, die Produktionskosten des Inverters und daher die des Elektroautos niedriger gemacht werden können.There is another advantage that reducing the weight of the electric car increases range and also makes power consumption economical. There is the further advantage that, since the sizes of the noise filter and the gate driver can be made smaller, the production cost of the inverter and therefore that of the electric car can be made lower.

In diesem Ausführungsbeispiel werden die Vorteile in dem Fall beschrieben, bei dem das Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ gemäß dieser Erfindung bei einem Elektroauto angewendet wird. Die Erfindung kann jedoch nicht nur auf Elektroautos sondern auch auf jegliche anderen Einrichtungen angewendet werden, die wenigstens einen Inverter enthalten.In this embodiment, the advantages will be described in the case where the trench gate type semiconductor device according to this invention is applied to an electric car. However, the invention can be applied not only to electric cars but also to any other devices including at least one inverter.

Beispielsweise, wenn das Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ gemäß dieser Erfindung in einem Hybrid-Automobil angewendet wird, bei dem eine Brennkraftmaschine und ein Motor/Inverter-System kombiniert sind, können derartige Vorteile als Verbesserung auf Seiten des Kraftstoffverbrauches und für die Reduktion der Produktionskosten erzielt werden aufgrund der Verminderung von Größe und Gewicht wie in dem oben beschriebenen Fall eines Elektroautomobils. Des Weiteren können ähnliche Vorteile erhalten werden, wenn die Erfindung auf Schienenfahrzeuge angewendet wird.For example, when the trench gate type semiconductor device according to this invention is applied to a hybrid automobile in which an internal combustion engine and an engine / inverter system are combined, such advantages can be improved as fuel consumption and reduction of fuel consumption Production costs are achieved due to the reduction in size and weight as in the case of an electric automobile described above. Furthermore, similar advantages can be obtained when the invention is applied to railway vehicles.

Claims (2)

Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ umfassend: eine erste Halbleiterschicht (101), die einen ersten Leitfähigkeitstyp hat und die auf einem Halbleitersubstrat ausgebildet ist; eine zweite Halbleiterschicht (102, 103), die einen zweiten Leitfähigkeitstyp hat und die angrenzend an die erste Halbleiterschicht (101) angeordnet ist; eine dritte Halbleiterschicht (104), die den ersten Leitfähigkeitstyp hat und die angrenzend an die zweite Halbleiterschicht (103) angeordnet ist; eine Vielzahl von isolierten Gates (105), die sich von einer ersten hauptsächlichen Oberfläche der dritten Halbleiterschicht (104) in die zweite Halbleiterschicht (103) erstreckt, wobei sie die dritte Halbleiterschicht (104) durchdringen; einen ersten Bereich und einen zweiten Bereich (115) der dritten Halbleiterschicht (104), die jeweils zwischen den nebeneinander liegenden, isolierten Gates (105) definiert sind; eine vierte Halbleiterschicht (111), die den zweiten Leitfähigkeitstyp hat und die in Kontakt mit den isolierten Gates (105) in dem ersten Bereich der dritten Halbleiterschicht (104) steht; eine erste Hauptelektrode (109) in elektrischem Kontakt mit dem ersten Bereich der dritten Halbleiterschicht (104) und der vierten Halbleiterschicht (111); und eine zweite Hauptelektrode (100) in elektrischem Kontakt mit der ersten Halbleiterschicht (101), wobei die dritte Halbleiterschicht in dem zweiten Bereich (115) eine floatende Schicht ist, und die floatende Schicht elektrisch mit der ersten Hauptelektrode (109) über eine Kapazität (206) verbunden ist, die eine Isolationsschicht (121) aus Siliziumoxid ist, die zwischen den zweiten Bereichen der dritten Halbleiterschicht (104) und einer polykristallinen Siliziumschicht (122) in Kontakt mit der ersten Hauptelektrode (109) angeordnet ist, und wobei ein Kurzschluss-Widerstand 207) parallel zu der Kapazität geschaltet ist.A semiconductor device of the trench gate type comprising: a first semiconductor layer ( 101 ) having a first conductivity type and formed on a semiconductor substrate; a second semiconductor layer ( 102 . 103 ), which has a second conductivity type and which is adjacent to the first semiconductor layer ( 101 ) is arranged; a third semiconductor layer ( 104 ) which has the first conductivity type and which is adjacent to the second semiconductor layer ( 103 ) is arranged; a variety of isolated gates ( 105 ) extending from a first major surface of the third semiconductor layer ( 104 ) in the second semiconductor layer ( 103 ), wherein the third semiconductor layer ( 104 penetrate); a first area and a second area ( 115 ) of the third semiconductor layer ( 104 ), each between the adjacent, isolated gates ( 105 ) are defined; a fourth semiconductor layer ( 111 ), which has the second conductivity type and which is in contact with the isolated gates ( 105 ) in the first region of the third semiconductor layer ( 104 ) stands; a first main electrode ( 109 ) in electrical contact with the first region of the third semiconductor layer ( 104 ) and the fourth semiconductor layer ( 111 ); and a second main electrode ( 100 ) in electrical contact with the first semiconductor layer ( 101 ), wherein the third semiconductor layer in the second region ( 115 ) is a floating layer, and the floating layer is electrically connected to the first main electrode ( 109 ) have a capacity ( 206 ), which is an insulation layer ( 121 ) is made of silicon oxide, which between the second regions of the third semiconductor layer ( 104 ) and a polycrystalline silicon layer ( 122 ) in contact with the first main electrode ( 109 ), and wherein a short circuit resistance 207 ) is connected in parallel with the capacity. Halbleiterbauteil vom Trench-Gate-Typ nach Anspruch 1, worin der Widerstand des Kurzschluss-Widerstandes (207) wenigstens nicht kleiner als 100 Ω ist.A trench-gate type semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance of the short-circuit resistance ( 207 ) is at least not less than 100 Ω.
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