JP2001102579A - Semiconductor device having trench gate - Google Patents

Semiconductor device having trench gate

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JP2001102579A
JP2001102579A JP28004699A JP28004699A JP2001102579A JP 2001102579 A JP2001102579 A JP 2001102579A JP 28004699 A JP28004699 A JP 28004699A JP 28004699 A JP28004699 A JP 28004699A JP 2001102579 A JP2001102579 A JP 2001102579A
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JP
Japan
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semiconductor layer
trench
main
base layer
type base
Prior art date
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Pending
Application number
JP28004699A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Koichi Sugiyama
公一 杉山
Hideaki Ninomiya
英彰 二宮
Tomoki Inoue
智樹 井上
Tsuneo Ogura
常雄 小倉
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Priority to EP00308599A priority patent/EP1089343A3/en
Priority to EP07012892A priority patent/EP1835542A3/en
Priority to US09/672,963 priority patent/US6566691B1/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device having trench gates, where the increase in its channel density and the promotion of its conductivity modulation are made compatible with each other. SOLUTION: An IGBT has a p-type emitter layer 17, and a p-type base layer 12 between which an n-type base layer 11 is disposed. In the IGBT, each main trench 25 and each transverse trench 26 are so formed that they pass through the p-type base layer 12 to reach the n-type base layer 11. Columns 27 so comprises columns 27a having the formed transverse trenches 26 and columns 27b having no transverse trench 26 that the columns 27a, 27b are mixed with each other and are provided alternately as interposing each main trench 25 between the respective adjacent columns 27a, 27b. In the surface of each portion of the p-type base layer 12 which is surrounded by each main trench 25 and each transverse trench 26, each n-type emitter layer 15 is so formed, that each central exposed portion 12a of the p-type base layer 12 is left in each layer 15. Each emitter electrode 19 is so disposed as to be contacted with each n-type emitter layer 15 and each central exposed portion 12a of the p-type base layer 12.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、絶縁ゲート型トラ
ンジスタ(IGBT(Insulated Gate Bipolar Transis
tor))などのトレンチゲート付き半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate transistor (IGBT).
tor)) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】IGBTなどの絶縁ゲート型半導体装置
では、埋め込み型のトレンチゲートにより通電損失を低
減することが可能である。トレンチゲートを微細に形成
することにより、チャネル密度を増大でき、また、深い
トレンチゲートを形成することにより、伝導度変調の促
進が得られるからである。
2. Description of the Related Art In an insulated gate semiconductor device such as an IGBT, conduction loss can be reduced by a buried trench gate. This is because the channel density can be increased by forming the trench gate finely, and the conductivity modulation can be promoted by forming the deep trench gate.

【0003】図9は従来のトレンチゲート付きIGBT
を示す平面図で、図10は図9のX−X 線に沿った断面
を示す断面図である。
FIG. 9 shows a conventional IGBT with a trench gate.
FIG. 10 is a sectional view showing a section taken along line XX of FIG.

【0004】このIGBTにおいては、n型ベース層1
01上にp型ベース層102が形成される。p型ベース
層102を貫きn型ベース層101に達するように、複
数のトレンチ103がストライプ状に形成される。トレ
ンチ103内には、側壁及び底面に形成されたゲート絶
縁膜111を介して、ゲート電極104が埋め込み形成
される。p型ベース層102内には、トレンチ103に
接するようにn型エミッタ層105が形成される。
In this IGBT, the n-type base layer 1
The p-type base layer 102 is formed on the substrate 01. A plurality of trenches 103 are formed in a stripe shape so as to penetrate the p-type base layer 102 and reach the n-type base layer 101. A gate electrode 104 is buried in the trench 103 via a gate insulating film 111 formed on the side wall and the bottom surface. An n-type emitter layer 105 is formed in the p-type base layer 102 so as to be in contact with the trench 103.

【0005】p型ベース層102、n型エミッタ層10
5、トレンチ103上には層間絶縁膜108が選択的に
形成される。層間絶縁膜108上には、エミッタ電極1
09が配設され、コンタクトホールを介してn型エミッ
タ層105及びp型ベース層102にコンタクトする。
n型ベース層101の反対側の面には、p型エミッタ層
107が形成され、更に、p型エミッタ層にコンタクト
するようにコレクタ電極110が配設される。
The p-type base layer 102 and the n-type emitter layer 10
5. An interlayer insulating film 108 is selectively formed on the trench 103. On the interlayer insulating film 108, the emitter electrode 1
09 is provided and contacts the n-type emitter layer 105 and the p-type base layer 102 via the contact holes.
On the surface on the opposite side of the n-type base layer 101, a p-type emitter layer 107 is formed, and further, a collector electrode 110 is provided so as to be in contact with the p-type emitter layer.

【0006】このIGBTを動作させるには、コレクタ
電極110とエミッタ電極109との間に正バイアスが
印加された状態で、ゲート電極104に正バイアスを印
加する。これにより、ゲート絶縁膜111の表面に沿っ
てp型ベース層102内にn型の反転層が形成され、n
型エミッタ層105からn型ベース層101中に電子が
注入される。一方、この電子の注入量に応じて、正孔が
p型エミッタ層107からn型ベース層101中に注入
され、n型ベース層101中にキャリアが充満し、伝導
度変調が起こる。このため、n型ベース層101の抵抗
が低下して、装置が通電状態になる。
To operate the IGBT, a positive bias is applied to the gate electrode 104 with a positive bias applied between the collector electrode 110 and the emitter electrode 109. Thus, an n-type inversion layer is formed in the p-type base layer 102 along the surface of the gate insulating film 111, and n
Electrons are injected from n-type emitter layer 105 into n-type base layer 101. On the other hand, holes are injected from the p-type emitter layer 107 into the n-type base layer 101 in accordance with the amount of injected electrons, and the n-type base layer 101 is filled with carriers to cause conductivity modulation. For this reason, the resistance of the n-type base layer 101 decreases, and the device is turned on.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】装置全体のオン状態に
おける通電損失を決める1つの要素は、ゲート電極10
4により誘起されるチャネルの抵抗である。チャネルの
抵抗は、チャネルが誘起される領域の面積を増やすこ
と、即ちチャネル領域の密度を増加させることにより下
げることができる。
One factor that determines the conduction loss in the ON state of the entire device is the gate electrode 10.
4 is the resistance of the channel induced by. The resistance of the channel can be reduced by increasing the area of the region where the channel is induced, ie increasing the density of the channel region.

【0008】オン状態における通電損失を決める他の要
素は、伝導度変調を生じた際のn型ベース層101の抵
抗である。n型ベース層101の抵抗は充満しているキ
ャリアの総量に依存し、このキャリアの総量はn型ベー
ス層101からエミッタ電極109に流れる電子電流と
正孔電流の比で決まる。トレンチ103間の距離を狭め
ていくと、正孔がp型ベース層102を介してエミッタ
電極109に排出される際の抵抗が増加するので、n型
ベース層101中に充満するキャリア量が増加して通電
損失は低減されることになる。
Another factor that determines the conduction loss in the ON state is the resistance of the n-type base layer 101 when the conductivity modulation occurs. The resistance of the n-type base layer 101 depends on the total amount of the filled carriers, and the total amount of the carriers is determined by the ratio between the electron current flowing from the n-type base layer 101 to the emitter electrode 109 and the hole current. When the distance between the trenches 103 is reduced, the resistance when holes are discharged to the emitter electrode 109 via the p-type base layer 102 increases, so that the amount of carriers filling the n-type base layer 101 increases. As a result, the conduction loss is reduced.

【0009】しかしながら、トレンチ103間の距離が
決まると、従来の構造では、チャネル密度の増大ととも
に、p型ベース層102の密度も増大してしまう。即
ち、チャネル抵抗の低減と伝導度変調の促進にはトレー
ドオフの関係があり、それ故、通電損失の低減に限界が
ある。また、高耐圧素子では大きな電流容量が求められ
るため、素子を並列接続して使用することが一般的であ
る。しかし、従来の構造では、トレンチゲートを高密度
で形成するため、ゲート電極と主電極(コレクタ電極、
エミッタ電極)との間の静電容量が大きくなる。この静
電容量は、スイッチング動作に遅延や不均一が生じた
り、寄生発振を生じたりする原因となる。
However, when the distance between the trenches 103 is determined, in the conventional structure, the density of the p-type base layer 102 increases as the channel density increases. That is, there is a trade-off relationship between the reduction of the channel resistance and the promotion of the conductivity modulation, and there is a limit to the reduction of the conduction loss. In addition, since a high current capacity is required for a high withstand voltage element, it is common to use the elements connected in parallel. However, in the conventional structure, the gate electrode and the main electrode (collector electrode,
(Electrode electrode). The capacitance causes a delay or non-uniformity in the switching operation, or causes a parasitic oscillation.

【0010】本発明は、上記実情を考慮してなされたも
ので、従来装置の限界を超える通電損失低減(チャネル
密度の増大及び伝導度変調の促進)が可能で、且つ並列
接続も容易なトレンチゲート付き半導体装置を提供する
ことを目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to reduce the conduction loss (increase the channel density and promote the conductivity modulation) exceeding the limit of the conventional device, and to facilitate the parallel connection of the trench. It is an object to provide a semiconductor device with a gate.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の視点は、
トレンチゲート付き半導体装置であって、第1導電型の
第1半導体層と、前記第1半導体層に第2導電型のキャ
リアを注入できるように、前記第1半導体層に配設され
た第2導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層内の
第2導電型のキャリアを前記第1半導体層外に排出する
ことができるように、前記第1半導体層に配設された第
2導電型の第3半導体層と、前記第3半導体層の表面に
沿って第1方向に延在し、且つ深さ方向において前記第
3半導体層を貫通して前記第1半導体層に至るように形
成された複数の主トレンチと、前記主トレンチ間の列内
において、前記第3半導体層の表面に沿って第1方向に
対して実質的に直角な第2方向に延在し、且つ深さ方向
において前記第3半導体層を貫通して前記第1半導体層
に至るように形成された複数の横断トレンチであって、
前記主トレンチ間の列が、横断トレンチが形成された列
と、横断トレンチが形成されない列とが混在するように
設定された横断トレンチと、前記主及び横断トレンチの
夫々内にゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極
と、前記ゲート電極によって第3半導体層内に誘起され
るチャネルを通して前記第1半導体層に第1導電型のキ
ャリアを注入して伝導度変調を生じさせることができる
ように、前記主及び横断トレンチで包囲された前記第3
半導体層の各部分の表面において、前記第3半導体層の
中心露出部分を残すように前記主及び横断トレンチに沿
って形成された第1導電型の第4半導体層と、前記第2
半導体層にコンタクトするように配設された第1主電極
と、前記第3半導体層の前記中心露出部分と前記第4半
導体層とにコンタクトするように配設された第2主電極
と、を具備することを特徴とする。
SUMMARY OF THE INVENTION A first aspect of the present invention is as follows.
A semiconductor device with a trench gate, comprising: a first semiconductor layer of a first conductivity type; and a second semiconductor layer provided in the first semiconductor layer such that carriers of a second conductivity type can be injected into the first semiconductor layer. A second semiconductor layer of a conductivity type and a second semiconductor layer disposed on the first semiconductor layer so that carriers of the second conductivity type in the first semiconductor layer can be discharged out of the first semiconductor layer. A conductive third semiconductor layer, extending in a first direction along a surface of the third semiconductor layer, and penetrating the third semiconductor layer in a depth direction to reach the first semiconductor layer. A plurality of formed main trenches, and extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction along a surface of the third semiconductor layer in a row between the main trenches, and Formed so as to penetrate the third semiconductor layer in the direction and reach the first semiconductor layer A plurality of transverse trenches,
A row between the main trenches, a row in which a horizontal trench is formed, and a row in which a horizontal trench is not formed are provided. A first conductivity type carrier can be injected into the first semiconductor layer through a gate electrode disposed in the first semiconductor layer and a channel induced in the third semiconductor layer by the gate electrode, thereby causing conductivity modulation. The third region surrounded by the main and transverse trenches;
A first conductive type fourth semiconductor layer formed along the main and transverse trenches so as to leave a central exposed portion of the third semiconductor layer on a surface of each portion of the semiconductor layer;
A first main electrode arranged to contact the semiconductor layer, and a second main electrode arranged to contact the center exposed portion of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. It is characterized by having.

【0012】本発明の第2の視点は第1の視点の半導体
装置において、前記主トレンチ間に、前記主トレンチと
実質的に同形状で且つ同方向に延在する主ダミートレン
チが配設され、前記主ダミートレンチ内に絶縁膜を介し
て導電体が埋め込まれることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, a main dummy trench having substantially the same shape and extending in the same direction as the main trench is provided between the main trenches. A conductor is buried in the main dummy trench via an insulating film.

【0013】本発明の第3の視点は第2の視点の半導体
装置において、前記主ダミートレンチ内の前記導電体
は、前記第2主電極に接続されることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second aspect, the conductor in the main dummy trench is connected to the second main electrode.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て図面を参照して説明する。なお、以下の説明におい
て、略同一の機能及び構成を有する構成要素について
は、同一符号を付し、重複説明は必要な場合にのみ行
う。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the following description, components having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and repeated description will be made only when necessary.

【0015】図1は本発明の実施の形態に係るトレンチ
ゲート付の半導体装置であるIGBTの主要部分を示す
平面図である。図2及び図3は、夫々図1のII−II線、
III−III 線に沿った断面を示す断面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of an IGBT which is a semiconductor device with a trench gate according to an embodiment of the present invention. FIGS. 2 and 3 are respectively a II-II line of FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line III-III.

【0016】このIGBTにおいては、n型ベース層1
1上にp型ベース層12が形成される。p型ベース層1
2の表面からp型ベース層12を貫きn型ベース層11
に達するように、主トレンチ25と横断トレンチ26と
が形成される。トレンチ25、26内には、側壁及び底
面に形成されたゲート絶縁膜21を介して、ゲート電極
14が埋め込み形成される。p型ベース層12内には、
トレンチ25、26に接するようにn型エミッタ層15
が形成される。
In this IGBT, the n-type base layer 1
A p-type base layer 12 is formed on 1. p-type base layer 1
2 through the p-type base layer 12 and the n-type base layer 11
, A main trench 25 and a transverse trench 26 are formed. The gate electrode 14 is buried in the trenches 25 and 26 via the gate insulating film 21 formed on the side wall and the bottom surface. In the p-type base layer 12,
The n-type emitter layer 15 is in contact with the trenches 25 and 26.
Is formed.

【0017】p型ベース層12、n型エミッタ層15、
トレンチ25、26上には層間絶縁膜18が選択的に形
成される。層間絶縁膜18上には、エミッタ電極19が
配設され、コンタクトホールを介してn型エミッタ層1
5及びp型ベース層12にコンタクトする。n型ベース
層11の反対側の面には、p型エミッタ層17が形成さ
れ、更に、p型エミッタ層にコンタクトするようにコレ
クタ電極20が配設される。
The p-type base layer 12, the n-type emitter layer 15,
On the trenches 25 and 26, an interlayer insulating film 18 is selectively formed. An emitter electrode 19 is provided on the interlayer insulating film 18, and the n-type emitter layer 1 is provided through a contact hole.
5 and the p-type base layer 12. On the surface opposite to the n-type base layer 11, a p-type emitter layer 17 is formed, and a collector electrode 20 is provided so as to be in contact with the p-type emitter layer.

【0018】図1図示の如く、装置の平面図において、
主トレンチ25は複数列がY方向に延在する一方、横断
トレンチ26は、主トレンチ25間の列27内におい
て、複数列がY方向に直交するX方向に延在する。主ト
レンチ25間の列27は、一つおきに、横断トレンチ2
6が形成された列27aと、横断トレンチ26が形成さ
れない列27bとが混在するように設定される。このた
め、装置の平面図において、主トレンチ25と横断トレ
ンチ26とは、複数の梯子状トレンチが間隔をおいて配
置されたようなレイアウトを形成する。
As shown in FIG. 1, in a plan view of the device,
The main trench 25 has a plurality of rows extending in the Y direction, while the transverse trenches 26 have a plurality of rows extending in the X direction orthogonal to the Y direction in a row 27 between the main trenches 25. Rows 27 between main trenches 25 are provided every other transverse trench 2
The row 27a in which 6 is formed and the row 27b in which the transverse trench 26 is not formed are mixed. Therefore, in the plan view of the device, the main trench 25 and the transverse trench 26 form a layout in which a plurality of ladder-like trenches are arranged at intervals.

【0019】n型エミッタ層15は、主及び横断トレン
チ25、26で包囲されたp型ベース層12の各部分の
表面において、p型ベース層12の中心露出部分12a
を残すように主及び横断トレンチ25、26に沿って形
成される。層間絶縁膜18のコンタクトホールは、主及
び横断トレンチ25、26で包囲されたp型ベース層1
2の各部分に対応するように形成される。従って、エミ
ッタ電極19は、コンタクトホールを介して、矩形リン
グ状のn型エミッタ層15の露出表面と、これに囲まれ
たp型ベース層12の中心露出部分12aとにコンタク
トする。
The n-type emitter layer 15 has a central exposed portion 12a of the p-type base layer 12 on the surface of each portion of the p-type base layer 12 surrounded by the main and transverse trenches 25 and 26.
Are formed along the main and transverse trenches 25, 26. The contact hole of the interlayer insulating film 18 is formed in the p-type base layer 1 surrounded by the main and transverse trenches 25 and 26.
2 is formed so as to correspond to each part. Therefore, the emitter electrode 19 contacts the exposed surface of the rectangular ring-shaped n-type emitter layer 15 and the central exposed portion 12a of the p-type base layer 12 surrounded by the contact hole through the contact hole.

【0020】このIGBTを動作させるには、コレクタ
電極20とエミッタ電極19との間に正バイアスが印加
された状態で、ゲート電極14に正バイアスを印加す
る。これにより、ゲート絶縁膜21の表面に沿ってp型
ベース層12内にn型の反転層が形成され、n型エミッ
タ層15からn型ベース層11中に電子が注入される。
一方、この電子の注入量に応じて、正孔がp型エミッタ
層17からn型ベース層11中に注入され、n型ベース
層11中にキャリアが充満し、伝導度変調が起こる。こ
のため、n型ベース層11の抵抗が低下して、装置が通
電状態になる。
To operate the IGBT, a positive bias is applied to the gate electrode 14 with a positive bias applied between the collector electrode 20 and the emitter electrode 19. Thereby, an n-type inversion layer is formed in the p-type base layer 12 along the surface of the gate insulating film 21, and electrons are injected from the n-type emitter layer 15 into the n-type base layer 11.
On the other hand, holes are injected from the p-type emitter layer 17 into the n-type base layer 11 according to the amount of injected electrons, and the n-type base layer 11 is filled with carriers, thereby causing conductivity modulation. For this reason, the resistance of the n-type base layer 11 decreases, and the device is turned on.

【0021】図1乃至図3図示のIGBTにおいては、
トレンチ25、26を梯子状に、即ち、ゲート電極14
を梯子状に配設したため、チャネル密度を大きくするこ
とができる。また、エミッタ電極19にコンタクトする
ために梯子状のトレンチ25、26で囲まれるp型ベー
ス層12の面積が小さくなる。このため、コレクタ電極
20から注入された正孔がn型ベース層11から流出し
難くなり、n型ベース層11内において大きな伝導度変
調が得られる。従って、チャネル抵抗及びn型ベース層
の抵抗の両者が低減され、装置全体の通電損失を低くす
ることが可能となる。
In the IGBT shown in FIGS. 1 to 3,
The trenches 25 and 26 are formed in a ladder shape, that is,
Are arranged like a ladder, so that the channel density can be increased. Further, the area of the p-type base layer 12 surrounded by the ladder-shaped trenches 25 and 26 for contacting the emitter electrode 19 is reduced. This makes it difficult for holes injected from the collector electrode 20 to flow out of the n-type base layer 11, and large conductivity modulation can be obtained in the n-type base layer 11. Therefore, both the channel resistance and the resistance of the n-type base layer are reduced, and the conduction loss of the entire device can be reduced.

【0022】図4は本発明の別の実施の形態に係るトレ
ンチゲート付の半導体装置であるIGBTの主要部分を
示す平面図である。図5は図4のV −V 線線に沿った断
面を示す断面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a main part of an IGBT which is a semiconductor device with a trench gate according to another embodiment of the present invention. FIG. 5 is a sectional view showing a section taken along line VV of FIG.

【0023】図4及び図5図示のIGBTは、主トレン
チ25間に、主トレンチ25と実質的に同形状で且つ同
方向に延在する2本の主ダミートレンチ31が配設され
る点で、図1乃至図3図示のIGBTと異なる。換言す
ると、図1図示の主トレンチ25の内、梯子状ゲート電
極14を形成するのに使用されるトレンチの密度を粗く
した構成ということができる。2本の主ダミートレンチ
31間には横断ダミートレンチ32が横断トレンチ26
と同じ態様で形成される。
The IGBT shown in FIGS. 4 and 5 is characterized in that two main dummy trenches 31 having substantially the same shape and extending in the same direction as the main trench 25 are provided between the main trenches 25. , And the IGBT shown in FIGS. In other words, it can be said that the trench used to form the ladder-shaped gate electrode 14 in the main trench 25 shown in FIG. A transverse dummy trench 32 is provided between the two main dummy trenches 31 by a transverse trench 26.
It is formed in the same manner as described above.

【0024】本発明においては、1つの梯子状ゲート電
極14に付随するチャネル密度は、従来の2本のストラ
イプ状ゲート電極104(図9参照)のそれより大きく
なる。このため、従来の構造よりチャネル抵抗を増加さ
せることなく、ゲート電極のストライプの本数を少なく
できる。
In the present invention, the channel density associated with one ladder-like gate electrode 14 is larger than that of two conventional stripe-like gate electrodes 104 (see FIG. 9). Therefore, the number of gate electrode stripes can be reduced without increasing the channel resistance as compared with the conventional structure.

【0025】ダミートレンチ31、32内には、ゲート
電極14と同じ工程で配設された導電体33が絶縁膜を
介して埋め込まれ、この導電体33はエミッタ電極19
と接続される。導電体33は必ずしもエミッタ電極19
に接続しなくてもよいが、接続することにより電位が安
定し、装置動作も安定する。
In the dummy trenches 31 and 32, a conductor 33 provided in the same step as that of the gate electrode 14 is buried via an insulating film.
Connected to The conductor 33 is not necessarily the emitter electrode 19
However, the connection stabilizes the potential and stabilizes the operation of the device.

【0026】ダミートレンチ31、32で囲まれた領域
は、層間絶縁膜18で覆われ、従って、ダミートレンチ
31、32間において、p型ベース層12はエミッタ電
極とコンタクトしない。このため、エミッタ電極19と
p型ベース層12とのコンタクト面積が更に小さくな
り、より大きな伝導度変調を実現することができる。
The region surrounded by the dummy trenches 31 and 32 is covered with the interlayer insulating film 18, so that the p-type base layer 12 does not contact the emitter electrode between the dummy trenches 31 and 32. For this reason, the contact area between the emitter electrode 19 and the p-type base layer 12 is further reduced, and higher conductivity modulation can be realized.

【0027】このように隣り合う梯子状トレンチ25、
26の間隔を大きくすることは、ゲート電極14と主電
極(コレクタ電極20、エミッタ電極19)との間の寄
生静電容量を低減し、並列接続した素子間での動作不均
一や発振現象を抑制することになる。特に、ゲート電極
14及びダミートレンチの導電体33を共にメッシュ状
ではなく梯子状に形成することにより、ダミートレンチ
の導電体33をゲート電極14ではなくエミッタ電極1
9に接続するのが容易となる。
The adjacent ladder-like trenches 25
Increasing the distance between the gate electrodes 26 reduces the parasitic capacitance between the gate electrode 14 and the main electrodes (collector electrode 20 and emitter electrode 19), and reduces non-uniform operation and oscillation between elements connected in parallel. Will be suppressed. In particular, by forming both the gate electrode 14 and the conductor 33 of the dummy trench in a ladder shape instead of a mesh shape, the conductor 33 of the dummy trench can be formed not in the gate electrode 14 but in the emitter electrode 1.
9 can be easily connected.

【0028】なお、図6図示の如く、主ダミートレンチ
31間に横断ダミートレンチ32を設けず、主ダミート
レンチ31を、従来のこの種トレンチと同様なストライ
プ形状としてもよい。
As shown in FIG. 6, the main dummy trench 31 may have a stripe shape similar to a conventional trench of this type without providing the transverse dummy trench 32 between the main dummy trenches 31.

【0029】また、主及び横断トレンチ25、26で包
囲されたp型ベース層12の全ての部分の表面におい
て、エミッタ電極19とコンタクトするためのp型ベー
ス層12の中心露出部分12aを形成する必要はない。
例えば、図7図示の如く、中心露出部分12aを、横断
トレンチ26に対して1つおきに形成してもよい。更
に、主及び横断トレンチ25、26で包囲される領域の
形状は正方形ではなく、長方形とすることもできる。
Further, a central exposed portion 12a of the p-type base layer 12 for contacting the emitter electrode 19 is formed on the surface of all the portions of the p-type base layer 12 surrounded by the main and transverse trenches 25 and 26. No need.
For example, as shown in FIG. 7, the center exposed portion 12a may be formed every other one of the transverse trenches 26. Furthermore, the shape of the area surrounded by the main and transverse trenches 25, 26 can be rectangular rather than square.

【0030】その他、本発明の思想の範疇において、当
業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るも
のであり、それら変更例及び修正例についても本発明の
範囲に属するものと了解される。
In addition, within the scope of the concept of the present invention, those skilled in the art can come up with various modified examples and modified examples, and these modified examples and modified examples fall within the scope of the present invention. I understand.

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明によれば、梯子状のトレンチゲー
トを採用することにより、チャネル密度の増大及び伝導
度変調の促進を両立したトレンチゲート付き半導体装置
を提供することができる。更に、この効果により、2つ
の梯子状ゲート電極の間の間隔を大きくし、ゲート電極
と主電極間の寄生静電容量を低減できるため、並列接続
が容易なトレンチゲート付き半導体装置を提供すること
ができる。
According to the present invention, by employing a ladder-shaped trench gate, it is possible to provide a semiconductor device with a trench gate capable of simultaneously increasing channel density and promoting conductivity modulation. Further, by providing this effect, the distance between the two ladder-shaped gate electrodes can be increased, and the parasitic capacitance between the gate electrode and the main electrode can be reduced, thereby providing a semiconductor device with a trench gate that can be easily connected in parallel. Can be.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施の形態に係るトレンチゲート付の
半導体装置であるIGBTの主要部分を示す平面図。
FIG. 1 is a plan view showing a main part of an IGBT which is a semiconductor device with a trench gate according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のII−II線に沿った断面を示す断面図。FIG. 2 is a sectional view showing a section taken along line II-II of FIG. 1;

【図3】図1のIII −III 線に沿った断面を示す断面
図。
FIG. 3 is a sectional view showing a section taken along line III-III in FIG. 1;

【図4】本発明の別の実施の形態に係るトレンチゲート
付の半導体装置であるIGBTの主要部分を示す平面
図。
FIG. 4 is a plan view showing a main part of an IGBT which is a semiconductor device with a trench gate according to another embodiment of the present invention.

【図5】図4のV −V 線線に沿った断面を示す断面図。FIG. 5 is a sectional view showing a section taken along line VV of FIG. 4;

【図6】図4図示の実施の形態の変更例を示す平面図。FIG. 6 is a plan view showing a modification of the embodiment shown in FIG. 4;

【図7】図4図示の実施の形態の他の変更例を示す平面
図。
FIG. 7 is a plan view showing another modification of the embodiment shown in FIG. 4;

【図8】図1図示の実施の形態の変更例を示す平面図。FIG. 8 is a plan view showing a modification of the embodiment shown in FIG. 1;

【図9】従来のトレンチゲート付きIGBTを示す平面
図。
FIG. 9 is a plan view showing a conventional IGBT with a trench gate.

【図10】図9のX −X 線に沿った断面を示す断面図。FIG. 10 is a sectional view showing a section taken along line XX of FIG. 9;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11…n型ベース層 12…p型ベース層 14…ゲート電極 15…n型エミッタ層 17…p型エミッタ層 18…層間絶縁膜 19…エミッタ電極 20…コレクタ電極 21…ゲート絶縁膜 25…主トレンチ 26…横断トレンチ 27…主トレンチ間の列 31…主ダミートレンチ 32…横断ダミートレンチ 33…導電体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 ... n-type base layer 12 ... p-type base layer 14 ... gate electrode 15 ... n-type emitter layer 17 ... p-type emitter layer 18 ... interlayer insulating film 19 ... emitter electrode 20 ... collector electrode 21 ... gate insulating film 25 ... main trench 26 crossing trench 27 row between main trenches 31 main dummy trench 32 crossing dummy trench 33 conductor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 井上 智樹 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 小倉 常雄 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing from the front page (72) Inventor Tomoki Inoue 1 Koga Toshiba-cho, Saiwai-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Toshiba Research and Development Center Co., Ltd. No. 1 town Toshiba R & D Center

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】第1導電型の第1半導体層と、 前記第1半導体層に第2導電型のキャリアを注入できる
ように、前記第1半導体層に配設された第2導電型の第
2半導体層と、 前記第1半導体層内の第2導電型のキャリアを前記第1
半導体層外に排出することができるように、前記第1半
導体層に配設された第2導電型の第3半導体層と、 前記第3半導体層の表面に沿って第1方向に延在し、且
つ深さ方向において前記第3半導体層を貫通して前記第
1半導体層に至るように形成された複数の主トレンチ
と、 前記主トレンチ間の列内において、前記第3半導体層の
表面に沿って第1方向に対して実質的に直角な第2方向
に延在し、且つ深さ方向において前記第3半導体層を貫
通して前記第1半導体層に至るように形成された複数の
横断トレンチであって、前記主トレンチ間の列が、横断
トレンチが形成された列と、横断トレンチが形成されな
い列とが混在するように設定された横断トレンチと、 前記主及び横断トレンチの夫々内にゲート絶縁膜を介し
て配設されたゲート電極と、 前記ゲート電極によって第3半導体層内に誘起されるチ
ャネルを通して前記第1半導体層に第1導電型のキャリ
アを注入して伝導度変調を生じさせることができるよう
に、前記主及び横断トレンチで包囲された前記第3半導
体層の各部分の表面において、前記第3半導体層の中心
露出部分を残すように前記主及び横断トレンチに沿って
形成された第1導電型の第4半導体層と、 前記第2半導体層にコンタクトするように配設された第
1主電極と、 前記第3半導体層の前記中心露出部分と前記第4半導体
層とにコンタクトするように配設された第2主電極と、
を具備することを特徴とするトレンチゲート付き半導体
装置。
A first conductive type first semiconductor layer; and a second conductive type first semiconductor layer provided in the first semiconductor layer so that carriers of the second conductive type can be injected into the first semiconductor layer. 2 semiconductor layers, and the second conductivity type carriers in the first semiconductor layer
A third semiconductor layer of a second conductivity type disposed on the first semiconductor layer so as to be able to be discharged outside the semiconductor layer; and a third semiconductor layer extending in a first direction along a surface of the third semiconductor layer. A plurality of main trenches formed so as to penetrate the third semiconductor layer in the depth direction and reach the first semiconductor layer; and in a row between the main trenches, a surface of the third semiconductor layer. A plurality of traverses extending in a second direction substantially perpendicular to the first direction and extending through the third semiconductor layer in the depth direction to reach the first semiconductor layer. A trench between the main trenches, wherein a row in which a transverse trench is formed and a row in which a transverse trench is not formed; Gate disposed via gate insulating film A pole, and the main and traverse so that conductivity modulation can be caused by injecting carriers of the first conductivity type into the first semiconductor layer through a channel induced in the third semiconductor layer by the gate electrode. A first conductivity type fourth semiconductor layer formed along the main and transverse trenches at a surface of each portion of the third semiconductor layer surrounded by the trench so as to leave a central exposed portion of the third semiconductor layer. A first main electrode disposed to contact the second semiconductor layer; a second main electrode disposed to contact the central exposed portion of the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. A main electrode;
A semiconductor device with a trench gate, comprising:
【請求項2】前記主トレンチ間に、前記主トレンチと実
質的に同形状で且つ同方向に延在する主ダミートレンチ
が配設され、前記主ダミートレンチ内に絶縁膜を介して
導電体が埋め込まれることを特徴とする請求項1に記載
のトレンチゲート付き半導体装置。
2. A main dummy trench having substantially the same shape and extending in the same direction as the main trench is provided between the main trenches, and a conductor is provided in the main dummy trench via an insulating film. The semiconductor device with a trench gate according to claim 1, wherein the semiconductor device is embedded.
【請求項3】前記主ダミートレンチ内の前記導電体は、
前記第2主電極に接続されることを特徴とする請求項2
に記載のトレンチゲート付き半導体装置。
3. The conductor in the main dummy trench,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the second main electrode is connected to the second main electrode.
4. The semiconductor device with a trench gate according to claim 1.
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