JP2002190594A - Insulated gate power semiconductor device - Google Patents

Insulated gate power semiconductor device

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JP2002190594A
JP2002190594A JP2000389083A JP2000389083A JP2002190594A JP 2002190594 A JP2002190594 A JP 2002190594A JP 2000389083 A JP2000389083 A JP 2000389083A JP 2000389083 A JP2000389083 A JP 2000389083A JP 2002190594 A JP2002190594 A JP 2002190594A
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JP
Japan
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type base
base region
region
disposed
semiconductor substrate
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JP2000389083A
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Japanese (ja)
Inventor
Shigeru Hasegawa
滋 長谷川
Tatsuo Harada
辰雄 原田
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an insulated gate power semiconductor device, wherein short defects between a gate electrode and an emitter electrode can be reduced, and at the same time, the number of processes can be reduced. SOLUTION: The insulated gate type power semiconductor device comprises a first conductivity-type collector region 2 disposed in a lower part of a semiconductor substrate, a second conductivity-type base region 3 disposed in an upper part of the semiconductor substrate, a plurality of the first conductivity type base regions 4 disposed at specified intervals in an upper part of the second conductivity type base region, the second conductivity type emitter region 5 disposed in an upper part of the first conductivity type base region, and gate electrodes 6 disposed on the surface of the semiconductor substrate through a gate insulation film. On the surface of the semiconductor substrate, the gate electrodes 6 are disposed, substantially only on the first conductivity type base region 4 between the base region 3 and the emitter region 5, both of which are of the second conductivity-type.

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、絶縁ゲート型パワ
ー半導体装置に関わり、特に、低オン抵抗性、高速動作
性に優れた高耐圧系の絶縁ゲート型バイポーラトランジ
スタに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an insulated gate power semiconductor device, and more particularly to a high withstand voltage insulated gate bipolar transistor having excellent low on-resistance and high-speed operation.

【0002】[0002]

【従来の技術】近年、パワーMOSFET(パワーMO
S型電界効果トランジスタ)、IGBT(絶縁ゲート型
バイポーラトランジスタ)などの、LSI並みの微細加
工技術を用いた絶縁ゲート(MOS)型のパワー半導体
デ装置が、低オン抵抗、低電力損失、高速動作性などの
高性能、多機能性への技術開発を背景にして急速に普及
し、低耐圧系を中心にパワーデバイスの主流となってい
る。現在、IGBTは、そのバイポーラ型駆動形式によ
る伝導度変調という機構により、パワーMOSFETに
比して高耐圧、低オン抵抗などにおいて優位性を高耐圧
系において示し、数百V程度の低耐圧系に限らず、数k
V以上の高耐圧系のパワーデバイスへの利用が盛んに行
われている。
2. Description of the Related Art In recent years, power MOSFETs (power MOSFETs) have been developed.
Insulated gate (MOS) type power semiconductor devices using microfabrication technology comparable to LSI, such as S-type field effect transistors and IGBTs (insulated gate bipolar transistors), have low on-resistance, low power loss, and high-speed operation. Due to the development of technologies for high performance and multi-functionality such as performance, it has spread rapidly, and has become the mainstream of power devices, mainly for low breakdown voltage systems. At present, IGBTs show superiority in high breakdown voltage, low on-resistance, etc., compared to power MOSFETs in high breakdown voltage systems due to the mechanism of conductivity modulation based on the bipolar drive system, and are used in low breakdown voltage systems of about several hundred volts. Not limited, several k
Applications to power devices of high withstand voltage of V or more are actively performed.

【0003】図3は、従来のIGBTの構成を示す断面
図である。半導体基板51の下部にp型のコレクタ領域
52が配置され、半導体基板51の上部にn型ベース領
域53が配置されている。n型ベース領域53の上部に
所定の間隔66をおいて複数のp型ベース領域54が配
置され、p型ベース領域54の上部にn型のエミッタ領
域55が配置されている。コレクタ領域52にコレクタ
電極60が接続され、エミッタ領域55及びp型ベース
領域54にエミッタ電極59が接続されている。隣接す
るp型ベース領域54の間に配置されたn型ベース領域
53、及びエミッタ領域55とn型ベース領域53の間
のp型ベース領域54の上にゲート酸化膜57を介して
ゲート電極(ポリシリコン膜)56が配置されている。
n型ベース領域53とゲート酸化膜57の間にテラス酸
化膜が配置されている。ゲート電極56の上に層間絶縁
膜58が配置され、エミッタ電極59は層間絶縁膜58
の上まで伸ばされて互いに接続されている。p型ベース
領域54に対してゲート電極に正電圧を印加すること
で、エミッタ領域55とn型ベース領域53との間に挟
まれたp型ベース領域54の表面に、n型のチャネルが
形成される。
FIG. 3 is a sectional view showing the structure of a conventional IGBT. A p-type collector region 52 is arranged below the semiconductor substrate 51, and an n-type base region 53 is arranged above the semiconductor substrate 51. A plurality of p-type base regions 54 are arranged at a predetermined interval 66 above the n-type base region 53, and an n-type emitter region 55 is arranged above the p-type base region 54. A collector electrode 60 is connected to the collector region 52, and an emitter electrode 59 is connected to the emitter region 55 and the p-type base region 54. The gate electrode (on the n-type base region 53 disposed between the adjacent p-type base regions 54 and the p-type base region 54 between the emitter region 55 and the n-type base region 53 via the gate oxide film 57. A polysilicon film) 56 is provided.
A terrace oxide film is arranged between n-type base region 53 and gate oxide film 57. An interlayer insulating film 58 is arranged on the gate electrode 56, and the emitter electrode 59 is
And are connected to each other. By applying a positive voltage to the gate electrode to p-type base region 54, an n-type channel is formed on the surface of p-type base region 54 sandwiched between emitter region 55 and n-type base region 53. Is done.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記のIGBTがオン
状態であるときのエミッタ領域55−コレクタ領域52
(E−C)間のオン抵抗は、キャリア(電子)がチャネ
ルを通る時のオン抵抗(チャネル抵抗:Rch)と、キ
ャリア(電子・正孔)がn型ベース領域53をドリフト
する時のオン抵抗(ドリフト抵抗:Rd)等からなる。
また、E−C間の耐圧は、n型ベース領域53の幅、比
抵抗などにより決まる。IGBTが数百V程度の比較的
低耐圧の仕様設計である場合、n型ベース領域53の幅
が狭く比抵抗が低いためドリフト抵抗は低く抑えられ、
E−C間のオン抵抗はチャネル抵抗が支配的となる。一
方、比較的高耐圧の仕様設計の場合、n型ベース領域5
3の幅が広く比抵抗が高いためドリフト抵抗が支配的と
なる。
When the IGBT is on, the emitter region 55 and the collector region 52 are turned off.
The on-resistance between (E-C) is the on-resistance when carriers (electrons) pass through the channel (channel resistance: Rch) and the on-resistance when carriers (electrons / holes) drift in the n-type base region 53. It is composed of a resistor (drift resistance: Rd) and the like.
The withstand voltage between E and C is determined by the width of the n-type base region 53, the specific resistance, and the like. When the IGBT is designed to have a relatively low withstand voltage of about several hundred volts, the drift resistance can be suppressed low because the width of the n-type base region 53 is small and the specific resistance is low.
The channel resistance is dominant in the ON resistance between E and C. On the other hand, in the case of a specification design with a relatively high withstand voltage, the n-type base region 5
Since the width of 3 is large and the specific resistance is high, the drift resistance becomes dominant.

【0005】高耐圧仕様のIGBTのドリフト抵抗を低
く抑えるには、複数のp型ベース領域54間の所定の間
隔66を広げてやることが望ましい。こうすることで、
コレクタ領域52からn型ベース領域53へ注入された
正孔がp型ベース領域54へ排出されにくくなり(正孔
排出抵抗が高まり)、n型ベース領域53中の正孔密度
を高めることができる。n型ベース領域53中の正孔密
度が高くなると、ソース領域55からの電子の注入量が
増して、n型ベース領域53のキャリア密度を高めてや
ることができ、キャリア(電子・正孔)がn型ベース領
域53をドリフトする時のオン抵抗を実質的に低減する
ことができる。
In order to suppress the drift resistance of the IGBT having a high withstand voltage, it is desirable to increase the predetermined interval 66 between the plurality of p-type base regions 54. By doing this,
Holes injected from the collector region 52 into the n-type base region 53 are less likely to be discharged to the p-type base region 54 (hole discharge resistance is increased), and the hole density in the n-type base region 53 can be increased. . When the hole density in the n-type base region 53 increases, the amount of electrons injected from the source region 55 increases, so that the carrier density of the n-type base region 53 can be increased, and carriers (electrons / holes) can be increased. Can substantially reduce the on-resistance when drifting the n-type base region 53.

【0006】しかし、p型ベース領域54の配置間隔を
広げることに伴い、ゲート電極56の幅(面積)も広が
る。通常、ゲート電極56を形成するとき、その表面に
ポリシリコンのダストが無作為に堆積し、このダストが
原因となって層間絶縁膜58に穴があいてしまい、ゲー
ト電極56とエミッタ電極59のショート不良などが発
生する惧れがある。ゲート電極の面積が広がることで、
このダストによるショート不良の発生確率も高まってし
まう。
However, as the interval between the p-type base regions 54 is increased, the width (area) of the gate electrode 56 is also increased. Normally, when the gate electrode 56 is formed, polysilicon dust is randomly deposited on the surface thereof, and this dust causes a hole in the interlayer insulating film 58, causing the gate electrode 56 and the emitter electrode 59 to form a hole. There is a risk of short-circuit failure. By increasing the area of the gate electrode,
The probability of occurrence of short-circuit failure due to the dust increases.

【0007】また、ゲート電極の幅(面積)が広がるこ
とにより、半導体基板51とゲート電極56の間のゲー
ト容量が増加し、高速動作性能の低下、スイッチングノ
イズの増加などの惧れが生じる。チャネル形成に直接寄
与していないn型ベース領域53とゲート電極56の間
に、テラス酸化膜65を配置してゲート容量を低減させ
ているが十分ではない。さらに、このテラス酸化膜によ
りその上に配置されるゲート電極及びエミッタ電極の凹
凸が大きくなり、ゲート電極56、エミッタ電極59な
どの段差部分ではオープン不良が発生する惧れもある。
In addition, as the width (area) of the gate electrode is increased, the gate capacitance between the semiconductor substrate 51 and the gate electrode 56 is increased, so that high-speed operation performance is reduced and switching noise is increased. Although a terrace oxide film 65 is arranged between the n-type base region 53 and the gate electrode 56 which do not directly contribute to channel formation to reduce the gate capacitance, this is not sufficient. Further, the terrace oxide film increases the unevenness of the gate electrode and the emitter electrode disposed thereon, and there is a possibility that an open defect may occur at the stepped portions such as the gate electrode 56 and the emitter electrode 59.

【0008】本発明はこのような従来技術の問題点を解
決するために成されたものであり、その目的は、ゲート
電極とエミッタ電極の間のショート不良を低減し、同時
に工程短縮が可能な絶縁ゲート型パワー半導体装置を提
供することである。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and an object thereof is to reduce short-circuit defects between a gate electrode and an emitter electrode, and at the same time, to shorten the process. An object of the present invention is to provide an insulated gate power semiconductor device.

【0009】本発明の他の目的は、高速動作性能が高
く、且つオン抵抗が低い絶縁ゲート型パワー半導体装置
を提供することである。
Another object of the present invention is to provide an insulated gate type power semiconductor device having high speed operation performance and low on-resistance.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の特徴は、対向する表面及び裏面を有する半
導体基板と、半導体基板の裏面を含む下部に配置された
第1導電型のコレクタ領域と、半導体基板の表面を含む
上部に配置された第2導電型ベース領域と、第2導電型
ベース領域の上部に所定の間隔をおいて配置された複数
の第1導電型ベース領域と、第1導電型ベース領域の上
部に選択的に配置された第2導電型のエミッタ領域と、
半導体基板の表面にゲート絶縁膜を介して配置されたゲ
ート電極と、ゲート電極の上に配置された層間絶縁膜
と、第1導電型ベース領域及びエミッタ領域に接続さ
れ、層間絶縁膜の上に配置されたエミッタ電極とを有す
る絶縁ゲート型パワー半導体装置であって、ゲート電極
は、半導体基板の表面のうち、実質的に第2導電型ベー
ス領域とエミッタ領域の間に配置された第1導電型ベー
ス領域の上にのみ配置されていることである。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention is characterized in that a semiconductor substrate having a front surface and a rear surface facing each other and a collector of a first conductivity type disposed below the semiconductor substrate including the rear surface. A region, a second conductivity type base region disposed above the surface including the surface of the semiconductor substrate, and a plurality of first conductivity type base regions disposed at predetermined intervals above the second conductivity type base region; An emitter region of a second conductivity type selectively disposed above the base region of the first conductivity type;
A gate electrode disposed on the surface of the semiconductor substrate via the gate insulating film, an interlayer insulating film disposed on the gate electrode, a first conductive type base region and an emitter region, An insulated gate power semiconductor device having an emitter electrode disposed therein, wherein the gate electrode is a first conductive type substantially disposed between the second conductive type base region and the emitter region on the surface of the semiconductor substrate. That is, it is arranged only on the mold base region.

【0011】本発明の特徴によれば、従来のように隣接
する第1導電型ベース領域の間の第2導電型ベース領域
の上にゲート電極が配置されていないため、ゲート電極
の幅(面積)が広がることがない。従って、ゲート電極
の表面に無作為に堆積するゲート電極材料からなるダス
トに起因した、ゲート電極とエミッタ電極間のショート
不良が発生する確率を低く抑えることができる。
According to the feature of the present invention, since the gate electrode is not arranged on the second conductivity type base region between the adjacent first conductivity type base regions as in the prior art, the width (area) of the gate electrode is reduced. ) Does not spread. Therefore, the probability of occurrence of short-circuit failure between the gate electrode and the emitter electrode due to dust made of the gate electrode material randomly deposited on the surface of the gate electrode can be suppressed.

【0012】また、ゲート電極の幅(面積)が広がるこ
とがないため、ゲート容量の増大を抑制することができ
る。さらに、ゲート容量の低減を図るためのテラス酸化
膜の必要性がなくなるため、テラス酸化膜の製造工程を
削減することができる。またさらに、テラス酸化膜の削
除により、ゲート電極の上に配置される層間絶縁膜及び
エミッタ電極の平坦性が向上し、段差部分でのエミッタ
電極のオープン不良などを防止することができる。
Further, since the width (area) of the gate electrode does not increase, an increase in gate capacitance can be suppressed. Further, since the necessity of the terrace oxide film for reducing the gate capacitance is eliminated, the manufacturing process of the terrace oxide film can be reduced. Further, by removing the terrace oxide film, the flatness of the interlayer insulating film and the emitter electrode disposed on the gate electrode is improved, and it is possible to prevent an open failure of the emitter electrode at a step portion.

【0013】なお、実施の形態において後述するトラン
ジスタの低オン抵抗化のために、隣接する第1導電型ベ
ース領域の所定の間隔を広げた場合、上記の本発明の第
1の特徴による作用効果は著しく増加する。
In the embodiment, when the predetermined interval between the adjacent first conductivity type base regions is widened to reduce the on-resistance of the transistor described later, the operation and effect of the first feature of the present invention described above. Increases significantly.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下図面を参照して、本発明の実
施の形態を説明する。図面の記載において従来技術と類
似な部分には類似な符号を付している。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the description of the drawings, parts similar to those of the related art are denoted by similar reference numerals.

【0015】(第1の実施の形態)図1は、本発明の第
1の実施の形態に係るIGBT(絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ:Insulated Gate Bipolar Transisto
r)の構成を示す断面図である。図1に示すように、第
1の実施の形態に係るIGBTは、対向する表面11及
び裏面12を有するシリコン基板などの半導体基板1の
上に形成されている。半導体基板1の下部にはボロン
(B)などのp型不純物が添加されたコレクタ領域2が
配置され、コレクタ領域2は半導体基板1の裏面12に
表出している。半導体基板1の上部にはリン(P)、ヒ
素(As)などのn型不純物が添加されたn型ベース領
域3が配置され、n型ベース領域3は半導体基板1の表
面11に表出している。コレクタ領域2とn型ベース領
域3とはpn接合を形成している。
(First Embodiment) FIG. 1 shows an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) according to a first embodiment of the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of r). As shown in FIG. 1, the IGBT according to the first embodiment is formed on a semiconductor substrate 1 such as a silicon substrate having a front surface 11 and a back surface 12 facing each other. A collector region 2 to which a p-type impurity such as boron (B) is added is disposed below the semiconductor substrate 1, and the collector region 2 is exposed on the back surface 12 of the semiconductor substrate 1. An n-type base region 3 to which an n-type impurity such as phosphorus (P) or arsenic (As) is added is disposed above the semiconductor substrate 1, and the n-type base region 3 is exposed on a surface 11 of the semiconductor substrate 1. I have. Collector region 2 and n-type base region 3 form a pn junction.

【0016】n型ベース領域3の上部にはp型不純物が
添加された複数のp型ベース領域4が所定の間隔16を
おいて配置され、各p型ベース領域4は半導体基板1の
表面11に表出している。各p型ベース領域4の上部に
はn型不純物が添加されたエミッタ領域5がそれぞれ選
択的に配置され、エミッタ領域5は半導体基板1の表面
11に表出している。各p型ベース領域4において、そ
の中央部分13及び外周部分14が半導体基板1の表面
11に表出し、中央部分13及び外周部分14以外の部
分にエミッタ領域5が表出している。
Above n-type base region 3, a plurality of p-type base regions 4 to which p-type impurities are added are arranged at predetermined intervals 16, and each p-type base region 4 is formed on surface 11 of semiconductor substrate 1. It is expressed in. Above each p-type base region 4, an emitter region 5 doped with an n-type impurity is selectively disposed, and the emitter region 5 is exposed on the surface 11 of the semiconductor substrate 1. In each p-type base region 4, the central portion 13 and the outer peripheral portion 14 are exposed on the surface 11 of the semiconductor substrate 1, and the emitter region 5 is exposed on portions other than the central portion 13 and the outer peripheral portion 14.

【0017】各p型ベース領域4の中央部分及びエミッ
タ領域5の一部分にはエミッタ電極9が接続されてい
る。エミッタ電極9を除く半導体基板1の表面11には
ゲート酸化膜7が配置されている。p型ベース領域4の
外周部分14及びその周辺のゲート酸化膜の上には選択
的にポリシリコン膜からなるゲート電極6が配置されて
いる。ゲート酸化膜7及びゲート電極6の上には層間絶
縁膜8が配置されている。層間絶縁膜8の上にはエミッ
タ電極9が配置され、半導体基板1上の複数のp型ベー
ス領域4及びエミッタ領域5がエミッタ電極9により接
続されている。
An emitter electrode 9 is connected to a central portion of each p-type base region 4 and a part of the emitter region 5. The gate oxide film 7 is disposed on the surface 11 of the semiconductor substrate 1 except for the emitter electrode 9. A gate electrode 6 made of a polysilicon film is selectively disposed on the outer peripheral portion 14 of the p-type base region 4 and the gate oxide film around the peripheral portion 14. On the gate oxide film 7 and the gate electrode 6, an interlayer insulating film 8 is arranged. An emitter electrode 9 is arranged on the interlayer insulating film 8, and the plurality of p-type base regions 4 and the emitter regions 5 on the semiconductor substrate 1 are connected by the emitter electrode 9.

【0018】一方、半導体基板1の裏面12には全面的
にコレクタ電極10が配置され、コレクタ領域2に接続
されている。
On the other hand, a collector electrode 10 is disposed on the entire back surface 12 of the semiconductor substrate 1 and is connected to the collector region 2.

【0019】次に、図1に示したIGBTの製造方法に
ついて説明する。
Next, a method of manufacturing the IGBT shown in FIG. 1 will be described.

【0020】(イ)まず、n型ベース領域3と同じ濃度
のリン(P)、ヒ素(As)などのn型不純物が添加さ
れた半導体基板(シリコン基板)1を用意する。シリコ
ン基板1の表面11が露出した状態で、通常の熱処理方
法を用いてシリコン基板1の表面11にゲート酸化膜7
を形成する。CVD法などを用いてポリシリコン膜を堆
積し、通常のリソグラフィ工程、RIE工程により、ポ
リシリコン膜をパターニングしてゲート電極6を形成す
る。
(A) First, a semiconductor substrate (silicon substrate) 1 to which n-type impurities such as phosphorus (P) and arsenic (As) having the same concentration as the n-type base region 3 are added is prepared. With the surface 11 of the silicon substrate 1 exposed, the gate oxide film 7 is formed on the surface 11 of the silicon substrate 1 by using a normal heat treatment method.
To form A polysilicon film is deposited using a CVD method or the like, and the polysilicon film is patterned by a normal lithography process and an RIE process to form a gate electrode 6.

【0021】(ロ)次に、p型ベース領域4が形成され
る領域に窓を有するレジストパターンを形成し、このパ
ターンをマスクとして、半導体基板の上部及び下部に選
択的にボロン(B)などのp型不純物を拡散し、所定の
熱処理を加えて活性化させる。p型ベース領域4及びコ
レクタ領域2が形成される。さらに、エミッタ領域5を
形成したい領域に窓を有するレジストパターンを形成
し、このパターンをマスクとして、n型不純物を拡散
し、所定の熱処理を加えて活性化させる。エミッタ領域
5が形成される。その後、レジストパターンを除去す
る。
(B) Next, a resist pattern having a window in the region where the p-type base region 4 is to be formed is formed. Using this pattern as a mask, boron (B) or the like is selectively formed on the upper and lower portions of the semiconductor substrate. Is diffused and activated by applying a predetermined heat treatment. A p-type base region 4 and a collector region 2 are formed. Further, a resist pattern having a window in a region where the emitter region 5 is to be formed is formed, and using this pattern as a mask, n-type impurities are diffused and activated by a predetermined heat treatment. An emitter region 5 is formed. After that, the resist pattern is removed.

【0022】(ハ)次に、CVD法を用いて半導体基板
1の表面11側に層間絶縁膜8となるシリコン酸化膜を
堆積する。そして、p型ベース領域4の中央部分及びエ
ミッタ領域5の一部分に窓を有するレジストパターンを
形成し、このパターンをマスクとしてRIE法を用いて
選択的に半導体基板1が表出するコンタクトホールを形
成する。最後に、スパッタ法などを用いて、アルミニウ
ム(Al)などの金属膜を半導体基板1の表面11及び
裏面12に堆積し、所望のパターニングを行う。コンタ
クトホール内に金属膜が埋め込まれ、エミッタ電極9及
びコレクタ電極10が形成される。以上の工程を経て図
1に示すIGBTを製造することができる。
(C) Next, a silicon oxide film to be the interlayer insulating film 8 is deposited on the surface 11 of the semiconductor substrate 1 by using the CVD method. Then, a resist pattern having a window in the central portion of the p-type base region 4 and a portion of the emitter region 5 is formed, and a contact hole in which the semiconductor substrate 1 is selectively exposed is formed using the pattern as a mask by RIE. I do. Finally, a metal film such as aluminum (Al) is deposited on the front surface 11 and the back surface 12 of the semiconductor substrate 1 by using a sputtering method or the like, and a desired patterning is performed. A metal film is buried in the contact hole, and an emitter electrode 9 and a collector electrode 10 are formed. Through the above steps, the IGBT shown in FIG. 1 can be manufactured.

【0023】ゲート電極6となるポリシリコン膜を形成
する工程において、成膜装置の内部に存在するダストが
素子表面に付着することがある。これは、ポリシリコン
膜が、ウェハ表面のみならず、成膜容器の内壁面、容器
内の治具にもポリシリコンが堆積し、これが剥がれ落ち
ることに原因の1つがある。このポリシリコンダストが
ゲート電極6の上に付着した場合、ダストの突起形状が
その上に形成される層間絶縁膜8にも反映され、コンタ
クトホール形成時のレジストパターンにピンホールが形
成されてしまう。ピンホール部分の層間絶縁膜は、コン
タクトホールRIE時に一緒にエッチング除去されてし
まい、結果的にエミッタ電極9とゲート電極6とのショ
ート不良が発生してしまう。本願発明においては、半導
体基板1の表面11から見て、ゲート電極6の面積を従
来に比して小さくすることができるため、ゲート電極6
上にダストが付着する確率を低下させることができる。
In the step of forming the polysilicon film to be the gate electrode 6, dust existing inside the film forming apparatus may adhere to the element surface. One of the causes is that the polysilicon film is deposited not only on the wafer surface but also on the inner wall surface of the film forming container and the jig in the container, and the polysilicon film is peeled off. When the polysilicon dust adheres on the gate electrode 6, the protrusion shape of the dust is also reflected on the interlayer insulating film 8 formed thereon, and a pinhole is formed in the resist pattern at the time of forming the contact hole. . The interlayer insulating film in the pinhole portion is etched and removed together with the contact hole RIE, resulting in a short circuit between the emitter electrode 9 and the gate electrode 6. In the present invention, since the area of the gate electrode 6 can be made smaller than that of the related art when viewed from the surface 11 of the semiconductor substrate 1, the gate electrode 6
The probability that dust adheres to the top can be reduced.

【0024】次に、図1に示したIGBTの動作につい
て説明する。エミッタ電極9に対してゲートしきい電圧
以上の正の静電圧をゲート電極6に印加することによ
り、p型ベース領域4の外周部分14の表面にn型反転
層(チャネル)が形成され、エミッタ5とn型ベース領
域3が導通状態、つまりIGBTがオン状態になる。そ
して、コレクタ電極10にエミッタ電極9よりも高い電
圧を印加することで、エミッタ領域5からチャネルを介
してn型ベース領域3に電子が注入され、コレクタ領域
2からn型ベース領域3に正孔が注入されて、コレクタ
電極10からエミッタ電極9へ電流が流れる。n型ベー
ス領域3に注入された正孔の一部分は、エミッタ領域5
から注入された電子との再結合により消滅し、正孔の残
り部分はn型ベース領域3からp型ベース領域4へ排出
される。p型ベース領域4へ排出される正孔を少なくす
ることで、n型ベース領域3中の正孔密度が高まり、電
子と再結合する正孔を増やすことができる。再結合する
正孔を増やすことは、つまりキャリアがn型ベース領域
3をドリフトする時のオン抵抗(ドリフト抵抗)を実質
的に低減することになり、IGBTの低オン抵抗化が実
現される。
Next, the operation of the IGBT shown in FIG. 1 will be described. By applying a positive static voltage higher than the gate threshold voltage to the gate electrode 6 with respect to the emitter electrode 9, an n-type inversion layer (channel) is formed on the surface of the outer peripheral portion 14 of the p-type base region 4, 5 and the n-type base region 3 become conductive, that is, the IGBT is turned on. When a voltage higher than that of the emitter electrode 9 is applied to the collector electrode 10, electrons are injected from the emitter region 5 to the n-type base region 3 via the channel, and holes are injected from the collector region 2 to the n-type base region 3. Is injected, and a current flows from the collector electrode 10 to the emitter electrode 9. Some of the holes injected into the n-type base region 3
The holes are eliminated by recombination with electrons injected from the GaN layer, and the remaining portions of the holes are discharged from the n-type base region 3 to the p-type base region 4. By reducing the number of holes discharged to the p-type base region 4, the hole density in the n-type base region 3 is increased, and the number of holes that recombine with electrons can be increased. Increasing the number of holes to be recombined means that the on-resistance (drift resistance) when carriers drift in the n-type base region 3 is substantially reduced, and the on-resistance of the IGBT is reduced.

【0025】ここで、p型ベース領域4及びエミッタ領
域5を縮小化して、正孔が排出される領域を直接的に狭
めることで、p型ベース領域4へ排出される正孔を少な
くすることができるが、この方法では、微細加工精度か
ら自ずから限界がある。一方、隣接するp型ベース領域
4の所定の間隔16を広げることで、チップ全体から見
て相対的にp型ベース領域4及びエミッタ領域5を狭め
ても、p型ベース領域4へ排出される正孔を少なくする
ことができる。
Here, by reducing the size of the p-type base region 4 and the emitter region 5 and directly narrowing the region from which holes are discharged, the number of holes discharged to the p-type base region 4 is reduced. However, this method has its own limit due to the precision of fine processing. On the other hand, by increasing the predetermined interval 16 between the adjacent p-type base regions 4, even if the p-type base region 4 and the emitter region 5 are relatively narrowed when viewed from the whole chip, they are discharged to the p-type base region 4. Holes can be reduced.

【0026】後者の方法を用いた場合、従来のように隣
接するp型ベース領域4の間のn型ベース領域3の上に
ゲート電極6が配置されていないため、ゲート電極6の
幅(面積)が広がることがない。よって、無作為にゲー
ト電極6上に堆積するポリシリコンダストの発生確率が
上昇することはない。従って、このゲート電極6上のダ
ストに起因した、ゲート電極6とエミッタ電極9間のシ
ョート不良が発生する確率が上昇することがない。即
ち、隣接するp型ベース領域4の所定の間隔16を広げ
ても、ゲート電極6の上に堆積するダストによるショー
ト不良の発生確率を低く抑えることができる。
When the latter method is used, since the gate electrode 6 is not arranged on the n-type base region 3 between the adjacent p-type base regions 4 as in the prior art, the width (area) of the gate electrode 6 is reduced. ) Does not spread. Therefore, the probability of occurrence of polysilicon dust that is randomly deposited on the gate electrode 6 does not increase. Therefore, the probability of occurrence of a short circuit between the gate electrode 6 and the emitter electrode 9 due to the dust on the gate electrode 6 does not increase. That is, even if the predetermined interval 16 between the adjacent p-type base regions 4 is increased, the probability of occurrence of short-circuit failure due to dust deposited on the gate electrode 6 can be suppressed.

【0027】また、従来のように隣接するp型ベース領
域4の間のn型ベース領域3の上にゲート電極6が配置
されていないため、ゲート容量の増大を抑制することが
できる。さらに、ゲート容量の低減を図るためのテラス
酸化膜の必要性がなくなるため、テラス酸化膜の製造工
程を削減することができる。またさらに、テラス酸化膜
の削除により、ゲート電極6の上に配置される層間絶縁
膜8及びエミッタ電極9の平坦性が向上し、段差部分で
のエミッタ電極9のオープン不良などを防止することが
できる。
Further, since the gate electrode 6 is not disposed on the n-type base region 3 between the adjacent p-type base regions 4 as in the conventional case, an increase in gate capacitance can be suppressed. Further, since the necessity of the terrace oxide film for reducing the gate capacitance is eliminated, the manufacturing process of the terrace oxide film can be reduced. Furthermore, by removing the terrace oxide film, the flatness of the interlayer insulating film 8 and the emitter electrode 9 disposed on the gate electrode 6 is improved, and the open failure of the emitter electrode 9 at the step portion is prevented. it can.

【0028】(第2の実施の形態)本発明の第1の実施
の形態で示したIGBTは、従来のIGBTの構造に対
して、テラス酸化膜の削除、ゲート電極6のパターン形
状の変更などの相違点があるが、本発明の主要な効果
は、ゲート電極6のパターン形状の変更により奏される
ものである。本発明の第2の実施の形態においては、第
1の実施の形態に比してより簡便な方法により本発明の
主要な効果を奏することができるIGBTについて説明
する。
(Second Embodiment) The IGBT shown in the first embodiment of the present invention is different from the conventional IGBT structure in that the terrace oxide film is removed, the pattern shape of the gate electrode 6 is changed, and the like. However, the main effect of the present invention is achieved by changing the pattern shape of the gate electrode 6. In the second embodiment of the present invention, an IGBT capable of achieving the main effects of the present invention by a simpler method than the first embodiment will be described.

【0029】図2は、本発明の第2の実施の形態に係る
IGBTの構成を示す断面図である。図2に示すよう
に、本発明の第2の実施の形態に係るIGBTは、図1
に示したIGBTに対して、隣接するp型ベース領域4
の間に配置された2つのゲート電極6の間に配置され
た、従来技術において示したテラス酸化膜15をさらに
有することを特徴とする。テラス酸化膜15は、ゲート
酸化膜7とn型ベース領域3との間に配置されている。
その他の構成は図1に示したIGBTと同一であり、こ
こでは説明を省略する。
FIG. 2 is a sectional view showing a configuration of an IGBT according to a second embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the IGBT according to the second embodiment of the present invention
The p-type base region 4 adjacent to the IGBT shown in FIG.
The semiconductor device further includes a terrace oxide film 15 shown in the related art, which is disposed between two gate electrodes 6 disposed therebetween. Terrace oxide film 15 is arranged between gate oxide film 7 and n-type base region 3.
The other configuration is the same as that of the IGBT shown in FIG. 1, and the description is omitted here.

【0030】本発明の第2の実施の形態によれば、第1
の実施の形態と同様に、ゲート電極の面積を狭くするこ
とができ、無作為にゲート電極6上に堆積するダストの
発生確率を低減することができる。よって、ダスト起因
のエミッタ電極9−ゲート電極6間のショート不良を抑
制することができる。また、ゲート電極6の間に膜厚が
同程度のテラス酸化膜を配置することで、層間絶縁膜8
及びエミッタ電極9の平坦性が、第1の実施の形態に比
してより向上する。さらに、従来からある既存の製造ラ
インをそのまま用い、ゲート電極6のパターニング用の
マスクパターンのみを変更することにより、本発明の第
1の実施の形態に同様な効果を奏することができる。
According to the second embodiment of the present invention, the first
Similarly to the embodiment, the area of the gate electrode can be reduced, and the probability of generation of dust that is randomly deposited on the gate electrode 6 can be reduced. Therefore, a short circuit between the emitter electrode 9 and the gate electrode 6 due to dust can be suppressed. In addition, by arranging a terrace oxide film having the same thickness between the gate electrodes 6, the interlayer insulating film 8 can be formed.
Further, the flatness of the emitter electrode 9 is further improved as compared with the first embodiment. Further, the same effect as in the first embodiment of the present invention can be obtained by changing only the mask pattern for patterning the gate electrode 6 using the existing production line as it is.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、ゲ
ート電極とエミッタ電極の間のショート不良を低減し、
同時に工程短縮が可能な絶縁ゲート型パワー半導体装置
を提供することができる。
As described above, according to the present invention, a short circuit between a gate electrode and an emitter electrode can be reduced,
At the same time, it is possible to provide an insulated gate power semiconductor device capable of reducing the number of steps.

【0032】また本発明によれば、高速動作性能が高
く、且つオン抵抗が低い絶縁ゲート型パワー半導体装置
を提供することができる。
Further, according to the present invention, it is possible to provide an insulated gate power semiconductor device having a high speed operation performance and a low on-resistance.

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

【図1】本発明の第1の実施の形態に係るIGBTの構
成を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing a configuration of an IGBT according to a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明の第2の実施の形態に係るIGBTの構
成を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an IGBT according to a second embodiment of the present invention.

【図3】従来技術に係るIGBTの構成を示す断面図で
ある。
FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an IGBT according to the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 半導体基板 2 コレクタ領域 3 n型ベース領域 4 p型ベース領域 5 エミッタ領域 6 ゲート電極 7 ゲート酸化膜 8 層間絶縁膜 9 エミッタ電極 10 コレクタ電極 11 表面 12 裏面 13 中央部分 14 外周部分 15 テラス酸化膜 16 所定の間隔 Reference Signs List 1 semiconductor substrate 2 collector region 3 n-type base region 4 p-type base region 5 emitter region 6 gate electrode 7 gate oxide film 8 interlayer insulating film 9 emitter electrode 10 collector electrode 11 front surface 12 back surface 13 central portion 14 outer peripheral portion 15 terrace oxide film 16 Predetermined interval

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 対向する表面及び裏面を有する半導体基
板と、 前記半導体基板の裏面を含む下部に配置された第1導電
型のコレクタ領域と、 前記半導体基板の表面を含む上部に配置された第2導電
型ベース領域と、 前記第2導電型ベース領域の上部に所定の間隔をおいて
配置された複数の第1導電型ベース領域と、 前記第1導電型ベース領域の上部に選択的に配置された
第2導電型のエミッタ領域と、 半導体基板の表面のうち、実質的に前記第2導電型ベー
ス領域と前記エミッタ領域の間に配置された第1導電型
ベース領域の上にのみゲート絶縁膜を介して配置された
ゲート電極と、 前記ゲート電極の上に配置された層間絶縁膜と、 前記第1導電型ベース領域及び前記エミッタ領域に接続
され、前記層間絶縁膜の上に配置されたエミッタ電極と
を有することを特徴とする絶縁ゲート型パワー半導体装
置。
1. A semiconductor substrate having a front surface and a back surface facing each other, a first conductivity type collector region disposed at a lower portion including a back surface of the semiconductor substrate, and a semiconductor substrate disposed at an upper portion including a surface of the semiconductor substrate. A two-conductivity-type base region; a plurality of first-conductivity-type base regions disposed at predetermined intervals above the second-conductivity-type base region; and selectively disposed above the first-conductivity-type base region. A second conductive type emitter region, and a gate insulating layer substantially only on the first conductive type base region disposed between the second conductive type base region and the emitter region on the surface of the semiconductor substrate. A gate electrode disposed via a film, an interlayer insulating film disposed on the gate electrode, connected to the first conductivity type base region and the emitter region, and disposed on the interlayer insulating film. Emitter Insulated gate power semiconductor device and having a pole.
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