JP2007173675A - Semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている半導体装置に関する。本発明はまた、そのような半導体装置の製造方法にも関する。 The present invention relates to a semiconductor device including an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. The present invention also relates to a method for manufacturing such a semiconductor device.
一般的に、半導体装置は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている。例えば、縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)は、裏面のコレクタ電極と表面のエミッタ電極の間に、n型の不純物を含むベース領域(電界保持領域の一例)を備えている。また、縦型のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)は、裏面のドレイン電極と表面のソース電極の間に、n型の不純物を含むドリフト領域(電界保持領域の一例)を備えている。 Generally, a semiconductor device includes an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. For example, a vertical IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) includes a base region (an example of an electric field holding region) containing an n-type impurity between a collector electrode on the back surface and an emitter electrode on the front surface. A vertical MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) includes a drift region (an example of an electric field holding region) containing n-type impurities between a drain electrode on the back surface and a source electrode on the front surface.
非特許文献1には、ベース領域の不純物濃度を薄くすることによって、ベース領域をi型化したIGBTが提案されている。ベース領域をi型化することによって、ベース領域の厚み方向に伸びる電界の強度は、ベース領域の全体に亘って一様化される。このため、ベース領域の厚みを薄くしたとしても、ベース領域は多くの電界を保持することができ、必要な耐圧を確保することができる。換言すると、非特許文献1のIGBTは、必要な耐圧を確保しながら、ベース領域の厚みを薄くすることによって、電流経路を短距離化することができる。非特許文献1のIGBTは、耐圧とオン電圧の間のトレードオフ関係を改善することができる。さらに、半導体装置に接続される外部負荷が短絡し、半導体装置に高電圧・高電流が加わったとしても、ベース領域の厚み方向に伸びる電界の強度が一様化されているので、発熱領域をベース領域の全体に亘って分散させることができる。これにより、非特許文献1のIGBTは、短絡時の破壊が抑制され、短絡耐量が向上している。
Non-Patent
非特許文献1のIGBTように、ベース領域の全体がi型化されていると、オフ状態において、ベース領域の大部分が空乏化されてしまう。また、IGBTのベース領域は、裏面に形成されているp型のコレクタ領域と、表面に形成されているp型のボディ領域によって挟まれている。このため、非特許文献1のIGBTでは、オフ状態において、p型のコレクタ領域/i型のベース領域/p型のボディ領域に起因する寄生バイポーラが動作し易いという問題がある。特に、ベース領域の全体がi型化されていると、ベース領域の全体が高電界な状態になるので、寄生バイポーラが容易に動作してしまう。これにより、寄生バイポーラによって増幅された電流は、アバランシェ現象の発生を促進させ、半導体装置の破壊を引き起こしてしまう。
If the entire base region is i-type, as in the IGBT of
また、電界保持領域をi型化する構造は、縦型のMISFETにも適用することができる。この場合、ドリフト領域の全体がi型化される。しかしながら、ドリフト領域の全体がi型化されると、高電圧・高電流が加わったときに、ドレイン領域の近傍の電界強度が高くなり、アバランシェ現象の発生を促進させ、半導体装置の破壊を引き起こしてしまう。
電界保持領域の全体をi型化すると、半導体装置の破壊現象が増加してしまう現象は、縦型のIGBT及び縦型のMISFETに限ったものではない。この種の課題は、例えば、横型のIGBT及びMISFET、PINダイオード等の半導体装置に共通して存在している。また、この種の課題は、ゲート電極の構造に関係なく、トレンチタイプのゲート電極又はプレーナータイプのゲート電極のいずれにも存在している。
本発明は、短絡耐量を向上させ、アバランシェ現象の発生も抑制する技術を実現することを目的としている。
The structure in which the electric field holding region is i-type can also be applied to a vertical MISFET. In this case, the entire drift region is i-type. However, if the entire drift region is i-type, when high voltage and high current are applied, the electric field strength in the vicinity of the drain region increases, which promotes the occurrence of the avalanche phenomenon and causes the breakdown of the semiconductor device. End up.
The phenomenon that the breakdown phenomenon of the semiconductor device increases when the entire electric field holding region is i-type is not limited to the vertical IGBT and the vertical MISFET. This type of problem exists in common in semiconductor devices such as lateral IGBTs, MISFETs, and PIN diodes. Further, this kind of problem exists in either the trench type gate electrode or the planar type gate electrode regardless of the structure of the gate electrode.
An object of this invention is to implement | achieve the technique which improves a short circuit tolerance and also suppresses generation | occurrence | production of an avalanche phenomenon.
本発明は、電界保持領域の一部をi型化することによって、短絡耐量の向上とアバランシェ現象の発生の抑制の両者を実現する技術を提供する。非特許文献1の半導体装置では、電界保持領域の全体をi型化することによって、短絡耐量を向上させている。しかしながら、電界保持領域の全体をi型化すると、アバランシェ現象の発生が促進されてしまう。本発明の半導体装置では、電界保持領域の一部をi型化する。これにより、本発明の半導体装置は、アバランシェ現象の発生を抑制しながら、短絡耐量を向上することができる。
ここで、本明細書で用いられる用語に関して説明する。本明細書でいう「i型」は、「キャリア濃度が薄い状態」をいい、広義の意味で解釈される。「キャリア濃度が薄い状態」は、「キャリアに寄与する不純物の濃度が薄い状態」をいう。本明細書では、「i型」と「キャリア濃度が薄い状態」と「不純物のエネルギー準位の濃度が薄い状態」は同義の意味で解釈される。本明細書では、「キャリア濃度」という用語を主に使用する。「キャリア濃度が薄い状態」を実現する半導体領域は、多くの状態であり得る。例えば、導入されている不純物の濃度が濃くても、活性化している不純物が少なければ、キャリア濃度の薄い状態が実現できる。あるいは、導入されている不純物の濃度が濃くても、欠陥準位に起因して不純物のエネルギー準位の濃度が薄くなれば、キャリア濃度が薄い状態を実現できる。もちろん、そもそも導入されている不純物の濃度が薄いことによって、キャリア濃度の薄い状態を実現することもできる。したがって、本明細書でいう「キャリア濃度の薄い状態」とは、(1)活性化している不純物が少ない状態、(2)欠陥準位に起因して不純物のエネルギー準位の濃度が薄い状態、(3)そもそも不純物の濃度が薄い状態、あるいは当業者が容易に想到するその他の手法を用いて実現できるものが含まれる。
The present invention provides a technique for realizing both improvement of short-circuit resistance and suppression of occurrence of an avalanche phenomenon by making a part of the electric field holding region i-type. In the semiconductor device of Non-Patent
Here, terms used in this specification will be described. As used herein, “i-type” refers to “a low carrier concentration” and is interpreted in a broad sense. The “state where the carrier concentration is low” means “a state where the concentration of impurities contributing to carriers is low”. In this specification, “i-type”, “a state where the carrier concentration is low”, and “a state where the energy level concentration of the impurity is low” are interpreted in the same meaning. In this specification, the term “carrier concentration” is mainly used. The semiconductor region that realizes the “state of low carrier concentration” can be in many states. For example, even if the concentration of the introduced impurity is high, a low carrier concentration state can be realized if the activated impurity is small. Alternatively, even if the concentration of the introduced impurity is high, if the concentration of the energy level of the impurity is reduced due to the defect level, a state where the carrier concentration is low can be realized. Of course, a low carrier concentration state can be realized by the low concentration of the introduced impurity. Therefore, the “state with a low carrier concentration” referred to in this specification means (1) a state in which there are few activated impurities, (2) a state in which the concentration of energy levels of impurities is low due to defect levels, (3) In the first place, there are those that can be realized in a state where the concentration of impurities is low, or by using other methods easily conceived by those skilled in the art.
本発明は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている半導体装置に具現化することができる。その電界保持領域は、一対の主電極間方向に直交する面内において、キャリア濃度が濃い第1部分領域とキャリア濃度が薄い第2部分領域を備えていることを特徴としている。電界保持領域は、一対の主電極間方向に伸びる第1部分領域と、一対の主電極間方向に伸びる第2部分領域を備えている。例えば、第1部分領域は、ドナー準位の濃度が濃い領域である。第2部分領域は、ドナー準位の濃度が薄い領域である。
第1部分領域は、キャリア濃度が濃く調整されている。このため、半導体装置がオフしたときに、第1部分領域が空乏層の伸びを抑制することができる。空乏層の伸びが抑制されると、例えば寄生のバイポーラ又はダイオード等がオンすることが抑制される。したがって、アバランシェ現象の発生も抑制される。
第2部分領域は、キャリア濃度が薄く調整されている。したがって、第2部分領域の厚み方向に伸びる電界の強度は一様化される。このため、本発明の半導体装置は、半導体装置に接続される外部負荷が短絡し、半導体装置に高電圧・高電流が加わったとしても、第2部分領域、ひいては電界保持領域の全体に亘って発熱領域を分散させることができる。これにより、本発明の半導体装置は、短絡時の破壊が抑制され、短絡耐量が向上している。
本発明の半導体装置は、短絡耐量を向上しながらも、アバランシェ現象の発生も抑制することができる。
The present invention can be embodied in a semiconductor device including an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. The electric field holding region includes a first partial region having a high carrier concentration and a second partial region having a low carrier concentration in a plane perpendicular to the direction between the pair of main electrodes. The electric field holding region includes a first partial region extending in the direction between the pair of main electrodes and a second partial region extending in the direction between the pair of main electrodes. For example, the first partial region is a region having a high donor level concentration. The second partial region is a region having a low donor level concentration.
The first partial region is adjusted to have a high carrier concentration. For this reason, when the semiconductor device is turned off, the first partial region can suppress the extension of the depletion layer. When the extension of the depletion layer is suppressed, for example, the parasitic bipolar or diode is suppressed from being turned on. Therefore, the occurrence of the avalanche phenomenon is also suppressed.
In the second partial region, the carrier concentration is adjusted to be thin. Therefore, the intensity of the electric field extending in the thickness direction of the second partial region is made uniform. For this reason, in the semiconductor device of the present invention, even if an external load connected to the semiconductor device is short-circuited and a high voltage / high current is applied to the semiconductor device, the second partial region, and thus the entire electric field holding region is covered. The heat generating area can be dispersed. Thereby, the semiconductor device of the present invention is prevented from being destroyed at the time of short circuit, and the short circuit tolerance is improved.
The semiconductor device of the present invention can suppress the occurrence of the avalanche phenomenon while improving the short-circuit tolerance.
本発明の半導体装置では、第1部分領域と第2部分領域の組合せは、一対の主電極間方向に直交する面内において、少なくとも一方方向に繰返し形成されていることが好ましい。第1部分領域及び第2部分領域が薄板状に形成されていれば、第1部分領域と第2部分領域の組合せは、一方方向に繰返す。第1部分領域及び第2部分領域が四角柱状、六角柱状、又はその他の形状に形成されていれば、第1部分領域と第2部分領域の組合せは、複数の方向に繰返す。
上記の形態によると、第1部分領域と第2部分領域は、電界保持領域内において、分散して形成される。これにより、上記形態の半導体装置は、短絡耐量を向上する効果とアバランシェ現象の発生を抑制する効果を有効に得ることができる。
In the semiconductor device of the present invention, the combination of the first partial region and the second partial region is preferably repeatedly formed in at least one direction within a plane orthogonal to the direction between the pair of main electrodes. If the first partial region and the second partial region are formed in a thin plate shape, the combination of the first partial region and the second partial region is repeated in one direction. If the first partial region and the second partial region are formed in a quadrangular prism shape, a hexagonal column shape, or other shapes, the combination of the first partial region and the second partial region is repeated in a plurality of directions.
According to the above aspect, the first partial region and the second partial region are formed in a distributed manner in the electric field holding region. Thereby, the semiconductor device of the said form can acquire effectively the effect which improves a short circuit tolerance, and the effect which suppresses generation | occurrence | production of an avalanche phenomenon.
本発明は、縦型のIGBTに具現化することができる。本発明の半導体装置は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている。本発明の半導体装置は、第1主電極と、その第1主電極上に形成されているコレクタ領域と、そのコレクタ領域上に形成されている半導体領域と、その半導体領域上に形成されているボディ領域と、そのボディ領域によって半導体領域から隔てられているエミッタ領域と、そのエミッタ領域に電気的に接続している第2主電極を備えている。コレクタ領域は、第1導電型の不純物を含んでいる。ボディ領域は、第1導電型の不純物を含んでいる。エミッタ領域は、第2導電型の不純物を含んでいる。本発明の半導体装置はさらに、トレンチゲート電極を備えている。トレンチゲート電極は、ボディ領域を貫通しており、半導体領域とエミッタ領域を隔てているボディ領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明の半導体領域は、電界保持領域を有している。本発明では、電界保持領域が、一対の主電極間方向に直交する面内において、第2導電型のキャリア濃度が濃い第1部分領域と第2導電型のキャリア濃度が薄い第2部分領域を備えていることを特徴としている。 The present invention can be embodied in a vertical IGBT. The semiconductor device of the present invention includes an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. The semiconductor device of the present invention is formed on a first main electrode, a collector region formed on the first main electrode, a semiconductor region formed on the collector region, and the semiconductor region. A body region, an emitter region separated from the semiconductor region by the body region, and a second main electrode electrically connected to the emitter region are provided. The collector region contains a first conductivity type impurity. The body region contains a first conductivity type impurity. The emitter region contains a second conductivity type impurity. The semiconductor device of the present invention further includes a trench gate electrode. The trench gate electrode penetrates the body region and faces the body region that separates the semiconductor region and the emitter region via a gate insulating film. The semiconductor region of the present invention has an electric field holding region. In the present invention, the electric field holding region includes a first partial region having a high second conductivity type carrier concentration and a second partial region having a low second conductivity type carrier concentration in a plane orthogonal to the direction between the pair of main electrodes. It is characterized by having.
本発明の縦型のIGBTでは、半導体領域は、第2導電型のキャリア濃度が高濃度なバッファ領域をさらに備えているのが好ましい。そのバッファ領域は、コレクタ領域と電界保持領域の間に形成されている。この形態の半導体装置は、パンチスルー型と称される。なお、本発明の縦型のIGBTは、パンチスルー型、ノンパンチスルー型のいずれにも具現化することができる。 In the vertical IGBT of the present invention, the semiconductor region preferably further includes a buffer region having a high carrier concentration of the second conductivity type. The buffer region is formed between the collector region and the electric field holding region. This form of semiconductor device is referred to as a punch-through type. The vertical IGBT of the present invention can be embodied in either a punch-through type or a non-punch-through type.
本発明の縦型のIGBTでは、コレクタ領域は、第1主電極上に分散して形成されているのが好ましい。さらに、半導体領域は、分散するコレクタ領域の間を介して第1主電極に接していることが好ましい。
上記形態の半導体装置によると、ターンオフしたときに、半導体領域に蓄積していたキャリアは、第1主電極に素早く排出される。したがって、上記形態の半導体装置は、スイッチング速度を向上させることができる。
In the vertical IGBT of the present invention, it is preferable that the collector region is formed in a distributed manner on the first main electrode. Furthermore, it is preferable that the semiconductor region is in contact with the first main electrode through the dispersed collector regions.
According to the semiconductor device of the above aspect, the carriers accumulated in the semiconductor region when being turned off are quickly discharged to the first main electrode. Therefore, the semiconductor device of the above embodiment can improve the switching speed.
本発明は、縦型のMISFETに具現化することができる。本発明の半導体装置は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている。本発明の半導体装置は、第1主電極と、その第1主電極上に形成されているドレイン領域と、そのドレイン領域上に形成されている半導体領域と、その半導体領域上に形成されているボディ領域と、そのボディ領域によって半導体領域から隔てられているソース領域と、そのソース領域に電気的に接続している第2主電極を備えている。ドレイン領域は、第2導電型の不純物を含んでいる。ボディ領域は、第1導電型の不純物を含んでいる。ソース領域は、第2導電型の不純物を含んでいる。本発明の半導体装置はさらに、トレンチゲート電極を備えている。トレンチゲート電極は、ボディ領域を貫通しており、半導体領域とソース領域を隔てているボディ領域にゲート絶縁膜を介して対向している。本発明の半導体領域は、電界保持領域を有している。本発明では、電界保持領域が、一対の主電極間方向に直交する面内において、第2導電型のキャリア濃度が濃い第1部分領域と第2導電型のキャリア濃度が薄い第2部分領域を備えていることを特徴としている。 The present invention can be embodied in a vertical MISFET. The semiconductor device of the present invention includes an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. A semiconductor device of the present invention is formed on a first main electrode, a drain region formed on the first main electrode, a semiconductor region formed on the drain region, and the semiconductor region. A body region, a source region separated from the semiconductor region by the body region, and a second main electrode electrically connected to the source region are provided. The drain region contains a second conductivity type impurity. The body region contains a first conductivity type impurity. The source region contains a second conductivity type impurity. The semiconductor device of the present invention further includes a trench gate electrode. The trench gate electrode penetrates the body region and faces the body region that separates the semiconductor region and the source region via a gate insulating film. The semiconductor region of the present invention has an electric field holding region. In the present invention, the electric field holding region includes a first partial region having a high second conductivity type carrier concentration and a second partial region having a low second conductivity type carrier concentration in a plane perpendicular to the direction between the pair of main electrodes. It is characterized by having.
本発明の縦型のIGBT及びMISFETでは、第1部分領域に導入されている第2導電型の不純物の濃度及び第2部分領域に導入されている第2導電型の不純物の濃度がほぼ等しくてもよい。
この場合、第1部分領域及び第2部分領域の間のキャリア濃度の差は、欠陥準位に起因して形成されている。欠陥準位に起因して第1部分領域及び第2部分領域の間のキャリア濃度の差が形成されている構造は、新規で斬新な構造である。
In the vertical IGBT and MISFET of the present invention, the concentration of the second conductivity type impurity introduced into the first partial region and the concentration of the second conductivity type impurity introduced into the second partial region are substantially equal. Also good.
In this case, the difference in carrier concentration between the first partial region and the second partial region is formed due to the defect level. A structure in which a difference in carrier concentration between the first partial region and the second partial region is formed due to the defect level is a novel and novel structure.
本発明の縦型のIGBT及びMISFETでは、第1部分領域は、電界保持領域の表面から裏面にまで伸びているのが好ましい。第2部分領域も、電界保持領域の表面から裏面にまで伸びているのが好ましい。
この形態によると、電界保持領域の全体に亘って、一対の主電極間方向に直交する面内において、第1部分領域と第2部分領域を備えた構造が得られる。この態様によると、短絡耐量の向上とアバランシェ現象の抑制の効果を有効に得ることができる。
In the vertical IGBT and MISFET of the present invention, the first partial region preferably extends from the front surface to the back surface of the electric field holding region. It is preferable that the second partial region also extends from the front surface to the back surface of the electric field holding region.
According to this aspect, a structure including the first partial region and the second partial region can be obtained in the plane orthogonal to the direction between the pair of main electrodes over the entire electric field holding region. According to this aspect, it is possible to effectively obtain the effects of improving the short-circuit resistance and suppressing the avalanche phenomenon.
本発明の縦型のIGBT及びMISFETでは、第2部分領域は、電界保持領域とボディ領域の接合界面に接していることが好ましい。より好ましくは、第2部分領域は、電界保持領域とボディ領域の接合界面の全面に接していることが好ましい。
この形態によると、半導体装置に接続する外部負荷が短絡した場合、高電流を第2部分領域を介して流すことができる。第2部分領域は、キャリア濃度が薄く調整されているので、第2部分領域の厚み方向に伸びる電界の強度は一様化されている。したがって、半導体装置に高電圧・高電流が加わったとしても、第2部分領域の全体に亘って発熱領域を分散させることができる。
In the vertical IGBT and MISFET of the present invention, the second partial region is preferably in contact with the junction interface between the electric field holding region and the body region. More preferably, the second partial region is in contact with the entire surface of the junction interface between the electric field holding region and the body region.
According to this embodiment, when the external load connected to the semiconductor device is short-circuited, a high current can be passed through the second partial region. Since the carrier concentration of the second partial region is adjusted to be thin, the strength of the electric field extending in the thickness direction of the second partial region is made uniform. Therefore, even if a high voltage and a high current are applied to the semiconductor device, the heat generating region can be dispersed over the entire second partial region.
本発明の縦型のIGBT及びMISFETでは、電界保持領域は、第2導電型のキャリア濃度の薄い第3部分領域をさらに備えているのが好ましい。その第3部分領域は、電界保持領域の裏面部全体に形成されていることを特徴としている。
この形態によると、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
In the vertical IGBT and MISFET of the present invention, the electric field holding region preferably further includes a third partial region having a low carrier concentration of the second conductivity type. The third partial region is formed over the entire back surface portion of the electric field holding region.
According to this embodiment, the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.
本発明の縦型のIGBT及びMISFETでは、第1部分領域は、トレンチゲート電極の底面及び側面に接していることが好ましい。
この形態の半導体装置によると、トレンチゲート電極の側面と第1部分領域を連続させることができる。したがって、半導体装置がオンしたときに、トレンチゲート電極の側面に沿って移動するキャリアは、第1部分領域を介して第1主電極と第2主電極の間を移動することができる。この形態の半導体装置は、低いオン電圧又はオン抵抗を得ることができる。
In the vertical IGBT and MISFET of the present invention, the first partial region is preferably in contact with the bottom surface and the side surface of the trench gate electrode.
According to the semiconductor device of this embodiment, the side surface of the trench gate electrode and the first partial region can be made continuous. Therefore, when the semiconductor device is turned on, carriers that move along the side surface of the trench gate electrode can move between the first main electrode and the second main electrode via the first partial region. The semiconductor device of this mode can obtain a low on-voltage or on-resistance.
本発明は、オフしたときに空乏層が形成される電界保持領域を一対の主電極間に備えている半導体装置の製造方法に具現化することができる。本発明の製造方法は、不純物を含む半導体基板の表面に対向して複数の開口が形成されているマスクを設ける工程と、そのマスクの開口越しに半導体基板に向けて荷電粒子を打ち込む工程(以下、打込工程と略記する)を備えている。本発明の製造方法では、荷電粒子が通過した領域に導入されていた不純物の一部が不活性化されることによって、半導体基板内にキャリア濃度が濃い第1部分領域とキャリア濃度が薄い第2部分領域を備えている電界保持領域が形成されることを特徴としている。
この製造方法を利用すると、電界保持領域の表面から裏面にまで伸びる第1部分領域及び第2部分領域を形成することができる。
The present invention can be embodied in a method for manufacturing a semiconductor device having an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes. The manufacturing method of the present invention includes a step of providing a mask in which a plurality of openings are formed facing the surface of a semiconductor substrate containing impurities, and a step of implanting charged particles toward the semiconductor substrate through the openings of the mask (hereinafter referred to as the following steps). Abbreviated as a driving step). In the manufacturing method of the present invention, the first partial region having a high carrier concentration and the second carrier concentration having a low carrier concentration in the semiconductor substrate are deactivated by inactivating part of the impurities introduced into the region through which the charged particles have passed. An electric field holding region having a partial region is formed.
When this manufacturing method is used, the first partial region and the second partial region extending from the front surface to the back surface of the electric field holding region can be formed.
打込工程では、荷電粒子にプロトンを用いることができる。この場合、打込工程において、荷電粒子を打ち込んだ後に熱処理を実施することによって、荷電粒子が通過した領域に導入されていた不純物の一部を不活性化させキャリア濃度を低下させるとともに、半導体基板の深部において蓄積している荷電粒子によってキャリア濃度を増加させることを特徴としている。
この製造方法を利用すると、電界保持領域を形成するのと同時に、電界保持領域の下方にキャリア濃度が濃く調整された領域を形成することができる。例えば、上記の製造方法をパンチスルー型の縦型のIGBTに利用した場合、電界保持領域とバッファ領域を同時に形成することができる。
In the implantation process, protons can be used for the charged particles. In this case, in the implantation step, by performing a heat treatment after implanting the charged particles, a part of the impurities introduced into the region through which the charged particles have passed is inactivated, the carrier concentration is lowered, and the semiconductor substrate The carrier concentration is increased by charged particles accumulated in the deep part of the substrate.
When this manufacturing method is used, a region in which the carrier concentration is adjusted to be deep can be formed under the electric field holding region at the same time as the electric field holding region is formed. For example, when the above manufacturing method is used for a punch-through vertical IGBT, the electric field holding region and the buffer region can be formed simultaneously.
打込工程では、荷電粒子にプロトンを用いた場合、プロトンを1×1013cm-2以上で打ち込むことが好ましい。
プロトンを上記の条件で打ち込むと、プロトンが通過した領域に導入されていた不純物の一部を不活性化させキャリア濃度を低下させることができる。
In the implantation step, when protons are used for the charged particles, it is preferable to implant protons at 1 × 10 13 cm −2 or more.
When protons are implanted under the above conditions, a part of impurities introduced into the region through which protons have passed can be inactivated and the carrier concentration can be lowered.
本発明の半導体装置は、一対の主電極間方向に直交する面内において、キャリア濃度の濃い第1部分領域とキャリア濃度の薄い第2部分領域を有する電界保持領域を備えている。これにより、本発明の半導体装置は、短絡耐量の向上とアバランシェ現象の抑制の両者を実現することができる。 The semiconductor device of the present invention includes an electric field holding region having a first partial region having a high carrier concentration and a second partial region having a low carrier concentration in a plane orthogonal to the direction between the pair of main electrodes. Thereby, the semiconductor device of this invention can implement | achieve both improvement of a short circuit tolerance, and suppression of an avalanche phenomenon.
本発明の主要な特徴を列記する。
(第1形態) 荷電粒子には、プロトン、ヘリウム、電子線、二重水素、及び三重水素等を含む。なかでも、プロトンを用いるのが好ましい。プロトンは、所定の熱処理によって、プロトンが通過した領域のキャリア濃度を低下させるとともに、プロトンが蓄積している領域のキャリア濃度を増加させることができる。
(第2形態) 荷電粒子にプロトンを利用する場合、照射後の熱処理の温度は、300℃〜600℃の範囲が好ましい。300℃を超える熱処理によって、プロトンが蓄積している領域のキャリア濃度を増加させることができる。600℃未満の熱処理によって、プロトンが通過した領域のキャリア濃度が低下した状態を維持することができる。また、300℃〜600℃の範囲の熱処理は、アルミニウムからなるエミッタ電極を溶融させることもない。
(第3形態) 形態2において、照射後の熱処理の時間は、20秒〜300秒の範囲が好ましい。より好ましくは、20秒〜60秒の範囲がよい。20秒を超える熱処理時間によって、プロトンが蓄積している領域のキャリア濃度を増加させることができる。300秒未満の熱処理時間によって、プロトンが通過した領域のキャリア濃度が低下した状態を維持することができる。60秒未満の熱処理時間によって、プロトンが通過した領域のキャリア濃度が顕著に低下した状態を維持することができる。
The main features of the present invention are listed.
(First Form) Charged particles include protons, helium, electron beams, double hydrogen, tritium, and the like. Of these, protons are preferably used. Proton can reduce the carrier concentration in the region where the proton has passed and increase the carrier concentration in the region where the proton is accumulated by a predetermined heat treatment.
(2nd form) When using a proton for a charged particle, the temperature of the heat processing after irradiation has the preferable range of 300 to 600 degreeC. By the heat treatment exceeding 300 ° C., the carrier concentration in the region where protons are accumulated can be increased. By the heat treatment at less than 600 ° C., it is possible to maintain a state in which the carrier concentration in the region where protons have passed is reduced. Further, the heat treatment in the range of 300 ° C. to 600 ° C. does not melt the emitter electrode made of aluminum.
(3rd form) In
以下に、図面を参照して各実施例を説明する。以下の各実施例の半導体装置は、その半導体材料にシリコンを用いている。しかしながら、本発明の技術思想は、他の半導体材料を用いた半導体装置に対しても有用である。 Embodiments will be described below with reference to the drawings. The semiconductor devices of the following examples use silicon as the semiconductor material. However, the technical idea of the present invention is also useful for semiconductor devices using other semiconductor materials.
(第1実施例)
図1に、半導体装置10の要部断面図を模式的に示す。半導体装置10は、パンチスルー型の縦型のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)である。
半導体装置10は、コレクタ電極22(主電極の一例)と、そのコレクタ電極22上に形成されているコレクタ領域24と、そのコレクタ領域24上に形成されている半導体領域37と、その半導体領域37上に形成されているボディ領域42と、そのボディ領域42の表面部に選択的に形成されているエミッタ領域46及びボディコンタクト領域44と、そのエミッタ領域46及びボディコンタクト領域44に電気的に接続しているエミッタ電極55(主電極の一例)を備えている。コレクタ電極22には、アルミニウムが用いられている。コレクタ領域24は、p型の不純物(典型的にはボロン)を含んでいる。コレクタ領域24の不純物濃度は、概ね5×1016〜1×1019cm-3に調整されている。ボディ領域42は、p型の不純物(典型的にはボロン)を含んでいる。ボディ領域42の不純物濃度は、概ね1×1016〜1×1018cm-3に調整されている。エミッタ領域46は、ボディ領域42によって半導体領域37から隔てられている。エミッタ領域46は、n型の不純物(典型的にはリン又はヒ素)を含んでいる。エミッタ領域46の不純物濃度は、概ね1×1019〜1×1021cm-3に調整されている。ボディコンタクト領域44は、p型の不純物(典型的にはボロン)を含んでいる。ボディコンタクト領域44の不純物濃度は、概ね1×1019〜1×1021cm-3に調整されている。エミッタ電極55には、アルミニウムが用いられている。
(First embodiment)
FIG. 1 schematically shows a cross-sectional view of the main part of the
The
半導体装置10はさらに、トレンチゲート電極54を備えている。トレンチゲート電極54は、ボディ領域42を貫通して半導体領域37に達している。トレンチゲート電極54は、半導体領域37とエミッタ領域46を隔てているボディ領域42にゲート絶縁膜52を介して対向している。トレンチゲート電極54とそれに隣接するトレンチゲート電極54は、所定距離を隔てている。トレンチゲート電極54群は、平面視したときに、ストライプ状に配置されている。トレンチゲート電極54とエミッタ電極55は、絶縁分離膜53によって電気的に分離されている。トレンチゲート電極54には、ポリシリコンが用いられている。
The
半導体領域37は、電界保持領域38とバッファ領域36を備えている。電界保持領域38は、半導体領域37のうちの上部分に形成されている。バッファ領域36は、半導体領域37のうちの下部分に形成されている。バッファ領域36は、コレクタ領域24と電界保持領域38の間に形成されている。
電界保持領域38は、第1部分領域34と第2部分領域32を備えている。電界保持領域38の厚みは、概ね50〜200μmに調整されている。第1部分領域34は、電界保持領域38の表面から裏面にまで伸びている。第2部分領域32も、電界保持領域38の表面から裏面にまで伸びている。第1部分領域34は薄板状の形状を有しており、第2部分領域32もまた薄板状の形状を有している。第1部分領域34と第2部分領域32は、一対の主電極間方向(紙面上下方向)に直交する面内において、ストライプ状に配置されている。したがって、第1部分領域34と第2部分領域32の組合せは、一対の主電極間方向(紙面上下方向)に直交する面内において、一方方向(紙面左右方向)に繰返し形成されている。第1部分領域34は、トレンチゲート電極54を覆っているゲート絶縁膜52の底面52b及び側面52aに接している。
The
The electric
後の製造工程で説明するように、バッファ領域36、第1部分領域34及び第2部分領域32は、n型の不純物を含む半導体領域37にプロトンを打ち込むことによって作り分けられる。したがって、バッファ領域36に導入されているn型の不純物の濃度、第1部分領域34に導入されているn型の不純物の濃度、及び第2部分領域32に導入されているn型の不純物の濃度はほぼ等しい。打ち込まれるプロトンが半導体領域37の一部をn+型に変質したり、半導体領域37の一部をi型に変質したりすることによって、バッファ領域36、第1部分領域34及び第2部分領域32が作り分けられる。
As will be described later in the manufacturing process, the
バッファ領域36は、蓄積したプロトンがドナーを形成することにより作製される。バッファ領域36は、プロトンに起因するドナーによって、ドナー準位の濃度が濃い領域である。ドナー準位の濃度は、キャリア濃度によって評価することができる。バッファ領域36のキャリア濃度は、概ね1×1015〜1×1017cm-3に調整されている。
第1部分領域34は、プロトンが通過しない領域であり、もともとの半導体領域37の状態が維持されている。したがって、第1部分領域34は、不純物濃度とキャリア濃度が一致している。第1部分領域34のキャリア濃度は、概ね5×1013〜2×1014cm-3に調整されている。
第2部分領域32は、プロトンが通過したことによって、半導体領域37の一部に導入されていたn型の不純物の一部が不活性化し、ドナー準位の濃度が薄くなった領域である。第2部分領域32のキャリア濃度は、概ね1×1011〜1×1013cm-3に調整されている。
ここで、電界保持領域38に含まれる不純物濃度及び電界保持領域38の厚みは、所謂パンチスルー型のIGBTのベース領域に基づいて調整されている。したがって、電界保持領域38は、所謂パンチスルー型のIGBTのベース領域の一部に第2部分領域32が形成されていると評価することができる。
The
The first
The second
Here, the impurity concentration contained in the electric
第2部分領域32は、キャリア濃度が薄く調整されている。したがって、第2部分領域32の厚み方向に伸びる電界の強度は一様化される。このため、半導体装置10は、半導体装置10に接続される外部負荷が短絡し、半導体装置10に高電圧・高電流が加わったとしても、発熱領域を第2部分領域32、ひいては電界保持領域38の全体に亘って分散させることができる。これにより、半導体装置10は、短絡時の破壊が抑制され、短絡耐量が向上している。
In the second
第1部分領域34は、キャリア濃度が濃く調整されている。このため、半導体装置10がオフしたときに、電界保持領域38とボディ領域42の接合面から伸びる空乏層の伸びは、第1部分領域34によって抑制される。空乏層の伸びが抑制されると、p型のコレクタ領域22/n型の電界保持領域38/p型のボディ領域42に起因する寄生のバイポーラがオンすることが抑制される。したがって、アバランシェ現象の発生も抑制される。
半導体装置10によると、短絡耐量を向上しながらも、アバランシェ現象の発生も抑制することができる。
The first
According to the
以下に、半導体装置10の他の特徴を記載する。
(1) 半導体装置10では、第1部分領域34と第2部分領域32の組合せが、一対の主電極間方向(紙面上下方向)に直交する面内において、一方方向(紙面左右方向)に繰返し形成されている。このため、第1部分領域34と第2部分領域32は、電界保持領域38内において、分散して形成される。したがって、半導体装置10は、短絡耐量を向上する効果とアバランシェ現象の発生を抑制する効果を有効に得ることができる。
(2) 半導体装置10では、第1部分領域34が、トレンチゲート電極54を覆っているゲート絶縁膜52の底面52b及び側面52aに接している。半導体装置10によると、トレンチゲート電極54を覆っているゲート絶縁膜52の側面52aと第1部分領域34を連続させることができる。したがって、半導体装置10がオンしたときに、トレンチゲート電極54の側面に沿って移動する電子は、第1部分領域34を介してコレクタ電極22とエミッタ電極55の間を移動することができる。半導体装置10は、低いオン電圧を得ることができる。
Other features of the
(1) In the
(2) In the
(半導体装置10の製造方法)
図2及び図3を参照して、半導体装置10の製造方法を説明する。
まず、図2に示される状態まで半導体装置10を作り込む。具体的には、n型の半導体基板30の表面にボロンをイオン注入した後に、熱拡散を実施することによってボディ領域42を形成する。次に、ボディ領域42の表面部の一部にリン(又はヒ素)及びボロンを選択的にイオン注入した後に、熱拡散を実施することによってエミッタ領域46及びボディコンタクト領域44を形成する。
次に、半導体基板30の表面からボディ領域42を貫通するトレンチを形成する。そのトレンチの側壁を熱酸化し、ゲート絶縁膜52を形成する。さらに、トレンチ内にポリシリコンを充填することによってトレンチゲート電極54を形成する。
次に、トレンチゲート電極54の表面に絶縁分離膜53を形成した後に、半導体基板30の表面にエミッタ電極55を形成する。
次に、半導体基板30の裏面からボロンをイオン注入し、600℃以下の低温熱処理によってコレクタ領域24を形成する。
これらの工程を経て、図2に示す状態の半導体装置10が得られる。
(Manufacturing method of the semiconductor device 10)
A method for manufacturing the
First, the
Next, a trench penetrating the
Next, after forming the insulating
Next, boron is ion-implanted from the back surface of the
Through these steps, the
次に、図3に示すように、プロトンの打ち込み工程を実施する。
まず、半導体基板30の表面に対向して複数の開口63が形成されているマスク62を設ける。次に、そのマスク62の開口63越しに半導体基板30に向けてプロトンを打ち込む。このとき、プロトンの投影飛程(プロトンが最も多く存在する領域)が、コレクタ領域24よりも僅かに浅い位置になるように(図3中の領域65参照)、照射エネルギーを設定する。投影飛程の領域65では、プロトンがシリコン原子の原子核と作用し、照射エネルギーを放出することによって加速イオンが停止する(原子核阻止能)。このため、投影飛程の領域65では、プロトンが縦方向及び横方向に拡散する。
一方、通過領域64では、プロトンの照射エネルギーが低下する現象は電子阻止能が中心である。したがって、通過領域64では、プロトンの横方向への広がりは小さい。
Next, as shown in FIG. 3, a proton implantation step is performed.
First, a
On the other hand, in the passing
投影飛程の領域65において、縦方向及び横方向へのプロトンの広がりは、照射エネルギーに概ね比例する。本実施例では、照射エネルギーを4MeVに設定することによって、投影飛程の領域65を半導体基板30の表面から約150μm、縦方向の広がりを10μm、横方向の広がりを8μmに調整している。また、マスク62の幅62a(開口63とそれに隣接する開口63の間の幅)を横方向の広がりの8μm以下にすることによって、蓄積するプロトンの存在範囲を投影飛程の領域65において横方向に連続することができる。
In the
次に、所定温度及び所定時間の熱処理を実施する。これにより、半導体領域37の上部分には、キャリア濃度が濃い第1部分領域34とキャリア濃度が薄い第2部分領域32を備えている電界保持領域38が形成される。また、半導体領域37の下部分には、キャリア濃度が濃いバッファ領域36が形成される。
Next, heat treatment is performed at a predetermined temperature and for a predetermined time. As a result, an electric
図4に、プロトンの打ち込み量と半導体基板30の表面から深さ方向におけるキャリア濃度の関係を示す。図4は、プロトンを半導体基板30に打ち込んだ後に、300℃、30分の熱処理を実施したときの結果である。300℃、30分の熱処理は、表面のエミッタ電極55が溶融しない範囲内の条件である。キャリア濃度の測定は、広がり抵抗測定によって測定した。
図4に示すように、プロトンの打ち込み量を1×1013cm-2以上にすると、通過領域64のキャリア濃度が低下することが分かる。これは、プロトンが通過すると、その通過領域64に結晶欠陥が形成され、その欠陥準位によって通過領域64の不純物が不活性化されるからである。したがって、半導体基板30の一部のキャリア濃度を低下させるためには、プロトンの打ち込み量を1×1013cm-2以上にするのが好ましい。
FIG. 4 shows the relationship between the amount of protons implanted and the carrier concentration in the depth direction from the surface of the
As shown in FIG. 4, it can be seen that the carrier concentration in the
図5に、熱処理時間と半導体基板30の表面から深さ方向におけるキャリア濃度の関係を示す。図5は、熱処理温度が450℃であり、プロトンの打ち込み量を1×1015cm-2にしたときの結果である。450℃の熱処理は、表面のエミッタ電極55が溶解しない範囲内の条件である。
図5に示すように、投影飛程65におけるドナーの形成は、短い熱処理時間でも達成できる。1秒を超える熱処理時間が確保されていれば、投影飛程65においてドナーを形成することができる。しかしながら、熱処理時間が300秒に達すると、通過領域64の欠陥が回復し、通過領域64のキャリア濃度がもともとの不純物濃度(初期濃度)に一致してしまう。したがって、投影飛程65においてドナーを形成しながら、通過領域64においてキャリア濃度を低下させるためには、熱処理時間を300秒未満にすることが望ましい。
FIG. 5 shows the relationship between the heat treatment time and the carrier concentration in the depth direction from the surface of the
As shown in FIG. 5, the formation of the donor in the
(第2実施例)
図6に、第2実施例の半導体装置100の要部断面図を模式的に示す。なお、図1の半導体装置10の同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置100は、第2部分領域132が広く形成されている。第2部分領域132は、電界保持領域138とボディ領域42の接合界面42aの全面に接している。第1部分領域134は、トレンチゲート電極54を覆っているゲート絶縁膜52の底面52bにのみ接している。
半導体装置100では、半導体装置100に接続する外部負荷が短絡した場合、高電流を第2部分領域132を介して流すことができる。第2部分領域132は、キャリア濃度が薄く調整されているので、第2部分領域132の厚み方向に伸びる電界の強度は一様化されている。したがって、半導体装置100に高電圧・高電流が加わったとしても、第2部分領域132の全体に亘って発熱領域を分散させることができる。半導体装置100の短絡耐量は、顕著に改善されている。
なお、上記の作用効果を得るためには、第2部分領域132が、電界保持領域138とボディ領域42の接合界面42aの必ずしも全面に接している必要はない。第2部分領域132は、電界保持領域138とボディ領域42の接合界面42aの広い範囲に接していれば、上記作用効果を得ることができる。
(Second embodiment)
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the main part of the
In the
In the
In order to obtain the above-described effects, the second
(第3実施例)
図7に、第3実施例の半導体装置200の要部断面図を模式的に示す。なお、図1の半導体装置10の同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置200の電界保持領域238は、キャリア濃度が薄い第3部分領域231をさらに備えている。第3部分領域231は、電界保持領域238の裏面部全体に形成されている。
半導体装置200は、キャリア濃度が薄い第3部分領域231が電界保持領域238の裏面部全体に形成されているので、縦方向で保持する電界量を増加させることができる。したがって、半導体装置200の耐圧を向上させることができる。
(Third embodiment)
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a main part of a
The electric
In the
(第4実施例)
図8に、第4実施例の半導体装置300の要部断面図を模式的に示す。なお、図1の半導体装置10の同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置300のコレクタ領域324は、コレクタ電極22上に分散して形成されている。バッファ領域336は、分散するコレクタ領域324の間の領域336aを介してコレクタ電極22に接している。コレクタ領域324は、半導体基板の裏面からボロンを選択的にイオン注入し、熱処理を実施することによって形成することができる。
半導体装置300によると、ターンオフしたときに、半導体領域37に蓄積していた電子は、コレクタ領域324の間の領域336aを介してコレクタ電極22に素早く排出される。したがって、半導体装置300は、スイッチング速度を向上させることができる。さらに、半導体装置300は、p型のコレクタ領域324と、n型の半導体領域37と、p型のボディ領域42によって構成されている寄生バイポーラの動作を抑制し、アバランシェ現象の発生を抑制することができる。
(Fourth embodiment)
FIG. 8 schematically shows a cross-sectional view of a relevant part of a
The
According to the
(第5実施例)
図9に、第5実施例の半導体装置400の要部断面図を模式的に示す。なお、図1の半導体装置10の同一の構成要素に関しては同一符号を付し、その説明を省略する。
半導体装置400は、縦型のMISFETの構造を備えている。半導体装置400は、コレクタ電極22に代えて、ドレイン電極422を備えている。半導体装置400は、エミッタ電極55に代えて、ソース電極455を備えている。半導体装置400は、コレクタ領域24に代えて、n型の不純物を高濃度に含むドレイン領域424を備えている。半導体装置400は、エミッタ領域46に代えて、n型の不純物を高濃度に含むソース領域446を備えている。なお、ドレイン領域424とバッファ領域36は、同一濃度で形成されていてもよい。
半導体装置400も、電界保持領域38に第1部分領域34と第2部分領域32を備えている。仮に、電界保持領域38の全体が第2部分領域32のみで構成されていると、高電圧・高電流が加わったときに、電界保持領域38とバッファ領域36の接合界面の近傍の電界強度が高くなり、アバランシェ現象の発生を促進させてしまう。
一方、半導体装置400のように、電界保持領域38が第1部分領域34と第2部分領域32を備えていることによって、高電圧・高電流が加わったとしても、電界保持領域38とバッファ領域36の接合界面の近傍の電界強度が高くなり過ぎる現象を抑えることができる。
(5th Example)
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of a main part of a
The
The
On the other hand, since the electric
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
22:コレクタ電極
24、324:コレクタ領域
32、132:第2部分領域
34、134:第1部分領域
36、336:バッファ領域
37、137、237:半導体領域
38、138、238:電界保持領域
42:ボディ領域
44:ボディコンタクト領域
46:エミッタ領域
52:ゲート絶縁膜
53:絶縁分離膜
54:トレンチゲート電極
55:エミッタ電極
231:第3部分領域
422:ドレイン電極
424:ドレイン領域
446:ソース領域
455:ソース電極
22:
Claims (16)
その電界保持領域は、一対の主電極間方向に直交する面内において、キャリア濃度が相対的に濃い第1部分領域と、キャリア濃度が相対的に薄い第2部分領域を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising an electric field holding region where a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes,
The electric field holding region includes a first partial region having a relatively high carrier concentration and a second partial region having a relatively low carrier concentration in a plane perpendicular to the direction between the pair of main electrodes. A semiconductor device.
第1主電極と、
その第1主電極上に形成されており、第1導電型の不純物を含むコレクタ領域と、
そのコレクタ領域上に形成されている半導体領域と、
その半導体領域上に形成されている第1導電型の不純物を含むボディ領域と、
そのボディ領域によって半導体領域から隔てられており、第2導電型の不純物を含むエミッタ領域と、
そのエミッタ領域に電気的に接続している第2主電極と、
ボディ領域を貫通しており、半導体領域とエミッタ領域を隔てているボディ領域にゲート絶縁膜を介して対向しているトレンチゲート電極と、を備えており、
前記半導体領域は、電界保持領域を有し、
その電界保持領域は、一対の主電極間方向に直交する面内において、第2導電型のキャリア濃度が相対的に濃い第1部分領域と、第2導電型のキャリア濃度が相対的に薄い第2部分領域を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising an electric field holding region where a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes,
A first main electrode;
A collector region formed on the first main electrode and containing a first conductivity type impurity;
A semiconductor region formed on the collector region;
A body region containing a first conductivity type impurity formed on the semiconductor region;
An emitter region that is separated from the semiconductor region by the body region and includes an impurity of a second conductivity type;
A second main electrode electrically connected to the emitter region;
A trench gate electrode penetrating the body region and facing the body region separating the semiconductor region and the emitter region via a gate insulating film,
The semiconductor region has an electric field holding region,
The electric field holding region includes a first partial region in which the second conductivity type carrier concentration is relatively high and a second conductivity type carrier concentration in the surface perpendicular to the direction between the pair of main electrodes. A semiconductor device comprising two partial regions.
そのバッファ領域は、コレクタ領域と電界保持領域の間に形成されていることを特徴とする請求項3の半導体装置。 The semiconductor region further includes a buffer region having a high carrier concentration of the second conductivity type,
4. The semiconductor device according to claim 3, wherein the buffer region is formed between the collector region and the electric field holding region.
半導体領域は、分散するコレクタ領域の間を介して第1主電極に接していることを特徴とする請求項3又は4の半導体装置。 The collector region is formed dispersed on the first main electrode,
5. The semiconductor device according to claim 3, wherein the semiconductor region is in contact with the first main electrode through the collector regions that are dispersed.
第1主電極と、
その第1主電極上に形成されており、第2導電型の不純物を含むドレイン領域と、
そのドレイン領域上に形成されている半導体領域と、
その半導体領域上に形成されている第1導電型の不純物を含むボディ領域と、
そのボディ領域によって半導体領域から隔てられており、第2導電型の不純物を含むソース領域と、
そのソース領域に電気的に接続している第2主電極と、
ボディ領域を貫通しており、半導体領域とソース領域を隔てているボディ領域にゲート絶縁膜を介して対向しているトレンチゲート電極と、を備えており、
前記半導体領域は、電界保持領域を有し、
その電界保持領域は、一対の主電極間方向に直交する面内において、第2導電型のキャリア濃度が相対的に濃い第1部分領域と、第2導電型のキャリア濃度が相対的に薄い第2部分領域を備えていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device comprising an electric field holding region where a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes,
A first main electrode;
A drain region formed on the first main electrode and containing a second conductivity type impurity;
A semiconductor region formed on the drain region;
A body region containing a first conductivity type impurity formed on the semiconductor region;
A source region that is separated from the semiconductor region by the body region and that includes impurities of a second conductivity type;
A second main electrode electrically connected to the source region;
A trench gate electrode penetrating the body region and facing the body region separating the semiconductor region and the source region via a gate insulating film,
The semiconductor region has an electric field holding region,
The electric field holding region includes a first partial region in which the second conductivity type carrier concentration is relatively high and a second conductivity type carrier concentration in the surface perpendicular to the direction between the pair of main electrodes. A semiconductor device comprising two partial regions.
第2部分領域も、電界保持領域の表面から裏面にまで伸びていることを特徴とする請求項3〜8のいずれかの半導体装置。 The first partial region extends from the front surface to the back surface of the electric field holding region,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the second partial region also extends from the front surface to the back surface of the electric field holding region.
その第3部分領域は、電界保持領域の裏面部全体に形成されていることを特徴とする請求項3〜11のいずれかの半導体装置。 The electric field holding region further includes a third partial region in which the carrier concentration of the second conductivity type is relatively thin,
12. The semiconductor device according to claim 3, wherein the third partial region is formed on the entire back surface portion of the electric field holding region.
不純物を含む半導体基板の表面に対向して複数の開口が形成されているマスクを設ける工程と、
前記マスクの開口越しに半導体基板に向けて荷電粒子を打ち込む工程を備えており、
荷電粒子が通過した領域に導入されていた不純物の一部が不活性化されることによって、半導体基板内にキャリア濃度が相対的に濃い第1部分領域とキャリア濃度が相対的に薄い第2部分領域を備えている電界保持領域が形成されることを特徴とする製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device comprising an electric field holding region in which a depletion layer is formed when turned off between a pair of main electrodes,
Providing a mask having a plurality of openings formed facing the surface of a semiconductor substrate containing impurities;
A step of implanting charged particles toward the semiconductor substrate through the opening of the mask;
A part of the impurity introduced into the region through which the charged particles have passed is inactivated, whereby a first partial region having a relatively high carrier concentration and a second portion having a relatively low carrier concentration in the semiconductor substrate. An electric field holding region having a region is formed.
The manufacturing method according to claim 15, wherein in the implantation step, charged particles are implanted at 1 × 10 13 cm −2 or more.
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