JP2008004772A - Semiconductor device and semiconductor wafer - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置および半導体ウエハに関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a semiconductor wafer in which a transistor having a trench gate structure is formed.
トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置が、例えば、特開平11−266010号公報(特許文献1)、特開2002−16252号公報(特許文献2)、特開2003−101020号公報(特許文献3)に開示されている。 Semiconductor devices in which a transistor having a trench gate structure is formed include, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-266010 (Patent Document 1), Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-16252 (Patent Document 2), and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-101020. (Patent Document 3).
図7は、特許文献3に開示された従来の半導体装置で、トレンチゲート構造のIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が構成されてなる半導体装置90の模式的な断面図である。また、図8は、図7に示す半導体装置90の要部の半導体チップ1cに対する代表的な配置例を示した平面図である。
FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of a
半導体装置90では、図7に示すように、IGBTのドリフト層11となる半導体チップ1cの表面に、均一な厚さの半導体層12が形成されている。エミッタ領域13は、半導体層12の表面層に選択的に形成されている。ポリシリコンよりなるゲート電極14は、エミッタ領域13の表面から半導体層12を貫通してドリフト層11に達するトレンチの内部に、ゲート酸化膜15を介して設けられている。エミッタ電極16は、層間絶縁膜17を介して、エミッタ領域13および半導体層12の一部(近接する2つのエミッタ領域13に挟まれる部分)12aに、共通に接触して形成されている。一方、半導体チップ1cの裏面には、コレクタ層18が形成されており、さらにコレクタ電極19が形成されている。
In the
半導体装置90においては、図7と図8に示すように、半導体層12が、ゲート酸化膜15とゲート電極14からなるトレンチゲートTgによって、複数の領域に分断されている。半導体層12のトレンチゲートTgによる複数の分断領域のうち、エミッタ電極16が接触する分断領域を固定電位領域12aとし、エミッタ電極16が接触しない分断領域を浮遊電位領域12bとする。この時、半導体装置90においては、固定電位領域12aと浮遊電位領域12bが、図のように交互に配置されている。
図9(a)は、図8に示す半導体装置90が形成された半導体チップ1cを切り出す前の従来の半導体ウエハ1wの模式的な平面図であり、図9(b)は、図9(a)における一点鎖線A−Aでの断面図である。尚、図9(a)では、図7と図8に示した半導体装置90のトレンチゲートTgのみを、簡略化して示している。図9(a)の半導体ウエハ1wにおいて、破線で示したラインに沿って半導体装置90が切り出され、図8に示す半導体装置90が形成された半導体チップ1cとなる。
FIG. 9A is a schematic plan view of a
図9(a)に示す従来の半導体ウエハ1wでは、トレンチゲート構造を有する半導体装置90のトレンチゲートTgが、半導体ウエハ1wの面内で一方向に並んで配置されている。このため、図9(b)に示すように、製造途中で半導体ウエハ1wにトレンチTを形成した後では、半導体ウエハ1wに下に凸の反りが発生し易い。特に、パターンの微細化等に伴うトレンチTの本数の増加、あるいはIGBTの特性を向上させるための半導体ウエハ1wの薄厚化(例えば、200μm以下)に伴って、トレンチTの形成による半導体ウエハ1wの反りの程度が大きくなる(例えば、数mm〜十数mm)。このため、反りの発生した半導体ウエハ1wについては、後工程への搬送が困難になり工程内にて割れや落下等が発生したり、露光がウエハ面内で不均一となり露光不良が発生したり、さらには研磨や切断等の加工ができなくなったりして、歩留りが低下する。
In the
そこで本発明は、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置および半導体ウエハであって、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置および半導体ウエハを提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device and a semiconductor wafer in which a transistor having a trench gate structure is formed, and a semiconductor device and a semiconductor wafer that are unlikely to be warped by a trench gate.
請求項1に記載の半導体装置は、半導体チップに、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置であって、前記トランジスタのトレンチゲートが、前記半導体チップの表層部に形成された複数のライン状ゲート要素部からなり、平行に並んで配置された前記ライン状ゲート要素部で、ゲート要素部平行組が構成され、前記半導体チップの表層部に複数組の前記ゲート要素部平行組が配置されてなり、隣接して配置された前記ゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有してなることを特徴としている。 The semiconductor device according to claim 1 is a semiconductor device in which a transistor having a trench gate structure is formed in a semiconductor chip, wherein a plurality of trench gates of the transistor are formed in a surface layer portion of the semiconductor chip. A gate element portion parallel set is configured by the line-shaped gate element portions, which are composed of line-shaped gate element portions and arranged in parallel, and a plurality of sets of the gate element portion parallel sets are arranged on the surface layer portion of the semiconductor chip. The line-shaped gate element portions of the gate element portion parallel set arranged adjacent to each other have different line directions.
上記半導体装置においては、隣接して配置されたゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有している。従って、上記半導体装置が形成された半導体チップでは、少なくとも2組の互いにライン方向が異なったゲート要素部平行組が存在することとなる。このため、一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の上記半導体装置を製造する場合、複数個の半導体装置を半導体ウエハにどのように配置しても、全てのライン状ゲート要素部が半導体ウエハ上で特定のライン方向に揃うことはない。 In the semiconductor device described above, the parallel gate element portions arranged adjacent to each other have different line directions. Therefore, in the semiconductor chip on which the semiconductor device is formed, there are at least two sets of gate element part parallel sets having different line directions. For this reason, when a plurality of semiconductor devices are manufactured by cutting from a single semiconductor wafer, no matter what the plurality of semiconductor devices are arranged on the semiconductor wafer, all the line gate element portions are on the semiconductor wafer. In a specific line direction.
従って、上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される上記半導体装置も、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置とすることができる。 Accordingly, the semiconductor wafer in the process of manufacturing the semiconductor device is unlikely to warp even after the trench is formed. Therefore, the semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can also be a semiconductor device in which warpage due to the trench gate hardly occurs.
また、該半導体ウエハは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される上記半導体装置は、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。 In addition, the semiconductor wafer is easily transported to a subsequent process, is not easily cracked or dropped, and is less susceptible to processing defects such as exposure failure and polishing / cutting. For this reason, the semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can have a high yield and can be an inexpensive semiconductor device.
請求項2に記載のように、上記半導体装置においては、前記隣接して配置された前記ゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が、互いに略直交するライン方向を有してなることが好ましい。これによれば、隣接して配置されたゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が同じライン方向の成分を有さないこととなる。このため、隣接して配置されたゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が互いに斜めに交わる場合に較べて、ライン方向をより分散させ、上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハおよび上記半導体装置の反りをより抑制することができる。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device, it is preferable that the line-shaped gate element portions of the parallel arrangement of the gate element portions arranged adjacent to each other have a line direction substantially orthogonal to each other. . According to this, the line-shaped gate element part of the gate element part parallel set arrange | positioned adjacently will not have the component of the same line direction. Therefore, as compared to the case where the line-shaped gate element portions of the gate element portion parallel set arranged adjacent to each other cross each other obliquely, the line direction is more dispersed, and the semiconductor wafer and the semiconductor in the process of manufacturing the semiconductor device Device warpage can be further suppressed.
また、請求項3に記載のように、互いに異なるライン方向を有する隣接して配置された前記ゲート要素部平行組は、市松模様状に配置されてなることが好ましい。これによっても、上記半導体装置および上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハにおいて、ライン状ゲート要素部のライン方向をより細かく分散させることができ、上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハおよび上記半導体装置の反りをより抑制することができる。 In addition, as described in claim 3, it is preferable that the gate element part parallel sets arranged adjacent to each other having different line directions are arranged in a checkered pattern. This also makes it possible to finely disperse the line direction of the line-shaped gate element portion in the semiconductor device and the semiconductor wafer in the process of manufacturing the semiconductor device, and the semiconductor wafer and the semiconductor in the process of manufacturing the semiconductor device. Device warpage can be further suppressed.
請求項4に記載のように、上記半導体装置に形成される前記トレンチゲート構造を有するトランジスタは、例えば、IGBTとすることができる。IGBTは、半導体チップの厚さを低減することで特性を向上させることができる。また、上記したライン状ゲート要素の配置をとることで、半導体チップの厚さを低減した場合であっても、反りの発生を防止することができる。 The transistor having the trench gate structure formed in the semiconductor device may be an IGBT, for example. The IGBT can improve the characteristics by reducing the thickness of the semiconductor chip. Further, by taking the arrangement of the line-shaped gate elements described above, it is possible to prevent warping even when the thickness of the semiconductor chip is reduced.
また、請求項5に記載のように、半導体チップに、トレンチゲート構造を有するIGBTが形成されてなる半導体装置であって、前記IGBTのトレンチゲートが、前記半導体チップの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなり、前記複数のライン状ゲート要素部により、前記半導体チップの表層部に選択的に形成された所定の不純物拡散領域が、複数の領域に分断されてなり、前記複数の分断領域のうち、前記IGBTのエミッタ電極が接続される分断領域を第1分断領域、前記IGBTのエミッタ電極が接続されない分断領域を第2分断領域とした時、前記第1分断領域と第2分断領域が、前記半導体チップの表層部に交互に並んで配置されてなる半導体装置においては、前記第2分断領域に、前記トレンチゲートと同じ断面構造を有する複数の互いに平行なライン状ダミー要素部が、前記ライン状ゲート要素部と異なるライン方向で配置されてなる構成としてもよい。 According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device in which an IGBT having a trench gate structure is formed on a semiconductor chip, wherein the trench gate of the IGBT is formed on a surface layer portion of the semiconductor chip and is parallel to the semiconductor device. Predetermined impurity diffusion regions selectively formed in the surface layer portion of the semiconductor chip by the plurality of line-shaped gate element portions are formed in a plurality of regions. When the divided region to which the IGBT emitter electrode is connected is the first divided region and the divided region to which the IGBT emitter electrode is not connected is the second divided region among the plurality of divided regions, In the semiconductor device in which the first divided region and the second divided region are alternately arranged in the surface layer portion of the semiconductor chip, the second divided region is arranged in front of the second divided region. A plurality of parallel line-shaped dummy element portion together with the same cross-sectional structure as the trench gate may be configured to become disposed in a different line direction and the line-shaped gate element portion.
上記半導体装置においては、ライン状ゲート要素部と第2分断領域に配置されるライン状ダミー要素部が、互いに異なるライン方向を有している。従って、上記半導体装置が形成された半導体チップにおいて、ライン方向が異なったライン状ゲート要素部とライン状ダミー要素部が存在することとなる。このため、一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の上記半導体装置を製造する場合、複数個の半導体装置を半導体ウエハにどのように配置しても、全てのライン状ゲート要素部とライン状ダミー要素部が半導体ウエハ上で特定のライン方向に揃うことはない。 In the semiconductor device, the line-shaped gate element portion and the line-shaped dummy element portion arranged in the second dividing region have different line directions. Therefore, in the semiconductor chip on which the semiconductor device is formed, there are a line-shaped gate element portion and a line-shaped dummy element portion having different line directions. For this reason, when a plurality of semiconductor devices are manufactured by cutting out from a single semiconductor wafer, no matter how the plurality of semiconductor devices are arranged on the semiconductor wafer, all the line gate elements and the line dummy The element portions are not aligned in a specific line direction on the semiconductor wafer.
従って、上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される上記半導体装置も、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置とすることができる。 Accordingly, the semiconductor wafer in the process of manufacturing the semiconductor device is unlikely to warp even after the trench is formed. Therefore, the semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can also be a semiconductor device in which warpage due to the trench gate hardly occurs.
また、該半導体ウエハは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される上記半導体装置も、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。 In addition, the semiconductor wafer is easily transported to a subsequent process, is not easily cracked or dropped, and is less susceptible to processing defects such as exposure failure and polishing / cutting. For this reason, the semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can also be a low-cost semiconductor device with a high yield.
請求項6に記載のように、上記半導体装置においては、前記ライン状ゲート要素部とライン状ダミー要素部が、互いに略直交するライン方向を有してなることが好ましい。これによれば、ライン状ゲート要素部とライン状ダミー要素部が同じライン方向の成分を有さないこととなる。このため、ライン状ゲート要素部とライン状ダミー要素部が互いに斜めに交わる場合に較べて、ライン方向をより分散させ、上記半導体装置の製造途中にある半導体ウエハおよび上記半導体装置の反りをより抑制することができる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device, the line-shaped gate element portion and the line-shaped dummy element portion preferably have line directions that are substantially orthogonal to each other. According to this, the line-shaped gate element portion and the line-shaped dummy element portion do not have the same line direction component. For this reason, compared with the case where the line-shaped gate element portion and the line-shaped dummy element portion cross each other at an angle, the line direction is more dispersed and the warpage of the semiconductor wafer and the semiconductor device in the process of manufacturing the semiconductor device is further suppressed. can do.
請求項7に記載のように、上記半導体装置においては、前記ライン状ダミー要素部のラインが、リング形状であってもよい。この場合にも、ライン状ゲート要素部と第2分断領域に配置されるライン状ダミー要素部が、互いに異なるライン方向を有することとなり、反りの発生を抑制することができる。 According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device, the line of the line-shaped dummy element portion may have a ring shape. Also in this case, the line-shaped gate element portion and the line-shaped dummy element portion arranged in the second dividing region have mutually different line directions, and the occurrence of warpage can be suppressed.
請求項8に記載のように、前記半導体チップの厚さは、反り防止とIGBTを形成した場合に特性向上を両立できる、300μm以下の厚さであってよく、特に請求項9に記載のように、150μm以下であってもよい。 As described in claim 8, the thickness of the semiconductor chip may be a thickness of 300 μm or less, and can improve both characteristics when warping is prevented and an IGBT is formed. Further, it may be 150 μm or less.
請求項10〜15に記載の発明は、一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の半導体装置を製造する場合の半導体ウエハに関するもので、特に、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなるトレンチゲートが形成された半導体装置の製造に適した半導体ウエハに関する。 The invention described in claims 10 to 15 relates to a semiconductor wafer when a plurality of semiconductor devices are manufactured by cutting out from a single semiconductor wafer, and in particular, a plurality of line-shaped gate elements arranged in parallel. The present invention relates to a semiconductor wafer suitable for manufacturing a semiconductor device in which a trench gate composed of a portion is formed.
請求項10に記載の半導体ウエハは、半導体装置の単位構成領域が、複数個配置された半導体ウエハであって、前記半導体装置が、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置であって、前記トランジスタのトレンチゲートが、前記半導体ウエハの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなり、隣接して配置された前記単位構成領域のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有してなることを特徴としている。 The semiconductor wafer according to claim 10 is a semiconductor wafer in which a plurality of unit configuration regions of a semiconductor device are arranged, and the semiconductor device is a semiconductor device in which a transistor having a trench gate structure is formed. The trench gate of the transistor is formed in a surface layer portion of the semiconductor wafer, and is composed of a plurality of line-shaped gate element portions arranged in parallel, and the line-shaped gate element of the unit configuration region disposed adjacent to the trench gate. The parts are characterized by having different line directions.
上記半導体ウエハにおいては、隣接して配置された単位構成領域のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有している。従って、上記半導体ウエハでは、少なくとも2つの互いにライン方向が異なった単位構成領域が存在することとなる。このため、全てのライン状ゲート要素部が上記半導体ウエハ上で特定のライン方向に揃うことはない。 In the semiconductor wafer, the line-shaped gate element portions of the unit configuration regions arranged adjacent to each other have different line directions. Therefore, in the semiconductor wafer, there are at least two unit constituent regions having different line directions. For this reason, not all the line-shaped gate element parts are aligned in a specific line direction on the semiconductor wafer.
従って、上記半導体ウエハは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い半導体ウエハとすることができる。また、上記半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置についても、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置とすることができる。 Therefore, the semiconductor wafer can be a semiconductor wafer which hardly warps even after the trench is formed. Further, a semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can also be a semiconductor device in which warpage due to a trench gate hardly occurs.
また、上記半導体ウエハは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、上記半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置は、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。 In addition, the semiconductor wafer can be easily transported to a subsequent process, is not easily cracked or dropped, and is less prone to processing defects such as exposure failure and polishing / cutting. For this reason, a semiconductor device manufactured by cutting out from the semiconductor wafer can be a low-cost semiconductor device with a high yield.
請求項11に記載の半導体ウエハは、前記隣接して配置された前記単位構成領域のライン状ゲート要素部が、互いに略直交するライン方向を有してなることを特徴としている。請求項12に記載の半導体ウエハは、互いに異なるライン方向を有する隣接して配置された前記単位構成領域が、市松模様状に配置されてなることを特徴としている。また、請求項13に記載の半導体ウエハは、前記トランジスタが、IGBTであることを特徴としている。
The semiconductor wafer according to an eleventh aspect is characterized in that the line-shaped gate element portions of the unit configuration regions arranged adjacent to each other have line directions substantially perpendicular to each other. The semiconductor wafer according to a twelfth aspect is characterized in that the unit constituent regions arranged adjacent to each other having different line directions are arranged in a checkered pattern. The semiconductor wafer according to
尚、上記請求項11〜13に記載の半導体ウエハにより得られる効果は、請求項2〜4に記載の半導体装置において説明した効果と同様であり、その説明は省略する。 In addition, the effect obtained by the semiconductor wafer of the said Claims 11-13 is the same as the effect demonstrated in the semiconductor device of Claims 2-4, The description is abbreviate | omitted.
また、請求項8,9に記載の半導体装置の半導体チップと同様に、請求項14に記載のように、前記半導体ウエハの厚さは、反り防止とIGBTを形成した場合に特性向上を両立できる、300μm以下の厚さであってよく、特に請求項15に記載のように、150μm以下であってもよい。
Further, as in the semiconductor chip of the semiconductor device according to the eighth and ninth aspects, the thickness of the semiconductor wafer can improve both the prevention of warpage and the improvement of the characteristics when the IGBT is formed. The thickness may be 300 μm or less, and particularly may be 150 μm or less as described in
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図に基づいて説明する。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の半導体装置の一例で、半導体装置100の模式的な平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view of a
図1に示す半導体装置100は、半導体チップ1cに、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置である。この半導体装置100に形成されるトレンチゲート構造を有するトランジスタは、例えば、図7に示したようなIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)とすることができる。尚、簡単化のために、図1では、半導体チップ1cに形成された半導体装置100のトレンチゲートのみを太線で示してある。また、半導体装置100の断面構造は図示を省略したが、半導体装置100に形成されるトレンチゲート構造は、例えば図7に示した従来の半導体装置90におけるトレンチゲート構造と同様とすることができる。すなわち、図7に示すように、トレンチTの内部に、ゲート酸化膜15を介してポリシリコンよりなるゲート電極14を埋め込んで、トレンチゲート構造とする。
A
図1の半導体装置100では、トランジスタのトレンチゲートが、半導体チップ1cの表層部に形成された複数のライン状ゲート要素部Teからなり、平行に並んで配置されたライン状ゲート要素部Teで、図中に一点鎖線で囲ったゲート要素部平行組Pa〜Pdが構成されている。半導体装置100では、半導体チップ1cの表層部に4組のゲート要素部平行組Pa〜Pdが配置され、隣接して配置されたゲート要素部平行組Pa〜Pdのライン状ゲート要素部Teが、互いに異なるライン方向を有する配置となっている。
In the
このように、図1の半導体装置100においては、隣接して配置されたゲート要素部平行組Pa〜Pdのライン状ゲート要素部Teが、互いに異なるライン方向を有している。従って、半導体装置100が形成された半導体チップ1cでは、少なくとも2組の互いにライン方向が異なったゲート要素部平行組が存在することとなる(Pa,PdとPb,Pc)。このため、例えば図9(a)のように一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の図1に示す半導体装100を製造する場合、複数個の半導体装置100を半導体ウエハにどのように配置しても、全てのライン状ゲート要素部Teが半導体ウエハ上で特定のライン方向に揃うことはない。
As described above, in the
従って、半導体装置100の製造途中にある上記半導体ウエハは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置100も、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置となっている。
Therefore, the semiconductor wafer in the process of manufacturing the
また、該半導体ウエハは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置100は、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。
In addition, the semiconductor wafer is easily transported to a subsequent process, is not easily cracked or dropped, and is less susceptible to processing defects such as exposure failure and polishing / cutting. For this reason, the
特に、図1の半導体装置100においては、隣接して配置されたゲート要素部平行組Pa〜Pdのライン状ゲート要素部Teが、互いに略直交するライン方向を有している。これによって、隣接して配置されたゲート要素部平行組Pa〜Pdのライン状ゲート要素部Teが同じライン方向の成分を有さないこととなる。このため、隣接して配置されたゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が互いに斜めに交わる場合(図示省略)に較べて、ライン方向をより分散させ、半導体装100の製造途中にある半導体ウエハおよび半導体装置100の反りをより抑制することができる。
In particular, in the
また、図1に示す半導体装置100のように、複数組のゲート要素部平行組は、互いに異なるライン方向を有する隣接して配置されたゲート要素部平行組が、市松模様状に配置されてなることが好ましい。これによっても、該半導体装置および該半導体装置の製造途中にある半導体ウエハにおいて、ライン状ゲート要素部Teのライン方向をより細かく分散させることができ、該半導体装置の製造途中にある半導体ウエハおよび該半導体装置の反りをより抑制することができる。
Further, as in the
上述したように、図1の半導体装置100に形成されるトレンチゲート構造を有するトランジスタは、例えば、IGBTとすることができる。IGBTは、半導体チップ1cの厚さを低減することで特性を向上させることができる。また、上述したライン状ゲート要素部Teの配置をとることで、半導体チップ1cの厚さを低減した場合であっても、反りの発生を防止することができる。
As described above, the transistor having the trench gate structure formed in the
図2〜図5は、本発明における別の半導体装置の例で、半導体装置101〜107の模式的な平面図である。
2 to 5 are schematic plan views of the
図2〜図5に示す半導体装置101〜107は、いずれも、半導体チップ1cに、トレンチゲート構造を有するIGBTが形成されてなる半導体装置である。尚、図2〜図5の半導体装置101〜107において、図7と図8に示す半導体装置90と同様の部分については、同じ符号を付した。また、簡単化のために、図2〜図5の半導体装置101〜107においても、トレンチゲートTgを太線で示してある。半導体装置101〜107の断面構造は、図7に示す半導体装置90の断面構造と類似するため、図示を省略した。
Each of the
図2〜図5の半導体装置101〜107は、いずれも、図7と図8に示した半導体装置90と類似の構造を有している。すなわち、半導体装置101〜107では、図7に示すIGBTのドリフト層11となる半導体チップ1cの表面に、均一な厚さの半導体層12が形成されている。エミッタ領域13は、半導体層12の表面層に選択的に形成されている。ポリシリコンよりなるゲート電極14は、エミッタ領域13の表面から半導体層12を貫通してドリフト層11に達するトレンチの内部に、ゲート酸化膜15を介して設けられている。エミッタ電極16は、層間絶縁膜17を介して、エミッタ領域13および半導体層12の一部(近接する2つのエミッタ領域13に挟まれる部分)12aに、共通に接触して形成されている。一方、半導体チップ1cの裏面には、コレクタ層18が形成されており、さらにコレクタ電極19が形成されている。
Each of the
図2〜図5の半導体装置101〜107では、IGBTのトレンチゲートが、半導体チップ1cの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部Tgからなる。この複数のライン状ゲート要素部Tgにより、半導体チップ1cの表層部に選択的に形成された所定の不純物拡散領域12(図7に示した半導体層12に対応)が、複数の領域12a,12bに分断されている。複数の分断領域12a,12bのうち、IGBTのエミッタ電極が接続される分断領域を第1分断領域12a(図7に示した固定電位領域12aに対応)、IGBTのエミッタ電極が接続されない分断領域を第2分断領域12b(図7に示した浮遊電位領域12bに対応)とする。この時、半導体装置101〜107においては、第1分断領域12aと第2分断領域12bが、図のように半導体チップ1cの表層部に交互に並んで配置されている。
In the
一方、図2〜図5の半導体装置101〜107は、図8に示した半導体装置90と異なり、第2分断領域12bに、トレンチゲートTgと同じ断面構造を有する同じく太線で示した複数の互いに平行なライン状ダミー要素部Tda〜Tddが、ライン状ゲート要素部Tgと異なるライン方向で配置されている。尚、ライン状ダミー要素部Tda〜Tddは、IGBTのゲート配線に接続されず、ゲート機能を有していないダミーのトレンチ構造部である。
On the other hand, unlike the
図2(a),(b)の半導体装置101,102では、ライン状ダミー要素部Tdaが、ライン状ゲート要素部Tgに対して斜めのライン方向で配置されている。尚、図2(a)の半導体装置101では、ライン状ダミー要素部Tdaが、図の左右の隣同士で上下方向に揃って配置されており、図2(b)の半導体装置102では、ライン状ダミー要素部Tdaが、図の左右の隣同士で上下方向にずれて配置されている。
In the
図2(a),(b)の半導体装置101,102においては、ライン状ゲート要素部Tgと第2分断領域12bに配置されるライン状ダミー要素部Tdaが、互いに異なるライン方向を有している。従って、半導体装置101,102が形成された半導体チップ1cにおいて、ライン方向が異なったライン状ゲート要素部Tgとライン状ダミー要素部Tdaが存在することとなる。このため、一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の半導体装置101,102を製造する場合、複数個の半導体装置101,102を半導体ウエハにどのように配置しても、全てのライン状ゲート要素部Tgとライン状ダミー要素部Tdaが半導体ウエハ上で特定のライン方向に揃うことはない。
In the
従って、半導体装置101,102の製造途中にある半導体ウエハは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置101,102も、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置とすることができる。
Accordingly, the semiconductor wafer in the process of manufacturing the
また、該半導体ウエハは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、該半導体ウエハから切り出して製造される半導体装置101,102も、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。
In addition, the semiconductor wafer is easily transported to a subsequent process, is not easily cracked or dropped, and is less susceptible to processing defects such as exposure failure and polishing / cutting. For this reason, the
図3(a),(b)の半導体装置103,104では、ライン状ダミー要素部Tdbが、ライン状ゲート要素部Tgに対して略直交するライン方向で配置されている。尚、図3(a)の半導体装置103では、ライン状ダミー要素部Tdbが、図の左右の隣同士で上下方向に揃って配置されており、図3(b)の半導体装置104では、ライン状ダミー要素部Tdbが、図の左右の隣同士で上下方向にずれて配置されている。図3(a),(b)の半導体装置103,104では、ライン状ゲート要素部Tgとライン状ダミー要素部Tdbが同じライン方向の成分を有さないこととなる。このため、ライン状ゲート要素部Tgとライン状ダミー要素部Tdaが互いに斜めに交わる図2(a),(b)の半導体装置101,102に較べて、ライン方向をより分散させ、製造途中にある半導体ウエハおよび半導体装置103,104の反りをより抑制することができる。
In the
図4の半導体装置105では、ジグザグ形状のライン状ダミー要素部Tdcが、第2分断領域12bに配置されている。また、図5(a),(b)の半導体装置106,107では、リング形状のライン状ダミー要素部Tddが、第2分断領域12bに配置されている。このように、ライン状ダミー要素部Tdc,Tddのラインが、ジグザグ形状やリング形状であってもよい。この場合にも、ライン状ゲート要素部Tgと第2分断領域12bに配置されるライン状ダミー要素部Tdc,Tddが、互いに異なるライン方向を有することとなり、反りの発生を抑制することができる。
In the
尚、図1〜図5に示した半導体装置100〜107において、半導体チップ1cの厚さは、反り防止とIGBTを形成した場合に特性向上を両立できる、300μm以下の厚さであってよく、特に、150μm以下であってもよい。
In the
次に、本発明の別の例で、一枚の半導体ウエハから切り出して複数個の半導体装置を製造する場合の半導体ウエハで、特に、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなるトレンチゲートが形成された半導体装置の製造に適した半導体ウエハについて説明する。 Next, in another example of the present invention, a semiconductor wafer in which a plurality of semiconductor devices are manufactured by cutting out from one semiconductor wafer, in particular, from a plurality of line-shaped gate element portions arranged in parallel. A semiconductor wafer suitable for manufacturing a semiconductor device in which a trench gate is formed will be described.
図6は、本発明の半導体ウエハの一例で、図6(a)は、半導体ウエハ1xの模式的な平面図である。図6(b),(c)は、図6(a)の半導体ウエハ1xに形成されている半導体装置91の別の例で、それぞれ、半導体装置92,93の模式的な平面図である。尚、図6(a)に示す半導体ウエハ1xにおいて、図9に示す半導体ウエハ1wと同様の部分については、同じ符号を付した。また、図6(b),(c)に示す半導体装置92,93において、図8に示す半導体装置90と同様の部分については、同じ符号を付した。
FIG. 6 is an example of the semiconductor wafer of the present invention, and FIG. 6A is a schematic plan view of the
図6(a)に示す半導体ウエハ1xは、図中に破線で囲った半導体装置91の単位構成領域1cが、複数個配置された半導体ウエハである。図6(a)の半導体ウエハ1xに形成されている半導体装置91は、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置である。該トランジスタのトレンチゲートは、半導体ウエハ1xの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部Tgからなる。図6(a)に示す半導体装置91は、例えば、図7と図8に示したIGBTが形成されてなる半導体装置90であってよいし、図6(b)と図6(c)に示す半導体装置92,93であってよい。尚、図6(b)と図6(c)に示す半導体装置92,93では、いずれも、ライン状ダミー要素部Tdeが、ライン状ゲート要素部Tgに対して同じライン方向で配置されている。また、これに限らず、図6(a)に示す半導体装置91は、例えば図1〜図5に示した半導体装置100〜107であってもよい。
A
図6(a)の半導体ウエハ1xでは、隣接して配置された半導体装置91の単位構成領域1cのライン状ゲート要素部Tgが、互いに異なるライン方向(略直交するライン方向)を有している。また、互いに異なるライン方向を有する隣接して配置された単位構成領域1cは、市松模様状に配置されている。
In the
図6(a)の半導体ウエハ1xでは、隣接して配置された半導体装置91の単位構成領域1cのライン状ゲート要素部Tgが、互いに異なるライン方向を有している。従って、半導体ウエハ1xでは、少なくとも2つの互いにライン方向が異なった単位構成領域1cが存在することとなる。このため、全てのライン状ゲート要素部Tgが半導体ウエハ1x上で特定のライン方向に揃うことはない。従って、図6(a)の半導体ウエハ1xは、トレンチ形成後においても反りが発生し難い半導体ウエハとなっている。また、半導体ウエハ1xから切り出して製造される半導体装置91についても、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置とすることができる。
In the
また、図6(a)の半導体ウエハ1xは、後工程への搬送が容易で、割れや落下等が発生し難く、露光不良や研磨・切断等の加工不良も発生し難い。このため、半導体ウエハ1xから切り出して製造される半導体装置91は、歩留りが高く、安価な半導体装置とすることができる。
In addition, the
尚、半導体ウエハ1xの厚さは、反り防止とIGBTを形成した場合に特性向上を両立できる、300μm以下の厚さであってよく、特に、150μm以下であってもよい。
The thickness of the
以上示したように、上記した半導体装置および半導体ウエハは、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置および半導体ウエハであって、トレンチゲートによる反りが発生し難い半導体装置および半導体ウエハとなっている。 As described above, the semiconductor device and the semiconductor wafer described above are a semiconductor device and a semiconductor wafer in which a transistor having a trench gate structure is formed, and the semiconductor device and the semiconductor wafer are less likely to be warped by the trench gate. ing.
90〜93,100〜107 半導体装置
1c 半導体チップ,単位構成領域
1w,1x 半導体ウエハ
Te,Tg ライン状ゲート要素部
Pa〜Pd ゲート要素部平行組
12 不純物拡散領域(半導体層)
12a 第1分断領域(固定電位領域)
12b 第2分断領域(浮遊電位領域)
Tda〜Tde ライン状ダミー要素部
90 to 93, 100 to 107
12a First divided region (fixed potential region)
12b Second divided region (floating potential region)
Tda ~ Tde Line-shaped dummy element
Claims (15)
前記トランジスタのトレンチゲートが、前記半導体チップの表層部に形成された複数のライン状ゲート要素部からなり、
平行に並んで配置された前記ライン状ゲート要素部で、ゲート要素部平行組が構成され、前記半導体チップの表層部に複数組の前記ゲート要素部平行組が配置されてなり、
隣接して配置された前記ゲート要素部平行組のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有してなることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which a transistor having a trench gate structure is formed on a semiconductor chip,
The trench gate of the transistor comprises a plurality of line-shaped gate element portions formed in a surface layer portion of the semiconductor chip,
The line-shaped gate element portions arranged side by side constitute a gate element portion parallel set, and a plurality of sets of the gate element portion parallel sets are arranged on the surface layer portion of the semiconductor chip,
2. A semiconductor device, wherein the gate element portions arranged adjacent to each other in a parallel set of line-shaped gate element portions have different line directions.
前記IGBTのトレンチゲートが、前記半導体チップの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなり、
前記複数のライン状ゲート要素部により、前記半導体チップの表層部に選択的に形成された所定の不純物拡散領域が、複数の領域に分断されてなり、
前記複数の分断領域のうち、前記IGBTのエミッタ電極が接続される分断領域を第1分断領域、前記IGBTのエミッタ電極が接続されない分断領域を第2分断領域とした時、前記第1分断領域と第2分断領域が、前記半導体チップの表層部に交互に並んで配置されてなり、
前記第2分断領域に、前記トレンチゲートと同じ断面構造を有する複数の互いに平行なライン状ダミー要素部が、前記ライン状ゲート要素部と異なるライン方向で配置されてなることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device in which an IGBT having a trench gate structure is formed on a semiconductor chip,
The trench gate of the IGBT is formed in a surface layer portion of the semiconductor chip, and includes a plurality of line-shaped gate element portions arranged in parallel,
A predetermined impurity diffusion region selectively formed in a surface layer portion of the semiconductor chip is divided into a plurality of regions by the plurality of line-shaped gate element portions,
Of the plurality of divided regions, when a divided region to which the emitter electrode of the IGBT is connected is a first divided region, and a divided region to which the emitter electrode of the IGBT is not connected is a second divided region, the first divided region and Second divided regions are arranged alternately in the surface layer portion of the semiconductor chip,
A plurality of parallel line-shaped dummy element portions having the same cross-sectional structure as the trench gate are arranged in the second dividing region in a line direction different from the line-shaped gate element portion. .
前記半導体装置が、トレンチゲート構造を有するトランジスタが形成されてなる半導体装置であって、
前記トランジスタのトレンチゲートが、前記半導体ウエハの表層部に形成され、平行に並んで配置された複数のライン状ゲート要素部からなり、
隣接して配置された前記単位構成領域のライン状ゲート要素部が、互いに異なるライン方向を有してなることを特徴とする半導体ウエハ。 A plurality of unit configuration regions of a semiconductor device are semiconductor wafers arranged,
The semiconductor device is a semiconductor device in which a transistor having a trench gate structure is formed,
A trench gate of the transistor is formed in a surface layer portion of the semiconductor wafer, and includes a plurality of line-shaped gate element portions arranged in parallel;
A semiconductor wafer characterized in that the line-shaped gate element portions of the unit constituent regions arranged adjacent to each other have different line directions.
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