JP2009152522A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特にIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を構成するパワー半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a power semiconductor device constituting an IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a manufacturing method thereof.
IGBTについては、これまで数多くの改良によって、その性能の向上が図られてきている。ここで、IGBTの性能とは、オフ時には、電圧を保持して電流を完全に遮断し、一方、オン時には、できる限り小さい電圧降下、すなわち、できる限り小さいオン抵抗で電流を流すというスイッチとしての性能のことである。なお、IGBTの動作の本質に鑑みて、本明細書では、コレクタを「アノード」と表記し、エミッタを「カソード」と表記する。以下に、IGBTの特性等について説明する。 With regard to IGBTs, performance has been improved by many improvements so far. Here, the performance of the IGBT is as a switch that keeps the voltage and shuts off the current completely when it is off, while flowing the current with the smallest possible voltage drop, that is, the smallest on-resistance when it is on. It's about performance. In the present specification, in view of the essence of the operation of the IGBT, the collector is denoted as “anode” and the emitter is denoted as “cathode”. Below, the characteristic etc. of IGBT are demonstrated.
(IGBT性能のトレードオフについて)
IGBTの保持可能な最大電圧、すなわち耐圧の大きさと、オン時の電圧降下との間には、二律背反の関係(いわゆるトレードオフ関係)が存在し、高耐圧のIGBTほどオン電圧が高くなる。このトレードオフ関係の限界値は、シリコンの物性で決まる値に近づきつつある。このトレードオフを限界まで向上させるためには、電圧保持時に局所的な電界集中が生じるのを防ぐなど、設計面での工夫が必要である。
(About IGBT performance trade-off)
There is a trade-off relationship (the so-called trade-off relationship) between the maximum voltage that can be held by the IGBT, that is, the withstand voltage level and the voltage drop at the time of ON, and the higher the withstand voltage IGBT, the higher the ON voltage. The limit value of this trade-off relationship is approaching the value determined by the physical properties of silicon. In order to improve this trade-off to the limit, it is necessary to devise on the design side, such as preventing local electric field concentration when holding the voltage.
また、IGBTの性能を表すもう一つの重要な指標として、オン電圧とスイッチング損失(特に、ターンオフ損失)のトレードオフ関係がある。IGBTは、スイッチングデバイスであるため、オンからオフまたはオフからオンの動作をおこなう。このスイッチング動作の瞬間に、時間当たり大きな損失が発生する。一般に、オン電圧の低いIGBTほどターンオフが遅いので、ターンオフ損失が大きい。以上のようなトレードオフ関係を改善することによって、IGBTの性能の向上を図ることができる。なお、ターンオン損失のオン電圧に対する依存性は小さい。ターンオン損失は、IGBTと組み合わせて使われる還流ダイオードの特性に大きく左右される。 As another important index representing the performance of the IGBT, there is a trade-off relationship between on-voltage and switching loss (particularly, turn-off loss). Since the IGBT is a switching device, it operates from on to off or off to on. At the moment of this switching operation, a large loss per hour occurs. In general, an IGBT having a lower on-voltage has a slower turn-off loss, and therefore has a larger turn-off loss. By improving the trade-off relationship as described above, the performance of the IGBT can be improved. Note that the dependency of the turn-on loss on the on-voltage is small. The turn-on loss greatly depends on the characteristics of the freewheeling diode used in combination with the IGBT.
(トレードオフの改善について)
オン電圧とターンオフ損失のトレードオフ関係(以下、オン電圧−ターンオフ損失の関係とする)を最適化するには、IGBTがオン状態のときの内部の過剰キャリア分布を最適化することが有効である。オン電圧を下げるには、過剰キャリア量を増やしてドリフト層の抵抗値を下げればよい。しかし、ターンオフ時には、この過剰キャリアをすべてデバイスの外に掃き出すか、または、電子−ホール再結合により消滅させる必要がある。そのため、過剰キャリア量を増やすと、ターンオフ損失が増加してしまう。したがって、このトレードオフ関係を最適化するには、同じオン電圧でターンオフ損失を最小にすればよい。
(About improving trade-offs)
In order to optimize the trade-off relationship between the on-voltage and the turn-off loss (hereinafter referred to as the on-voltage-turn-off loss relationship), it is effective to optimize the internal excess carrier distribution when the IGBT is on. . In order to lower the on-voltage, the resistance value of the drift layer may be decreased by increasing the excess carrier amount. However, at the time of turn-off, it is necessary to sweep all the excess carriers out of the device or to disappear by electron-hole recombination. Therefore, when the excess carrier amount is increased, the turn-off loss increases. Therefore, in order to optimize this trade-off relationship, the turn-off loss should be minimized with the same on-voltage.
最適なトレードオフを実現するには、アノード側のキャリア濃度を下げるとともに、カソード側のキャリア濃度を上げることによって、アノード側とカソード側のキャリア濃度の比率が1:5程度になるようにすればよい。さらに、ドリフト層のキャリアライフタイムをできるだけ大きく保つことによって、ドリフト層内の平均キャリア濃度が高くなるようにすればよい。 To achieve the optimal trade-off, the ratio of the carrier concentration on the anode side and the cathode side should be about 1: 5 by lowering the carrier concentration on the anode side and increasing the carrier concentration on the cathode side. Good. Furthermore, the average carrier concentration in the drift layer may be increased by keeping the carrier lifetime of the drift layer as large as possible.
IGBTのターンオフ時には、空乏層は、カソード側のpn接合からドリフト層内部に拡がり、裏面のアノード層へ向かって進展する。その際、ドリフト層内の過剰キャリアのうち、ホールは、電界によって空乏層端から引き抜かれる。このようにして電子過剰状態となり、余った電子は、中性領域を抜けてp型のアノード層に注入される。そして、アノード側pn接合がやや順バイアスされることになるので、注入された電子に応じてホールが逆注入される。この逆注入されたホールは、上述した電界によって引き抜かれるホールと合流して、空乏層に入っていく。 When the IGBT is turned off, the depletion layer extends from the pn junction on the cathode side into the drift layer and progresses toward the anode layer on the back surface. At that time, holes out of excess carriers in the drift layer are extracted from the end of the depletion layer by the electric field. In this way, an electron excess state occurs, and surplus electrons pass through the neutral region and are injected into the p-type anode layer. Then, since the anode side pn junction is slightly forward-biased, holes are reversely injected according to the injected electrons. The reversely injected holes merge with the holes extracted by the electric field described above and enter the depletion layer.
電荷の担い手であるキャリア(ここでは、ホール)が電界領域を通過してカソード側に抜けるため、電界はキャリアに対して仕事をすることになる。キャリアが電界から受けた仕事は、最終的には、シリコンなどの結晶格子との衝突による格子振動となり、熱として散逸する。この散逸するエネルギーがターンオフ損失となる。ところで、空乏層が伸びきらないうちに引き抜かれるキャリアによって散逸するエネルギーは、空乏層が伸びきったときに引き抜かれるキャリアによって散逸するエネルギーよりも小さい。これは、空乏層が伸びきっていないと、キャリアが空乏層を通過する際の電位差が小さいため、空乏層の電界から受ける仕事が少ないからである。 Since carriers (here, holes) that are charge carriers pass through the electric field region and escape to the cathode side, the electric field works on the carriers. The work that the carriers receive from the electric field eventually becomes lattice vibration due to collision with a crystal lattice such as silicon, and is dissipated as heat. This dissipating energy becomes a turn-off loss. By the way, the energy dissipated by the carriers extracted before the depletion layer is fully extended is smaller than the energy dissipated by the carriers extracted when the depletion layer is fully extended. This is because if the depletion layer is not fully extended, the potential difference when carriers pass through the depletion layer is small, so that the work received from the electric field of the depletion layer is small.
ミクロの観点で見ると以上のようになる。これを、デバイスの端子電圧というマクロの観点で見ると、アノード−カソード間電圧が上がり終わる前、すなわち上昇中に流れる電流の方が、上がり終わった後に流れる電流よりも、電圧と電流の積(電圧×電流)で表される損失に対する寄与が少ないということを意味する。以上のことから、後述するIE効果によりカソード側に偏重したキャリア分布は、低電圧で引き抜かれるキャリアの割合が多く、オン電圧が同じであるという条件下では、アノード側偏重のキャリア分布よりもターンオフ損失が小さいということがわかる。 From a micro perspective, it looks like the above. From a macro viewpoint of the terminal voltage of the device, the product of the voltage and current (the current that flows before the anode-cathode voltage finishes rising, that is, the current that flows while the voltage rises) This means that the contribution to the loss expressed by (voltage × current) is small. From the above, the carrier distribution biased to the cathode side due to the IE effect described later turns off more than the carrier distribution of anode side bias under the condition that the proportion of carriers extracted at a low voltage is large and the on-voltage is the same. It can be seen that the loss is small.
アノード側のキャリア濃度を下げるには、アノード層の総不純物量を下げればよい。これ自体は、特に困難なことではない。ただし、600Vなどのように定格耐圧の低いIGBTでは、アノード層の総不純物量を下げるためには、製造工程中に、100μm程度の厚さ、あるいはそれよりも薄いウェハを扱う必要があるため、生産技術上の困難が存在する。一方、カソード側のキャリア濃度を上げるメカニズムは、IE(Injection Enhanced:電子注入促進)効果と呼ばれている。 In order to lower the carrier concentration on the anode side, the total impurity amount in the anode layer may be lowered. This is not particularly difficult. However, in an IGBT having a low rated breakdown voltage such as 600 V, it is necessary to handle a wafer having a thickness of about 100 μm or thinner during the manufacturing process in order to reduce the total impurity amount of the anode layer. There are difficulties in production technology. On the other hand, the mechanism for increasing the carrier concentration on the cathode side is called the IE (Injection Enhanced) effect.
ここで、表面からの電子注入が促進されるような構造、すなわちIE効果の大きい構造を有するトップゲート型IGBTが提案されている(たとえば、下記特許文献1または下記特許文献2参照。)。図13は、従来のトップゲート型IGBTの構成を示す断面図である。なお、本明細書において、nまたはpを冠した半導体は、それぞれ電子、正孔が多数キャリアであることを意味する。また、n+やn-などのように、nやpに付す「+」または「-」は、それぞれそれらが付されていない半導体の不純物濃度よりも比較的高濃度または比較的低濃度であることを表す。
Here, a top-gate IGBT having a structure that facilitates electron injection from the surface, that is, a structure having a large IE effect has been proposed (see, for example,
図13において、ドリフト層となるn-単結晶シリコン基板1の第1の主面上に、たとえば厚い部分と薄い部分を有する酸化膜2が選択的に形成されている。そして、この酸化膜2の薄い部分の表面と、n-単結晶シリコン基板1の、酸化膜2によって覆われていない部分は、n-単結晶シリコン基板1よりも高濃度にn型ドープされたカソード膜3によって覆われている。カソード膜3は、n-単結晶シリコン基板1の、酸化膜2によって覆われていない部分からエピタキシャル成長し、酸化膜2の薄い部分上へ横方向に成長したn型の単結晶シリコンでできている。このように選択的なエピタキシャル成長で形成した単結晶シリコンに換えて多結晶シリコンとしてもよい。
In FIG. 13,
カソード膜3は、カソード膜3の、n-単結晶シリコン基板1と接触する部分が、n+バッファ領域7となる。カソード膜3において、n+バッファ領域7に隣接する部分には、選択的にp型にドープされたpベース領域6が設けられている。また、pベース領域6の内部には、pベース領域6より不純物濃度の高いp+ボディ領域8およびn+ソース領域9が選択的に設けられている。ここで、p+ボディ領域8は、ゲートポリシリコン5の直下から離れて設けられている。従って、ゲートポリシリコン5の直下の領域においてp型不純物濃度が最大となる領域(以下、最大p濃度領域とする)は、pベース領域6である。
In the
また、カソード膜3の表面には、n+バッファ領域7の上を覆い、かつpベース領域6の一部を覆うように選択的にゲート酸化膜4が形成されている。ゲート酸化膜4の上には、ゲート電極となるポリシリコン(以下、ゲートポリシリコンとする)5が堆積されている。ゲートポリシリコン5は、その周囲が層間絶縁膜10により覆われている。この層間絶縁膜10によりゲートポリシリコン5は、エミッタ電極11から絶縁されている。
A
層間絶縁膜10と、n+ソース領域9と、pベース領域6との表面には、エミッタ電極11となるアルミニウム層が形成されている。すなわち、エミッタ電極11は、n+ソース領域9の一部と接している。また、n-単結晶シリコン基板1の第2の主面には、p+アノード層12が形成されている。p+アノード層12の表面には、アノード電極13となるアルミニウム層が形成されている。
An aluminum layer to be the
ここでゲート電極(ゲートポリシリコン5)をカソードに対して正電位にすると、pベース領域6の、ゲート酸化膜4との界面付近の領域に電子が誘起されて、チャネルが形成される。電子は、このチャネルを通ってn+バッファ領域7に入る。n+バッファ領域7の表面には、極めて高濃度の電子蓄積層が形成されているので、電子電流の多くはこの電子蓄積層を経由して流れる。そして、電子は、ドリフト層(n-単結晶シリコン基板1)に入ると、電界ドリフトにより裏面のp+アノード層12に注入される。p+アノード層12に注入された電子は、拡散によってアノード電極13まで移動する。
Here, when the gate electrode (gate polysilicon 5) is set to a positive potential with respect to the cathode, electrons are induced in a region of the
n-ドリフト層とp+アノード層12との接合が順バイアスされるので、ホールが、アノードから注入されて、n-ドリフト層中を電界ドリフトにより移動し、n+バッファ領域7に入る。ホールの大部分は、その拡散長が短いため、n+バッファ領域7およびn+バッファ領域7の電子蓄積層において電子と再結合して、消滅する。電子蓄積層とn-ドリフト層とからなる接合が順バイアスされるので、電子蓄積層からの電子注入が促進される(IE効果)。このため、カソード側のキャリア濃度が高まり、オン電圧−スイッチング損失のトレードオフが良好となる。 Since the junction between the n − drift layer and the p + anode layer 12 is forward-biased, holes are injected from the anode, move in the n − drift layer due to electric field drift, and enter the n + buffer region 7. Since most of the holes have a short diffusion length, they recombine with electrons in the n + buffer region 7 and the electron storage layer of the n + buffer region 7 and disappear. Since the junction composed of the electron storage layer and the n − drift layer is forward-biased, electron injection from the electron storage layer is promoted (IE effect). For this reason, the carrier concentration on the cathode side is increased, and the trade-off between on-voltage and switching loss is improved.
このように、従来のトップゲート型IGBTによれば、n-単結晶シリコン基板よりなるドリフト層中のキャリア分布が表面偏重型になるので、オン電圧−ターンオフ損失のトレードオフが最適化される。その一方で、カソード領域中の電界強度の局所的なピークを抑えることによって、局所的なアバランシェ降伏が起こりにくくなり、十分な耐圧を確保することができる。このため、オン電圧−耐圧のトレードオフが悪化するのを防ぐことができる。また、従来のトップゲート型IGBTにおいては、カソード領域が酸化膜によってドリフト層(n-単結晶シリコン基板)から隔てられているので、カソード領域の設計寸法は、ドリフト領域の特性に直接は寄与しない。したがって、ソース領域を従来よりも微細化しなくても、トレードオフ特性は不変である。 As described above, according to the conventional top gate type IGBT, the carrier distribution in the drift layer made of the n − single crystal silicon substrate becomes the surface deviated type, so the trade-off between the on-voltage and the turn-off loss is optimized. On the other hand, by suppressing the local peak of the electric field strength in the cathode region, local avalanche breakdown is less likely to occur, and a sufficient breakdown voltage can be ensured. For this reason, it is possible to prevent the on-voltage-withstand voltage trade-off from deteriorating. Further, in the conventional top gate type IGBT, the cathode region is separated from the drift layer (n − single crystal silicon substrate) by the oxide film, so the design size of the cathode region does not directly contribute to the characteristics of the drift region. . Therefore, the trade-off characteristics remain unchanged even if the source region is not made smaller than before.
しかしながら、上述した特許文献1または2の技術では、カソード膜3を選択的エピタキシャル成長によって酸化膜2の厚い部分より若干厚くなるまで形成して、その後、酸化膜2の厚い部分の高さまでCMP(Chemical Mechanical Polishing)研磨でカソード膜3を減厚させて平坦なカソード膜3としている。カソード膜3を多結晶シリコンで形成する場合にも酸化膜2の厚い部分より若干厚くなるまで形成して、その後、酸化膜2の厚い部分の高さまでCMP研磨でカソード膜3を減厚させて平坦なカソード膜3とする必要がある。これは、カソード膜3の厚さで電流路が決定するため、特性のばらつきを防ぐためにはカソード膜3を平坦化することが必須なためである。ところが、研磨後のカソード膜3のばらつきは、ウエハ毎に生じるばかりでなく、多かれ少なかれウエハ内のチップ毎にも生じてしまう。このため、一定のドーズ量で最大p濃度領域を形成した場合、カソード膜の膜厚がばらつきで変化すると、最大p濃度領域の体積が変化し、最大p濃度領域のp型不純物濃度が変化する。図14は、従来のトップゲート型IGBTにおけるしきい値電圧と、カソード膜の膜厚と、の関係について示す特性図である。図14においては、縦軸はしきい値電圧(V)であり、横軸はカソード膜の膜厚(μm)である。
However, in the technique of
図14によれば、カソード膜が厚くなると、しきい値電圧が低くなり、カソード膜が薄くなると、しきい値電圧が高くなることがわかる。これは、酸化膜の拡散係数がシリコンの拡散係数の1/10000程度であるため、p型不純物はシリコン中を拡散して酸化膜に到達しても酸化膜中へはほとんど拡散しない。そのため、カソード膜が薄いと、最大p濃度領域の体積が小さいので、不純物濃度が高くなり、しきい値電圧が高くなる。一方、カソード膜が厚いと、最大p濃度領域の体積が大きいので、不純物濃度が低くなり、しきい値電圧が下がる。このように、従来のトップゲート型IGBTにおいては、カソード膜の膜厚によってしきい値電圧が変動してしまうという問題がある。 As can be seen from FIG. 14, the threshold voltage decreases as the cathode film becomes thicker, and the threshold voltage increases as the cathode film becomes thinner. This is because the diffusion coefficient of the oxide film is about 1/10000 of the diffusion coefficient of silicon, so that the p-type impurity hardly diffuses into the oxide film even if it diffuses through the silicon and reaches the oxide film. Therefore, if the cathode film is thin, the volume of the maximum p concentration region is small, so that the impurity concentration is high and the threshold voltage is high. On the other hand, when the cathode film is thick, the volume of the maximum p concentration region is large, so that the impurity concentration is lowered and the threshold voltage is lowered. As described above, the conventional top gate IGBT has a problem that the threshold voltage varies depending on the thickness of the cathode film.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、カソード膜の膜厚が変動しても、しきい値電圧の変動を抑制することができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。 The present invention provides a semiconductor device and a method of manufacturing the same that can suppress fluctuations in threshold voltage even if the film thickness of the cathode film fluctuates in order to solve the above-described problems caused by the prior art. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、第1導電型半導体基板の第1の主面に選択的に第1の絶縁膜が覆われている。第1の絶縁膜の窓部においては、半導体基板より不純物濃度が高い第1の第1導電型半導体領域が半導体基板に接触している。また、第1の絶縁膜の窓部の外側においては、第1の絶縁膜の上に第1の第2導電型半導体領域が設けられている。この第1の第2導電型半導体領域の内部の表面側に、当該第1の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第2の第2導電型半導体領域が設けられている。そして、第2の第2導電型半導体領域の内部の表面側に選択的に第2の第1導電型半導体領域が設けられている。さらに、第2の絶縁膜が、第1の第1導電型半導体領域、第2の第1導電型半導体領域、第1の第2導電型半導体領域および第2の第2導電型半導体領域の上を覆っている。この第2の絶縁膜の上に制御電極が設けられている。また、第2の第2導電型半導体領域の内部の制御電極の直下から離れた領域に、第2の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第3の第2導電型半導体領域が設けられている。そして、第1の電極は、第2の第1導電型半導体領域および第2の第2導電型半導体領域の両方に接触している。第1の電極と前記制御電極との間には、第3の絶縁膜が設けられている。また、半導体基板の第2の主面に沿って第4の第2導電型半導体領域が設けられ、第2の電極は、第4の第2導電型半導体領域に接触していることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, in the semiconductor device according to the first aspect of the invention, the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate is selectively covered with the first insulating film. . In the window portion of the first insulating film, the first first conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is in contact with the semiconductor substrate. In addition, outside the window portion of the first insulating film, a first second conductivity type semiconductor region is provided on the first insulating film. A second second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first second conductivity type semiconductor region is provided on the inner surface side of the first second conductivity type semiconductor region. A second first conductivity type semiconductor region is selectively provided on the inner surface side of the second second conductivity type semiconductor region. Further, the second insulating film is formed on the first first conductivity type semiconductor region, the second first conductivity type semiconductor region, the first second conductivity type semiconductor region, and the second second conductivity type semiconductor region. Covering. A control electrode is provided on the second insulating film. In addition, a third second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the second second conductivity type semiconductor region is provided in a region away from immediately below the control electrode inside the second second conductivity type semiconductor region. ing. The first electrode is in contact with both the second first conductivity type semiconductor region and the second second conductivity type semiconductor region. A third insulating film is provided between the first electrode and the control electrode. Further, a fourth second conductivity type semiconductor region is provided along the second main surface of the semiconductor substrate, and the second electrode is in contact with the fourth second conductivity type semiconductor region. To do.
また、請求項2の発明にかかる半導体装置は、請求項1に記載の発明において、第2の第2導電型半導体領域が、第1の絶縁膜から離れて設けられていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the second second conductivity type semiconductor region is provided apart from the first insulating film. .
また、請求項3の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、半導体基板と第4の第2導電型半導体領域との間に、半導体基板よりも高不純物濃度の第3の第1導電型半導体領域が設けられていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, wherein the semiconductor device and the fourth second conductivity type semiconductor region have a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. 3 of the first conductivity type semiconductor region is provided.
また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、第1の第2導電型半導体領域の表面の不純物濃度は、第2の第2導電型半導体領域の表面の不純物濃度の10分の1以下であることを特徴とする。 A semiconductor device according to a fourth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, wherein the impurity concentration on the surface of the first second conductivity type semiconductor region is the second second level. The impurity concentration of the surface of the conductive semiconductor region is 1/10 or less.
また、請求項5の発明にかかる半導体装置の製造方法は、まず、第1導電型半導体基板の第1の主面上に厚い部分と薄い部分を有する第1の絶縁膜を形成する。ついで、第1の絶縁膜の薄い部分の一部を除去して窓部を形成し、第1の絶縁膜の薄い部分および半導体基板の、窓部において露出した部分の上に第1導電型半導体膜を積層する。そして、積層した第1導電型半導体膜を第1の絶縁膜の厚い部分の高さまで研磨する。ついで、第1導電型半導体膜の上に第2の絶縁膜および制御電極となる多結晶半導体膜を順次形成する。さらに、多結晶半導体膜の一部を除去して、第1導電型半導体膜の、半導体基板と接触する第1の第1導電型半導体領域の上の部分に多結晶半導体膜を残し、第1導電型半導体膜の、第1の絶縁膜の薄い部分に第1の第2導電型半導体領域を形成する。ついで、第1の第2導電型半導体領域の内部の表面に、当該第1の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第2の第2導電型半導体領域を第1の絶縁膜の薄い部分に達しない深さで形成する。そして、第2の第2導電型半導体領域の内部に、第3の第2導電型半導体領域を形成し、さらに第2の第2導電型半導体領域の内部の表面に、第2の第1導電型半導体領域を形成する。ついで、第2の第1導電型半導体領域および第2の第2導電型半導体領域の一部に接触する第1の電極を形成する。また、半導体基板の第2の主面に沿って第4の第2導電型半導体領域を形成する。ついで、第4の第2導電型半導体領域に接触する第2の電極を形成することを特徴とする。 In the semiconductor device manufacturing method according to the fifth aspect of the invention, first, a first insulating film having a thick portion and a thin portion is formed on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. Next, a part of the thin portion of the first insulating film is removed to form a window portion, and the first conductivity type semiconductor is formed on the thin portion of the first insulating film and the exposed portion of the semiconductor substrate in the window portion. Laminate the films. Then, the stacked first conductive type semiconductor film is polished to the height of the thick part of the first insulating film. Next, a polycrystalline semiconductor film to be a second insulating film and a control electrode is sequentially formed on the first conductive type semiconductor film. Further, a part of the polycrystalline semiconductor film is removed to leave the polycrystalline semiconductor film in a portion of the first conductive type semiconductor film above the first first conductive type semiconductor region in contact with the semiconductor substrate. A first second conductive type semiconductor region is formed in a thin portion of the first insulating film of the conductive type semiconductor film. Next, a second second conductive type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first second conductive type semiconductor region is formed on the inner surface of the first second conductive type semiconductor region. The depth is not reached. Then, a third second conductivity type semiconductor region is formed inside the second second conductivity type semiconductor region, and further, a second first conductivity type is formed on the surface inside the second second conductivity type semiconductor region. Forming a type semiconductor region; Next, a first electrode in contact with a part of the second first conductivity type semiconductor region and the second second conductivity type semiconductor region is formed. A fourth second conductivity type semiconductor region is formed along the second main surface of the semiconductor substrate. Next, a second electrode in contact with the fourth second conductivity type semiconductor region is formed.
また、請求項6の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項5に記載の発明において、第1導電型半導体膜の厚さが0.8μm以下の場合、第2の第2導電型半導体領域を、熱処理温度が1000℃で、拡散時間が60min以内の処理により形成することを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth aspect of the present invention, wherein the first conductive semiconductor film has a thickness of 0.8 μm or less. The region is formed by a heat treatment temperature of 1000 ° C. and a diffusion time of 60 minutes or less.
また、請求項7の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項5または6に記載の発明において、第2の第2導電型半導体領域を、イオン注入量が1.0×1016/cm2以下で形成することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a semiconductor device according to the fifth or sixth aspect, wherein the ion implantation amount of the second second conductivity type semiconductor region is 1.0 × 10 16 / cm. It is formed by 2 or less.
また、請求項8の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項5に記載の発明において、半導体基板の第2の主面を研削した後に、その研削面に沿って第4の第2導電型半導体領域と、半導体基板よりも高不純物濃度の第3の第1導電型半導体領域を形成し、かつ当該第3の第1導電型半導体領域を第4の第2導電型半導体領域よりも深く形成することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method according to the fifth aspect of the present invention, wherein after the second main surface of the semiconductor substrate is ground, the fourth second conductivity along the ground surface. And a third first conductivity type semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, and the third first conductivity type semiconductor region is deeper than the fourth second conductivity type semiconductor region. It is characterized by forming.
上記各発明によれば、第2の第2導電型半導体領域が、第1の絶縁膜と離れて設けられている。したがって、第1の第1導電型半導体領域の厚さが変動しても、第2の第2導電型半導体領域の体積が変動しない。このため、第2の第2導電型半導体領域の不純物濃度が変化せず、半導体装置のしきい値電圧が変動しない。 According to each invention described above, the second second conductivity type semiconductor region is provided apart from the first insulating film. Therefore, even if the thickness of the first first conductivity type semiconductor region varies, the volume of the second second conductivity type semiconductor region does not vary. For this reason, the impurity concentration of the second second conductivity type semiconductor region does not change, and the threshold voltage of the semiconductor device does not change.
本発明にかかる半導体装置およびその製造方法によれば、カソード膜の膜厚が変動しても、しきい値電圧の変動を抑制することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, even if the film thickness of the cathode film varies, it is possible to suppress the variation of the threshold voltage.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置およびその製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施の形態の説明およびすべての添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. Note that, in the following description of the embodiments and all the attached drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
(実施の形態)
図1は、本実施の形態にかかる半導体装置の構造について示す断面図である。図1に示すように、ドリフト層となるn-単結晶シリコン基板(第1導電型半導体基板)1の第1の主面上に、たとえば厚い部分と薄い部分を有する酸化膜(第1の絶縁膜)2が選択的に形成されている。n-単結晶シリコン基板1の、酸化膜2で覆われていない部分は、ドリフト層(n-単結晶シリコン基板1)よりも高濃度にn型ドープされたカソード膜3で覆われている。カソード膜3は、たとえば、n-単結晶シリコン基板1の、酸化膜2で覆われていない部分(以下、窓部とする)からエピタキシャル成長したn型の単結晶シリコンでできている。なお、エピタキシャル成長で形成したn型の単結晶シリコンに換えて多結晶シリコンとしてもよい。カソード膜3の、n-単結晶シリコン基板1と接触する部分、すなわち酸化膜2の窓部付近の部分は、n+バッファ領域(第1の第1導電型半導体領域)7となる。
(Embodiment)
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, an oxide film (first insulation) having, for example, a thick portion and a thin portion on a first main surface of an n − single crystal silicon substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1 to be a drift layer. Film) 2 is selectively formed. The portion of the n − single
カソード膜3には、n+バッファ領域7に隣接し、選択的に高濃度p型にドープされたpベース領域(第1の第2導電型半導体領域)6が、酸化膜2の窓部の外側の薄い部分上に設けられている。また、pベース領域6の内部の表面領域に、pベース領域6より高濃度の第2のpベース領域(第2の第2導電型半導体領域)26が酸化膜2の薄い部分に到達しないように設けられている。第2のpベース領域26の内部の表面領域に、n+バッファ領域7から離れて、非常に高濃度のn+ソース領域(第2の第1導電型半導体領域)9が形成されている。また、第2のpベース領域26の内部に、n+ソース領域9に接し、ゲートポリシリコン5の直下から離れた位置に、第2のpベース領域26より高濃度のp+ボディ領域(第3の第2導電型半導体領域)8が選択的に設けられている。また、p+ボディ領域8は、第2のpベース領域26の表面に露出していてもよい。
In the
カソード膜3の表面にゲート酸化膜(第2の絶縁膜)4が形成されており、このゲート酸化膜4上にゲート電極(制御電極)となるポリシリコン(以下、ゲートポリシリコンとする)5が堆積されている。ゲートポリシリコン5の上に層間絶縁膜(第3の絶縁膜)10が設けられており、この層間絶縁膜10によりゲートポリシリコン5がエミッタ電極11から絶縁されている。
A gate oxide film (second insulating film) 4 is formed on the surface of the
層間絶縁膜10の上には、エミッタ電極(第1の電極)11となるアルミニウム層が形成されている。エミッタ電極11は、層間絶縁膜10を貫通するコンタクトホールを介して第2のpベース領域26とn+ソース領域9に接触している。また、p+ボディ領域8が、第2のpベース領域26の表面に露出している場合、エミッタ電極11は、第2のpベース領域26とn+ソース領域9とp+ボディ領域8に接触していてもよい。
On the
n-単結晶シリコン基板1の第2の主面には、p+アノード層(第4の第2導電型半導体領域)12が形成されている。p+アノード層12の表面には、アノード電極(第2の電極)13となるアルミニウム層が形成されている。なお、特に図示しないが、ドリフト層とp+アノード層12との間に、ドリフト層(n-単結晶シリコン基板1)よりも高不純物濃度のn+バッファ層(第3の第1導電型半導体領域)が設けられていてもよい。
A p + anode layer (fourth second conductivity type semiconductor region) 12 is formed on the second main surface of the n − single
つぎに、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図2〜図5は、本実施の形態にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。特に限定しないが、本実施の形態においては、たとえば、定格600V耐圧のノンパンチスルー型IGBTを製造する場合について説明する。まず、図2に示すように、n-単結晶シリコン基板1として、n型FZシリコン基板を用意する。そして、熱酸化をおこない、その基板のミラー研磨面に、酸化膜2を成長させる。さらに、パターニングおよびエッチングをおこなって、酸化膜2の表面部分の一部を除去して薄い部分を設け、さらにその薄い部分の一部を除去して窓部を形成する。なお、薄い酸化膜上の一部に厚い酸化膜を形成してから薄い酸化膜の一部を除去して窓部を形成してもよい。
Next, a method for manufacturing the semiconductor device according to the present embodiment will be described. 2-5 is sectional drawing shown in order about the manufacturing method of the semiconductor device concerning this Embodiment. Although not particularly limited, in the present embodiment, for example, a case of manufacturing a non-punch through type IGBT having a rated withstand voltage of 600 V will be described. First, as shown in FIG. 2, an n-type FZ silicon substrate is prepared as the n − single
そして、n-単結晶シリコン基板1の、酸化膜2の窓部において露出する部分から、n型の単結晶シリコンをエピタキシャル成長させ、カソード膜3を形成する。さらに、カソード膜3が所定の厚さとなるように酸化膜2の厚い部分の高さまでCMP研磨で平滑化する。カソード膜3は、後にソース領域、チャネル領域およびバッファ領域となる。また、熱酸化をおこなって、カソード膜3の表面を酸化し、ゲート酸化膜4を形成する。
Then, n-type single crystal silicon is epitaxially grown from a portion of the n − single
そして、ゲート酸化膜4の上に、ゲート電極となるゲートポリシリコン5を堆積する。そして、熱処理をおこない、ゲートポリシリコン5を高濃度n型にドープする。さらに、パターニングおよびエッチングをおこなって、ゲートポリシリコン5の一部を除去する。残ったゲートポリシリコン5をマスクとして、カソード膜3に、ボロンをイオン注入する。そして、たとえば窒素雰囲気中で1150℃、110分のドライブをおこない、チャネル領域となるpベース領域6を形成する(図2)。
Then,
ついで、pベース領域6に、ボロンをイオン注入する。そして、たとえば窒素雰囲気中でドライブをおこない、pベース領域6より濃度が高く、第2のチャネル領域となる第2のpベース領域26を、酸化膜2に到達しないように形成する(図3)。第2のpベース領域26の形成条件については後述する。
Next, boron is ion-implanted into the
ついで、第2のpベース領域26の内部の、ゲートポリシリコン5の直下から離れた領域に、pベース領域6および第2のpベース領域26よりも濃度の高いp+ボディ領域8を形成する(図4)。ついで、第2のpベース領域26に、たとえば砒素をイオン注入する。そして、ドライブをおこない、n+ソース領域9を形成する(図5)。
Next, a p + body region 8 having a higher concentration than that of the
ついで、層間絶縁膜10としてBPSGを堆積し、パターニングおよびエッチングをおこなって、層間絶縁膜10を貫通するコンタクトホールを形成する。ついで、層間絶縁膜10の上に、アルミニウム等の金属をスパッタする。そして、アルミニウム等の金属のパターニングおよびエッチングをおこない、エミッタ電極11を形成する。ついで、n-単結晶シリコン基板1の裏面を研削する。その後、その研削面に、ボロンをイオン注入し、p+アノード層12を形成する。
Next, BPSG is deposited as the
ついで、p+アノード層12の表面にアルミニウム等の金属を蒸着し、アノード電極13を形成する(図1)。なお、アニールをおこなう前に、n-単結晶シリコン基板1の裏面の研削面に、リン等のn型不純物をイオン注入してもよい。そうすれば、アニールによって、p+アノード層12とともに、n-ドリフト層とp+アノード層12との間にn+バッファ層が形成される。最後に、ウェハをダイシングしてチップが完成する。
Next, a metal such as aluminum is deposited on the surface of the p + anode layer 12 to form the anode electrode 13 (FIG. 1). It should be noted that n-type impurities such as phosphorus may be ion-implanted into the ground surface of the back surface of the n − single
本実施の形態によれば、ゲートポリシリコン5の直下における最大p濃度領域が、第2のpベース領域26である。この第2のpベース領域26は、ドリフト層の表面に形成された酸化膜2と接していないため、カソード膜3の膜厚が変わっても、第2のpベース領域26の体積が変化しない。
According to the present embodiment, the maximum p concentration region immediately below the
(しきい値電圧と、カソード膜の膜厚と、の関係について)
つぎに、実施の形態にかかる半導体装置における、しきい値電圧と、カソード膜の膜厚と、の関係について説明する。図6は、本実施の形態にかかる半導体装置における、しきい値電圧と、カソード膜の膜厚と、の関係について示す特性図である。図6において、縦軸はしきい値電圧(V)であり、横軸はカソード膜の膜厚(μm)である。また、実線は本発明の特性を示し、対比として点線で従来技術の特性を示す。
(Relationship between threshold voltage and cathode film thickness)
Next, the relationship between the threshold voltage and the thickness of the cathode film in the semiconductor device according to the embodiment will be described. FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the threshold voltage and the thickness of the cathode film in the semiconductor device according to the present embodiment. In FIG. 6, the vertical axis represents the threshold voltage (V), and the horizontal axis represents the thickness (μm) of the cathode film. The solid line shows the characteristics of the present invention, and the dotted line shows the characteristics of the prior art as a contrast.
図6に示すように、従来技術においては、カソード膜の膜厚の変動によってしきい値電圧が変動するが、本実施の形態にかかる半導体装置によれば、カソード膜の膜厚が変動しても、しきい値電圧の変動を抑制することができる。 As shown in FIG. 6, in the prior art, the threshold voltage fluctuates due to fluctuations in the thickness of the cathode film. However, according to the semiconductor device of this embodiment, the thickness of the cathode film varies. In addition, fluctuations in the threshold voltage can be suppressed.
(第2のベース領域の好適な形成条件)
つぎに、第2のベース領域の好適な形成条件について説明する。まず、第2のベース領域の好適な拡散時間について説明する。図7は、第2のベース領域の、拡散深さと、拡散時間と、の関係について示す特性図である。図7においては、縦軸は拡散深さ(μm)であり、横軸は拡散時間(min)である。また、図7においては、1000℃の熱処理温度で、1.0×1015/cm2のドーズ量のボロンをイオン注入する場合について説明する。熱処理温度としては、980℃〜1020℃が好ましい。図7に示すように、拡散時間が60minを超えると、拡散深さが0.8μmよりも深くなる。
(Suitable formation conditions for the second base region)
Next, suitable formation conditions for the second base region will be described. First, a preferable diffusion time of the second base region will be described. FIG. 7 is a characteristic diagram showing the relationship between the diffusion depth and the diffusion time of the second base region. In FIG. 7, the vertical axis represents the diffusion depth (μm), and the horizontal axis represents the diffusion time (min). FIG. 7 illustrates a case where boron having a dose of 1.0 × 10 15 / cm 2 is ion-implanted at a heat treatment temperature of 1000 ° C. The heat treatment temperature is preferably 980 ° C to 1020 ° C. As shown in FIG. 7, when the diffusion time exceeds 60 min, the diffusion depth becomes deeper than 0.8 μm.
図8は、第2のベース領域の拡散時間と、しきい値電圧と、の関係について示す特性図である。図8においては、縦軸はしきい値電圧(V)であり、横軸は拡散時間(min)である。また、図8においては、カソード膜の膜厚が0.8μmの場合について説明する。したがって、拡散時間が60minを超えると拡散深さが0.8μmよりも深くなり、第2のベース領域がドリフト層の表面に形成された酸化膜に到達するため、第2のベース領域のp型不純物濃度が高くなる。したがって、図8に示すように、拡散時間が60minを超えると、しきい値電圧が大きくなってしまう。これにより、カソード膜の膜厚が0.8μmの場合、しきい値電圧のばらつきを抑制するには、拡散時間を60min以下とすることが好ましいことがわかる。 FIG. 8 is a characteristic diagram showing the relationship between the diffusion time of the second base region and the threshold voltage. In FIG. 8, the vertical axis represents the threshold voltage (V), and the horizontal axis represents the diffusion time (min). In FIG. 8, a case where the thickness of the cathode film is 0.8 μm will be described. Therefore, when the diffusion time exceeds 60 min, the diffusion depth becomes deeper than 0.8 μm, and the second base region reaches the oxide film formed on the surface of the drift layer. Impurity concentration increases. Therefore, as shown in FIG. 8, when the diffusion time exceeds 60 min, the threshold voltage increases. Accordingly, it can be seen that when the thickness of the cathode film is 0.8 μm, it is preferable to set the diffusion time to 60 min or less in order to suppress variations in threshold voltage.
つぎに、第2のベース領域の好適なドーズ量について説明する。図9は、第2のベース領域のドーズ量と、しきい値電圧と、の関係について示す特性図である。図9においては、縦軸はしきい値電圧(V)であり、横軸はドーズ量(/cm2)である。図9においては、1000℃の熱処理温度で、拡散時間が60minの活性化熱処理をおこなう場合について説明する。図9に示すように、ドーズ量が1.0×1016/cm2を超えると、しきい値電圧が急激に大きくなる。これにより、第2のベース領域のイオン注入のドーズ量を、1.0×1016/cm2以下とすることが好ましいことがわかる。 Next, a suitable dose amount of the second base region will be described. FIG. 9 is a characteristic diagram showing the relationship between the dose amount of the second base region and the threshold voltage. In FIG. 9, the vertical axis represents the threshold voltage (V), and the horizontal axis represents the dose (/ cm 2 ). In FIG. 9, a case where activation heat treatment is performed at a heat treatment temperature of 1000 ° C. and a diffusion time of 60 minutes will be described. As shown in FIG. 9, when the dose exceeds 1.0 × 10 16 / cm 2 , the threshold voltage increases rapidly. Accordingly, it can be seen that the ion implantation dose in the second base region is preferably 1.0 × 10 16 / cm 2 or less.
(ベース領域と、第2のベース領域と、の関係について)
つぎに、ベース領域と、第2のベース領域と、の関係について説明する。図10〜図12は、第2のベース領域の表面の不純物濃度に対する、ベース領域の表面の不純物濃度と、しきい値電圧と、の関係について示す特性図である。図10〜図12においては、縦軸はしきい値電圧(V)であり、横軸は不純物濃度(/cm3)である。
(Regarding the relationship between the base region and the second base region)
Next, the relationship between the base region and the second base region will be described. 10 to 12 are characteristic diagrams showing the relationship between the impurity concentration of the surface of the base region and the threshold voltage with respect to the impurity concentration of the surface of the second base region. 10 to 12, the vertical axis represents the threshold voltage (V), and the horizontal axis represents the impurity concentration (/ cm 3 ).
図10においては、第2のベース領域の表面の不純物濃度が1.0×1017/cm3の場合の、ベース領域の表面の不純物濃度と、しきい値電圧と、の関係を示す。図10に示すように、ベース領域の表面の不純物濃度が1.0×1016/cm3を超えると、しきい値電圧が急激に大きくなる。 FIG. 10 shows the relationship between the impurity concentration on the surface of the base region and the threshold voltage when the impurity concentration on the surface of the second base region is 1.0 × 10 17 / cm 3 . As shown in FIG. 10, when the impurity concentration on the surface of the base region exceeds 1.0 × 10 16 / cm 3 , the threshold voltage rapidly increases.
また、図11においては、第2のベース領域の表面の不純物濃度が5.0×1016/cm3の場合の、ベース領域の表面の不純物濃度と、しきい値電圧と、の関係を示す。図11に示すように、ベース領域の表面の不純物濃度が5.0×1015/cm3を超えると、しきい値電圧が急激に大きくなる。 FIG. 11 shows the relationship between the impurity concentration on the surface of the base region and the threshold voltage when the impurity concentration on the surface of the second base region is 5.0 × 10 16 / cm 3. . As shown in FIG. 11, when the impurity concentration on the surface of the base region exceeds 5.0 × 10 15 / cm 3 , the threshold voltage rapidly increases.
さらに、図12においては、第2のベース領域の表面の不純物濃度が3.0×1016/cm3の場合の、ベース領域の表面の不純物濃度と、しきい値電圧と、の関係を示す。図12に示すように、ベース領域の表面の不純物濃度が3.0×1015/cm3を超えると、しきい値電圧が急激に大きくなる。 Further, FIG. 12 shows the relationship between the impurity concentration on the surface of the base region and the threshold voltage when the impurity concentration on the surface of the second base region is 3.0 × 10 16 / cm 3. . As shown in FIG. 12, when the impurity concentration on the surface of the base region exceeds 3.0 × 10 15 / cm 3 , the threshold voltage rapidly increases.
上述したように、ベース領域の表面の不純物濃度が、第2のベース領域の表面の不純物濃度の10分の1より大きくなると、しきい値電圧が大きくなってしまう。これにより、ベース領域の表面の不純物濃度がしきい値電圧に影響を与えないようにするためには、ベース領域の表面の不純物濃度が、第2のベース領域の表面の不純物濃度の10分の1以下であることが好ましいことがわかる。 As described above, when the impurity concentration on the surface of the base region is higher than 1/10 of the impurity concentration on the surface of the second base region, the threshold voltage increases. Thus, in order to prevent the impurity concentration on the surface of the base region from affecting the threshold voltage, the impurity concentration on the surface of the base region is set to 10 minutes of the impurity concentration on the surface of the second base region. It can be seen that it is preferably 1 or less.
以上のように、本発明にかかる半導体装置およびその製造方法は、電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置に有用であり、特に、IGBTに適している。 As described above, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are useful for a power semiconductor device used for a power conversion device and the like, and are particularly suitable for an IGBT.
1 n-単結晶シリコン基板(第1導電型半導体基板)
2 酸化膜(第1の絶縁膜)
3 カソード膜
4 ゲート酸化膜(第2の絶縁膜)
5 ゲートポリシリコン
6 pベース領域(第1の第2導電型半導体領域)
7 n+バッファ領域(第1の第1導電型半導体領域)
8 p+ボディ領域(第3の第2導電型半導体領域)
9 n+ソース領域(第2の第1導電型半導体領域)
10 層間絶縁膜(第3の絶縁膜)
11 エミッタ電極(第1の電極)
12 p+アノード層(第4の第2導電型半導体領域)
13 アノード電極(第2の電極)
26 第2のpベース領域(第2の第2導電型半導体領域)
1 n - single crystal silicon substrate (first conductive semiconductor substrate)
2 Oxide film (first insulating film)
3
5 gate polysilicon 6 p base region (first second conductivity type semiconductor region)
7 n + buffer region (first first conductivity type semiconductor region)
8 p + body region (third second conductivity type semiconductor region)
9 n + source region (second first conductivity type semiconductor region)
10 Interlayer insulation film (third insulation film)
11 Emitter electrode (first electrode)
12 p + anode layer (fourth second conductivity type semiconductor region)
13 Anode electrode (second electrode)
26 second p base region (second second conductivity type semiconductor region)
Claims (8)
前記第1の絶縁膜の窓部において、前記半導体基板に接触する、当該半導体基板より不純物濃度が高い第1の第1導電型半導体領域と、
前記第1の絶縁膜の窓部の外側において前記第1の絶縁膜の上に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、
前記第1の第2導電型半導体領域の内部の表面側に設けられた、当該第1の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第2の第2導電型半導体領域と、
前記第2の第2導電型半導体領域の内部の表面側に選択的に設けられた第2の第1導電型半導体領域と
前記第1の第1導電型半導体領域、前記第2の第1導電型半導体領域、前記第1の第2導電型半導体領域および前記第2の第2導電型半導体領域を覆う第2の絶縁膜と、
前記第2の絶縁膜の上に設けられた制御電極と、
前記第2の第2導電型半導体領域の内部の前記制御電極の直下から離れた領域に設けられた、当該第2の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第3の第2導電型半導体領域と、
前記第2の第1導電型半導体領域および前記第2の第2導電型半導体領域の両方に接触する第1の電極と、
前記第1の電極と前記制御電極との間に設けられた第3の絶縁膜と、
前記半導体基板の第2の主面に沿って設けられた第4の第2導電型半導体領域と、
前記第4の第2導電型半導体領域に接触する第2の電極と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A first insulating film that selectively covers the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductive semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate in contact with the semiconductor substrate in the window of the first insulating film;
A first second conductivity type semiconductor region provided on the first insulating film outside the window portion of the first insulating film;
A second second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first second conductivity type semiconductor region, provided on the inner surface side of the first second conductivity type semiconductor region;
A second first conductivity type semiconductor region selectively provided on the inner surface side of the second second conductivity type semiconductor region; the first first conductivity type semiconductor region; and the second first conductivity type. A second insulating film covering the type semiconductor region, the first second conductivity type semiconductor region, and the second second conductivity type semiconductor region;
A control electrode provided on the second insulating film;
A third second conductivity type semiconductor having an impurity concentration higher than that of the second second conductivity type semiconductor region provided in a region inside the second second conductivity type semiconductor region away from just below the control electrode. Area,
A first electrode in contact with both the second first conductivity type semiconductor region and the second second conductivity type semiconductor region;
A third insulating film provided between the first electrode and the control electrode;
A fourth second conductivity type semiconductor region provided along the second main surface of the semiconductor substrate;
A second electrode in contact with the fourth second conductivity type semiconductor region;
A semiconductor device comprising:
前記第1の絶縁膜の薄い部分の一部を除去して窓部を形成する第2の工程と、
前記第1の絶縁膜の薄い部分および前記半導体基板の、前記窓部において露出した部分の上に第1導電型半導体膜を積層する第3の工程と、
前記第1導電型半導体膜を前記第1の絶縁膜の厚い部分の高さまで研磨する第4の工程と、
前記第1導電型半導体膜の上に第2の絶縁膜および制御電極となる多結晶半導体膜を順次形成する第5の工程と、
前記多結晶半導体膜の一部を除去して、前記第1導電型半導体膜の、前記半導体基板と接触する第1の第1導電型半導体領域の上の部分に前記多結晶半導体膜を残し、前記第1導電型半導体膜の、前記第1の絶縁膜の薄い部分上に第1の第2導電型半導体領域を形成する第6の工程と、
前記第1の第2導電型半導体領域の内部の表面に、当該第1の第2導電型半導体領域より不純物濃度の高い第2の第2導電型半導体領域を前記第1の絶縁膜の薄い部分に達しない深さで形成する第7の工程と、
前記第2の第2導電型半導体領域の内部に、第3の第2導電型半導体領域を形成し、さらに該第2の第2導電型半導体領域の内部の表面に、第2の第1導電型半導体領域を形成する第8の工程と、
前記第2の第1導電型半導体領域および前記第2の第2導電型半導体領域の一部に接触する第1の電極を形成する第9の工程と、
前記半導体基板の第2の主面に沿って第4の第2導電型半導体領域を形成する第10の工程と、
前記第4の第2導電型半導体領域に接触する第2の電極を形成する第11の工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 A first step of forming a first insulating film having a thick portion and a thin portion on a first main surface of a first conductivity type semiconductor substrate;
A second step of forming a window portion by removing a part of the thin portion of the first insulating film;
A third step of laminating a first conductive type semiconductor film on a thin portion of the first insulating film and a portion of the semiconductor substrate exposed at the window;
A fourth step of polishing the first conductive semiconductor film to a height of a thick portion of the first insulating film;
A fifth step of sequentially forming a second insulating film and a polycrystalline semiconductor film serving as a control electrode on the first conductive semiconductor film;
Removing a portion of the polycrystalline semiconductor film, leaving the polycrystalline semiconductor film in a portion of the first conductive semiconductor film above the first first conductive semiconductor region in contact with the semiconductor substrate; A sixth step of forming a first second conductivity type semiconductor region on a thin portion of the first insulation film of the first conductivity type semiconductor film;
A thin portion of the first insulating film is formed on the inner surface of the first second conductivity type semiconductor region with a second second conductivity type semiconductor region having an impurity concentration higher than that of the first second conductivity type semiconductor region. A seventh step of forming at a depth not reaching
A third second conductivity type semiconductor region is formed inside the second second conductivity type semiconductor region, and further, a second first conductivity type is formed on the surface inside the second second conductivity type semiconductor region. An eighth step of forming the type semiconductor region;
A ninth step of forming a first electrode in contact with the second first conductive semiconductor region and a part of the second second conductive semiconductor region;
A tenth step of forming a fourth second conductivity type semiconductor region along a second main surface of the semiconductor substrate;
An eleventh step of forming a second electrode in contact with the fourth second conductivity type semiconductor region;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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