JP2011082585A - Insulated gate semiconductor device - Google Patents

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JP2011082585A JP2011013429A JP2011013429A JP2011082585A JP 2011082585 A JP2011082585 A JP 2011082585A JP 2011013429 A JP2011013429 A JP 2011013429A JP 2011013429 A JP2011013429 A JP 2011013429A JP 2011082585 A JP2011082585 A JP 2011082585A
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emitter
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Satoshi Teramae
前 智 寺
Shigeru Hasegawa
滋 長谷川
Hideaki Ninomiya
宮 英 彰 二
Masahiro Tanaka
中 雅 浩 田
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Toshiba Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an element structure of an insulated gate semiconductor device by which the device is prevented from being broken due to remaining carriers when being switched on while making possible the reduction of on-voltage, and also capable of improving a breaking capacity by accelerating the discharge of remaining carriers around a chip area, especially when turned off. <P>SOLUTION: The insulated gate semiconductor device has an isolation structure formed around the periphery of a semiconductor substrate in order to demarcate the element region inside; a peripheral diffusion region formed at the outer side of the isolation structure of the semiconductor substrate; base regions which are formed inside the element region, divided by insulated trench gates, and have emitter regions on the surfaces; collector regions; a plurality of cell structures having emitter electrodes connected to the emitter regions and the base regions; dummy base regions being base regions which are adjacent to the cell structures without having on their surfaces the emitter regions connected to the emitter electrode; and a connection section for electrically connecting the peripheral diffusion regions to the emitter electrodes. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は絶縁ゲート型半導体装置に係り、特にトレンチゲートを有する絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)およびその素子構造に関するものである。   The present invention relates to an insulated gate semiconductor device, and more particularly to an insulated gate bipolar transistor (IGBT) having a trench gate and an element structure thereof.

絶縁ゲート型トランジスタとしては、従来IGBTが広く用いられているが、その改良されたものとしてゲート下に電子を蓄積できる注入促進型ゲートトランジスタ’(Injection Enhanced Gate Transistor: IEGT)が開発され、より大電力が実現できるため、最近は広く使用されるようになっている。   Conventionally, IGBTs have been widely used as insulated gate transistors, but as an improved version of them, an injection enhanced gate transistor (IEGT) that can store electrons under the gate has been developed. Since power can be realized, it has been widely used recently.

従来の絶縁ゲート型半導体装置においては、外周部のリング状拡散領域やゲート配線部下の拡散層領域は、セル領域のベース拡散層と接続して形成される。   In the conventional insulated gate semiconductor device, the ring-shaped diffusion region in the outer peripheral portion and the diffusion layer region under the gate wiring portion are formed in connection with the base diffusion layer in the cell region.

ところが、特に耐圧の高いIEGTのような半導体素子は、セル領域に蓄積キャリア増加させ、かつ負性容量を低減するために、ゲート電極としてはトレンチゲートを用い、トレンチゲート間のベース領域にエミッタ電極とコンタクトしていない、いわゆるフローティング状態のダミーベース領域を設けている。   However, a semiconductor device such as IEGT having a particularly high breakdown voltage uses a trench gate as a gate electrode and an emitter electrode in a base region between the trench gates in order to increase accumulated carriers in the cell region and reduce negative capacitance. In other words, a dummy base region in a so-called floating state that is not in contact with is provided.

この負性容量に関しては、ダミーセル領域におけるp型ダミーベース層の電位が完全にはフローティング化していないと、ゲート・エミッタ間電圧Vgeのオーバーシュートを招く点で問題となっている。より具体的には、p型ダミーベース層の電位がフローティングするように設計しても、寄生構造(例えば、セル端や接合終端部との部分的接続)による寄生抵抗を介してオフ時の電位がゼロ電位近傍で固定されると、ターンオンに際してゲート・エミッタ間電圧Vgeが閾値電圧Vthに達した後、正孔の注入に伴ってp型ダミーベース層の電位が急上昇し、ゲート・エミッタ間電圧Vgeがオーバーシュートしてしまう現象が見られる。   This negative capacitance is problematic in that if the potential of the p-type dummy base layer in the dummy cell region is not completely floating, an overshoot of the gate-emitter voltage Vge is caused. More specifically, even if the potential of the p-type dummy base layer is designed to be floating, the potential at the OFF time via a parasitic resistance due to a parasitic structure (for example, partial connection with a cell end or a junction termination). Is fixed in the vicinity of zero potential, the gate-emitter voltage Vge reaches the threshold voltage Vth at the time of turn-on, and then the potential of the p-type dummy base layer rapidly rises with the injection of holes. There is a phenomenon that Vge overshoots.

また、エミッタ層と接続されていないダミーベース領域を設けることにより、キャリアの注入を促し、オン電圧の低減が可能となるが、半導体装置のスイッチング時にはこのダミーベース領域にキャリアが残留し破壊耐量の低下を招くという問題がある。   In addition, by providing a dummy base region that is not connected to the emitter layer, it is possible to promote the injection of carriers and reduce the on-voltage. However, when the semiconductor device is switched, carriers remain in the dummy base region and the breakdown tolerance is reduced. There is a problem of causing a decrease.

さらに、電流遮断時には、素子中に存在するキャリアを排出する必要があり、このため、セル領域のキャリアはエミッタ電極から、素子の周辺部に存在するキャリアは上述の外周部のリング状拡散領域からセル領域のベース拡散層を介して排出される。ところが外周部のリング状拡散領域やゲート配線部下の拡散層領域とセル領域のベース拡散層とを完全に分離すると、電流遮断時に外周部領域のキャリアが排出される経路がなくなるため、遮断耐量の低下を招く虞れがある。
特開昭2001−168333号公報
Furthermore, when the current is interrupted, it is necessary to discharge the carriers present in the element. For this reason, the carriers in the cell region are emitted from the emitter electrode, and the carriers present in the periphery of the element are derived from the ring-shaped diffusion region in the outer peripheral portion. It is discharged through the base diffusion layer in the cell region. However, if the ring-shaped diffusion region in the outer peripheral portion or the diffusion layer region under the gate wiring portion and the base diffusion layer in the cell region are completely separated, there is no path for discharging carriers in the outer peripheral region when the current is interrupted. There is a risk of lowering.
JP-A-2001-168333

本発明は、絶縁ゲート型半導体装置において、オン電圧の低減を可能としつつ、スイッチング時の残留キャリアによる破壊を防止することが可能な素子構造を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an element structure capable of preventing breakdown due to residual carriers at the time of switching in an insulated gate semiconductor device while enabling a reduction in on-voltage.

また、本発明は、絶縁ゲート型半導体装置において、特にターンオフ時におけるチップ周辺領域での残留キャリアの排出を促し、遮断耐量を高めることのできる素子構造を提供することを目的とする。   It is another object of the present invention to provide an element structure capable of enhancing the shutoff resistance by promoting the discharge of residual carriers in the peripheral region of the chip particularly in an insulated gate semiconductor device during turn-off.

本発明の一態様は、半導体基板周辺部に周回状に形成され、内部の素子領域を画定する分離構造と、
前記半導体基板であって前記分離構造の外側に形成された周辺拡散領域と、
前記素子領域内に形成され、絶縁されたトレンチゲートで分割され、表面部にエミッタ領域を有するベース領域と、コレクタ領域と、前記エミッタ領域および前記ベース領域と接続されるエミッタ電極とを備えた複数のセル構造と、
前記セル構造に隣接し、表面部に前記エミッタ電極と接続されたエミッタ領域を有しないベース領域であるダミーベース領域と、
前記周辺拡散領域を前記エミッタ電極と電気的に接続する接続部と、を備え、
前記ベース領域および前記ダミーベース領域は、それぞれ前記トレンチゲートを挟んで、交互に配置されることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置を提供する。
One aspect of the present invention is an isolation structure that is formed in a circular shape around a semiconductor substrate and defines an internal element region;
A peripheral diffusion region formed outside the isolation structure in the semiconductor substrate;
A plurality of base regions formed in the element region and divided by insulated trench gates, having a base region having an emitter region on the surface, a collector region, and an emitter electrode connected to the emitter region and the base region Cell structure of
A dummy base region that is adjacent to the cell structure and has no emitter region connected to the emitter electrode on a surface portion;
A connection portion for electrically connecting the peripheral diffusion region to the emitter electrode,
The base region and the dummy base region are provided alternately with the trench gate interposed therebetween, providing an insulated gate semiconductor device.

本発明が適用される絶縁ゲート型半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the insulated gate semiconductor device to which this invention is applied. 図1のA−A’線に沿ったコ拡大断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view taken along line A-A ′ in FIG. 1. 本発明の第1の実施の形態の第一の実施例を示す模式的な平面図である。It is a typical top view which shows the 1st Example of the 1st Embodiment of this invention. 配線構造の例を示す素子の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of the element which shows the example of wiring structure. 図14の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of FIG. 配線構造の他の例を示す素子断面図である。It is element sectional drawing which shows the other example of a wiring structure. 本発明の第1の実施の形態の第2の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows the 2nd Example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の第3の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows the 3rd Example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の第4の実施例を示す平面図である。It is a top view which shows the 4th Example of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に共通なIGBT構造の平面図である。It is a top view of the IGBT structure common to the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態における第1の実施例にかかるIGBTの構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of IGBT concerning the 1st Example in the 2nd Embodiment of this invention. 図11におけるC−C’線に沿って奥行き方向の様子を表した一部切り欠き斜視図である。FIG. 12 is a partially cutaway perspective view illustrating a state in a depth direction along the line C-C ′ in FIG. 11. キャリア排出用拡散層と配線の関係を簡略的に示す図である。It is a figure which shows simply the relationship between the diffusion layer for carrier discharge | emission, and wiring. 同様に簡略的な構造を示す図である。It is a figure which shows a simple structure similarly. 第2の実施例を示す素子断面図である。It is element sectional drawing which shows a 2nd Example. 図15におけるD−D’断面を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the D-D 'cross section in FIG. 本発明の第2の実施の形態の第3の実施例の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the 3rd Example of the 2nd Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は本発明が適用される絶縁ゲート型半導体装置を示す平面図、図2はそのA−A’線に沿った拡大断面図である。   FIG. 1 is a plan view showing an insulated gate semiconductor device to which the present invention is applied, and FIG. 2 is an enlarged sectional view taken along the line A-A '.

これらの図に示されるように、N型基板10の周辺部を分離用トレンチ8が周回することにより外周リング部と素子部が分離され、この分離用トレンチ8の外側にP型拡散領域の最内周終端部9、内側にフローティング構成のP型拡散領域であるダミーベース領域7が設けられている。   As shown in these drawings, the outer peripheral ring portion and the element portion are separated by the isolation trench 8 circulating around the periphery of the N-type substrate 10, and the outermost portion of the P-type diffusion region is outside the isolation trench 8. A dummy base region 7 which is a P-type diffusion region having a floating structure is provided on the inner peripheral end portion 9 and on the inner side.

図2の断面図においては、素子部の構成も示されており、ダミーベース7の内周側には絶縁膜4で覆われたトレンチゲート電極3により画定されたP型のベース領域6とダミーベース領域7が交互に形成されている。ベース領域の上端部でゲート電極3に隣接してN型のエミッタ領域5が形成されている。なお、ダミーベース領域とは、表面部に前記エミッタ電極と接続されたエミッタ領域を有しないベース領域であるダミーベース領域という意味である。ダミーベース領域7およびゲート電極3の上には層間絶縁膜2が形成され、全体の上にはエミッタ電極1が形成されている。   In the cross-sectional view of FIG. 2, the configuration of the element portion is also shown. On the inner peripheral side of the dummy base 7, a P-type base region 6 defined by a trench gate electrode 3 covered with an insulating film 4 and a dummy are provided. Base regions 7 are alternately formed. An N-type emitter region 5 is formed adjacent to the gate electrode 3 at the upper end of the base region. The dummy base region means a dummy base region that is a base region having no emitter region connected to the emitter electrode on the surface portion. An interlayer insulating film 2 is formed on the dummy base region 7 and the gate electrode 3, and an emitter electrode 1 is formed on the whole.

第1の実施の形態First embodiment

以下、本発明にかかる絶縁ゲート型半導体装置の第1の実施の形態を説明する。この形態は外周部拡散領域のキャリアを排出するのに適したものである。   A first embodiment of an insulated gate semiconductor device according to the present invention will be described below. This form is suitable for discharging the carrier in the outer peripheral diffusion region.

図3は本発明の第1の実施の形態の第一の実施例を示す模式的な平面図であり、半導体素子を上から見た平面図である。この半導体素子は例えば1辺約15mm程度の大きさの高出力型IGBTである。   FIG. 3 is a schematic plan view showing a first example of the first embodiment of the present invention, and is a plan view of a semiconductor element as viewed from above. This semiconductor element is, for example, a high-power IGBT having a size of about 15 mm on a side.

同図によれば、外周部にリング状電極11が形成され、その内部にエミッタ電極12、ゲート電極13が形成されている。図3の例では、エミッタ電極が4列に形成され、右から2番目の列の図中下側がゲート電極となっている。また、図中の太線は低抵抗化のためにゲート配線上に設けられる金属配線14を示している。また、この実施例では各エミッタ電極12の図中上側で外周リング状電極11とを接続し、これらと同一工程で一体的に形成された金属配線15が設けられている。   According to the figure, a ring-shaped electrode 11 is formed on the outer periphery, and an emitter electrode 12 and a gate electrode 13 are formed therein. In the example of FIG. 3, the emitter electrodes are formed in four columns, and the lower side of the second column from the right is the gate electrode. In addition, the thick line in the figure indicates the metal wiring 14 provided on the gate wiring in order to reduce the resistance. In this embodiment, the outer peripheral ring-shaped electrode 11 is connected to the upper side of each emitter electrode 12 in the figure, and a metal wiring 15 formed integrally in the same process is provided.

図4から図6は、エミッタ電極と外周リング電極とを接続した様子を示す。   4 to 6 show a state in which the emitter electrode and the outer ring electrode are connected.

図4は配線箇所15でゲート電極が分断される配線構造を示す断面図、図5はこの配線構造の斜視図である。図4に示されるように、分離用トレンチ8の外側にはリング状拡散領域の最内周終端部9が位置しており、その一部の上方には絶縁膜2を介してゲート電極19が形成されている。このゲート電極19は、図5に示されるように、配線箇所では分断され、この部分には金属配線15が設けられ、分離用トレンチの内側のエミッタ電極1と分離用トレンチの外側に位置する外周リング状電極11間を連結している。   4 is a cross-sectional view showing a wiring structure in which the gate electrode is divided at the wiring portion 15, and FIG. 5 is a perspective view of the wiring structure. As shown in FIG. 4, the innermost peripheral end portion 9 of the ring-shaped diffusion region is located outside the isolation trench 8, and the gate electrode 19 is interposed above the part via the insulating film 2. Is formed. As shown in FIG. 5, the gate electrode 19 is divided at the wiring portion, and a metal wiring 15 is provided in this portion, and the outer periphery located outside the emitter electrode 1 and the isolation trench inside the isolation trench. The ring electrodes 11 are connected.

リング状拡散領域9と分離用トレンチ8の外側に位置する外周リング状電極11とは絶縁膜2に設けられたスルーホール18を介して接続される。   The ring-shaped diffusion region 9 and the outer peripheral ring-shaped electrode 11 located outside the isolation trench 8 are connected through a through hole 18 provided in the insulating film 2.

このような構成では、素子の周辺部に存在するキャリアを外周リング状電極11、金属配線15およびエミッタ配線を介して排出することができ、遮断耐量を向上させることができる。   In such a configuration, carriers existing in the peripheral portion of the element can be discharged through the outer peripheral ring electrode 11, the metal wiring 15 and the emitter wiring, and the cutoff resistance can be improved.

図6はエミッタ電極と外周リング電極との接続構造の他の例を示す断面図である。この例では図4と比較することにより明らかなように、ゲート電極19は絶縁膜17により覆われているので、このゲート電極19は分断される必要はなく、全体がエミッタ電極1で覆われた状態となっている。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing another example of the connection structure between the emitter electrode and the outer ring electrode. In this example, as apparent from comparison with FIG. 4, since the gate electrode 19 is covered with the insulating film 17, the gate electrode 19 does not need to be divided and is entirely covered with the emitter electrode 1. It is in a state.

この例ではエッチング処理などが少なくて済む。   In this example, the etching process or the like is small.

図7は本発明の第1の実施の形態の第2の実施例として、エミッタ電極12が5列設けられ、各列はそれぞれ上下に分割されているものを示す。なお、最も右側の列では上下のエミッタ電極間にゲート電極13が設けられた構成となっている。   FIG. 7 shows a second example of the first embodiment of the present invention in which five emitter electrodes 12 are provided and each column is divided into upper and lower parts. In the rightmost column, the gate electrode 13 is provided between the upper and lower emitter electrodes.

そして、この実施例でも、総てのエミッタ電極12と外周部のリング状電極11との間に金属配線15が設けられており、実施例1と同様に外周部領域のキャリアを電流遮断時に排出できるが、実施例1と比べて導通箇所が多くなっているため、特に大電流を扱う大面積の半導体素子に適している。   Also in this embodiment, the metal wiring 15 is provided between all the emitter electrodes 12 and the ring electrode 11 on the outer peripheral portion, and the carriers in the outer peripheral region are discharged when the current is cut off as in the first embodiment. However, since the number of conductive points is larger than that in the first embodiment, it is particularly suitable for a large-area semiconductor device that handles a large current.

図8は本発明の第1の実施の形態の第3の実施例を示す平面図であり、4列に形成されたエミッタ領域12が上下に分割された点では図4と類似するが、最右列の下端のコーナ部にゲート電極13が設けられ、その上側のエミッタ電極との間に外周リング電極11の一部11aが延びて位置している。この延びた部分11aとエミッタ電極12aとの間にも接続用の金属配線15aが設けられる。   FIG. 8 is a plan view showing a third example of the first embodiment of the present invention, which is similar to FIG. 4 in that the emitter regions 12 formed in four rows are vertically divided. A gate electrode 13 is provided at a corner portion at the lower end of the right column, and a part 11a of the outer peripheral ring electrode 11 extends between the upper emitter electrode. A metal wiring 15a for connection is also provided between the extended portion 11a and the emitter electrode 12a.

この実施例では、ゲート電極13がコーナ部に位置しており、ゲート電極の配置がそのように設計がされた素子に最適である。   In this embodiment, the gate electrode 13 is positioned at the corner, and the arrangement of the gate electrode is optimal for an element designed as such.

図9は本発明の第1の実施の形態の第4の実施例を示す平面図であり、エミッタ電極12は7列に形成され、そのうち中央の4列目の下側はゲート電極13となっている。これらのエミッタ電極12とその周囲に配置された外周リング状電極11とは最左端と最右端のエミッタ電極では側面に、偶数列のエミッタ電極では上側に、最左端と最右端を除く奇数列では下側にそれぞれ接続用の金属配線が設けられている。   FIG. 9 is a plan view showing a fourth example of the first embodiment of the present invention, in which the emitter electrodes 12 are formed in seven rows, of which the lower side of the central fourth row is the gate electrode 13. . The emitter electrode 12 and the outer peripheral ring electrode 11 disposed around the emitter electrode 12 are on the side surface in the leftmost and rightmost emitter electrodes, on the upper side in the even-numbered emitter electrodes, and in the odd-numbered columns excluding the leftmost and rightmost ends. Metal wiring for connection is provided on the lower side.

この実施例では接続用の金属配線が設けられるのは上側と下側が交互になっているので、配線領域を余裕を持って製作することができる。   In this embodiment, the metal wiring for connection is provided alternately on the upper side and the lower side, so that the wiring region can be manufactured with a margin.

第2の実施の形態Second embodiment

以上説明した第1の実施の形態は外周部拡散領域のキャリアを排出するのに適したものであったが、以下に示す第2の実施の形態は素子内部の領域からのキャリア排出に適したものである。   The first embodiment described above is suitable for discharging carriers in the outer peripheral diffusion region, but the second embodiment described below is suitable for discharging carriers from the region inside the element. Is.

図10は以下に示す本発明の第2の実施の形態に共通なIGBT構造の平面図であり、基板50の外周部51と内周部を分離する周回状のトレンチ形状の分離領域52を有しているのは従来と同様であるが、このトレンチ状分離領域をエミッタセル外周部だけではなくエミッタセル内部にも設けるようにし、複数の列状に形成されたエミッタ領域53間を分離する直線状のトレンチ形状の分離領域54が設けられている。また、図1で説明したのと同様に、分離領域のすぐ外側には最内周終端部55が設けられ、内側にはダミーベース領域56が形成されている。このダミーベース領域56はエミッタ領域間の各分離領域に沿っても形成されている。なお、エミッタセル外周部は耐圧を保持するための最内周終端部でエミッタ電極と同電位となっている。   FIG. 10 is a plan view of an IGBT structure common to the second embodiment of the present invention described below, and has a circular trench-shaped isolation region 52 that separates the outer peripheral portion 51 and the inner peripheral portion of the substrate 50. The trench-like isolation region is provided not only in the outer periphery of the emitter cell but also in the emitter cell so as to separate the emitter regions 53 formed in a plurality of rows. A trench-shaped isolation region 54 is provided. As described with reference to FIG. 1, the innermost peripheral end portion 55 is provided immediately outside the separation region, and the dummy base region 56 is formed inside. The dummy base region 56 is also formed along each isolation region between the emitter regions. The outer periphery of the emitter cell has the same potential as that of the emitter electrode at the innermost end for maintaining the withstand voltage.

図11は本発明の第2の実施の形態における第1の実施例にかかるIGBTの構造を示す図11におけるB−B’線に沿った断面図である。   FIG. 11 is a cross-sectional view taken along line B-B ′ in FIG. 11 showing the structure of the IGBT according to the first example of the second embodiment of the present invention.

多数のトレンチが形成されているが、分離用トレンチ52・54とトレンチゲート電極59とがある。これらのトレンチ上の基板表面上には層間絶縁膜58が形成されている。トレンチ間の領域の上部に層間絶縁膜がなく、エミッタ電極61が形成されている場合は、当該トレンチはトレンチゲート電極59となっており、このトレンチゲート間の領域はベース領域57であり、その表面にはエミッタ領域60がN型不純物拡散領域として形成されている。   A large number of trenches are formed, but there are isolation trenches 52 and 54 and a trench gate electrode 59. An interlayer insulating film 58 is formed on the substrate surface above these trenches. When there is no interlayer insulating film above the region between the trenches and the emitter electrode 61 is formed, the trench is a trench gate electrode 59, and the region between the trench gates is a base region 57, On the surface, an emitter region 60 is formed as an N-type impurity diffusion region.

また、トレンチゲート間の領域でその上部に層間絶縁膜が形成された領域はP型のダミーベース領域56となっている。また、層間絶縁膜58の下方領域で、トレンチゲート電極59と分離用トレンチ54との間の領域もダミーベース領域56となっている。さらに、分離用トレンチ54間の領域は例えばP型のキャリア排出用拡散層62となっている。
図12は図11におけるC−C’線に沿って奥行き方向の様子を表した一部切り欠き斜視図である。この図においては、右側の4つのトレンチの上に形成される層間絶縁膜58とエミッタ電極の大部分を省略して表してある。これは、キャリア排出用拡散層62の上の層間絶縁膜には図12中に破線で示されたコンタクト領域63において層間絶縁膜58に形成されたコンタクトホールおよび配線(いずれも図示せず)を介してエミッタ電極と接続され、同一電位とされる。この様子は図13に簡略的に構造が示される。
A region between the trench gates, on which an interlayer insulating film is formed, is a P-type dummy base region 56. A region below the interlayer insulating film 58 and between the trench gate electrode 59 and the isolation trench 54 is also a dummy base region 56. Further, a region between the isolation trenches 54 is, for example, a P-type carrier discharge diffusion layer 62.
FIG. 12 is a partially cutaway perspective view showing a state in the depth direction along the line CC ′ in FIG. 11. In this figure, most of the interlayer insulating film 58 and the emitter electrode formed on the four right trenches are omitted. This is because contact holes and wirings (both not shown) formed in the interlayer insulating film 58 in the contact region 63 indicated by broken lines in FIG. 12 are formed in the interlayer insulating film on the carrier discharging diffusion layer 62. And is connected to the emitter electrode through the same potential. This state is schematically shown in FIG.

このような構成によれば、スイッチング時には残留キャリアがエミッタセル内部のP型拡散層62を通りエミッタに排出されるため、キャリアの蓄積がなく、破壊耐量の改善になる。   According to such a configuration, at the time of switching, residual carriers are discharged to the emitter through the P-type diffusion layer 62 inside the emitter cell, so there is no accumulation of carriers and the breakdown resistance is improved.

図13ではキャリア排出用拡散層62はエミッタ電極61とつながる配線64と接続されているが、同様に簡略的な構造を示す図14に示すように、エミッタ電極61とは分離されたゲート電極65と接続するようにしても良い。これはゲート電極直下にはアクティブ層を形成することはできず、かつゲート電極は一般に100μm程度の広い幅を有しているため、キャリアを集めるキャリア排出用拡散層62を設けることに適しているためである。   In FIG. 13, the carrier discharge diffusion layer 62 is connected to the wiring 64 connected to the emitter electrode 61. However, as shown in FIG. 14, which similarly shows a simple structure, the gate electrode 65 separated from the emitter electrode 61. You may make it connect with. This is because it is not possible to form an active layer directly under the gate electrode, and the gate electrode generally has a wide width of about 100 μm, so it is suitable to provide a carrier discharge diffusion layer 62 for collecting carriers. Because.

図15は素子内部の領域からのキャリア排出を行う第2の実施例を示す素子断面図であり、図11の場合と同様に図11のB−B’断面を示すものである。また、図16は図15におけるD−D’断面を示す。これらの図において図11および図12における構成要素と同じものについては同じ参照番号を付すこととする。   FIG. 15 is a device cross-sectional view showing a second embodiment for discharging carriers from the region inside the device, and shows the B-B ′ cross section of FIG. 11 as in the case of FIG. 11. FIG. 16 shows a D-D ′ cross section in FIG. 15. In these drawings, the same components as those in FIGS. 11 and 12 are denoted by the same reference numerals.

この実施例では、図11および図12に示した実施例では設けられていた分離領域52および54が設けられておらず、代わりに拡散層66、例えばn型不純物拡散層で分離したものである。   In this embodiment, the isolation regions 52 and 54 provided in the embodiment shown in FIGS. 11 and 12 are not provided, but are separated by a diffusion layer 66, for example, an n-type impurity diffusion layer. .

この実施例は分離領域の構成が異なるのみであるので、実施例1の場合と作用・効果は全く同じで、スイッチング時には残留キャリアがエミッタセル内部のp型拡散層を通りエミッタに排出されるため、キャリアの蓄積がなく、破壊耐量の改善になる。   Since this embodiment is different only in the structure of the isolation region, the operation and effect are exactly the same as in the case of Embodiment 1, and during switching, residual carriers are discharged to the emitter through the p-type diffusion layer inside the emitter cell. There is no accumulation of carriers, and the breakdown resistance is improved.

図17は本発明の第2の実施の形態の第3の実施例の構成を示す、図11におけるB−B’断面図である。   FIG. 17 is a cross-sectional view taken along the line B-B ′ in FIG. 11, showing the configuration of the third example of the second embodiment of the present invention.

上述した第1および第2の実施例ではp型拡散層および配線を介して残留キャリアをエミッタに排出していたが、この実施例ではキャリア排出用P型拡散層62に直接コンタクトするエミッタ電極67を設けたものである。   In the first and second embodiments described above, residual carriers are discharged to the emitter via the p-type diffusion layer and wiring. In this embodiment, an emitter electrode 67 that directly contacts the carrier discharge P-type diffusion layer 62. Is provided.

この実施例の場合も残留キャリアを効率的に排出することができるが、実施例1および2の場合とは異なって、配線を介さずにキャリア排出用p型拡散層から直接エミッタ電極に残留キャリアを排出することができるため、排出能力は実施例1および2の場合よりも高い。   Even in this embodiment, residual carriers can be efficiently discharged. However, unlike the first and second embodiments, the residual carriers are directly supplied from the carrier discharge p-type diffusion layer to the emitter electrode without using a wiring. Can be discharged, the discharge capacity is higher than those in Examples 1 and 2.

以上説明した第1の実施の形態と第2の実施の形態は単独で適用しても良いが、両者を共に適用することも可能である。   The first embodiment and the second embodiment described above may be applied alone, but both may be applied together.

11 外周部リング状電極
1,12 エミッタ電極
15 金属配線
18 スルーホール
11 Outer ring electrodes 1, 12 Emitter electrode 15 Metal wiring 18 Through hole

Claims (3)

半導体基板周辺部に周回状に形成され、内部の素子領域を画定する分離構造と、
前記半導体基板であって前記分離構造の外側に形成された周辺拡散領域と、
前記素子領域内に形成され、絶縁されたトレンチゲートで分割され、表面部にエミッタ領域を有するベース領域と、コレクタ領域と、前記エミッタ領域および前記ベース領域と接続されるエミッタ電極とを備えた複数のセル構造と、
前記セル構造に隣接し、表面部に前記エミッタ電極と接続されたエミッタ領域を有しないベース領域であるダミーベース領域と、
前記周辺拡散領域を前記エミッタ電極と電気的に接続する接続部と、を備え、
前記ベース領域および前記ダミーベース領域は、それぞれ前記トレンチゲートを挟んで、交互に配置されることを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
An isolation structure that is formed in a circular shape around the semiconductor substrate and demarcates the internal element region;
A peripheral diffusion region formed outside the isolation structure in the semiconductor substrate;
A plurality of base regions formed in the element region and divided by insulated trench gates, having a base region having an emitter region on the surface, a collector region, and an emitter electrode connected to the emitter region and the base region Cell structure of
A dummy base region that is adjacent to the cell structure and has no emitter region connected to the emitter electrode on a surface portion;
A connection portion for electrically connecting the peripheral diffusion region to the emitter electrode,
2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the base region and the dummy base region are alternately arranged with the trench gate interposed therebetween.
前記エミッタ電極は複数列2行の分割部分に分割され、各分割部分の端部において前記接続部が設けられたことを特徴とする請求項1に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   2. The insulated gate semiconductor device according to claim 1, wherein the emitter electrode is divided into a plurality of divided portions of two columns and the connection portion is provided at an end of each divided portion. 両端の列のいずれかのコーナ部にゲート電極が設けられ、このゲート電極とこのコーナ部が属する区画に設けられた分割エミッタ電極との間に前記周辺拡散領域が延びており、この区画ではこの周辺拡散領域と前記分割エミッタ電極との間に前記接続部が設けられたことを特徴とする請求項2に記載の絶縁ゲート型半導体装置。   A gate electrode is provided in one of the corner portions of the columns at both ends, and the peripheral diffusion region extends between the gate electrode and the divided emitter electrode provided in the partition to which the corner portion belongs. 3. The insulated gate semiconductor device according to claim 2, wherein the connection portion is provided between a peripheral diffusion region and the divided emitter electrode.
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