JP2015153760A - semiconductor device - Google Patents

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隆太 新井
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing on-resistance of a vertical MOSFET or a vertical IGBT having electrodes on the same surface.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a semiconductor substrate having a first semiconductor layer on a first surface, a second semiconductor layer of a first conductivity type on a second surface, and a third semiconductor layer of the first conductivity type and a fourth semiconductor layer of a second conductivity type between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer; a gate layer provided while interposing an insulating film between itself and the fourth semiconductor layer; a second surface side first electrode conductive with the first semiconductor layer and having a first wide region and a first linear region with a narrow width; a second electrode conductive to the second semiconductor layer, having a second wide region, and provided on the same plane as the first electrode; and a gate electrode conductive to the gate layer, having a third wide region and a second linear region with a narrow width, and provided on the same plane as the first electrode. The first linear region and the second linear region are adjacent to each other in parallel, and sandwiched by two wide regions.

Description

本発明の実施形態は、半導体装置に関する。   Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.

近年、ウェハレベルチップサイズパッケージ(WL−CSP)と呼ばれる半導体パッケージ技術が注目されている。WL−CSPは、最終的に切断した半導体チップの大きさがそのままパッケージの大きさとなる。したがって、半導体パッケージの小型化、軽量化の観点から理想的な技術である。   In recent years, a semiconductor package technique called a wafer level chip size package (WL-CSP) has attracted attention. In the WL-CSP, the size of the finally cut semiconductor chip becomes the size of the package as it is. Therefore, this is an ideal technique from the viewpoint of reducing the size and weight of the semiconductor package.

縦型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)やIGBT(Insulated Gate Bipolar)を、BGA(Ball Grid Array)やLGA(Land Grid Array)構造のWL−CSPにする場合、半導体チップの裏面側に設けられるドレイン層やコレクタ層へ電位を印加するドレイン電極やコレクタ電極を、半導体チップの表面側に形成する必要がある。このため、半導体チップ内に、ドレイン層やコレクタ層の引き出し構造が設けられる。この場合、ドレイン層やコンタクト層の抵抗が寄生抵抗となり、MOSFETやIGBTのオン抵抗が増大する恐れがある。   When a vertical MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor Transistor) or IGBT (Insulated Gate Bipolar) is used as a BGA (Ball Grid Array) or LGA (Land Grid Array) chip in the WL-SP side. It is necessary to form a drain electrode and a collector electrode for applying a potential to the drain layer and collector layer to be formed on the surface side of the semiconductor chip. For this reason, a drain layer or collector layer lead-out structure is provided in the semiconductor chip. In this case, the resistance of the drain layer or the contact layer becomes a parasitic resistance, which may increase the on-resistance of the MOSFET or IGBT.

また、BGAやLGA構造に限られるものではないが、例えば、MOSFETやIGBTがトレンチゲート構造の場合、トレンチ長が長くなるとトレンチ内のゲート層の抵抗が大きくなりスイッチング特性が劣化する恐れがある。   In addition, although not limited to the BGA or LGA structure, for example, when the MOSFET or IGBT has a trench gate structure, if the trench length is increased, the resistance of the gate layer in the trench may be increased and the switching characteristics may be deteriorated.

特開2002−353452号公報JP 2002-353252 A

本発明が解決しようとする課題は、同一面に電極を備える縦型MOSFETまたは縦型IGBTのオン抵抗の低減を可能とする半導体装置を提供することにある。   The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing the on-resistance of a vertical MOSFET or a vertical IGBT having electrodes on the same surface.

実施形態の半導体装置は、第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第1の面に第1の半導体層を有し、前記第2の面に第1導電型の第2の半導体層を有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられ、前記第1の半導体層よりも第1導電型の不純物濃度が低い第1導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられる第2導電型の第4の半導体層と、を有する半導体基板と、前記第4の半導体層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート層と、前記半導体基板の前記第2の面側に設けられ、前記第1の半導体層と電気的に導通し、第1の幅広領域と、前記第1の幅広領域よりも幅が狭く、前記第1の幅広領域から延伸する第1の線状領域を有する第1の電極と、前記半導体基板の前記第2の面側の前記第1の電極と同一平面に設けられ、前記第2の半導体層に電気的に導通し、第2の幅広領域を有する第2の電極と、前記半導体基板の前記第2の面側の前記第1の電極と同一平面に設けられ、前記ゲート層に電気的に導通し、第3の幅広領域と、前記第3の幅広領域よりも幅が狭く、前記第3の幅広領域から延伸する第2の線状領域を有するゲート電極と、を備え、前記第1の線状領域と前記第2の線状領域が平行に隣接し、前記第1の線状領域と前記第2の線状領域が、前記第1の幅広領域、前記第2の幅広領域および前記第3の幅広領域から選ばれる2つの幅広領域によって挟まれる。   The semiconductor device of the embodiment has a first surface and a second surface opposite to the first surface, the first surface has a first semiconductor layer, and the second surface has A first conductivity type second semiconductor layer provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, wherein the impurity concentration of the first conductivity type is higher than that of the first semiconductor layer; A semiconductor substrate having a low first conductivity type third semiconductor layer, and a second conductivity type fourth semiconductor layer provided between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer; A gate layer provided between the fourth semiconductor layer and an insulating film; and provided on the second surface side of the semiconductor substrate and electrically connected to the first semiconductor layer; A wide region, a first electrode having a first linear region that is narrower than the first wide region and extends from the first wide region, and A second electrode provided on the same plane as the first electrode on the second surface side of the conductive substrate, electrically conducting to the second semiconductor layer, and having a second wide region; and the semiconductor Provided in the same plane as the first electrode on the second surface side of the substrate, electrically conducting to the gate layer, a third wide region, and a width narrower than the third wide region, A gate electrode having a second linear region extending from the third wide region, wherein the first linear region and the second linear region are adjacent in parallel, and the first line And the second linear region are sandwiched between two wide regions selected from the first wide region, the second wide region, and the third wide region.

第1の実施形態の半導体装置の模式上面図。1 is a schematic top view of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の素子領域の模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view of an element region of a semiconductor device according to a first embodiment. 第1の実施形態の半導体装置の模式断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment. 比較形態の半導体装置の模式上面図。The schematic top view of the semiconductor device of a comparison form. 第2の実施形態の半導体装置の素子領域の模式断面図。The schematic cross section of the element area | region of the semiconductor device of 2nd Embodiment.

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。なお、以下の実施形態では、第1導電型がn型、第2導電型がp型である場合を例に説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members and the like are denoted by the same reference numerals, and the description of the members and the like once described is omitted as appropriate. In the following embodiment, a case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type will be described as an example.

また、本明細書中、n型、n型、n型の表記は、この順で、第n型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。同様に、p型、p型、p型の表記は、この順で、p型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。 In the present specification, the notation of n + type, n type, and n type means that the n-type impurity concentration decreases in this order. Similarly, the notation of p + type, p type, and p type means that the p-type impurity concentration decreases in this order.

n型不純物は、例えば、リン(P)またはヒ素(As)である。また、p型不純物は、例えば、ボロン(B)である。   The n-type impurity is, for example, phosphorus (P) or arsenic (As). The p-type impurity is, for example, boron (B).

(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の面と、第1の面と対向する第2の面を有し、第1の面に第1の半導体層を有し、第2の面に第1導電型の第2の半導体層を有し、第1の半導体層と第2の半導体層との間に設けられ、第1の半導体層よりも第1導電型の不純物濃度が低い第1導電型の第3の半導体層と、第3の半導体層と第2の半導体層との間に設けられる第2導電型の第4の半導体層と、を有する半導体基板と、第4の半導体層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート層と、半導体基板の第2の面側に設けられ、第1の半導体層と電気的に導通し、第1の幅広領域と、第1の幅広領域よりも幅が狭く、第1の幅広領域から延伸する第1の線状領域を有する第1の電極と、半導体基板の第2の面側の第1の電極と同一平面に設けられ、第2の半導体層に電気的に導通し、第2の幅広領域を有する第2の電極と、半導体基板の第2の面側の第1の電極と同一平面に設けられ、ゲート層に電気的に導通し、第3の幅広領域と、第3の幅広領域よりも幅が狭く、第3の幅広領域から延伸する第2の線状領域を有するゲート電極と、を備える。第1の線状領域と第2の線状領域が平行に隣接し、第1の線状領域と第2の線状領域が、第1の幅広領域、第2の幅広領域および第3の幅広領域から選ばれる2つの幅広領域によって挟まれる。
(First embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment has a first surface and a second surface opposite to the first surface, has a first semiconductor layer on the first surface, and has a first surface on the second surface. A first conductivity type having a second semiconductor layer of conductivity type, provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer, and having a lower impurity concentration of the first conductivity type than the first semiconductor layer A semiconductor substrate having a third semiconductor layer, a fourth semiconductor layer of a second conductivity type provided between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer, and a fourth semiconductor layer A gate layer provided with an insulating film interposed therebetween, and provided on the second surface side of the semiconductor substrate, and is electrically connected to the first semiconductor layer; from the first wide region and the first wide region; The first electrode having a first linear region extending from the first wide region and the first electrode on the second surface side of the semiconductor substrate are provided on the same plane as the first electrode. The second electrode having a second wide region and the first electrode on the second surface side of the semiconductor substrate are provided in the same plane and are electrically connected to the gate layer. And a third wide region and a gate electrode having a second linear region that is narrower than the third wide region and extends from the third wide region. The first linear region and the second linear region are adjacent in parallel, and the first linear region and the second linear region are the first wide region, the second wide region, and the third wide region. It is sandwiched between two wide regions selected from the region.

図1は、本実施形態の半導体装置の模式上面図である。図1(a)は電極の配置を示す図である。また、図1(b)は素子領域、電極への引き出し領域の配置を示す図である。図2は、本実施形態の半導体装置の素子領域の模式断面図である。   FIG. 1 is a schematic top view of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 1A is a diagram showing the arrangement of electrodes. FIG. 1B is a diagram showing the arrangement of the element region and the lead region to the electrode. FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of an element region of the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の半導体装置は、半導体基板を挟んでソース層とドレイン層が設けられる縦型MOSFETである。また、本実施形態の半導体装置は、トレンチ内にゲート電極が設けられるトレンチゲート型MOSFETである。そして、本実施形態の半導体装置は、BGA構造のWL−CSPである。   The semiconductor device of this embodiment is a vertical MOSFET in which a source layer and a drain layer are provided with a semiconductor substrate interposed therebetween. The semiconductor device of this embodiment is a trench gate type MOSFET in which a gate electrode is provided in a trench. The semiconductor device of this embodiment is a WL-CSP having a BGA structure.

本実施形態の半導体装置(MOSFET)は、図2に示すように、第1の面と第2の面とを有する半導体基板100を備える。半導体基板100は、例えば、単結晶シリコンである。   As shown in FIG. 2, the semiconductor device (MOSFET) of this embodiment includes a semiconductor substrate 100 having a first surface and a second surface. The semiconductor substrate 100 is, for example, single crystal silicon.

半導体基板100の第1の面に、n型ドレイン層(第1の半導体層)10が設けられる。そして、第2の面にn型ソース層(第2の半導体層)12が設けられる。 An n + -type drain layer (first semiconductor layer) 10 is provided on the first surface of the semiconductor substrate 100. An n + type source layer (second semiconductor layer) 12 is provided on the second surface.

また、半導体基板100は、n型ドレイン層10と、n型ソース層12との間に、n型ドレイン層10に接するn型ドリフト層(第3の半導体層)14が設けられる。n型ドリフト層14は、n型ドレイン層10よりもn型不純物濃度が低い。さらに、n型ドリフト層14とn型ソース層12との間に、p型チャネル層(第4の半導体層)16が設けられる。 Further, in the semiconductor substrate 100, an n type drift layer (third semiconductor layer) 14 in contact with the n + type drain layer 10 is provided between the n + type drain layer 10 and the n + type source layer 12. . The n type drift layer 14 has a lower n type impurity concentration than the n + type drain layer 10. Further, a p-type channel layer (fourth semiconductor layer) 16 is provided between the n -type drift layer 14 and the n + -type source layer 12.

半導体基板100には、第2の面側にトレンチ18が形成される。トレンチ18内には、ゲート絶縁膜(絶縁膜)20とゲート層22とが設けられる。ゲート層22は、p型チャネル層16との間に絶縁膜20を介して設けられる。   A trench 18 is formed in the semiconductor substrate 100 on the second surface side. A gate insulating film (insulating film) 20 and a gate layer 22 are provided in the trench 18. The gate layer 22 is provided between the p-type channel layer 16 and the insulating film 20.

絶縁膜20は、例えば、シリコンの熱酸化膜である。また、ゲート層22は、例えば、n型不純物がドープされた多結晶シリコンである。   The insulating film 20 is, for example, a silicon thermal oxide film. The gate layer 22 is, for example, polycrystalline silicon doped with n-type impurities.

本実施形態の半導体装置は、図1(a)に示すように、半導体基板100の第2の面側の同一平面に、ドレイン電極(第1の電極)31、2つのソース電極(第2の電極)32、ゲート電極33を備える。ドレイン電極(第1の電極)31、2つのソース電極(第2の電極)32、ゲート電極33上には、計6個のはんだボール34が設けられている。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor device of this embodiment includes a drain electrode (first electrode) 31 and two source electrodes (second electrodes) on the same plane on the second surface side of the semiconductor substrate 100. Electrode) 32 and a gate electrode 33. On the drain electrode (first electrode) 31, the two source electrodes (second electrode) 32, and the gate electrode 33, a total of six solder balls 34 are provided.

本実施形態の半導体装置は、6ピンタイプのBGAである。また、本実施形態は、WL−CSPであり、第1の面側および側面には、半導体基板100が露出している。   The semiconductor device of this embodiment is a 6-pin type BGA. Moreover, this embodiment is WL-CSP, and the semiconductor substrate 100 is exposed on the first surface side and the side surface.

ドレイン電極31、ソース電極32、ゲート電極33は、半導体装置外部と電気的な接続をとるための、いわゆるパッド電極である。ドレイン電極31、ソース電極32、ゲート電極33は、金属で形成される。金属は、例えば、アルミニウム(Al)である。   The drain electrode 31, the source electrode 32, and the gate electrode 33 are so-called pad electrodes for establishing electrical connection with the outside of the semiconductor device. The drain electrode 31, the source electrode 32, and the gate electrode 33 are made of metal. The metal is, for example, aluminum (Al).

ドレイン電極31は、第1の幅広領域31aと、第1の幅広領域31aよりも幅の狭い第1の線状領域31bとを備える。第1の線状領域31bは、いわゆるドレインフィンガーである。   The drain electrode 31 includes a first wide region 31a and a first linear region 31b that is narrower than the first wide region 31a. The first linear region 31b is a so-called drain finger.

2つのソース電極32は、第2の幅広領域32aを備える。   The two source electrodes 32 include a second wide region 32a.

ゲート電極33は、第3の幅広領域33aと、第3の幅広領域よりも幅の狭い第2の線状領域33bとを備える。第2の線状領域33bは、いわゆるゲートフィンガーである。   The gate electrode 33 includes a third wide region 33a and a second linear region 33b that is narrower than the third wide region. The second linear region 33b is a so-called gate finger.

図3は、本実施形態の半導体装置の模式断面図である。図3は、あくまで説明のための模式図であり、必ずしも特定の断面を示す図ではない。   FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 3 is a schematic diagram for explanation only, and does not necessarily show a specific cross section.

ドレイン電極31は、第1の面側のn型ドレイン層10に電気的に導通する。具体的には、例えば、半導体基板100を貫通して設けられる貫通電極(導電性プラグ)40を介して導通する。貫通電極40により、n型ドレイン層10がドレイン電極31に電気的に引き出される領域を、ドレイン引き出し領域と称する。 The drain electrode 31 is electrically connected to the n + -type drain layer 10 on the first surface side. Specifically, for example, conduction is made through a through electrode (conductive plug) 40 provided through the semiconductor substrate 100. A region where the n + -type drain layer 10 is electrically extracted to the drain electrode 31 by the through electrode 40 is referred to as a drain extraction region.

ソース電極32は、n型ソース層12に電気的に導通する。具体的には、例えば、n型ソース層12にソース電極32が直接接触する。 The source electrode 32 is electrically connected to the n + type source layer 12. Specifically, for example, the source electrode 32 is in direct contact with the n + -type source layer 12.

ゲート電極33は、トレンチ18内のゲート層22に電気的に導通する。具体的には、図示しない箇所で、トレンチ18内のゲート層22から引き出されるゲート引き出し層36を介して、ゲート電極33とゲート層22が導通する。ゲート引き出し層36により、ゲート層22がゲート電極33に電気的に引き出される領域をゲート引き出し領域と称するものとする。   The gate electrode 33 is electrically connected to the gate layer 22 in the trench 18. Specifically, the gate electrode 33 and the gate layer 22 are electrically connected to each other through a gate lead layer 36 drawn from the gate layer 22 in the trench 18 at a location not shown. A region where the gate layer 22 is electrically extracted to the gate electrode 33 by the gate extraction layer 36 is referred to as a gate extraction region.

なお、ドレイン電極31、ゲート電極33は、半導体基板100に対し、層間絶縁膜44を介して設けられる。また、ドレイン電極31、ソース電極32、ゲート電極33は、一部の開口部を残して、例えば、ポリイミドの保護層46で覆われる。   The drain electrode 31 and the gate electrode 33 are provided on the semiconductor substrate 100 via an interlayer insulating film 44. The drain electrode 31, the source electrode 32, and the gate electrode 33 are covered with, for example, a polyimide protective layer 46, leaving some openings.

本実施形態では、図1(a)に示すように、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bが平行に隣接し、2つのソース電極32の幅広領域32aに挟まれる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1A, the first linear region 31 b and the second linear region 33 b are adjacent to each other in parallel and are sandwiched between the wide regions 32 a of the two source electrodes 32.

図1(b)示すように、ソース電極32の2つの幅広領域32aの直下には2つの素子領域50が設けられる。素子領域50内では、複数のゲート層22が、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bに対して垂直な方向に延伸している。本実施形態はトレンチゲート構造であるため、トレンチが、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bに対して垂直な方向に延伸している。   As shown in FIG. 1B, two element regions 50 are provided immediately below the two wide regions 32 a of the source electrode 32. In the element region 50, the plurality of gate layers 22 extend in a direction perpendicular to the first linear region 31b and the second linear region 33b. Since this embodiment has a trench gate structure, the trench extends in a direction perpendicular to the first linear region 31b and the second linear region 33b.

ゲート層22は、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bの直下で寸断されている。言い換えれば、トレンチが、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bの直下で寸断されている。   The gate layer 22 is cut off immediately below the first linear region 31b and the second linear region 33b. In other words, the trench is cut off immediately below the first linear region 31b and the second linear region 33b.

2つの素子領域50のそれぞれ端部には、ゲート引き出し領域52が設けられる。さらに、2つの素子領域50の間のゲート引き出し領域52から第2の線状領域33bを介してゲート電極33の幅広領域33aにゲート層22が電気的に引き出される。   A gate lead-out region 52 is provided at each end of the two element regions 50. Further, the gate layer 22 is electrically extracted from the gate extraction region 52 between the two element regions 50 to the wide region 33a of the gate electrode 33 through the second linear region 33b.

また、2つの素子領域50の間のゲート引き出し領域52に挟まれる領域には、ドレイン引き出し領域54が形成される。2つの素子領域50の間のドレイン引き出し領域54から第1の線状領域31bを介してドレイン電極31の幅広領域31aにn型ドレイン層10が電気的に引き出される。また、ドレイン電極31の幅広領域31aの直下にも、ドレイン引き出し領域54が設けられる。 Further, a drain lead region 54 is formed in a region sandwiched between the gate lead regions 52 between the two element regions 50. The n + -type drain layer 10 is electrically extracted from the drain extraction region 54 between the two element regions 50 to the wide region 31a of the drain electrode 31 through the first linear region 31b. Further, a drain extraction region 54 is also provided immediately below the wide region 31 a of the drain electrode 31.

次に、本実施形態の作用および効果について説明する。図4は、比較形態の半導体装置の模式上面図である。図4(a)は電極の配置を示す図である。また、図4(b)は素子領域、電極への引き出し領域の配置を示す図である。   Next, the operation and effect of this embodiment will be described. FIG. 4 is a schematic top view of a semiconductor device of a comparative form. FIG. 4A is a diagram showing the arrangement of electrodes. FIG. 4B is a diagram showing the arrangement of the element region and the lead region to the electrode.

比較形態の半導体装置では、本実施形態とは異なり、平行に隣接する第1の線状領域と第2の線状領域が存在せず、素子領域50が1個の大きな領域である。このため、素子領域50を寸断して設けられる。ゲート引き出し領域やドレイン引き出し領域が存在しない。   In the semiconductor device of the comparative form, unlike the present embodiment, the first linear region and the second linear region adjacent in parallel do not exist, and the element region 50 is one large region. For this reason, the element region 50 is cut into pieces. There is no gate extraction region or drain extraction region.

このため、例えば、図4(b)中、×印で示す位置の素子では、素子からドレイン電極33に至るまでの経路の、n型ドレイン層10の占める長さが長くなる。したがって、大きな寄生抵抗が素子からドレイン電極31までの間に挿入されることになる。よって、MOSFETのオン抵抗が増大する。 For this reason, for example, in the element at the position indicated by x in FIG. 4B, the length of the path from the element to the drain electrode 33 occupied by the n + -type drain layer 10 becomes long. Therefore, a large parasitic resistance is inserted between the element and the drain electrode 31. Therefore, the on-resistance of the MOSFET increases.

また、×印で示す位置の素子は、ゲート層22の延伸方向に対して素子領域50の比較的中央付近に存在する。したがって、素子からゲート引き出し領域52までの距離が長くなり、ゲート層22の抵抗が大きくなる。よって、スイッチング特性が劣化する。   In addition, the element at the position indicated by x is present in the vicinity of the center of the element region 50 with respect to the extending direction of the gate layer 22. Therefore, the distance from the element to the gate extraction region 52 is increased, and the resistance of the gate layer 22 is increased. Therefore, switching characteristics are deteriorated.

本実施形態の半導体装置では、図1(a)、(b)に示すように、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bを平行に隣接して設ける。そして、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bの直下で、素子領域50を分断し、分断した領域に、ドレイン引き出し領域54およびゲート引き出し領域52領域を設ける。   In the semiconductor device of this embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, a first linear region 31b and a second linear region 33b are provided adjacent to each other in parallel. Then, the element region 50 is divided immediately below the first linear region 31b and the second linear region 33b, and a drain extraction region 54 and a gate extraction region 52 region are provided in the divided region.

この構成により、図1(b)中の×印の位置の素子からドレイン引き出し領域54までの距離が近くなり、n型ドレイン層10の寄生抵抗が低減する。よって、MOSFETのオン抵抗が低減する。 With this configuration, the distance from the element at the position marked with x in FIG. 1B to the drain lead region 54 is reduced, and the parasitic resistance of the n + -type drain layer 10 is reduced. Therefore, the on-resistance of the MOSFET is reduced.

また、図1(b)中の×印の位置の素子からゲート引き出し領域52までの距離が近くなり、ゲート層22の抵抗が小さくなる。よって、スイッチング特性の劣化が抑制される。   Further, the distance from the element at the position of the x mark in FIG. 1B to the gate lead-out region 52 is reduced, and the resistance of the gate layer 22 is reduced. Therefore, deterioration of switching characteristics is suppressed.

そして、第1の線状領域31bと第2の線状領域33bを平行に隣接して設け、結果的に、ドレイン引き出し領域54およびゲート引き出し領域52を隣接して設けることで、素子領域50を形成できないデッドスペースを削減できる。第1の線状領域31bと第2の線状領域33bを分離して設ける場合、ドレイン引き出し領域54およびゲート引き出し領域52領域も分離して設けられることになる。この場合、ドレイン引き出し領域54およびゲート引き出し領域52領域それぞれの両側にデッドスペースが出来ることになり、本実施形態に比べ、デッドスペースが大きくなる。   The first linear region 31b and the second linear region 33b are provided adjacent to each other in parallel, and as a result, the drain extraction region 54 and the gate extraction region 52 are provided adjacent to each other, so that the element region 50 is formed. Dead space that cannot be formed can be reduced. When the first linear region 31b and the second linear region 33b are provided separately, the drain extraction region 54 and the gate extraction region 52 region are also provided separately. In this case, a dead space is formed on both sides of each of the drain lead region 54 and the gate lead region 52, and the dead space becomes larger than that in the present embodiment.

したがって、本実施形態によれば、素子領域50を形成できないデッドスペースが削減され、素子領域50を広くとることが可能となる。よって、MOSFET全体のオン電流を増大させることが可能となる。   Therefore, according to the present embodiment, the dead space in which the element region 50 cannot be formed is reduced, and the element region 50 can be widened. Therefore, the on-current of the entire MOSFET can be increased.

以上、本実施形態によれば、同一面に電極を備え、オン抵抗が低減され、スイッチング特性が向上し、オン電流を増大させることが可能となる縦型MOSFETが実現できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a vertical MOSFET that includes electrodes on the same surface, reduces on-resistance, improves switching characteristics, and increases on-current.

(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の半導体層が第2導電型であること、すなわち半導体装置がMOSFETではなくIGBTであること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については記述を省略する。
(Second Embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the first semiconductor layer is of the second conductivity type, that is, the semiconductor device is not a MOSFET but an IGBT. Therefore, description of the contents overlapping with those of the first embodiment is omitted.

図5は、本実施形態の半導体装置の素子領域の断面図である。   FIG. 5 is a cross-sectional view of the element region of the semiconductor device of this embodiment.

本実施形態の半導体装置は、半導体基板を挟んでエミッタ層とコレクタ層が設けられる縦型IGBTである。また、本実施形態の半導体装置は、トレンチ内にゲート電極が設けられるトレンチゲート型IGBTである。そして、本実施形態の半導体装置は、BGA構造のWL−CSPである。   The semiconductor device of this embodiment is a vertical IGBT in which an emitter layer and a collector layer are provided with a semiconductor substrate interposed therebetween. Further, the semiconductor device of this embodiment is a trench gate type IGBT in which a gate electrode is provided in a trench. The semiconductor device of this embodiment is a WL-CSP having a BGA structure.

本実施形態の半導体装置(IGBT)は、図5に示すように、第1の面と第2の面とを有する半導体基板200を備える。半導体基板200は、例えば、単結晶シリコンである。   As shown in FIG. 5, the semiconductor device (IGBT) of the present embodiment includes a semiconductor substrate 200 having a first surface and a second surface. The semiconductor substrate 200 is, for example, single crystal silicon.

半導体基板200の第1の面に、n型コレクタ層(第1の半導体層)60が設けられる。そして、第2の面にn型エミッタ層(第2の半導体層)62が設けられる。 An n + -type collector layer (first semiconductor layer) 60 is provided on the first surface of the semiconductor substrate 200. An n + -type emitter layer (second semiconductor layer) 62 is provided on the second surface.

また、半導体基板200は、n型コレクタ層60と、n型エミッタ層62との間に、n型コレクタ層に接してn型ドリフト層(第3の半導体層)14が設けられる。n型ドリフト層14は、n型コレクタ層60よりもn型不純物濃度が低い。さらに、n型ドリフト層14とn型エミッタ層62との間に、p型ベース層(第4の半導体層)66が設けられる。 Further, in the semiconductor substrate 200, an n type drift layer (third semiconductor layer) 14 is provided between the n + type collector layer 60 and the n + type emitter layer 62 in contact with the n + type collector layer. . The n type drift layer 14 has a lower n type impurity concentration than the n + type collector layer 60. Further, a p-type base layer (fourth semiconductor layer) 66 is provided between the n -type drift layer 14 and the n + -type emitter layer 62.

半導体基板200には、第2の面側にトレンチ18が形成される。トレンチ18内には、絶縁膜(ゲート絶縁膜)20とゲート層22とが設けられる。ゲート層22は、p型ベース層66との間に絶縁膜20を介して設けられる。   A trench 18 is formed in the semiconductor substrate 200 on the second surface side. In the trench 18, an insulating film (gate insulating film) 20 and a gate layer 22 are provided. The gate layer 22 is provided between the p-type base layer 66 and the insulating film 20.

絶縁膜20は、例えば、シリコンの熱酸化膜である。また、ゲート層22は、例えば、n型不純物がドープされた多結晶シリコンである。   The insulating film 20 is, for example, a silicon thermal oxide film. The gate layer 22 is, for example, polycrystalline silicon doped with n-type impurities.

本実施形態は、第1の実施形態に対し、n型ドレイン層10をn型コレクタ層60、n型ソース層12をn型エミッタ層62、p型チャネル層16をp型ベース層66、ドレイン電極をコレクタ電極、ソース電極をエミッタ電極、ドレイン引き出し領域をコレクタ引き出し領域と読み替えた構成となっている。 This embodiment is different from the first embodiment in that the n + type drain layer 10 is an n + type collector layer 60, the n + type source layer 12 is an n + type emitter layer 62, and the p type channel layer 16 is a p type base. The layer 66 has a configuration in which the drain electrode is read as a collector electrode, the source electrode is read as an emitter electrode, and the drain lead region is read as a collector lead region.

以上、本実施形態によれば、同一面に電極を備え、オン抵抗が低減され、スイッチング特性が向上し、オン電流を増大させることが可能となる縦型IGBTが実現できる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to realize a vertical IGBT having electrodes on the same surface, reduced on-resistance, improved switching characteristics, and increased on-current.

以上、実施形態では、第1導電型がn型、第2導電型がp型の場合を例に説明したが、第1導電型がp型、第2導電型がn型の構成とすることも可能である。   As described above, in the embodiment, the case where the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example. However, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. Is also possible.

また、実施形態では、半導体基板、半導体層の材料として単結晶シリコンを例に説明したが、その他の半導体材料、例えば、炭化珪素、窒化ガリウム等を本発明に適用することが可能である。   In the embodiment, single crystal silicon has been described as an example of the material of the semiconductor substrate and the semiconductor layer, but other semiconductor materials such as silicon carbide and gallium nitride can be applied to the present invention.

また、実施形態では、トレンチゲート型MOSFET、IGBTを例に説明したが、プレーナ型MOSFET、IGBTに本発明を適用することも可能である。   In the embodiments, the trench gate type MOSFET and the IGBT have been described as an example. However, the present invention can be applied to a planar type MOSFET and an IGBT.

また、実施形態では、第1の線状領域と第2の線状領域が2つのソース電極の幅広領域に挟まれる場合を例に説明したが、第1の線状領域と第2の線状領域を挟む幅広領域は、ドレイン電極、ソース電極、ゲート電極の幅広領域から選ばれる任意の2つの幅広領域とすることが可能である。   In the embodiment, the case where the first linear region and the second linear region are sandwiched between the wide regions of the two source electrodes has been described as an example. However, the first linear region and the second linear region are described. The wide region sandwiching the region can be any two wide regions selected from the wide region of the drain electrode, the source electrode, and the gate electrode.

また、実施形態では、パッケージとして、6ピンタイプのBGA構造のWL−CSPを例に説明したが、縦型MOSFETまたは縦型IGBTの3つの電極を、同一平面に設けるパッケージ構造であれば、この構造に限られるものではない。例えば、LGA構造のパッケージを適用することも可能である。また、6ピンより多いピン数のパッケージであってもかまわない。   Further, in the embodiment, a 6-pin type BGA WL-CSP has been described as an example of the package. However, if the package structure has three electrodes of a vertical MOSFET or a vertical IGBT on the same plane, It is not limited to the structure. For example, it is possible to apply a package having an LGA structure. A package having more pins than 6 pins may be used.

また、第1の面側および側面には、半導体基板が露出する場合を例に説明したが、例えば、第1の面側の第1の半導体層上に、低抵抗化のための金属層を設ける構成とすることも可能である。また、側面に側面を保護するための絶縁層等が設けられていてもかまわない。   Moreover, although the case where the semiconductor substrate is exposed on the first surface side and the side surface has been described as an example, for example, a metal layer for reducing resistance is formed on the first semiconductor layer on the first surface side. It is also possible to provide a configuration. In addition, an insulating layer or the like for protecting the side surface may be provided on the side surface.

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換えまたは変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。   Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, a component in one embodiment may be replaced or changed with a component in another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.

10 n型ドレイン層(第1の半導体層)
12 n型ソース層(第2の半導体層)
14 n型ドリフト層(第3の半導体層)
16 p型チャネル層(第4の半導体層)
20 ゲート絶縁膜(絶縁膜)
22 ゲート層
31 ドレイン電極(第1の電極)
31a 第1の幅広領域
31b 第1の線状領域
32 ソース電極(第2の電極)
32a 第2の幅広領域
33 ゲート電極(第3の電極)
33a 第3の幅広領域
33b 第2の線状領域
100 半導体基板
10 n + type drain layer (first semiconductor layer)
12 n + type source layer (second semiconductor layer)
14 n type drift layer (third semiconductor layer)
16 p-type channel layer (fourth semiconductor layer)
20 Gate insulating film (insulating film)
22 Gate layer 31 Drain electrode (first electrode)
31a First wide region 31b First linear region 32 Source electrode (second electrode)
32a Second wide region 33 Gate electrode (third electrode)
33a Third wide region 33b Second linear region 100 Semiconductor substrate

Claims (5)

第1の面と、前記第1の面と対向する第2の面を有し、前記第1の面に第1の半導体層を有し、前記第2の面に第1導電型の第2の半導体層を有し、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられ、前記第1の半導体層よりも第1導電型の不純物濃度が低い第1導電型の第3の半導体層と、前記第3の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられる第2導電型の第4の半導体層と、を有する半導体基板と、
前記第4の半導体層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート層と、
前記半導体基板の前記第2の面側に設けられ、前記第1の半導体層と電気的に導通し、第1の幅広領域と、前記第1の幅広領域よりも幅が狭く、前記第1の幅広領域から延伸する第1の線状領域を有する第1の電極と、
前記半導体基板の前記第2の面側の前記第1の電極と同一平面に設けられ、前記第2の半導体層に電気的に導通し、第2の幅広領域を有する第2の電極と、
前記半導体基板の前記第2の面側の前記第1の電極と同一平面に設けられ、前記ゲート層に電気的に導通し、第3の幅広領域と、前記第3の幅広領域よりも幅が狭く、前記第3の幅広領域から延伸する第2の線状領域を有するゲート電極と、を備え、
前記第1の線状領域と前記第2の線状領域が平行に隣接し、前記第1の線状領域と前記第2の線状領域が、前記第1の幅広領域、前記第2の幅広領域および前記第3の幅広領域から選ばれる2つの幅広領域によって挟まれることを特徴とする半導体装置。
A first surface; a second surface opposite to the first surface; a first semiconductor layer on the first surface; and a first conductivity type second on the second surface. Of the first conductivity type, which is provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and has an impurity concentration of the first conductivity type lower than that of the first semiconductor layer. A semiconductor substrate having a third semiconductor layer, and a fourth semiconductor layer of a second conductivity type provided between the third semiconductor layer and the second semiconductor layer,
A gate layer provided through an insulating film between the fourth semiconductor layer;
Provided on the second surface side of the semiconductor substrate, electrically connected to the first semiconductor layer, having a first wide region and a width narrower than the first wide region; A first electrode having a first linear region extending from a wide region;
A second electrode provided in the same plane as the first electrode on the second surface side of the semiconductor substrate, electrically conducting to the second semiconductor layer, and having a second wide region;
The semiconductor substrate is provided on the same plane as the first electrode on the second surface side, is electrically connected to the gate layer, and has a third wide region and a width wider than the third wide region. A gate electrode having a second linear region that is narrow and extends from the third wide region,
The first linear region and the second linear region are adjacent to each other in parallel, and the first linear region and the second linear region are the first wide region and the second wide region. A semiconductor device characterized by being sandwiched by two wide regions selected from the region and the third wide region.
前記第1の線状領域と前記第2の線状領域が2つの第2の幅広領域に挟まれることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first linear region and the second linear region are sandwiched between two second wide regions. 前記第1の面側に前記半導体基板が露出していることを特徴とする請求項1または請求項2記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is exposed on the first surface side. 前記ゲート層が前記第2の幅広領域の直下で前記第1の線状領域と前記第2の線状領域に対して垂直な方向に延伸し、前記ゲート層が前記第1の線状領域の直下で寸断されていることを特徴とする請求項2記載の半導体装置。   The gate layer extends directly below the second wide region in a direction perpendicular to the first linear region and the second linear region, and the gate layer extends from the first linear region. 3. The semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is cut right below. 前記第1の半導体層が第1導電型であることを特徴とする請求項1ないし請求項4いずれか一項記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor layer is of a first conductivity type.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114023814A (en) * 2021-09-24 2022-02-08 西安电子科技大学 Semi-vertical GaN-based field stop type IGBT device and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015002197A (en) * 2013-06-13 2015-01-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2015002197A (en) * 2013-06-13 2015-01-05 ルネサスエレクトロニクス株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114023814A (en) * 2021-09-24 2022-02-08 西安电子科技大学 Semi-vertical GaN-based field stop type IGBT device and preparation method thereof
CN114023814B (en) * 2021-09-24 2023-09-29 西安电子科技大学 Semi-vertical GaN-based field cut-off IGBT device and preparation method thereof

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