JP2017028244A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2017028244A
JP2017028244A JP2016024546A JP2016024546A JP2017028244A JP 2017028244 A JP2017028244 A JP 2017028244A JP 2016024546 A JP2016024546 A JP 2016024546A JP 2016024546 A JP2016024546 A JP 2016024546A JP 2017028244 A JP2017028244 A JP 2017028244A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
trench
semiconductor substrate
gate
dummy
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016024546A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP6668798B2 (en
Inventor
内藤 達也
Tatsuya Naito
達也 内藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to US15/194,566 priority Critical patent/US10332990B2/en
Publication of JP2017028244A publication Critical patent/JP2017028244A/en
Priority to US16/449,469 priority patent/US10825923B2/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6668798B2 publication Critical patent/JP6668798B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which further improves an IE effect.SOLUTION: A semiconductor device comprises: a first conductivity type semiconductor substrate; a body part 31 which is formed on a surface of the semiconductor substrate and extends in a predetermined extension direction; and a dummy trench part 30 including one and more branch parts 32 which extend from the body part in a direction different from the extension direction. The semiconductor substrate has a first conductivity type emitter region 12 and a second conductivity type base region 14 which are sequentially provided from a surface of the semiconductor substrate. The dummy trench part 30 has a dummy trench which pierces the emitter region 12 and the base region 14 from the surface of the semiconductor substrate and a dummy insulation part provided in the dummy trench.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device.

従来、半導体素子において基板表面にトレンチゲートを形成する構成が知られている(例えば、特許文献1参照)。また、一部のトレンチゲートをエミッタ電位等に接続してダミーゲートとする構成が知られている。ダミーゲートを設けることで、キャリア注入促進効果(IE効果)が生じる。
[先行技術文献]
[特許文献]
特許文献1 特開2002−353456号公報
Conventionally, a configuration in which a trench gate is formed on a substrate surface in a semiconductor element is known (see, for example, Patent Document 1). In addition, a configuration is known in which a part of trench gates is connected to an emitter potential or the like to form a dummy gate. By providing the dummy gate, a carrier injection promoting effect (IE effect) is generated.
[Prior art documents]
[Patent Literature]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-353456

半導体素子のオン電圧を低下させる観点においては、IE効果をより高めることが好ましい。   From the viewpoint of reducing the on-voltage of the semiconductor element, it is preferable to further enhance the IE effect.

本発明の一つの態様においては、第1導電型の半導体基板と、半導体基板の表面に形成され、予め定められた延伸方向に延伸している本体部と、本体部から延伸方向とは異なる方向に延伸している1以上の枝部とを含むダミートレンチ部と、を備え、半導体基板は、半導体基板の表面から見て順番に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、第2導電型のベース領域とを有し、ダミートレンチ部は、半導体基板の表面からエミッタ領域およびベース領域を貫通しているダミートレンチと、ダミートレンチ内に設けたダミー絶縁部とを有する半導体装置を提供する。   In one aspect of the present invention, a first conductivity type semiconductor substrate, a main body formed on the surface of the semiconductor substrate and extending in a predetermined extending direction, and a direction different from the extending direction from the main body. And a dummy trench portion including one or more branch portions extending in the direction of the semiconductor substrate, the semiconductor substrate having a first conductivity type emitter region provided in order as viewed from the surface of the semiconductor substrate, and a second conductivity type The dummy trench portion provides a semiconductor device having a dummy trench penetrating the emitter region and the base region from the surface of the semiconductor substrate, and a dummy insulating portion provided in the dummy trench.

なお、上記の発明の概要は、本発明の特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。   The summary of the invention does not enumerate all the features of the present invention. In addition, a sub-combination of these feature groups can also be an invention.

半導体装置100の一例を示す平面図である。1 is a plan view showing an example of a semiconductor device 100. FIG. 図1におけるa−a'断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the aa 'cross section in FIG. 図1におけるb−b'断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the bb 'cross section in FIG. 半導体装置100の他の例を示す平面図である。6 is a plan view illustrating another example of the semiconductor device 100. FIG. 半導体装置100の他の例を示す平面図である。6 is a plan view illustrating another example of the semiconductor device 100. FIG. ダミートレンチ部30の他の例を示す平面図である。6 is a plan view showing another example of a dummy trench portion 30. FIG. 半導体基板10のa−a'断面の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of a cross section taken along the line aa ′ of the semiconductor substrate 10. 半導体基板10のa−a'断面の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of a cross section taken along the line aa ′ of the semiconductor substrate 10. 半導体基板10のb−b'断面の他の例を示す図である。FIG. 6 is a diagram showing another example of a bb ′ cross section of the semiconductor substrate 10. 半導体装置100の他の例を示す平面図である。6 is a plan view illustrating another example of the semiconductor device 100. FIG. 半導体装置100のe−e'断面を示す図である。3 is a diagram showing a cross section of the semiconductor device 100 taken along the line ee ′. FIG. 比較例に係る半導体装置200の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the semiconductor device 200 which concerns on a comparative example. 図12におけるc−c'断面を示す。The cc 'cross section in FIG. 12 is shown. 図12におけるd−d'断面を示す。The dd 'cross section in FIG. 12 is shown.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。   Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the invention according to the claims. In addition, not all the combinations of features described in the embodiments are essential for the solving means of the invention.

図1は、半導体装置100の一例を示す平面図である。本例の半導体装置100は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等のトランジスタを含むトランジスタ部70、および、FWD(Free Wheel Diode)等のダイオードを含むダイオード部80を有する半導体チップである。図1においてはチップ端部周辺のチップ表面を示しており、他の領域を省略している。   FIG. 1 is a plan view showing an example of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 of this example is a semiconductor chip having a transistor portion 70 including a transistor such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and a diode portion 80 including a diode such as a FWD (Free Wheel Diode). In FIG. 1, the chip surface around the chip end is shown, and other regions are omitted.

また、図1においては半導体装置100における半導体基板の活性領域を示すが、半導体装置100は、活性領域を囲んで耐圧構造部を有してよい。活性領域は、半導体装置100をオン状態に制御した場合に電流が流れる領域を指す。耐圧構造部は、半導体基板の表面側の電界集中を緩和する。耐圧構造部は、例えばガードリング、フィールドプレート、リサーフおよびこれらを組み合わせた構造を有する。   1 shows the active region of the semiconductor substrate in the semiconductor device 100, the semiconductor device 100 may have a breakdown voltage structure portion surrounding the active region. The active region refers to a region where current flows when the semiconductor device 100 is controlled to be in an on state. The voltage withstanding structure part alleviates electric field concentration on the surface side of the semiconductor substrate. The pressure | voltage resistant structure part has a structure which combined the guard ring, the field plate, RESURF, and these, for example.

本例の半導体装置100は、チップの表面側において、ゲート電極50、エミッタ電極52、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60、ウェル領域17、エミッタ領域12、ベース領域14、コンタクト領域15、コンタクトホール54およびコンタクトホール55を有する。エミッタ電極52は、第1表面側電極の一例であり、ゲート電極50は第2表面側電極の一例である。   The semiconductor device 100 of this example includes a gate electrode 50, an emitter electrode 52, a gate trench portion 40, a dummy trench portion 30, an emitter trench portion 60, a well region 17, an emitter region 12, a base region 14, and contacts on the surface side of the chip. The region 15 has a contact hole 54 and a contact hole 55. The emitter electrode 52 is an example of a first surface side electrode, and the gate electrode 50 is an example of a second surface side electrode.

ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60、ウェル領域17、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15は、半導体基板の表面側の内部に形成され、エミッタ電極52およびゲート電極50は、半導体基板の表面の上方に設けられる。   The gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, the emitter trench portion 60, the well region 17, the emitter region 12, the base region 14, and the contact region 15 are formed inside the semiconductor substrate, and the emitter electrode 52 and the gate electrode 50. Is provided above the surface of the semiconductor substrate.

エミッタ電極52およびゲート電極50と、半導体基板の表面との間には層間絶縁膜が形成されるが、図1では省略している。コンタクトホール54およびコンタクトホール55は、当該層間絶縁膜を貫通して形成される。エミッタ電極52は、コンタクトホール54を通って半導体基板と接触する。ゲート電極50は、コンタクトホール55を通って半導体基板と接触する。   An interlayer insulating film is formed between the emitter electrode 52 and the gate electrode 50 and the surface of the semiconductor substrate, but is omitted in FIG. Contact hole 54 and contact hole 55 are formed through the interlayer insulating film. The emitter electrode 52 is in contact with the semiconductor substrate through the contact hole 54. The gate electrode 50 is in contact with the semiconductor substrate through the contact hole 55.

エミッタ電極52およびゲート電極50は、金属を含む材料で形成される。例えば、各電極の少なくとも一部の領域はアルミで形成される。各電極は、タングステンを含む材料で形成される領域を有してもよい。   The emitter electrode 52 and the gate electrode 50 are formed of a material containing metal. For example, at least a partial region of each electrode is formed of aluminum. Each electrode may have a region formed of a material containing tungsten.

1以上のゲートトレンチ部40および1以上のダミートレンチ部30は、トランジスタ部70の領域において所定の配列方向に沿って所定の間隔で配列される。ダミートレンチ部30は、ゲート電極50に電気的に接続されない。ゲート電極50に接続されないダミートレンチ部30を設けることで、IE効果を生じさせることができる。   The one or more gate trench portions 40 and the one or more dummy trench portions 30 are arranged at predetermined intervals in a region of the transistor portion 70 along a predetermined arrangement direction. The dummy trench portion 30 is not electrically connected to the gate electrode 50. By providing the dummy trench portion 30 that is not connected to the gate electrode 50, the IE effect can be generated.

ゲートトレンチ部40は、コンタクトホール55を介してゲート電極50に接続する。ゲートトレンチ部40は、半導体基板内においてエミッタ領域12の裏面側に形成されるベース領域に電流チャネルを形成するか否かを制御する。   The gate trench portion 40 is connected to the gate electrode 50 through the contact hole 55. The gate trench portion 40 controls whether or not to form a current channel in a base region formed on the back side of the emitter region 12 in the semiconductor substrate.

ゲートトレンチ部40は、対向部41および突出部43を有する。対向部41は、ダミートレンチ部30と対向する範囲において、予め定められた延伸方向に延伸して形成される。突出部43は、対向部41から更に延伸して、ダミートレンチ部30と対向しない範囲に形成される。本例において、ダミートレンチ部30の両側に設けられた2つの対向部41が、1つの突出部43により接続される。突出部43の少なくとも一部は曲線形状を有してよい。   The gate trench portion 40 has a facing portion 41 and a protruding portion 43. The facing portion 41 is formed by extending in a predetermined extending direction within a range facing the dummy trench portion 30. The protruding portion 43 is further extended from the facing portion 41 and is formed in a range not facing the dummy trench portion 30. In this example, two opposing portions 41 provided on both sides of the dummy trench portion 30 are connected by one protruding portion 43. At least a part of the protrusion 43 may have a curved shape.

突出部43を覆う絶縁層に、コンタクトホール55が形成される。コンタクトホール55は、突出部43において対向部41から最も離れた領域に対応して形成されてよい。本例の突出部43は、対向部41から最も離れた領域において、対向部41とは直交する方向に延伸する部分を有する。コンタクトホール55は、突出部43の当該部分に対応して形成されてよい。   A contact hole 55 is formed in the insulating layer covering the protrusion 43. The contact hole 55 may be formed corresponding to a region of the protrusion 43 that is farthest from the facing portion 41. The protruding portion 43 of this example has a portion extending in a direction orthogonal to the facing portion 41 in a region farthest from the facing portion 41. The contact hole 55 may be formed corresponding to the portion of the protrusion 43.

ダミートレンチ部30は、半導体基板の表面において予め定められた延伸方向に延伸して形成された本体部31と、本体部31から、本体部31の延伸方向とは異なる方向に延伸している枝部32とを有する。本例における本体部31は直線形状を有しており、上述したトレンチ部の配列方向とは垂直な方向に延伸して形成される。複数の枝部32は互いに平行に設けられてよい。本例の本体部31は、ゲートトレンチ部40の対向部41と対向して設けられ、ゲートトレンチ部40の対向部41と同一の延伸方向に延伸する。また、1以上の本体部31が、2つの対向部41の間に設けられる。   The dummy trench portion 30 includes a main body portion 31 formed by extending in a predetermined extending direction on the surface of the semiconductor substrate, and a branch extending from the main body portion 31 in a direction different from the extending direction of the main body portion 31. Part 32. The main body 31 in this example has a linear shape, and is formed by extending in a direction perpendicular to the arrangement direction of the trenches described above. The plurality of branch portions 32 may be provided in parallel to each other. The main body portion 31 of this example is provided to face the facing portion 41 of the gate trench portion 40 and extends in the same extending direction as the facing portion 41 of the gate trench portion 40. One or more main body portions 31 are provided between the two facing portions 41.

枝部32は、一つの本体部31に対して1つ以上設けられる。本例における枝部32は直線形状を有しており、本体部31の延伸方向とは直交する方向に延伸している。枝部32は、本体部31からゲートトレンチ部40の対向部41に向かう方向に延伸してよい。枝部32は、本体部31の両側に設けられてよい。本例において本体部31の延伸方向における同一の部分から、2つの枝部32が本体部31の両側に設けられる。他の例では、本体部31の一方の側の枝部32と、他方の側の枝部32とは、本体部31の延伸方向における異なる部分に設けられてよい。本体部31の一方の側の枝部32と、他方の側の枝部32とは、本体部31の延伸方向において交互に設けられてよい。   One or more branch parts 32 are provided for one main body part 31. The branch part 32 in this example has a linear shape, and extends in a direction orthogonal to the extending direction of the main body part 31. The branch portion 32 may extend in a direction from the main body portion 31 toward the facing portion 41 of the gate trench portion 40. The branch part 32 may be provided on both sides of the main body part 31. In this example, two branch portions 32 are provided on both sides of the main body portion 31 from the same portion in the extending direction of the main body portion 31. In another example, the branch part 32 on one side of the main body part 31 and the branch part 32 on the other side may be provided in different portions in the extending direction of the main body part 31. The branch portions 32 on one side of the main body portion 31 and the branch portions 32 on the other side may be alternately provided in the extending direction of the main body portion 31.

本例の枝部32は、半導体基板の表面において、コンタクト領域15の内部に設けられている。半導体基板の表面において、枝部32の全体がコンタクト領域15からはみ出さないように設けられてよい。少なくとも一部の枝部32は、ゲートトレンチ部40と接していなくてよい。また、少なくとも一部の枝部32は、ゲートトレンチ部40と接していてもよい。なお、半導体基板の表面において、枝部32がエミッタ領域12に設けられる場合、枝部32はゲートトレンチ部40と接しないことが好ましい。これにより、枝部32とゲートトレンチ部40の間に、チャネルとして機能する領域を残すことができる。   The branch portion 32 of this example is provided inside the contact region 15 on the surface of the semiconductor substrate. The entire branch portion 32 may be provided so as not to protrude from the contact region 15 on the surface of the semiconductor substrate. At least a part of the branch portions 32 may not be in contact with the gate trench portion 40. Further, at least some of the branch portions 32 may be in contact with the gate trench portion 40. When the branch portion 32 is provided in the emitter region 12 on the surface of the semiconductor substrate, the branch portion 32 is preferably not in contact with the gate trench portion 40. Thereby, a region functioning as a channel can be left between the branch portion 32 and the gate trench portion 40.

このように、ダミートレンチ部30が枝部32を有することで、半導体基板の表面においてダミートレンチ部30が占める面積を増大させることができる。これによりIE効果を高めることができる。また、枝部32が本体部31と分岐することで、ダミートレンチ部30の形状を複雑にすることができる。これにより、同一面積の直線状のダミートレンチ部を設ける場合に比べて、IE効果を更に高めることができる。例えば、ダミートレンチ部30に接する領域は、正孔の通過を効率よく抑制できる。枝部32を設けることで、半導体基板の表面におけるダミートレンチ部30の端辺の長さの総和を増大させることができ、正孔の通過を効率よく抑制できる。また、本例のダミートレンチ部30は、枝部32と本体部31との接続部分において、枝部32と本体部31で2辺を囲んだコーナーが複数形成される。このようなコーナー形状の領域は、正孔の通過を効率よく抑制できる。このため本例のダミートレンチ部30は、IE効果を効率よく高めることができる。   Thus, since the dummy trench part 30 has the branch part 32, the area which the dummy trench part 30 occupies in the surface of a semiconductor substrate can be increased. Thereby, the IE effect can be enhanced. Further, the branch portion 32 branches off from the main body portion 31, whereby the shape of the dummy trench portion 30 can be complicated. Thereby, compared with the case where the linear dummy trench part of the same area is provided, IE effect can be heightened further. For example, the region in contact with the dummy trench portion 30 can efficiently suppress the passage of holes. By providing the branch portion 32, the total length of the end sides of the dummy trench portion 30 on the surface of the semiconductor substrate can be increased, and the passage of holes can be efficiently suppressed. In addition, in the dummy trench portion 30 of this example, a plurality of corners surrounding two sides of the branch portion 32 and the main body portion 31 are formed at the connection portion between the branch portion 32 and the main body portion 31. Such a corner-shaped region can efficiently suppress the passage of holes. For this reason, the dummy trench part 30 of this example can raise the IE effect efficiently.

それぞれの枝部32は、同一の幅を有してよい。枝部32の幅は、枝部32の延伸方向とは垂直な方向における枝部32の長さを指す。他の例では、枝部32は、延伸方向において異なる幅を有してもよい。例えば枝部32は、本体部31からの距離が増大するに従って、幅がステップ状に減少してもよい。枝部32がステップ形状を有することで、上述したダミートレンチ部30の端辺の長さ、および、コーナーの数を増大させることができる。   Each branch part 32 may have the same width. The width of the branch part 32 refers to the length of the branch part 32 in a direction perpendicular to the extending direction of the branch part 32. In another example, the branch part 32 may have a different width in the extending direction. For example, the width of the branch portion 32 may decrease stepwise as the distance from the main body portion 31 increases. Since the branch part 32 has a step shape, the length of the end side of the above-described dummy trench part 30 and the number of corners can be increased.

エミッタトレンチ部60は、ダイオード部80の領域に設けられる。エミッタトレンチ部60は、半導体基板の表面においてゲートトレンチ部40と同様の形状を有してよい。ただし、エミッタトレンチ部60の延伸方向における長さは、ゲートトレンチ部40よりも短くてよい。本例のエミッタトレンチ部60の長さは、ダミートレンチ部30と同一である。   The emitter trench part 60 is provided in the region of the diode part 80. The emitter trench portion 60 may have the same shape as the gate trench portion 40 on the surface of the semiconductor substrate. However, the length of the emitter trench portion 60 in the extending direction may be shorter than that of the gate trench portion 40. The length of the emitter trench portion 60 in this example is the same as that of the dummy trench portion 30.

また、エミッタトレンチ部60は、本体部61および枝部62を有する。半導体基板の表面において、本体部61の形状は、ゲートトレンチ部40と同様であってよい。つまり、本体部61は、直線形状の複数の延伸部と、隣接する2つの延伸部を接続する接続部を有してよい。接続部は、突出部43と同様に曲線部分を有してよい。   The emitter trench part 60 has a main body part 61 and a branch part 62. On the surface of the semiconductor substrate, the shape of the main body portion 61 may be the same as that of the gate trench portion 40. That is, the main body 61 may include a plurality of linear extending portions and a connecting portion that connects two adjacent extending portions. The connecting portion may have a curved portion like the protruding portion 43.

枝部62は、枝部32と同様の配置および形状を有してよい。枝部62は、一つの本体部61に対して1つ以上設けられる。本例における枝部62は直線形状を有しており、本体部61の延伸方向とは直交する方向に延伸している。枝部62は、本体部61における2つの延伸部を接続してもよい。本例の枝部62は、ゲートトレンチ部40とは接続しない。   The branch 62 may have the same arrangement and shape as the branch 32. One or more branch parts 62 are provided for one main body part 61. The branch part 62 in this example has a linear shape, and extends in a direction orthogonal to the extending direction of the main body part 61. The branch part 62 may connect two extending parts in the main body part 61. The branch part 62 in this example is not connected to the gate trench part 40.

ゲート電極50は、突出部43の一部を覆って形成される。ゲート電極50は、突出部43においてコンタクトホール55が設けられた部分を覆って形成される。本例のゲート電極50は、対向部41、ダミートレンチ部30およびエミッタトレンチ部60の上方には形成されない。   The gate electrode 50 is formed so as to cover a part of the protrusion 43. The gate electrode 50 is formed so as to cover a portion where the contact hole 55 is provided in the protruding portion 43. The gate electrode 50 in this example is not formed above the facing portion 41, the dummy trench portion 30, and the emitter trench portion 60.

エミッタ電極52は、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60、ウェル領域17、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15の上方に形成される。本例のエミッタ電極52は、ウェル領域17およびゲートトレンチ部40の一部を覆って形成される。   The emitter electrode 52 is formed above the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, the emitter trench portion 60, the well region 17, the emitter region 12, the base region 14, and the contact region 15. The emitter electrode 52 of this example is formed so as to cover a part of the well region 17 and the gate trench portion 40.

ウェル領域17は、ゲート電極50が設けられる側の半導体基板の端部から、所定の範囲で形成される。ダミートレンチ部30、エミッタトレンチ部60および対向部41の、ゲート電極50側の一部の領域はウェル領域17に形成される。突出部43は、全体がウェル領域17に形成されてよい。半導体基板は第1導電型を有し、ウェル領域17は半導体基板とは異なる第2導電型を有する。本例の半導体基板はN−型であり、ウェル領域17はP+型である。本例においては、第1導電型をN型として、第2導電型をP型として説明する。ただし、第1および第2導電型は逆の導電型であってもよい。   The well region 17 is formed in a predetermined range from the end of the semiconductor substrate on the side where the gate electrode 50 is provided. A part of the dummy trench portion 30, the emitter trench portion 60, and the facing portion 41 on the gate electrode 50 side is formed in the well region 17. The entire protrusion 43 may be formed in the well region 17. The semiconductor substrate has a first conductivity type, and the well region 17 has a second conductivity type different from that of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate of this example is N− type, and the well region 17 is P + type. In this example, the first conductivity type will be described as N-type, and the second conductivity type will be described as P-type. However, the first and second conductivity types may be opposite conductivity types.

ゲートトレンチ部40の対向部41、ダミートレンチ部30の本体部31、および、エミッタトレンチ部60の延伸部に挟まれる領域の少なくとも一部には、ベース領域14が形成される。ベース領域14は、ウェル領域17よりも不純物濃度の低い第2導電型である。本例のベース領域14はP−型である。   The base region 14 is formed in at least a part of the region sandwiched between the facing portion 41 of the gate trench portion 40, the main body portion 31 of the dummy trench portion 30, and the extending portion of the emitter trench portion 60. The base region 14 is a second conductivity type having a lower impurity concentration than the well region 17. The base region 14 in this example is P-type.

ベース領域14の表面には、ベース領域14よりも不純物濃度の高い第2導電型のコンタクト領域15が形成される。本例のコンタクト領域15はP+型である。また、トランジスタ部70においては、コンタクト領域15の表面の一部に、半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型のエミッタ領域12が選択的に形成される。本例のエミッタ領域12はN+型である。   A contact region 15 of the second conductivity type having a higher impurity concentration than the base region 14 is formed on the surface of the base region 14. The contact region 15 in this example is P + type. In the transistor portion 70, the first conductivity type emitter region 12 having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is selectively formed on a part of the surface of the contact region 15. The emitter region 12 of this example is N + type.

コンタクト領域15およびエミッタ領域12のそれぞれは、ゲートトレンチ部40の対向部41、ダミートレンチ部30の本体部31、および、エミッタトレンチ部60の延伸部のうち、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成される。トランジスタ部70の1以上のコンタクト領域15および1以上のエミッタ領域12は、各トレンチ部に挟まれる領域において、トレンチ部の延伸方向に沿って交互に露出するように形成される。   Each of the contact region 15 and the emitter region 12 includes an opposing portion 41 of the gate trench portion 40, a main body portion 31 of the dummy trench portion 30, and an extending portion of the emitter trench portion 60, from one adjacent trench portion to the other To the trench portion. The one or more contact regions 15 and the one or more emitter regions 12 of the transistor portion 70 are formed so as to be alternately exposed along the extending direction of the trench portion in a region sandwiched between the trench portions.

トランジスタ部70において、コンタクトホール54は、コンタクト領域15、エミッタ領域12およびダミートレンチ部30の各領域の上方に形成される。エミッタ領域12とエミッタ電極52との接触面積を最大化すべく、コンタクトホール54は、隣接する一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで形成される。また、コンタクトホール54は、エミッタ領域12の表面の全範囲を露出させるように形成されてよい。また、コンタクトホール54は、コンタクト領域15の表面の全範囲も露出させるように形成されてよい。ただし、コンタクトホール54は、ベース領域14およびウェル領域17に対応する領域には形成されない。   In the transistor portion 70, the contact hole 54 is formed above each region of the contact region 15, the emitter region 12, and the dummy trench portion 30. In order to maximize the contact area between the emitter region 12 and the emitter electrode 52, the contact hole 54 is formed from one adjacent trench portion to the other trench portion. Further, the contact hole 54 may be formed so as to expose the entire range of the surface of the emitter region 12. Further, the contact hole 54 may be formed so as to expose the entire range of the surface of the contact region 15. However, the contact hole 54 is not formed in a region corresponding to the base region 14 and the well region 17.

また、コンタクトホール54は、ゲートトレンチ部40の上方には形成されなくてよく、形成されてもよい。ただし、ゲートトレンチ部40の上方にコンタクトホール54が形成される場合、ゲートトレンチ部40のトレンチ内の上端に、トレンチ内の電極とエミッタ電極52とを絶縁する絶縁部が形成されてよい。   Further, the contact hole 54 does not have to be formed above the gate trench portion 40 and may be formed. However, when the contact hole 54 is formed above the gate trench portion 40, an insulating portion that insulates the electrode in the trench from the emitter electrode 52 may be formed at the upper end in the trench of the gate trench portion 40.

コンタクトホール54は、エミッタ領域12およびコンタクト領域15に対向する範囲のダミートレンチ部30の本体部31を露出させる。また、コンタクトホール54は、当該本体部31から延伸する枝部32も露出させる。後述するように、ダミートレンチ部30におけるトレンチ内壁には、エミッタ領域12が露出してよい。エミッタ電極52は、コンタクトホール54を通り、ダミートレンチ部30のトレンチ内まで形成されてよい。   The contact hole 54 exposes the main body portion 31 of the dummy trench portion 30 in a range facing the emitter region 12 and the contact region 15. The contact hole 54 also exposes the branch portion 32 extending from the main body portion 31. As will be described later, the emitter region 12 may be exposed on the inner wall of the trench in the dummy trench portion 30. The emitter electrode 52 may be formed through the contact hole 54 and into the trench of the dummy trench portion 30.

これによりエミッタ電極52は、半導体基板の表面に露出したエミッタ領域12の表面だけでなく、ダミートレンチ部30のトレンチ内壁に露出したエミッタ領域12の側面とも接触することができ、エミッタ領域12とのコンタクト抵抗を低下させることができる。このため、半導体装置100のオン電圧を低下させることができる。   Thereby, the emitter electrode 52 can contact not only the surface of the emitter region 12 exposed on the surface of the semiconductor substrate but also the side surface of the emitter region 12 exposed on the trench inner wall of the dummy trench portion 30. Contact resistance can be reduced. For this reason, the on-voltage of the semiconductor device 100 can be reduced.

また、ダイオード部80において、コンタクトホール54は、コンタクト領域15、ベース領域14およびエミッタトレンチ部60の各領域の上方に形成される。本例のコンタクトホール54は、複数のベース領域14のうち、最もゲート電極50に近いベース領域14に対しては形成されない。本例においてトランジスタ部70のコンタクトホール54と、ダイオード部80のコンタクトホール54とは、各トレンチ部の延伸方向において同一の長さを有する。   In the diode portion 80, the contact hole 54 is formed above each of the contact region 15, the base region 14, and the emitter trench portion 60. The contact hole 54 in this example is not formed in the base region 14 closest to the gate electrode 50 among the plurality of base regions 14. In this example, the contact hole 54 of the transistor part 70 and the contact hole 54 of the diode part 80 have the same length in the extending direction of each trench part.

ダイオード部80において、コンタクト領域15およびベース領域14と、エミッタ電極52との接触面積を最大化すべく、コンタクトホール54は、ダイオード部80の隣接する一方の延伸部から、他方の延伸部まで形成される。ただし、コンタクトホール54は、ベース領域14およびウェル領域17に対応する領域には形成されない。   In the diode portion 80, the contact hole 54 is formed from one extending portion adjacent to the diode portion 80 to the other extending portion in order to maximize the contact area between the contact region 15 and the base region 14 and the emitter electrode 52. The However, the contact hole 54 is not formed in a region corresponding to the base region 14 and the well region 17.

また、コンタクトホール54は、エミッタトレンチ部60を露出させるように形成される。ダミートレンチ部30と同様に、エミッタトレンチ部60のトレンチ内壁には、ベース領域14が露出してよい。エミッタ電極52は、コンタクトホール54を通り、エミッタトレンチ部60のトレンチ内まで形成される。   The contact hole 54 is formed so as to expose the emitter trench portion 60. Similarly to the dummy trench part 30, the base region 14 may be exposed on the inner wall of the emitter trench part 60. The emitter electrode 52 is formed through the contact hole 54 and into the trench of the emitter trench portion 60.

これによりエミッタ電極52は、半導体基板の表面に露出したベース領域14の表面だけでなく、エミッタトレンチ部60のトレンチ内壁に露出したベース領域14の側面とも接触することができる。従って、ベース領域14とのコンタクト抵抗を低下させることができる。   Thereby, the emitter electrode 52 can contact not only the surface of the base region 14 exposed on the surface of the semiconductor substrate but also the side surface of the base region 14 exposed on the inner wall of the emitter trench portion 60. Therefore, the contact resistance with the base region 14 can be reduced.

図2は、図1におけるa−a'断面の一例を示す図である。本例の半導体装置100は、当該断面において、半導体基板10、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を有する。エミッタ電極52は、半導体基板10の表面に形成される。エミッタ電極52は、エミッタ端子53と電気的に接続される。   FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the aa ′ cross section in FIG. 1. The semiconductor device 100 of this example includes the semiconductor substrate 10, the emitter electrode 52, and the collector electrode 24 in the cross section. The emitter electrode 52 is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. The emitter electrode 52 is electrically connected to the emitter terminal 53.

コレクタ電極24は、半導体基板10の裏面に形成される。コレクタ電極24は、コレクタ端子と電気的に接続される。エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、金属等の導電材料で形成される。また本明細書において、基板、層、領域等の各部材のエミッタ電極52側の面を表面、コレクタ電極24側の面を裏面または底部と称する。また、エミッタ電極52とコレクタ電極24とを結ぶ方向を深さ方向と称する。   The collector electrode 24 is formed on the back surface of the semiconductor substrate 10. The collector electrode 24 is electrically connected to the collector terminal. The emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are formed of a conductive material such as metal. Further, in this specification, the surface on the emitter electrode 52 side of each member such as a substrate, a layer, and a region is referred to as a front surface, and the surface on the collector electrode 24 side is referred to as a back surface or bottom. A direction connecting the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 is referred to as a depth direction.

半導体基板10は、シリコン基板であってよく、炭化シリコン基板、窒化物半導体基板等であってもよい。半導体基板10の表面側には、P−型のベース領域14が形成される。また、N+型のエミッタ領域12が、ベース領域14の表面側における一部の領域に選択的に形成される。   The semiconductor substrate 10 may be a silicon substrate, and may be a silicon carbide substrate, a nitride semiconductor substrate, or the like. On the surface side of the semiconductor substrate 10, a P− type base region 14 is formed. Further, the N + type emitter region 12 is selectively formed in a partial region on the surface side of the base region 14.

また、半導体基板10は、N+型の蓄積領域16、N−型のドリフト領域18、N−型のバッファ領域20、P+型のコレクタ領域22、および、N+型のカソード領域82を更に有する。蓄積領域16は、ベース領域14の裏面側に形成される。蓄積領域16の不純物濃度は、ドリフト領域18の不純物濃度よりも高い。   The semiconductor substrate 10 further includes an N + type accumulation region 16, an N− type drift region 18, an N− type buffer region 20, a P + type collector region 22, and an N + type cathode region 82. The accumulation region 16 is formed on the back side of the base region 14. The impurity concentration of the accumulation region 16 is higher than the impurity concentration of the drift region 18.

蓄積領域16は、隣接するトレンチ間に形成される。例えばトランジスタ部70において蓄積領域16は、ダミートレンチ部30の本体部31およびゲートトレンチ部40の間に形成される。蓄積領域16は、本体部31およびゲートトレンチ部40の間の全領域を覆うように設けられてよい。蓄積領域16を設けることで、IE効果を高めて、オン電圧を低減することができる。   The accumulation region 16 is formed between adjacent trenches. For example, in the transistor portion 70, the accumulation region 16 is formed between the main body portion 31 of the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40. The accumulation region 16 may be provided so as to cover the entire region between the main body portion 31 and the gate trench portion 40. By providing the storage region 16, the IE effect can be enhanced and the on-voltage can be reduced.

ドリフト領域18は、蓄積領域16の裏面側に形成される。バッファ領域20は、ドリフト領域18の裏面側に形成される。バッファ領域20の不純物濃度は、ドリフト領域18の不純物濃度よりも高い。バッファ領域20は、ベース領域14の裏面側から広がる空乏層が、コレクタ領域22およびカソード領域82に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。   The drift region 18 is formed on the back side of the accumulation region 16. The buffer region 20 is formed on the back side of the drift region 18. The impurity concentration of the buffer region 20 is higher than the impurity concentration of the drift region 18. The buffer region 20 may function as a field stop layer that prevents a depletion layer extending from the back side of the base region 14 from reaching the collector region 22 and the cathode region 82.

コレクタ領域22は、トランジスタ部70の領域において、バッファ領域20の裏面側に形成される。カソード領域82は、ダイオード部80の領域において、バッファ領域20の裏面側に形成される。また、コレクタ領域22およびカソード領域82の裏面にはコレクタ電極24が設けられる。   The collector region 22 is formed on the back side of the buffer region 20 in the transistor portion 70 region. The cathode region 82 is formed on the back side of the buffer region 20 in the region of the diode portion 80. A collector electrode 24 is provided on the back surfaces of the collector region 22 and the cathode region 82.

半導体基板10の表面側には、1以上のゲートトレンチ部40、1以上のダミートレンチ部30(図2では、本体部31を示す)、および、1以上のエミッタトレンチ部60が形成される。各トレンチ部は、半導体基板10の表面から、ベース領域14を貫通して、ドリフト領域18に到達する。本例においてゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30は、半導体基板10の表面から、エミッタ領域12、ベース領域14および蓄積領域16を貫通して、ドリフト領域18に到達する。また、エミッタトレンチ部60は、半導体基板10の表面から、ベース領域14および蓄積領域16を貫通して、ドリフト領域18に到達する。   On the surface side of the semiconductor substrate 10, one or more gate trench portions 40, one or more dummy trench portions 30 (the main body portion 31 is shown in FIG. 2), and one or more emitter trench portions 60 are formed. Each trench portion reaches the drift region 18 from the surface of the semiconductor substrate 10 through the base region 14. In this example, the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 reach the drift region 18 from the surface of the semiconductor substrate 10 through the emitter region 12, the base region 14, and the accumulation region 16. Further, the emitter trench portion 60 penetrates the base region 14 and the accumulation region 16 from the surface of the semiconductor substrate 10 and reaches the drift region 18.

ゲートトレンチ部40は、半導体基板10の表面側に形成されたゲートトレンチ46、絶縁膜42、ゲート導電部44およびゲート絶縁部37を有する。ゲートトレンチ46は、半導体基板10の表面から、エミッタ領域12、ベース領域14および蓄積領域16を貫通して、ドリフト領域18まで形成される。   The gate trench portion 40 includes a gate trench 46 formed on the surface side of the semiconductor substrate 10, an insulating film 42, a gate conductive portion 44, and a gate insulating portion 37. The gate trench 46 is formed from the surface of the semiconductor substrate 10 to the drift region 18 through the emitter region 12, the base region 14 and the accumulation region 16.

絶縁膜42は、ゲートトレンチ46の内壁を覆って形成される。絶縁膜42は、ゲートトレンチ46の内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部44は、ゲートトレンチ46の内部において絶縁膜42よりも内側に形成される。つまり絶縁膜42は、ゲート導電部44と半導体基板10とを絶縁する。ゲート導電部44は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。   The insulating film 42 is formed to cover the inner wall of the gate trench 46. The insulating film 42 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench 46. The gate conductive portion 44 is formed inside the insulating film 42 inside the gate trench 46. That is, the insulating film 42 insulates the gate conductive portion 44 from the semiconductor substrate 10. The gate conductive portion 44 is formed of a conductive material such as polysilicon.

ゲート絶縁部37は、ゲート導電部44の上方に形成され、ゲート導電部44とエミッタ電極52とを絶縁する。本例のゲート絶縁部37は、ゲートトレンチ46内部に形成される。ゲート絶縁部37は、例えば酸化シリコン、窒化シリコン、または、その他の絶縁材料を含む。ゲート絶縁部37の深さ方向における厚みは、絶縁膜42のゲートトレンチ46底部における厚みよりも大きくてよい。   The gate insulating portion 37 is formed above the gate conductive portion 44 and insulates the gate conductive portion 44 and the emitter electrode 52 from each other. The gate insulating portion 37 in this example is formed inside the gate trench 46. The gate insulating portion 37 includes, for example, silicon oxide, silicon nitride, or other insulating material. The thickness of the gate insulating portion 37 in the depth direction may be larger than the thickness of the insulating film 42 at the bottom of the gate trench 46.

本例において、ゲート絶縁部37の半導体基板10側の端面の少なくとも一部は、半導体基板10の表面と同じ高さである。一例として、ゲート絶縁部37の当該端面の全体が、半導体基板10の表面と同一面に形成されてよい。これにより、半導体基板10の表面の凹凸を低減して、半導体基板10の表面の上方に積層する構造を容易に形成できる。   In this example, at least a part of the end surface of the gate insulating portion 37 on the semiconductor substrate 10 side is the same height as the surface of the semiconductor substrate 10. As an example, the entire end face of the gate insulating portion 37 may be formed on the same plane as the surface of the semiconductor substrate 10. Thereby, the unevenness | corrugation of the surface of the semiconductor substrate 10 can be reduced, and the structure laminated | stacked on the upper surface of the semiconductor substrate 10 can be formed easily.

ゲート導電部44は、少なくとも隣接するベース領域14と対向する領域を含む。それぞれのゲート導電部44は、ゲート端子51に電気的に接続される。本例では、図1に示したように突出部43においてゲート導電部44がゲート電極50と電気的に接続する。また、ゲート電極50がゲート端子51に電気的に接続する。ゲート端子51を介してゲート導電部44に所定の電圧が印加されると、ベース領域14のうちゲートトレンチ46に接する界面の表層にチャネルが形成される。   The gate conductive portion 44 includes at least a region facing the adjacent base region 14. Each of the gate conductive portions 44 is electrically connected to the gate terminal 51. In this example, the gate conductive portion 44 is electrically connected to the gate electrode 50 at the protruding portion 43 as shown in FIG. Further, the gate electrode 50 is electrically connected to the gate terminal 51. When a predetermined voltage is applied to the gate conductive portion 44 via the gate terminal 51, a channel is formed in the surface layer of the interface in contact with the gate trench 46 in the base region 14.

ダミートレンチ部30(図2の例では本体部31)は、半導体基板10の表面側に形成されたダミートレンチ38およびダミー絶縁部39を有する。図2においては、本体部31の構造を示す。枝部32も本体部31と同様の構造を有してよい。ダミートレンチ38は、半導体基板10の表面からエミッタ領域12、ベース領域14および蓄積領域16を貫通して形成される。   The dummy trench portion 30 (the main body portion 31 in the example of FIG. 2) has a dummy trench 38 and a dummy insulating portion 39 formed on the surface side of the semiconductor substrate 10. In FIG. 2, the structure of the main body 31 is shown. The branch part 32 may also have the same structure as the main body part 31. The dummy trench 38 is formed so as to penetrate the emitter region 12, the base region 14, and the accumulation region 16 from the surface of the semiconductor substrate 10.

ダミー絶縁部39は、ダミートレンチ38の内部に設けられる。図2に示すように、ダミー絶縁部39は、ダミートレンチ38の底部から、ダミートレンチ38内の予め定められた高さまで充填されてよい。この場合、ダミートレンチ38の内部には、ポリシリコン等の導電材料が設けられない。このため、ダミートレンチ38内の導電材料が、半導体基板10のベース領域14等と導通してしまうこともない。このため、半導体装置100の信頼性を向上させることができる。   The dummy insulating portion 39 is provided inside the dummy trench 38. As shown in FIG. 2, the dummy insulating portion 39 may be filled from the bottom of the dummy trench 38 to a predetermined height in the dummy trench 38. In this case, the dummy trench 38 is not provided with a conductive material such as polysilicon. For this reason, the conductive material in the dummy trench 38 does not conduct with the base region 14 or the like of the semiconductor substrate 10. For this reason, the reliability of the semiconductor device 100 can be improved.

ダミートレンチ38の幅は、ゲートトレンチ46の幅より小さくてよい。これにより、ゲートトレンチ46内に絶縁膜42を形成するプロセスで、ダミートレンチ38内にダミー絶縁部39を充填することができる。なお、絶縁膜42と、ダミー絶縁部39とは、異なるプロセスで形成されてもよい。また、ダミートレンチ38の幅は、ゲートトレンチ46の幅と同一であってもよい。   The width of the dummy trench 38 may be smaller than the width of the gate trench 46. Thus, the dummy insulating portion 39 can be filled in the dummy trench 38 in the process of forming the insulating film 42 in the gate trench 46. Note that the insulating film 42 and the dummy insulating portion 39 may be formed by different processes. Further, the width of the dummy trench 38 may be the same as the width of the gate trench 46.

ダミートレンチ38は、ゲートトレンチ46よりも浅く形成されてもよい。この場合、幅の小さいダミートレンチ38と、幅の大きいゲートトレンチ46とを、同一のエッチング工程で形成することができる。なお、ダミートレンチ38およびゲートトレンチ46は、異なるエッチング工程で形成されてもよい。また、ダミートレンチ38は、ゲートトレンチ46と同一の深さまで形成されてもよい。   The dummy trench 38 may be formed shallower than the gate trench 46. In this case, the dummy trench 38 having a small width and the gate trench 46 having a large width can be formed by the same etching process. The dummy trench 38 and the gate trench 46 may be formed by different etching processes. Further, the dummy trench 38 may be formed to the same depth as the gate trench 46.

ダミー絶縁部39は、ダミートレンチ38の全体に充填されてよく、ダミートレンチ38の一部分に充填されていてもよい。ダミー絶縁部39は、ダミートレンチ38の側壁にエミッタ領域12の少なくとも一部が露出するように、ダミートレンチ38内に充填されてよい。ダミー絶縁部39の上端は、深さ方向におけるエミッタ領域12の中間に設けられてよい。   The dummy insulating portion 39 may be filled in the entire dummy trench 38 or may be filled in a part of the dummy trench 38. The dummy insulating portion 39 may be filled in the dummy trench 38 so that at least a part of the emitter region 12 is exposed on the side wall of the dummy trench 38. The upper end of the dummy insulating portion 39 may be provided in the middle of the emitter region 12 in the depth direction.

上述したように、エミッタ電極52は、半導体基板10の表面の上方に形成され、エミッタ領域12の表面と接触する。本例のエミッタ電極52は、ダミー絶縁部39が設けられていないダミートレンチ38内の領域にも形成される。これにより、エミッタ電極52は、エミッタ領域12の表面と接触するとともに、ダミートレンチ38の側壁においても、エミッタ領域12と接触することができる。これにより、エミッタ電極52とエミッタ領域12とのコンタクト抵抗を低下させることができる。   As described above, the emitter electrode 52 is formed above the surface of the semiconductor substrate 10 and is in contact with the surface of the emitter region 12. The emitter electrode 52 of this example is also formed in a region in the dummy trench 38 where the dummy insulating portion 39 is not provided. As a result, the emitter electrode 52 can be in contact with the surface of the emitter region 12 and can also be in contact with the emitter region 12 on the side wall of the dummy trench 38. Thereby, the contact resistance between the emitter electrode 52 and the emitter region 12 can be lowered.

なお、ダミートレンチ部30の構造は、図2の例に限定されない。ダミートレンチ部30は、ゲートトレンチ部40と同様に、ダミートレンチ38の内壁を覆う絶縁膜と、絶縁膜で囲まれたポリシリコン等の導電材料を有していてもよい。この場合、当該絶縁膜の信頼性を確保しなければならないが、ダミートレンチ部30およびゲートトレンチ部40が同様の構造を有するので、ダミートレンチ部30およびゲートトレンチ部40の一部分を同一のプロセスで形成できる。   In addition, the structure of the dummy trench part 30 is not limited to the example of FIG. Similar to the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30 may have an insulating film that covers the inner wall of the dummy trench 38 and a conductive material such as polysilicon surrounded by the insulating film. In this case, the reliability of the insulating film must be ensured. However, since the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40 have the same structure, a part of the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40 is formed by the same process. Can be formed.

エミッタ電極52は、ダミートレンチ38内に配置されたプラグ部36を有してよい。プラグ部36が、ダミートレンチ38の側壁に露出したエミッタ領域12と接触する。プラグ部36は、半導体基板10の表面の上方に形成されたエミッタ電極52の領域と同一の材料で形成されてよく、異なる材料で形成されてもよい。   The emitter electrode 52 may have a plug portion 36 disposed in the dummy trench 38. Plug portion 36 is in contact with emitter region 12 exposed on the side wall of dummy trench 38. Plug portion 36 may be formed of the same material as the region of emitter electrode 52 formed above the surface of semiconductor substrate 10, or may be formed of a different material.

一例として、プラグ部36はタングステンを含む材料で形成され、プラグ部36以外のエミッタ電極52はタングステンを含まない材料で形成される。プラグ部36をタングステンを含む材料で形成することで、微細なダミートレンチの内部にもプラグ部36を容易に形成することができる。   As an example, the plug portion 36 is formed of a material containing tungsten, and the emitter electrode 52 other than the plug portion 36 is formed of a material not containing tungsten. By forming the plug portion 36 from a material containing tungsten, the plug portion 36 can be easily formed inside the fine dummy trench.

本例においてゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の本体部31は、図2に示すように所定の配列方向において交互に配置される。また、各トレンチ部は一定の間隔で配置されてよい。ただし、各トレンチの配置は上記の例に限定されない。2つの本体部31の間に複数のゲートトレンチ部40が配置されてよい。また、それぞれの本体部31の間に設けられるゲートトレンチ部40の数は一定でなくともよい。   In the present example, the gate trench portions 40 and the main body portions 31 of the dummy trench portions 30 are alternately arranged in a predetermined arrangement direction as shown in FIG. Moreover, each trench part may be arrange | positioned at a fixed space | interval. However, the arrangement of the trenches is not limited to the above example. A plurality of gate trench portions 40 may be disposed between the two main body portions 31. The number of gate trench portions 40 provided between the main body portions 31 may not be constant.

ダイオード部80は、トランジスタ部70と隣接した領域に設けられる。ダイオード部80は、トランジスタ部70と同一層のベース領域14、蓄積領域16、ドリフト領域18およびバッファ領域20を有する。ダイオード部80のバッファ領域20の裏面側にはカソード領域82が設けられる。また、ダイオード部80は、1以上のエミッタトレンチ部60を有する。また、ダイオード部80には、エミッタ領域12が形成されない。   The diode unit 80 is provided in a region adjacent to the transistor unit 70. The diode unit 80 includes a base region 14, a storage region 16, a drift region 18, and a buffer region 20 that are the same layer as the transistor unit 70. A cathode region 82 is provided on the back side of the buffer region 20 of the diode unit 80. The diode unit 80 includes one or more emitter trench units 60. Further, the emitter region 12 is not formed in the diode portion 80.

エミッタトレンチ部60は、ベース領域14の表面側からベース領域14および蓄積領域16を貫通して、ドリフト領域18まで到達して形成される。それぞれのエミッタトレンチ部60は、ダミートレンチ部30と同様に、エミッタトレンチ68およびエミッタ絶縁部69を有する。エミッタトレンチ部60は、ダミートレンチ部30の本体部31と同一の構造を有してよい。   The emitter trench portion 60 is formed to reach the drift region 18 from the surface side of the base region 14 through the base region 14 and the accumulation region 16. Each emitter trench portion 60 has an emitter trench 68 and an emitter insulating portion 69, similar to the dummy trench portion 30. The emitter trench part 60 may have the same structure as the main body part 31 of the dummy trench part 30.

エミッタトレンチ68の側壁には、ベース領域14が露出してよい。エミッタ電極52は、エミッタトレンチ68の内部に配置されるプラグ部を有してよい。プラグ部が、エミッタトレンチ68の側壁に露出したベース領域14と接触する。このような構成により、エミッタ電極52と、ベース領域14とのコンタクト抵抗を低減することができる。   The base region 14 may be exposed on the side wall of the emitter trench 68. The emitter electrode 52 may have a plug portion disposed inside the emitter trench 68. The plug portion contacts the base region 14 exposed on the side wall of the emitter trench 68. With such a configuration, the contact resistance between the emitter electrode 52 and the base region 14 can be reduced.

また本例において、当該断面におけるトランジスタ部70におけるトレンチ部の間隔と、ダイオード部80におけるエミッタトレンチ部60の間隔とは同一である。図2に示すように、トランジスタ部70においてゲートトレンチ部40と本体部31とが交互に配置されている場合、ゲートトレンチ部40と本体部31との間隔と、エミッタトレンチ部60どうしの間隔とが同一であってよい。また、エミッタトレンチ68に配置されるプラグ部の長さは、ダミートレンチ38に配置されるプラグ部36の長さと同一であってよい。   In this example, the interval between the trench portions in the transistor portion 70 in the cross section and the interval between the emitter trench portions 60 in the diode portion 80 are the same. As shown in FIG. 2, when the gate trench portions 40 and the main body portions 31 are alternately arranged in the transistor portion 70, the distance between the gate trench portions 40 and the main body portion 31, the distance between the emitter trench portions 60, and May be the same. The length of the plug portion disposed in the emitter trench 68 may be the same as the length of the plug portion 36 disposed in the dummy trench 38.

図3は、図1におけるb−b'断面の一例を示す図である。なお図3においては蓄積領域16を省略している。本例の半導体装置100は、当該断面において、半導体基板10、層間絶縁膜26、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を有する。半導体基板10は、当該断面においてダミートレンチ部30の枝部32を有する。枝部32の構造および大きさは、図2に示した本体部31と同一であってよい。   FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a bb ′ cross section in FIG. 1. In FIG. 3, the storage area 16 is omitted. The semiconductor device 100 of this example includes the semiconductor substrate 10, the interlayer insulating film 26, the emitter electrode 52, and the collector electrode 24 in the cross section. The semiconductor substrate 10 has the branch part 32 of the dummy trench part 30 in the cross section. The structure and size of the branch part 32 may be the same as the main body part 31 shown in FIG.

本例の枝部32は、コンタクト領域15およびベース領域14を貫通して形成される。また、図3の例では一つのコンタクト領域15に枝部32が設けられているが、一つのコンタクト領域15に複数の枝部32が設けられてもよい。また、エミッタ領域12およびベース領域14を貫通する枝部32が設けられてもよい。   The branch portion 32 in this example is formed so as to penetrate the contact region 15 and the base region 14. In the example of FIG. 3, the branch portion 32 is provided in one contact region 15, but a plurality of branch portions 32 may be provided in one contact region 15. Further, a branch portion 32 penetrating the emitter region 12 and the base region 14 may be provided.

層間絶縁膜26は、ゲート電極50およびエミッタ電極52と、半導体基板10との間に形成される。層間絶縁膜26には、コンタクトホール54および55が形成される。   The interlayer insulating film 26 is formed between the gate electrode 50 and the emitter electrode 52 and the semiconductor substrate 10. Contact holes 54 and 55 are formed in the interlayer insulating film 26.

コンタクトホール54は、半導体基板10の表面において、ダミートレンチ部30(図3では枝部32)およびエミッタ領域12およびコンタクト領域15の少なくとも一部を露出させる。エミッタ電極52は、コンタクトホール54を通過して、ダミートレンチ部30、エミッタ領域12およびコンタクト領域15と接触する。   The contact hole 54 exposes at least a part of the dummy trench portion 30 (the branch portion 32 in FIG. 3), the emitter region 12, and the contact region 15 on the surface of the semiconductor substrate 10. The emitter electrode 52 passes through the contact hole 54 and contacts the dummy trench portion 30, the emitter region 12, and the contact region 15.

エミッタ電極52は、枝部32のダミートレンチ内において、コンタクト領域15と接触してよい。本例のエミッタ電極52は、枝部32のダミートレンチ内に配置されるプラグ部36を有する。枝部32および本体部31に挿入されるプラグ部36は一体に形成されてよい。   The emitter electrode 52 may be in contact with the contact region 15 in the dummy trench of the branch portion 32. The emitter electrode 52 of this example has a plug portion 36 disposed in the dummy trench of the branch portion 32. The plug portion 36 inserted into the branch portion 32 and the main body portion 31 may be integrally formed.

コンタクトホール55は、半導体基板10の表面において、ゲートトレンチ部40の突出部43の少なくとも一部を露出させる。コンタクトホール55により露出するゲートトレンチ部40のゲート絶縁部37には貫通孔が形成される。ゲート電極50は、ゲート電極50は、コンタクトホール55およびゲート絶縁部37の貫通孔を通過して、ゲート導電部44と接触する。ゲート電極50は、ゲート絶縁部37の貫通孔を通過するプラグ部56を有する。プラグ部56は、図2に示したプラグ部36と同一の材料で形成されてよい。   The contact hole 55 exposes at least a part of the protruding portion 43 of the gate trench portion 40 on the surface of the semiconductor substrate 10. A through hole is formed in the gate insulating portion 37 of the gate trench portion 40 exposed by the contact hole 55. The gate electrode 50 is in contact with the gate conductive portion 44 through the contact hole 55 and the through hole of the gate insulating portion 37. The gate electrode 50 has a plug portion 56 that passes through the through hole of the gate insulating portion 37. The plug portion 56 may be formed of the same material as the plug portion 36 shown in FIG.

次に、図1から図3に示した半導体装置100の製造方法の一例を説明する。ただし、半導体装置100の製造方法は本例に限定されない。まず、ドリフト領域18と同一の導電型(本例ではN−型として説明する)の半導体基板10を準備する。   Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 to 3 will be described. However, the manufacturing method of the semiconductor device 100 is not limited to this example. First, a semiconductor substrate 10 having the same conductivity type as that of the drift region 18 (which will be described as N-type in this example) is prepared.

次に、半導体基板10の表面に所定のパターンのエッチングマスクを設け、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30およびエミッタトレンチ部60用の複数のトレンチを形成する。トレンチを形成した後、ゲートトレンチの内壁に絶縁膜を形成する。また、ダミートレンチおよびエミッタトレンチの内部に絶縁部を充填する。ゲートトレンチの絶縁膜と、ダミートレンチエミッタトレンチの絶縁部は、同一の工程で形成してよい。ゲートトレンチに絶縁膜を形成した後、ゲートトレンチの内部に導電材料を充填する。   Next, an etching mask having a predetermined pattern is provided on the surface of the semiconductor substrate 10 to form a plurality of trenches for the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30 and the emitter trench portion 60. After forming the trench, an insulating film is formed on the inner wall of the gate trench. In addition, an insulating portion is filled in the dummy trench and the emitter trench. The insulating film of the gate trench and the insulating part of the dummy trench emitter trench may be formed in the same process. After forming an insulating film in the gate trench, the gate trench is filled with a conductive material.

次に、半導体基板の表面側からP型不純物を注入して、1100度程度の温度で2時間程度の熱処理を行い、半導体基板10の表面全体に、トレンチよりも浅いP型ベース領域14を形成する。次に、半導体基板10の表面側からN型不純物を注入して、ベース領域14より深く、トレンチよりも浅いN型蓄積領域16を形成する。例えば、加速電圧2.8MeV、5.0×1012/cm程度でリンをイオン注入することで、N型蓄積領域16を形成する。 Next, P-type impurities are implanted from the surface side of the semiconductor substrate, and heat treatment is performed at a temperature of about 1100 degrees C. for about 2 hours to form a P-type base region 14 shallower than the trench over the entire surface of the semiconductor substrate 10 To do. Next, N-type impurities are implanted from the surface side of the semiconductor substrate 10 to form an N-type accumulation region 16 deeper than the base region 14 and shallower than the trench. For example, the N-type accumulation region 16 is formed by ion implantation of phosphorus at an acceleration voltage of 2.8 MeV and about 5.0 × 10 12 / cm 2 .

次に、エミッタ領域12に対応する部分が開口したマスクを用いて、半導体基板10の表面側からN型不純物を選択的に注入する。これにより、P型ベース領域14の内部にN+型エミッタ領域12を選択的に形成する。   Next, N-type impurities are selectively implanted from the surface side of the semiconductor substrate 10 using a mask having an opening corresponding to the emitter region 12. Thereby, the N + type emitter region 12 is selectively formed inside the P type base region 14.

その後、半導体基板10の表面側に層間絶縁膜26を形成する。層間絶縁膜26は、ゲートトレンチ内において、導電部の上方にも形成される。ゲートトレンチ内に形成された層間絶縁膜26がゲート絶縁部37として機能する。ここで、ダミートレンチおよびエミッタトレンチの上部に形成された絶縁部を除去して、エミッタ領域12の側面をトレンチ内に露出させてよい。   Thereafter, an interlayer insulating film 26 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 26 is also formed above the conductive portion in the gate trench. The interlayer insulating film 26 formed in the gate trench functions as the gate insulating portion 37. Here, the insulating part formed in the upper part of the dummy trench and the emitter trench may be removed to expose the side surface of the emitter region 12 in the trench.

また、ゲートトレンチ部40の突出部43において、ゲート絶縁部37に貫通孔を形成する。また、層間絶縁膜26にコンタクトホール54およびコンタクトホール55を形成する。そして、エミッタ電極52およびゲート電極50を形成する。プラグ部36およびプラグ部56を形成してから、半導体基板10の表面に各電極を形成してよい。   In addition, a through hole is formed in the gate insulating portion 37 at the protruding portion 43 of the gate trench portion 40. Further, a contact hole 54 and a contact hole 55 are formed in the interlayer insulating film 26. Then, the emitter electrode 52 and the gate electrode 50 are formed. Each electrode may be formed on the surface of the semiconductor substrate 10 after the plug portion 36 and the plug portion 56 are formed.

次に、半導体基板10の裏面側から例えば1.0×1014/cm程度でセレンをイオン注入した後、900度程度の温度で2時間程度の熱処理を行う。これにより、半導体基板10の裏面側にN+型のバッファ領域20を形成する。残った半導体基板10のN−型の領域がドリフト領域18になる。拡散係数の大きいセレンを用いることで、深い位置にバッファ領域20を形成できる。また、バッファ領域20を形成する前に、半導体基板10を研磨して、厚みを調整してもよい。 Next, after selenium is ion-implanted from the back surface side of the semiconductor substrate 10 at about 1.0 × 10 14 / cm 2, for example, heat treatment is performed at a temperature of about 900 ° C. for about 2 hours. Thereby, an N + type buffer region 20 is formed on the back side of the semiconductor substrate 10. The remaining N− type region of the semiconductor substrate 10 becomes the drift region 18. By using selenium having a large diffusion coefficient, the buffer region 20 can be formed at a deep position. In addition, before the buffer region 20 is formed, the semiconductor substrate 10 may be polished to adjust the thickness.

セレンのイオン注入に代えて、プロトンを異なるドーズ量で複数回イオン注入することで、N+型バッファ領域20を形成してもおい。これにより、不純物濃度が基板表面側から基板裏面側に向けて不純物濃度が増加するバッファ領域20を形成できる。   Instead of ion implantation of selenium, the N + type buffer region 20 may be formed by ion implantation of protons at different doses a plurality of times. Thereby, the buffer region 20 in which the impurity concentration increases from the substrate front side toward the substrate back side can be formed.

次に、半導体基板10の裏面側から例えば1.0×1013/cm以上、4.0×1013/cm以下のドーズ量でP型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基板10の裏面側に、バッファ領域20よりも薄いP+型コレクタ領域22を形成する。P型不純物のドーズ量が1.0×1013/cm未満の場合、コレクタ領域とコレクタ電極とがオーミック接合できないので、好ましくない。また、ダイオード部80においては、カソード領域82を形成する。そして、半導体基板10の裏面側にコレクタ電極24等を適宜形成する。 Next, P-type impurities are ion-implanted from the back surface side of the semiconductor substrate 10 at a dose of, for example, 1.0 × 10 13 / cm 2 or more and 4.0 × 10 13 / cm 2 or less. As a result, a P + type collector region 22 thinner than the buffer region 20 is formed on the back surface side of the semiconductor substrate 10. When the dose amount of the P-type impurity is less than 1.0 × 10 13 / cm 2 , the collector region and the collector electrode cannot be ohmic-bonded, which is not preferable. In the diode portion 80, a cathode region 82 is formed. Then, a collector electrode 24 and the like are appropriately formed on the back side of the semiconductor substrate 10.

図4は、半導体装置100の他の例を示す平面図である。本例における半導体装置100は、半導体基板の表面において、枝部32がエミッタ領域12の内部にも設けられている点で、図1の例と相違する。他の構造は、図1から図3に示した半導体装置100と同一であってよい。   FIG. 4 is a plan view illustrating another example of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 in this example is different from the example of FIG. 1 in that the branch part 32 is also provided inside the emitter region 12 on the surface of the semiconductor substrate. Other structures may be the same as those of the semiconductor device 100 shown in FIGS.

本例において枝部32は、エミッタ領域12毎、および、コンタクト領域15毎に設けられる。エミッタ領域12に設けられた枝部32、および、コンタクト領域15に設けられた枝部32は、平行に設けられてよい。エミッタ領域12に設けられた枝部32は、ゲートトレンチ部40とは接続していない。つまり、エミッタ領域12において、枝部32とゲートトレンチ部40との間には、半導体の領域が残存する。当該領域がチャネル領域として機能する。エミッタ領域12に設けられた枝部32、および、コンタクト領域15に設けられた枝部32は同一の長さを有してよい。   In this example, the branch portion 32 is provided for each emitter region 12 and for each contact region 15. The branch portion 32 provided in the emitter region 12 and the branch portion 32 provided in the contact region 15 may be provided in parallel. The branch portion 32 provided in the emitter region 12 is not connected to the gate trench portion 40. That is, in the emitter region 12, a semiconductor region remains between the branch portion 32 and the gate trench portion 40. This region functions as a channel region. The branch portion 32 provided in the emitter region 12 and the branch portion 32 provided in the contact region 15 may have the same length.

このように、枝部32を形成することで、IE効果を高めることができる。また、エミッタ領域12において枝部32およびゲートトレンチ部40が離間していることで、チャネル領域を確保でき、チャネル密度を維持することができる。   Thus, the IE effect can be enhanced by forming the branch portion 32. Further, since the branch portion 32 and the gate trench portion 40 are separated from each other in the emitter region 12, a channel region can be secured and the channel density can be maintained.

図5は、半導体装置100の他の例を示す平面図である。本例における半導体装置100は、半導体基板の表面においてコンタクト領域15に設けられた枝部32が、ゲートトレンチ部40と接続している点で、図1から図4に示した半導体装置100と相違する。他の構造は、図1から図4に示したいずれかの半導体装置100と同一であってよい。なお、エミッタ領域12に設けられた枝部32は、ゲートトレンチ部40と接続しない。   FIG. 5 is a plan view showing another example of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 in this example is different from the semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 to 4 in that the branch portion 32 provided in the contact region 15 on the surface of the semiconductor substrate is connected to the gate trench portion 40. To do. The other structure may be the same as any one of the semiconductor devices 100 shown in FIGS. Note that the branch portion 32 provided in the emitter region 12 is not connected to the gate trench portion 40.

このように枝部32を形成することで、IE効果を高めることができる。また、コンタクト領域15における枝部32をゲートトレンチ部40と接続することで、コーナー部の数を増加させることができ、更にIE効果を高めることができる。   By forming the branch portion 32 in this way, the IE effect can be enhanced. Further, by connecting the branch portion 32 in the contact region 15 to the gate trench portion 40, the number of corner portions can be increased, and the IE effect can be further enhanced.

なお、ダイオード部80における枝部62は、ゲートトレンチ部40と接続してよく、接続していなくともよい。また、一部の枝部62がゲートトレンチ部40と接続してよい。図5の例では、コンタクト領域15に設けられた枝部32と直線上に設けられた枝部62が、ゲートトレンチ部40に接続されている。   The branch part 62 in the diode part 80 may be connected to the gate trench part 40 or may not be connected. Further, some branch parts 62 may be connected to the gate trench part 40. In the example of FIG. 5, the branch portion 32 provided in the contact region 15 and the branch portion 62 provided on the straight line are connected to the gate trench portion 40.

枝部62をゲートトレンチ部40に接続する場合、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30を異なる工程で形成してよい。例えば、ゲートトレンチ部40の内部にゲート導電部44を形成した後に、ゲートトレンチ46に接続するダミートレンチ38を形成してよい。ダミートレンチ38を形成した後に、ダミー絶縁部39を形成する。ダミー絶縁部39を形成する工程は、層間絶縁膜26を形成する工程と同一であってよい。   When connecting the branch part 62 to the gate trench part 40, the gate trench part 40 and the dummy trench part 30 may be formed in different steps. For example, after forming the gate conductive portion 44 inside the gate trench portion 40, the dummy trench 38 connected to the gate trench 46 may be formed. After forming the dummy trench 38, the dummy insulating portion 39 is formed. The step of forming the dummy insulating portion 39 may be the same as the step of forming the interlayer insulating film 26.

図6は、ダミートレンチ部30の他の例を示す平面図である。本例のダミートレンチ部30は、半導体基板の表面において、一つのコンタクト領域15の内部に複数の枝部32を有する。本例のダミートレンチ部30は、図1から図5に示したいずれの半導体装置100に適用してもよい。   FIG. 6 is a plan view showing another example of the dummy trench portion 30. The dummy trench portion 30 of this example has a plurality of branch portions 32 inside one contact region 15 on the surface of the semiconductor substrate. The dummy trench portion 30 of this example may be applied to any of the semiconductor devices 100 shown in FIGS.

1つのコンタクト領域15に設けられた枝部32の本数は、1つのエミッタ領域12に設けられた枝部32の本数より多くてよい。1つのエミッタ領域12には、1つの枝部32が設けられ、1つのコンタクト領域15には複数の枝部32が設けられてよい。   The number of branch portions 32 provided in one contact region 15 may be larger than the number of branch portions 32 provided in one emitter region 12. One emitter region 12 may be provided with one branch portion 32, and one contact region 15 may be provided with a plurality of branch portions 32.

また、本体部31の延伸方向における、コンタクト領域15の幅は、エミッタ領域12の幅よりも大きくてよい。また、本体部31の延伸方向における、それぞれの枝部32の間隔P1は一定であってよい。枝部32は、コンタクト領域15およびエミッタ領域12の境界には形成されなくてよく、また、コンタクト領域15およびエミッタ領域12の境界上にも形成されてよい。   Further, the width of the contact region 15 in the extending direction of the main body 31 may be larger than the width of the emitter region 12. Further, the interval P1 between the branch portions 32 in the extending direction of the main body portion 31 may be constant. The branch portion 32 may not be formed at the boundary between the contact region 15 and the emitter region 12, and may also be formed at the boundary between the contact region 15 and the emitter region 12.

また、図1から図6に示したそれぞれの半導体装置100において、枝部32の長さ(D2−D1)は、本体部31とゲートトレンチ部40(すなわち、ゲートトレンチ46)との距離D2の半分以上であってよく、3/4以上であってもよい。枝部32とゲートトレンチ部40との距離D1は一定であってよく、枝部32毎に異なっていてもよい。エミッタ領域12に設けられた枝部32とゲートトレンチ部40との距離は、コンタクト領域15に設けられた枝部32とゲートトレンチ部40との距離より大きくてよい。   In each semiconductor device 100 shown in FIGS. 1 to 6, the length (D2-D1) of the branch portion 32 is equal to the distance D2 between the main body portion 31 and the gate trench portion 40 (ie, the gate trench 46). It may be half or more and may be 3/4 or more. The distance D1 between the branch portion 32 and the gate trench portion 40 may be constant, and may be different for each branch portion 32. The distance between the branch portion 32 provided in the emitter region 12 and the gate trench portion 40 may be larger than the distance between the branch portion 32 provided in the contact region 15 and the gate trench portion 40.

また、それぞれの枝部32の間隔P1は、本体部31とゲートトレンチ部40との距離D2より小さくてよい。間隔P1は、距離D2の半分以下であってよい。枝部32を高密度に形成することで、IE効果を更に高めることができる。   Further, the interval P1 between the branch parts 32 may be smaller than the distance D2 between the main body part 31 and the gate trench part 40. The interval P1 may be less than or equal to half of the distance D2. By forming the branch portions 32 at a high density, the IE effect can be further enhanced.

図7は、半導体基板10のa−a'断面の他の例を示す図である。図7においては、半導体基板10の表面近傍を示しており、他の部分を省略している。本例の半導体装置100は、2つのゲートトレンチ部40の間に、複数の本体部31を有する。他の構造は、図1から図6に示したいずれかの半導体装置100と同一であってよい。このような構成により、更にIE効果を高めることができる。   FIG. 7 is a diagram illustrating another example of the cross section along the line aa ′ of the semiconductor substrate 10. In FIG. 7, the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 10 is shown, and other portions are omitted. The semiconductor device 100 of this example includes a plurality of main body portions 31 between two gate trench portions 40. The other structure may be the same as any one of the semiconductor devices 100 shown in FIGS. With such a configuration, the IE effect can be further enhanced.

複数の本体部31は、同一の間隔で配列されてよい。また、本体部31とゲートトレンチ部40との間隔は、本体部31どうしの間隔と同一であってよく、より広くてもよい。本体部31とゲートトレンチ部40との間隔を広くすることで、製造ばらつき等が生じてもチャネル領域を残存させることができる。   The plurality of main body portions 31 may be arranged at the same interval. The interval between the main body 31 and the gate trench 40 may be the same as the interval between the main bodies 31 or may be wider. By widening the distance between the main body 31 and the gate trench 40, the channel region can remain even if manufacturing variations occur.

図8は、半導体基板10のa−a'断面の他の例を示す図である。図7においては、半導体基板10の表面近傍を示しており、他の部分を省略している。本例の半導体装置100は、ダミートレンチ部30の底部(図8では、本体部31におけるダミートレンチ38の底部)と隣接する領域に、ベース領域14と分離したP+型のフローティング領域90を更に有する。他の構造は、図1から図7に示したいずれかの半導体装置100と同一であってよい。   FIG. 8 is a view showing another example of the cross section taken along the line aa ′ of the semiconductor substrate 10. In FIG. 7, the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 10 is shown, and other portions are omitted. The semiconductor device 100 of this example further includes a P + type floating region 90 separated from the base region 14 in a region adjacent to the bottom portion of the dummy trench portion 30 (in FIG. 8, the bottom portion of the dummy trench 38 in the main body portion 31). . The other structure may be the same as any one of the semiconductor devices 100 shown in FIGS.

フローティング領域90は、本体部31に沿って形成され、枝部32には形成されなくてよい。2つのゲートトレンチ部40を結ぶ方向におけるフローティング領域90の幅は、本体部31の幅よりも大きくてよい。フローティング領域90の幅は、2つのゲートトレンチ部40の距離の半分以上であってよい。フローティング領域90と、ゲートトレンチ部40との距離は、枝部32と、ゲートトレンチ部40との距離よりも大きくてよい。   The floating region 90 is formed along the main body portion 31 and may not be formed in the branch portion 32. The width of the floating region 90 in the direction connecting the two gate trench portions 40 may be larger than the width of the main body portion 31. The width of the floating region 90 may be more than half of the distance between the two gate trench portions 40. The distance between the floating region 90 and the gate trench portion 40 may be larger than the distance between the branch portion 32 and the gate trench portion 40.

また、フローティング領域90の底部は、ゲートトレンチ部40の底部よりも半導体基板10の表面から見て深い位置に設けられてよい。本体部31の底部は、ゲートトレンチ部40の底部よりも浅い位置に設けられてよい。フローティング領域90を設けることで、IE効果を更に高めることができる。   Further, the bottom portion of the floating region 90 may be provided at a position deeper than the bottom portion of the gate trench portion 40 when viewed from the surface of the semiconductor substrate 10. The bottom portion of the main body portion 31 may be provided at a position shallower than the bottom portion of the gate trench portion 40. By providing the floating region 90, the IE effect can be further enhanced.

また、図7に示したように、2つのゲートトレンチ部40の間に複数の本体部31が設けられる場合、それぞれの本体部31の底部にフローティング領域90が形成されてよい。それぞれの本体部31のフローティング領域90は互いに分離していてよく、接続されていてもよい。   Further, as shown in FIG. 7, when a plurality of main body portions 31 are provided between the two gate trench portions 40, the floating region 90 may be formed at the bottom of each main body portion 31. The floating regions 90 of the respective main body portions 31 may be separated from each other or may be connected.

図9は、半導体基板10のb−b'断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、深さの異なる枝部32を有する。他の構造は、図1から図8に示したいずれかの半導体装置100と同一であってよい。   FIG. 9 is a diagram illustrating another example of the bb ′ cross section of the semiconductor substrate 10. The semiconductor device 100 of this example has branch portions 32 having different depths. The other structure may be the same as any one of the semiconductor devices 100 shown in FIGS.

本体部31の延伸方向においてウェル領域17に最も近い位置に設けられた枝部32−1のダミートレンチは、他の枝部32−2のダミートレンチよりも深い位置まで形成されてよい。例えば枝部32−1のダミートレンチは、ウェル領域17の底部よりも深い位置まで形成される。   The dummy trench of the branch part 32-1 provided at the position closest to the well region 17 in the extending direction of the main body part 31 may be formed to a position deeper than the dummy trenches of the other branch part 32-2. For example, the dummy trench of the branch part 32-1 is formed to a position deeper than the bottom part of the well region 17.

枝部32−1のダミートレンチの幅は、他の枝部32−2のダミートレンチの幅より大きくてよい。これにより、同一の工程で、深さの異なる枝部32を形成することができる。また、枝部32−1は、ゲートトレンチ部40と接続してもよい。これにより、ウェル領域17と、活性領域のエミッタ領域12等とを、深いダミートレンチで分離することができる。枝部32−1は、絶縁材料で充填されていることが好ましい。   The width of the dummy trench in the branch portion 32-1 may be larger than the width of the dummy trench in the other branch portion 32-2. Thereby, the branch part 32 from which depth differs can be formed in the same process. Further, the branch part 32-1 may be connected to the gate trench part 40. Thereby, the well region 17 and the emitter region 12 of the active region can be separated by a deep dummy trench. The branch portion 32-1 is preferably filled with an insulating material.

図10は、半導体装置100の他の例を示す平面図である。本例における半導体装置100は、半導体基板の表面において、ゲートトレンチ部40にも枝部45が設けられている点で、図1から図9の例と相違する。他の構造は、図1から図9に示したいずれかの半導体装置100と同一であってよい。   FIG. 10 is a plan view showing another example of the semiconductor device 100. The semiconductor device 100 in this example is different from the examples in FIGS. 1 to 9 in that the branch part 45 is also provided in the gate trench part 40 on the surface of the semiconductor substrate. The other structure may be the same as any one of the semiconductor devices 100 shown in FIGS.

本例の枝部45は、ゲートトレンチ部40の他の部分と同一の構造を有しており、ゲートトレンチ部40の他の部分と同一の深さで形成される。例えば枝部45は、ゲートトレンチ46、絶縁膜42、ゲート導電部44およびゲート絶縁部37を有する。枝部45は、ゲートトレンチ部40の所定の箇所から、ダミートレンチ部30の延伸方向とは異なる方向に延伸して設けられる。一例として、枝部45は、ゲートトレンチ部40から、当該延伸方向と垂直な方向に延伸して設けられる。また枝部45は、ゲートトレンチ部40から、ダミートレンチ部30に向かう方向に延伸する。ただし枝部45は、ダミートレンチ部30には接触しない範囲で形成される。   The branch part 45 of this example has the same structure as the other part of the gate trench part 40 and is formed with the same depth as the other part of the gate trench part 40. For example, the branch portion 45 includes a gate trench 46, an insulating film 42, a gate conductive portion 44, and a gate insulating portion 37. The branch portion 45 is provided extending from a predetermined portion of the gate trench portion 40 in a direction different from the extending direction of the dummy trench portion 30. As an example, the branch portion 45 is provided by extending from the gate trench portion 40 in a direction perpendicular to the extending direction. The branch portion 45 extends from the gate trench portion 40 in the direction toward the dummy trench portion 30. However, the branch portion 45 is formed in a range that does not contact the dummy trench portion 30.

本例におけるダミートレンチ部30の枝部32は、平面図においてエミッタ領域12内に形成される。また、ゲートトレンチ部40の枝部45は、平面図においてコンタクト領域15内に形成される。枝部32および枝部45は、ダミートレンチ部30の本体部31の延伸方向において交互に設けられてよい。このような構造により、IE効果を更に高めることができる。   The branch part 32 of the dummy trench part 30 in this example is formed in the emitter region 12 in the plan view. Further, the branch portion 45 of the gate trench portion 40 is formed in the contact region 15 in the plan view. The branch portions 32 and the branch portions 45 may be provided alternately in the extending direction of the main body portion 31 of the dummy trench portion 30. With such a structure, the IE effect can be further enhanced.

図11は、半導体装置100のe−e'断面を示す図である。なお図11においては蓄積領域16を省略している。本例の半導体装置100は、図4に示した例に対して、枝部45を更に備える点で相違し、且つ、枝部32の位置が相違する。他の構造は、図4に示した例と同一である。なお図3においては蓄積領域16を省略している。   FIG. 11 is a diagram showing an ee ′ cross section of the semiconductor device 100. In FIG. 11, the storage area 16 is omitted. The semiconductor device 100 of this example is different from the example shown in FIG. 4 in that it further includes a branch portion 45, and the position of the branch portion 32 is different. The other structure is the same as the example shown in FIG. In FIG. 3, the storage area 16 is omitted.

ゲートトレンチ部40の枝部45は、半導体基板10の表面からコンタクト領域15を貫通して形成される。枝部45は、ベース領域14を更に貫通する。枝部45は、蓄積領域16を更に貫通してよい。   The branch portion 45 of the gate trench portion 40 is formed through the contact region 15 from the surface of the semiconductor substrate 10. The branch portion 45 further penetrates the base region 14. The branch portion 45 may further penetrate the accumulation region 16.

ダミートレンチ部30の枝部32は、半導体基板10の表面からエミッタ領域12を貫通して形成される。枝部32は、ベース領域14を更に貫通する。枝部32は、蓄積領域16を更に貫通してよい。枝部32は、枝部45よりも浅く形成されてよい。また枝部32および枝部45は、ウェル領域17よりも浅く形成されてよい。   The branch portion 32 of the dummy trench portion 30 is formed through the emitter region 12 from the surface of the semiconductor substrate 10. The branch portion 32 further penetrates the base region 14. The branch portion 32 may further penetrate the accumulation region 16. The branch part 32 may be formed shallower than the branch part 45. Further, the branch portion 32 and the branch portion 45 may be formed shallower than the well region 17.

図12は、比較例に係る半導体装置200の構成を示す図である。半導体装置200は、トランジスタ部270およびダイオード部280を有する。また半導体装置200の表面側には、ゲート電極250、エミッタ電極252、ゲートトレンチ部240、ダミートレンチ部230、エミッタトレンチ部260、ウェル領域217、エミッタ領域212、ベース領域214、コンタクト領域215、コンタクトホール226、228、249、254およびポリシリコン層221、225、248を有する。   FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a semiconductor device 200 according to the comparative example. The semiconductor device 200 includes a transistor portion 270 and a diode portion 280. Further, on the surface side of the semiconductor device 200, a gate electrode 250, an emitter electrode 252, a gate trench part 240, a dummy trench part 230, an emitter trench part 260, a well region 217, an emitter region 212, a base region 214, a contact region 215, a contact It has holes 226, 228, 249, 254 and polysilicon layers 221, 225, 248.

ダミートレンチ部230は、直線状に形成され、枝部を有さない。このため、IE効果を高めることが比較的に困難である。これに対して半導体装置100は、ダミートレンチ部30が枝部32を有するので、IE効果を容易に高めることができる。   The dummy trench part 230 is formed in a straight line and does not have a branch part. For this reason, it is relatively difficult to enhance the IE effect. On the other hand, in the semiconductor device 100, since the dummy trench portion 30 has the branch portion 32, the IE effect can be easily enhanced.

図13は、図12におけるc−c'断面を示す。半導体装置200は、当該断面において、半導体基板210、エミッタ電極252、絶縁部238およびコレクタ電極224を有する。また、ゲート端子251がゲート導電部244に電気的に接続し、エミッタ端子253がエミッタ電極252に電気的に接続する。   FIG. 13 shows a cc ′ cross section in FIG. The semiconductor device 200 includes a semiconductor substrate 210, an emitter electrode 252, an insulating portion 238, and a collector electrode 224 in the cross section. Further, the gate terminal 251 is electrically connected to the gate conductive portion 244, and the emitter terminal 253 is electrically connected to the emitter electrode 252.

半導体基板10には、ゲートトレンチ部240、ダミートレンチ部230、エミッタトレンチ部260、エミッタ領域212、ベース領域214、蓄積領域216、ドリフト領域218、バッファ領域220、コレクタ領域222およびカソード領域282が形成される。ゲートトレンチ部240は絶縁膜242およびゲート導電部244を有する。ダミートレンチ部230は、絶縁膜232およびダミー導電部234を有する。エミッタトレンチ部260は、絶縁膜262およびエミッタ導電部264を有する。   In the semiconductor substrate 10, a gate trench portion 240, a dummy trench portion 230, an emitter trench portion 260, an emitter region 212, a base region 214, a storage region 216, a drift region 218, a buffer region 220, a collector region 222, and a cathode region 282 are formed. Is done. The gate trench portion 240 has an insulating film 242 and a gate conductive portion 244. The dummy trench part 230 has an insulating film 232 and a dummy conductive part 234. The emitter trench portion 260 has an insulating film 262 and an emitter conductive portion 264.

半導体装置200は、ダミートレンチ部230にダミー導電部234が設けられるので、ダミー導電部234が半導体基板10の半導体領域と電気的に接続しないように、絶縁膜232の絶縁信頼性を試験することが好ましい。一方で、図2に示した半導体装置100によれば、ダミートレンチ部30にダミー導電部が設けられないので、ダミー絶縁部39の絶縁信頼性を試験しなくてよい。   Since the semiconductor device 200 is provided with the dummy conductive portion 234 in the dummy trench portion 230, the insulation reliability of the insulating film 232 is tested so that the dummy conductive portion 234 is not electrically connected to the semiconductor region of the semiconductor substrate 10. Is preferred. On the other hand, according to the semiconductor device 100 shown in FIG. 2, since the dummy conductive portion is not provided in the dummy trench portion 30, it is not necessary to test the insulation reliability of the dummy insulating portion 39.

半導体装置200は、ダミートレンチ部230のトレンチの側壁にエミッタ領域212が露出しない。このため、エミッタ電極252と、エミッタ領域212とは、半導体基板210の表面でのみ接触する。半導体装置200を微細化すると、半導体基板210の表面に露出するエミッタ領域212の面積が小さくなり、エミッタ電極252とエミッタ領域212とのコンタクト抵抗が増大してしまう。   In the semiconductor device 200, the emitter region 212 is not exposed on the sidewall of the trench of the dummy trench portion 230. For this reason, the emitter electrode 252 and the emitter region 212 are in contact only on the surface of the semiconductor substrate 210. When the semiconductor device 200 is miniaturized, the area of the emitter region 212 exposed on the surface of the semiconductor substrate 210 is reduced, and the contact resistance between the emitter electrode 252 and the emitter region 212 is increased.

また、半導体装置200は、絶縁部238が半導体基板210の表面に形成される。この場合、ゲート導電部244とエミッタ電極252とを確実に絶縁するために、絶縁部238は、ゲートトレンチ部240よりも広い範囲を覆って設けられる。つまり、絶縁部238は、エミッタ領域212の表面の一部を覆ってしまう。このため、半導体基板210の表面に露出するエミッタ領域212の面積は更に小さくなる。従って、半導体装置200においては、半導体装置の微細化と、低いオン電圧とを両立することが困難である。   In the semiconductor device 200, the insulating portion 238 is formed on the surface of the semiconductor substrate 210. In this case, in order to reliably insulate the gate conductive portion 244 and the emitter electrode 252, the insulating portion 238 is provided so as to cover a wider range than the gate trench portion 240. That is, the insulating part 238 covers a part of the surface of the emitter region 212. For this reason, the area of the emitter region 212 exposed on the surface of the semiconductor substrate 210 is further reduced. Therefore, in the semiconductor device 200, it is difficult to achieve both miniaturization of the semiconductor device and a low on-voltage.

これに対して図2に示した半導体装置100によれば、エミッタ電極52が、エミッタ領域12の表面および側面と接触することができる。このため、半導体装置100を微細化しても、エミッタ電極52とエミッタ領域12とのコンタクト抵抗を十分小さくすることができる。   On the other hand, according to the semiconductor device 100 shown in FIG. 2, the emitter electrode 52 can come into contact with the surface and side surfaces of the emitter region 12. For this reason, even if the semiconductor device 100 is miniaturized, the contact resistance between the emitter electrode 52 and the emitter region 12 can be sufficiently reduced.

また、図2に示した半導体装置100によれば、ゲート絶縁部37がゲートトレンチ内に形成されるので、ゲート絶縁部37がエミッタ領域12の表面を覆わない。このため、エミッタ電極52およびエミッタ領域12との接触面積を大きくすることができる。   Further, according to the semiconductor device 100 shown in FIG. 2, since the gate insulating part 37 is formed in the gate trench, the gate insulating part 37 does not cover the surface of the emitter region 12. Therefore, the contact area between the emitter electrode 52 and the emitter region 12 can be increased.

図14は、図12におけるd−d'断面を示す。半導体装置200は、当該断面において、半導体基板210、エミッタ電極252、ゲート電極250、コレクタ電極224、ポリシリコン層221、ポリシリコン層248および絶縁部238を備える。   FIG. 14 shows a dd ′ cross section in FIG. The semiconductor device 200 includes a semiconductor substrate 210, an emitter electrode 252, a gate electrode 250, a collector electrode 224, a polysilicon layer 221, a polysilicon layer 248, and an insulating portion 238 in the cross section.

ポリシリコン層221およびポリシリコン層248は、半導体基板210の表面に形成され、各トレンチ内の導電部と、エミッタ電極252またはゲート電極250とを接続する。半導体装置200は、半導体基板210の表面に選択的にポリシリコン層221およびポリシリコン層248を有する。このため、半導体基板210の表面に凹凸が生じてしまい、絶縁部238等の半導体基板210の表面の上方に形成される層の形成が容易ではなくなる。   The polysilicon layer 221 and the polysilicon layer 248 are formed on the surface of the semiconductor substrate 210, and connect the conductive portion in each trench to the emitter electrode 252 or the gate electrode 250. The semiconductor device 200 selectively includes a polysilicon layer 221 and a polysilicon layer 248 on the surface of the semiconductor substrate 210. For this reason, unevenness is generated on the surface of the semiconductor substrate 210, and it is not easy to form a layer formed above the surface of the semiconductor substrate 210 such as the insulating portion 238.

これに対して図2および図3に示した半導体装置100によれば、エミッタ電極252およびゲート電極250が、各トレンチ内の導電部と直接接触するので、半導体基板10の表面にポリシリコン層を設けなくともよい。このため、半導体基板10の表面に凹凸を低減することができる。   On the other hand, according to the semiconductor device 100 shown in FIGS. 2 and 3, since the emitter electrode 252 and the gate electrode 250 are in direct contact with the conductive portion in each trench, the polysilicon layer is formed on the surface of the semiconductor substrate 10. It is not necessary to provide it. For this reason, unevenness on the surface of the semiconductor substrate 10 can be reduced.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。   As mentioned above, although this invention was demonstrated using embodiment, the technical scope of this invention is not limited to the range as described in the said embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications or improvements can be added to the above-described embodiment. It is apparent from the scope of the claims that the embodiments added with such changes or improvements can be included in the technical scope of the present invention.

なお、特許請求の範囲または明細書における「上」および「上方」と、「下」および「下方」とは、互いに逆の方向を指す。ただし、「上」および「上方」の用語は、重力方向と逆向きの方向に限定されない。また、「下」および「下方」の用語は、重力方向に限定されない。例えば、電気機器に実装された半導体装置において、ゲート電極等が、半導体基板の地面側の表面に配置されるような場合であっても、当該半導体装置が本発明に含まれうることは明らかである。   Note that “upper” and “upper”, “lower” and “lower” in the claims or the specification indicate directions opposite to each other. However, the terms “upper” and “upper” are not limited to the direction opposite to the direction of gravity. Further, the terms “lower” and “lower” are not limited to the direction of gravity. For example, in a semiconductor device mounted on an electrical device, it is clear that the semiconductor device can be included in the present invention even when the gate electrode or the like is disposed on the ground-side surface of the semiconductor substrate. is there.

10・・・半導体基板、12・・・エミッタ領域、14・・・ベース領域、15・・・コンタクト領域、16・・・蓄積領域、17・・・ウェル領域、18・・・ドリフト領域、20・・・バッファ領域、22・・・コレクタ領域、24・・・コレクタ電極、26・・・層間絶縁膜、30・・・ダミートレンチ部、31・・・本体部、32・・・枝部、36・・・プラグ部、37・・・ゲート絶縁部、38・・・ダミートレンチ、39・・・ダミー絶縁部、40・・・ゲートトレンチ部、41・・・対向部、42・・・絶縁膜、43・・・突出部、44・・・ゲート導電部、45・・・枝部、46・・・ゲートトレンチ、50・・・ゲート電極、51・・・ゲート端子、52・・・エミッタ電極、53・・・エミッタ端子、54・・・コンタクトホール、55・・・コンタクトホール、56・・・プラグ部、60・・・エミッタトレンチ部、61・・・本体部、62・・・枝部、68・・・エミッタトレンチ、69・・・エミッタ絶縁部、70・・・トランジスタ部、80・・・ダイオード部、82・・・カソード領域、90・・・フローティング領域、100・・・半導体装置、200・・・半導体装置、210・・・半導体基板、212・・・エミッタ領域、214・・・ベース領域、215・・・コンタクト領域、216・・・蓄積領域、217・・・ウェル領域、218・・・ドリフト領域、220・・・バッファ領域、221・・・ポリシリコン層、222・・・コレクタ領域、224・・・コレクタ電極、225・・・ポリシリコン層、226・・・コンタクトホール、228・・・コンタクトホール、230・・・ダミートレンチ部、232・・・絶縁膜、234・・・ダミー導電部、238・・・絶縁部、240・・・ゲートトレンチ部、242・・・絶縁膜、244・・・ゲート導電部、248・・・ポリシリコン層、249・・・コンタクトホール、250・・・ゲート電極、251・・・ゲート端子、252・・・エミッタ電極、253・・・エミッタ端子、254・・・コンタクトホール、260・・・エミッタトレンチ部、262・・・絶縁膜、264・・・エミッタ導電部、270・・・トランジスタ部、280・・・ダイオード部、282・・・カソード領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Semiconductor substrate, 12 ... Emitter region, 14 ... Base region, 15 ... Contact region, 16 ... Storage region, 17 ... Well region, 18 ... Drift region, 20 ... Buffer region, 22 ... Collector region, 24 ... Collector electrode, 26 ... Interlayer insulating film, 30 ... Dummy trench part, 31 ... Body part, 32 ... Branch part, 36 ... Plug part, 37 ... Gate insulation part, 38 ... Dummy trench, 39 ... Dummy insulation part, 40 ... Gate trench part, 41 ... Counter part, 42 ... Insulation Membrane, 43 ... projecting portion, 44 ... gate conductive portion, 45 ... branch, 46 ... gate trench, 50 ... gate electrode, 51 ... gate terminal, 52 ... emitter Electrode 53 ... Emitter terminal 54 ... Contour 55 ... contact hole, 56 ... plug part, 60 ... emitter trench part, 61 ... main body part, 62 ... branch part, 68 ... emitter trench, 69 ... emitter Insulating part, 70 ... transistor part, 80 ... diode part, 82 ... cathode region, 90 ... floating region, 100 ... semiconductor device, 200 ... semiconductor device, 210 ... semiconductor Substrate, 212 ... emitter region, 214 ... base region, 215 ... contact region, 216 ... storage region, 217 ... well region, 218 ... drift region, 220 ... buffer region 221 ... polysilicon layer, 222 ... collector region, 224 ... collector electrode, 225 ... polysilicon layer, 226 ... contact hole 228 ... contact hole, 230 ... dummy trench part, 232 ... insulating film, 234 ... dummy conductive part, 238 ... insulating part, 240 ... gate trench part, 242 ... insulating Membrane, 244 ... Gate conductive portion, 248 ... Polysilicon layer, 249 ... Contact hole, 250 ... Gate electrode, 251 ... Gate terminal, 252 ... Emitter electrode, 253 ... Emitter terminal, 254... Contact hole, 260... Emitter trench part, 262... Insulating film, 264... Emitter conductive part, 270... Transistor part, 280.・ Cathode region

Claims (20)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成され、予め定められた延伸方向に延伸している本体部と、前記本体部から前記延伸方向とは異なる方向に延伸している1以上の枝部とを含むダミートレンチ部と、
を備え、
前記半導体基板は、前記半導体基板の表面から見て順番に設けられた第1導電型のエミッタ領域と、第2導電型のベース領域とを有し、
前記ダミートレンチ部は、
前記半導体基板の表面から前記エミッタ領域および前記ベース領域を貫通しているダミートレンチと、
前記ダミートレンチ内に設けたダミー絶縁部と
を有する半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A dummy trench that is formed on the surface of the semiconductor substrate and includes a main body extending in a predetermined extending direction and one or more branch portions extending from the main body in a direction different from the extending direction. And
With
The semiconductor substrate has a first conductivity type emitter region and a second conductivity type base region provided in order as viewed from the surface of the semiconductor substrate;
The dummy trench portion is
A dummy trench penetrating the emitter region and the base region from the surface of the semiconductor substrate;
And a dummy insulating part provided in the dummy trench.
前記ダミー絶縁部が、前記ダミートレンチの底部から、前記ダミートレンチ内の予め定められた高さまで充填されている
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein the dummy insulating portion is filled from a bottom portion of the dummy trench to a predetermined height in the dummy trench.
前記枝部は、前記本体部の前記延伸方向とは直交する方向に延伸している
請求項2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the branch portion extends in a direction orthogonal to the extending direction of the main body portion.
前記半導体基板の表面に形成されたゲートトレンチ部を更に備え、
前記ゲートトレンチ部は、
前記半導体基板の前記エミッタ領域および前記ベース領域を貫通しているゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチの内部に設けたゲート導電部と
を有し、
前記ダミートレンチの前記本体部は、前記ゲートトレンチと対向して設けられ、
前記ダミートレンチの前記枝部は、前記ゲートトレンチに向かって延伸して設けられ、
前記ダミートレンチの少なくとも一部の前記枝部は、前記ゲートトレンチと接していない
請求項2または3に記載の半導体装置。
A gate trench part formed on the surface of the semiconductor substrate;
The gate trench portion is
A gate trench penetrating the emitter region and the base region of the semiconductor substrate;
A gate conductive portion provided inside the gate trench,
The body portion of the dummy trench is provided to face the gate trench,
The branch portion of the dummy trench is provided extending toward the gate trench,
The semiconductor device according to claim 2, wherein at least a part of the branch portion of the dummy trench is not in contact with the gate trench.
前記半導体基板は、前記ベース領域と接続されており、前記ベース領域よりも不純物濃度が高く、且つ、前記半導体基板の表面に露出する第2導電型のコンタクト領域を更に有し、
前記枝部の少なくとも一部は、前記半導体基板の表面において前記コンタクト領域の内部に設けられている
請求項4に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate is further connected to the base region, has an impurity concentration higher than that of the base region, and further has a second conductivity type contact region exposed on the surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 4, wherein at least a part of the branch portion is provided inside the contact region on a surface of the semiconductor substrate.
前記ダミートレンチの少なくとも一部の前記枝部は、前記半導体基板の表面において前記エミッタ領域の内部に設けられ、
前記半導体基板の表面において前記エミッタ領域の内部に設けられた前記枝部は、前記ゲートトレンチと接していない
請求項5に記載の半導体装置。
The branch portion of at least a part of the dummy trench is provided inside the emitter region on the surface of the semiconductor substrate,
The semiconductor device according to claim 5, wherein the branch portion provided inside the emitter region on the surface of the semiconductor substrate is not in contact with the gate trench.
前記エミッタ領域および前記コンタクト領域は、前記半導体基板の表面において、前記ゲートトレンチ部および前記ダミートレンチ部に挟まれる領域に、前記延伸方向に沿って交互に設けられ、
前記半導体基板の表面において、前記コンタクト領域に設けられた前記枝部の本数は、前記エミッタ領域に設けられた前記枝部の本数よりも多い
請求項6に記載の半導体装置。
The emitter region and the contact region are alternately provided along the extending direction in a region sandwiched between the gate trench portion and the dummy trench portion on the surface of the semiconductor substrate.
The semiconductor device according to claim 6, wherein the number of the branch portions provided in the contact region is greater than the number of the branch portions provided in the emitter region on the surface of the semiconductor substrate.
前記本体部の前記延伸方向における、それぞれの前記枝部の間隔は一定である
請求項7に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7, wherein an interval between the branch portions in the extending direction of the main body portion is constant.
前記枝部の長さは、前記ダミートレンチの前記本体部と前記ゲートトレンチとの距離の半分以上である
請求項4から8のいずれか一項に記載の半導体装置。
9. The semiconductor device according to claim 4, wherein a length of the branch portion is at least half of a distance between the main body portion of the dummy trench and the gate trench.
前記本体部の前記延伸方向における、それぞれの前記枝部の間隔は、前記本体部と前記ゲートトレンチとの距離より小さい
請求項4から9のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein an interval between the branch portions in the extending direction of the main body portion is smaller than a distance between the main body portion and the gate trench.
前記ダミートレンチは、前記ゲートトレンチよりも浅い位置まで形成されている
請求項4から10のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein the dummy trench is formed to a position shallower than the gate trench.
前記ダミートレンチの幅は、前記ゲートトレンチの幅よりも小さい
請求項11に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 11, wherein a width of the dummy trench is smaller than a width of the gate trench.
前記半導体基板は、前記ベース領域の裏面側に設けられ、前記半導体基板よりも不純物濃度が高い第1導電型の蓄積領域を更に有し、
前記ダミートレンチは、前記蓄積領域を更に貫通している
請求項4から12のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate further includes a first conductivity type accumulation region provided on the back side of the base region and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 4, wherein the dummy trench further penetrates the accumulation region.
前記半導体基板は、前記ダミートレンチの底部と隣接する領域に、前記ベース領域と分離した第2導電型のフローティング領域を更に有する
請求項4から13のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor substrate further includes a floating region of a second conductivity type separated from the base region in a region adjacent to the bottom of the dummy trench.
前記フローティング領域の底部は、前記ゲートトレンチの底部よりも深い位置に設けられる請求項14に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 14, wherein a bottom portion of the floating region is provided at a position deeper than a bottom portion of the gate trench. 前記半導体基板は、前記半導体基板の表面において前記エミッタ領域の外側に設けられ、前記ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型のウェル領域を更に有し、
前記延伸方向において前記ウェル領域に最も近い位置に設けられる前記枝部の前記ダミートレンチは、他の前記枝部の前記ダミートレンチよりも深い位置まで形成されている
請求項4から15のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor substrate further includes a second conductivity type well region provided outside the emitter region on the surface of the semiconductor substrate and having a higher impurity concentration than the base region;
The dummy trench of the branch part provided at a position closest to the well region in the extending direction is formed to a position deeper than the dummy trench of the other branch part. The semiconductor device according to item.
前記ウェル領域に最も近い前記枝部の前記ダミートレンチの幅は、他の前記枝部の前記ダミートレンチの幅よりも大きい
請求項16に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 16, wherein a width of the dummy trench in the branch portion closest to the well region is larger than a width of the dummy trench in another branch portion.
前記半導体基板の表面の上方に設けられ、前記エミッタ領域の表面と接触する第1表面側電極を更に備え、
前記ダミー絶縁部は、前記ダミートレンチの側壁に前記エミッタ領域の少なくとも一部が露出するように、前記ダミートレンチ内に充填されており、
前記第1表面側電極は、前記ダミートレンチの側壁においても前記エミッタ領域と接触する
請求項4から17のいずれか一項に記載の半導体装置。
A first surface side electrode provided above the surface of the semiconductor substrate and in contact with the surface of the emitter region;
The dummy insulating portion is filled in the dummy trench so that at least a part of the emitter region is exposed on a sidewall of the dummy trench.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the first surface side electrode is in contact with the emitter region also on a side wall of the dummy trench.
前記ゲートトレンチ部は、前記ゲートトレンチの内部において前記ゲート導電部の上方に設けられ、前記第1表面側電極と前記ゲート導電部とを絶縁するゲート絶縁部を更に有する
請求項18に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 18, wherein the gate trench portion further includes a gate insulating portion that is provided above the gate conductive portion inside the gate trench and insulates the first surface side electrode from the gate conductive portion. apparatus.
前記ゲートトレンチ部は、前記延伸方向とは異なる方向に延伸している1以上の枝部を含む
請求項4に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 4, wherein the gate trench portion includes one or more branch portions extending in a direction different from the extending direction.
JP2016024546A 2015-07-15 2016-02-12 Semiconductor device Active JP6668798B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/194,566 US10332990B2 (en) 2015-07-15 2016-06-28 Semiconductor device
US16/449,469 US10825923B2 (en) 2015-07-15 2019-06-24 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015141012 2015-07-15
JP2015141012 2015-07-15

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017028244A true JP2017028244A (en) 2017-02-02
JP6668798B2 JP6668798B2 (en) 2020-03-18

Family

ID=57946604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016024546A Active JP6668798B2 (en) 2015-07-15 2016-02-12 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6668798B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108695392A (en) * 2017-03-30 2018-10-23 艾普凌科有限公司 Semiconductor device and its manufacturing method
JP2019021787A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 富士電機株式会社 Semiconductor device
US10396189B2 (en) 2017-05-30 2019-08-27 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
US10622350B2 (en) 2018-02-14 2020-04-14 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
CN111052393A (en) * 2018-02-14 2020-04-21 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP2021052054A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社東芝 Semiconductor device
US11018251B2 (en) 2019-02-08 2021-05-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
KR20210083688A (en) * 2019-12-27 2021-07-07 주식회사 넥스젠파워 Power Semiconductor Device
US11380784B2 (en) 2018-02-14 2022-07-05 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP7435645B2 (en) 2017-05-16 2024-02-21 富士電機株式会社 semiconductor equipment

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168333A (en) * 1999-09-30 2001-06-22 Toshiba Corp Semiconductor device equipped with trench gate
JP2005142243A (en) * 2003-11-05 2005-06-02 Toyota Motor Corp Insulated-gate semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2011199101A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Toyota Central R&D Labs Inc Insulated gate bipolar transistor
JP2012227335A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001168333A (en) * 1999-09-30 2001-06-22 Toshiba Corp Semiconductor device equipped with trench gate
JP2005142243A (en) * 2003-11-05 2005-06-02 Toyota Motor Corp Insulated-gate semiconductor device and manufacturing method therefor
JP2011199101A (en) * 2010-03-23 2011-10-06 Toyota Central R&D Labs Inc Insulated gate bipolar transistor
JP2012227335A (en) * 2011-04-19 2012-11-15 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device

Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2018170456A (en) * 2017-03-30 2018-11-01 エイブリック株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN108695392A (en) * 2017-03-30 2018-10-23 艾普凌科有限公司 Semiconductor device and its manufacturing method
CN108695392B (en) * 2017-03-30 2023-10-03 艾普凌科有限公司 Semiconductor device and method for manufacturing the same
JP7435645B2 (en) 2017-05-16 2024-02-21 富士電機株式会社 semiconductor equipment
US10396189B2 (en) 2017-05-30 2019-08-27 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP7143575B2 (en) 2017-07-18 2022-09-29 富士電機株式会社 semiconductor equipment
JP2019021787A (en) * 2017-07-18 2019-02-07 富士電機株式会社 Semiconductor device
US10622350B2 (en) 2018-02-14 2020-04-14 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
US11107910B2 (en) 2018-02-14 2021-08-31 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
US11380784B2 (en) 2018-02-14 2022-07-05 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
CN111052393B (en) * 2018-02-14 2023-11-14 富士电机株式会社 Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
CN111052393A (en) * 2018-02-14 2020-04-21 富士电机株式会社 Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
US11949005B2 (en) 2018-02-14 2024-04-02 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
US11018251B2 (en) 2019-02-08 2021-05-25 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
JP2021052054A (en) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社東芝 Semiconductor device
JP7370781B2 (en) 2019-09-24 2023-10-30 株式会社東芝 semiconductor equipment
KR20210083688A (en) * 2019-12-27 2021-07-07 주식회사 넥스젠파워 Power Semiconductor Device
KR102392277B1 (en) * 2019-12-27 2022-05-02 주식회사 넥스젠파워 Power Semiconductor Device

Also Published As

Publication number Publication date
JP6668798B2 (en) 2020-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10825923B2 (en) Semiconductor device
JP6477885B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP6668798B2 (en) Semiconductor device
US11676960B2 (en) Semiconductor device
JP6406454B2 (en) Semiconductor device
US11031471B2 (en) Semiconductor device
JP6561611B2 (en) Semiconductor device
JP5353190B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
US9064952B2 (en) Semiconductor device
US11955540B2 (en) Semiconductor device and production method
JP2013058575A (en) Semiconductor device and manufacturing method of the same
JP2016219774A (en) Semiconductor device
JP2017028236A (en) Semiconductor device
JP2011243915A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP7157719B2 (en) Semiconductor device manufacturing method
JP2012160601A (en) Manufacturing method of semiconductor device
US20220406932A1 (en) Silicon carbide semiconductor device
JP2022175975A (en) Silicon carbide semiconductor device
JP2023173420A (en) silicon carbide semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190111

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190920

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191001

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200128

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200210

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6668798

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250