JP2020038986A - Semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020038986A JP2020038986A JP2019203351A JP2019203351A JP2020038986A JP 2020038986 A JP2020038986 A JP 2020038986A JP 2019203351 A JP2019203351 A JP 2019203351A JP 2019203351 A JP2019203351 A JP 2019203351A JP 2020038986 A JP2020038986 A JP 2020038986A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- type
- trench
- emitter
- gate
- 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
Links
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
Description
本発明は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を備える半導体装置に関
する。
The present invention relates to a semiconductor device having an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
従来、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧VCE(sat)および短絡耐量の高いトレン
チ型IGBTは、p型フローティング層を有している。p型フローティング層は、一般的
に、p型ベース層と同一工程形成される。これにより、p型フローティング層は、p型ベ
ース層と同じ深さを有している。
Conventionally, a trench-type IGBT having a high collector-emitter saturation voltage V CE (sat) and short-circuit tolerance has a p-type floating layer. The p-type floating layer is generally formed in the same step as the p-type base layer. Thus, the p-type floating layer has the same depth as the p-type base layer.
しかしながら、従来の構造では、デバイスの耐圧保持のためにp型フローティング層を
深く拡散させると耐圧は保持されるが、それに伴いp型ベース層が厚くなってしまってオ
ン電圧が上昇するという不具合がある。一方、オン電圧の低減のためにp型ベース層を薄
くしたのでは、逆に、十分な耐圧を保持することが困難になる。
そこで、本発明の目的は、耐圧を向上できながら、オン電圧の上昇を抑えることができ
るIGBTを備える半導体装置を提供することである。
However, in the conventional structure, when the p-type floating layer is deeply diffused to maintain the breakdown voltage of the device, the breakdown voltage is maintained, but the p-type base layer becomes thicker and the on-voltage increases. is there. On the other hand, if the p-type base layer is thinned to reduce the ON voltage, it is difficult to maintain a sufficient withstand voltage.
Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device including an IGBT that can suppress an increase in on-voltage while improving the withstand voltage.
上記目的を達成するための本発明の半導体装置は、半導体層と、第1方向に延びるよう
に形成され、前記第1方向と直行する第2方向に並んで前記半導体層に形成された複数の
トレンチと、前記複数のトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第2方向において互
いに隣り合う複数のゲート電極および前記第2方向に沿って互いに隣り合う複数のエミッ
タ電極の繰り返し構造と、前記ゲート電極の側方であって前記互いに隣り合うゲート電極
の間の領域において、前記半導体層の表面側から前記トレンチの深さ方向に順に配置され
たn+型エミッタ領域、p型ベース領域およびn−型ドリフト領域と、前記互いに隣り合
うエミッタ電極の間の領域において形成され、前記p型ベース領域よりも深く形成され、
前記エミッタ電極の下方に回り込むオーバーラップ部を含むp型フローティング領域と、
前記n−型ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp+型コレクタ領域
とを備え、前記p型ベース領域と前記n−型ドリフト領域との界面は、前記トレンチの中
央部もしくは上部に設定されている。
In order to achieve the above object, a semiconductor device of the present invention has a semiconductor layer and a plurality of semiconductor layers formed so as to extend in a first direction and formed in the semiconductor layer in a second direction orthogonal to the first direction. A repeating structure of a trench, a plurality of gate electrodes buried in the plurality of trenches via an insulating film and adjacent to each other in the second direction, and a plurality of emitter electrodes adjacent to each other along the second direction; An n + -type emitter region, a p-type base region, and an n − side are arranged in the depth direction of the trench from the surface side of the semiconductor layer in a region between the adjacent gate electrodes on a side of the electrode. A drift region and a region between the emitter electrodes adjacent to each other, formed deeper than the p-type base region,
A p-type floating region including an overlap portion which goes under the emitter electrode;
Wherein n - a p + -type collector region disposed on the back side of the relative type drift region semiconductor layer, and the p-type base region and the n - interface between type drift region, the central portion of the trench Or it is set at the top.
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の模式的な断面図である。図2は、
図1の半導体装置の内部構造を説明するための斜視図である。
半導体装置1は、IGBTを備えるデバイスであって、本発明の半導体層の一例として
の半導体基板2を含む。半導体基板2は、たとえば、50μm〜200μmの厚さのn−
型シリコン基板であってよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic sectional view of a
FIG. 2 is a perspective view illustrating an internal structure of the semiconductor device of FIG. 1.
The
It may be a shaped silicon substrate.
半導体基板2は、その裏面3側から順にp+型コレクタ領域4、n型バッファ領域5お
よびn−型ドリフト領域6が積層された構造を有している。p+型コレクタ領域4が半導
体基板2の裏面3全体に露出し、n−型ドリフト領域6が半導体基板2の表面7の一部に
選択的に露出している。
p+型コレクタ領域4のp型ドーパントとしては、たとえば、B(ホウ素)、Al(ア
ルミニウム)等を使用できる(以下、同じ)。一方、n型バッファ領域5およびn−型ド
リフト領域6のn型ドーパントとしては、たとえば、N(窒素)、P(リン)、As(ひ
素)等を使用できる(以下、同じ)。
The
As the p-type dopant of the p + -
また、p+型コレクタ領域4のドーパント濃度は、たとえば、1×1015cm−3〜
2×1019cm−3である。一方、n型バッファ領域5のドーパント濃度は、たとえば
、1×1015cm−3〜5×1017cm−3であり、n−型ドリフト領域6のドーパ
ント濃度は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3である。
半導体基板2の表面7側には、複数のゲートトレンチ8が形成されている。この実施形
態では、複数のゲートトレンチ8は、たとえばストライプ状に形成され、半導体基板2の
表面7に沿う横方向に一対ずつのトレンチ単位9として配置されている。互いに隣り合う
トレンチ単位9のピッチP1は、たとえば、4μm〜20μmである。また、一対のゲー
トトレンチ8において、一方のゲートトレンチ8と他方のゲートトレンチ8とのピッチP
2(ゲートトレンチ8の中心点同士の距離)は、たとえば、2μm〜7μmであり、間隔
L1(ゲートトレンチ8の側面間の距離)は、たとえば、1μm〜6μmである。
The dopant concentration of p + -
It is 2 × 10 19 cm −3 . On the other hand, the dopant concentration of n-
A plurality of
2 (distance between center points of gate trench 8) is, for example, 2 μm to 7 μm, and interval L 1 (distance between side surfaces of gate trench 8) is, for example, 1 μm to 6 μm.
一対のゲートトレンチ8の間には、p型ベース領域10が形成されている。p型ベース
領域10は、一方のゲートトレンチ8と他方のゲートトレンチ8によって共有されている
。また、この実施形態では、p型ベース領域10とn−型ドリフト領域6との界面がゲー
トトレンチ8の中央部もしくは上部に設定されていて、p型ベース領域10は、半導体基
板2の比較的浅くに拡散形成されている。
A p-
p型ベース領域10には、半導体基板2の表面7から掘り下がったコンタクトトレンチ
11が形成されている。コンタクトトレンチ11は、ゲートトレンチ8の長手方向に沿っ
て一定の幅で形成されている。コンタクトトレンチ11の底面には、p+型ベースコンタ
クト領域12が形成されている。
また、コンタクトトレンチ11と、一方および他方のゲートトレンチ8との間において
p型ベース領域10の表面部には、n+型エミッタ領域13が形成されている。n+型エ
ミッタ領域13は、コンタクトトレンチ11の両側に一つずつ設けられ、それぞれがコン
タクトトレンチ11の側面に露出している。
In the p-
An n + -
また、p型ベース領域10のドーパント濃度は、たとえば、1×1016cm−3〜1
×1018cm−3である。p+型ベースコンタクト領域12のドーパント濃度は、たと
えば、5×1018cm−3〜1×1020cm−3である。n+型エミッタ領域13の
ドーパント濃度は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3である。
また、半導体基板2の表面7側において一対のゲートトレンチ8の間には、複数(図1
では2本)のエミッタトレンチ14が形成されている。この実施形態では、複数のエミッ
タトレンチ14は、たとえばストライプ状(ゲートトレンチ8に平行)に形成され、半導
体基板2の表面7に沿う横方向に互いに等しい間隔を空けて配置されている。互いに隣り
合うエミッタトレンチ14間隔L2(エミッタトレンチ14の側面間の距離)は、たとえ
ば、3μm以下、好ましくは、0.8μm〜3μmである。また、複数のエミッタトレン
チ14は、ゲートトレンチ8と同じ深さで形成されている。これにより、エミッタトレン
チ14をゲートトレンチ8と同一工程で形成することができるので、製造工程を簡略化す
ることができる。
The dopant concentration of the p-
× 10 18 cm −3 . The dopant concentration of p + -type
A plurality of
In this case, two (2)
複数のエミッタトレンチ14のうち、ゲートトレンチ8に隣り合うトレンチ(ゲートト
レンチ8との間にトレンチを介さずに対向するトレンチ)は、ゲートトレンチ8との間に
n−型ドリフト領域6を介して2μm以下の間隔L3(エミッタトレンチ14の側面とゲ
ートトレンチ8の側面との距離)を隔てて配置されている。つまり、当該エミッタトレン
チ14とゲートトレンチ8との間には、深さ方向全域に渡ってn−型ドリフト領域6が介
在している。
Of the plurality of
また、複数のエミッタトレンチ14の各間には、p型フローティング領域15が形成さ
れている。p型フローティング領域15は、電気的にフローティング状態が保たれた半導
体領域であり、ゲートトレンチ8に隣り合うエミッタトレンチ14によって、ゲートトレ
ンチ8と分離されている。p型フローティング領域15は、この実施形態では、p型ベー
ス領域10よりも深く形成されている。
A p-
p型フローティング領域15は、エミッタトレンチ14の底部に対して半導体基板2の
裏面3側に膨出する底部16と、ゲートトレンチ8に隣り合うエミッタトレンチ14の下
方に回り込むオーバーラップ部17とを有している。オーバーラップ部17は、当該エミ
ッタトレンチ14の幅方向中央に対してゲートトレンチ8の近い側に位置する端部18を
有している。この端部18は、エミッタトレンチ14に対してゲートトレンチ8側にはみ
出ていないことが好ましい。
The p-
また、p型フローティング領域15のドーパント濃度は、たとえば、5×1015cm
−3〜1×1018cm−3である。
ゲートトレンチ8およびエミッタトレンチ14には、絶縁膜19(たとえば、酸化シリ
コン(SiO2))を介してゲート電極20および埋め込み電極21がそれぞれ埋め込ま
れている。ゲート電極20および埋め込み電極21は、たとえば、ポリシリコン等の導電
材料からなる。絶縁膜19は、ゲートトレンチ8の内面、半導体基板2の表面7およびエ
ミッタトレンチ14の内面に沿って一体的に形成されている。絶縁膜19のゲートトレン
チ8内の部分は、ゲート絶縁膜22として機能する。また、エミッタトレンチ14の複数
の埋め込み電極21は、後述するエミッタ電極25に電気的に接続されている。
The dopant concentration of the p-
−3 to 1 × 10 18 cm −3 .
A
半導体基板2の表面7には、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸
化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる層間膜23が積層されている。層間膜23
には、コンタクトトレンチ11を介してn+型エミッタ領域13およびp+型ベースコン
タクト領域12を選択的に露出させるコンタクトホール24が形成されている。
層間膜23上には、エミッタ電極25が積層されている。エミッタ電極25は、コンタ
クトトレンチ11に入り込み、コンタクトトレンチ11の側面においてn+型エミッタ領
域13に接続されている。また、コンタクトトレンチ11の底面において、p+型ベース
コンタクト領域12を介してp型ベース領域10に接続されている。
On the
A
On the
次に、半導体装置1の製造方法について説明する。図3A〜図3Iは、図1の半導体装
置1の製造工程を工程順に説明するための図である。
半導体装置1を製造するには、図3Aに示すように、n−型の半導体基板2(n−型ド
リフト領域6)の表面7にマスク28が形成される。マスク28には、表面7におけるp
型フローティング領域15に形成すべき領域を選択的に露出させる開口が形成されている
。そして、このマスク28を介して、半導体基板2の表面7に対してp型ドーパントがイ
オン注入(インプラ)される。これにより、イオン注入領域26が形成される。
Next, a method for manufacturing the
In order to manufacture the
An opening for selectively exposing a region to be formed in the
次に、図3Bに示すように、半導体基板2が選択的にエッチングされることによって、
ゲートトレンチ8およびエミッタトレンチ14が同時形成される。
次に、図3Cに示すように、半導体基板2が熱酸化されることによって、ゲートトレン
チ8およびエミッタトレンチ14の内面を含む表面全域に犠牲酸化膜27が形成される。
そして、犠牲酸化膜27で覆われた半導体基板2をアニール処理することによって、イオ
ン注入領域26中のp型ドーパントが拡散する(ドライブイン)。このアニール処理は、
p型ドーパントがエミッタトレンチ14の下方に回り込む条件で行われる。これにより、
p型フローティング領域15が形成される。この際、半導体基板2が犠牲酸化膜27で覆
われているので、基板表面からのイオン抜けを防止することができるので、p型ドーパン
トを効率よく拡散させることができる。
Next, as shown in FIG. 3B, by selectively etching the
Next, as shown in FIG. 3C, the
Then, by annealing the
This is performed under the condition that the p-type dopant goes under the
A p-
次に、図3Dに示すように、犠牲酸化膜27が剥離される。
次に、図3Eに示すように、半導体基板2が熱酸化されることによって、ゲートトレン
チ8およびエミッタトレンチ14の内面を含む表面全域に絶縁膜19(ゲート絶縁膜22
)が形成される。
次に、図3Fに示すように、ポリシリコン等の電極材料がゲートトレンチ8およびエミ
ッタトレンチ14に埋め込まれる。これにより、ゲート電極20および埋め込み電極21
が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, the
Next, as shown in FIG. 3E, the
) Is formed.
Next, as shown in FIG. 3F, an electrode material such as polysilicon is buried in the
Are simultaneously formed.
次に、図3Gに示すように、半導体基板2の表面7に対して選択的にn型およびp型ド
ーパントがイオン注入および拡散されることによって、p型ベース領域10およびn+型
エミッタ領域13が順に形成される。
次に、図3Hに示すように、半導体基板2の表面7上に、ホウ素リンシリケートガラス
(BPSG)、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料を堆積させることによって、層間
膜23が形成される。次に、層間膜23が選択的にエッチングされてコンタクトホール2
4が形成された後、当該コンタクトホール24から露出する半導体基板2が選択的にエッ
チングされる。これにより、コンタクトトレンチ11が形成される。
Next, as shown in FIG. 3G, the n-type and p-type dopants are selectively ion-implanted and diffused with respect to the
Next, as shown in FIG. 3H, an
After the formation of the
次に、図3Iに示すように、コンタクトホール24を介してコンタクトトレンチ11の
底部に対して選択的にp型ドーパントがイオン注入および拡散されることによって、p+
型ベースコンタクト領域12が形成される。
その後、半導体基板2の表面7側にエミッタ電極24等が形成された後、半導体基板2
の裏面3に対して選択的にn型およびp型ドーパントがイオン注入および拡散されること
によって、n型バッファ領域5およびp+型コレクタ領域4が順に形成される。
Next, as shown in FIG. 3I, the p-type dopant is selectively ion-implanted and diffused into the bottom of the
A mold
Thereafter, after the
The n-
以上のような工程を経ることによって、図1に示す半導体装置1が得られる。なお、図
3A〜図3Iでは半導体装置1の製造工程の一部を表したに過ぎず、当該製造工程は、図
3A〜図3Iで示されなかった工程を含んでいてもよい。
この半導体装置1によれば、埋め込み電極21が埋め込まれたエミッタトレンチ14(
以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティング領域15(オー
バーラップ部17)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッタ接合トレ
ンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急峻な電圧
変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
Through the steps described above, the
According to the
Since the p-type floating region 15 (overlap portion 17) is formed up to the bottom of the "emitter junction trench", the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching-off operation can be reduced. . Therefore, destruction of the device can be prevented with respect to a steep voltage change (dv / dt).
また、p型ベース領域10よりも深いp型フローティング領域15によって耐圧を向上
できる一方、p型ベース領域10は浅くてもよいので、p型ベース領域10の深さを適切
に設計することによってチャネル長(ゲートトレンチ8の深さ方向の長さ)を短くしてオ
ン電圧の上昇を抑制することもできる。
また、ゲート電極20が埋め込まれたゲートトレンチ8(以下、「ゲート接合トレンチ
」という)が、エミッタ接合トレンチによってp型フローティング領域15から分離され
ている。これにより、p型フローティング領域15とゲート接合トレンチとの接合を防止
することができる。そのため、ゲート接合トレンチとp型フローティング領域15との間
の浮遊容量をなくすことができる。
The breakdown voltage can be improved by the p-
Further, the
一方、ゲート接合トレンチが深さ方向全域に渡って接合しているn−型ドリフト領域6
はp+型コレクタ領域4と共に接地されるものである。そのため、スイッチング動作時に
、ゲート接合トレンチとn−型ドリフト領域6との間の容量変化が安定するので、ノイズ
が発生し難い。これらの結果、スイッチング動作時のノイズの発生およびスイッチング損
失を低減することができる。
On the other hand, n −
Are grounded together with the p + -
また、エミッタ接合トレンチと、ゲート接合トレンチとの間隔Lが2μm以下であるの
で、耐圧を良好に保持することもできる。
さらに、コンタクトトレンチ11の側面をn+型エミッタ領域13とのコンタクトのた
めの領域として有効利用することができるので、n+型エミッタ領域13に対するエミッ
タ電極25の接合面積を十分確保することができる。これにより、n+型エミッタ領域1
3の平面面積を犠牲にすることができるので、一対のゲートトレンチ8における一方およ
び他方のゲートトレンチ8の間隔L1を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域
10を形成することができる。ゲートトレンチ8の微細化の結果、デバイスの短絡耐量と
オン電圧とのトレードオフの関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させ
ることができる。よって、低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
In addition, since the distance L between the emitter junction trench and the gate junction trench is 2 μm or less, the withstand voltage can be maintained well.
Further, since the side surface of the
Since the flat plane area of 3 can be sacrificed, and refining the gap L 1 of one and the other of the
図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置31の模式的な断面図である。図5は
、図4の半導体装置の内部構造を説明するための図であって、図5(a)は斜視図、図5
(b)は平面図をそれぞれ示している。図4および図5において、前述の図1に示された
各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
前述の第1実施形態では、ゲートトレンチ8は、一対ずつのトレンチ単位9として形成
され、一方および他方のゲートトレンチ8の間に共通のp型ベース領域10が形成されて
いた。これに対し、第2実施形態の半導体装置31は、半導体基板2の表面7に沿う横方
向に一つずつのトレンチ単位32として形成された複数のゲートトレンチ33と、各ゲー
トトレンチ33の両側(エミッタトレンチ14との間の領域)に形成されたp型ベース領
域34と、各p型ベース領域34の表面部に形成されたn+型エミッタ領域35とを含む
。n+型エミッタ領域35は、ゲートトレンチ33の両側面に沿って一つずつ形成され、
半導体基板2の表面7に露出している。
FIG. 4 is a schematic sectional view of a
(B) has shown the top view, respectively. 4 and 5, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 1 are given the same reference numerals.
In the above-described first embodiment, the
It is exposed on the
また、p型ベース領域34の表面部には、n+型エミッタ領域35の側方(ゲートトレ
ンチ33の反対側)にp+型ベースコンタクト領域37が形成されている。p+型ベース
コンタクト領域37のドーパント濃度は、たとえば、5×1018cm−3〜1×102
0cm−3である。
n+型エミッタ領域35は、図5(a)(b)に示すように、ゲートトレンチ33の側
面から半導体基板2の表面7に沿う横方向に引き出された引き出し部38を選択的に有し
ている。引き出し部38は、たとえば、ゲートトレンチ33の長手方向に沿って一定の間
隔を空けて配置されている。この実施形態のようにゲートトレンチ33に対して一対のn
+型エミッタ領域35が設けられる場合、各n+型エミッタ領域35の引き出し部38は
、図5(b)に示すように、一方および他方の端部がゲートトレンチ33を挟んで互いに
対向するように配置されていてもよいし、一方の引き出し部38の端部および他方の引き
出し部38の端部が、ゲートトレンチ33の長手方向に沿って交互に配置されていてもよ
い(図示せず)。これにより、p+型ベースコンタクト領域37における引き出し部38
に隣り合う部分は、他の部分よりも選択的に幅が狭い挟部39となっている。
On the surface of the p-
0 cm −3 .
As shown in FIGS. 5A and 5B, the n + -
When the +
The portion adjacent to is a sandwiching
また、層間膜23には、p+型ベースコンタクト領域37およびn+型エミッタ領域3
5を選択的に露出させるコンタクトホール36が形成されている。n+型エミッタ領域3
5は、引き出し部38がコンタクトホール36から選択的に露出している。エミッタ電極
25は、コンタクトホール36を介して、p+型ベースコンタクト領域37およびn+型
エミッタ領域35に接続されている。
Further, the p + type
A
In 5, the
この半導体装置31によっても、第1実施形態の半導体装置1と同様の効果を達成する
ことができる。
図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図7は、図
6の破線で囲まれた部分の拡大図である。
半導体装置101は、IGBTを備えるデバイスであって、本発明の半導体層の一例と
しての半導体基板102を含む。半導体基板102は、たとえば、50μm〜200μm
の厚さのn−型シリコン基板であってよい。
This
FIG. 6 is a schematic sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG.
The
N - type silicon substrate having a thickness of
半導体基板102は、その裏面103側から順にp+型コレクタ領域104、n型バッ
ファ領域105およびn−型ドリフト領域106が積層された構造を有している。p+型
コレクタ領域104が半導体基板102の裏面103全体に露出し、n−型ドリフト領域
106が半導体基板102の表面107の一部に選択的に露出している。
p+型コレクタ領域104のp型ドーパントとしては、たとえば、B(ホウ素)、Al
(アルミニウム)等を使用できる(以下、同じ)。一方、n型バッファ領域105および
n−型ドリフト領域106のn型ドーパントとしては、たとえば、N(窒素)、P(リン
)、As(ひ素)等を使用できる(以下、同じ)。
The
As the p-type dopant of the p + -
(Aluminum) or the like (hereinafter the same). On the other hand, as the n-type dopant of the n-
また、p+型コレクタ領域104のドーパント濃度は、たとえば、1×1015cm−
3〜2×1019cm−3である。一方、n型バッファ領域105のドーパント濃度は、
たとえば、1×1015cm−3〜5×1017cm−3であり、n−型ドリフト領域1
06のドーパント濃度は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3である。
半導体基板102の表面107側には、複数のゲートトレンチ108および複数のダミ
ートレンチ109が互いに隣り合って形成されている。この実施形態では、一対のダミー
トレンチ109と、一対のダミートレンチ109の間に挟まれたゲートトレンチ108と
を含むトレンチ単位110が、半導体基板102の表面107に沿う横方向に間隔を空け
て複数配置されている。これにより、ゲートトレンチ108およびダミートレンチ109
は、全体としてストライプ状に形成されている。
The dopant concentration of p + -
It is 3 to 2 × 10 19 cm −3 . On the other hand, the dopant concentration of the n-
For example, it is 1 × 10 15
The dopant concentration of 06 is 1 × 10 13
On the
Are formed in a stripe shape as a whole.
互いに隣り合うトレンチ単位110のピッチP1は、たとえば、2μm〜7μmである
。また、各トレンチ単位110において、ゲートトレンチ108とその両側のダミートレ
ンチ109との間隔L1(ゲートトレンチ108の側面とダミートレンチ109の側面と
の距離)はそれぞれ、2μm以下であることが好ましい。
各トレンチ単位110において、ゲートトレンチ108の両側(各ダミートレンチ10
9との間の領域)には、p型ベース領域111が形成され、さらにp型ベース領域111
の表面部にn+型エミッタ領域112およびp+型ベースコンタクト領域113が形成さ
れている(図7参照)。この実施形態では、p型ベース領域111とn−型ドリフト領域
106との界面がゲートトレンチ108の中央部もしくは上部に設定されていて、p型ベ
ース領域111は、半導体基板102の比較的浅くに拡散形成されている。
Pitch P 1 of the
In each
9), a p-
The n + -
n+型エミッタ領域112およびp+型ベースコンタクト領域113は、ゲートトレン
チ108とダミートレンチ109との間の領域において互いに隣接して配置されている。
具体的には、n+型エミッタ領域112がゲートトレンチ108の両側面114に沿って
一つずつ形成され、p+型ベースコンタクト領域113が各ダミートレンチ109の側面
115に沿って一つずつ形成されている。これにより、n+型エミッタ領域112は、半
導体基板102の表面107およびゲートトレンチ108の側面114に露出している。
一方、p+型ベースコンタクト領域113は、半導体基板102の表面107およびダミ
ートレンチ109の側面115に露出している。
The n + -
Specifically, n + -
On the other hand, p + type
また、p型ベース領域111のドーパント濃度は、たとえば、1×1016cm−3〜
1×1018cm−3である。n+型エミッタ領域112のドーパント濃度は、1×10
19cm−3〜5×1020cm−3である。p+型ベースコンタクト領域113のドー
パント濃度は、たとえば、5×1018cm−3〜1×1020cm−3である。
また、半導体基板102の表面107側において隣り合うトレンチ単位110の間には
、複数(図6では3本)のエミッタトレンチ116が形成されている。この実施形態では
、複数のエミッタトレンチ116は、たとえばストライプ状(ゲートトレンチ108およ
びダミートレンチ109に平行)に形成され、半導体基板102の表面107に沿う横方
向に互いに等しい間隔を空けて配置されている。互いに隣り合うエミッタトレンチ116
の間隔L2(エミッタトレンチ116の側面間の距離)は、たとえば、3μm以下、好ま
しくは、0.8μm〜3μmである。また、複数のエミッタトレンチ116は、ゲートト
レンチ108およびダミートレンチ109と同じ深さで形成されている。これにより、エ
ミッタトレンチ116を、ゲートトレンチ108およびダミートレンチ109と同一工程
で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
The dopant concentration of the p-
It is 1 × 10 18 cm −3 . The dopant concentration of the n + -
It is 19
A plurality of (three in FIG. 6)
Distance L 2 (the distance between the side surfaces of the emitter trench 116), for example, 3 [mu] m or less, preferably 0.8Myuemu~3myuemu. The plurality of
複数のエミッタトレンチ116のうち、ダミートレンチ109に隣り合うトレンチ(ダ
ミートレンチ109との間にトレンチを介さずに対向するトレンチ)は、ダミートレンチ
109との間に0.5μm〜20μmの間隔L3(エミッタトレンチ116の側面とダミ
ートレンチ109の側面との距離)を隔てて配置されている。
また、半導体基板102には、p型フローティング領域117が形成されている。p型
フローティング領域117は、エミッタトレンチ116を介して対向する、互いに隣り合
うトレンチ単位110のダミートレンチ109で挟まれた領域に広がっている。p型フロ
ーティング領域117は、電気的にフローティング状態が保たれた半導体領域であって、
ゲートトレンチ108に隣り合うダミートレンチ109によって、ゲートトレンチ108
と分離されている。p型フローティング領域117は、この実施形態では、p型ベース領
域111よりも深く形成されている。
Of the plurality of
Further, a p-
The
And are separated. The p-
p型フローティング領域117は、エミッタトレンチ116の底部に対して半導体基板
102の裏面103側に膨出する底部118と、ダミートレンチ109の下方に回り込む
オーバーラップ部119とを有している。オーバーラップ部119は、当該ダミートレン
チ109の幅方向中央に対してゲートトレンチ108の近い側に位置する端部120を有
している。この端部120は、エミッタトレンチ116に対してゲートトレンチ108側
にはみ出ていないことが好ましい。
The p-
また、p型フローティング領域117のドーパント濃度は、たとえば、5×1015c
m−3〜1×1018cm−3である。
ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116には、絶
縁膜121(たとえば、酸化シリコン(SiO2))を介してゲート電極122、第1埋
め込み電極123および第2埋め込み電極124がそれぞれ埋め込まれている。ゲート電
極122、第1埋め込み電極123および第2埋め込み電極124は、たとえば、ポリシ
リコン等の導電材料からなる。絶縁膜121は、ゲートトレンチ108の内面、ダミート
レンチ109の内面、半導体基板102の表面107およびエミッタトレンチ116の内
面に沿って一体的に形成されている。絶縁膜121のゲートトレンチ108内の部分は、
ゲート絶縁膜125として機能する。また、第1埋め込み電極123および第2埋め込み
電極124は、後述するエミッタ電極132に電気的に接続されている。
The dopant concentration of the p-
m −3 to 1 × 10 18 cm −3 .
A
It functions as the
また、この実施形態では、ゲート電極122および第2埋め込み電極124はそれぞれ
のトレンチ108,116を開口端まで埋め戻しているのに対して、第1埋め込み電極1
23は、ダミートレンチ109の深さ方向途中まで埋め戻している。これにより、ダミー
トレンチ109には、第1埋め込み電極123の上方領域に電極のない空間が形成されて
いる。そして、この空間を開口端まで埋め戻すように、埋め込み絶縁膜126がダミート
レンチ109に埋め込まれている。
Further, in this embodiment, the
埋め込み絶縁膜126は、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸化
シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなり、0.5μm以上の厚さを有している。埋め
込み絶縁膜126およびその下の絶縁膜121には、ダミートレンチ109の側面115
におけるp+型ベースコンタクト領域113を露出させる除去部127が選択的に形成さ
れている。すなわち、埋め込み絶縁膜126は、ダミートレンチ109の側面115に連
なるように、半導体基板102の表面107よりも低い位置の上面128を選択的に有し
ており、この上面128と表面107との間のダミートレンチ109の側面115の領域
にp+型ベースコンタクト領域113が露出している。
The buried insulating
The
半導体基板102の表面107には、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPS
G)、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなる層間膜129が積層されている。
層間膜129は、埋め込み絶縁膜126と一体的に形成されている。層間膜129には、
半導体基板102の表面107およびダミートレンチ109の開口端に跨るコンタクトホ
ール130が形成されている。このコンタクトホール130は、半導体基板102の表面
107でn+型エミッタ領域112およびp+型ベースコンタクト領域113を露出させ
、ダミートレンチ109の側面115(除去部127)でp+型ベースコンタクト領域1
13を露出させる。つまり、p+型ベースコンタクト領域113は、表面107と側面1
15との交差によって形成されるダミートレンチ109の角部131に露出している。な
お、n+型エミッタ領域112は、ゲートトレンチ108の側面114から半導体基板1
02の表面107に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に有していて、この引
き出し部のみがコンタクトホール130から選択的に露出していてもよい。
On the
G), an
The
A
13 is exposed. That is, the p + type
It is exposed at the
02 may be selectively provided with a lead portion drawn out in the horizontal direction along the
層間膜129上には、本発明のコンタクト電極の一例としてのエミッタ電極132が積
層されている。エミッタ電極132は、コンタクトホール130に入り込み、半導体基板
102の表面107においてn+型エミッタ領域112に接続され、ダミートレンチ10
9の角部131においてp+型ベースコンタクト領域113に接続されている。
次に、半導体装置101の製造方法について説明する。図8A〜図8Kは、図6および
図7の半導体装置101の製造工程を工程順に説明するための図である。なお、図8A〜
図8Fが図6に対応する断面を示し、図8G〜図8Kが図7に対応する断面を示している
。
On the
Nine
Next, a method for manufacturing the
8F shows a cross section corresponding to FIG. 6, and FIGS. 8G to 8K show cross sections corresponding to FIG.
半導体装置101を製造するには、図8Aに示すように、n−型の半導体基板102(
n−型ドリフト領域106)の表面107にマスク160が形成される。マスク160に
は、表面107におけるp型フローティング領域117に形成すべき領域を選択的に露出
させる開口が形成されている。そして、このマスク160を介して、半導体基板102の
表面107に対してp型ドーパントがイオン注入(インプラ)される。これにより、イオ
ン注入領域161が形成される。
To manufacture the
A
次に、図8Bに示すように、半導体基板102が選択的にエッチングされることによっ
て、ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116が同時
形成される。
次に、図8Cに示すように、半導体基板102が熱酸化されることによって、ゲートト
レンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116の内面を含む表面全
域に犠牲酸化膜162が形成される。そして、犠牲酸化膜162で覆われた半導体基板1
02をアニール処理することによって、イオン注入領域161中のp型ドーパントが拡散
する(ドライブイン)。このアニール処理は、p型ドーパントがダミートレンチ109の
下方に回り込む条件で行われる。これにより、p型フローティング領域117が形成され
る。この際、半導体基板102が犠牲酸化膜162で覆われているので、基板表面からの
イオン抜けを防止することができるので、p型ドーパントを効率よく拡散させることがで
きる。
Next, as shown in FIG. 8B, by selectively etching the
Next, as shown in FIG. 8C,
By performing the annealing process on 02, the p-type dopant in the
次に、図8Dに示すように、犠牲酸化膜162が剥離される。
次に、図8Eに示すように、半導体基板102が熱酸化されることによって、ゲートト
レンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116の内面を含む表面全
域に絶縁膜121(ゲート絶縁膜125)が形成される。
次に、図8Fに示すように、ポリシリコン等の電極材料がゲートトレンチ108、ダミ
ートレンチ109およびエミッタトレンチ116に埋め込まれる。これにより、ゲート電
極122、第1埋め込み電極123および第2埋め込み電極124が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 8D, the
Next, as shown in FIG. 8E, by thermally oxidizing the
Next, as shown in FIG. 8F, an electrode material such as polysilicon is buried in the
次に、図8Gに示すように、半導体基板102の表面107に対して選択的にn型およ
びp型ドーパントがイオン注入および拡散されることによって、p型ベース領域111お
よびn+型エミッタ領域112が順に形成される。
次に、図8Hに示すように、第1埋め込み電極123を上面からエッチングすることに
よって、ゲート電極122および第2埋め込み電極124の埋め込み状態を維持したまま
、第1埋め込み電極123のみが選択的に掘り下げられる。
Next, as shown in FIG. 8G, the n-type and p-type dopants are selectively ion-implanted and diffused with respect to the
Next, as shown in FIG. 8H, by etching the first buried
次に、図8Iに示すように、半導体基板102の表面107上に、ホウ素リンシリケー
トガラス(BPSG)、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料を堆積させることによっ
て、第1埋め込み電極123の上方空間が当該絶縁材料で埋め戻されると共に、表面10
7が当該絶縁材料で覆われる。これにより、埋め込み絶縁膜126および層間膜129が
同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 8I, an insulating material such as boron phosphorus silicate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the
7 is covered with the insulating material. Thereby, the buried insulating
次に、図8Jに示すように、層間膜129および埋め込み絶縁膜126を選択的にエッ
チングすることによって、コンタクトホール130および除去部127が同時に形成され
る。
次に、図8Kに示すように、コンタクトホール130内に露出した半導体基板102の
表面107に対してp型ドーパントが選択的にイオン注入および拡散される。これにより
、p+型ベースコンタクト領域113が形成される。
Next, as shown in FIG. 8J, by selectively etching the
Next, as shown in FIG. 8K, a p-type dopant is selectively ion-implanted and diffused into
その後、半導体基板102の表面107側にエミッタ電極132等が形成された後、半
導体基板102の裏面103に対して選択的にn型およびp型ドーパントがイオン注入お
よび拡散されることによって、n型バッファ領域105およびp+型コレクタ領域104
が順に形成される。
以上のような工程を経ることによって、図6および図7に示す半導体装置101が得ら
れる。なお、図8A〜図8Kでは半導体装置101の製造工程の一部を表したに過ぎず、
当該製造工程は、図8A〜図8Kで示されなかった工程を含んでいてもよい。
Then, after the
Are sequentially formed.
Through the above steps, the
The manufacturing process may include a process not shown in FIGS. 8A to 8K.
この半導体装置101によれば、ダミートレンチ109の側面115をp+型ベースコ
ンタクト領域113として有効利用することができるので、p型ベース領域111に対す
るエミッタ電極132の接合面積を、半導体基板102の表面107およびダミートレン
チ109の側面115の両面で十分確保することができる。これにより、p型ベース領域
111の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートトレンチ108とダミートレン
チ109との間隔L1を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域111を形成す
ることができる。しかも、ダミートレンチ109は、ゲートトレンチ108と同一のマス
クを使用して形成することができるため、ゲートトレンチ108に対する位置ずれが生じ
ない。そして、エミッタ電極132のアライメントは、ダミートレンチ109の平面面積
を含めたエリアに合わせればよいので、簡単にとることができる。
According to the
具体的には、まず、半導体基板102を同一のマスクを用いてエッチングすることによ
って、ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116を同
時に形成する(図8B)。次に、これらのトレンチ108,109,116にポリシリコ
ンを埋め込むことによって、ゲート電極122、第1埋め込み電極123および第2埋め
込み電極124を形成する(図8F)。次に、ダミートレンチ109を選択的に露出させ
るマスクを半導体基板102上に形成し、このマスクを介して、ダミートレンチ109内
のポリシリコンの上部を選択的にエッチング除去する。これにより、ダミートレンチ10
9の第1埋め込み電極123の上方領域に空間を形成する(図8H)。次に、たとえばC
VD法によってBPSG等の絶縁材料を半導体基板102上に堆積させることによって層
間膜129を形成する(図8I)。絶縁材料の一部は、ダミートレンチ109内に埋め込
み絶縁膜126として入り込む。次に、コンタクトホール130を形成するためのマスク
を、半導体基板102に対してアライメントする。この際、コンタクトホール130の端
部はダミートレンチ109を覆ってもよいので、アライメントは、半導体基板102の表
面107およびダミートレンチ109の平面面積を含めた広いエリアでとることができる
。そして、当該マスクを介して、層間膜129および埋め込み絶縁膜126を連続してエ
ッチングする。これにより、コンタクトホール130および除去部127を同時に形成す
る(図8J)。この後、層間膜129をマスクとしてp型ドーパントをイオン注入してp
+型ベースコンタクト領域113を自己整合的に形成すれば、ダミートレンチ109の角
部131にp+型ベースコンタクト領域113を確実に形成することができる(図8K)
。しかも、コンタクトホール130を比較的広く形成できるので、タングステン(W)等
の埋め込み性の良いプラグを用いなくても、アルミニウム(Al)等を用いたエミッタ電
極132の一部をプラグとして利用することができる。
Specifically, first, the
A space is formed above the first embedded electrode 123 (FIG. 8H). Then, for example, C
By depositing an insulating material such as BPSG on the
If the + type
. Moreover, since the
以上のようなトレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレー
ドオフの関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よ
って、低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
また、この半導体装置101によれば、ゲート電極122が埋め込まれたゲートトレン
チ108(以下、「ゲート接合トレンチ」という)が、n+型エミッタ領域112に接続
された第1埋め込み電極123が埋め込まれたダミートレンチ109(以下、「エミッタ
接合トレンチ」という)によってp型フローティング領域117から分離されている。こ
れにより、p型フローティング領域117とゲート接合トレンチとの接合を防止すること
ができる。そのため、ゲート接合トレンチとp型フローティング領域117との間の浮遊
容量をなくすことができる。
As a result of the miniaturization of the trench structure as described above, the trade-off relationship between the short-circuit withstand voltage of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promotion effect can be improved. Therefore, V CE (sat) in a low current region can be improved.
According to the
一方、ゲート接合トレンチが深さ方向に渡って接合しているn−型ドリフト領域106
はp+型コレクタ領域104と共に接地されるものである。そのため、スイッチング動作
時に、ゲート接合トレンチとn−型ドリフト領域106との間の容量変化が安定するので
、ノイズが発生し難い。これらの結果、スイッチング動作時のノイズの発生およびスイッ
チング損失を低減することができる。
On the other hand, n −
Are grounded together with the p + -
また、エミッタ接合トレンチと、ゲート接合トレンチとの間隔L1が2μm以下である
ので、耐圧を良好に保持することもできる。
さらに、この半導体装置101によれば、エミッタ接合トレンチの底部までp型フロー
ティング領域117(オーバーラップ部119)が形成されているので、スイッチングオ
フ動作時にエミッタ接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することがで
きる。そのため、急峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止すること
ができる。
Further, the emitter junction trench, the spacing L 1 between the gate junction trench is 2μm or less, may be satisfactorily hold the breakdown voltage.
Further, according to the
また、p型ベース領域111よりも深いp型フローティング領域117によって耐圧を
向上できる一方、p型ベース領域111は浅くてもよいので、p型ベース領域111の深
さを適切に設計することによってチャネル長(ゲートトレンチ108の深さ方向の長さ)
を短くしてオン電圧の上昇を抑制することもできる。
図9は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置141の模式的な断面図である。図1
0は、図9の破線で囲まれた部分の拡大図である。図9および図10において、前述の図
6および図7に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
The breakdown voltage can be improved by the p-
Can be reduced to suppress an increase in on-voltage.
FIG. 9 is a schematic sectional view of a
0 is an enlarged view of a portion surrounded by a broken line in FIG. 9 and 10, parts corresponding to the respective parts shown in FIGS. 6 and 7 are denoted by the same reference numerals.
前述の第3実施形態では、トレンチ単位110は、一対のダミートレンチ109と、一
対のダミートレンチ109の間に挟まれたゲートトレンチ108とを含んでいた。これに
対し、第4実施形態の半導体装置141は、一対のゲートトレンチ142と、一対のゲー
トトレンチ142の間に挟まれたダミートレンチ143とを含むトレンチ単位144を有
している。この場合、ゲートトレンチ142とエミッタトレンチ116との間隔L3(ゲ
ートトレンチ142の側面とエミッタトレンチ116の側面との距離)は、2μm以下で
あることが好ましい。
In the third embodiment, the
各トレンチ単位144において、ダミートレンチ143の両側(各ゲートトレンチ14
2との間の領域)には、p型ベース領域145が形成され、さらにp型ベース領域145
の表面部にn+型エミッタ領域146およびp+型ベースコンタクト領域147が形成さ
れている(図10参照)。この実施形態では、p型ベース領域145とn−型ドリフト領
域106との界面がゲートトレンチ142の中央部もしくは上部に設定されていて、p型
ベース領域145は、半導体基板102の比較的浅くに拡散形成されている。
In each
2), a p-
The n + -
n+型エミッタ領域146およびp+型ベースコンタクト領域147は、ゲートトレン
チ142とダミートレンチ143との間の領域において互いに隣接して配置されている。
具体的には、n+型エミッタ領域146が各ゲートトレンチ142の側面148に沿って
一つずつ形成され、p+型ベースコンタクト領域147がダミートレンチ143の両側面
149に沿って一つずつ形成されている。これにより、n+型エミッタ領域146は、半
導体基板102の表面107およびゲートトレンチ142の側面148に露出している。
一方、p+型ベースコンタクト領域147は、半導体基板102の表面107およびダミ
ートレンチ143の側面149に露出している。
N + -
Specifically, n + -
On the other hand, p + type
また、半導体基板102には、p型フローティング領域150が形成されている。p型
フローティング領域150は、複数のエミッタトレンチ116の各間に広がっている。p
型フローティング領域150は、電気的にフローティング状態が保たれた半導体領域であ
って、ゲートトレンチ142に隣り合うエミッタトレンチ116によって、ゲートトレン
チ142と分離されている。p型フローティング領域150は、この実施形態では、p型
ベース領域145よりも深く形成されている。
Further, a p-
The
p型フローティング領域150は、エミッタトレンチ116の底部に対して半導体基板
102の裏面103側に膨出する底部151と、ゲートトレンチ142に隣り合うエミッ
タトレンチ116の下方に回り込むオーバーラップ部152とを有している。オーバーラ
ップ部152は、当該エミッタトレンチ116の幅方向中央に対してゲートトレンチ14
2の近い側に位置する端部153を有している。この端部153は、エミッタトレンチ1
16に対してゲートトレンチ142側にはみ出ていないことが好ましい。
The p-
2 has an
It is preferable that the
このようなp型フローティング領域150は、たとえば、前述のp型フローティング領
域117と同様に形成することができる。
ダミートレンチ143には、絶縁膜121を介して第1埋め込み電極154が埋め込ま
れている。第1埋め込み電極154は、たとえば、ポリシリコン等の導電材料からなり、
ゲート電極122に電気的に接続されている。また、第1埋め込み電極154は、ダミー
トレンチ143の深さ方向途中まで埋め戻している。これにより、ダミートレンチ143
には、第1埋め込み電極154の上方領域に電極のない空間が形成されている。そして、
この空間を開口端まで埋め戻すように、埋め込み絶縁膜155がダミートレンチ143に
埋め込まれている。
Such a p-
A first buried
It is electrically connected to the
A space without an electrode is formed in a region above the first embedded
A buried insulating
埋め込み絶縁膜155は、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸化
シリコン(SiO2)等の絶縁材料からなり、0.5μm以上の厚さを有している。埋め
込み絶縁膜155およびその下の絶縁膜121には、ダミートレンチ143の両側面14
9におけるp+型ベースコンタクト領域147を露出させる除去部156が選択的に形成
されている。すなわち、埋め込み絶縁膜155は、ダミートレンチ143の両側面149
に連なるように、半導体基板102の表面107よりも低い位置の上面157を選択的に
有しており、この上面157と表面107との間のダミートレンチ143の両側面149
の領域にp+型ベースコンタクト領域147が露出している。
The buried insulating
9, a removed
The
The p + type
層間膜129には、ダミートレンチ143を挟んで対向するp型ベース領域145に跨
るコンタクトホール158が形成されている。このコンタクトホール158は、半導体基
板102の表面107でn+型エミッタ領域146およびp+型ベースコンタクト領域1
47を露出させ、ダミートレンチ143の両側面149(除去部156)でp+型ベース
コンタクト領域147を露出させる。つまり、p+型ベースコンタクト領域147は、表
面107と側面149との交差によって形成されるダミートレンチ143の両角部159
に露出している。なお、n+型エミッタ領域146は、ゲートトレンチ142の側面14
8から半導体基板102の表面107に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に
有していて、この引き出し部のみがコンタクトホール158から選択的に露出していても
よい。
A
47 are exposed, and the p + -type
It is exposed to. The n +
8 may be selectively provided with a lead portion drawn out in the lateral direction along the
そして、エミッタ電極132は、コンタクトホール158に入り込み、半導体基板10
2の表面107においてn+型エミッタ領域146に接続され、ダミートレンチ143の
両角部159においてp+型ベースコンタクト領域147に接続されている。
この半導体装置141によっても、第3実施形態の半導体装置101と同様の効果を達
成することができる。
Then, the
2 is connected to the n + -
According to the
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の各実施形態の開示から把握される上記特徴は、異なる実施形態間でも
互いに組み合わせることができる。
また、前述の実施形態では、半導体装置1,31,101,141が備えるIGBTの
構成のみを図示したが、本発明の半導体装置は、IGBT以外の素子(たとえば、MOS
FET、ダイオード等)をIGBTの形成領域とは異なる領域に備えていてもよい。
The embodiments of the present invention have been described above, but the present invention can be embodied in other forms.
For example, the above features ascertained from the disclosure of each of the above embodiments can be combined with each other even in different embodiments.
Further, in the above-described embodiment, only the configuration of the IGBT included in the
FET, diode, etc.) may be provided in a region different from the IGBT formation region.
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。
なお、この明細書および図面の記載から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以
下のような特徴が抽出され得る。
(項1)半導体層と、前記半導体層に形成されたゲートトレンチと、前記ゲートトレン
チにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲートトレンチの側方に所定
の間隔を空けて形成されたダミートレンチと、前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチ
との間の領域において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に
配置されたn+型エミッタ領域、p型ベース領域およびn−型ドリフト領域と、前記n−
型ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp+型コレクタ領域と、前記
ダミートレンチに埋め込まれ、前記半導体層の前記表面に対して前記ダミートレンチの底
側に上面を有する埋め込み絶縁膜であって、前記ダミートレンチの側面における前記表面
から前記上面までの部分に前記p型ベース領域の一部をコンタクト領域として選択的に露
出させる埋め込み絶縁膜と、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の上方領域に埋め
込まれ、前記ダミートレンチの前記側面において前記コンタクト領域に接続されたコンタ
クト電極とを含む、半導体装置。
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
From the description of the specification and the drawings, the following features can be extracted in addition to the invention described in the claims.
(Claim 1) A semiconductor layer, a gate trench formed in the semiconductor layer, a gate electrode buried in the gate trench via a gate insulating film, and formed at a predetermined interval on a side of the gate trench. And an n + -type emitter region, a p-type base region, and an n + -type emitter region that are sequentially arranged in a depth direction of the gate trench from a surface side of the semiconductor layer in a region between the dummy trench and the gate trench and the dummy trench. n - -type drift region, the n -
A p + -type collector region disposed on the back side of the semiconductor layer with respect to a mold drift region, and a buried buried in the dummy trench, the top surface being on the bottom side of the dummy trench with respect to the surface of the semiconductor layer. A buried insulating film that selectively exposes a part of the p-type base region as a contact region in a part of the side surface of the dummy trench from the surface to the upper surface; A contact electrode embedded in an upper region of the film and connected to the contact region on the side surface of the dummy trench.
この構成によれば、ダミートレンチの側面をコンタクト領域として有効利用することが
できるので、p型ベース領域に対するコンタクト電極の接合面積を十分確保することがで
きる。これにより、p型ベース領域の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートト
レンチとダミートレンチとの間隔を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域を形
成することができる。しかも、ダミートレンチは、ゲートトレンチと同一のマスクを使用
して形成することができるため、ゲートトレンチに対する位置ずれが生じない。そして、
コンタクト電極のアライメントは、ダミートレンチの平面面積を含めたエリアに合わせれ
ばよいので、簡単にとることができる。
According to this configuration, the side surface of the dummy trench can be effectively used as a contact region, so that a sufficient contact area of the contact electrode with the p-type base region can be ensured. Thus, the planar area of the p-type base region can be sacrificed, so that the distance between the gate trench and the dummy trench can be reduced to form a p-type base region that is finer than in the related art. In addition, since the dummy trench can be formed using the same mask as the gate trench, no displacement occurs with respect to the gate trench. And
The alignment of the contact electrode can be easily performed because it is sufficient to match the area including the plane area of the dummy trench.
また、トレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレードオフ
の関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よって、
低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
(項2)前記半導体装置は、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の下方領域に絶
縁膜を介して埋め込まれた第1埋め込み電極をさらに含む、項1に記載の半導体装置。
In addition, as a result of the miniaturization of the trench structure, a trade-off relationship between the short-circuit withstand voltage of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promoting effect can be improved. Therefore,
V CE (sat) in a low current region can be improved.
(Item 2) The semiconductor device according to
(項3)前記半導体装置は、一対の前記ダミートレンチと、当該一対のダミートレンチ
の間に挟まれたゲートトレンチを含むトレンチ単位を有する、項2に記載の半導体装置。
(項4)前記第1埋め込み電極は、前記n+型エミッタ領域と電気的に接続されている
、項3に記載の半導体装置。
(項5)前記トレンチ単位は、前記半導体層の前記表面に沿う横方向に複数形成されて
おり、前記半導体装置は、互いに隣り合う前記トレンチ単位の間に形成された複数のエミ
ッタトレンチと、前記エミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n+型エミッ
タ領域と電気的に接続された第2埋め込み電極と、前記トレンチ単位の前記ダミートレン
チと、その隣の前記トレンチ単位の前記ダミートレンチとの間に形成されたp型フローテ
ィング領域とをさらに含む、項4に記載の半導体装置。
(Item 3) The semiconductor device according to
(Item 4) The semiconductor device according to
(Claim 5) The plurality of trench units are formed in a lateral direction along the surface of the semiconductor layer, and the semiconductor device includes a plurality of emitter trenches formed between the adjacent trench units. A second buried electrode buried in the emitter trench via an insulating film and electrically connected to the n + -type emitter region; the dummy trench in the trench unit; and the dummy trench in the trench unit adjacent thereto.
(項6)前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、前
記ダミートレンチの下方に回り込むオーバーラップ部を含む、項5に記載の半導体装置。
この構成によれば、n+型エミッタ領域に接続された第1埋め込み電極が埋め込まれた
ダミートレンチ(以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティン
グ領域(オーバーラップ部)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッタ
接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急
峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
(Item 6) The semiconductor device according to
According to this configuration, the p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of the dummy trench (hereinafter, referred to as “emitter junction trench”) in which the first buried electrode connected to the n + -type emitter region is buried. Therefore, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching-off operation can be reduced. Therefore, destruction of the device can be prevented with respect to a steep voltage change (dv / dt).
また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項7)前記オーバーラップ部は、前記ダミートレンチの幅方向中央に対して前記ゲー
トトレンチの近い側に位置する端部を有している、項6に記載の半導体装置。
Also, the withstand voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, but the p-type base region may be shallow. Therefore, by appropriately designing the depth of the p-type base region, an increase in on-voltage can be prevented. It can also be suppressed.
(Item 7) The semiconductor device according to
この構成により、エミッタ接合トレンチにかかるコレクタ−エミッタ電圧を、より良好
に緩和することができる。
(項8)前記半導体装置は、一対の前記ゲートトレンチと、当該一対の前記ゲートトレ
ンチの間に挟まれたダミートレンチを含むトレンチ単位を有する、項2に記載の半導体装
置。
With this configuration, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench can be more favorably reduced.
(Item 8) The semiconductor device according to
(項9)前記第1埋め込み電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されている、項8に
記載の半導体装置。
(項10)前記トレンチ単位は、前記半導体層の前記表面に沿う横方向に複数形成され
ており、前記半導体装置は、互いに隣り合う前記トレンチ単位の間に形成された複数のエ
ミッタトレンチと、前記エミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n+型エミ
ッタ領域と電気的に接続された第2埋め込み電極と、前記複数のエミッタトレンチの間に
形成されたp型フローティング領域とをさらに含む、項9に記載の半導体装置。
(Item 9) The semiconductor device according to
(Item 10) The plurality of trench units are formed in a lateral direction along the surface of the semiconductor layer, and the semiconductor device includes a plurality of emitter trenches formed between the adjacent trench units. A second buried electrode buried in the emitter trench via an insulating film and electrically connected to the n + -type emitter region; and a p-type floating region formed between the plurality of emitter trenches.
(項11)前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、
前記エミッタトレンチの下方に回り込むオーバーラップ部を含む、項10に記載の半導体
装置。
この構成によれば、n+型エミッタ領域に接続された第2埋め込み電極が埋め込まれた
エミッタトレンチ(以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティ
ング領域(オーバーラップ部)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッ
タ接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、
急峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
(Item 11) The p-type floating region is formed deeper than the p-type base region,
According to this configuration, a p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of the emitter trench (hereinafter referred to as “emitter junction trench”) in which the second buried electrode connected to the n + -type emitter region is buried. Therefore, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching-off operation can be reduced. for that reason,
The device can be prevented from being destroyed by a steep voltage change (dv / dt).
また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項12)前記オーバーラップ部は、前記エミッタトレンチの幅方向中央に対して前記
ゲートトレンチの近い側に位置する端部を有している、項11に記載の半導体装置。
Also, the withstand voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, but the p-type base region may be shallow. Therefore, by appropriately designing the depth of the p-type base region, an increase in on-voltage can be prevented. It can also be suppressed.
(Item 12) The semiconductor device according to
この構成により、エミッタ接合トレンチにかかるコレクタ−エミッタ電圧を、より良好
に緩和することができる。
(項13)前記埋め込み絶縁膜は、0.5μm以上の厚さを有している、項1〜12の
いずれか一項に記載の半導体装置。
(項14)前記ダミートレンチは、前記ゲートトレンチとの間に2μm以下の間隔を隔
てて配置されている、項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
With this configuration, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench can be more favorably reduced.
(Item 13) The semiconductor device according to any one of
(Item 14) The semiconductor device according to any one of
(項15)前記n+型エミッタ領域は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3
のn型ドーパント濃度を有している、項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項16)前記p型ベース領域は、1×1016cm−3〜1×1018cm−3のp
型ドーパント濃度を有している、項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項17)前記n−型ドリフト領域は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3
のn型ドーパント濃度を有している、項1〜16のいずれか一項に記載の半導体装置。
(Item 15) The n + -type emitter region is 1 × 10 19
(Item 16) The p-type base region has a p-type base region of 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 .
(Item 17) The n − -type drift region is 1 × 10 13
The semiconductor device according to any one of
(項18)前記p+型コレクタ領域は、1×1015cm−3〜2×1019cm−3
のp型ドーパント濃度を有している、項1〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項19)半導体層と、前記半導体層に形成された複数のゲートトレンチと、前記複数
のゲートトレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、各前記ゲートトレ
ンチの側方において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に配
置されたn+型エミッタ領域、p型ベース領域およびn−型ドリフト領域と、前記n−型
ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp+型コレクタ領域と、互いに
隣り合う前記複数のゲートトレンチの間に形成された複数のエミッタトレンチと、p型ベ
ース領域の表面部において、n+型エミッタ領域に対して前記ゲートトレンチの反対側に
形成されたp+型ベースコンタクト領域と、前記複数のエミッタトレンチに絶縁膜を介し
て埋め込まれ、前記n+型エミッタ領域と電気的に接続された埋め込み電極と、前記複数
のエミッタトレンチの間に形成されたp型フローティング領域と、前記半導体層上に形成
された層間膜とを含み、前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く
形成され、前記複数のエミッタトレンチのうち前記ゲートトレンチに最も近いエミッタト
レンチの下方に回り込み、前記エミッタトレンチの幅方向中央に対して前記ゲートトレン
チに近い側に位置する端部を有するオーバーラップ部を含み、前記p+型ベースコンタク
ト領域と前記エミッタトレンチとの間には、前記p型ベース領域が前記半導体層の前記表
面に露出しており、前記層間膜は、前記n+型エミッタ領域の全体および前記p+型ベー
スコンタクト領域の一部を覆うように形成されている、半導体装置。
(Item 18) The p + -type collector region is 1 × 10 15 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3.
(Claim 19) A semiconductor layer, a plurality of gate trenches formed in the semiconductor layer, a gate electrode embedded in the plurality of gate trenches via a gate insulating film, and a side of each of the gate trenches, An n + -type emitter region, a p-type base region, and an n − -type drift region which are sequentially arranged in a depth direction of the gate trench from a front surface side of the semiconductor layer, and a back surface of the semiconductor layer with respect to the n − -type drift region a p + -type collector region disposed on the side, a plurality of emitter trench formed between said plurality of gate trenches adjacent to each other, in the surface portion of the p-type base region, the relative n + -type emitter region A p + -type base contact region formed on the opposite side of the gate trench, and the n + -type embedded in the plurality of emitter trenches via an insulating film; A buried electrode electrically connected to the emitter region, a p-type floating region formed between the plurality of emitter trenches, and an interlayer film formed on the semiconductor layer, wherein the p-type floating region is Is formed deeper than the p-type base region, wraps below an emitter trench closest to the gate trench among the plurality of emitter trenches, and is located on a side closer to the gate trench with respect to a center in the width direction of the emitter trench. An overlap portion having an end portion, the p-type base region is exposed on the surface of the semiconductor layer between the p + -type base contact region and the emitter trench, and the interlayer film is It is formed so as to cover a part of the whole of the n + -type emitter region and the p + -type base contact region Semiconductor device.
この構成によれば、埋め込み電極が埋め込まれたエミッタトレンチ(以下、「エミッタ
接合トレンチ」という)の底部までp型フローティング領域(オーバーラップ部)が形成
されている。これにより、スイッチングオフ動作時にエミッタ接合トレンチに負荷するコ
レクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急峻な電圧変化(dv/dt
)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
According to this configuration, the p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of the emitter trench (hereinafter, referred to as “emitter junction trench”) in which the buried electrode is buried. Thereby, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching-off operation can be reduced. Therefore, a sharp voltage change (dv / dt)
) Can prevent the destruction of the device.
また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってチャネル長を短くしてオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項20)前記p型フローティング領域は、前記エミッタトレンチの底部に対して前記
半導体層の裏面側に膨出する底部を有していてもよい。
Also, since the breakdown voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, the p-type base region may be shallow. Therefore, the channel length can be reduced by appropriately designing the depth of the p-type base region. As a result, an increase in the ON voltage can be suppressed.
(Item 20) The p-type floating region may have a bottom bulging toward the back side of the semiconductor layer with respect to the bottom of the emitter trench.
(項21)前記エミッタトレンチは、前記ゲートトレンチと同じ深さで形成されている
ことが好ましい。
この場合、エミッタトレンチをゲートトレンチと同一工程で形成することができるので
、製造工程を簡略化することができる。
(項22)前記n+型エミッタ領域は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3
のn型ドーパント濃度を有していてもよい。
(Item 21) Preferably, the emitter trench is formed at the same depth as the gate trench.
In this case, since the emitter trench can be formed in the same process as the gate trench, the manufacturing process can be simplified.
(Claim 22) The n + type emitter region is 1 × 10 19
May be provided.
(項23)前記p型ベース領域は、1×1016cm−3〜1×1018cm−3のp
型ドーパント濃度を有していてもよい。
(項24)前記n−型ドリフト領域は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3
のn型ドーパント濃度を有していてもよい。
(項25)前記p+型コレクタ領域は、1×1015cm−3〜2×1019cm−3
のp型ドーパント濃度を有していてもよい。
(Claim 23) The p-type base region has a p-type base region of 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 .
It may have a type dopant concentration.
(Item 24) The n - type drift region is 1 × 10 13
May be provided.
(Item 25) The p + -type collector region is 1 × 10 15 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3.
May be provided.
(項26)前記n+型エミッタ領域は、前記ゲートトレンチの側面から前記半導体層の
表面に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に有していることが好ましい。
(項27)半導体層と、前記半導体層に形成された複数のゲートトレンチと、前記複数
のゲートトレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、各前記ゲートトレ
ンチの側方において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に配
置されたn+型エミッタ領域、p型ベース領域およびn−型ドリフト領域と、前記n−型
ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp+型コレクタ領域と、互いに
隣り合う前記複数のゲートトレンチの間に形成された複数のエミッタトレンチと、前記複
数のエミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n+型エミッタ領域と電気的に
接続された埋め込み電極と、前記複数のエミッタトレンチの間に形成されたp型フローテ
ィング領域と、前記ゲートトレンチとの間に前記n+型エミッタ領域、前記p型ベース領
域および前記n−型ドリフト領域が形成されるように、前記ゲートトレンチの側方に所定
の間隔を空けて形成されたダミートレンチと、前記ダミートレンチに埋め込まれ、前記半
導体層の前記表面に対して前記ダミートレンチの底側に上面を有する埋め込み絶縁膜であ
って、前記ダミートレンチの側面における前記表面から前記上面までの部分に前記p型ベ
ース領域の一部をコンタクト領域として選択的に露出させる埋め込み絶縁膜と、前記ダミ
ートレンチの前記埋め込み絶縁膜の上方領域に埋め込まれ、前記ダミートレンチの前記側
面において前記コンタクト領域に接続されたコンタクト電極とを含み、前記p型フローテ
ィング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、前記複数のエミッタトレンチの
うち前記ゲートトレンチに最も近いエミッタトレンチの下方に回り込み、前記エミッタト
レンチの幅方向中央に対して前記ゲートトレンチに近い側に位置する端部を有するオーバ
ーラップ部を含む、半導体装置。
(Item 26) It is preferable that the n + -type emitter region has a lead portion selectively drawn laterally along a surface of the semiconductor layer from a side surface of the gate trench.
(Section 27) A semiconductor layer, a plurality of gate trenches formed in the semiconductor layer, a gate electrode embedded in the plurality of gate trenches via a gate insulating film, and a side of each of the gate trenches, An n + -type emitter region, a p-type base region, and an n − -type drift region which are sequentially arranged in a depth direction of the gate trench from a front surface side of the semiconductor layer, and a back surface of the semiconductor layer with respect to the n − -type drift region a p + -type collector region disposed on the side, embedded through a plurality of emitter trench formed between said plurality of gate trenches adjacent to each other, the insulating film on the plurality of emitter trench, the n + -type A buried electrode electrically connected to the emitter region; a p-type floating region formed between the plurality of emitter trenches; The n + -type emitter region between the wrench, the p-type base region and the n - As -type drift region is formed, and the dummy trench formed at a predetermined interval laterally of said gate trench A buried insulating film buried in the dummy trench and having an upper surface on the bottom side of the dummy trench with respect to the surface of the semiconductor layer, wherein a portion of the side surface of the dummy trench from the surface to the upper surface is a buried insulating film for selectively exposing a part of the p-type base region as a contact region; and a buried insulating film in the dummy trench above the buried insulating film and connected to the contact region on the side surface of the dummy trench. A contact electrode, wherein the p-type floating region is formed deeper than the p-type base region. A semiconductor including an overlap portion which wraps below an emitter trench closest to the gate trench among the plurality of emitter trenches and has an end located closer to the gate trench with respect to a center in the width direction of the emitter trench; apparatus.
この構成によれば、ダミートレンチの側面をコンタクト領域として有効利用することが
できるので、p型ベース領域に対するコンタクト電極の接合面積を十分確保することがで
きる。これにより、p型ベース領域の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートト
レンチとダミートレンチとの間隔を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域を形
成することができる。しかも、ダミートレンチは、ゲートトレンチと同一のマスクを使用
して形成することができるため、ゲートトレンチに対する位置ずれが生じない。そして、
コンタクト電極のアライメントは、ダミートレンチの平面面積を含めたエリアに合わせれ
ばよいので、簡単にとることができる。
According to this configuration, the side surface of the dummy trench can be effectively used as a contact region, so that a sufficient contact area of the contact electrode with the p-type base region can be ensured. Thus, the planar area of the p-type base region can be sacrificed, so that the distance between the gate trench and the dummy trench can be reduced to form a p-type base region that is finer than in the related art. In addition, since the dummy trench can be formed using the same mask as the gate trench, no displacement occurs with respect to the gate trench. And
The alignment of the contact electrode can be easily performed because it is sufficient to match the area including the plane area of the dummy trench.
また、トレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレードオフ
の関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よって、
低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
(項28)前記半導体装置は、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の下方領域に
絶縁膜を介して埋め込まれた第1埋め込み電極をさらに含んでいてもよい。
In addition, as a result of the miniaturization of the trench structure, a trade-off relationship between the short-circuit withstand voltage of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promoting effect can be improved. Therefore,
V CE (sat) in a low current region can be improved.
(Item 28) The semiconductor device may further include a first buried electrode buried in a region below the buried insulating film in the dummy trench via an insulating film.
(項29)前記半導体装置は、一対の前記ダミートレンチと、当該一対のダミートレン
チの間に挟まれたゲートトレンチを含むトレンチ単位を有していてもよい。
(項30)前記ダミートレンチは、前記第1埋め込み電極が前記n+型エミッタ領域と
電気的に接続されることによって前記エミッタトレンチを兼ねていることが好ましい。
(項31)前記半導体装置は、一対の前記ゲートトレンチと、当該一対の前記ゲートト
レンチの間に挟まれたダミートレンチを含むトレンチ単位を有していてもよい。
(Item 29) The semiconductor device may have a trench unit including a pair of the dummy trenches and a gate trench sandwiched between the pair of the dummy trenches.
(Item 30) It is preferable that the dummy trench also serves as the emitter trench when the first buried electrode is electrically connected to the n + -type emitter region.
(Item 31) The semiconductor device may have a trench unit including a pair of the gate trenches and a dummy trench interposed between the pair of the gate trenches.
この場合、(項32)前記第1埋め込み電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されて
いることが好ましい。
(項33)前記埋め込み絶縁膜は、0.5μm以上の厚さを有していることが好ましい
。
In this case, it is preferable that the first buried electrode is electrically connected to the gate electrode.
(Item 33) The buried insulating film preferably has a thickness of 0.5 μm or more.
次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定され
るものではない。
図6に示す半導体装置101の構造に関して、短絡耐量とオン電圧(VCE)とのトレ
ードオフの関係の改善効果が、ゲートトレンチ108とダミートレンチ109との間隔L
1によってどのように変化するかを確認するため、当該間隔L1が互いに異なる4種類の
デバイスのVCE−ICf特性を調べた。結果を図11に示す。図11において、デバイ
スA(トレンチ間隔L1=2μm 一点鎖線)およびデバイスC(トレンチ間隔L1=3
.5μm 破線)とした。
Next, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
Respect to the structure of the
To see how it changed by 1, the distance L 1 was examined V CE -I Cf characteristics of four different devices. The results are shown in FIG. In FIG. 11, device A (trench interval L 1 = 2 μm dot-dash line) and device C (trench interval L 1 = 3)
. 5 μm broken line).
図11によると、トレンチ間隔L1が狭いほど、立ち上がりのVCE(sat)が低く
、定常損失が低いことが確認できた(図11の右下拡大図参照)。また、ICfの高電流
域では、トレンチの微細化(p型ベース領域111の体積低減)によって飽和電流密度が
低くなっており、短絡耐量が向上していることが確認できた。
According to FIG. 11, the narrower the trench distance L 1, the rise of the V CE (sat) is low, it steady loss is low it can be confirmed (see the lower right enlarged view of FIG. 11). In the high current region of I Cf, the saturation current density was reduced due to the miniaturization of the trench (reduction in the volume of the p-type base region 111), and it was confirmed that the short-circuit withstand capability was improved.
1 半導体装置
2 半導体基板
3 裏面
4 p+型コレクタ領域
5 n型バッファ領域
6 n−型ドリフト領域
7 表面
8 ゲートトレンチ
10 p型ベース領域
13 n+型エミッタ領域
14 エミッタトレンチ
15 p型フローティング領域
16 底部
17 オーバーラップ部
18 端部
19 絶縁膜
20 ゲート電極
21 埋め込み電極
22 ゲート絶縁膜
31 半導体装置
33 ゲートトレンチ
34 p型ベース領域
35 n+型エミッタ領域
38 引き出し部
101 半導体装置
102 半導体基板
103 裏面
104 p+型コレクタ領域
106 n−型ドリフト領域
107 表面
108 ゲートトレンチ
109 ダミートレンチ
110 トレンチ単位
111 p型ベース領域
112 n+型エミッタ領域
113 p+型ベースコンタクト領域
114 側面
115 側面
116 エミッタトレンチ
117 p型フローティング領域
118 底部
119 オーバーラップ部
120 端部
121 絶縁膜
122 ゲート電極
123 第1埋め込み電極
124 第2埋め込み電極
125 ゲート絶縁膜
126 埋め込み絶縁膜
127 除去部
128 上面
132 エミッタ電極
141 半導体装置
142 ゲートトレンチ
143 ダミートレンチ
144 トレンチ単位
145 p型ベース領域
146 n+型エミッタ領域
147 p+型ベースコンタクト領域
148 側面
149 側面
150 p型フローティング領域
151 底部
152 オーバーラップ部
153 端部
154 第1埋め込み電極
155 埋め込み絶縁膜
156 除去部
157 上面
159 角部
REFERENCE SIGNS LIST 1 semiconductor device 2 semiconductor substrate 3 back surface 4 p + type collector region 5 n type buffer region 6 n − type drift region 7 surface 8 gate trench 10 p type base region 13 n + type emitter region 14 emitter trench 15 p type floating region 16 Bottom part 17 Overlap part 18 End part 19 Insulating film 20 Gate electrode 21 Embedded electrode 22 Gate insulating film 31 Semiconductor device 33 Gate trench 34 P-type base region 35 n + type emitter region 38 Leader 101 Semiconductor device 102 Semiconductor substrate 103 Back surface 104 p + -type collector region 106 n - -type drift region 107 surface 108 gate trenches 109 dummy trench 110 trench unit 111 p-type base region 112 n + -type emitter region 113 p + -type base contact region 11 Side surface 115 Side surface 116 Emitter trench 117 p-type floating region 118 bottom 119 overlap portion 120 end 121 insulating film 122 gate electrode 123 first buried electrode 124 second buried electrode 125 gate insulating film 126 buried insulating film 127 removed portion 128 top surface 132 Emitter electrode 141 Semiconductor device 142 Gate trench 143 Dummy trench 144 Trench unit 145 P-type base region 146 n + -type emitter region 147 p + -type base contact region 148 Side surface 149 Side surface 150 P-type floating region 151 Bottom 152 Overlap 153 End 154 first buried electrode 155 buried insulating film 156 removed part 157 top surface 159 corner
本発明は、半導体装置に関する。The present invention relates to a semi-conductor device.
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に形成されたトレ A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor layer and a tray formed on the semiconductor layer. ンチと、前記トレンチに絶縁膜を介して埋め込まれた埋め込み電極と、前記埋め込み電極An embedded electrode embedded in the trench via an insulating film; and the embedded electrode. の側方において、前記半導体層の表面側から前記トレンチの深さ方向に順に配置された第On the side of the semiconductor layer, the first layer is arranged in the depth direction of the trench in order from the surface side of the semiconductor layer. 1導電型の第1領域、第2導電型の第2領域、および前記第1導電型であり、かつ前記第A first region of one conductivity type, a second region of second conductivity type, and the first conductivity type; 1領域よりも低い不純物濃度を有する第3領域と、前記トレンチに対して前記第2領域とA third region having an impurity concentration lower than one region, and the second region with respect to the trench. は反対側の側方に形成され、前記第2領域よりも深く形成された前記第2導電型のフローIs formed on the opposite side, and is formed of a flow of the second conductivity type formed deeper than the second region. ティング領域と、前記第2領域に前記半導体層の表面から掘り下がって形成されたコンタAnd a contour formed in the second region by dug down from the surface of the semiconductor layer. クトトレンチと、前記コンタクトトレンチの底面に形成され、かつ前記第2領域よりも高Contact trench, and formed at the bottom of the contact trench and higher than the second region. い不純物濃度を有する前記第2導電型のコンタクト領域と、前記半導体層の表面側に形成A contact region of the second conductivity type having a low impurity concentration and a surface side of the semiconductor layer. され、かつ前記コンタクトトレンチに入り込んでおり、前記コンタクトトレンチの側面でAnd entered the contact trench, and on the side of the contact trench 前記第1領域に接続され、前記コンタクトトレンチの底面で前記コンタクト領域に接続さConnected to the first region, and connected to the contact region at the bottom of the contact trench. れた表面電極とを含む。Surface electrode provided.
Claims (11)
第1方向に延びるように形成され、前記第1方向と直行する第2方向に並んで前記半導
体層に形成された複数のトレンチと、
前記複数のトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記第2方向において互いに隣り合
う複数のゲート電極および前記第2方向に沿って互いに隣り合う複数のエミッタ電極の繰
り返し構造と、
前記ゲート電極の側方であって前記互いに隣り合うゲート電極の間の領域において、前
記半導体層の表面側から前記トレンチの深さ方向に順に配置されたn+型エミッタ領域、
p型ベース領域およびn−型ドリフト領域と、
前記互いに隣り合うエミッタ電極の間の領域において形成され、前記p型ベース領域よ
りも深く形成され、前記エミッタ電極の下方に回り込むオーバーラップ部を含むp型フロ
ーティング領域と、
前記n−型ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp+型コレクタ領
域とを備え、
前記p型ベース領域と前記n−型ドリフト領域との界面は、前記トレンチの中央部もし
くは上部に設定されている、半導体装置。 A semiconductor layer;
A plurality of trenches formed in the semiconductor layer so as to extend in the first direction and arranged in the second direction orthogonal to the first direction;
A repetitive structure of a plurality of gate electrodes buried in the plurality of trenches via an insulating film and adjacent to each other in the second direction and a plurality of emitter electrodes adjacent to each other along the second direction;
An n + -type emitter region which is arranged in order in a depth direction of the trench from a surface side of the semiconductor layer in a region between the adjacent gate electrodes on a side of the gate electrode;
a p-type base region and an n − -type drift region;
A p-type floating region which is formed in a region between the adjacent emitter electrodes, is formed deeper than the p-type base region, and includes an overlap portion which goes under the emitter electrode;
A p + -type collector region disposed on the back side of the semiconductor layer with respect to the n − -type drift region;
A semiconductor device, wherein an interface between the p-type base region and the n − -type drift region is set at a central portion or an upper portion of the trench.
膨出する底部を有している、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type floating region has a bottom bulging toward a back surface of the semiconductor layer with respect to a bottom of the trench. 3.
対してゲート電極側に位置する端部を有する、請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the overlap portion of the p-type floating region has an end located on a gate electrode side with respect to a center in a width direction of the emitter electrode. 4.
前記オーバーラップ部の端部は、前記幅方向中央を越えて位置している、請求項3に記
載の半導体装置。 The bottom of the trench is formed in a curved shape so that the center in the width direction is the most convex,
The semiconductor device according to claim 3, wherein an end of the overlap portion is located beyond a center in the width direction.
ている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein an n-type buffer layer is formed between the n − -type drift region and the p + -type collector region.
パント濃度を有している、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the n + -type emitter region has an n-type dopant concentration of 1 × 10 19 cm −3 to 5 × 10 20 cm −3 .
ト濃度を有している、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type base region has a p-type dopant concentration of 1 × 10 16 cm −3 to 1 × 10 18 cm −3 .
パント濃度を有している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the n − type drift region has an n type dopant concentration of 1 × 10 13 cm −3 to 5 × 10 14 cm −3 .
パント濃度を有している、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the p + -type collector region has a p-type dopant concentration of 1 × 10 15 cm −3 to 2 × 10 19 cm −3 .
されており、
前記コンタクト部の底面にはp+型ベースコンタクト領域が形成されている、請求項1
〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。 A contact portion dug down from the surface of the semiconductor substrate is formed in the p-type base region,
The p + type base contact region is formed on a bottom surface of the contact portion.
10. The semiconductor device according to any one of claims 9 to 9.
ップしないように形成されている、請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type floating region and the gate electrode are formed so as to be separated from each other and not to overlap.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2021160106A JP7478716B2 (en) | 2012-08-21 | 2021-09-29 | Semiconductor Device |
Applications Claiming Priority (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2012182170 | 2012-08-21 | ||
JP2012182170 | 2012-08-21 | ||
JP2012182169 | 2012-08-21 | ||
JP2012182169 | 2012-08-21 | ||
JP2018215949A JP6616878B2 (en) | 2012-08-21 | 2018-11-16 | Semiconductor device |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2018215949A Division JP6616878B2 (en) | 2012-08-21 | 2018-11-16 | Semiconductor device |
Related Child Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021160106A Division JP7478716B2 (en) | 2012-08-21 | 2021-09-29 | Semiconductor Device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020038986A true JP2020038986A (en) | 2020-03-12 |
JP6953499B2 JP6953499B2 (en) | 2021-10-27 |
Family
ID=61564742
Family Applications (4)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017237935A Active JP6577558B2 (en) | 2012-08-21 | 2017-12-12 | Semiconductor device |
JP2018215949A Active JP6616878B2 (en) | 2012-08-21 | 2018-11-16 | Semiconductor device |
JP2019203351A Active JP6953499B2 (en) | 2012-08-21 | 2019-11-08 | Semiconductor device |
JP2021160106A Active JP7478716B2 (en) | 2012-08-21 | 2021-09-29 | Semiconductor Device |
Family Applications Before (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017237935A Active JP6577558B2 (en) | 2012-08-21 | 2017-12-12 | Semiconductor device |
JP2018215949A Active JP6616878B2 (en) | 2012-08-21 | 2018-11-16 | Semiconductor device |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2021160106A Active JP7478716B2 (en) | 2012-08-21 | 2021-09-29 | Semiconductor Device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (4) | JP6577558B2 (en) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2019161103A (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
JP7390868B2 (en) * | 2019-11-18 | 2023-12-04 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | semiconductor equipment |
CN113054012B (en) * | 2021-02-23 | 2021-12-03 | 杭州士兰微电子股份有限公司 | Insulated gate bipolar transistor and manufacturing method thereof |
JPWO2023140253A1 (en) * | 2022-01-20 | 2023-07-27 | ||
CN115241277B (en) * | 2022-09-22 | 2023-01-10 | 深圳芯能半导体技术有限公司 | Isolated trench MOS device and preparation method thereof |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005032941A (en) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Insulated gate type semiconductor device |
CN102244095A (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-16 | 力士科技股份有限公司 | Power semiconductor device |
JP2012256839A (en) * | 2011-05-16 | 2012-12-27 | Renesas Electronics Corp | Ie-type trench gate igbt |
JP2014039030A (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-27 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Family Cites Families (19)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006314112A (en) * | 1997-03-14 | 2006-11-16 | Toshiba Corp | Method for controlling semiconductor device |
US7045859B2 (en) * | 2001-09-05 | 2006-05-16 | International Rectifier Corporation | Trench fet with self aligned source and contact |
DE10203164B4 (en) * | 2002-01-28 | 2005-06-16 | Infineon Technologies Ag | Power semiconductor component and method for its production |
JP2004111772A (en) * | 2002-09-20 | 2004-04-08 | Sanyo Electric Co Ltd | Insulated gate field effect semiconductor device |
JP4398719B2 (en) * | 2003-12-25 | 2010-01-13 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
JP2005340626A (en) | 2004-05-28 | 2005-12-08 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
JP4609656B2 (en) | 2005-12-14 | 2011-01-12 | サンケン電気株式会社 | Trench structure semiconductor device |
JP5412717B2 (en) * | 2007-08-29 | 2014-02-12 | 富士電機株式会社 | Trench type insulated gate semiconductor device |
JP5359182B2 (en) * | 2008-01-28 | 2013-12-04 | 富士電機株式会社 | Semiconductor device |
US8013340B2 (en) | 2008-09-30 | 2011-09-06 | Infineon Technologies Ag | Semiconductor device with semiconductor body and method for the production of a semiconductor device |
JP5637175B2 (en) * | 2008-12-24 | 2014-12-10 | 株式会社デンソー | Semiconductor device |
JP2010171057A (en) | 2009-01-20 | 2010-08-05 | Denso Corp | Semiconductor device, and method of manufacturing the same |
JP5511308B2 (en) * | 2009-10-26 | 2014-06-04 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
WO2011111500A1 (en) * | 2010-03-09 | 2011-09-15 | 富士電機システムズ株式会社 | Semiconductor device |
JP5216801B2 (en) | 2010-03-24 | 2013-06-19 | 株式会社東芝 | Semiconductor device |
JP2011204808A (en) | 2010-03-25 | 2011-10-13 | Panasonic Corp | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
CN102403351A (en) | 2010-09-14 | 2012-04-04 | 无锡华润上华半导体有限公司 | Trench vertical double-diffused transistor |
JP5631752B2 (en) * | 2011-01-12 | 2014-11-26 | 株式会社 日立パワーデバイス | Semiconductor device and power conversion device |
US8384151B2 (en) * | 2011-01-17 | 2013-02-26 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor device and a reverse conducting IGBT |
-
2017
- 2017-12-12 JP JP2017237935A patent/JP6577558B2/en active Active
-
2018
- 2018-11-16 JP JP2018215949A patent/JP6616878B2/en active Active
-
2019
- 2019-11-08 JP JP2019203351A patent/JP6953499B2/en active Active
-
2021
- 2021-09-29 JP JP2021160106A patent/JP7478716B2/en active Active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005032941A (en) * | 2003-07-11 | 2005-02-03 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Insulated gate type semiconductor device |
CN102244095A (en) * | 2010-05-11 | 2011-11-16 | 力士科技股份有限公司 | Power semiconductor device |
JP2012256839A (en) * | 2011-05-16 | 2012-12-27 | Renesas Electronics Corp | Ie-type trench gate igbt |
JP2014039030A (en) * | 2012-08-13 | 2014-02-27 | Samsung Electronics Co Ltd | Semiconductor device and method of manufacturing the same |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2018037696A (en) | 2018-03-08 |
JP6616878B2 (en) | 2019-12-04 |
JP2019024133A (en) | 2019-02-14 |
JP6577558B2 (en) | 2019-09-18 |
JP7478716B2 (en) | 2024-05-07 |
JP6953499B2 (en) | 2021-10-27 |
JP2022000920A (en) | 2022-01-04 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20210126117A1 (en) | Trench-type insulated gate semiconductor device including an emitter trench and an overlapped floating region | |
US9559195B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6844147B2 (en) | Semiconductor device | |
US9748229B2 (en) | Semiconductor device | |
US10818782B2 (en) | Insulated-gate bipolar transistor (IGBT) including a branched gate trench | |
US9105680B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
US10741547B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2020038986A (en) | Semiconductor device | |
JP6561611B2 (en) | Semiconductor device | |
JP7327672B2 (en) | semiconductor equipment | |
US10109726B2 (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
JP2001015747A (en) | Semiconductor device | |
JP6564821B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6173987B2 (en) | Semiconductor device | |
US9391183B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6142666B2 (en) | Semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20191126 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191126 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20201029 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201030 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201208 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210304 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210409 |
|
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: 20210909 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210929 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6953499 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |