JP3916206B2 - Semiconductor device - Google Patents

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    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電力を制御するための半導体装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
電力制御に用いられる半導体装置としてMOSFET、IGBTがある。これらの半導体装置は絶縁ゲートにより制御され、広い安全動作領域や高速スイッチング特性を持ち、制御装置が小型化できるといった特徴を持つ。近年、インバータやスイッチング電源などのパワーエレクトロニクスの分野で多く利用されている。
【0003】
ところで、この種の半導体装置には以下のような問題点がある。電流容量を増やすためには、チャネルを数多く形成しなければならない。すると、ゲート容量が増大し、スイッチング時にゲートの充放電に時間がかかり、制御装置に負坦がかかるばかりでなく、動作に不均一が生じ、半導体装置の破壊につながる恐れがある。当然、損失も増大する。
【0004】
また、この種のIGBTを高耐圧領域で用いるには、以下のような問題点もある。高耐圧の素子は耐圧を出すために、素子の通電領域の周囲に大きな接合終端部を要している。通電時には、この接合終端部にまでキャリアが充満している。ターンオフ動作の際、この接合終端部に充満している大量のキャリアが通電領域の外周部に集中して排出されるため、この部分での電流集中を起こしやすく、結果として素子が破壊しやすくなる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
上述の如く、従来の絶縁ゲートを用いた半導体装置にあっては、電流容量を増加させると、破壊・損失の増大を引き起こす可能性があった。
【0006】
また、従来の高耐圧のIGBTにあっては、ターンオフの際、通電領域の周囲に電流集中を起こしやすく、結果として破壊しやすいという欠点があった。
【0007】
本発明の目的は、電流容量の増大に伴う不具合、特にターンオフ時の電流集中を防ぎ、ターンオフ性能の高い半導体装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明による半導体装置は、並設された複数の素子を有する半導体装置であって、前記素子の各々は、第1導電型コレクタ層と、前記第1導電型コレクタ層上に配設された第2導電型ベース層と、前記第2導電型ベース層の表面内に形成された第1導電型ソース層と、前記第1導電型ソース層と前記第1導電型コレクタ層とで挟まれた前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、前記第1導電型ソース層及び前記第2導電型ベース層にコンタクトするソース電極と、前記第1導電型コレクタ層にコンタクトするコレクタ電極とを具備し、前記素子の前記ゲート電極はそれぞれ、ゲート絶縁膜より厚い絶縁膜上に形成されたゲート配線に互いに電気的に接続されており、前記ゲート配線に電気的に接続された前記ゲート電極間は前記ゲート配線を介してのみ互いに電気的に接続されていることを特徴としている。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、第1導電型をn型、第2導電型をp型として、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
(第1の実施の形態)
第1の実施の形態は、MOSFETを例に説明する。図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の要部を示す平面図である。図2は、図1におけるA−A´線に沿った半導体装置の断面図である。また、図3は、図1中のB−B´線に沿った半導体装置の断面図である。ゲート電極1は、n型ソース層(図示せず)とn型コレクタ層4に挟まれたp型ベース層3の表面に形成されている。ソース電極11は、ソースコンタクトホール2上にn型ソース層とp型ベース層3にコンタクトするように形成されている。各ゲート電極1は、素子領域の外側まで引き出され、この部分でゲート配線14を介して互いに接続されている。
【0011】
従来、ゲート電極1には、ポリシリコンやその金属化物が多く使われている。また、ゲート電極1形成時には、各素子間のゲート電極を一体に形成する場合がほとんどである。この場合、各素子のゲート電極の接続に利用される部分は、チャネルを形成するわけではないので、素子の動作とは無関係な部分となる。そして、この部分で生じた容量は、半導体装置の動作にとって悪影響を与える。
【0012】
確かに、従来の素子であっても、図2にも示されているように、ゲート絶縁膜8より厚い、例えば酸化膜からなる第2の絶縁膜10を形成し、その上にゲート配線14を配することが行われている。
【0013】
しかし、従来の構造で、極端に厚い酸化膜(第2の絶縁膜10)を形成した場合、ポリシリコンによりゲート電極1を形成すると、薄いゲート絶縁膜8と厚い酸化膜の境界部分でポリシリコンが段切れを起こし、半導体装置の歩留まりを悪化させる要因となる。これを防ぐには、中間的な厚さの絶縁膜を形成し、段階的にポリシリコンをゲート配線領域へ配置すれば良い。しかしながら、この方法ではプロセスが増え、半導体装置の有効面積をせばめるため、コストの増大につながる。
【0014】
ゲート電極としてポリシリコンを用いた場合、従来の半導体装置でも低抵抗化のため、ゲート配線にはアルミニウム等の金属を併用する場合が多い。本実施の形態では、第1の絶縁膜9にゲートコンタクトホール15を連続的に形成し、ゲート電極とゲート配線をコンタクトさせている。
【0015】
この状況は、見方を変えれば、ポリシリコンによるゲート電極を必ずしも一体形成する必要はなく、金属によるゲート配線によって接続されていれば良いことになる。
【0016】
本実施の形態における構造の利点は、図3に示されているように、ゲート電極1とゲート電極1の間の領域では第1の絶縁膜9及び第2の絶縁膜10の上にゲート配線14が配置されるため、この部分の容量が著しく低減できることである。
(第2の実施の形態)
図4は、図1中のB−B´線に沿った第2の実施の形態における断面図である。第2の実施の形態は、図3に示されたゲート配線領域の直下に形成されたp型リング層12とp型ベース層3が直接接続されていないことを特徴とする。
【0017】
このように拡散層を形成すると、p型リング層12の電位は必ずしもソース電極11の電位に固定されず、中間的な電位をとる。この時、ゲート配線14と素子内部との電位の差が縮まるため、実行的にゲート容量が低減されることとなる。
(第3の実施の形態)
図5は、図1中のB−B´線に沿った第3の実施の形態における断面図である。図4と異なる点は、p型ベース層3とp型リング層12が、低濃度のp型低濃度層16によって接続されていることである。図4のように、p型ベース層3とp型リング層12が完全に分離されている場合、p型リング層12の電位が不安定になり、スイッチング時に波形が乱れ、半導体装置の破壊につながる場合がある。一方、図5のようにp型低濃度層16により接続すれば、電位が安定し、破壊を起こすようなことはなくなる。
(第4の実施の形態)
図6は、図1中のA−A´線に沿った第4の実施の形態における断面図である。上記第1〜第3の実施の形態では、MOSFETを例に取り説明を行ったが、図6はIGBTを例としたものである。上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
(第5の実施の形態)
図7は、図1中のA−A´線に沿った第5の実施の形態における断面図である。一層ゲート容量を低減するために、素子部のゲート絶縁膜の一部(テラス絶縁膜18)を厚く形成したテラスゲート構造となっている。本発明にこのような構造を組み合わせることにより、さらに効果的に半導体装置全体のゲート容量を低減することができ、高速なスイッチング、強い破壊耐量を得ることができる。
【0018】
図8は、図1におけるC−C´線に沿った断面図である。これは、図7に示したテラスゲート構造を用いたMOSFETを例に示したものである。
【0019】
第1乃至第5の実施の形態において、複数の素子により形成された半導体装置にあっては、厚い絶縁膜上にゲート配線を設けることにより、各々の素子に形成されたゲート電極を接続するゲート配線領域で生じるゲート容量を低減することができ、一層半導体装置の高速動作、破壊防止につながる。
【0020】
これは、ゲート配線領域は素子の動作には直接関係しないものの絶縁ゲートを用いた半導体装置にあっては無視できない面積を占めており、この領域で生じる容量の低減により、半導体装置全体での一層のゲート容量の低減がはかられるためである。
(第6の実施の形態)
図9は、本発明における第6の実施の形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。図示の如く、ゲート電極106は、n型ソース層104とn型ベース層102に挟まれたp型ベース層103の表面に形成されている。
【0021】
図9中の素子領域Aの部分は、主な通電領域をなし、通電時には大部分の電流がこの部分を通って流れる。
【0022】
また、図9中の接合終端領域は、素子領域に高電圧がかからないように電界を緩和するために設けられた領域で、本実施の形態ではRESURFと呼ばれる構造を図示している。この他にも、ガードリング構造やべベル構造などが適用可能である。
【0023】
素子領域Aと接合終端領域に挟まれた素子領域Bに配置された複数の素子のソース電極107は、制限抵抗114を介して素子領域Aのソース電極107と接続されている。これにより、素子領域Bを流れる電流は制限抵抗114により減流される。さらに、この制限抵抗114は素子領域Bを流れる電流に対し、負のフィードバックをかけることとなり、電流集中の際には一層減流の効果を上げることが出来る。
(第7の実施の形態)
図10は、第7の実施の形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。図9は制限抵抗114を素子に外付けする概念図であったが、実際の製品ではアセンブリが複雑になるため、このような構造は採用することが難しい。
【0024】
図10では、制限抵抗114を素子全体の中に一体形成する構造を示している。制限抵抗114に例えばポリシリコンを用いれば、ゲート電極工程と制限抵抗形成工程を同時に行うことが出来、コストの増大などは生じない。また、インプラのドーズ量の設定やインプラする領域のパターンの設定により、抵抗値は任意に設定することが出来る。
(第8の実施の形態)
図11は、第8の実施の形態に係る半導体装置の要部を示す断面図である。図9および図10に示した実施の形態では、ソースに抵抗を入れていたが、同等の効果は別の方法でも実現可能である。図11に示す実施の形態では、該素子領域Bに配置される素子のゲート容量を素子領域Aに配置される素子よりも小さくする。こうすることにより、素子領域Aよりも素子領域Bに配置された素子のほうが、ターンオフ時に早くチャネルを閉じることが出来る。バイポーラ素子で成立する電荷中性条件により、電流は素子領域Aを主に流れることになり、周辺部である素子領域Bにはほとんど流れなくなる。
【0025】
この効果は他にも、素子領域Aのゲート電極106に接続するゲート抵抗よりも、素子領域Bの第2のゲート電極115に接続するゲート抵抗を小さくすることによっても実現できる。ここでいうゲート抵抗とは、素子のスイッチング動作を安定的に行うために通常ゲート電極とゲート電源の間に挿入する抵抗のことである。
(第9の実施の形態)
図12は、本発明によって作成されたチップを上面から見た平面図である。素子領域Aが中央部に配置され、その周囲を取り囲むように素子領域Bが配置される。残りの周辺部には接合終端領域が形成されている。
【0026】
このとき、素子領域Bの幅Lは、およそキャリアの拡散長l程度に形成されることが望ましい。さらに詳細には、0.5×l≦L≦2×lとするのが良い。こうすることにより、素子領域Aと接合終端領域を効率良く分離し、素子領域Bにより互いに影響を及ぼしにくくすることが出来る。
【0027】
図13は、本発明によって作成されたチップを上面から見た他の実施の形態における平面図である。本実施の形態においては、図12で素子領域A全体を取り囲んで形成された素子領域Bを、素子領域Aのコーナー部にのみ配置している。コーナー部は、接合終端領域に曲率が生じるため電界が集中しやすい。そのため、ターンオフ時に破壊しやすい。本実施の形態のように、特にこのコーナー部に限って素子領域Bを設ければ、破壊を防ぐばかりでなく、素子領域Aの占める面積が増大するために定常通電時の通電損失を低く押さえることが出来る。
【0028】
尚、素子領域Bの大きさは、図12で説明した大きさと同様に設定すれば良い。
(第10の実施の形態)
図14は、第10の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。第10の実施の形態においては、図1で示されたゲート配線部分の絶縁膜厚膜化による容量低減の効果と、図9で示された周辺部分の素子の限流効果をともに取り入れたものである。このように設計された素子においては、ゲート容量の低減により素子が均一にスイッチングするばかりでなく、電流集中しやすい部分に限流効果があるために極めて破壊に強くなる。
(第11の実施の形態)
図15は、本発明にかかるp型リング層109とp型ベース層103との配置を示す上面図の例である。図14において、素子領域Bのソース電極107と素子領域Aのソース電極107とを制限抵抗114により接続するように図示したが、実際には図15に示す通り、各p型ベース層103は少なくともp型リング層109により相互に接続されているので、この部分を制限抵抗114の代わりに利用することができる。制限抵抗114の抵抗値は、拡散のドーズ量によって最適に決めることが出来、複雑な工程を利用する必要がない。ドーズ量だけではなく、p型ベース層103とp型リング層109の接続部分の拡散パターンを、例えば狭く設計するような方法でも、同様の効果を得ることが出来る。
【0029】
第9乃至第11の実施の形態において、素子領域内に設けられた複数の素子のうち、接合終端部と隣接するある範囲の素子に関し、そのソース電極に電流制限用の抵抗を設けることにより、ターンオフ時の接合終端部からのキャリアの流れ込みによる電流集中を防ぐことができる。
【0030】
また、電流制限用の抵抗を設けるのではなく、この部分の素子のゲート容量を低減する、若しくは、ゲート抵抗を低減することにより、他の部分より速いタイミングでターンオフ時にチャネルを遮断することにより同様の効果を得ることができる。
【0031】
その他、この発明の要旨を変えない範囲において、種々変形実施可能なことは勿論である。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の素子により形成された半導体装置にあっては、厚い絶縁膜上にゲート配線を設けることにより、各々の素子に形成されたゲート電極を接続するゲート配線領域で生じるゲート容量を低減することができ、一層半導体装置の高速動作、破壊防止が可能となる。
【0033】
さらに、主たる通電領域を形成する素子領域Aと接合終端領域にはさまれた素子領域Bに配置された複数の素子のソース電極は、制限抵抗114を介して前記素子領域Aのソース電極と接続されている。これにより、素子領域Bを流れる電流は制限抵抗により減流される。さらにこの制限抵抗は素子領域Bを流れる電流に対し、負のフィードバックをかけることとなり、電流集中の際には一層減流の効果を上げることが出来る。
【0034】
また、これにより工程増加などによるコストアップを引き起こす恐れもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態に係る半導体装置の平面図。
【図2】第1の実施の形態係る半導体装置の段面図。
【図3】第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図4】第2の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図5】第3の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図6】第4の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図7】第5の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図8】第5の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図9】第6の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図10】第7の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図11】第8の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図12】第9の実施の形態に係る半導体装置の平面図。
【図13】第9の実施の形態に係る半導体装置の平面図。
【図14】第10の実施の形態に係る半導体装置の断面図。
【図15】第11の実施の形態に係る半導体装置の平面図。
【符号の説明】
1,106…ゲート電極
2…コンタクトホール
3,103…p型ベース層
4…n型コレクタ層
5,104…n型ソース層
6,101…p型エミッタ層
7…コレクタ電極
8,105…ゲート絶縁膜
9…第1の絶縁膜
10…第2の絶縁膜
11,107…ソース電極
12,109…p型リング層
13…n型バッファ層
14…ゲート配線
15…ゲートコンタクトホール
16…低濃度p型層
17,102…n型ベース層
18…テラス絶縁膜
108…ドレイン電極
110…RESURF層
111…パシベーション膜
112…n型ストッパ層
113…フィールドプレート
114…制限抵抗
115…第2のゲート電極
116…絶縁膜
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor device for controlling electric power.
[0002]
[Prior art]
As a semiconductor device used for power control, there are a MOSFET and an IGBT. These semiconductor devices are controlled by an insulated gate, have a wide safe operation region and high-speed switching characteristics, and have a feature that the control device can be miniaturized. In recent years, it has been widely used in the field of power electronics such as inverters and switching power supplies.
[0003]
However, this type of semiconductor device has the following problems. In order to increase the current capacity, a large number of channels must be formed. As a result, the gate capacity increases, and it takes time to charge and discharge the gate during switching, and not only the control device is negatively charged, but also the operation is uneven, which may lead to the destruction of the semiconductor device. Of course, the loss also increases.
[0004]
In addition, the use of this type of IGBT in a high breakdown voltage region has the following problems. A high breakdown voltage element requires a large junction termination around the current-carrying region of the element in order to generate a breakdown voltage. When energized, the carrier is filled up to the junction end. At the time of turn-off operation, a large amount of carriers filled in the junction termination portion are concentrated and discharged to the outer peripheral portion of the current-carrying region, so that current concentration easily occurs in this portion, and as a result, the device is easily destroyed. .
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in a conventional semiconductor device using an insulated gate, when the current capacity is increased, there is a possibility that breakdown and loss are increased.
[0006]
Further, the conventional high breakdown voltage IGBT has a drawback that current concentration tends to occur around the energized region at the time of turn-off, and as a result, the IGBT is easily broken.
[0007]
An object of the present invention is to provide a semiconductor device having high turn-off performance by preventing problems associated with an increase in current capacity, particularly current concentration at turn-off.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The semiconductor device according to the present invention is a semiconductor device having a plurality of elements arranged side by side, each of the elements being a first conductivity type collector layer and a first conductivity type collector layer disposed on the first conductivity type collector layer. A two-conductivity type base layer; a first conductive type source layer formed in a surface of the second conductive type base layer; and the first conductive type source layer and the first conductive type collector layer A gate electrode disposed on a second conductivity type base layer via a gate insulating film; a source electrode in contact with the first conductivity type source layer and the second conductivity type base layer; and the first conductivity type collector. And a gate electrode of the element is electrically connected to a gate wiring formed on an insulating film thicker than the gate insulating film, and is electrically connected to the gate wiring. Connected to Serial gate electrode is characterized by being electrically connected to each other only via the gate line.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings, assuming that the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
(First embodiment)
In the first embodiment, a MOSFET will be described as an example. FIG. 1 is a plan view showing a main part of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device along the line AA ′ in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device along the line BB ′ in FIG. The gate electrode 1 is formed on the surface of a p-type base layer 3 sandwiched between an n-type source layer (not shown) and an n-type collector layer 4. The source electrode 11 is formed on the source contact hole 2 so as to contact the n-type source layer and the p-type base layer 3. Each gate electrode 1 is drawn out to the outside of the element region, and is connected to each other through the gate wiring 14 in this portion.
[0011]
Conventionally, polysilicon and its metallized material are often used for the gate electrode 1. Further, when the gate electrode 1 is formed, the gate electrodes between the elements are mostly formed integrally. In this case, the portion used for connection of the gate electrode of each element does not form a channel, and thus is a portion unrelated to the operation of the element. The capacitance generated in this portion has an adverse effect on the operation of the semiconductor device.
[0012]
Certainly, even in the conventional element, as shown in FIG. 2, the second insulating film 10 made of, for example, an oxide film thicker than the gate insulating film 8 is formed, and the gate wiring 14 is formed thereon. Has been done.
[0013]
However, when an extremely thick oxide film (second insulating film 10) is formed in the conventional structure, if the gate electrode 1 is formed of polysilicon, polysilicon is formed at the boundary between the thin gate insulating film 8 and the thick oxide film. However, this causes disconnection, which becomes a factor of deteriorating the yield of the semiconductor device. In order to prevent this, an intermediate thickness insulating film may be formed, and polysilicon may be disposed in the gate wiring region step by step. However, this method increases the number of processes and reduces the effective area of the semiconductor device, leading to an increase in cost.
[0014]
When polysilicon is used as the gate electrode, a conventional semiconductor device often uses a metal such as aluminum in combination with the gate wiring in order to reduce the resistance. In the present embodiment, the gate contact hole 15 is continuously formed in the first insulating film 9, and the gate electrode and the gate wiring are brought into contact with each other.
[0015]
From a different point of view, it is not always necessary to integrally form the gate electrode made of polysilicon, and it is sufficient that the gate electrode is connected by a metal gate wiring.
[0016]
As shown in FIG. 3, the advantage of the structure in this embodiment is that the gate wiring is formed on the first insulating film 9 and the second insulating film 10 in the region between the gate electrode 1 and the gate electrode 1. Since 14 is arranged, the capacity of this portion can be significantly reduced.
(Second Embodiment)
FIG. 4 is a cross-sectional view of the second embodiment taken along line BB ′ in FIG. The second embodiment is characterized in that the p-type ring layer 12 and the p-type base layer 3 formed immediately below the gate wiring region shown in FIG. 3 are not directly connected.
[0017]
When the diffusion layer is formed in this way, the potential of the p-type ring layer 12 is not necessarily fixed to the potential of the source electrode 11, but takes an intermediate potential. At this time, since the potential difference between the gate wiring 14 and the inside of the element is reduced, the gate capacitance is effectively reduced.
(Third embodiment)
FIG. 5 is a cross-sectional view of the third embodiment taken along line BB ′ in FIG. The difference from FIG. 4 is that the p-type base layer 3 and the p-type ring layer 12 are connected by a low-concentration p-type low-concentration layer 16. As shown in FIG. 4, when the p-type base layer 3 and the p-type ring layer 12 are completely separated, the potential of the p-type ring layer 12 becomes unstable, the waveform is disturbed during switching, and the semiconductor device is destroyed. May lead to a connection. On the other hand, if the connection is made by the p-type low-concentration layer 16 as shown in FIG. 5, the potential becomes stable and no breakdown occurs.
(Fourth embodiment)
FIG. 6 is a cross-sectional view of the fourth embodiment along the line AA ′ in FIG. 1. In the first to third embodiments, the description has been given taking the MOSFET as an example, but FIG. 6 illustrates an IGBT as an example. The same effect as the above embodiment can be obtained.
(Fifth embodiment)
FIG. 7 is a cross-sectional view of the fifth embodiment along the line AA ′ in FIG. In order to further reduce the gate capacitance, a terrace gate structure is formed in which a part of the gate insulating film (the terrace insulating film 18) of the element portion is formed thick. By combining such a structure with the present invention, the gate capacity of the entire semiconductor device can be more effectively reduced, and high-speed switching and strong breakdown tolerance can be obtained.
[0018]
FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line CC ′ in FIG. This is an example of a MOSFET using the terrace gate structure shown in FIG.
[0019]
In the first to fifth embodiments, in the semiconductor device formed of a plurality of elements, a gate wiring is provided on the thick insulating film to connect the gate electrode formed in each element. The gate capacitance generated in the wiring region can be reduced, leading to further high-speed operation of the semiconductor device and prevention of breakdown.
[0020]
This is because the gate wiring region occupies a non-negligible area in a semiconductor device using an insulated gate although it is not directly related to the operation of the element. This is because the gate capacitance can be reduced.
(Sixth embodiment)
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. As illustrated, the gate electrode 106 is formed on the surface of a p-type base layer 103 sandwiched between an n-type source layer 104 and an n-type base layer 102.
[0021]
The portion of the element region A in FIG. 9 constitutes a main energization region, and most of the current flows through this portion during energization.
[0022]
Further, the junction termination region in FIG. 9 is a region provided for relaxing the electric field so that a high voltage is not applied to the element region, and a structure called RESURF is illustrated in this embodiment. In addition, a guard ring structure, a bevel structure, and the like are applicable.
[0023]
The source electrodes 107 of a plurality of elements arranged in the element region B sandwiched between the element region A and the junction termination region are connected to the source electrode 107 in the element region A via the limiting resistor 114. Thereby, the current flowing through the element region B is reduced by the limiting resistor 114. Further, the limiting resistor 114 applies a negative feedback to the current flowing through the element region B, and the current reducing effect can be further enhanced in the case of current concentration.
(Seventh embodiment)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the main parts of the semiconductor device according to the seventh embodiment. FIG. 9 is a conceptual diagram in which the limiting resistor 114 is externally attached to the element. However, since an assembly is complicated in an actual product, it is difficult to adopt such a structure.
[0024]
FIG. 10 shows a structure in which the limiting resistor 114 is integrally formed in the entire element. If, for example, polysilicon is used for the limiting resistor 114, the gate electrode step and the limiting resistor forming step can be performed at the same time, and the cost does not increase. Further, the resistance value can be arbitrarily set by setting the dose amount of the implantation or setting the pattern of the region to be implanted.
(Eighth embodiment)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a main part of a semiconductor device according to the eighth embodiment. In the embodiment shown in FIG. 9 and FIG. 10, the resistance is put in the source, but the same effect can be realized by another method. In the embodiment shown in FIG. 11, the gate capacitance of the element arranged in the element region B is made smaller than that of the element arranged in the element region A. In this way, the element disposed in the element region B can close the channel earlier at the time of turn-off than the element region A. Due to the charge neutrality condition established in the bipolar element, the current flows mainly through the element region A and hardly flows into the element region B which is the peripheral portion.
[0025]
In addition, this effect can also be realized by making the gate resistance connected to the second gate electrode 115 in the element region B smaller than the gate resistance connected to the gate electrode 106 in the element region A. The gate resistance here is a resistance that is usually inserted between the gate electrode and the gate power supply in order to stably perform the switching operation of the element.
(Ninth embodiment)
FIG. 12 is a plan view of a chip made according to the present invention as seen from above. The element region A is disposed at the center, and the element region B is disposed so as to surround the periphery thereof. A junction termination region is formed in the remaining peripheral portion.
[0026]
At this time, the width L of the element region B is preferably formed to be approximately the carrier diffusion length l. More specifically, 0.5 × l ≦ L ≦ 2 × l is preferable. By so doing, the element region A and the junction termination region can be efficiently separated, and the element region B can be made less likely to affect each other.
[0027]
FIG. 13 is a plan view of another embodiment of a chip produced according to the present invention as seen from above. In the present embodiment, the element region B formed so as to surround the entire element region A in FIG. 12 is arranged only at the corner portion of the element region A. The corner portion has a curvature in the junction termination region, so that the electric field tends to concentrate. Therefore, it is easy to destroy at turn-off. If the element region B is provided only in the corner portion as in the present embodiment, not only is destruction prevented, but the area occupied by the element region A increases, so that the current loss during steady energization is kept low. I can do it.
[0028]
The size of the element region B may be set similarly to the size described with reference to FIG.
(Tenth embodiment)
FIG. 14 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the tenth embodiment. In the tenth embodiment, both the effect of reducing the capacitance due to the insulating film thickness of the gate wiring portion shown in FIG. 1 and the current limiting effect of the peripheral portion shown in FIG. 9 are incorporated. It is. In the element designed in this way, not only does the element switch uniformly by reducing the gate capacitance, but also has a current-limiting effect in a portion where current is likely to concentrate, so that it is extremely resistant to destruction.
(Eleventh embodiment)
FIG. 15 is an example of a top view showing the arrangement of the p-type ring layer 109 and the p-type base layer 103 according to the present invention. In FIG. 14, the source electrode 107 in the element region B and the source electrode 107 in the element region A are illustrated as being connected by the limiting resistor 114, but actually, as shown in FIG. 15, each p-type base layer 103 is at least Since they are connected to each other by the p-type ring layer 109, this portion can be used in place of the limiting resistor 114. The resistance value of the limiting resistor 114 can be determined optimally according to the diffusion dose, and it is not necessary to use a complicated process. The same effect can be obtained not only by the dose amount but also by a method in which the diffusion pattern of the connection portion between the p-type base layer 103 and the p-type ring layer 109 is designed to be narrow, for example.
[0029]
In the ninth to eleventh embodiments, regarding a certain range of elements adjacent to the junction termination portion among the plurality of elements provided in the element region, by providing a current limiting resistor to the source electrode, Current concentration due to the flow of carriers from the junction termination during turn-off can be prevented.
[0030]
In addition, the current is not provided with a current limiting resistor, but the gate capacitance of the element in this part is reduced, or the gate resistance is reduced to cut off the channel at the time of turn-off at a faster timing than other parts. The effect of can be obtained.
[0031]
Of course, various modifications can be made without departing from the scope of the present invention.
[0032]
【The invention's effect】
According to the present invention, in a semiconductor device formed of a plurality of elements, a gate wiring is formed on a thick insulating film, whereby a gate generated in a gate wiring region connecting gate electrodes formed in each element. The capacity can be reduced, and the semiconductor device can be further operated at high speed and prevented from being destroyed.
[0033]
Further, the source electrodes of the plurality of elements arranged in the element region A forming the main current-carrying region and the element region B sandwiched between the junction termination regions are connected to the source electrode of the element region A via the limiting resistor 114. Has been. As a result, the current flowing through the element region B is reduced by the limiting resistor. Further, this limiting resistor applies a negative feedback to the current flowing through the element region B, and can further increase the current reducing effect when the current is concentrated.
[0034]
Moreover, there is no possibility of causing an increase in cost due to an increase in the process.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device according to a first embodiment.
FIG. 2 is a step view of the semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a second embodiment.
FIG. 5 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a third embodiment.
FIG. 6 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fourth embodiment.
FIG. 7 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment.
FIG. 8 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a fifth embodiment.
FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a sixth embodiment.
FIG. 10 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a seventh embodiment.
FIG. 11 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to an eighth embodiment.
FIG. 12 is a plan view of a semiconductor device according to a ninth embodiment.
FIG. 13 is a plan view of a semiconductor device according to a ninth embodiment.
FIG. 14 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to a tenth embodiment.
FIG. 15 is a plan view of a semiconductor device according to an eleventh embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1,106 ... Gate electrode 2 ... Contact hole 3, 103 ... P-type base layer 4 ... N-type collector layer 5, 104 ... N-type source layer 6, 101 ... P-type emitter layer 7 ... Collector electrodes 8, 105 ... Gate insulation Film 9 ... first insulating film 10 ... second insulating film 11, 107 ... source electrode 12, 109 ... p-type ring layer 13 ... n-type buffer layer 14 ... gate wiring 15 ... gate contact hole 16 ... low concentration p-type Layers 17, 102 ... n-type base layer 18 ... terrace insulating film 108 ... drain electrode 110 ... RESURF layer 111 ... passivation film 112 ... n-type stopper layer 113 ... field plate 114 ... limiting resistor 115 ... second gate electrode 116 ... insulation film

Claims (5)

並設された複数の素子を有する半導体装置であって、
前記素子の各々は、
第1導電型コレクタ層と、
前記第1導電型コレクタ層上に配設された第2導電型ベース層と、
前記第2導電型ベース層の表面内に形成された第1導電型ソース層と、
前記第1導電型ソース層と前記第1導電型コレクタ層とで挟まれた前記第2導電型ベース層上にゲート絶縁膜を介して配設されたゲート電極と、
前記第1導電型ソース層及び前記第2導電型ベース層にコンタクトするソース電極と、
前記第1導電型コレクタ層にコンタクトするコレクタ電極と
を具備し、
前記素子の前記ゲート電極はそれぞれ、ゲート絶縁膜より厚い絶縁膜上に形成されたゲート配線に互いに電気的に接続されており、前記ゲート配線に電気的に接続された前記ゲート電極間は前記ゲート配線を介してのみ互いに電気的に接続されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device having a plurality of elements arranged in parallel,
Each of the elements is
A first conductivity type collector layer;
A second conductivity type base layer disposed on the first conductivity type collector layer;
A first conductivity type source layer formed in a surface of the second conductivity type base layer;
A gate electrode disposed on the second conductivity type base layer sandwiched between the first conductivity type source layer and the first conductivity type collector layer via a gate insulating film;
A source electrode in contact with the first conductivity type source layer and the second conductivity type base layer;
A collector electrode in contact with the first conductivity type collector layer;
Each of the gate electrodes of the element is electrically connected to a gate wiring formed on an insulating film thicker than a gate insulating film, and the gate electrodes electrically connected to the gate wiring are connected to the gate. A semiconductor device which is electrically connected to each other only through wiring .
前記厚い絶縁膜の下に形成された第2導電型リング層を具備し、
前記第2導電型リング層と前記第2導電型ベース層とが接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Comprising a second conductivity type ring layer formed under the thick insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type ring layer and the second conductivity type base layer are connected.
前記厚い絶縁膜の下に形成された第2導電型リング層を具備し、
前記第2導電型リング層と前記第2導電型ベース層とが分離されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Comprising a second conductivity type ring layer formed under the thick insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type ring layer and the second conductivity type base layer are separated.
前記厚い絶縁膜の下に形成された第2導電型リング層を具備し、
前記第2導電型リング層と前記第2導電型ベース層とが低濃度の第2導電型層を介して電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
Comprising a second conductivity type ring layer formed under the thick insulating film;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type ring layer and the second conductivity type base layer are electrically connected via a low-concentration second conductivity type layer.
前記コレクタ電極は、
前記第1導電型コレクタ層の表面に形成された第2導電型エミッタ層上に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The collector electrode is
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed on a second conductivity type emitter layer formed on a surface of the first conductivity type collector layer.
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