JP5564161B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、金属-酸化物-半導体電界効果トランジスタ(MOSFET:Metal Oxide Semiconductor Field Effect transistor), 絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar transistor)において、破壊耐量の向上と低損失(低オン抵抗、低飽和電圧)を両立し、また、更にIGBTについてはスイッチングスピードの高速化も併せて両立する構造に特徴を有する半導体装置およびその製造方法に関する。
トレンチ構造を有する半導体装置としては、縦型MOSFET、縦型IGBTが提案されている。トレンチ側壁部をチャネル領域として利用することから、短チャネル化が容易であり、また、チャネル領域を高密度に形成可能であることから、高電流密度化が期待される。
トレンチ構造を有する縦型IGBTのオン電圧の低減化については、既に開示されている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1においては、p型ドレイン層と、このp型ドレイン層上に設けられた高抵抗のn型ベース層と、このn型ベース層の表面に形成されたp型ベース層と、このp型ベース層の表面に形成された複数のn型ソース層と、これらのn型ソース層およびp型ベース層を貫き、n型ベース層の途中の深さまで達した複数のトレンチ内にゲート酸化膜を介して形成されたゲート電極と、p型ベース層の表面にn型ソース層と接して形成されたp型コンタクト層とを有するIGBTにおいて、トレンチの間隔を1.5μm以下に設定することが開示されている。
特開平11−274484号(第9―10頁、第1図)
図7は、従来のIGBTの模式的斜視図を示す。
従来のIGBTは、図7に示すように、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2と、第1ベース層2に設けられた第2導電型のコレクタ層14と、第1ベース層2の表面に形成された第2導電型の第2ベース層16と、第2ベース層16の表面に形成された第1導電型のエミッタ層13と、第1の方向に延伸し,エミッタ層13および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極8と、第2ベース層16の表面にエミッタ層13と接して形成され,第1の方向に延伸し,前記第2導電型の第2ベース層よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層4を備える。
図7において、コレクタ層14に設けられたコレクタ電極と、エミッタ層13、およびベースコンタクト層4に設けられたエミッタ電極については、図示を省略している。
従来のIGBTにおいて、通常、破壊耐量を上げるためには、図7に示すように、p領域からなる第2ベース層16の部分にp+ 拡散層からなるベースコンタクト層4を形成する。しかしながら、この構造では、p領域からなる第2ベース層16のチャネル部分が狭くなり、大電流を導通させるときにチャネルが十分に開かずオン抵抗(飽和電圧)が上昇する。
本発明の目的は、MOSFET、IGBTからなる半導体装置において、破壊耐量の向上と低損失(低オン抵抗、低飽和電圧)を両立し、また、更にIGBTについてはスイッチングスピードの高速化も併せて両立する構造に特徴を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
上記目的を達成するための本発明の請求項1に係る半導体装置は、高抵抗で第1導電型の第1ベース層と、前記第1ベース層に設けられた第2導電型のコレクタ層と、前記第1ベース層の表面に形成された第2導電型の第2ベース層と、前記第2ベース層の表面に形成された第1導電型のエミッタ層と、第1の方向に延伸し、前記エミッタ層および前記第2ベース層を貫いて前記第1ベース層の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記コレクタ層に設けられたコレクタ電極と、前記トレンチを形成する前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、前記エミッタ層および前記第2ベース層に設けられたエミッタ電極とを備え、前記エミッタ層は、前記トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1エミッタ層と、前記第1エミッタ層同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層とからなり、前記第2ベース層の表面に形成された前記エミッタ層の面積比率は、10%以上70%以下であり、前記第2導電型の第2ベース層よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層を、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置し、前記第2エミッタ層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記第2エミッタ層の下部全域に連続して配置され、前記エミッタ電極は、前記層間絶縁膜を介して、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されることを特徴とする。
本発明の請求項2に係る半導体装置は、請求項1に記載の半導体装置おいて、前記ベースコンタクト層は、前記トレンチに接する部分を有することを特徴とする。
本発明の請求項3に係る半導体装置は、請求項1または2に記載の半導体装置において、前記ベースコンタクト層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記第2ベース層の深さよりも深いことを特徴とすることを特徴とする。
本発明の請求項4に係る半導体装置は、請求項1乃至3の内、いずれかに記載の半導体装置において、前記エミッタ層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記ベースコンタクト層の深さよりも浅いことを特徴とすることを特徴とする。
本発明の請求項5に係る半導体装置は、高抵抗で第1導電型の第1ベース層と、前記第1ベース層に設けられた第1導電型のドレイン層と、前記第1ベース層の表面に形成された第2導電型の第2ベース層と、前記第2ベース層の表面に形成された第1導電型のソース層と、第1の方向に延伸し、前記ソース層および前記第2ベース層を貫いて前記第1ベース層の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記ドレイン層に設けられたドレイン電極と、前記トレンチを形成する前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、前記ソース層および前記第2ベース層に設けられたソース電極とを備え、前記ソース層は、前記トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1ソース層と、第1の方向に配置された前記第1ソース層同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層とからなり、前記第2導電型の第2ベース層よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層を、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置され、前記第2ソース層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記2ソース層の下部全域に連続して配置され、前記ソース電極は、前記層間絶縁膜を介して、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されることを特徴とする。
本発明の請求項6に係る半導体装置は、請求項5に記載の半導体装置において、前記ベースコンタクト層は、前記トレンチに接する部分を有することを特徴とする。
本発明の請求項7に係る半導体装置は、請求項5または6に記載の半導体装置において、前記ベースコンタクト層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記第2ベース層の深さよりも深いことを特徴とする。
本発明の請求項8に係る半導体装置は、請求項5乃至7の内、いずれかに記載の半導体装置において、前記ソース層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記ベースコンタクト層の深さよりも浅いことを特徴とする。
本発明の請求項9に係る半導体装置の製造方法は、第1ベース層となる第1導電型の高抵抗半導体基板を準備する工程と、前記第1ベース層の裏面に第2導電型のコレクタ層を形成する工程と、前記第1ベース層の表面に第2ベース層を形成する工程と、前記第2ベース層の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層を、前記第1ベース層の表面から形成する工程と、前記第2ベース層の表面上の前記ベースコンタクト層の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、エミッタ層を、前記第2ベース層の表面から形成する工程と、前記第1の方向にトレンチ溝を形成後、当該トレンチ溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記トレンチ溝にゲート電極を形成する工程と、前記第2ベース層,前記ベースコンタクト層及び前記エミッタ層の表面上に、層間絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上にトレンチ部分を覆うように前記層間絶縁膜をパターニングする工程と、前記層間絶縁膜を介して、半導体装置表面の全面に、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されるエミッタ電極を形成する工程とを有し、前記エミッタ層は、前記トレンチに沿って、前記第1の方向に配置する第1エミッタ層と、前記第1エミッタ層同士を梯子型に接続するように、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層とからなり、前記ベースコンタクト層は、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置され、前記第2エミッタ層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記第2エミッタ層の下部全域に連続して配置されることを特徴とする。
本発明の請求項10に係る半導体装置の製造方法は、第1ベース層となる第1導電型の高抵抗半導体基板を準備する工程と、前記第1ベース層の裏面に第1導電型のドレイン層を形成する工程と、前記第1ベース層の表面に第2ベース層を形成する工程と、前記第2ベース層の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層を、前記第1ベース層の表面から形成する工程と、前記第2ベース層の表面上の前記ベースコンタクト層の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、ソース層を、前記第2ベース層の表面から形成する工程と、前記第1の方向にトレンチ溝を形成後、当該トレンチ溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、前記トレンチ溝にゲート電極を形成する工程と、前記第2ベース層,前記ベースコンタクト層及び前記ソース層の表面上に、層間絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上にトレンチ部分を覆うように前記層間絶縁膜をパターニングする工程と、前記層間絶縁膜を介して、半導体装置表面の全面に、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されるソース電極を形成する工程とを有し、前記ソース層は、前記トレンチに沿って、前記第1の方向に配置する第1ソース層と、前記第1の方向に配置された前記第1ソース層同士を梯子型に接続するように、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層とからなり、前記ベースコンタクト層は、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置され、前記第2ソース層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記2ソース層の下部全域に連続して配置されることを特徴とする。
本発明によれば、破壊耐量の向上と低損失(低オン抵抗、低飽和電圧)を両立したMOSFET、IGBTからなる半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
また、更に、スイッチングスピードの高速化も併せて両立するIGBTからなる半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一または類似の部分には同一または類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
また、以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、各構成部品の配置などを下記のものに特定するものでない。この発明の技術的思想は、特許請求の範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第1の実施の形態]
(素子構造)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的斜視図を示す。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的構成は、図1に示すように、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2と、第1ベース層2に設けられた第2導電型のコレクタ層14と、第1ベース層2の表面に形成された第2導電型の第2ベース層16と、第2ベース層16の表面に形成された第1導電型のエミッタ層13と、第1の方向に延伸し、エミッタ層13および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極8と、コレクタ層14に設けられたコレクタ電極20と、エミッタ層13および第2ベース層16に設けられたエミッタ電極24とを備える。
エミッタ層13は、トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1エミッタ層13−1と、第1エミッタ層同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層13−2とからなる。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、第2導電型の第2ベース層16よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層4を、第2エミッタ層13−2を包むように配置したことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチを形成するゲート絶縁膜6およびゲート電極8上には、層間絶縁膜10を配置したことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、エミッタ電極24は、層間絶縁膜10を介して、エミッタ層13および第2ベース層16の表面に形成されたことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、エミッタ電極24は、層間絶縁膜10を介して、エミッタ層13、およびベースコンタクト層4の表面に形成されたことを特徴とする。
(製造方法)
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図1を参照しながら、以下に説明する。
(a)まず、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2として、例えば、n型で、不純物密度約1012〜1015cm-3程度のシリコン基板を準備し、第1ベース層2の裏面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、厚さ約1μm〜10μm程度、不純物密度約1018〜1020cm-3程度に形成し、第2導電型のコレクタ層14を形成する。
(b)次に、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約1μm〜5μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、第2ベース層16を形成する。
(c)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層4を、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ベースコンタクト層4の厚さは、図1に示すように、第2ベース層16の厚さと同程度か、第2ベース層16よりも厚く形成する。ベースコンタクト層4の不純物密度は、第2ベース層16の不純物密度よりも高く、例えば、約1016〜1020cm-3程度である。
(d)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上のベースコンタクト層4の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、エミッタ層13を、第2ベース層16の表面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。エミッタ層13の厚さは、図1に示すように、ベースコンタクト層4の厚さよりも十分に薄く形成し、例えば、約0.5μm〜約2μm程度であり、不純物密度は、例えば、約1018〜1021cm-3程度である。
(e)次に、図1に示すように、第1の方向にトレンチ溝を反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)などのエッチング工程によって形成後、トレンチ溝内のゲート絶縁膜6を熱酸化工程により形成する。トレンチ溝の深さは、エミッタ層13および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達し、例えば、約2μm〜7μm程度である。ゲート絶縁膜6の厚さは、例えば約40nm〜200nm程度である。
(f)次に、トレンチ溝を例えば、ポリシリコンなどで充填し、ゲート電極8を形成する。
(g)次に、第2ベース層16,ベースコンタクト層4及びエミッタ層13の表面上に、層間絶縁膜10を形成し、エッチング工程によって、ゲート絶縁膜6およびゲート電極8上にトレンチ部分を覆うように層間絶縁膜10をパターニングし、配置する。
(h)次に、層間絶縁膜10を介して、半導体装置表面の全面に、エミッタ電極24を、アルミニウム(Al)などで形成し、同時に、半導体装置裏面の全面に、コレクタ電極20を、アルミニウム(Al)などで形成する。
(特性例)
図5は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置において、IGBTの規格化オン抵抗RCE(on)とn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例を示す。
+エミッタ領域の比率とは、第2ベース層16の表面上において、p領域からなる第2ベース層16,p+領域からなるベースコンタクト層4およびn+層からなるエミッタ層13の全面積に対するエミッタ層13の占有する比率で定義される。
規格化オン抵抗RCE(on)とは、IGBTにおいて、コレクタ・エミッタ間のオン状態におけるオン抵抗RCE(on)を規格化して表した値である。
図5から明らかなように、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置はIGBTを構成しており、コレクタ・エミッタ間のオン状態における規格化オン抵抗RCE(on)は、n+エミッタ領域の比率に応じて変化し、特に約10%〜約70%において、1〜2.5の値を有する。コレクタ・エミッタ間のオン状態における規格化オン抵抗RCE(on)は、n+エミッタ領域の比率として、特に約10%〜約40%において、1〜1.2程度の望ましい値が得られることがわかる。
図6は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置において、IGBTの規格化ラッチアップ電流ILとn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例を示す。
規格化ラッチアップ電流ILとは、IGBTにおいて、ラッチアップ可能な電流を規格化して表したものである。n+エミッタ領域の比率の増加と共に、ラッチアップ可能な電流値は低下することから、規格化ラッチアップ電流ILは、n+エミッタ領域の比率の増加ともに、低下する。
図6から明らかなように、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置において、規格化ラッチアップ電流ILは、n+エミッタ領域の比率が約10%〜約70%と変化するにつれて、約2.7〜約1.0の範囲を変化する。
図6から明らかなように、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置において、規格化ラッチアップ電流ILは、n+エミッタ領域の比率が、特に約10%〜約40%において、2.5以上の望ましい値が得られることがわかる。
したがって、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、第2ベース層の表面に形成されたエミッタ層の面積比率は、約10%以上約70%以下であることを特徴とし、望ましくは、約10%以上約40%以下であることを特徴とする。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチ型ストライプセルを基本構造とするIGBTにおいて、n+ 領域からなる第1エミッタ層13−1を第1の方向に延伸するトレンチに沿って配置する。さらに、n+ 領域からなる第1エミッタ層13−1へのコンタクトを広くとるために、第1エミッタ層13−1同士を梯子型状つないだn+ 領域からなる第2エミッタ層13−2を、第1の方向と直交する第2の方向に延伸するように配置する。
さらに、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、n+ 領域からなる第2エミッタ層13−2 を包むようにp+ 領域からなるベースコンタクト層4を配置する。結果として、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、第1エミッタ層13−1,第2エミッタ層13−2からなるエミッタ層13および、ベースコンタクト層4の平面パターンは、梯子状になる。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、p+ 領域からなるベースコンタクト層4を、n+領域からなる第2エミッタ層13−2の回りを包み込むように配置することで、n+(13−2)p+ (4)n-(2)の寄生バイポーラトランジスタのベース抵抗が低下させることが可能となる。この結果、IGBT動作におけるラッチングアップ耐量を高めることが可能となる。したがって、IGBTのdv/dt耐量を増加させることができ、破壊耐量を向上することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、p+ 領域からなるベースコンタクト層4を第2ベース層16の表面上に局所的に配置することで、p+チャネル部分の占有領域を極小化して、低オン抵抗化も同時に達成することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、IGBTのスイッチングスピードは、n+領域からなるエミッタ層13に比べて、p+ からなるベースコンタクト層4とp領域からなる第2ベース層16の占有面積を大きく設定することによって、オフ時のホールの抜けが良くなって高速化することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチに沿った第1の方向および第1の方向に直交する第2の方向において、第1エミッタ層13−1,第2エミッタ層13−2,ベースコンタクト層4及び第2ベース層16からなるパターンの繰り返しは、目標とする破壊耐量特性、オン抵抗特性に応じて、任意の値に設定することができる。
また、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置においては、n+ 領域からなる第1エミッタ層13−1および第2エミッタ層13−2の占有面積よりも、第2ベース層16の占有面積を広く設定する方が低オン抵抗化を促進することができる。
(変形例)
図2は、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的斜視図を示す。本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置は、図2に示すように、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2と、第1ベース層2に設けられた第2導電型のコレクタ層14と、第1ベース層2の表面に形成された第1導電型で、第1ベース層2よりも高不純物密度を有するバッファ層18と、バッファ層18の表面に形成された第2導電型の第2ベース層16と、第2ベース層16の表面に形成された第1導電型のエミッタ層13と、第1の方向に延伸し、エミッタ層13および第2ベース層16を貫いてバッファ層18の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極8と、コレクタ層14に設けられたコレクタ電極20と、エミッタ層13および第2ベース層16に設けられたエミッタ電極(図示省略)とを備える。
エミッタ層13は、トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1エミッタ層13−1と、第1エミッタ層13−1同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層13−2とからなる。
本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、第2導電型の第2ベース層16も高不純物密度を有するベースコンタクト層を、第2エミッタ層13−2を包むように配置したことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、トレンチを形成するゲート絶縁膜6およびゲート電極8上には、層間絶縁膜10を配置したことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、エミッタ電極は、層間絶縁膜10を介して、エミッタ層13および第2ベース層16の表面に形成されたことを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、エミッタ電極は、層間絶縁膜10を介して、エミッタ層13、第2ベース層16およびベースコンタクト層4の表面に形成されたことを特徴とする。
(製造方法)
本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を、図2を参照しながら、以下に説明する。
(a)まず、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2として、例えば、n型で、不純物密度約1012〜1015cm-3程度のシリコン基板を準備し、第1ベース層2の裏面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、厚さ約1μm〜10μm程度、不純物密度約1018〜1020cm-3程度に形成し、第2導電型のコレクタ層14を形成する。
(b)次に、第1ベース層2の表面からリン(P)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約5μm〜10μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、バッファ層18を形成する。
(c)次に、バッファ層18の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約1μm〜5μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、第2ベース層16を形成する。
(d)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層4を、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ベースコンタクト層4の厚さは、図2に示すように、第2ベース層16の厚さと同程度か、第2ベース層16よりも厚く形成する。ベースコンタクト層4の不純物密度は、第2ベース層16の不純物密度よりも高く、例えば、約1016〜1020cm-3程度である。
(e)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上のベースコンタクト層4の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、エミッタ層13を、第2ベース層16の表面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。エミッタ層13の厚さは、図2に示すように、ベースコンタクト層4の厚さよりも十分に薄く形成し、例えば、約0.5μm〜約2μm程度であり、不純物密度は、例えば、約1018〜1021cm-3程度である。
(f)次に、図2に示すように、第1の方向にトレンチ溝をRIEなどのエッチング工程によって形成後、トレンチ溝内のゲート絶縁膜6を熱酸化工程により形成する。トレンチ溝の深さは、エミッタ層13および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達し、例えば、約2μm〜7μm程度である。ゲート絶縁膜6の厚さは、例えば約40nm〜200nm程度である。
(g)次に、トレンチ溝を例えば、ポリシリコンなどで充填し、ゲート電極8を形成する。
(h)次に、第2ベース層16,ベースコンタクト層4及びエミッタ層13の表面上に、層間絶縁膜10を形成し、エッチング工程によって、ゲート絶縁膜6およびゲート電極8上にトレンチ部分を覆うように層間絶縁膜10をパターニングし、配置する。
(i)次に、層間絶縁膜10を介して、半導体装置表面の全面に、エミッタ電極24を、アルミニウム(Al)などで形成し、同時に、半導体装置裏面の全面に、コレクタ電極20を、アルミニウム(Al)などで形成する。
(特性例)
本発明の第1の実施の形態の変家例に係る半導体装置においても、IGBTの規格化オン抵抗RCE(on)とn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例は、図5と同様に表すことができる。また、規格化ラッチアップ電流ILとn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例は、図6と同様に表すことができる。
したがって、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、第2ベース層の表面に形成されたエミッタ層の面積比率は、約10%以上約70%以下であることを特徴とし、望ましくは、約10%以上約40%以下であることを特徴とする。
また、本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、n領域からなるバッファ層18を、第1ベース層2と第2ベース層16間および第1ベース層2とベースコンタクト層4間に配置したことにより、n(13)p+(4)p(16)n(18)n-(2)p+(14)構造が形成されることによって、エミッタ層13とコレクタ層14間のパンチングスルーを抑制し、この結果、IGBT動作におけるラッチングアップ耐量をさらに高めることが可能となる。したがって、IGBTのdv/dt耐量を増加させることができ、破壊耐量をさらに向上することができる。
本発明の第1の実施の形態およびその変形例に係る半導体装置によれば、破壊耐量の向上と低損失(低オン抵抗、低飽和電圧)を両立したIGBTからなる半導体装置およびその製造方法を提供することができる。また、更に、スイッチングスピードの高速化も併せて両立するIGBTからなる半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
[第2の実施の形態]
(素子構造)
図3は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的斜視図を示す。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的構成は、図3に示すように、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2と、第1ベース層2に設けられた第1導電型のドレイン層15と、第1ベース層2の表面に形成された第2導電型の第2ベース層16と、第2ベース層16の表面に形成された第1導電型のソース層12と、第1の方向に延伸し、ソース層12および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極8と、ドレイン層15に設けられたドレイン電極21と、ソース層12および第2ベース層16に設けられたソース電極25とを備える。
ソース層12は、トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1ソース層12−1と、第1の方向に配置された第1ソース層12−1同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層12−2とからなる。
第2導電型の第2ベース層16よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層4を、第2ソース層12−2を包むように配置したことを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチを形成するゲート絶縁膜6およびゲート電極8上には、層間絶縁膜10を配置したことを特徴とする。
ソース電極25は、層間絶縁膜10を介して、ソース層12および第2ベース層16の表面に形成されたことを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、ソース電極25は、層間絶縁膜10を介して、ソース層12、第2ベース層16およびベースコンタクト層4の表面に形成されたことを特徴とする。
(製造方法)
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を、図3を参照しながら、以下に説明する。
(a)まず、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2として、例えば、n型で、不純物密度約1012〜1015cm-3程度のシリコン基板を準備し、第1ベース層2の裏面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、厚さ約1μm〜10μm程度、不純物密度約1018〜1021cm-3程度に形成し、第1導電型のドレイン層15を形成する。
(b)次に、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約1μm〜5μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、第2ベース層16を形成する。
(c)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層4を、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ベースコンタクト層4の厚さは、図3に示すように、第2ベース層16の厚さと同程度か、第2ベース層16よりも厚く形成する。ベースコンタクト層4の不純物密度は、第2ベース層16の不純物密度よりも高く、例えば、約1016〜1020cm-3程度である。
(d)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上のベースコンタクト層4の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、ソース層12を、第2ベース層16の表面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ソース層12の厚さは、図3に示すように、ベースコンタクト層4の厚さよりも十分に薄く形成し、例えば、約0.5μm〜約2μm程度であり、不純物密度は、例えば、約1018〜1021cm-3程度である。
(e)次に、図3に示すように、第1の方向にトレンチ溝をRIEなどのエッチング工程によって形成後、トレンチ溝内のゲート絶縁膜6を熱酸化工程により形成する。トレンチ溝の深さは、ソース層12および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達し、例えば、約2μm〜7μm程度である。ゲート絶縁膜6の厚さは、例えば約40nm〜200nm程度である。
(f)次に、トレンチ溝を例えば、ポリシリコンなどで充填し、ゲート電極8を形成する。
(g)次に、第2ベース層16,ベースコンタクト層4及びソース層12の表面上に、層間絶縁膜10を形成し、エッチング工程によって、ゲート絶縁膜6およびゲート電極8上にトレンチ部分を覆うように層間絶縁膜10をパターニングし、配置する。
(h)次に、層間絶縁膜10を介して、半導体装置表面の全面に、ソース電極25を、アルミニウム(Al)などで形成し、同時に、半導体装置裏面の全面に、ドレイン電極21を、アルミニウム(Al)などで形成する。
(特性例)
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置において、MOSFETの規格化オン抵抗RDS(on)とn+ソース領域の比率の関係を表す特性例は、図5と同様に表すことができる。
+ソース領域の比率とは、第2ベース層16の表面上において、p領域からなる第2ベース層16,p+領域からなるベースコンタクト層4およびn+層からなるソース層12の全面積に対するソース層12の占有する比率で定義される。
規格化オン抵抗RDS(on)とは、MOSFETにおいて、ソース・ドレイン間のオン状態におけるオン抵抗RDS(on)を規格化して表した値である。
本発明の第2実施の形態に係る半導体装置はMOSFETを構成しており、ソース・ドレイン間のオン状態における規格化オン抵抗RDS(on)は、n+ソース領域の比率に応じて変化し、特に約10%〜約70%において、1〜2.5の値を有する。ソース・ドレイン間のオン状態における規格化オン抵抗RDS(on)は、n+ソース領域の比率として、特に約10%〜約40%において、1〜1.2程度の望ましい値が得られる。
したがって、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、第2ベース層の表面に形成されたソース層の面積比率は、約10%以上約70%以下であることを特徴とし、望ましくは、約10%以上約40%以下であることを特徴とする。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチ型ストライプセルを基本構造とするMOSFETにおいて、n+ 領域からなる第1ソース層12−1を第1の方向に延伸するトレンチに沿って配置する。さらに、n+ 領域からなる第1ソース層12−1へのコンタクトを広くとるために、第1ソース層12−1同士を梯子型状つないだn+ 領域からなる第2ソース層12−2を、第1の方向と直交する第2の方向に延伸するように配置する。
さらに、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、n+ 領域からなる第2ソース層12−2 を包むようにp+ 領域からなるベースコンタクト層4を配置する。結果として、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、第1ソース層12−1,第2ソース層12−2からなるソース層12および、ベースコンタクト層4の平面パターンは、梯子状になる。
本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、p+ 領域からなるベースコンタクト層4を、n+領域からなる第2ソース層12−2の回りを包み込むように配置することで、n+(12−2)p+ (4)n-(2)の寄生バイポーラトランジスタのベース抵抗が低下させることが可能となる。この結果、MOSFETのdv/dt耐量を増加させることができ、破壊耐量を向上することができる。
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、p+ 領域からなるベースコンタクト層4を第2ベース層16の表面上に局所的に配置することで、p+チャネル部分の占有領域を極小化して、低オン抵抗化も同時に達成することができる。
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、MOSFETのスイッチングスピードは、n+領域からなるソース層12に比べて、p+ からなるベースコンタクト層4とp領域からなる第2ベース層16の占有面積を大きく設定することによって、オフ時のホールの抜けが良くなって高速化することができる。
また、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置においては、トレンチに沿った第1の方向および第1の方向に直交する第2の方向において、第1ソース層12−1,第2ソース層12−2,ベースコンタクト層4及び第2ベース層16からなるパターンの繰り返しは、目標とする破壊耐量特性、オン抵抗特性に応じて、任意の値に設定することができる。
また、本発明の第2実施の形態に係る半導体装置においては、n+ 領域からなる第1ソース層12−1および第2ソース層12−2の占有面積よりも、第2ベース層16の占有面積を広く設定する方が低オン抵抗化を促進することができる。
(変形例)
図4は、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的斜視図を示す。
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置は、図4に示すように、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2と、第1ベース層2に設けられた第1導電型のドレイン層15と、第1ベース層2の表面に形成された第1導電型で、前記第1ベース層2よりも高不純物密度を有するバッファ層18と、バッファ層18の表面に形成された第2導電型の第2ベース層16と、第2ベース層16の表面に形成された第1導電型のソース層12と、第1の方向に延伸し、ソース層12および第2ベース層16を貫いてバッファ層18の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜6を介して形成されたゲート電極8と、ドレイン層15に設けられたドレイン電極21と、ソース層12および第2ベース層16に設けられたソース電極(図示省略)とを備える。
ソース層12は、トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1ソース層12−1と、第1ソース層12−1同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層12−2とからなる。
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置は、第2導電型の第2ベース層16よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層4を、第2ソース層12−2を包むように配置したことを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、トレンチを形成するゲート絶縁膜6およびゲート電極8上には、層間絶縁膜10を配置したことを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、ソース電極は、層間絶縁膜10を介して、ソース層12および第2ベース層16の表面に形成されたことを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、ソース電極は、層間絶縁膜10を介して、ソース層12、第2ベース層16およびベースコンタクト層4の表面に形成されたことを特徴とする。
(製造方法)
本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の製造方法を、図4を参照しながら、以下に説明する。
(a)まず、高抵抗で第1導電型の第1ベース層2として、例えば、n型で、不純物密度約1012〜1015cm-3程度のシリコン基板を準備し、第1ベース層2の裏面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、厚さ約1μm〜10μm程度、不純物密度約1018〜1021cm-3程度に形成し、第1導電型のドレイン層15を形成する。
(b)次に、第1ベース層2の表面からリン(P)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約5μm〜10μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、バッファ層18を形成する。
(c)次に、バッファ層18の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、例えば、厚さ約1μm〜5μm程度、不純物密度約1015〜1017cm-3程度に形成し、第2ベース層16を形成する。
(d)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層4を、第1ベース層2の表面からボロン(B)などのp型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ベースコンタクト層4の厚さは、図4に示すように、第2ベース層16の厚さと同程度か、第2ベース層16よりも厚く形成する。ベースコンタクト層4の不純物密度は、第2ベース層16の不純物密度よりも高く、例えば、約1016〜1020cm-3程度である。
(e)次に、リソグラフィー工程によって、第2ベース層16の表面上のベースコンタクト層4の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、ソース層12を、第2ベース層16の表面からリン(P),砒素(As)などのn型不純物となる原子をイオン注入若しくは拡散工程によって不純物添加し、形成する。ソース層12の厚さは、図4に示すように、ベースコンタクト層4の厚さよりも十分に薄く形成し、例えば、約0.5μm〜約2μm程度であり、不純物密度は、例えば、約1018〜1021cm-3程度である。
(f)次に、図4に示すように、第1の方向にトレンチ溝をRIEなどのエッチング工程によって形成後、トレンチ溝内のゲート絶縁膜6を熱酸化工程により形成する。トレンチ溝の深さは、ソース層12および第2ベース層16を貫いて第1ベース層2の途中の深さまで達し、例えば、約2μm〜7μm程度である。ゲート絶縁膜6の厚さは、例えば約40nm〜200nm程度である。
(g)次に、トレンチ溝を例えば、ポリシリコンなどで充填し、ゲート電極8を形成する。
(h)次に、第2ベース層16,ベースコンタクト層4及びソース層12の表面上に、層間絶縁膜10を形成し、エッチング工程によって、ゲート絶縁膜6およびゲート電極8上にトレンチ部分を覆うように層間絶縁膜10をパターニングし、配置する。
(i)次に、層間絶縁膜10を介して、半導体装置表面の全面に、ソース電極25を、アルミニウム(Al)などで形成し、同時に、半導体装置裏面の全面に、ドレイン電極21を、アルミニウム(Al)などで形成する。
(特性例)
本発明の第2の実施の形態の変家例に係る半導体装置においても、MOSFETの規格化オン抵抗RDS(on)とn+ソース領域の比率の関係を表す特性例は、図5と同様に表すことができる。
したがって、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、第2ベース層16の表面に形成されたソース層12の面積比率は、約10%以上約70%以下であることを特徴とし、望ましくは、約10%以上約40%以下であることを特徴とする。
また、本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置においては、n領域からなるバッファ層18を、第1ベース層2と第2ベース層16間および第1ベース層2とベースコンタクト層4間に配置したことにより、n(12)p+(4)p(16)n(18)n-(2)p+(15)構造が形成されることによって、ソース層12とドレイン層15間のパンチングスルーを抑制し、この結果、MOSFETのdv/dt耐量をさらに増加させることができ、MOSFETの破壊耐量をさらに向上することができる。
本発明の第2の実施の形態およびその変形例に係る半導体装置によれば、破壊耐量の向上と低損失(低オン抵抗、低飽和電圧)を両立したMOSFETからなる半導体装置およびその製造方法を提供することができる。
[その他の実施の形態]
上記のように、本発明は第1乃至第2の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
本発明の第1乃至第2の実施の形態に係る半導体装置においては、高耐圧化のための構造的工夫については、記載を省略しているが、ガードリング構造、フィールドプレート構造を適用可能であることは、明らかである。
本発明の第1乃至第2の実施の形態に係る半導体装置の製造方法においては、順次拡散工程、或いはイオン注入工程を適用する方法について述べたが、複数枚のウェハを張り合わせるウェハボンディング工程などを適宜適用することも可能である。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態などを含むことは勿論である。したがって、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。
本発明の実施の形態に係る半導体装置は、DC−DCコンバータ、PWMインバータをはじめとする、低電力から大電力の各種AC−AC、AC−DC、DC−DC、DC−AC電力変換装置などに適用可能である。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の模式的斜視図。 本発明の第1の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的斜視図。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の模式的斜視図。 本発明の第2の実施の形態の変形例に係る半導体装置の模式的斜視図。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の規格化オン抵抗RCE(on)とn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の規格化ラッチアップ電流ILとn+エミッタ領域の比率の関係を表す特性例。 従来の半導体装置の模式的斜視図。
符号の説明
2…第1ベース層
4…ベースコンタクト層
6…ゲート絶縁膜
8…ゲート電極
10…層間絶縁膜
12…ソース層
12−1…第1ソース層
12−2…第2ソース層
13…エミッタ層
13−1…第1エミッタ層
13−2…第2エミッタ層
14…コレクタ層
15…ドレイン層
16…第2ベース層
18…バッファ層
20…コレクタ電極
21…ドレイン電極
24…エミッタ電極
25…ソース電極

Claims (10)

  1. 高抵抗で第1導電型の第1ベース層と、
    前記第1ベース層に設けられた第2導電型のコレクタ層と、
    前記第1ベース層の表面に形成された第2導電型の第2ベース層と、
    前記第2ベース層の表面に形成された第1導電型のエミッタ層と、
    第1の方向に延伸し、前記エミッタ層および前記第2ベース層を貫いて前記第1ベース層の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
    前記コレクタ層に設けられたコレクタ電極と、
    前記トレンチを形成する前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
    前記エミッタ層および前記第2ベース層に設けられたエミッタ電極とを備え、
    前記エミッタ層は、前記トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1エミッタ層と、前記第1エミッタ層同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層とからなり、前記第2ベース層の表面に形成された前記エミッタ層の面積比率は、10%以上70%以下であり、
    前記第2導電型の第2ベース層よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層を、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置し、
    前記第2エミッタ層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記第2エミッタ層の下部全域に連続して配置され、
    前記エミッタ電極は、前記層間絶縁膜を介して、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ベースコンタクト層は、前記トレンチに接する部分を有することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記ベースコンタクト層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記第2ベース層の深さよりも深いことを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記エミッタ層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記ベースコンタクト層の深さよりも浅いことを特徴とする請求項1乃至3の内、いずれかに記載の半導体装置。
  5. 高抵抗で第1導電型の第1ベース層と、
    前記第1ベース層に設けられた第1導電型のドレイン層と、
    前記第1ベース層の表面に形成された第2導電型の第2ベース層と、
    前記第2ベース層の表面に形成された第1導電型のソース層と、
    第1の方向に延伸し、前記ソース層および前記第2ベース層を貫いて前記第1ベース層の途中の深さまで達する複数のトレンチ内にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
    前記ドレイン層に設けられたドレイン電極と、
    前記トレンチを形成する前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上に形成された層間絶縁膜と、
    前記ソース層および前記第2ベース層に設けられたソース電極とを備え、
    前記ソース層は、前記トレンチに沿って、第1の方向に配置する第1ソース層と、第1の方向に配置された前記第1ソース層同士を梯子型に接続するように、第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層とからなり、
    前記第2導電型の第2ベース層よりも高不純物密度を有するベースコンタクト層を、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置し、
    前記第2ソース層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記2ソース層の下部全域に連続して配置され、
    前記ソース電極は、前記層間絶縁膜を介して、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されることを特徴とする半導体装置。
  6. 前記ベースコンタクト層は、前記トレンチに接する部分を有することを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
  7. 前記ベースコンタクト層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記第2ベース層の深さよりも深いことを特徴とする請求項5または6に記載の半導体装置。
  8. 前記ソース層の深さは、前記トレンチの深さ方向において前記ベースコンタクト層の深さよりも浅いことを特徴とする請求項5乃至7の内、いずれかに記載の半導体装置。
  9. 第1ベース層となる第1導電型の高抵抗半導体基板を準備する工程と、
    前記第1ベース層の裏面に第2導電型のコレクタ層を形成する工程と、
    前記第1ベース層の表面に第2ベース層を形成する工程と、
    前記第2ベース層の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層を、前記第1ベース層の表面から形成する工程と、
    前記第2ベース層の表面上の前記ベースコンタクト層の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、エミッタ層を、前記第2ベース層の表面から形成する工程と、
    前記第1の方向にトレンチ溝を形成後、当該トレンチ溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記トレンチ溝にゲート電極を形成する工程と、
    前記第2ベース層,前記ベースコンタクト層及び前記エミッタ層の表面上に、層間絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上にトレンチ部分を覆うように前記層間絶縁膜をパターニングする工程と、
    前記層間絶縁膜を介して、半導体装置表面の全面に、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層の表面に形成され、前記エミッタ層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されるエミッタ電極を形成する工程
    とを有し、
    前記エミッタ層は、前記トレンチに沿って、前記第1の方向に配置する第1エミッタ層と、前記第1エミッタ層同士を梯子型に接続するように、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2エミッタ層とからなり、
    前記ベースコンタクト層は、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置され、
    前記第2エミッタ層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記第2エミッタ層の下部全域に連続して配置されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  10. 第1ベース層となる第1導電型の高抵抗半導体基板を準備する工程と、
    前記第1ベース層の裏面に第1導電型のドレイン層を形成する工程と、
    前記第1ベース層の表面に第2ベース層を形成する工程と、
    前記第2ベース層の表面上の所定の位置に、ベースコンタクト層を、前記第1ベース層の表面から形成する工程と、
    前記第2ベース層の表面上の前記ベースコンタクト層の形成位置内およびトレンチ形成予定領域に沿う第1の方向に、ソース層を、前記第2ベース層の表面から形成する工程と、
    前記第1の方向にトレンチ溝を形成後、当該トレンチ溝内にゲート絶縁膜を形成する工程と、
    前記トレンチ溝にゲート電極を形成する工程と、
    前記第2ベース層,前記ベースコンタクト層及び前記ソース層の表面上に、層間絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極上にトレンチ部分を覆うように前記層間絶縁膜をパターニングする工程と、
    前記層間絶縁膜を介して、半導体装置表面の全面に、前記ソース層、前記第2ベース層および前記ベースコンタクト層が導通されるソース電極を形成する工程
    とを有し、
    前記ソース層は、前記トレンチに沿って、前記第1の方向に配置する第1ソース層と、前記第1の方向に配置された前記第1ソース層同士を梯子型に接続するように、前記第1の方向に直交する第2の方向に配置する第2ソース層とからなり、
    前記ベースコンタクト層は、前記第2ベース層を介在して前記第1の方向に離間して配置され、
    前記第2ソース層は、前記ベースコンタクト層と前記第2ベース層とを交互に介在して前記第1の方向に離間して配置されるとともに、前記ベースコンタクト層は、前記2ソース層の下部全域に連続して配置されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5240453B2 (ja) 2008-02-14 2013-07-17 株式会社リコー 画像処理方法、画像処理装置及び画像撮像装置
JP2010232335A (ja) * 2009-03-26 2010-10-14 Sanyo Electric Co Ltd 絶縁ゲートバイポーラトランジスタ
JP2011044508A (ja) * 2009-08-19 2011-03-03 Toshiba Corp 電力用半導体装置
US8735249B2 (en) * 2011-05-25 2014-05-27 Great Power Semiconductor Corp. Trenched power semiconductor device and fabrication method thereof
CN102867848B (zh) * 2011-07-04 2015-04-15 科轩微电子股份有限公司 沟槽式功率半导体元件及其制造方法
KR101275458B1 (ko) * 2011-12-26 2013-06-17 삼성전기주식회사 반도체 소자 및 그 제조 방법
KR101301414B1 (ko) * 2012-07-16 2013-08-28 삼성전기주식회사 반도체 소자 및 반도체 소자 제조 방법
JP2014075483A (ja) * 2012-10-04 2014-04-24 Sanken Electric Co Ltd 半導体装置及び半導体装置の製造方法
CN104347405B (zh) * 2013-08-09 2017-11-14 无锡华润上华科技有限公司 一种绝缘栅双极晶体管的制造方法
US20150118810A1 (en) * 2013-10-24 2015-04-30 Madhur Bobde Buried field ring field effect transistor (buf-fet) integrated with cells implanted with hole supply path
CN104795328B (zh) * 2014-01-16 2017-11-21 北大方正集团有限公司 一种沟槽型vdmos制造方法和一种沟槽型vdmos
JP2022015728A (ja) * 2020-07-09 2022-01-21 株式会社東芝 半導体装置、インバータ回路、駆動装置、車両、及び、昇降機

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3410286B2 (ja) * 1996-04-01 2003-05-26 三菱電機株式会社 絶縁ゲート型半導体装置
JP3523056B2 (ja) * 1998-03-23 2004-04-26 株式会社東芝 半導体装置
JP3905271B2 (ja) * 1999-11-12 2007-04-18 株式会社豊田中央研究所 半導体装置
JP4933024B2 (ja) * 2003-11-26 2012-05-16 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置及びその製造方法
JP2006228906A (ja) * 2005-02-16 2006-08-31 Sanyo Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法

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