JP5908524B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
(実施の形態1)
図1は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を示す概略断面図である。図1を参照して、本実施の形態の半導体装置は、たとえば600〜6500Vの耐圧を有する半導体装置を想定すると、50〜800μmの厚みt1を有する半導体基板に形成されたトレンチ型IGBTである。半導体基板は互いに対向する第1主面(上面)および第2主面(下面)を有している。n-ドリフト層(ドリフト拡散層)1は、たとえば600〜6500Vの耐圧を有する半導体装置を想定すると、1×1012〜1×1015cm-3の濃度を有している。この半導体基板の第1主面側に、たとえば濃度が約1×1015〜1×1018cm-3で第1主面からの拡散深さが約1.0〜4.0μmのp型半導体よりなるp型ボディ領域2が形成されている。p型ボディ領域2(ボディ拡散層)内の第1主面には、たとえば濃度が1×1018〜1×1020cm-3で、第1主面からの拡散深さが約0.3〜2.0μmのn型半導体よりなるn型エミッタ領域3が形成されている。このn型エミッタ領域3(第2エミッタ拡散層)と隣り合うように第1主面には、p型ボディ領域2への低抵抗コンタクトをとるためのp+不純物拡散領域6(第1エミッタ拡散層)が、たとえば1×1018〜1×1020cm-3程度の濃度で、第1主面からの拡散深さがn型エミッタ領域3の深さ以下で形成されている。
図2〜図11は、本発明の実施の形態1における半導体装置の製造方法を工程順に示す概略断面図である。まず図2を参照して、n-ドリフト層1を含む半導体基板の第1主面に、たとえばピーク濃度が1×1015〜1×1018cm-3、第1主面からの拡散深さが1.0〜4.0μmのp型ボディ領域2が形成される。次に、第1主面上に、マスク層31が形成される。
図18は、図1のXVIII−XVIII線に沿った濃度分布である。図19は、図1のXIX−XIX線に沿った濃度分布である。なお、図18には、従来におけるp型不純物またはn型不純物の濃度分布もあわせて示されている。
c.所望の耐圧を有する、または398K以上においてIGBTが熱暴走しないこと。
活性化率:{(SR(spreading-resistance)測定などの方法で算出される抵抗値より得られる不純物濃度(cm-3))/(SIMS(Secondary Ionization Mass Spectrometer)を用いて測定される不純物濃度(cm-3))}×100 ・・・(1)
上記コレクタ構造を用いることで、正常なIGBTの動作を保障することができ、高い耐圧を保持することができ、IGBTの熱暴走を抑制することができる。また、デバイス特性を改善する際にN-ドリフト層を薄厚化した上で、VCE(sat)−EOFFのトレードオフ特性の自由度(制御性)を得ることができる。
IGBTの重要なデバイス特性であるVCE(sat)−Eoff特性を改善するためには、n-ドリフト層1の薄膜化を行なうことが有効である。しかし、図11に示すように半導体基板の第2主面を研磨する場合には、研磨面の表面粗さが、IGBTの種々の特性に影響を与えることを本願発明者は見出した。
本実施の形態においては、実施の形態1〜3の構成により得られる効果と同様の効果の得られるMOSトランジスタの構成を示す。
図43〜図78は、実施の形態4と同じ効果が得られるMOSトランジスタ構造の各種の派生構造を示す概略断面図である。図43〜図78に示すどの構造でも、実施の形態4に示すMOSトランジスタ構造による効果を得ることができる。
図43に示す構成は、2つのMOSトランジスタ部に挟まれる領域にエミッタ電位となる1つのエミッタトレンチが設けられている点およびゲート用溝1aの一方側面にのみn型エミッタ領域3が形成されている点において図40に示す構造Eの構成と異なる。
本実施の形態においては、図75〜図78に示す平面ゲート型IGBTの他の構成について説明する。図79〜図83は、本発明の実施の形態6における平面ゲート型IGBTの各種の構成を示す概略断面図である。
図87は、本発明の実施の形態7における半導体装置のレイアウトを示す平面図である。図88は、図87のLXXXVIII−LXVIII線に沿った断面図であり、図89は、図87のLXXXIX−LXXXIX線に沿った断面図である。図90は、図88のXC−XC線に沿った不純物濃度分布である。なお、図87において斜線で示す部分は、p型不純物拡散領域41が形成されている領域である。また、図87においては、1つのゲート電極配線11aに沿って形成されたゲート用溝1a(図中点線)のみを示しているが、実際には、それぞれのゲート電極配線11aに沿って複数のゲート用溝1a(あるいはエミッタ用溝1b)が形成されている。図87〜図90を参照して、本実施の形態におけるIGBTの構成について説明する。
図100は、本発明の実施の形態8におけるゲートパッドの平面レイアウトを模式的に示す図である。図100を参照して、本実施の形態においては、ゲート電極配線11a(図87)の電流経路の一部が、局所的に高い抵抗を有する抵抗体28aによって形成されている。図100では、配線(表面ゲート配線)とゲート電極配線11aとを電気的に接続するためのゲートパッド28の一部が抵抗体28aによって形成されている。抵抗体28aの各々は、ゲートパッド28の中央部に設けられた開口部において、互いに対向するように突き出ている。抵抗体28aはたとえば図1または図75に示すゲート電極5aと同一の構造を有していてもよい。
IGBTにおけるVCE(sat)−EOFF特性を向上するためには、n-ドリフト層1の厚みを薄くすることが効果的であるが、n-ドリフト層1の厚みを薄くすると、高耐圧を実現することが難しくなる。そこで本願発明者は、p型ボディ領域2とn型不純物拡散領域14との接合面の電界強度EP/CS(n型不純物拡散領域14が形成されていない場合にはp型ボディ領域2とn-ドリフト層1との接合面の電界強度EP/N-)と、n型バッファ領域7とn-ドリフト層1との接合面の電界強度EN/N-との関係に着目することで、IGBTの耐圧を向上できることを見出した。
Claims (1)
- 互いに対向する第1主面および第2主面を有する半導体基板と、
前記第1主面側に形成されたゲート電極(5a)と、前記第1主面側に形成された第1電極(11)と、前記第2主面に接触して形成された第2電極(12)とを有する素子とを備え、
前記素子は、前記ゲート電極に加えられる電圧によりチャネルに電界を発生させ、かつ前記チャネルの電界によって前記第1電極と前記第2電極との間の電流を制御し、
前記チャネルとなる第1導電型のボディ拡散層(2)と、
前記ボディ拡散層内に形成され、前記第1電極に接触する第2導電型のエミッタ拡散層(3)と、
前記第2主表面に形成され、第2導電型のドリフト拡散層(1)と第1導電型のコレクタ拡散層(8)とを含み、前記第2電極に電気的に接続されるコレクタ領域と、
前記ボディ拡散層と前記ドリフト拡散層との間に形成された第2導電型の埋込拡散層(14)と
を備え、
前記半導体基板の前記第1主面にはゲート用溝(1a)が形成されており、前記ゲート用溝(1a)内には前記ゲート電極(5a)が埋め込まれており、
前記半導体基板の前記第1主面には複数の溝(1a、1b)が形成されており、かつ前記複数の溝の各々は平面的に見て一の方向に配列しており、かつ前記ゲート用溝(1a)は前記複数の溝のうち少なくとも1つであり、
前記複数の溝の各々に隣接して前記第1の主面に形成され、かつ平面的に見て前記一の方向に延在し、かつ前記複数の溝の各々よりも深く形成された第1導電型のウェル層(41)をさらに備え、
前記半導体基板の厚さは50〜800μmであり、
前記ボディ拡散層の不純物濃度は1×1015cm−3〜1×1018cm−3、前記ボディ拡散層の前記第1主表面からの拡散深さは1.0μm〜4.0μmであり、
前記エミッタ拡散層の不純物濃度は1×1018cm−3〜1×1020cm−3、前記エミッタ拡散層の前記第1主表面からの拡散深さは0.3μm〜2.0μmであり、
前記ドリフト拡散層の不純物濃度は1×1012cm−3〜1×1015cm−3 であり、
前記埋込拡散層の不純物濃度は、前記ドリフト拡散層の不純物濃度よりも高い不純物濃度であり、
前記ゲート用溝の深さは3μm〜10μmであり、
前記溝は、前記埋込拡散層における不純物濃度が1×1016cm−3となる位置よりも前記第2主表面側に突出しており、
前記ゲート用溝の底面から前記ウェル層の底部までの深さ(DT,Pwell)は、0よりも
大きく1.0μm以下である、半導体装置。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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