JP6241640B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6241640B2
JP6241640B2 JP2013027054A JP2013027054A JP6241640B2 JP 6241640 B2 JP6241640 B2 JP 6241640B2 JP 2013027054 A JP2013027054 A JP 2013027054A JP 2013027054 A JP2013027054 A JP 2013027054A JP 6241640 B2 JP6241640 B2 JP 6241640B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
semiconductor substrate
emitter
groove
base region
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.)
Active
Application number
JP2013027054A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2014157883A (en
Inventor
克行 鳥居
克行 鳥居
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2013027054A priority Critical patent/JP6241640B2/en
Publication of JP2014157883A publication Critical patent/JP2014157883A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6241640B2 publication Critical patent/JP6241640B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

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

Description

本発明は、IGBT構造を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having an IGBT structure.

絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)は、主にモータ駆動回路などにおけるスイッチング素子として使用されている。このようなIGBTの構造として、基板表面にゲート電極が埋設されたトレンチを備えた構造が広く知られている。   Insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are mainly used as switching elements in motor drive circuits and the like. As such an IGBT structure, a structure having a trench in which a gate electrode is embedded on a substrate surface is widely known.

従来のトレンチゲート構造を有するIGBTは、図1に示すように半導体基板1と、エミッタ電極2と、コレクタ電極3と、ゲート電極4と、凹部又は溝から成るトレンチ5の壁面に設けられたゲート絶縁膜6と、層間絶縁膜7とを有している。   As shown in FIG. 1, a conventional IGBT having a trench gate structure includes a semiconductor substrate 1, an emitter electrode 2, a collector electrode 3, a gate electrode 4, and a gate provided on the wall surface of a trench 5 formed of a recess or a groove. An insulating film 6 and an interlayer insulating film 7 are included.

半導体基板1は、P+ 型コレクタ領域8と、N+ 型バッファ領域9と、N- 型ドリフト領域10と、P型ベース領域11と、N型エミッタ領域12とを有する。なお、N- 型ドリフト領域1 0、又はN- 型ドリフト領域10とN+ 型バッファ領域9との組み合せをN型ベース領域と呼ぶこともできる。   Semiconductor substrate 1 has a P + -type collector region 8, an N + -type buffer region 9, an N − -type drift region 10, a P-type base region 11, and an N-type emitter region 12. The N − type drift region 10 or a combination of the N − type drift region 10 and the N + type buffer region 9 can also be called an N type base region.

トレンチ5は半導体基板1の一方の主面13から他方の主面14に向って延びており且つP
型ベース領域11よりも深く形成されている。導電性を有する多結晶シリコン等から成るゲート電極4はゲート絶縁膜6を介してトレンチ5の壁面に対向している。P型ベース領域11はトレンチ5に露出しているので、P型ベース領域11のトレンチ5に沿った部分がチャネル部分となる。
The trench 5 extends from one main surface 13 of the semiconductor substrate 1 toward the other main surface 14 and P
It is formed deeper than the mold base region 11. The gate electrode 4 made of conductive polycrystalline silicon or the like is opposed to the wall surface of the trench 5 through the gate insulating film 6. Since the P-type base region 11 is exposed in the trench 5, a portion along the trench 5 of the P-type base region 11 becomes a channel portion.

半導体基板1の一方の主面13のトレンチ5の相互間にエミッタ領域12の側面とP型ベース領域11とを露出させるための凹部15が形成されている。エミッタ電極2は凹部15を埋めるように配置され、エミッタ領域12及びP型ベース領域11に接続されている。コレクタ電極3は半導体基板1の他方の主面14に配置され、P型コレクタ領域8に接続されている。   A recess 15 for exposing the side surface of the emitter region 12 and the P-type base region 11 is formed between the trenches 5 on one main surface 13 of the semiconductor substrate 1. The emitter electrode 2 is disposed so as to fill the recess 15 and is connected to the emitter region 12 and the P-type base region 11. The collector electrode 3 is disposed on the other main surface 14 of the semiconductor substrate 1 and connected to the P-type collector region 8.

このIGBTのゲート電極4にエミッタ電極2よりも高い電圧を印加すると、P型ベース領域11のトレンチ5に沿う部分にNチャネルが形成され、コレクタ電極3とエミッタ電極2との間に電流が流れる。上述のようなIGBTは例えば次の特許文献1で公知である。   When a voltage higher than that of the emitter electrode 2 is applied to the gate electrode 4 of the IGBT, an N channel is formed in a portion along the trench 5 of the P-type base region 11, and a current flows between the collector electrode 3 and the emitter electrode 2. . The IGBT as described above is known, for example, in the following Patent Document 1.

2009−152364号公報2009-152364

しかしながら、このようなIGBTの特性としては、低オン電圧で、且つ、より破壊耐量を向上させることが望まれるが、この両立を図ることが困難であった。このような問題点に鑑み、本発明は、低オン電圧を維持したまま、更なる破壊耐量の向上を図ることが可能な半導体装置を提供することにある。   However, as the characteristics of such an IGBT, it is desired to improve the breakdown resistance with a low on-voltage, but it has been difficult to achieve both. In view of such problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of further improving the breakdown resistance while maintaining a low on-voltage.

本発明の一態様によれば、一方の主面と他方の主面を有する半導体基板と、前記半導体基板内に形成されたp型のコレクタ領域と、前記半導体基板内において前記コレクタ領域上に配置されたn型のドリフト領域と、前記半導体基板内において前記ドリフト領域上に配置されたp型のベース領域と、前記半導体基板内において前記ベース領域とpn接合を構成する前記ベース領域上に互いに離間して部分的に配置されたn型のエミッタ領域と、前記半導体基板の一方の主面から前記エミッタ領域及び前記ベース領域を貫通する複数の溝と、前記溝の底面及び側面に配置されたゲート酸化膜と、前記ゲート酸化膜を介して前記ベース領域と対向して前記溝の内部に埋め込まれたゲート電極と、を備え、前記ベース領域と前記エミッタ領域の双方が前記半導体基板の一方の主面において前記溝の延伸する側壁面に交互に接しており、前記溝と前記溝との間に前記溝から離間して前記溝の延伸する方向と並行に延伸し、前記半導体基板の一方の主面から前記エミッタ領域を貫通する深さの孔を有し、前記孔が前記溝の延伸方向に複数形成されており、前記孔は、前記溝の延伸方向に平行して形成された対向する一対の第一の側壁部と、上方から見て前記第一の側壁部の間にわたって設けられた一対の第二の側壁部によって構成され、前記第一の側壁部は前記エミッタ領域を含んで形成され、前記第二の側壁部は前記ベース領域によって形成され、
前記半導体基板の一方の主面上に形成されるエミッタ電極が、前記孔の底部及び第二の側壁部において前記ベース領域と接することを特徴とする。
According to one aspect of the present invention, a semiconductor substrate having one main surface and the other main surface, a p-type collector region formed in the semiconductor substrate, and disposed on the collector region in the semiconductor substrate An n-type drift region formed in the semiconductor substrate, a p-type base region disposed on the drift region in the semiconductor substrate, and a base region that forms a pn junction with the base region in the semiconductor substrate. A partially disposed n-type emitter region, a plurality of grooves penetrating the emitter region and the base region from one main surface of the semiconductor substrate, and gates disposed on the bottom and side surfaces of the groove An oxide film, and a gate electrode embedded in the groove so as to face the base region through the gate oxide film, and both the base region and the emitter region The main surface of one side of the semiconductor substrate is alternately in contact with the side wall surface extending the groove, and extends in parallel with the direction in which the groove extends away from the groove between the groove and the groove, A hole having a depth penetrating the emitter region from one main surface of the semiconductor substrate is formed, and a plurality of the holes are formed in the extending direction of the groove , and the holes are parallel to the extending direction of the groove. And a pair of second side walls provided between the first side walls as viewed from above, the first side walls being An emitter region is formed, and the second sidewall is formed by the base region;
An emitter electrode formed on one main surface of the semiconductor substrate is in contact with the base region at a bottom portion and a second side wall portion of the hole.

本発明によれば、低オン電圧を維持したまま、更なる破壊耐量の向上を図ることが可能な半導体装置を提供できる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the semiconductor device which can aim at the further improvement of a destruction tolerance can be provided, maintaining a low on-voltage.

従来のIGBTの断面図である。It is sectional drawing of the conventional IGBT. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な斜視図である。1 is a schematic perspective view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な上面図である。1 is a schematic top view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 図4に示した半導体装置のA−A方向に沿った模式的な断面図である。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view along the AA direction of the semiconductor device shown in FIG. 4. 本発明の第2の実施形態に係る半導体装置の構造を示す模式的な斜視図である。It is a typical perspective view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on the 2nd Embodiment of this invention.

次に、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又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、各領域の厚みの比率等は現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。又、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。   Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic and ratios of thicknesses of the respective regions are different from actual ones. Therefore, specific thicknesses and dimensions should be determined in consideration of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.

この半導体装置(IGBT)には、半導体基板中に形成された溝(トレンチ)中にゲートが形成された構成を具備するトレンチゲート型の素子である。図2において、この半導体基板50においては、コレクタ領域となるp領域(第4の半導体領域)21の上に、バッファ領域となるn領域40、ドリフト領域となるn領域(第1の半導体領域)22と、ベース領域となるp領域(第2の半導体領域)23が順次形成されている。半導体基板50の一方の主面には、当該主面からp領域23(第2の半導体領域)を貫通してn領域(第1の半導体領域)22に達する溝(トレンチ)30が形成されている。溝30は、図2における紙面と垂直方向に延伸して並行に複数形成されている。溝30の内面(側面)にはゲート酸化膜26が一様に形成された上で、ゲート電極27が溝30を埋め込むように形成されている。 This semiconductor device (IGBT) is a trench gate type element having a configuration in which a gate is formed in a groove (trench) formed in a semiconductor substrate. 2, in the semiconductor substrate 50 is on the p + region (fourth semiconductor region) 21 serving as a collector region, n + region 40 serving as a buffer region, a drift region n - region (first A semiconductor region) 22 and a p region (second semiconductor region) 23 serving as a base region are sequentially formed. On one main surface of the semiconductor substrate 50, a groove (trench) 30 is formed which penetrates the p region 23 (second semiconductor region) from the main surface and reaches the n region (first semiconductor region) 22. Has been. A plurality of grooves 30 are formed in parallel to extend in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. A gate oxide film 26 is uniformly formed on the inner surface (side surface) of the groove 30, and a gate electrode 27 is formed so as to fill the groove 30.

半導体基板50の一方の主面においては、溝30の両側に、エミッタ領域となるn領域(第3の半導体領域)24が形成されている。半導体基板50の他方の主面には、コレクタ領域21と電気的に接続してコレクタ電極(裏面電極)29が形成されている。半導体基板50の一方の主面上には、エミッタ電極(共通電極)28が形成されている。ただし、溝30の上部においては層間絶縁膜25がゲート電極27(溝30)を覆うように形成されているため、エミッタ電極(共通電極)28は、層間絶縁膜25の開口部を通じてエミッタ領域24とベース領域23の両方に電気的に接続し、ゲート電極27とは絶縁される。 On one main surface of the semiconductor substrate 50, n + regions (third semiconductor regions) 24 serving as emitter regions are formed on both sides of the groove 30. A collector electrode (back surface electrode) 29 is formed on the other main surface of the semiconductor substrate 50 so as to be electrically connected to the collector region 21. On one main surface of the semiconductor substrate 50, an emitter electrode (common electrode) 28 is formed. However, since the interlayer insulating film 25 is formed so as to cover the gate electrode 27 (groove 30) above the trench 30, the emitter electrode (common electrode) 28 is formed in the emitter region 24 through the opening of the interlayer insulating film 25. Are electrically connected to both the base region 23 and insulated from the gate electrode 27.

この半導体装置においては、溝30毎に、ゲート電極27に印加された電圧によって溝30の側面におけるベース領域23でチャネルが生じ、このチャネルを介して電流を流すことができる。このため、ドリフト領域22とエミッタ領域24の間でnチャネルのMOSFETとして動作する。このMOSFETがオンとされた場合、通常のMOSFETとしての動作に加え、コレクタ領域21からホールが、ドリフト領域側に注入されるため、ドリフト領域における伝導度変調が生じ、IGBTのオン抵抗が特に小さくなる。このため、特に大電流を流すことができる。すなわち、ゲート電極27に印加する電圧によって、エミッタ電極(共通電極)28とコレクタ電極(裏面電極)29との間の電流のオン・オフを制御することができる。 In this semiconductor device, for each groove 30, a channel is generated in the base region 23 on the side surface of the groove 30 by the voltage applied to the gate electrode 27, and current can flow through this channel. Therefore, it operates as an n-channel MOSFET between the drift region 22 and the emitter region 24. When this MOSFET is turned on, in addition to the operation as a normal MOSFET, holes are injected from the collector region 21 to the drift region side, so that conductivity modulation occurs in the drift region, and the on-resistance of the IGBT is particularly small. Become. For this reason, a particularly large current can flow. In other words, the current applied between the emitter electrode (common electrode) 28 and the collector electrode (back electrode) 29 can be controlled by the voltage applied to the gate electrode 27.

隣り合う溝30の間には、エミッタ接続開口部として孔31が示されている。エミッタ電極28と半導体基板50とは、この孔31で直接接する。孔31は、半導体基板50の一方の主面からエミッタ領域24の下面よりも深く、その底部はベース領域23の一部が露出する深さまで掘り下げられている。 Between adjacent grooves 30, a hole 31 is shown as an emitter connection opening. The emitter electrode 28 and the semiconductor substrate 50 are in direct contact with each other through this hole 31. The hole 31 is deeper from one main surface of the semiconductor substrate 50 than the lower surface of the emitter region 24, and its bottom is dug down to a depth at which a part of the base region 23 is exposed.

図2に示した断面図における構成は、図1に示す従来のIGBTと同様な構成であるが、上面斜視からの透視図である図3において、本発明の特徴部分が開示される。図3では、エミッタ電極28を透視した場合の図である。図3では、溝30の延伸する方向に孔31が形成されるが、溝30の延伸する方向において、エミッタ領域24とベース領域23が、溝30の側面と接するように交互に配置され、半導体基板50の一方の主面に形成される。このように、溝30の延伸する方向において、エミッタ領域24の領域を間引いて孔31の側壁部に露出するベース領域23aを形成することで、エミッタ電極28とベース領域の接触面積が増大し、IGBTをオフした時のホールの引き抜き間口が増えることになるため、IGBTをオフした時の残存ホール量が減少する。したがって、IGBTをオフした時の残存ホールによる破壊耐量の向上に寄与することになる。 The configuration in the cross-sectional view shown in FIG. 2 is the same as that of the conventional IGBT shown in FIG. 1, but the characteristic portion of the present invention is disclosed in FIG. 3, which is a perspective view from a top perspective view. In FIG. 3, the emitter electrode 28 is seen through. In FIG. 3, the holes 31 are formed in the direction in which the grooves 30 extend. In the direction in which the grooves 30 extend, the emitter regions 24 and the base regions 23 are alternately arranged so as to be in contact with the side surfaces of the grooves 30. It is formed on one main surface of the substrate 50. Thus, in the direction in which the groove 30 extends, the emitter region 24 is thinned to form the base region 23a exposed on the side wall of the hole 31, thereby increasing the contact area between the emitter electrode 28 and the base region, Since the number of holes extracted when the IGBT is turned off increases, the amount of remaining holes when the IGBT is turned off decreases. Therefore, it contributes to the improvement of the breakdown tolerance due to the remaining holes when the IGBT is turned off.

なお、エミッタ領域24を溝30方向に沿って間引かずに、孔31を深く掘り下げることでもエミッタ電極28と接するベース領域23の面積を増やすことは可能ではあるが、孔31を半導体基板50の表面からあまりに深く掘り下げることは望ましくない。その理由として第一に、孔31にはエミッタ電極28が埋め込まれるが、孔31が深く形成されると、孔31の底部までエミッタ電極28が到達せず、ベース領域23との十分に低いコンタクトがとれず、IGBTをオフした時の残存ホールを良好に引き抜きできないことが考えられるからである。第二に、ベース領域23を不純物の拡散により形成した場合には、半導体基板50の一方の主面側の濃度は濃く、半導体基板50の内部に向かって徐々に薄くなっていく。孔31はベース領域23を形成した後のエッチングにより形成するため、孔31を深く掘り下げるほど、孔31の底部には、不純物濃度の低い部分が露出することになり、不純物濃度の低い箇所では、エミッタ電極28と十分に低いコンタクトをとることができず、IGBTをオフした時の残存ホールを良好に引き抜きできないからである。よって、孔31は、半導体基板50の一方の主面からエミッタ領域24の下面よりも深く、その底部はベース領域23の一部が露出する深さまで掘り下げれば十分である。 Although it is possible to increase the area of the base region 23 in contact with the emitter electrode 28 by digging the hole 31 deeply without thinning the emitter region 24 along the direction of the groove 30, the hole 31 is formed in the semiconductor substrate 50. It is not desirable to dig too deep from the surface. First, the emitter electrode 28 is embedded in the hole 31. However, if the hole 31 is formed deeply, the emitter electrode 28 does not reach the bottom of the hole 31, and the contact with the base region 23 is sufficiently low. This is because it is considered that the remaining holes cannot be extracted well when the IGBT is turned off. Second, when the base region 23 is formed by impurity diffusion, the concentration on one main surface side of the semiconductor substrate 50 is high and gradually decreases toward the inside of the semiconductor substrate 50. Since the hole 31 is formed by etching after the base region 23 is formed, the deeper the hole 31 is, the lower the impurity concentration is exposed at the bottom of the hole 31. This is because a sufficiently low contact with the emitter electrode 28 cannot be obtained, and the remaining holes when the IGBT is turned off cannot be extracted well. Therefore, it is sufficient that the hole 31 is deeper than the lower surface of the emitter region 24 from one main surface of the semiconductor substrate 50 and the bottom thereof is dug down to a depth at which a part of the base region 23 is exposed.

次に、溝30の延伸方向におけるエミッタ領域24を間引く間隔について説明する。図4は、本発明に係るIGBTを上面方向から、エミッタ電極28及び層間絶縁膜25を透視したものである。半導体基板50の一方の主面には、エミッタ領域24とベース領域23aが、溝30の側面と接するように交互に配置されている。また、エミッタ領域24は、上面から見て溝30に対し、溝30及び孔31を挟んで垂直方向に伸びている。
ここで、エミッタ領域24における溝30方向の幅をW1とし、エミッタ領域に挟まれるベース領域23aにおける溝30方向の幅をW2とした場合のW1とW2の比は、W1を1としたときに、W2は0.8〜9.0とすることが好ましく、より好ましくは0.8〜6.0とするとよい。なぜなら、W1に対してW2を0.8より狭くしすぎると、エミッタ領域24に挟まれるベース領域23aが小さくなるため、エミッタ電極28との接触面積も小さくなり、IGBTのオフ時においてホールを引き抜く間口が狭まることになり、破壊耐量の低下につながるからである。
他方で、W1に対してW2を9.0より広くしすぎると、IGBTのオン時において溝30の側面に形成されるチャネル領域における電流経路が減少し、オン電圧が高くなってしまうからである。このメカニズムについて、もう少し詳しく次に述べる
Next, an interval for thinning the emitter region 24 in the extending direction of the groove 30 will be described. FIG. 4 is a perspective view of the IGBT according to the present invention seen through the emitter electrode 28 and the interlayer insulating film 25 from the upper surface direction. On one main surface of the semiconductor substrate 50, the emitter regions 24 and the base regions 23 a are alternately arranged so as to be in contact with the side surfaces of the grooves 30. The emitter region 24 extends in the vertical direction with respect to the groove 30 as viewed from above, with the groove 30 and the hole 31 interposed therebetween.
Here, when the width in the direction of the groove 30 in the emitter region 24 is W1, and the width in the direction of the groove 30 in the base region 23a sandwiched between the emitter regions is W2, the ratio between W1 and W2 is as follows. , W2 is preferably 0.8 to 9.0, and more preferably 0.8 to 6.0. This is because if W2 is made smaller than 0.8 with respect to W1, the base region 23a sandwiched between the emitter regions 24 becomes smaller, so that the contact area with the emitter electrode 28 also becomes smaller, and holes are pulled out when the IGBT is off. This is because the frontage is narrowed, leading to a reduction in fracture resistance.
On the other hand, if W2 is set to be larger than 9.0 with respect to W1, the current path in the channel region formed on the side surface of the groove 30 is reduced when the IGBT is turned on, and the on-voltage is increased. . The mechanism is described in a little more detail below.

図5は、図4におけるA−A方向に沿った断面図である。このIGBTのゲート電極27にエミッタ電極28よりも高い電圧を印加すると、P型ベース領域23の溝30に沿う部分にNチャネル領域60が形成され、コレクタ電極29とエミッタ電極28との間に電流が流れる。ここで、周知のようにエミッタ領域24から電子が供給されるが、図5に示すように、エミッタ領域24の斜め下方向に向かっても広がるように電子が移動する。そのため、エミッタ領域24に挟まれるベース領域23aの下部においても、隣同士のエミッタ領域24からの電子の供給により電流経路となる。これにより、電流経路を確保してオン電圧を低く維持できる一方で、エミッタ領域を間引くことで形成されるベース領域23aにより、IGBTオフ時におけるホールの引き抜きの間口が広がるため、破壊耐量を向上させることができる。   FIG. 5 is a cross-sectional view along the direction AA in FIG. When a voltage higher than that of the emitter electrode 28 is applied to the gate electrode 27 of the IGBT, an N channel region 60 is formed in a portion along the groove 30 of the P-type base region 23, and a current flows between the collector electrode 29 and the emitter electrode 28. Flows. Here, as is well known, electrons are supplied from the emitter region 24, but as shown in FIG. 5, the electrons move so as to spread in an obliquely downward direction of the emitter region 24. Therefore, even in the lower part of the base region 23 a sandwiched between the emitter regions 24, a current path is formed by supplying electrons from the adjacent emitter regions 24. As a result, the current path can be secured and the on-voltage can be kept low, while the base region 23a formed by thinning the emitter region widens the hole extraction hole when the IGBT is off, thereby improving the breakdown resistance. be able to.

しかし、複数のエミッタ領域24に挟まれるベース領域23aの幅(W2)を広くしすぎた場合、エミッタ領域に挟まれるベース領域23aの下部には、電流経路が形成されない領域が生じてしまう。隣同士のエミッタ領域24から斜め下方向に向かって広がるように電子が移動しても、ベース領域23aの幅(W2)が広い場合は、ベース領域23aの下部に形成されているチャネル領域60の全体にわたって電子が広がりきらず、その部分には電流経路が確保されないからである。このため、オン電圧が上昇するという不都合が生じることになる。よって、W1の幅を1としたときに、W2の幅は0.8〜9.0とすることが好ましく、より好ましくはW2の幅を0.8〜6.0とするとよい。これにより、オン電圧を低く維持しつつ、且つ破壊耐量が向上したIGBTが実現できる。   However, if the width (W2) of the base region 23a sandwiched between the plurality of emitter regions 24 is made too wide, a region where no current path is formed is formed below the base region 23a sandwiched between the emitter regions. If the base region 23a has a large width (W2) even if electrons move so as to spread obliquely downward from the adjacent emitter regions 24, the channel region 60 formed below the base region 23a This is because electrons are not spread all over and a current path is not secured in that portion. For this reason, there arises a disadvantage that the on-voltage increases. Therefore, when the width of W1 is 1, the width of W2 is preferably 0.8 to 9.0, and more preferably the width of W2 is 0.8 to 6.0. Thereby, it is possible to realize an IGBT having an improved breakdown resistance while maintaining the on-voltage low.

図6は、この発明の第2の実施例を示したものである。第2の実施例に係るIGBTは、第1の実施例に係るものと比較して、孔31の形状が異なるのみである。第1の実施例に係るIGBTでは、溝30と溝30間には、溝30から離間して1つの孔31が形成されており、孔31の側壁にはエミッタ領域24とベース領域23aが同一面上に交互に配置されている。これに対し、図6に示す第2の実施例に係るIGBTでは、溝30と溝30間には、溝30から離間して孔31が溝30の延伸方向に複数形成されており、孔31は、対向する一対の第一の側壁部70と、上方から見て第一の側壁部70の間にわたって設けられた一対の第二の側壁部80によって構成され、第一の側壁部70はエミッタ領域24と、その両側のベース領域23aの一部を有し、第二の側壁部80はベース領域23によって形成されている。ただし、第一の側壁部70はエミッタ領域24を含んでいればよく、必ずしもその両側にベース領域23aの一部を有していなくてもよい。   FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention. The IGBT according to the second embodiment is different from that according to the first embodiment only in the shape of the hole 31. In the IGBT according to the first embodiment, one hole 31 is formed between the groove 30 and the groove 30 so as to be separated from the groove 30, and the emitter region 24 and the base region 23 a are the same on the side wall of the hole 31. Alternatingly arranged on the surface. On the other hand, in the IGBT according to the second embodiment shown in FIG. 6, a plurality of holes 31 are formed between the groove 30 and the groove 30 so as to be separated from the groove 30 in the extending direction of the groove 30. Is constituted by a pair of first side wall portions 70 opposed to each other and a pair of second side wall portions 80 provided between the first side wall portions 70 as viewed from above. The first side wall portion 70 is an emitter. The region 24 has a part of the base region 23 a on both sides thereof, and the second side wall 80 is formed by the base region 23. However, the first side wall portion 70 only needs to include the emitter region 24, and does not necessarily have to have part of the base region 23 a on both sides thereof.

言いかえると、第2の実施例においては、孔31はエミッタ領域24と同様に、溝30の延伸方向に間引かれて形成されている。実施例1のIGBTと比較して、孔31が形成される領域を減少させ、半導体基板50の一方の主面におけるベース領域23の面積を大きくさせた構造である。これにより、半導体基板50の一方の主面においては、上述した通り、孔31の底部よりも不純物濃度が高いため、エミッタ電極28と接続する際に、エミッタ電極28との十分なオーミック性を確保でき、良好なコンタクトをとることができ、
。このため、側壁にはエミッ側壁にはエミッタ領域24が露出れる。より信頼性を高めることができる。
さらに、孔31の第二の側壁部にはベース領域が露出しているため、エミッタ電極28と接するベース領域を十分に確保でき、第1の実施例に係るIGBTと比較しても破壊耐量が低下することもない。
すなわち、第2の実施例に係るIGBTは、第1の実施例に係るIGBTと同様に低オン電圧を維持したまま破壊耐量を向上させることができ、第1の実施例に係るIGBTよりもさらに信頼性を向上させたものである。
In other words, in the second embodiment, the hole 31 is formed by being thinned out in the extending direction of the groove 30, similarly to the emitter region 24. Compared with the IGBT of the first embodiment, the region where the holes 31 are formed is reduced, and the area of the base region 23 on one main surface of the semiconductor substrate 50 is increased. Thereby, since the impurity concentration is higher on the one main surface of the semiconductor substrate 50 than the bottom of the hole 31 as described above, sufficient ohmic property with the emitter electrode 28 is ensured when connecting to the emitter electrode 28. Can make good contact,
. Therefore, the emitter region 24 is exposed on the side wall of the emitter. More reliability can be improved.
Further, since the base region is exposed at the second side wall portion of the hole 31, a sufficient base region in contact with the emitter electrode 28 can be secured, and the breakdown resistance is higher than that of the IGBT according to the first embodiment. There is no decline.
That is, the IGBT according to the second embodiment can improve the breakdown withstand while maintaining the low on-voltage, similarly to the IGBT according to the first embodiment, and is further improved than the IGBT according to the first embodiment. Reliability is improved.

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形態等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。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.

21・・・コレクタ領域
22・・・ドリフト領域
23,23a・・・ベース領域
24・・・エミッタ領域
25・・・層間絶縁膜
26・・・ゲート酸化膜
27・・・ゲート電極
28・・・エミッタ電極
29・・・コレクタ電極
30・・・溝
31・・・孔
40・・・バッファ領域
50・・・半導体基板
60・・・チャネル領域
70・・・第一の側壁部
80・・・第二の側壁部
21 ... Collector region 22 ... Drift region 23, 23a ... Base region 24 ... Emitter region 25 ... Interlayer insulating film 26 ... Gate oxide film 27 ... Gate electrode 28 ... Emitter electrode 29 ... Collector electrode 30 ... Groove 31 ... Hole 40 ... Buffer region 50 ... Semiconductor substrate 60 ... Channel region 70 ... First side wall 80 ... First Second side wall

Claims (2)

一方の主面と他方の主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板内に形成されたp型のコレクタ領域と、
前記半導体基板内において前記コレクタ領域上に配置されたn型のドリフト領域と、
前記半導体基板内において前記ドリフト領域上に配置されたp型のベース領域と、
前記半導体基板内において前記ベース領域とpn接合を構成する前記ベース領域上に互いに離間して部分的に配置されたn型のエミッタ領域と、
前記半導体基板の一方の主面から前記エミッタ領域及び前記ベース領域を貫通する複数の溝と、
前記溝の底面及び側面に配置されたゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜を介して前記ベース領域と対向して前記溝の内部に埋め込まれたゲート電極と、
を備え、
前記ベース領域と前記エミッタ領域の双方が前記半導体基板の一方の主面において前記溝の延伸する側壁面に交互に接しており、前記溝と前記溝との間に前記溝から離間して前記溝の延伸する方向と並行に延伸し、前記半導体基板の一方の主面から前記エミッタ領域を貫通する深さの孔を有し、
前記孔が前記溝の延伸方向に複数形成されており、
前記孔は、
前記溝の延伸方向に平行して形成された対向する一対の第一の側壁部と、
上方から見て前記第一の側壁部の間にわたって設けられた一対の第二の側壁部によって構成され、
前記第一の側壁部は前記エミッタ領域を含んで形成され、
前記第二の側壁部は前記ベース領域によって形成され、
前記半導体基板の一方の主面上に形成されるエミッタ電極が、前記孔の底部及び前記第二の側壁部において、前記ベース領域と接することを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having one main surface and the other main surface;
A p-type collector region formed in the semiconductor substrate;
An n-type drift region disposed on the collector region in the semiconductor substrate;
A p-type base region disposed on the drift region in the semiconductor substrate;
N-type emitter regions that are partially spaced apart from each other on the base region constituting the pn junction with the base region in the semiconductor substrate;
A plurality of grooves penetrating the emitter region and the base region from one main surface of the semiconductor substrate;
A gate oxide film disposed on the bottom and side surfaces of the trench;
A gate electrode embedded in the trench facing the base region through the gate oxide film;
With
Both the base region and the emitter region are alternately in contact with the side wall surface extending the groove on one main surface of the semiconductor substrate, and are spaced from the groove between the groove and the groove. Extending in parallel with the extending direction, and having a hole having a depth penetrating the emitter region from one main surface of the semiconductor substrate,
A plurality of the holes are formed in the extending direction of the groove,
The hole is
A pair of opposed first side walls formed in parallel with the extending direction of the groove ;
It is constituted by a pair of second side walls provided between the first side walls when viewed from above,
The first sidewall is formed including the emitter region;
The second side wall is formed by the base region;
A semiconductor device, wherein an emitter electrode formed on one main surface of the semiconductor substrate is in contact with the base region at a bottom of the hole and the second side wall.
前記溝の延伸方向における、前記エミッタ領域の幅に対する前記ベース領域の幅の比率が0.8〜9.0であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a ratio of the width of the base region to the width of the emitter region in the extending direction of the groove is 0.8 to 9.0.
JP2013027054A 2013-02-14 2013-02-14 Semiconductor device Active JP6241640B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013027054A JP6241640B2 (en) 2013-02-14 2013-02-14 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013027054A JP6241640B2 (en) 2013-02-14 2013-02-14 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2014157883A JP2014157883A (en) 2014-08-28
JP6241640B2 true JP6241640B2 (en) 2017-12-06

Family

ID=51578599

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013027054A Active JP6241640B2 (en) 2013-02-14 2013-02-14 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6241640B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2018105749A1 (en) * 2016-12-09 2018-06-14 国立大学法人九州工業大学 Insulated gate bipolar transistor device, method for producing semiconductor device, and method for producing insulated gate bipolar transistor device
CN113690296A (en) * 2020-05-19 2021-11-23 无锡华润上华科技有限公司 Trench gate IGBT device and preparation method thereof
CN114937690B (en) * 2022-06-06 2023-04-28 电子科技大学 Planar silicon carbide insulated gate bipolar transistor and manufacturing method thereof

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000106434A (en) * 1998-09-29 2000-04-11 Toshiba Corp High-breakdown voltage semiconductor device
JP5604892B2 (en) * 2010-02-10 2014-10-15 トヨタ自動車株式会社 Insulated gate bipolar transistor
JP5762689B2 (en) * 2010-02-26 2015-08-12 株式会社東芝 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2014157883A (en) 2014-08-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6418340B2 (en) Method of manufacturing reverse conducting insulated gate bipolar transistor and reverse conducting insulated gate bipolar transistor
CN109964317B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP6369173B2 (en) Vertical semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5636808B2 (en) Semiconductor device
JP4967236B2 (en) Semiconductor element
WO2017155122A1 (en) Semiconductor device
JP2022071220A (en) Semiconductor device
JP5537359B2 (en) Semiconductor device
JP5672766B2 (en) Semiconductor device
JP5480084B2 (en) Semiconductor device
JP7143575B2 (en) semiconductor equipment
JP2005340626A (en) Semiconductor device
WO2007069571A1 (en) Trench structure semiconductor device
JP2004134597A (en) Semiconductor element
JP5687582B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009188290A (en) Power semiconductor device
JP5652409B2 (en) Semiconductor element
JP6241640B2 (en) Semiconductor device
JP2011055017A (en) Semiconductor device
JP5145665B2 (en) Insulated gate bipolar transistor
JP2014154739A (en) Semiconductor device
JP2008027945A (en) Trench-type insulated gate bipolar transistor
JP6154083B1 (en) Power semiconductor device and method of manufacturing power semiconductor device
CN108305893B (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP7181341B2 (en) Power semiconductor element and power semiconductor chip

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20151207

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20161118

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20161117

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161215

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20170515

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170531

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: 20171012

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20171025

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6241640

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250