JP6257554B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置に関し、特に、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有する半導体素子を備えた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including a semiconductor element having a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode.
半導体装置として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor)などの電力用の半導体チップがある。これらの半導体チップにおけるゲートの構造としては、主に、平面ゲート構造とトレンチゲート構造とがある。 Semiconductor devices include power semiconductor chips such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and power MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistors). As a gate structure in these semiconductor chips, there are mainly a planar gate structure and a trench gate structure.
トレンチゲート構造におけるゲート材料としては、従来、たとえば多結晶シリコンが用いられていた。近年、トレンチゲートの比抵抗を低くするために高融点金属を用いる方法が提案されている。たとえば、特開2001−44435号公報によれば、トレンチゲート構造におけるトレンチに、バッファ層である多結晶シリコン層と、高融点金属とが形成される。 Conventionally, for example, polycrystalline silicon has been used as a gate material in the trench gate structure. In recent years, a method using a refractory metal has been proposed to reduce the specific resistance of a trench gate. For example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2001-44435, a polycrystalline silicon layer as a buffer layer and a refractory metal are formed in a trench in a trench gate structure.
またゲートに対してゲート抵抗と呼ばれる抵抗素子が接続されることがある。従来、ゲート抵抗は半導体チップに外付けされていたが、近年、ゲート抵抗を半導体チップに内蔵することが提案されている。 In addition, a resistance element called a gate resistance may be connected to the gate. Conventionally, the gate resistor has been externally attached to the semiconductor chip, but recently, it has been proposed to incorporate the gate resistor in the semiconductor chip.
たとえば、特開2002−83964号公報によれば、半導体チップに内蔵されたゲート抵抗(内蔵ゲート抵抗)が提案されている。この公報によれば、多結晶シリコンなどからなる内蔵ゲート抵抗により半導体素子の並列接続時におけるスイッチング動作が安定化される。 For example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2002-83964, a gate resistor (built-in gate resistor) built in a semiconductor chip is proposed. According to this publication, the switching operation when semiconductor elements are connected in parallel is stabilized by a built-in gate resistance made of polycrystalline silicon or the like.
また、たとえば、特開2003−197914号公報によれば、ゲート外部接続電極の露出部であるゲートパッドの下に層間絶縁膜を介して多結晶シリコンなどからなる内蔵ゲート抵抗を設ける構成の半導体装置が提案されている。この公報によれば、この構成により、半導体基板の活性領域の面積が減らされることなく、大きな面積の内蔵ゲート抵抗を有し、過渡的なパルス電流の電流密度が抑えられた半導体装置が得られる。 Further, for example, according to Japanese Patent Laid-Open No. 2003-197914, a semiconductor device having a structure in which a built-in gate resistor made of polycrystalline silicon or the like is provided under a gate pad that is an exposed portion of a gate external connection electrode via an interlayer insulating film. Has been proposed. According to this publication, with this configuration, a semiconductor device having a large area of built-in gate resistance and suppressing a transient pulse current density can be obtained without reducing the area of the active region of the semiconductor substrate. .
上記のゲート抵抗が外付けされた半導体装置は部品点数が多くなるという問題があった。またゲート抵抗と半導体チップとの接続部分が外部ノイズによる電位変化を受けやすく、この電位変化はゲート抵抗を介さずに半導体チップ内のゲートに直接影響する。このため、半導体装置の誤作動や発振が生じやすいという問題があった。 The semiconductor device to which the gate resistor is externally attached has a problem that the number of parts increases. Further, the connection portion between the gate resistor and the semiconductor chip is susceptible to potential change due to external noise, and this potential change directly affects the gate in the semiconductor chip without going through the gate resistor. For this reason, there has been a problem that malfunction and oscillation of the semiconductor device are likely to occur.
また、たとえばIGBTの数百から数万個のゲートに電流が供給される場合のようにゲート抵抗に大電流が流される場合、信頼性の確保のためにゲート抵抗における電流経路の断面積を大きくする必要がある。上記の特開2002−83964号公報の半導体装置では、内蔵ゲート抵抗の幅寸法または厚み寸法が大きくされる必要がある。しかし厚み寸法が大きくされると、内蔵ゲート抵抗となる膜の成膜に要する時間が長くなる問題と、この成膜後の加工が困難となるという問題とがある。また幅寸法が大きくされると、内蔵ゲート抵抗の面積が大きくなり、半導体チップの面積が大きくなるという問題がある。 In addition, when a large current flows through the gate resistance, for example, when a current is supplied to hundreds to tens of thousands of gates of the IGBT, the cross-sectional area of the current path in the gate resistance is increased to ensure reliability. There is a need to. In the semiconductor device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-83964, the width dimension or thickness dimension of the built-in gate resistor needs to be increased. However, when the thickness dimension is increased, there are a problem that a time required for forming a film serving as a built-in gate resistance becomes long and a process after the film formation becomes difficult. Further, when the width dimension is increased, there is a problem that the area of the built-in gate resistor increases and the area of the semiconductor chip increases.
また上記の特開2003−197914号公報の内蔵ゲート抵抗では、ゲートパッドと内蔵ゲート抵抗とが重なって形成されるため半導体チップの面積低減に効果はあるが、その低減効果はゲートパッド面積以下であるという問題がある。 The built-in gate resistor disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-197914 is effective in reducing the area of the semiconductor chip because the gate pad and the built-in gate resistor overlap with each other. However, the reduction effect is less than the gate pad area. There is a problem that there is.
それゆえ本発明の一の目的は、大電流を高い信頼性で流すことができる平面積の小さい抵抗素子を有する半導体装置を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device having a resistance element with a small plane area that can flow a large current with high reliability.
また本発明の他の目的は、抵抗値が制御されることができる抵抗素子を有する半導体装置を提供することである。 Another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a resistance element whose resistance value can be controlled.
また本発明のさらに他の目的は、複数のゲート電極を有し、各ゲート電極への電位信号の伝達の遅延差が抑制された半導体装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a plurality of gate electrodes and suppressing a delay difference in transmission of a potential signal to each gate electrode.
また本発明のさらに他の目的は、シャント抵抗を有する、より小型の半導体装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a smaller semiconductor device having a shunt resistor.
また本発明のさらに他の目的は、寄生抵抗の小さい配線を有する半導体装置を提供することである。 Still another object of the present invention is to provide a semiconductor device having a wiring with a small parasitic resistance.
本発明の半導体装置は、半導体基板と、絶縁膜と、半導体素子と、抵抗素子とを有している。半導体基板は第1の溝部を有している。絶縁膜は第1の溝部の内面を被覆している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。抵抗素子は、電極を流れる電流に対する抵抗となるように電極と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して第1の溝部の中に設けられている。 The semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate, an insulating film, a semiconductor element, and a resistance element. The semiconductor substrate has a first groove. The insulating film covers the inner surface of the first groove. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The resistance element is electrically connected to the electrode so as to have a resistance to the current flowing through the electrode, and is provided in the first groove portion via the insulating film.
また半導体装置は、以下の特徴を有するものであってもよい。
一の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、絶縁膜と、半導体素子と、抵抗素子とを有している。絶縁膜は半導体基板の少なくとも一部を被覆している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。抵抗素子は、電極を流れる電流に対する抵抗となるように電極と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して半導体基板上に設けられている。抵抗素子が半導体領域を含んでおり、半導体基板と抵抗素子との間の電位差により半導体領域に空乏層が生じる。
The semiconductor device may have the following characteristics.
A semiconductor device according to one aspect includes a semiconductor substrate, an insulating film, a semiconductor element, and a resistance element. The insulating film covers at least a part of the semiconductor substrate. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The resistance element is electrically connected to the electrode so as to be a resistance to a current flowing through the electrode, and is provided on the semiconductor substrate via an insulating film. The resistance element includes a semiconductor region, and a depletion layer is generated in the semiconductor region due to a potential difference between the semiconductor substrate and the resistance element.
他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、絶縁膜と、少なくとも1つの抵抗素子とを有している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、チャネル領域を制御するためのゲート電極とを有している。絶縁膜は半導体基板上に設けられている。抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、ゲート電極を流れる電流に対する抵抗となるようにゲート電極と電気的に接続され、pn接合を有している。 A semiconductor device according to another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, an insulating film, and at least one resistance element. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and a gate electrode for controlling the channel region. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The resistance element is provided on the insulating film, is electrically connected to the gate electrode so as to have resistance to a current flowing through the gate electrode, and has a pn junction.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、絶縁膜と、抵抗素子とを有している。半導体基板は第1の溝部を有している。 A semiconductor device according to another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, an insulating film, and a resistance element. The semiconductor substrate has a first groove.
半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。絶縁膜は半導体基板上に設けられている。抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、ソースとドレインとの間が電極を流れる電流に対する抵抗となるように電極と電気的に接続された接合型電界効果トランジスタを含んでいる。 The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The resistance element includes a junction field effect transistor that is provided on the insulating film and is electrically connected to the electrode such that a resistance between the source and the drain is a resistance to a current flowing through the electrode.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、絶縁膜と、抵抗素子とを有している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。絶縁膜は半導体基板上に設けられている。抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、ソースとドレインとの間が電極を流れる電流に対する抵抗となるように電極と電気的に接続されたMIS型電界効果トランジスタを含んでいる。 A semiconductor device according to another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, an insulating film, and a resistance element. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The resistance element includes a MIS field effect transistor that is provided on the insulating film and is electrically connected to the electrode so that the resistance between the source and the drain is a resistance against the current flowing through the electrode.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、絶縁膜と、抵抗素子とを有している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。絶縁膜は半導体基板上に設けられている。抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、電極を流れる電流に対する抵抗となるように電極と電気的に接続され、ダイオードとオーミック抵抗とを並列に有する少なくとも1つの領域を含んでいる。 A semiconductor device according to another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, an insulating film, and a resistance element. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The resistance element is provided on the insulating film, and is electrically connected to the electrode so as to be a resistance to a current flowing through the electrode, and includes at least one region having a diode and an ohmic resistance in parallel.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、ゲートパッドと、ゲート配線と、複数の抵抗素子とを有している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、チャネル領域を制御するための複数のゲート電極とを有している。ゲートパッドは複数のゲート電極と電気的に接続されている。ゲート配線は、複数のゲート電極の少なくとも1つと、ゲートパッドとを電気的に接続している。抵抗素子はゲート配線の途中に設けられている。ゲートパッドに比較的遠いゲート電極に接続された抵抗素子の抵抗値に比して、ゲートパッドに比較的近いゲート電極に接続された抵抗素子の抵抗値は大きい。 A semiconductor device according to still another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, a gate pad, a gate wiring, and a plurality of resistance elements. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and a plurality of gate electrodes for controlling the channel region. The gate pad is electrically connected to the plurality of gate electrodes. The gate wiring electrically connects at least one of the plurality of gate electrodes and the gate pad. The resistance element is provided in the middle of the gate wiring. The resistance value of the resistance element connected to the gate electrode relatively close to the gate pad is larger than the resistance value of the resistance element connected to the gate electrode relatively far from the gate pad.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、絶縁膜と、第1および第2の抵抗素子とを有している。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、第1および第2のエミッタ電極と、ゲート電極とを有している。絶縁膜は半導体基板上に設けられている。第1の抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、第1および第2のエミッタ電極を互いに電気的に接続している。第2の抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、第1のエミッタ電極とゲート電極とを第2のエミッタ電極の電位に対応した電気抵抗を伴って電気的に接続している。 A semiconductor device according to still another aspect includes a semiconductor substrate, an insulated gate bipolar transistor, an insulating film, and first and second resistance elements. The insulated gate bipolar transistor has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate, first and second emitter electrodes, and a gate electrode. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The first resistance element is provided on the insulating film and electrically connects the first and second emitter electrodes to each other. The second resistance element is provided on the insulating film, and electrically connects the first emitter electrode and the gate electrode with an electrical resistance corresponding to the potential of the second emitter electrode.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタと、絶縁膜と、第1および第2の抵抗素子とを有している。絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、第1および第2のエミッタ電極と、ゲート電極とを有している。絶縁膜は、半導体基板上に設けられている。第1の抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、第1および第2のエミッタ電極を互いに電気的に接続している。第2の抵抗素子は、絶縁膜上に設けられ、第2のエミッタ電極の電位に対応した電気抵抗を有し、ゲート電極を流れる電流に対する抵抗となるようにゲート電極と電気的に接続されている。 A semiconductor device according to still another aspect includes a semiconductor substrate, an insulated gate bipolar transistor, an insulating film, and first and second resistance elements. The insulated gate bipolar transistor has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate, first and second emitter electrodes, and a gate electrode. The insulating film is provided on the semiconductor substrate. The first resistance element is provided on the insulating film and electrically connects the first and second emitter electrodes to each other. The second resistance element is provided on the insulating film, has an electrical resistance corresponding to the potential of the second emitter electrode, and is electrically connected to the gate electrode so as to be a resistance to a current flowing through the gate electrode. Yes.
さらに他の局面に従う半導体装置は、半導体基板と、半導体素子と、絶縁膜と、第1および第2の配線とを有している。半導体基板は溝部を有している。半導体素子は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有している。絶縁膜は溝部の内面を被覆している。第1の配線は、電極と電気的に接続され、かつ絶縁膜を介して溝部の中に設けられている。第2の配線は、溝部の上に設けられ、第1の配線と電気的に並列接続されている。 A semiconductor device according to still another aspect includes a semiconductor substrate, a semiconductor element, an insulating film, and first and second wirings. The semiconductor substrate has a groove. The semiconductor element has a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode. The insulating film covers the inner surface of the groove. The first wiring is electrically connected to the electrode and is provided in the groove through an insulating film. The second wiring is provided on the groove, and is electrically connected in parallel with the first wiring.
本発明の半導体装置では抵抗素子は第1の溝部の中に設けられている。これにより、大電流を高い信頼性で流すことができる抵抗素子の平面積を小さくすることができる。 In the semiconductor device of the present invention, the resistance element is provided in the first groove. Thereby, the plane area of the resistance element that can flow a large current with high reliability can be reduced.
本発明の一の局面に従う半導体装置では、抵抗素子が半導体領域を含んでいる。この半導体領域の半導体特性が用いられることにより、抵抗素子の抵抗値が制御されることができる。 In the semiconductor device according to one aspect of the present invention, the resistance element includes a semiconductor region. By using the semiconductor characteristics of the semiconductor region, the resistance value of the resistance element can be controlled.
本発明の他の局面に従う半導体装置では、ゲートパッドに比較的遠いゲート電極に接続された抵抗素子の抵抗値に比して、ゲートパッドに比較的近いゲート電極に接続された抵抗素子の抵抗値は大きい。これにより、各ゲート電極への電位信号の伝達の遅延差が抑制される。 In the semiconductor device according to another aspect of the present invention, the resistance value of the resistance element connected to the gate electrode relatively close to the gate pad is compared with the resistance value of the resistance element connected to the gate electrode relatively far from the gate pad. Is big. As a result, a delay difference in transmission of the potential signal to each gate electrode is suppressed.
本発明のさらに他の局面に従う半導体装置では、第1および第2のエミッタ電極を互いに電気的に接続している第1の抵抗素子は絶縁膜上に設けられている。これにより、シャント抵抗を有する半導体装置を小型化することができる。 In the semiconductor device according to still another aspect of the present invention, the first resistance element that electrically connects the first and second emitter electrodes to each other is provided on the insulating film. Thereby, the semiconductor device having a shunt resistor can be reduced in size.
本発明のさらに他の局面に従う半導体装置では、溝部の中に設けられた第1の配線と、溝部の上に設けられた第2の配線とが並列接続されている。これにより配線の寄生抵抗を小さくすることができる。 In the semiconductor device according to still another aspect of the present invention, the first wiring provided in the groove and the second wiring provided on the groove are connected in parallel. Thereby, the parasitic resistance of the wiring can be reduced.
以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
[実施の形態1]
最初に本実施の形態の半導体装置の構成の概略について説明する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
First, an outline of the configuration of the semiconductor device of this embodiment will be described.
図1(a)〜(c)は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す部分断面図である。図2は、本発明の実施の形態1における半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。図1(a)〜(c)を参照して、本実施の形態のIGBTチップは電力用の半導体装置であり、トレンチゲート型の半導体素子であるIGBT素子ELと、抵抗素子であるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとを有している。
1A to 1C are partial sectional views schematically showing the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 2 is a top view schematically showing a configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIGS. 1A to 1C, the IGBT chip according to the present embodiment is a power semiconductor device, and includes an IGBT element EL which is a trench gate type semiconductor element and a trench type built-in which is a resistance element. A
図1(a)および(b)を参照して、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは半導体基板101に設けられた第1の溝部T1の中に絶縁膜14bを介して形成されている。これによりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは第1の溝部T1が深くされることにより電流経路の断面積が大きくなる構成を有している。
Referring to FIGS. 1A and 1B, trench-type built-in
図1(a)および(c)を参照して、IGBT素子ELは上記の半導体基板101の一部をチャネル領域として有している。またIGBT素子ELはこのチャネル領域を制御するための多数のゲート電極13を有している。ゲート電極13の個数は、たとえば数百〜数万個である。
Referring to FIGS. 1A and 1C, the IGBT element EL has a part of the
図1(a)〜(c)および図2を参照して、IGBT素子ELの各セルのゲート電極13は、ゲート主配線5により互いに電気的に接続されている。このゲート主配線5は、ゲートパッド1周辺においてトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tを介してゲートパッド1と電気的に接続されている。
Referring to FIGS. 1A to 1C and FIG. 2,
これによりIGBTチップは、ゲートパッド1に対する入力がトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tを介してIGBT素子ELの各ゲート電極13に伝達される構成を有している。すなわちゲート電極13を流れる電流に対する抵抗(ゲート抵抗)となるようにトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tがゲート電極13と電気的に接続されている。このゲート抵抗は、主にゲート電極13に伝達される電位を遅延させたり、IGBT素子ELのスイッチング時の電流/電圧の立ち上がりなどを調整したりする機能を有している。
Thereby, the IGBT chip has a configuration in which an input to the
なおゲート主配線5は、たとえば高濃度に不純物がドープされたゲート材料であるn型多結晶シリコンからなる多結晶シリコン層12bを有する。またゲート主配線5は、配線としての抵抗が低減されるように主配線金属層10bを有している。主配線側コンタクトホール9bにおいて多結晶シリコン層12bと主配線金属層10bとは接触しており、互いに電気的に接続されている。
The gate
次に本実施の形態の半導体装置の構成の詳細について説明する。図3は、図2のIII部の概略的な部分上面図である。図4は、図3のゲートパッド、ゲート主配線およびエミッタパッド(エミッタ電極)が省略された図である。図5は、図4の層間絶縁膜が省略された図である。図6は、図5のゲートパッド側および主配線側の多結晶シリコン層が省略された図である。図7は、図6のゲート酸化膜の一部および絶縁膜の一部が省略された図である。なお、図3〜図7のIa−Ia線、Ib−Ib線およびIc−Ic線のそれぞれは、図1(a)〜(c)の各々の断面位置を示す。 Next, details of the configuration of the semiconductor device of the present embodiment will be described. FIG. 3 is a schematic partial top view of part III in FIG. FIG. 4 is a diagram in which the gate pad, the gate main wiring, and the emitter pad (emitter electrode) in FIG. 3 are omitted. FIG. 5 is a diagram in which the interlayer insulating film of FIG. 4 is omitted. FIG. 6 is a diagram in which the polycrystalline silicon layers on the gate pad side and main wiring side in FIG. 5 are omitted. FIG. 7 is a diagram in which a part of the gate oxide film and a part of the insulating film in FIG. 6 are omitted. Each of the Ia-Ia line, Ib-Ib line, and Ic-Ic line in FIGS. 3 to 7 indicates the cross-sectional position of each of FIGS. 1 (a) to 1 (c).
再び図1(a)を参照して、IGBTチップは、基材として半導体基板101を有している。またIGBTチップは、この半導体基板101の一部を含むIGBT素子ELを有している。またIGBTチップは、絶縁膜14bと、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tと、フィールド酸化膜7と、多結晶シリコン層12a,12bと、層間絶縁膜11と、ゲートパッド金属層10aと、主配線金属層10bとを有している。
Referring to FIG. 1A again, the IGBT chip has a
なおフィールド酸化膜7は、半導体基板101と多結晶シリコン層12a,12bとを絶縁している膜であり、たとえばLOCOS(Local Oxidation of Silicon)法などにより形成されている。またゲートパッド金属層10aおよび主配線金属層10bは、たとえばアルミニウム合金などの低抵抗の導電体材料からなる。
The
主に図1(a)、(b)および図7を参照して、半導体基板101は絶縁膜14bにより内面が被覆された第1の溝部T1を有している。すなわち、第1の溝部T1の底面と側面とが絶縁膜14bにより被覆されている。この絶縁膜14bにより、第1の溝部T1の中に設けられたトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tと半導体基板101とが電気的に絶縁されている。
Referring mainly to FIGS. 1A, 1B and 7, the
第1の溝部T1の寸法は、たとえば深さ寸法(図1(a)の縦方向の寸法)約10μm、幅寸法(図1(b)の横方向の寸法)1.2μmであり、図7に示すように複数の第1の溝部T1が2.5μmピッチで並走するように形成されている。絶縁膜14bは第1の溝部T1の寸法に比して小さい膜厚寸法を有している。絶縁膜14bの膜厚は、たとえば数十から200nmである。
The dimensions of the first groove T1 are, for example, a depth dimension (vertical dimension in FIG. 1A) of about 10 μm and a width dimension (lateral dimension in FIG. 1B) of 1.2 μm. As shown in FIG. 5, the plurality of first groove portions T1 are formed so as to run in parallel at a pitch of 2.5 μm. The insulating
なお隣り合うトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの間には複雑な構造がないため、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tのためのトレンチ(第1の溝部T1)のピッチは、ゲート電極13のためのトレンチ(第2の溝部T2)のピッチよりも小さくすることが可能である。すなわち第1の溝部T1のピッチは、たとえば2.5μm程度の狭いピッチとすることもできる。
Since there is no complicated structure between the adjacent trench-type built-in
トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは電気抵抗体として用いられる材料からなり、たとえば1×1019/cm3以上の高濃度にドープされたn型多結晶シリコンからなる。トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、たとえばゲート電極13の幅寸法W1(図6)と同一の幅寸法を有し、長さ方向(図6の横方向)に沿って流れる電流に抵抗を与える機能を有している。トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの深さ寸法(図1(a)および(b)の縦方向の寸法)は、たとえば5〜20μmである。
The trench-type built-in
トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの抵抗値は、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tが埋め込まれるトレンチの寸法や、埋込まれるn型多結晶シリコンのドーピング濃度に依存する値である。この抵抗値はトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの長さ1mmに対し、たとえば数百Ωから数kΩである。
The resistance value of the trench type built-in
また1本のトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは数十から数百mAの電流を流すことができる信頼性を有している。1本のトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、たとえば長さ1mm当たり1kΩの抵抗値を有し、最大200mAの電流を流すことが可能な信頼性を有している。最大5Aの電流が流される8Ωの抵抗を得るためには、長さ200μmのトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tが25本並列接続されればよい。
One trench-type built-in
図1(a)および(b)を参照して、第1の溝部T1に埋め込まれるように形成されたトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、第1の溝部T1の開口側においては層間絶縁膜11により被覆されている。層間絶縁膜11には、ゲートパッド側コンタクトホール9aおよび主配線側コンタクトホール9bが形成されている。
Referring to FIGS. 1A and 1B, trench-type built-in
ゲートパッド側コンタクトホール9aにおいては、ゲートパッド金属層10aが多結晶シリコン層12aを介してトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tと接続されている。主配線側コンタクトホール9bにおいては、主配線金属層10bが多結晶シリコン層12bを介してトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tと接続されている。
In the gate pad
図1(a)および図3を参照して、ゲートパッド金属層10aの上面側はゲートパッド1としての機能を有している。すなわちゲートパッド金属層10aの上面側は、ワイヤボンディングなどにより外部からの配線を接続することができるように構成されている。主配線金属層10bは多結晶シリコン層12bと共にゲート主配線5を構成している。
Referring to FIGS. 1A and 3, the upper surface side of gate
図1(a)を参照して、IGBT素子ELが形成された領域においてIGBTチップは、半導体基板101と、ゲート絶縁膜14aと、ゲート電極13と、多結晶シリコン層12bと、層間絶縁膜11と、エミッタパッド18とを有している。
Referring to FIG. 1A, in the region where the IGBT element EL is formed, the IGBT chip includes a
図2を参照して、IGBT素子ELは、エミッタパッド18が形成された領域において、たとえば数百から数万個のセルからなる構造を有している。IGBT素子ELは各セルにゲート電極13を有している。
Referring to FIG. 2, IGBT element EL has a structure composed of, for example, several hundred to tens of thousands of cells in the region where
図1(a)、(c)および図7を参照して、半導体基板101は、n型エミッタ領域15と、高濃度p型領域16と、p型チャネル領域17と、低濃度n型ドリフト領域8と、n型バッファ領域20と、p型コレクタ領域19とを有している。
1A, 1C, and 7, a
また半導体基板101はゲート絶縁膜14aにより内面が被覆された第2の溝部T2を有している。すなわち、第2の溝部T2の底面と側面とがゲート絶縁膜14aにより被覆されている。このゲート絶縁膜14aにより、第2の溝部T2の中に設けられたゲート電極13と半導体基板101とが電気的に絶縁されている。
The
T2の寸法は、たとえば深さ寸法(図1(a)の縦方向の寸法)約10μm、幅寸法(図1(c)の横方向の寸法)1.2μmであり、図7に示すように複数の第2の溝部T2が5.0μmピッチで並走するように形成されている。ゲート絶縁膜14aは第2の溝部T2の寸法に比して小さい膜厚寸法を有している。ゲート絶縁膜14aの膜厚は、たとえば数十から200nmである。ゲート電極13は、たとえば1×1019/cm3以上の高濃度にドープされたn型多結晶シリコンから形成されている。
The dimensions of T2 are, for example, a depth dimension (vertical dimension in FIG. 1A) of about 10 μm and a width dimension (lateral dimension in FIG. 1C) of 1.2 μm, as shown in FIG. The plurality of second groove portions T2 are formed so as to run in parallel at a pitch of 5.0 μm. The
図1(a)、(c)および図5を参照して、ゲート電極13には多結晶シリコン層12bが接触している。これによりゲート電極13はゲート主配線5と接続されている。
Referring to FIGS. 1A, 1C, and 5,
図1(a)、(c)を参照して、第2の溝部T2に埋め込まれるように形成されたゲート電極13は、第2の溝部T2の開口側においては層間絶縁膜11により被覆されている。
Referring to FIGS. 1A and 1C, the
図3および図4を参照して、層間絶縁膜11には、エミッタ用コンタクトホール9dが形成されている。エミッタ用コンタクトホール9dを介して、エミッタパッド(エミッタ電極)18が、n型エミッタ領域15と、高濃度p型領域16と、p型チャネル領域17とに接続されている。
Referring to FIGS. 3 and 4,
上記の構成において好ましくは、図1(a)に示すように、ゲートパッド側コンタクトホール9aはトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側の面と重複領域を有するように形成されている。すなわち、層間絶縁膜11は、ゲートパッド側コンタクトホール9aの一部として、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側におけるゲートパッド側コンタクトホール9aDを有している。
In the above configuration, preferably, as shown in FIG. 1A, the gate pad
また、主配線側コンタクトホール9bはトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側の面と重複領域を有するように形成されている。すなわち、層間絶縁膜11は、主配線側コンタクトホール9bの一部として、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側における主配線側コンタクトホール9bDを有している。
The main wiring
また、図1(a)および図2に示すように、ゲートパッド1とゲート主配線5とは層間絶縁膜11により分離されており、ゲートパッド1とゲート電極13との間の電流経路は実質的にトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tを経由する電流経路のみである。ここで実質的な電流経路とは、寄生容量や寄生インダクタンスに起因する電流経路や、絶縁体中を流れる微小な電流の経路を含まない電流経路である。
Further, as shown in FIGS. 1A and 2, the
また、図1(a)〜(c)および図7に示すように、半導体基板101は、絶縁膜14bと接し、かつIGBT素子ELの低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型を有するp型領域21を含んでいる。さらに好ましくは、p型領域21を低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型とするための不純物濃度が、IGBT素子ELのp型チャネル領域17を低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型とするための不純物濃度よりも高くされている。
As shown in FIGS. 1A to 1C and FIG. 7, the
またp型領域21に反転層が形成されないようにp型領域21の電位が制御されている。この制御が行なわれるために、たとえばp型領域21がIGBT素子ELのn型エミッタ領域15と電気的に接続されている。
The potential of the p-
次に本実施の形態のIGBTチップの使用方法について説明する。図8は、本発明の実施の形態1における半導体装置がプリント基板に実装された状態の概略的な等価回路を示す図である。図9は、本発明の実施の形態1における半導体装置のゲートパッドと、プリント基板のパッドとの接続の様子を概略的に示す説明図である。 Next, a method for using the IGBT chip of this embodiment will be described. FIG. 8 is a diagram showing a schematic equivalent circuit in a state where the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention is mounted on a printed board. FIG. 9 is an explanatory diagram schematically showing a state of connection between the gate pad of the semiconductor device and the pad of the printed circuit board according to the first embodiment of the present invention.
図8および図9を参照して、IGBTチップの回路100は、たとえばプリント基板の回路200に組み込まれて使用される。プリント基板は、外部エミッタパッド3eと、外部ゲートパッド3gと、外部コレクタパッド3cとを有している。外部エミッタパッド3eと、外部ゲートパッド3gと、外部コレクタパッド3cとは、たとえばアルミニウム合金などの、低抵抗の導電体材料からなる。
Referring to FIGS. 8 and 9,
IGBTチップのゲートパッド1と、プリント基板の外部ゲートパッド3gとは、アルミニウムや金などからなるワイヤ2aにより接続される。またIGBTチップのn型エミッタ領域15(図1(c))およびp型コレクタ領域19(図1(a))のそれぞれが、外部エミッタパッド3eおよび外部コレクタパッド3cの各々と電気的に接続されている。外部ゲートパッド3gには、外部から電位Vgが印加される。
The
なお、図8におけるコンデンサの記号およびコイルの記号のそれぞれは、IGBTチップにおける寄生容量および寄生インダクタンスの各々を表わしている。また図中の矢印は、IGBT素子ELのコレクタおよびエミッタからの出力が寄生容量および寄生インダクタンスを介してゲート電極に帰還する経路を表わしている。 Note that each of the capacitor symbol and the coil symbol in FIG. 8 represents a parasitic capacitance and a parasitic inductance in the IGBT chip. Moreover, the arrows in the figure represent paths through which the outputs from the collector and emitter of the IGBT element EL return to the gate electrode via the parasitic capacitance and the parasitic inductance.
なお本実施の形態の半導体装置は、後述する実施の形態2における半導体装置の製造方法の一部が簡略化された方法により製造することができる。
Note that the semiconductor device of this embodiment can be manufactured by a method in which a part of the method of manufacturing the semiconductor device in
次に、本実施の形態におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの構成の変形例について説明する。
Next, a modification of the configuration of the trench type built-in
図10は、本発明の実施の形態1の半導体装置の変形例における抵抗素子の構成を概略的に示す平面図である。図10を参照して、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aと面する部分において、層間絶縁膜11に面する部分における最小幅と等しい幅寸法W1よりも広い幅寸法WE1を有する部分を含んでいる。またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、主配線側コンタクトホール9bと面する部分において、層間絶縁膜11に面する部分における最小幅である幅寸法W1よりも広い幅寸法WE1を有する部分を含んでいる。
FIG. 10 is a plan view schematically showing a configuration of a resistance element in a modification of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. Referring to FIG. 10, trench-type built-in
本変形例におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの形状は図10に示す形状に限定されるものではなく、たとえば図11〜図15に示す形状とすることができる。なお、図11〜図15においては、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tのゲートパッド側コンタクトホール9aと面する部分の近傍について示すが、主配線側コンタクトホール9bと面する部分についても同様の構成とすることができる。
The shape of the trench-type built-in
次に第1の比較例について説明する。
最初に本比較例における半導体装置の構成について説明する。図16は、第1の比較例における半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。図16を参照して、本比較例の半導体装置としてのIGBTチップは、互いに一体となって形成されているゲートパッド1Cおよびゲート主配線5を有している。ゲートパッド1Cとゲート主配線5とは一体であるため、両者の間にはゲート抵抗としての抵抗素子が存在しない。
Next, a first comparative example will be described.
First, the configuration of the semiconductor device in this comparative example will be described. FIG. 16 is a top view schematically showing the configuration of the semiconductor device in the first comparative example. Referring to FIG. 16, the IGBT chip as the semiconductor device of this comparative example has a
次に本比較例におけるIGBTチップの使用方法について説明する。図17は、第1の比較例における半導体装置のゲートパッドと、プリント基板のパッドとの接続の様子を概略的に示す説明図である。図18は、第1の比較例における半導体装置がプリント基板に実装された状態の概略的な等価回路である。 Next, a method of using the IGBT chip in this comparative example will be described. FIG. 17 is an explanatory view schematically showing a state of connection between the gate pad of the semiconductor device and the pad of the printed circuit board in the first comparative example. FIG. 18 is a schematic equivalent circuit of the semiconductor device in the first comparative example mounted on a printed circuit board.
図17を参照して、IGBTチップとは別部品として外付ゲート抵抗4eが準備され、外部ゲートパッド3gに接続される。ゲート電極の電位を制御するためには外付ゲート抵抗4eを介して外部から電位Vgが印加される。
Referring to FIG. 17,
図18を参照して、コンデンサの記号およびコイルの記号のそれぞれは、IGBTチップの回路100Cにおける寄生容量および寄生インダクタンスの各々を表わしている。また図中の矢印は、IGBT素子ELのコレクタおよびエミッタからの出力が寄生容量および寄生インダクタンスを介してゲート電極に帰還する経路を表わしている。 Referring to FIG. 18, each of a capacitor symbol and a coil symbol represents a parasitic capacitance and a parasitic inductance in circuit 100C of the IGBT chip. Moreover, the arrows in the figure represent paths through which the outputs from the collector and emitter of the IGBT element EL return to the gate electrode via the parasitic capacitance and the parasitic inductance.
外付ゲート抵抗4eはIGBT素子ELのゲート電極と外部ゲートパッド3gとの間に設けられていない。すなわちIGBT素子ELのコレクタおよびエミッタからの出力がゲート電極に帰還する経路上に外付ゲート抵抗4eが存在しない。
The
このため、外部ゲートパッド3gの電位が外部からのノイズにより変動すると、その電位変動が寄生インダクタンスを介してIGBT素子ELのゲート電極に直接伝達される。この結果、ゲート電極がノイズの影響を受けやすい。
For this reason, when the potential of the
また、上記変動がIGBT素子ELをアンプとして、図中矢印の示された経路によりIGBT素子ELのゲート電極に戻る際に、以下の式で表わされるQ値が大きくなる。 Further, when the above fluctuation takes the IGBT element EL as an amplifier and returns to the gate electrode of the IGBT element EL through the path indicated by the arrow in the figure, the Q value represented by the following formula increases.
このため、ゲート・エミッタ間電圧Vge、コレクタ・エミッタ間電圧Vce、コレクタ電流Icなどに発振が発生しやすい。なお上記の式においてLは寄生インダクタンス、Cは寄生容量、Rはゲート抵抗を表わす。 For this reason, oscillation is likely to occur in the gate-emitter voltage V ge , the collector-emitter voltage V ce , the collector current I c, and the like. In the above equation, L represents a parasitic inductance, C represents a parasitic capacitance, and R represents a gate resistance.
次に第2の比較例について説明する。図19は、第2の比較例における半導体装置の概略的な部分平面図である。図20は、図19のXX−XX線に沿った概略的な断面図である。なお、図19が示す位置は、図5が示す位置と対応しており、図5と同様にゲートパッド、ゲート主配線、エミッタパッドおよび層間絶縁膜が省略されている。 Next, a second comparative example will be described. FIG. 19 is a schematic partial plan view of a semiconductor device according to a second comparative example. 20 is a schematic cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. The position shown in FIG. 19 corresponds to the position shown in FIG. 5, and the gate pad, the main gate wiring, the emitter pad, and the interlayer insulating film are omitted as in FIG.
図19および図20を参照して、本比較例の半導体装置としてのIGBTチップは、ゲートパッド1とゲート主配線5との間に、ゲート抵抗として平面型内蔵ゲート抵抗4pを有している。平面型内蔵ゲート抵抗4pは、フィールド酸化膜7上に設けられ、半導体基板101の基板面と平行な面を有する平面型の抵抗素子である。平面型内蔵ゲート抵抗4pは、たとえば膜厚数百nm程度の多結晶シリコン膜がパターニングされて形成されている。
Referring to FIGS. 19 and 20, the IGBT chip as the semiconductor device of this comparative example has a planar built-in
たとえば数百から数万のIGBT素子ELのゲート電極13に電流が供給される場合、平面型内蔵ゲート抵抗4pは大電流に耐える信頼性を有する必要がある。このため電流密度が過度に高くならないように電流経路に対する断面積が大きくされる。断面積を大きくするためには、平面型内蔵ゲート抵抗4pの膜厚寸法(図20における縦方向の寸法)を大きくするか、または幅寸法(図19における縦方向の寸法)を大きくする必要がある。
For example, when a current is supplied to the
膜厚寸法が大きくされるためには、膜形成に要するプロセス時間が長くなる。たとえば通常用いられる平面型内蔵ゲート抵抗4pの厚みである数百nmの厚さの多結晶シリコンが堆積されるには数時間を要する。この膜厚が数μmまで大きくされる場合、堆積時間が数十時間となり、製造コストが増大する。また、多結晶シリコン膜が厚くなることにより、パターニングにおける写真製版時の焦点深度の確保や、エッチング時の段差部分での残渣の除去などが困難となる。
In order to increase the film thickness dimension, the process time required for film formation becomes longer. For example, it takes several hours to deposit polycrystalline silicon having a thickness of several hundreds of nanometers, which is the thickness of a commonly used planar built-in
平面型内蔵ゲート抵抗4pの幅寸法が大きくされると、半導体基板101の基板面において平面型内蔵ゲート抵抗4pが占める面積が大きくなり、半導体装置の小型化の要請に適合しなくなる。
When the width dimension of the planar built-in
図20を参照して、平面型内蔵ゲート抵抗4pの下に設けられたフィールド酸化膜7は、通常、約1μmまたはそれ以上の厚さを有する。またフィールド酸化膜7は酸化膜であることから熱伝導度が小さい。すなわち平面型内蔵ゲート抵抗4pの下には熱伝導度の小さい膜が厚く形成されている。このため平面型内蔵ゲート抵抗4pの放熱が妨げられ、平面型内蔵ゲート抵抗4pの温度上昇が生じ、温度依存性に起因する抵抗値の変化が生じやすい。
Referring to FIG. 20,
本実施の形態によれば、IGBT素子ELのゲート電極13がトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tに電気的に接続されている。これによりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tがゲート電極13のゲート抵抗として機能することができる。
According to the present embodiment, the
また、図1(a)および(b)に示すように、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは第1の溝部T1の中に設けられている。このため第1の溝部T1の深さ寸法を大きくすることによりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの深さ方向の寸法も大きくすることができる。よって、半導体基板101の基板面におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの平面積(図6における面積)が小さく保たれたまま、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの電流密度を低減し、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの信頼性を高めることができる。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1B, the trench-type built-in
また、図8に示すように、ゲートパッド1はトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tを介してゲート電極13と接続されている。このため、ゲートパッド1やゲートパッド1に接続された外部ゲートパッド3gに加わったノイズによる電位変化は、ゲート電極13に伝達される際にトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tにより抑制される。
Further, as shown in FIG. 8, the
また好ましくは、ゲートパッド1とゲート電極13との間の電流経路は実質的にトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tを経由する電流経路のみである。このためトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tをバイパスする電流経路がなく、このバイパスする電流経路に起因して実質的なゲート抵抗が低下したり、IGBTチップに故障が発生したりすることを防止することができる。
Preferably, the current path between the
また、図1(a)に示すように、層間絶縁膜11は、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側において、ゲートパッド側コンタクトホール9aDを有している。このためゲートパッド1とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとの間の電気的経路が広く確保され、電流集中による信頼性劣化を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 1A, the
また、図1(a)に示すように、層間絶縁膜11は、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの第1の溝部T1の開口側において、第1の溝部T1の開口側における主配線側コンタクトホール9bDを有している。このためゲート主配線5とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとの間の電気的経路が広く確保され、電流集中による信頼性劣化を防止することができる。
Further, as shown in FIG. 1A, the
また、図1(a)および(c)に示すようにゲート電極13が第2の溝部T2内に設けられているため、ゲート電極13の構造をトレンチゲート構造とすることができる。この第2の溝部T2は第1の溝部T1と同時に形成することができるため、トレンチゲート形成のためのプロセスコストを抑制することができる。
Further, as shown in FIGS. 1A and 1C, since the
また、図1(a)および(b)に示すように、半導体基板101は、絶縁膜14bと接し、かつIGBT素子ELの低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型を有するp型領域21を含んでいる。これにより、IGBT素子ELのコレクタとエミッタとの間の耐圧劣化を防止することができる。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the
またより好ましくは、p型領域21を低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型とするための不純物濃度が、IGBT素子ELのp型チャネル領域17を低濃度n型ドリフト領域8と反対の導電型とするための不純物濃度よりも高くされている。これにより、p型領域21をn型に反転させずにp型チャネル領域17をn型に反転させることができる。なお上記第2の比較例のようにゲート抵抗とp型領域21との間に約1μmから2μmの比較的厚いフィールド酸化膜7がある場合に比して、本実施の形態のように数十から200μm程度の薄い絶縁膜14bしかない場合は、比較的容易にp型領域21の導電型の反転が起こる。よって上述した不純物濃度の設定により大きな効果を得ることができる。
More preferably, the impurity concentration for making p-
またp型領域21に反転層が形成されないようにp型領域21の電位が制御されている。この制御が行なわれるために、たとえばp型領域21がIGBT素子ELのn型エミッタ領域15と電気的に接続されている。これによりIGBT素子ELのコレクタとエミッタとの間の耐圧劣化を防止することができる。
The potential of the p-
[実施の形態2]
最初に本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップの構成について説明する。
[Embodiment 2]
First, the configuration of the IGBT chip as the semiconductor device of the present embodiment will be described.
図21は、本発明の実施の形態2における半導体装置の構成を概略的に示す部分平面図である。図22〜図24のそれぞれは、図21のXXII−XXII線、XXIII−XXIII線およびXXIV−XXIV線の各々に沿った概略的な断面図である。 FIG. 21 is a partial plan view schematically showing the configuration of the semiconductor device in the second embodiment of the present invention. 22 to 24 are schematic cross-sectional views taken along lines XXII-XXII, XXIII-XXIII, and XXIV-XXIV in FIG. 21, respectively.
なお、図21が示す位置は、図6が示す位置と対応している。また図21においては、図6と同様に、ゲートパッド、ゲート主配線、エミッタパッド、層間絶縁膜、およびゲートパッド側と主配線側との多結晶シリコン層が省略されている。 The position shown in FIG. 21 corresponds to the position shown in FIG. In FIG. 21, as in FIG. 6, the gate pad, the gate main wiring, the emitter pad, the interlayer insulating film, and the polycrystalline silicon layers on the gate pad side and the main wiring side are omitted.
図21〜図24を参照して、本実施の形態のIGBTチップは金属部22を有している。金属部22は、第1の溝部T1に埋込まれた金属部22b1,22b2と、第2の溝部T2に埋め込まれた金属部22aとを含んでいる。金属部22の材料は、高濃度n型多結晶シリコンなどの半導体材料よりも低い比抵抗を有している。金属部22の材料としては、たとえばタングステン、チタン、白金、銅などの高融点金属を用いることができる。
Referring to FIGS. 21 to 24, the IGBT chip of the present embodiment has a
図24を参照して、ゲート電極13は、多結晶シリコン層12gと、この多結晶シリコン層12gの中に埋め込まれた金属部22aとを有している。
Referring to FIG. 24,
図22および図23を参照して、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aDに面する部分において、埋込まれた金属部22b1を有している。またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、主配線側コンタクトホール9bDに面する部分において、埋込まれた金属部22b2を有している。
Referring to FIGS. 22 and 23, trench type built-in
トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの埋込まれた金属部22b1,22b2以外の部分は、多結晶シリコン層12rから形成されている。埋め込まれた金属部22b1,22b2は互いに多結晶シリコン層12rを介して電気的に接続されている。
The portions other than the buried metal portions 22b1 and 22b2 of the trench-type built-in
主に図21を参照して、図中破線で示すゲートパッド側コンタクトホール9aと主配線側コンタクトホール9bとの間においてトレンチ型内蔵ゲート抵抗4t上には層間絶縁膜11(図23および図24)が設けられている。トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tがこの層間絶縁膜11に面する部分におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの最小幅は幅寸法W2である。なお図21は、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tが層間絶縁膜11に面する部分におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅が幅寸法W2で一定の場合を例示している。
Referring mainly to FIG. 21, interlayer insulating film 11 (FIGS. 23 and 24) is formed on trench type built-in
またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tはゲートパッド側コンタクトホール9aに面する部分において、幅寸法W2よりも広い幅寸法WE1を有する部分を含んでいる。この広い幅寸法WE1を有する部分は幅寸法W2よりも大きい長さ寸法WE2を有している。
The trench-type built-in
図22を参照して、上記の幅寸法W2を有する部分は層間絶縁膜11の下に位置しており、多結晶シリコン層12rにより形成されている。また上記幅寸法WE1を有する部分は、多結晶シリコン層12rよりも低い比抵抗を有する金属部22b1を含んでいる。
Referring to FIG. 22, the portion having the width dimension W2 is located below interlayer insulating
トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは主配線側コンタクトホール9bに面する部分において、幅寸法W2よりも広い幅寸法WE1を有する部分を含んでいる。この広い幅寸法WE1を有する部分は幅寸法W2よりも大きい長さ寸法WE2を有している。
The trench type built-in
図23を参照して、上記幅寸法WE1を有する部分は、多結晶シリコン層12rよりも低い比抵抗を有する金属部22b2を含んでいる。
Referring to FIG. 23, the portion having the width dimension WE1 includes a metal portion 22b2 having a specific resistance lower than that of the
図21を参照して、ゲート電極13は、最大幅(図中縦方向の寸法)として幅寸法W1を有している。この幅寸法W1は上記幅寸法W2よりも大きい。なお図21は、ゲート電極13の幅が幅寸法W1で一定の場合を例示している。
Referring to FIG. 21,
図24を参照して、ゲート電極13が上記の幅寸法W1を有する部分は、多結晶シリコン層12gよりも低い比抵抗を有する金属部22aを含んでいる。
Referring to FIG. 24, the portion where the
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
次に、本実施の形態におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの構成の変形例について説明する。
Next, a modification of the configuration of the trench type built-in
図25および図26のそれぞれは、本発明の実施の形態2の半導体装置の第1および第2の変形例の各々における、金属部が埋め込まれた抵抗素子の構成を概略的に示す部分平面図である。なお図中破線にて、フィールド酸化膜、ゲートパッド側コンタクトホールおよび層間絶縁膜に対する抵抗素子のおおよその位置関係を示す。 FIG. 25 and FIG. 26 are partial plan views schematically showing the configuration of the resistance element in which the metal portion is embedded in each of the first and second modifications of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. It is. The broken line in the figure indicates the approximate positional relationship of the resistance element with respect to the field oxide film, the gate pad side contact hole, and the interlayer insulating film.
図25を参照して、第1の変形例においては、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aと面する部分において、幅寸法W2よりも大きい幅寸法WE1の部分を有している。また幅寸法WE1の部分は幅寸法W2よりも大きい長さ寸法WE2の部分を有している。トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅寸法WE1の部分は、埋込まれた金属部22b1を有している。
Referring to FIG. 25, in the first modification, trench-type built-in
図26を参照して、第2の変形例においては、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aと面する部分において、幅寸法W2よりも広い幅寸法WE1の部分を複数有している。また幅寸法WE1の部分のそれぞれは、幅寸法W2よりも大きい長さ寸法WE2の部分を有している。トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅寸法WE1の部分のそれぞれは、埋込まれた金属部22b1を有している。
Referring to FIG. 26, in the second modification, trench type built-in
なお上記第1および第2の変形例においてはゲートパッド側コンタクトホール9aと面する部分に金属部22の一部が埋め込まれた構成について説明したが、主配線側コンタクトホール9bと面する部分についても同様の構成とすることができる。
In the first and second modified examples, the configuration in which a part of the
次に本実施の形態の半導体装置の製造方法について説明する。図27〜図32は、本発明の実施の形態2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。なお、図27(a)〜図32(a)および図27(b)〜図32(b)のそれぞれは、図21のXXXIIa−XXXIIa線およびXXXIIb−XXXIIb線の各々に対応する断面を示している。 Next, a method for manufacturing the semiconductor device of the present embodiment will be described. 27 to 32 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention in the order of steps. Each of FIGS. 27 (a) to 32 (a) and FIGS. 27 (b) to 32 (b) shows a cross section corresponding to each of the XXXIIa-XXXIIa line and the XXXIIb-XXXIIb line of FIG. Yes.
図27(a)および(b)を参照して、半導体基板101上に、シリコン酸化膜などからなる層間絶縁膜11aが堆積される。なお層間絶縁膜11aは層間絶縁膜11の一部となる膜である。
27A and 27B, an
次に写真製版法により層間絶縁膜11aのパターニングが行なわれる。このパターニングされた層間絶縁膜11aがマスクとされて、半導体基板101のエッチングが行なわれる。これにより、第1の溝部T1と、第2の溝部T2とが形成される。この第1の溝部T1および第2の溝部T2のそれぞれの内面に、酸化や堆積などにより絶縁膜14bおよびゲート絶縁膜14aの各々が形成される。
Next, the
これにより、幅寸法W2を有する、絶縁膜14bに被覆された第1の溝部T1が形成される。また幅寸法W1を有する、ゲート絶縁膜14aに被覆された第2の溝部T2が形成される。
As a result, the first trench T1 covered with the insulating
主に図28(a)および(b)を参照して、半導体基板101上に高濃度の不純物がドープされた多結晶シリコン層12が堆積される。この堆積により、図28(a)に示すように、第1の溝部T1の幅寸法W2(図27(a))の部分が完全に埋められる。また第1の溝部T1の幅寸法がWE1の部分(図22のゲートパッド側コンタクトホール9aDに面する部分)は一部のみが埋められる。また、図28(b)に示すように、第2の溝部T2は一部のみが埋められる。
Referring mainly to FIGS. 28A and 28B, a
図29(a)および(b)を参照して、半導体基板101上に高融点金属などからなる金属部22が多結晶シリコン層12上に堆積される。これにより第1の溝部T1の幅寸法がWE1の部分(図22のゲートパッド側コンタクトホール9aDに面する部分)において一部残存していた溝が完全に埋められる。また、図29(b)に示すように、第2の溝部T2が完全に埋められる。
29A and 29B, a
次に金属部22と、多結晶シリコン層12とが順次エッチバックされる。
図30(a)および(b)を参照して、上記エッチバックにより、層間絶縁膜11aが露出される。
Next, the
Referring to FIGS. 30A and 30B, the
図31(a)および(b)を参照して、半導体基板101上に層間絶縁膜11bが形成される。形成方法としては、たとえばBPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜が堆積
され、熱処理が加えられることで絶縁膜の表面が平坦化される方法が用いられる。なお層間絶縁膜11bは層間絶縁膜11の一部となる膜である。
Referring to FIGS. 31A and 31B, an
主に図32(a)および(b)を参照して、層間絶縁膜11a,11bが選択的に除去されることにより、エミッタ用コンタクトホール9d、ゲートパッド側コンタクトホール9a(図21)および主配線側コンタクトホール9b(図21)が形成される。
Referring mainly to FIGS. 32A and 32B, by selectively removing
次にアルミニウムやその化合物のような電極材料からなる金属膜が堆積され、この堆積された金属膜がパターニングされる。これにより、エミッタパッド18、ゲートパッド金属層10a(図22)および主配線金属層10b(図23および図24)が形成される。
Next, a metal film made of an electrode material such as aluminum or a compound thereof is deposited, and the deposited metal film is patterned. Thereby,
以上により、本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップが形成される。
なお半導体基板101にn型エミッタ領域15、高濃度p型領域16、p型チャネル領域17などを形成する工程は、第1の溝部T1および第2の溝部T2の形成工程の前後のいずれにおいても形成することができる。
As described above, the IGBT chip as the semiconductor device of the present embodiment is formed.
The process of forming the n-
次に第3の比較例における半導体装置の製造方法について説明する。なお本比較例は、第2の比較例の構成に対して金属部22が付された構成である。
Next, a method for manufacturing a semiconductor device in the third comparative example will be described. In addition, this comparative example is the structure by which the
図33〜図38は、第3の比較例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。なお、図33(a)〜図38(a)は、第2の比較例における図19のXX−XX線に対応する断面位置のうち平面型内蔵ゲート抵抗4pの近傍を示す概略的な部分断面図である。また、図33(b)〜図38(b)は、実施の形態2における図21のXXXIIb−XXXIIb線に対応する断面位置を示す。
33 to 38 are schematic cross-sectional views showing the method of manufacturing the semiconductor device in the third comparative example in the order of steps. 33A to FIG. 38A are schematic partial cross sections showing the vicinity of the planar built-in
主に図33(a)および(b)を参照して、本実施の形態の図29(a)および(b)までの工程と類似の工程が行なわれるが、本実施の形態との相違点として第1の溝部T1の形成は行なわれない。その結果、図33(a)に示すように、本実施の形態のトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの代わりに、半導体基板101の平坦な基板面に沿って平面型内蔵ゲート抵抗4pが形成される。
Referring mainly to FIGS. 33 (a) and (b), steps similar to the steps up to FIGS. 29 (a) and (b) of the present embodiment are performed, but are different from the present embodiment. As a result, the first groove portion T1 is not formed. As a result, as shown in FIG. 33A, a planar built-in
図34(a)および(b)を参照して、半導体基板101上にフォトレジスト31aが塗布される。次に、図34(a)に示すように、フォトレジスト31aが写真製版法によりパターニングされる。これにより、平面型内蔵ゲート抵抗4p上において金属部22の一部が露出される。
Referring to FIGS. 34A and 34B, a
図35(a)および(b)を参照して、金属部22のうちフォトレジスト31aに被覆されていない部分がエッチングされる。これにより、図35(a)に示すように、金属部22が複数の領域に分離される。その後、フォトレジスト31aが除去される。
Referring to FIGS. 35A and 35B, the portion of
主に図36(a)および(b)を参照して、半導体基板101上にフォトレジスト31bが塗布される。次に、フォトレジスト31bが平面型内蔵ゲート抵抗4pが形成された領域を覆い、かつゲート電極13近傍を露出するように、フォトレジスト31bが写真製版法によりパターニングされる。フォトレジスト31bに覆われていない領域において、層間絶縁膜11aが露出するように、金属部22と、多結晶シリコン層12(図35(b))とが順次エッチバックされる。その後、フォトレジスト31bが除去される。
Referring mainly to FIGS. 36A and 36B, a
図37(a)および(b)を参照して、半導体基板101上に層間絶縁膜11bが形成される。形成方法としては、たとえばBPSG(Boro-Phospho Silicate Glass)膜が堆積され、熱処理が加えられることで絶縁膜の表面が平坦化される方法が用いられる。
Referring to FIGS. 37A and 37B, an
図38(a)および(b)を参照して、層間絶縁膜11a,11bが選択的にエッチングされる。これによりエミッタ用コンタクトホール9dなどのコンタクトホールが形成される。次に、エミッタパッド18、ゲートパッド金属層10aおよび主配線金属層10bが形成される。
Referring to FIGS. 38A and 38B,
以上により、本比較例の半導体装置が形成される。本比較例の半導体装置の製造方法においては、図34(a)および(b)から図35(a)および(b)にかけての、フォトレジスト31aによるマスクが用いられて金属部22が一部エッチングされる工程が必要となり、製造工程が複雑になる。
Thus, the semiconductor device of this comparative example is formed. In the manufacturing method of the semiconductor device of this comparative example, the
またこの金属部22の除去のためのエッチングの際に、オーバーエッチのバラツキにより平面型内蔵ゲート抵抗4pの膜厚バラツキが生じる。その結果、平面型内蔵ゲート抵抗4pのゲート抵抗としての抵抗値にバラツキが生じる。
Further, when the etching for removing the
本実施の形態によれば、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅寸法WE1(図21)を有する部分は、図22に示すように、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tがゲートパッド側コンタクトホール9aDに面する部分において多結晶シリコン層12rの他に金属部22b1を含む。この金属部22b1は、多結晶シリコン層12rの比抵抗よりも低い比抵抗を有する部分である。よってゲートパッド1とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとの間での電流の局所集中が緩和され、IGBTチップの信頼性が高くなる。
According to the present embodiment, the portion having the width dimension WE1 (FIG. 21) of the trench built-in
またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅寸法WE1(図21)を有する部分は、図23に示すように、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tが主配線側コンタクトホール9bDに面する部分において多結晶シリコン層12rの他に金属部22b2を含む。この金属部22b2は、多結晶シリコン層12rの比抵抗よりも低い比抵抗を有する。よってゲート主配線5とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとの間での電流の局所集中が緩和され、IGBTチップの信頼性が高くなる。
Further, as shown in FIG. 23, the portion having the width dimension WE1 (FIG. 21) of the trench-type built-in
また、図21に示すように、ゲート電極13の幅寸法W1がトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの幅寸法W2よりも大きい。すなわち、図27(a)および(b)に示すように、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4t形成のための幅寸法W2の溝よりも、ゲート電極13形成のための幅寸法W1の溝の方が幅が大きい。よって、この幅寸法W2の溝全体が多結晶シリコン層12により埋められると同時に、幅寸法W1が完全には埋められていない状態とすることができる。よって、図30に示すように、この埋められていない部分に金属部22aを埋め込むことができる。
Further, as shown in FIG. 21, the width dimension W1 of the
上記のように幅寸法W2の溝全体が比抵抗の比較的高い多結晶シリコン層12により埋められることにより、十分に抵抗値の高いトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tが得られる。
As described above, the entire trench having the width dimension W2 is filled with the
同時に、ゲート電極13が多結晶シリコン層12よりも比抵抗の低い金属部22aを含むことにより、ゲート電極13の電気抵抗を抑制することができる。よってゲート電極13内におけるゲート電位の伝搬遅延のばらつきが抑制される。よってIGBT素子ELのスイッチング動作におけるオン領域とオフ領域とが混在する時間が抑制される。よってIGBT素子ELのコレクタとエミッタとの間を流れる電流が一部のオン領域に集中する時間を短くすることができる。よって一部のオン領域における局所的発熱が抑制されるので、IGBTチップの信頼性を高めることができる。
At the same time, since the
[実施の形態3]
最初に本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップの構成について説明する。図39は、本発明の実施の形態3における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 3]
First, the configuration of the IGBT chip as the semiconductor device of the present embodiment will be described. FIG. 39 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in the third embodiment of the present invention.
図39を参照して、本実施の形態の半導体装置の抵抗素子であるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、主要部として、半導体領域であるn型低濃度多結晶シリコン層23aを有している。またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aおよび主配線側コンタクトホール9bと接触する部分に設けられたn型高濃度多結晶シリコン層24aを有している。
Referring to FIG. 39, trench type built-in
本実施の形態と、実施の形態1および2で示した半導体装置との相違点は、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tに埋込まれた物質の主要部が実施の形態1および2に比べて濃度の低い多結晶シリコン層であり、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとそれに接するp型領域21との電位差が調整されることにより、n型低濃度多結晶シリコン層23aが蓄積状態、空乏状態および反転状態のうち、少なくとも2つの状態を取り得ることである。
The difference between the present embodiment and the semiconductor device shown in the first and second embodiments is that the main part of the material embedded in the trench-type built-in
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
次に本実施の形態の半導体装置における抵抗素子の動作について説明する。図43〜45は、本発明の実施の形態3における半導体装置の抵抗素子の動作を説明するための説明図である。なお、図中、V23H,V23Lのそれぞれはn型低濃度多結晶シリコン層23aの電流経路の両端の電位の各々を示す。またV21は半導体基板101の絶縁膜14b側の電位であり、半導体基板101がp型領域21を有する場合はp型領域21の電位を示す。
Next, the operation of the resistance element in the semiconductor device of this embodiment will be described. 43 to 45 are explanatory diagrams for explaining the operation of the resistance element of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. In the figure, V 23H and V 23L respectively indicate potentials at both ends of the current path of the n-type low concentration
図43を参照して、V21がV21>V23L>>V23Hを満たすように印加された場合、n型低濃度多結晶シリコン層23aは蓄積状態となる。すなわちn型低濃度多結晶シリコン層23aの絶縁膜14b側の面に電子の蓄積層32aが形成される。この場合、n型低濃度多結晶シリコン層23a全体にわたってキャリアである電子が分布するため、n型低濃度多結晶シリコン層23a全体がトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tにおける電流経路となり得る。
Referring to FIG. 43, when V 21 is applied so as to satisfy V 21 > V 23L >> V 23H , n-type low-concentration
図44を参照して、V21が0>(V21−V23L)>(V23LでのVth)を満たすように印加された場合、n型低濃度多結晶シリコン層23aは空乏状態となる。すなわちn型低濃度多結晶シリコン層23aの絶縁膜14b側の面に空乏層32dが形成される。この場合、空乏層32dの部分はトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tにおける電流経路とならないため、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの抵抗値が増大する。なお上式においてVthは、n型低濃度多結晶シリコン層23aが電流を流すことができるか否かの閾値に達する電位である。
Referring to FIG. 44, V 21 is 0> (V 2 1-V 23L)> when applied to satisfy (V th at V 23L), n-type lightly doped
図45を参照して、V21が0>(V23HでのVth)>(V21−V23H)を満たすように印加された場合、n型低濃度多結晶シリコン層23aは反転状態となる。すなわちn型低濃度多結晶シリコン層23aの絶縁膜14b側の面に空乏層32dと、反転層32iとが形成される。この場合、空乏層32dの部分はトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tにおける電流経路とならない。また反転層32iの部分は空乏層32dによりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの電流経路から分離される。よってトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの抵抗値がさらに増大する。
Referring to FIG. 45, when V 21 is applied so that 0> (V th at V 23H )> (V 21 −V 23H ), n-type low-concentration
図40〜図42のそれぞれは、本発明の実施の形態3の第1〜第3の変形例の各々における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。 Each of FIGS. 40 to 42 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in each of first to third modifications of the third embodiment of the present invention.
図40を参照して、本実施の形態の第1の変形例の半導体装置の抵抗素子であるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、本実施の形態との相違点として、ゲートパッド側コンタクトホール9aおよび主配線側コンタクトホール9bと接触する部分に設けられたp型高濃度多結晶シリコン層24bをさらに有している。
Referring to FIG. 40, trench-type built-in
図41を参照して、本実施の形態の第2の変形例の半導体装置の抵抗素子であるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、主要部として、半導体領域であるp型低濃度多結晶シリコン層23bを有している。またトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、ゲートパッド側コンタクトホール9aおよび主配線側コンタクトホール9bと接触する部分に設けられたp型高濃度多結晶シリコン層24bを有している。
Referring to FIG. 41, trench-type built-in
図42を参照して、本実施の形態の第3の変形例の半導体装置の抵抗素子であるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tは、本実施の形態の第2の変形例との相違点として、ゲートパッド側コンタクトホール9aおよび主配線側コンタクトホール9bと接触する部分に設けられたn型高濃度多結晶シリコン層24aをさらに有している。
Referring to FIG. 42, the trench-type built-in
なお所望のゲート遅延を得る目的で空乏状態のゲート抵抗が非常に高い場合は、実施の形態1におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4t(図1(a))や実施の形態2におけるトレンチ型内蔵ゲート抵抗4t(図22および図23)と併用されてもよい。
When the gate resistance in the depletion state is very high for the purpose of obtaining a desired gate delay, the trench type built-in
また、ゲート電極13とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとが別々の工程で形成される場合、各工程において異なる濃度で多結晶シリコンがドーピングされることが可能である。これによりゲート電極13やゲート主配線5のドーピング濃度が高くされることにより抵抗が低くされれば、IGBTチップの遅延や損失を抑制することができる。
Further, when the
本実施の形態によれば、p型領域21とトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tとの間の電位差によりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tのn型低濃度多結晶シリコン層23aに空乏層が生じることによりトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの抵抗値を調整することができる。
According to the present embodiment, a depletion layer is generated in the n-type low-concentration
またn型高濃度多結晶シリコン層24aがトレンチ型内蔵ゲート抵抗4tのコンタクト部に形成されているため、IGBT素子ELがオフ動作する際に、時間とともにゲート抵抗が大きくなる。これによりIGBT素子ELのサージを小さくすることができる。
In addition, since the n-type high-concentration
また本実施の形態の第1および第3の変形例のそれぞれによれば、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの電気的コンタクト部にn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとが形成されている。これにより、蓄積状態でのゲート抵抗が小さくされ、特にVg<0Vの電位が印加される場合に遅延時間が安定化される。
Further, according to each of the first and third modifications of the present embodiment, the n-type high-concentration
[実施の形態4]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図46は、本発明の実施の形態4における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 4]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. FIG. 46 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of the resistance element of the semiconductor device in the fourth embodiment of the present invention.
図46を参照して、本実施の形態のIGBTチップは、抵抗素子としてダイオード型内蔵ゲート抵抗4dを有している。ダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、p型高濃度多結晶シリコン層24bと、n型低濃度多結晶シリコン層23aと、n型高濃度多結晶シリコン層24aとを有している。n型低濃度多結晶シリコン層23aは、p型高濃度多結晶シリコン層24bおよびn型高濃度多結晶シリコン層24aのそれぞれを介して、ゲートパッド1およびゲート主配線5の各々に電気的に接続されている。
Referring to FIG. 46, the IGBT chip of the present embodiment has a diode-type built-in
上記構成により、本実施の形態のダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、p型高濃度多結晶シリコン層24bとn型低濃度多結晶シリコン層23aとの界面にpn接合面を有するダイオード(図中ダイオード記号)を含んでいる。
With the above configuration, the diode-type built-in
なお、本実施の形態におけるn型低濃度多結晶シリコン層23aの不純物濃度の選択範囲は実施の形態3に比して広い。すなわち実施の形態3におけるn型低濃度多結晶シリコン層23aの不純物濃度は前述したように、反転状態、蓄積状態および空乏状態のうち少なくとも2つの状態を取り得るように調整されるが、本実施の形態はそのような制約は受けない。
Note that the selection range of the impurity concentration of the n-type low-concentration
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態3の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the third embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
次に本実施の形態の半導体装置における抵抗素子の動作について説明する。IGBT素子EL(図46において図示せず)のスイッチング動作の初期および終期においては、ゲート電極13(図46において図示せず)のゲート抵抗であるダイオード型内蔵ゲート抵抗4dの両端の電位差は小さい。またダイオードはアノード−カソード間の電位差が小さい場合に高抵抗となり、逆に両端の電位差が大きい場合に低抵抗となる。このため、ダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、スイッチング動作の中期に比して、初期および終期において高い抵抗値を有する。
Next, the operation of the resistance element in the semiconductor device of this embodiment will be described. In the initial and final stages of the switching operation of the IGBT element EL (not shown in FIG. 46), the potential difference between both ends of the diode-type built-in
次に本実施の形態の半導体装置の変形例について説明する。図47〜図49のそれぞれは、本発明の実施の形態4の半導体装置の第1〜第3の変形例の各々における抵抗素子の構成を概略的に示す部分断面図である。 Next, a modification of the semiconductor device of this embodiment will be described. 47 to 49 are partial cross sectional views schematically showing a configuration of a resistance element in each of first to third modifications of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention.
図47を参照して、本実施の形態の第1の変形例においては、ダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、p型低濃度多結晶シリコン層23bとn型高濃度多結晶シリコン層24aとの界面にpn接合面を有するダイオード(図中ダイオード記号)を含んでいる。
Referring to FIG. 47, in the first modification of the present embodiment, diode-type built-in
図48を参照して、本実施の形態の第2の変形例においては、本実施の形態と異なり、ダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは半導体基板101の溝内に埋め込まれず、フィールド酸化膜7上に形成されている。
Referring to FIG. 48, in the second modification of the present embodiment, unlike the present embodiment, diode-type built-in
図49を参照して、本実施の形態の第3の変形例においては、上記第2の変形例におけるダイオードの導電型が入れ替えられている。 Referring to FIG. 49, in the third modification of the present embodiment, the conductivity types of the diodes in the second modification are switched.
本実施の形態によれば、ダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、IGBT素子ELのスイッチング動作の中期に比して、初期および終期において高い抵抗値を有する。よってサージの発生が抑制される。これにより損失の小さなIGBTチップが得られる。
According to the present embodiment, the diode-type built-in
また、パルス幅の小さな急激に変化するノイズ信号がゲートパッド1に加わった場合に、このノイズ信号に対するゲート電極13の電位の応答を鈍化させ、IGBT素子ELの誤動作を抑制することができる。
In addition, when a rapidly changing noise signal with a small pulse width is applied to the
なお、図46におけるn型低濃度多結晶シリコン層23aの濃度が実施の形態3の場合と同様の場合は、実施の形態3と同様の効果も期待される。
When the concentration of n-type low-concentration
また、本実施の形態のダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、実施の形態1で示したオーミックなゲート抵抗である抵抗素子や、実施の形態3で示したp型領域21との電位差により抵抗値が変化する抵抗素子、あるいは従来の抵抗素子と組み合わされてもよい。この組み合わせは、たとえば並列接続などにより行なうことができる。
The diode-type built-in
この場合、ゲート電位やゲート両端の電位差によってゲート抵抗値が細かく制御されることにより、スイッチング波形を所望のものに近づけることが可能である。 In this case, it is possible to bring the switching waveform closer to a desired one by finely controlling the gate resistance value by the gate potential or the potential difference between both ends of the gate.
[実施の形態5]
本実施の形態の半導体装置における半導体素子は、実施の形態4(図46)と同様にダイオードを有している。ただし本実施の形態の抵抗素子が含んでいるダイオードは、n型低濃度多結晶シリコン層23aの不純物濃度が高く、逆方向耐圧が低いツェナーダイオードである。すなわち本実施の形態の抵抗素子はツェナーダイオード型ゲート抵抗となっている。このツェナーダイオードは、逆方向特性が利用されて一定の耐圧を有するように設定される。
[Embodiment 5]
The semiconductor element in the semiconductor device of the present embodiment has a diode as in the fourth embodiment (FIG. 46). However, the diode included in the resistance element of the present embodiment is a Zener diode in which the n-type low-concentration
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態4の構成とほぼ同じであるため、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the fourth embodiment described above, the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、耐圧以下のノイズがゲートに印加された場合にゲート電極13への充放電がなされない。これによりIGBTチップの誤動作を抑制することができる。
According to the present embodiment, the
[実施の形態6]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図50および図51のそれぞれは、本発明の実施の形態6およびその変形例の各々における半導体装置の抵抗素子の構成を概略的に示す平面図である。なお図中破線にて、ゲートパッド側コンタクトホール9a、主配線側コンタクトホール9bおよび層間絶縁膜11に対する抵抗素子のおおよその位置関係を示す。
[Embodiment 6]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. 50 and 51 are each a plan view schematically showing a configuration of a resistance element of the semiconductor device in each of the sixth embodiment of the present invention and the modifications thereof. The broken line in the drawing shows the approximate positional relationship of the resistance elements with respect to the gate pad
図50を参照して、本実施の形態の半導体装置は、ゲートパッド側コンタクトホール9aと主配線側コンタクトホール9bとの間に、抵抗素子として複数のダイオードを有している。すなわち、ゲートパッド1(図50において図示せず)とゲート主配線5(図50において図示せず)とが、互いに電気的に並列に接続された複数の抵抗素子を有している。
Referring to FIG. 50, the semiconductor device of the present embodiment has a plurality of diodes as resistance elements between gate pad
この複数のダイオードは、少なくとも1つの順方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗4fと、少なくとも1つの逆方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗4rとを含んでいる。ここで順方向および逆方向とは、ゲートパッド1からゲート主配線5への方向が基準とされたダイオードの極性のことである。
The plurality of diodes include at least one forward diode-type built-in
好ましくは、トレンチ型内蔵ゲート抵抗4tの個数と、逆方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗4rの個数とは、異なる個数とされる。
Preferably, the number of trench-type built-in
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態4または5の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the above-described fourth or fifth embodiment, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、IGBT素子ELのスイッチングのオン時およびオフ時において、実施の形態4または5と同様の効果が得られる。 According to the present embodiment, the same effect as in the fourth or fifth embodiment can be obtained when switching of the IGBT element EL is turned on and off.
また順方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗4fの個数と逆方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗4rの個数とが異なる個数とされることにより、上記複数の抵抗素子は、ゲートパッド1とゲート主配線5との間で、電流方向によって相違する抵抗値を有する抵抗素子として機能する。よって、IGBT素子ELのオン時とオフ時とで異なる電気抵抗を有する抵抗素子を形成することができる。
In addition, the number of the diode-type built-in
なお、図51の変形例に示すように、本実施の形態の抵抗素子は、実施の形態1で示したオーミックなゲート抵抗である抵抗素子や、実施の形態3で示したp型領域21との電位差により抵抗値が変化する抵抗素子、あるいは従来の抵抗素子である内蔵ゲート抵抗4iを含んでもよい。
As shown in the modification of FIG. 51, the resistance element of the present embodiment is the same as the resistance element that is the ohmic gate resistance shown in the first embodiment, or the p-
[実施の形態7]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図52は、本発明の実施の形態7における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 7]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. FIG. 52 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of the resistance element of the semiconductor device in the seventh embodiment of the present invention.
図52を参照して、本実施の形態のIGBTチップは、接合型電界効果トランジスタ(JFET(Junction Field Effect Transistor))を含む抵抗素子であるJFET型内蔵ゲート抵抗4jを有している。JFET型内蔵ゲート抵抗4jは、チャネル領域となるp型低濃度多結晶シリコン層23bと、ソース/ドレイン領域となる1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24bと、ゲートとなるn型高濃度多結晶シリコン層25とを有している。
Referring to FIG. 52, the IGBT chip of the present embodiment has a JFET type built-in
n型高濃度多結晶シリコン層25上には、n型高濃度多結晶シリコン層25と電気的に接続された電極26が形成されている。電極26はn型高濃度多結晶シリコン層25の電位を制御する機能を有している。
An
次に本実施の形態の抵抗素子の動作について説明する。電極26によりn型高濃度多結晶シリコン層25の電位が制御される。これにより空乏層27が広がる深さ寸法(図中縦方向の寸法)が制御されるので、JFET型内蔵ゲート抵抗4jの抵抗値が制御される。
Next, the operation of the resistance element of this embodiment will be described. The potential of the n-type high concentration
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than the above is substantially the same as the configuration of the first embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、抵抗素子の外部から電極26に電位信号が印加されることにより、抵抗素子の抵抗値を変えることができる。
According to the present embodiment, the resistance value of the resistance element can be changed by applying a potential signal to the
なお上記においては抵抗素子としてpチャネル型JFETを含むJFET型内蔵ゲート抵抗4jについて説明したが、nチャネル型JFETを含むJFET型内蔵ゲート抵抗を用いることもできる。
In the above description, the JFET type built-in
また上記においては抵抗素子として第1の溝部T1に埋め込まれたJFET型内蔵ゲート抵抗4jについて説明したが、抵抗素子は平面型であってもよい。
In the above description, the JFET-type built-in
また、実施の形態6と同様の効果を得るために、たとえばオン時とオフ時とでn型高濃度多結晶シリコン層25に接続される電極26の数が変えられて接続されてもよい。
In order to obtain the same effect as in the sixth embodiment, for example, the number of
[実施の形態8]
図53は、本発明の実施の形態8における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。図53を参照して、本実施の形態のIGBTチップは、抵抗素子として接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗4kを有している。
[Embodiment 8]
FIG. 53 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in an eighth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 53, the IGBT chip of the present embodiment has a junction control diode type built-in
接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗4kは、p型低濃度多結晶シリコン層23bとn型高濃度多結晶シリコン層24aとの界面にpn接合面を有している。これにより接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗4kはダイオードを含む構成を有している。
Junction control diode type built-in
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態7(図52)とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than this is substantially the same as that of the above-described seventh embodiment (FIG. 52), the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、抵抗素子の外部から電極26に電位信号が印加されることにより、抵抗素子の抵抗値を変えることができる。また実施の形態4および5と同様の効果も得ることができる。
According to the present embodiment, the resistance value of the resistance element can be changed by applying a potential signal to the
なお抵抗素子として、上記の接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗4kの導電型が逆にされた抵抗素子を用いることもできる。
As the resistance element, a resistance element in which the conductivity type of the above-described junction control diode type built-in
また、図53には第1の溝部T1に埋め込まれた接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗4kについて示したが、抵抗素子は平面型であってもよい。
FIG. 53 shows the junction control diode type built-in
また、実施の形態6と同様の効果を得るために、たとえばオン時とオフ時とでn型高濃度多結晶シリコン層25に接続される電極26の数が変えられて接続されてもよい。
In order to obtain the same effect as in the sixth embodiment, for example, the number of
[実施の形態9]
図54は、本発明の実施の形態9における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。図54を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップは、MIS(Metal Insulator Semiconductor)型電界効果トランジスタを含む抵抗素子であるMOS(Metal Oxide Semiconductor)型ゲート抵抗4mを有している。またIGBTチップは、MOS型ゲート抵抗4m自体のゲート電位を制御するための電極26を有している。
[Embodiment 9]
FIG. 54 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in
MOS型ゲート抵抗4mは、p型低濃度多結晶シリコン層23bと、1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aと、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28と、内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29とを有している。
The MOS
p型低濃度多結晶シリコン層23bはMOS型ゲート抵抗4mのチャネル領域を形成している。1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aは、上記チャネル領域に対するソース/ドレイン領域としての機能を有している。内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28は、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28の電位に応じて上記チャネル領域のキャリア濃度を制御する機能を有している。内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29は、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28とp型低濃度多結晶シリコン層23bとを絶縁している。電極26は内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28の電位を制御する機能を有している。
The p-type low-concentration
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態4の第3の変形例(図49)とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than this is substantially the same as that of the third modified example (FIG. 49) of the fourth embodiment described above, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. .
本実施の形態によれば、抵抗素子の外部から電極26に電位信号が印加されることにより、抵抗素子の抵抗値を変えることができる。また実施の形態4および5と同様の効果も得ることができる。
According to the present embodiment, the resistance value of the resistance element can be changed by applying a potential signal to the
なお、本実施の形態の説明はnチャネル型のMOS型ゲート抵抗4mを用いて行ったが、MOS型ゲート抵抗4mはpチャネル型であってもよい。
Although the description of the present embodiment has been made using the n-channel
また、図54には平面型のMOS型ゲート抵抗4mについて示したが、抵抗素子は第1の溝部T1に埋め込まれたトレンチ型であってもよい。
Further, although FIG. 54 shows a planar
また、MOS型ゲート抵抗4mが含むMOSトランジスタは、エンハンスメント型、デプレッション型のいずれであってもよい。
The MOS transistor included in the
また、実施の形態6と同様の効果を得るために、たとえばオン時とオフ時とで内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28に接続される電極26の数が変えられて接続されてもよい。
In order to obtain the same effect as in the sixth embodiment, for example, the number of
[実施の形態10]
図55は、本発明の実施の形態10における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。図55を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップは、抵抗素子としてゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4gを有している。またIGBTチップは、ゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4g自体のゲート電位を制御するための電極26を有している。
[Embodiment 10]
FIG. 55 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in
ゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4gは、p型低濃度多結晶シリコン層23bと、p型高濃度多結晶シリコン層24bと、n型高濃度多結晶シリコン層24aと、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28と、内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29とを有している。
The gate control diode
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態9(図54)とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than this is substantially the same as that of the above-described ninth embodiment (FIG. 54), the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
本実施の形態によれば、抵抗素子の外部から電極26に電位信号が印加されることにより、抵抗素子の抵抗値を変えることができる。また実施の形態4および5と同様の効果も得ることができる。また実施の形態4および5と同様の効果も得ることができる。
According to the present embodiment, the resistance value of the resistance element can be changed by applying a potential signal to the
なお、本実施の形態の説明はnチャネル型のゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4gを用いて行ったが、ゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4gはpチャネル型であってもよい。
Although the description of the present embodiment has been made using the n-channel gate control diode
また、図55には平面型のゲート制御ダイオード型ゲート抵抗4gについて示したが、抵抗素子は第1の溝部T1に埋め込まれたトレンチ型であってもよい。
FIG. 55 shows the planar gate control diode
また、実施の形態6と同様の効果を得るために、たとえばオン時とオフ時とで内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28に接続される電極26の数が変えられて接続されてもよい。
In order to obtain the same effect as in the sixth embodiment, for example, the number of
[実施の形態11]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図56(a)および(b)は、本発明の実施の形態11およびその変形例のそれぞれにおける半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 11]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. 56 (a) and 56 (b) are partial cross sectional views schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in each of the eleventh embodiment of the present invention and its modification.
図56(a)を参照して、本実施の形態における半導体装置は、抵抗素子として、n型低濃度多結晶シリコン層23aと、1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aと、p型高濃度多結晶シリコン層24bとを有している。この抵抗素子は、絶縁膜IL上に形成されている。絶縁膜ILは、フィールド酸化膜7または絶縁膜14bである。また半導体装置は抵抗素子の上に1組の金属層10,10を有している。
Referring to FIG. 56 (a), the semiconductor device in the present embodiment includes an n-type low-concentration
1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aは互いにn型低濃度多結晶シリコン層23aを介して電気的に接続されている。n型高濃度多結晶シリコン層24aとn型低濃度多結晶シリコン層23aとは同一の導電型であるため、1組のn型低濃度多結晶シリコン層23a,23aの間はオーミック抵抗である内蔵ゲート抵抗4iとしての機能を有している。
A set of n-type high-concentration
p型高濃度多結晶シリコン層24bは1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aの間に設けられている。1組のn型高濃度多結晶シリコン層24aのうち一方(図中左方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと、p型高濃度多結晶シリコン層24bとの間はn型低濃度多結晶シリコン層23aを介して電気的に接続されている。
The p-type high concentration
p型高濃度多結晶シリコン層24bとn型低濃度多結晶シリコン層23aとの導電型が相違するため、両者の界面にpn接合が形成されている。すなわちp型高濃度多結晶シリコン層24bとn型高濃度多結晶シリコン層24aとの間に、p型高濃度多結晶シリコン層24bからn型高濃度多結晶シリコン層24aに向かって順方向となるダイオードを含むダイオード型内蔵ゲート抵抗4dが形成されている。
Since the p-type high-concentration
上記の構成により、本実施の形態の抵抗素子は、モノリシック(monolithic)に形成されたダイオードとオーミック抵抗とを並列に有する領域を含んでいる。 With the above configuration, the resistance element of the present embodiment includes a region having a monolithic diode and an ohmic resistor in parallel.
1組の金属層10,10のうち一方(図中左方)の金属層10は、一方(図中左方)のn型高濃度多結晶シリコン層24a上に、互いに接するように形成されている。
One (left side in the figure) of the pair of
また1組の金属層10,10のうち他方(図中右方)の金属層10は、他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24a上からp型高濃度多結晶シリコン層24b上にかけて形成されている。他方の金属層10は、他方のn型高濃度多結晶シリコン層24aおよびp型高濃度多結晶シリコン層24bのそれぞれと接するように形成されている。また他方の金属層10とn型低濃度多結晶シリコン層23aとは層間絶縁膜11により電気的に絶縁されている。
The other (right side in the figure)
上記の他方の金属層10の構成により、他方の金属層10の一部が他方のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間に並列接続されたオーミックな抵抗30としての機能を有している。
With the configuration of the
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態1〜10とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 In addition, since it is substantially the same as Embodiment 1-10 mentioned above about the structure other than this, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is abbreviate | omitted.
次に、本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の動作の概略について説明する。
p型高濃度多結晶シリコン層24b側が低電位の場合、抵抗素子は、n型低濃度多結晶シリコン層23aを抵抗とした通常の内蔵ゲート抵抗4iとして機能する。
Next, an outline of the operation of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described.
When the p-type high-concentration
p型高濃度多結晶シリコン層24b側が高電位の場合、並列接続された抵抗30の抵抗値と、n型低濃度多結晶シリコン層23aの不純物濃度との関係が適度に調整されることにより、ダイオードと抵抗との並列動作が実現される。
When the p-type high-concentration
図56(b)を参照して、本実施の形態の変形例においては、p型高濃度多結晶シリコン層24bは、1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aのうち一方(図中左側)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと共に、他方(図中右側)のn型高濃度多結晶シリコン層24aを挟む位置に設けられている。1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aのうち一方(図中左側)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと、p型高濃度多結晶シリコン層24bとの間はn型低濃度多結晶シリコン層23aを介して電気的に接続されている。
Referring to FIG. 56B, in the modification of the present embodiment, p-type high-concentration
次に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の動作の詳細について説明する。
図57(a)および(b)は、本発明の実施の形態11およびその変形例のそれぞれにおける半導体装置の抵抗素子の等価回路を示す図である。
Next, details of the operation of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described.
FIGS. 57 (a) and 57 (b) are diagrams showing an equivalent circuit of the resistance element of the semiconductor device in each of the eleventh embodiment and the modifications thereof.
図56(a)および図57(a)を参照して、本実施の形態においては、電位V0は一方(図中左方)の金属層10の電位である。電位V1は、他方(図中右方)の金属層10の他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと接する部分における電位である。電位Vxは、他方(図中右方)の金属層10のp型高濃度多結晶シリコン層24bと接する部分における電位である。
Referring to FIGS. 56 (a) and 57 (a), in this embodiment, potential V 0 is the potential of one metal layer 10 (left side in the figure). The potential V 1 is a potential at a portion in contact with the other (right side in the figure) n-type high-concentration
抵抗R0は、内蔵ゲート抵抗4iにおける一方(図中左方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間の部分の抵抗である。抵抗R1は、内蔵ゲート抵抗4iにおける他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間の部分の抵抗である。抵抗R2は抵抗30である。
The resistance R 0 is a resistance of a portion between one (left side in the figure) of the n-type high concentration
電流i0,i1およびi2のそれぞれは、抵抗R0,R1およびR2の各々を流れる電流である。 Each of the currents i 0 , i 1 and i 2 is a current flowing through each of the resistors R 0 , R 1 and R 2 .
図56(b)および図57(b)を参照して、本実施の形態の変形例においては、電位V1は他方(図中右方)の金属層10におけるp型高濃度多結晶シリコン層24bと接する部分における電位である。電位Vxは、他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと接する部分における電位である。
Referring to FIG. 56 (b) and FIG. 57 (b), in a variation of this embodiment, p-type heavily doped polycrystalline silicon layer in the
抵抗R0は、内蔵ゲート抵抗4iにおける1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24a間の部分の抵抗である。抵抗R1は抵抗30である。抵抗R2は、内蔵ゲート抵抗4iにおける他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間の部分の抵抗である。
The resistor R 0 is the resistance of a portion between the pair of n-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24a and 24a in the built-in
図58(a)は、本発明の実施の形態11およびその変形例における半導体装置の抵抗素子のR2<R1<<R0の場合の電圧−電流特性の説明図である。図58(b)は、本発明の実施の形態11およびその変形例における半導体装置の抵抗素子のR1>R2>>R0の場合の電圧−電流特性の説明図である。 FIG. 58A is an explanatory diagram of voltage-current characteristics when R 2 << R 1 << R 0 of the resistance elements of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention and the modification thereof. FIG. 58B is an explanatory diagram of voltage-current characteristics when R 1 >> R 2 >> R 0 of the resistance element of the semiconductor device according to the eleventh embodiment of the present invention and the modification thereof.
図58(a)および(b)を参照して、グラフにおける縦軸は、電流i0,i1,i2のそれぞれを示す。横軸は、破線で示した電流i1,i2に対してはV1−Vxを示し、電流i0に対してはV1−V0を示す。Φはダイオードの電圧−電流特性の関数である。 58 (a) and 58 (b), the vertical axis in the graph indicates each of currents i 0 , i 1 , i 2 . The horizontal axis represents the V 1 -V x for currents i 1, i 2 indicated by a broken line, shows the V 1 -V 0 for current i 0. Φ is a function of the voltage-current characteristic of the diode.
抵抗成分の一部である抵抗R1に生じる電圧降下(V1−Vx)によってダイオードが順バイアスされてダイオード電流が流れ始めるには、所定の電流ifおよび電圧Vfを要する。そのとき抵抗素子全体には、V1-Vx=Vfとなるように電圧V1-V0が印加される。ダイオードを流れる電流が電流if以上の場合、抵抗成分の一部である抵抗R1とダイオード側の抵抗R2との比に依存した電流が流れる。ただしダイオードに電流が流れているときは抵抗R0および図57(b)における抵抗R2はバイポーラ動作をするため抵抗が低くなる。 In order for the diode to be forward-biased by the voltage drop (V 1 −V x ) generated in the resistor R 1 , which is a part of the resistance component, a predetermined current if and a voltage V f are required for the diode current to start flowing. At that time, the voltage V 1 -V 0 is applied to the entire resistance element so that V 1 -V x = V f . If the current through the diode is not less than the current i f, the current depends on the ratio of the resistance R 2 of the resistor R 1 and a diode side is a part has a resistance component flows. However, when current flows through the diode, the resistance R 0 and the resistance R 2 in FIG.
R2<R1<<R0の場合、大きな電流Ifを要する。このため、(V1−V0)の大きなところまでi0=(V1−V0)/(R1+R0)の電流が流れ、その後ダイオードがオンして抵抗R2が低くなる。すなわち負性抵抗を示すスナップバックSBが起こる。
When R 2 << R 1 << R 0 , a large current If is required. Therefore, i 0 = (V 1 -V 0) to large at the (V 1 -V 0) / (
R1>R2>>R0の場合、Ifが小さくてもダイオードがオンするため、スナップバックSBは起こらない。また、(V1−V0)<0のときはダイオードに電流が流れないため、i0=(V1−V0)/(R1+R0)の電流が流れる。 In the case of R 1 >> R 2 >> R 0 , the snap-back SB does not occur because the diode is turned on even if If is small. Further, when (V 1 −V 0 ) <0, no current flows through the diode, and therefore a current of i 0 = (V 1 −V 0 ) / (R 1 + R 0 ) flows.
本実施の形態によれば、抵抗素子はダイオードとオーミック抵抗とをモノリシックに並列に有している。このため実施の形態6の変形例(図51)に示す半導体装置と同様の効果を小さな面積で達成できる。 According to the present embodiment, the resistive element has a diode and an ohmic resistor in parallel in a monolithic manner. Therefore, the same effect as that of the semiconductor device shown in the modification of the sixth embodiment (FIG. 51) can be achieved with a small area.
また図58(a)に示すようにスナップバックSBによる抵抗特性をも実現することができる。したがって、抵抗素子の両端が一定電位差になった場合に、IGBT素子ELのゲート電極13への充放電をスナップバックにより加速することが可能である。なお本実施の形態に比してその変形例の方が、抵抗30が大きくされない限り、スナップバックSBを起こしやすい。
Further, as shown in FIG. 58 (a), the resistance characteristic by the snapback SB can also be realized. Therefore, when both ends of the resistance element have a constant potential difference, charging / discharging of the IGBT element EL to the
なお、n型低濃度多結晶シリコン層23aの少なくとも一部の抵抗値を変えるためには、他方のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間の距離やn型低濃度多結晶シリコン層23aの濃度を少なくとも一部で変えることが有効である。
In order to change the resistance value of at least a part of the n-type low-concentration
また、中間に位置する高濃度層が電流経路を遮らない限り、抵抗素子はトレンチ型であっても平面型であってもよい。 In addition, the resistive element may be a trench type or a planar type as long as the high concentration layer located in the middle does not block the current path.
また、本実施の形態の構成における導電型が反転された構成は、本発明と実質的に同等の構成である。 Further, the configuration in which the conductivity type in the configuration of the present embodiment is inverted is a configuration substantially equivalent to the present invention.
[実施の形態12]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図59は、本発明の実施の形態12における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 12]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. FIG. 59 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in
図59を参照して、本実施の形態における半導体装置は、抵抗素子として、n型低濃度多結晶シリコン層23aと、1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aと、1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24bとを有している。この抵抗素子は、絶縁膜IL上に形成されている。絶縁膜ILは、フィールド酸化膜7または絶縁膜14bである。また半導体装置は抵抗素子の上に1組の金属層10,10を有している。
Referring to FIG. 59, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n-type low-concentration
1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aおよび1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24bの各層はn型低濃度多結晶シリコン層23a上に形成されている。
Each of the set of n-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24a and 24a and the set of p-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24b and 24b is formed on the n-type low-concentration
一方(図中左方)のp型高濃度多結晶シリコン層24bと、他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aとは、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L1の部分を介して電気的に接続されている。一方(図中左方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと、他方(図中右方)のp型高濃度多結晶シリコン層24bとは、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L2の部分を介して電気的に接続されている。
One (left side in the figure) p-type high-concentration
1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aは、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L3の部分を介して電気的に接続されている。n型高濃度多結晶シリコン層24aとn型低濃度多結晶シリコン層23aとは同一の導電型であるため、1組のn型低濃度多結晶シリコン層23a,23aの間はオーミック抵抗である内蔵ゲート抵抗4iとしての機能を有している。
The pair of n-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24a and 24a are electrically connected through the length L3 portion of the n-type low-concentration
一方(図中左方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと一方のp型高濃度多結晶シリコン層24bとは、一方の金属層10により抵抗30を伴って電気的に接続されている。また他方(図中右方)のn型高濃度多結晶シリコン層24aと他方のp型高濃度多結晶シリコン層24bとは、他方の金属層10により抵抗30を伴って電気的に接続されている。
One (left side in the figure) n-type high-concentration
一方(図中左方)のp型高濃度多結晶シリコン層24bとn型低濃度多結晶シリコン層23aとの界面および他方(図中右方)のp型高濃度多結晶シリコン層24bとn型低濃度多結晶シリコン層23aとの界面のそれぞれにはpn接合が形成されている。すなわち1対のpn接合ダイオードが形成されている。
The interface between one (left side in the figure) p-type high-concentration
一方(図中左方)の金属層10から、一方のp型高濃度多結晶シリコン層24b、n型低濃度多結晶シリコン層23aおよび他方(図中右方)のp型高濃度多結晶シリコン層24bを経由して他方の金属層10へ向かう電流方向に対して、上記1対のダイオードのうち一方のダイオードは順方向の極性を有し、他方のダイオードは逆方向の極性を有している。
From one (left side in the figure) of the
上記の構成により、本実施の形態の抵抗素子は、ダイオードとオーミック抵抗とを並列に有する領域を1対含んでおり、この1対の領域のそれぞれが有するダイオードの極性は互いに異なっている。 With the above configuration, the resistance element of the present embodiment includes a pair of regions each having a diode and an ohmic resistor in parallel, and the polarities of the diodes included in each of the pair of regions are different from each other.
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態11とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than this is almost the same as that of the above-described eleventh embodiment, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
次に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の動作について説明する。
一方(図中左方)の金属層10の側(図中E1側)が他方(図中右方)の金属層10の側(図中E2側)に対して高電位とされると、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L1の領域のダイオードは順方向の電圧が印加されて活性状態となる。一方、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L2の領域のダイオードは逆方向の電圧が印加されて不活性状態となる。
Next, the operation of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described.
When one side (left side in the figure) of the
逆に、E1側がE2側に対して低電位とされると、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L1の領域のダイオードは逆方向の電圧が印加されて不活性状態となる。一方、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L2の領域のダイオードは順方向の電圧が印加されて活性状態となる。
Conversely, when the E1 side is set to a lower potential than the E2 side, the diode in the region of the length dimension L1 of the n-type low-concentration
なお、n型低濃度多結晶シリコン層23aの長さ寸法L3の抵抗は、E1側とE2側との間の電位関係に関わらず、活性状態となる。
Note that the resistance of the length L3 of the n-type low-concentration
本実施の形態によれば、長さ寸法L1,L2を変えることにより、E1側とE2側との間の電圧方向ごとに、抵抗素子の抵抗値を独立して調整することができる。よって、IGBT素子ELのスイッチングのオン時とオフ時とのゲート抵抗を独立して調整することができる。 According to the present embodiment, the resistance value of the resistance element can be independently adjusted for each voltage direction between the E1 side and the E2 side by changing the length dimensions L1 and L2. Therefore, the gate resistance when the switching of the IGBT element EL is turned on and off can be adjusted independently.
また、図56(a)に示した実施の形態11の構造と同様、抵抗素子の両端の電位差が一定の値に達したときにスナップバックによる負性抵抗特性を実現することができる。こためには、並列接続された金属層10の抵抗30の値が大きくされたり、n型低濃度多結晶シリコン層23aの少なくとも一部の抵抗が低くされたり、金属層10で互いに接続されたn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの間の距離が小さくされたりすればよい。
Similarly to the structure of the eleventh embodiment shown in FIG. 56 (a), the negative resistance characteristic due to snapback can be realized when the potential difference between both ends of the resistance element reaches a certain value. For this purpose, the value of the
なお、実施の形態11での図56(a)の構造と図56(b)の構造との関係と同様に、図59のn型高濃度多結晶シリコン層24aとp型高濃度多結晶シリコン層24bとの配置が入れ替えられてもよい。
Similarly to the relationship between the structure of FIG. 56 (a) and the structure of FIG. 56 (b) in the eleventh embodiment, n-type high-concentration
また、中間に位置する高濃度層が電流経路を遮らない限り、抵抗素子はトレンチ型であっても平面型であってもよい。 In addition, the resistive element may be a trench type or a planar type as long as the high concentration layer located in the middle does not block the current path.
また、本実施の形態の構成における導電型が反転された構成は、本発明と実質的に同等の構成である。 Further, the configuration in which the conductivity type in the configuration of the present embodiment is inverted is a configuration substantially equivalent to the present invention.
[実施の形態13]
最初に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の構成について説明する。図60は、本発明の実施の形態13における半導体装置の抵抗素子近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。
[Embodiment 13]
First, the structure of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described. FIG. 60 is a partial cross sectional view schematically showing a configuration in the vicinity of a resistance element of a semiconductor device in
図60を参照して、本実施の形態における半導体装置は、抵抗素子として、p型低濃度多結晶シリコン層23bと、1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aと、1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24bと、内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29と、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28とを有している。また半導体装置は、抵抗素子上に電極26と、1組の金属層10,10とを有している。
Referring to FIG. 60, the semiconductor device in the present embodiment includes a p-type low-concentration
1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24bはp型低濃度多結晶シリコン層23b上に設けられており、互いにp型低濃度多結晶シリコン層23bを介して電気的に接続されている。p型高濃度多結晶シリコン層24bとp型低濃度多結晶シリコン層23bとの導電型は同一であるため、1組のp型高濃度多結晶シリコン層24b,24b間は通常の内蔵ゲート抵抗4iとしての機能を有している。
The pair of p-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24b and 24b are provided on the p-type low-concentration
1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aはp型低濃度多結晶シリコン層23b上に設けられている。1組のn型高濃度多結晶シリコン層24a,24aの間に位置するp型低濃度多結晶シリコン層23bの上には、内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29と、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28とが、この順に設けられている。この構成により本実施の形態の抵抗素子はMIS型構造を有しており、実施の形態9のMOS型ゲート抵抗4m(図54)と同様の構造を含んでいる。
A set of n-type high-concentration polycrystalline silicon layers 24a and 24a is provided on the p-type low-concentration
なお上記のMIS型構造におけるp型低濃度多結晶シリコン層23bなどの半導体層は絶縁膜ILの上に設けられている。すなわち抵抗素子はSOI型の構造を有している。
A semiconductor layer such as the p-type low-concentration
またIGBTチップは、MOS型ゲート抵抗4m自体のゲート電位を制御するための電極26を有している。
The IGBT chip has an
本実施の形態における内蔵ゲート抵抗4i相当部の一方(図中左方)端部と、MOS型ゲート抵抗4m相当部の一方端部とは、一方の金属層10により電気的に接続されている。また、内蔵ゲート抵抗4i相当部の他方(図中右方)端部と、MOS型ゲート抵抗4m相当部の他方端部とは、他方の金属層10により電気的に接続されている。すなわち抵抗素子は、MOS型ゲート抵抗4mと内蔵ゲート抵抗4iとが並列接続された構成を有している。
One end (left side in the figure) of the portion corresponding to the built-in
なお、これ以外の構成については、上述した実施の形態11とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 Since the configuration other than this is almost the same as that of the above-described eleventh embodiment, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
次に本実施の形態の半導体装置が有する抵抗素子の動作について説明する。
電極26に信号が入力されると、内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28の電位が変化し、p型低濃度多結晶シリコン層23bの内蔵ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜29側におけるチャネルの制御が行なわれる。これによりMOS型ゲート抵抗4m相当部の抵抗値が外部から制御される。
Next, the operation of the resistance element included in the semiconductor device of this embodiment will be described.
When a signal is input to the
チャネルがなくなるように電極26に信号が入力されることにより、抵抗素子の抵抗値は最大化されて内蔵ゲート抵抗4iの抵抗値となる。
By inputting a signal to the
逆に反転層によるチャネルが形成されるように電極26に信号が入力されることにより、抵抗素子にはMOS型ゲート抵抗4m相当部を経由する電流経路が付加されて抵抗値が減少する。
On the contrary, when a signal is input to the
本実施の形態によれば、抵抗素子は内蔵ゲート抵抗4i相当部とMOS型ゲート抵抗4m相当部とが並列接続されている。これにより、抵抗素子の抵抗値を外部から容易に変えることができる。また実施の形態9(図54)と異なり、抵抗値の最大値を内蔵ゲート抵抗4i相当部の抵抗値とすることができる。また内蔵ゲート抵抗4i相当部とMOS型ゲート抵抗4m相当部とが半導体基板101の厚み方向に重ねられて形成されているため、半導体基板101上の小さな面積で抵抗素子を形成することができる。
According to the present embodiment, the resistance element has the built-in
なお、本実施の形態の説明は、nチャネル型のMOS型ゲート抵抗4mとp型半導体層よりなる通常の内蔵ゲート抵抗4iとの並列構造について行なわれたが、MOS型ゲート抵抗4mおよび通常の内蔵ゲート抵抗4iの導電型の組合せは任意である。
The description of the present embodiment has been made on a parallel structure of an n-channel
また、MOS型ゲート抵抗4mは、エンハンスメント型およびデプレッション型のいずれであってもよい。
The
また、抵抗素子は平面型およびトレンチ型のいずれであってもよい。
上記実施の形態11〜13において、実施の形態1および実施の形態3〜10に述べた構造の組合せがモノリシックに形成される場合について説明したが、この組合せは上記説明で述べた構造に限定されるものではない。
The resistance element may be either a planar type or a trench type.
In
たとえばダイオード型内蔵ゲート抵抗4dは、実施の形態5で説明したツェナーダイオード型ゲート抵抗に置換えることができる。また、MOS型ゲート抵抗4mはJFET型ゲート抵抗4jに置換えることができる。また、内蔵ゲート抵抗4iは通常の内蔵ゲート抵抗4iは実施の形態3で説明したように不純物濃度が調整されてもよい。
For example, the diode-type built-in
また、n型高濃度多結晶シリコン層24aやp型高濃度多結晶シリコン層24bは、図示した各断面図の奥行方向に平面的に二次元配置されてもよい。たとえば実施の形態12(図59)および実施の形態13(図60)のそれぞれの抵抗素子は、図61(a)および(b)に示すような配置とされることができる。
Further, the n-type high-concentration
また、1つの抵抗素子にはn型低濃度多結晶シリコン層23aおよびp型低濃度多結晶シリコン層23bのいずれかが形成されている例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえばn型高濃度多結晶シリコン層24aおよびp型高濃度多結晶シリコン層24bのそれぞれと金属層10との電気的接続のための共通コンタクトが用いられるなどして、n型低濃度多結晶シリコン層23aおよびp型低濃度多結晶シリコン層23bをともに有するシリコン層を用いることもできる。
Further, although an example has been described in which one of the n-type low-concentration
[実施の形態14]
実施の形態1〜13においては、主に、IGBT素子ELに接続されたゲート抵抗である抵抗素子自体について説明した。実際のIGBTチップにおいては、ゲート主配線5やゲート電極13自体も電気抵抗を有している。よってゲート主配線5やゲート電極13が寄生ゲート抵抗として作用している。
[Embodiment 14]
In the first to thirteenth embodiments, the description has mainly been given of the resistance element itself which is a gate resistance connected to the IGBT element EL. In an actual IGBT chip, the gate
複数のゲート電極13を有するIGBT素子ELにおいてゲートパッド1から遠いゲート電極13はゲートパッド1からの配線経路が長くなるため寄生ゲート抵抗の影響をより大きく受ける。逆にゲートパッド1近傍のゲート電極13は寄生ゲート抵抗の影響をほとんど受けない。
In the IGBT element EL having a plurality of
このため、ゲートパッド1からの配線経路の長短に起因して、各ゲート電極13が形成されたセル間においてIGBT素子ELのオン/オフ動作の時間差が生じる。この結果、一部のセルに電流が集中したり、前述したようにその電流集中した部分的なアンプに対するQ値が大きくなり発振を起こしたりする。
For this reason, due to the length of the wiring path from the
図62は、本発明の実施の形態14における半導体装置の構成を概略的に示す上面図である。図63は、図62のLXIII部の概略的な部分平面図である。 FIG. 62 is a top view schematically showing a configuration of the semiconductor device in the fourteenth embodiment of the present invention. FIG. 63 is a schematic partial plan view of the LXIII portion of FIG.
図62および図63を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップは、複数のゲート電極13a〜13dを有している。ゲートパッド1とゲート電極13a〜13dのそれぞれとを電気的に接続する配線経路の長さは、概して、ゲート電極13a、ゲート電極13b、ゲート電極13cおよびゲート電極13dの順に長くなっている。
Referring to FIGS. 62 and 63, the IGBT chip as the semiconductor device of the present embodiment has a plurality of
また、IGBTチップは、抵抗素子である内蔵ゲート抵抗4iaと、この内蔵ゲート抵抗4iaよりも抵抗値の小さい抵抗素子である内蔵ゲート抵抗4ibとを有している。ゲートパッド1とゲート主配線5の一部(図63における上部)とは一体となって形成されており、互いに電気的に接続されている。
The IGBT chip includes a built-in gate resistor 4ia that is a resistance element and a built-in gate resistor 4ib that is a resistance element having a resistance value smaller than that of the built-in gate resistor 4ia. The
ゲート電極13aとゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗4iaを介して互いに電気的に接続されている。
The
ゲート電極13bのゲートパッド1に近い側とゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗4iaを介して互いに電気的に接続されている。また、ゲート電極13bのゲートパッド1から遠い側とゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗4ibを介して互いに電気的に接続されている。
The side of the
ゲート電極13cのゲートパッド1に近い側とゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗4ibを介して互いに電気的に接続されている。また、ゲート電極13cのゲートパッド1から遠い側とゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗を介さずに互いに電気的に接続されている。
The side of the
ゲート電極13dのゲートパッド1に近い側および遠い側のそれぞれとゲートパッド1とは、内蔵ゲート抵抗を介さずに互いに電気的に接続されている。
Each of the
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1〜13の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 In addition, since it is substantially the same as the structure of Embodiment 1-13 mentioned above about the structure except the above, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is abbreviate | omitted.
本実施の形態によれば、ゲートパッド1に比較的遠いゲート電極13b,13cに接続された内蔵ゲート抵抗4ibの抵抗値に比して、ゲートパッド1に比較的近いゲート電極13aに接続された内蔵ゲート抵抗4iaの抵抗値が大きくされている。また、ゲートパッド1から概して最も遠いゲート電極13dは、内蔵ゲート抵抗4iaおよび4ibのいずれも介さずにゲートパッド1と接続されている。
According to the present embodiment, the
これにより、上述した寄生ゲート抵抗のばらつきをある程度相殺し、ゲートパッド1からの配線経路に依存した電気信号の遅延の程度のばらつきを抑制することができる。よって、ゲートパッド1と各ゲート電極との配線に起因する各ゲート電極への電位信号の伝達の遅延差が抑制される。よってIGBT素子ELにおける局所的なオン領域への電流集中が起こりにくく、発振に対して耐性のあるIGBTチップが実現される。
As a result, the above-described variation in the parasitic gate resistance can be offset to some extent, and variation in the degree of delay of the electric signal depending on the wiring path from the
[実施の形態15]
実施の形態1〜14においては、ゲート電極13と電気的に接続されてゲート抵抗として機能する抵抗素子について述べた。しかし本発明の抵抗素子が電気的に接続される電極はゲート電極13に限定されるものではなく、他の電極に接続されたり、配線層間に設置されたりしてもよい。
[Embodiment 15]
In the first to fourteenth embodiments, the resistor element that is electrically connected to the
図64および図65は、本発明の実施の形態15およびその変形例のそれぞれにおける半導体装置の抵抗素子近傍の平面レイアウトを概略的に示す部分平面図である。なお図中の矢印は電流の流れる方向を概略的に示している。図66は、本発明の実施の形態15における半導体装置のセンス電極の構成を説明するための概略断面図である。 64 and 65 are partial plan views schematically showing a planar layout in the vicinity of the resistance element of the semiconductor device in each of the fifteenth embodiment and the modification thereof. Note that the arrows in the figure schematically indicate the direction of current flow. FIG. 66 is a schematic cross sectional view for illustrating the structure of the sense electrode of the semiconductor device in the fifteenth embodiment of the present invention.
主に図64を参照して、本実施の形態の半導体装置としてのIGBTチップは、通常のエミッタ電極(第1のエミッタ電極)であるエミッタパッド18と、センスパッド(第2のエミッタ電極)である電極26とを有している。またIGBTチップは、抵抗素子として、シャント抵抗(第1の抵抗素子)4sと、MOS型ゲート抵抗(第2の抵抗素子)4mとを有している。またIGBTチップは、ゲートパッド1へのワイヤ2aと、エミッタパッド18へのワイヤ2bと、電気的接続のためのコンタクト9とを有している。
Referring mainly to FIG. 64, the IGBT chip as the semiconductor device of the present embodiment includes an
図66を参照して、センスパッド(電極26)はエミッタ電流がたとえば1/100に分流されたパッドである。なお、図中Sはセンス端子、Eはエミッタ端子、Cはコレクタ端子を表わしている。 Referring to FIG. 66, the sense pad (electrode 26) is a pad in which the emitter current is shunted to 1/100, for example. In the figure, S represents a sense terminal, E represents an emitter terminal, and C represents a collector terminal.
再び図64を参照して、シャント抵抗4sはエミッタパッド18とセンスパッド(電極26)とを互いに電気的に接続している。これにより、シャント抵抗4sは、エミッタパッド18とセンスパッド(電極26)との間にシャント抵抗4sを流れる電流に応じて電位差を発生させる機能を有している。シャント抵抗4sの具体的な構成としては、上述した実施の形態1〜13で説明した抵抗素子の構成を用いることができる。
Referring to FIG. 64 again,
MOS型ゲート抵抗4mは、ゲートパッド1とエミッタパッド18とを互いに電気的に接続している。MOS型ゲート抵抗4mの内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28はセンスパッド(電極26)と電気的に接続されている。これにより、MOS型ゲート抵抗4mは、センスパッド(電極26)の電位に対応した電気抵抗を伴ってゲートパッド1とエミッタパッド18とを電気的に接続する機能を有している。なお内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28と電極26とは一体として設けられてもよい。
The MOS
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1〜14の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 In addition, since it is substantially the same as the structure of Embodiment 1-14 mentioned above about the structure except the above, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is abbreviate | omitted.
次に本実施の形態のIGBTチップが有する抵抗素子の動作について説明する。
シャント抵抗4sに高電流が流れると、シャント抵抗4s両端に生じた電位差が大きくなる。これによりMOS型ゲート抵抗4mがたとえばエンハンスメント型nチャネルMOSFETの場合は、ゲートパッド1とエミッタパッド18とが短絡される。またMOS型ゲート抵抗4mがたとえばデプレッション型pチャネルMOSFETの場合は、ゲートパッド1とエミッタパッド18との間が高い電気抵抗を伴って接続される。
Next, the operation of the resistance element included in the IGBT chip of this embodiment will be described.
When a high current flows through the
図65を参照して、本実施の形態の変形例においては、MOS型ゲート抵抗4mがゲートパッド1と主配線金属層10bとを互いに電気的に接続している。
Referring to FIG. 65, in the modification of the present embodiment, MOS
本実施の形態によれば、IGBTチップの外部にシャント抵抗が設けられる場合と異なり、センスパッド(電極26)にワイヤが接続される必要がない。これにより、センスパッド(電極26)の面積を小さくすることができ、IGBTチップを小型化することができる。また高速での過電流検出が可能となる。 According to the present embodiment, unlike the case where a shunt resistor is provided outside the IGBT chip, it is not necessary to connect a wire to the sense pad (electrode 26). Thereby, the area of the sense pad (electrode 26) can be reduced, and the IGBT chip can be reduced in size. Moreover, overcurrent detection at high speed is possible.
なお、図64(a)および(b)では、センスパッド(電極26)に発生した信号が直接MOS型ゲート抵抗4mの内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28に伝達される例について示したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば絶縁膜上に堆積されたアモルファスシリコン層にレーザなどのエネルギ線が照射されるなどして得られた半導体基板101から電気的に分離された半導体層に論理回路が形成され、この論理回路の結果出力が内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極28に与えられてもよい。
64 (a) and 64 (b) show an example in which a signal generated at the sense pad (electrode 26) is directly transmitted to the built-in gate resistance
また、シャント抵抗4sとして実施の形態5で示したツェナーダイオード型内蔵抵抗が用いられると、センスパッドに発生する出力電圧をほぼ一定とすることができる。
If the Zener diode type built-in resistor shown in the fifth embodiment is used as the
[実施の形態16]
実施の形態1〜15では、孤立する複数の導電体層間にさまざまな抵抗素子が設けられた例について述べた。実施の形態1〜3に示した電流経路としての溝状構造体は、たとえばゲート主配線の寄生抵抗値を小さくすることにも有効である。
[Embodiment 16]
In the first to fifteenth embodiments, examples in which various resistance elements are provided between a plurality of isolated conductor layers have been described. The grooved structure as the current path shown in the first to third embodiments is also effective for reducing the parasitic resistance value of the gate main wiring, for example.
図67は、本発明の実施の形態16における半導体装置のゲート主配線近傍の構成を概略的に示す部分断面斜視図である。図67を参照して、本実施の形態のゲート主配線は、主配線金属層10bと、金属部22と、多結晶シリコン層12とを有している。また半導体基板101は絶縁膜14により内面が被覆された溝部T3を有している。
FIG. 67 is a partial cross-sectional perspective view schematically showing a configuration in the vicinity of the gate main wiring of the semiconductor device in the sixteenth embodiment of the present invention. Referring to FIG. 67, the gate main wiring of the present embodiment has a main
多結晶シリコン層12および金属部22からなる配線(第1の配線)の少なくとも一部は、絶縁膜14を介して溝部T3の中に設けられている。主配線金属層10b(第2の配線)は、溝部T3の上に設けられている。主配線金属層10bと金属部22とは、ゲート主配線内のコンタクトホール9cの部分で接続されることにより、互いに電気的に並列接続されている。すなわち、第1および第2の配線が互いに電気的に並列接続されている。
At least a part of the wiring (first wiring) made of the
なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態1〜15の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を省略する。 In addition, since it is substantially the same as the structure of Embodiment 1-15 mentioned above about the structure except the above, the same code | symbol is attached | subjected about the same or corresponding element, and the description is abbreviate | omitted.
図68および図69は、本発明の実施の形態16の第1および第2の変形例のそれぞれにおける半導体装置のゲート主配線近傍の構成を概略的に示す部分断面図である。 68 and 69 are partial cross sectional views schematically showing a configuration in the vicinity of the gate main wiring of the semiconductor device in each of the first and second modifications of the sixteenth embodiment of the present invention.
図68を参照して、第1の変形例においては、絶縁膜14により内面が被覆された溝部T3の中には金属部22のみが埋め込まれている。
Referring to FIG. 68, in the first modification,
図69を参照して、第2の変形例においては、多結晶シリコン層12が省略され、主配線金属層10bと金属部22とがコンタクトホール9cの部分で接続されている。
Referring to FIG. 69, in the second modification,
本実施の形態によれば、ゲート主配線の一部が溝部T3に埋め込まれて形成されているので、ゲート主配線5の幅方向(図中横方向)の寸法が同一である平面状の配線に比して、寄生抵抗を小さくすることもできる。これにより、ゲートパッド1と各ゲート電極13との配線に起因する各ゲート電極13への電位信号の伝達の遅延差が抑制される。よってIGBT素子ELにおける局所的なオン領域への電流集中が起こりにくく、発振に対して耐性のあるIGBTチップが実現される。
According to the present embodiment, since a part of the gate main wiring is formed by being embedded in the trench T3, the planar wiring in which the dimensions of the gate
上記の各実施の形態においては、半導体素子としてIGBT素子ELを有する半導体装置について説明したが、本発明はパワーMOSFET素子など他の半導体素子を有する半導体装置へ適用することもできる。 In each of the above embodiments, the semiconductor device having the IGBT element EL as the semiconductor element has been described. However, the present invention can also be applied to a semiconductor device having another semiconductor element such as a power MOSFET element.
また、金属層10の代わりに、内蔵ゲート抵抗に比べ十分抵抗の低い半導体層を用いることもできる。
Further, instead of the
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有する半導体素子を備えた半導体装置に特に有利に適用され得る。 The present invention can be applied particularly advantageously to a semiconductor device including a semiconductor element having a channel region formed of a part of a semiconductor substrate and an electrode.
EL IGBT素子、IL 絶縁膜、T1 第1の溝部、T2 第2の溝部、T3 溝部、1,1C ゲートパッド、2a,2b ワイヤ、3c 外部コレクタパッド、3e 外部エミッタパッド、3g 外部ゲートパッド、4d ダイオード型内蔵ゲート抵抗、4e 外付ゲート抵抗、4f 順方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗、4g ゲート制御ダイオード型ゲート抵抗、4i,4ia,4ib 内蔵ゲート抵抗、4j JFET型内蔵ゲート抵抗、4k 接合制御ダイオード型内蔵ゲート抵抗、4m MOS型ゲート抵抗、4p 平面型内蔵ゲート抵抗、4r 逆方向のダイオード型内蔵ゲート抵抗、4s シャント抵抗、4t トレンチ型内蔵ゲート抵抗、5 ゲート主配線、7 フィールド酸化膜、8 低濃度n型ドリフト領域、9 コンタクト、9a,9aD ゲートパッド側コンタクトホール、9b,9bD 主配線側コンタクトホール、9c ゲート主配線内のコンタクトホール、9d エミッタ用コンタクトホール、10 金属層、10a ゲートパッド金属層、10b 主配線金属層、11,11a,11b 層間絶縁膜、12,12a,12b,12g,12r 多結晶シリコン層、13,13a,13b,13c,13d ゲート電極、14 絶縁膜、14a ゲート絶縁膜、14b 絶縁膜、15 n型エミッタ領域、16 高濃度p型領域、17 p型チャネル領域、18 エミッタパッド、19 p型コレクタ領域、20 n型バッファ領域、21 p型領域、22 金属部、22a,22b1,22b2 埋め込まれた金属部、23a n型低濃度多結晶シリコン層、23b p型低濃度多結晶シリコン層、24a n型高濃度多結晶シリコン層、24b p型高濃度多結晶シリコン層、25 n型高濃度多結晶シリコン層、26 電極、27 空乏層、28 内蔵ゲート抵抗制御ゲート電極、29 内臓ゲート抵抗制御ゲート絶縁膜、30 抵抗、31a,31b フォトレジスト、32a 蓄積層、32d 空乏層、32i 反転層、100,100C IGBTチップの回路、101 半導体基板、200 プリント基板の回路。 EL IGBT element, IL insulating film, T1 first groove, T2 second groove, T3 groove, 1,1C gate pad, 2a, 2b wire, 3c external collector pad, 3e external emitter pad, 3g external gate pad, 4d Diode type built-in gate resistance, 4e External gate resistance, 4f Forward diode type built-in gate resistance, 4g Gate control diode type gate resistance, 4i, 4ia, 4ib Built-in gate resistance, 4j JFET type built-in gate resistance, 4k Junction control diode Type built-in gate resistance, 4m MOS type gate resistance, 4p planar type built-in gate resistance, 4r reverse diode type built-in gate resistance, 4s shunt resistance, 4t trench type built-in gate resistance, 5 gate main wiring, 7 field oxide film, 8 Low concentration n-type drift region, 9 contacts, 9a, 9aD gate pad side contact hole, 9b, 9bD main wiring side contact hole, 9c gate main wiring contact hole, 9d emitter contact hole, 10 metal layer, 10a gate pad metal layer, 10b main wiring metal layer, 11 , 11a, 11b Interlayer insulation film, 12, 12a, 12b, 12g, 12r polycrystalline silicon layer, 13, 13a, 13b, 13c, 13d gate electrode, 14 insulation film, 14a gate insulation film, 14b insulation film, 15 n-type Emitter region, 16 high-concentration p-type region, 17 p-type channel region, 18 emitter pad, 19 p-type collector region, 20 n-type buffer region, 21 p-type region, 22 metal part, 22a, 22b1, 22b2 buried metal Part, 23a n-type low concentration polycrystalline silicon layer, 23b p-type Concentration polycrystalline silicon layer, 24a n-type high-concentration polycrystalline silicon layer, 24b p-type high-concentration polycrystalline silicon layer, 25n-type high-concentration polycrystalline silicon layer, 26 electrode, 27 depletion layer, 28 built-in gate resistance control gate electrode 29, built-in gate resistance control gate insulating film, 30 resistance, 31a, 31b photoresist, 32a storage layer, 32d depletion layer, 32i inversion layer, 100, 100C IGBT chip circuit, 101 semiconductor substrate, 200 printed circuit board.
Claims (4)
前記半導体基板の一部からなるチャネル領域と、電極とを有する半導体素子と、
前記半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられ、前記電極を流れる電流に対する抵抗となるように前記電極と電気的に接続され、ダイオードとオーミック抵抗とを並列に有する少なくとも1つの領域を含む抵抗素子とを備え、
前記抵抗素子における前記少なくとも1つの領域には、
前記絶縁膜に接するように形成され、第1導電型の濃度として第1濃度を有する第1導電型第1濃度層と、
前記第1導電型第1濃度層の表面から深さ方向に形成され、第1導電型の濃度として前記第1濃度よりも高い第2濃度を有する第1導電型第2濃度層と、
前記第1導電型第1濃度層の表面から深さ方向に形成され、前記第1導電型第2濃度層とは距離を隔てられ、第1導電型の濃度として前記第1濃度よりも高い第3濃度を有する第1導電型第3濃度層と、
前記第1導電型第1濃度層の表面から深さ方向に形成され、第2導電型の濃度として前記第1濃度よりも高い第4濃度を有し、前記第1導電型第2濃度層および前記第1導電型第3濃度層とはそれぞれ距離を隔てられた第2導電型第4濃度層と
が形成され、
前記第1導電型第2濃度層と前記第2導電型第4濃度層との間が、前記ダイオードとなり、
前記第1導電型第2濃度層と前記第1導電型第3濃度層との間が、前記オーミック抵抗となり、
前記少なくとも1つの領域上に形成され、前記第1導電型第3濃度層と前記第2導電型第4濃度層とを電気的に接続する金属層を備え、
前記金属層は他のオーミック抵抗を有する、半導体装置。 A semiconductor substrate;
A semiconductor element having a channel region formed of a part of the semiconductor substrate and an electrode;
An insulating film provided on the semiconductor substrate;
A resistive element including at least one region provided on the insulating film, electrically connected to the electrode so as to be a resistance to a current flowing through the electrode, and having a diode and an ohmic resistor in parallel;
In the at least one region of the resistance element,
A first conductivity type first concentration layer formed in contact with the insulating film and having a first concentration as a first conductivity type;
A first conductivity type second concentration layer formed in a depth direction from the surface of the first conductivity type first concentration layer and having a second concentration higher than the first concentration as the concentration of the first conductivity type;
The first conductivity type first concentration layer is formed in a depth direction from the surface, is separated from the first conductivity type second concentration layer, and the first conductivity type concentration is higher than the first concentration. A first conductivity type third concentration layer having three concentrations;
The first conductivity type first concentration layer is formed in a depth direction from the surface, and has a fourth concentration higher than the first concentration as a second conductivity type concentration, and the first conductivity type second concentration layer and A second conductivity type fourth concentration layer spaced apart from the first conductivity type third concentration layer is formed;
Between the first conductivity type second concentration layer and the second conductivity type fourth concentration layer is the diode,
Between the first conductive type second concentration layer and the first conductive type third concentration layer, Ri said Do the ohmic resistor,
A metal layer formed on the at least one region and electrically connecting the first conductivity type third concentration layer and the second conductivity type fourth concentration layer;
The semiconductor device, wherein the metal layer has another ohmic resistance .
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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