JP6874443B2 - Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices - Google Patents

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

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices.

産業用または電気自動車用といった様々な用途の電力変換装置において、その中心的な役割を果たすパワー半導体デバイスへの低消費電力化に対する期待は大きい。パワー半導体デバイスの中でも、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)は、伝導度変調効果により低オン電圧が達成でき、また電圧駆動のゲート制御で制御が容易であるため、その使用が確実に定着してきている。特にシリコン(Si)ウエハの表面に設けたトレンチにゲート電極を形成するトレンチゲート型IGBTは、電子の反転層(チャネル)の密度(総チャネル長)を大きくすることができるので、オン電圧を低くすることができる。 There are great expectations for low power consumption of power semiconductor devices, which play a central role in power converters for various purposes such as industrial or electric vehicles. Among power semiconductor devices, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) can achieve low on-voltage due to the conductivity modulation effect and are easy to control with voltage-driven gate control, so their use is suitable. It is definitely taking root. In particular, the trench gate type IGBT in which the gate electrode is formed in the trench provided on the surface of the silicon (Si) wafer can increase the density (total channel length) of the electron inversion layer (channel), so that the on-voltage is lowered. can do.

図11は、従来のトレンチゲート型IGBTの構造を示す斜視図である。トレンチゲート型IGBTの素子の形状としては、幅、奥行きが数mm程度、厚さが数百μm以下の半導体チップ(以下、チップ)と呼ばれるもので、通常チップ内にIGBTとして機能を持つ構造体(以下、セル)が並列に多層集積された構造となっている。トレンチゲート型IGBTの製品としては、チップのゲート、コレクタ、エミッタそれぞれに出力端子を接続して樹脂封止したディスクリートIGBTや、複数のチップを絶縁基板上に配置し、出力端子と、放熱板、樹脂ケースでパッケージしたIGBTモジュール等がある。 FIG. 11 is a perspective view showing the structure of a conventional trench gate type IGBT. The shape of the element of the trench gate type IGBT is called a semiconductor chip (hereinafter, chip) having a width and depth of about several mm and a thickness of several hundred μm or less, and is a structure that normally functions as an IGBT in the chip. (Hereinafter, cells) have a structure in which multiple layers are integrated in parallel. Trench gate type IGBT products include discrete IGBTs in which output terminals are connected to each of the chip gate, collector, and emitter and sealed with resin, and multiple chips are placed on an insulating substrate, and the output terminals and heat sink are used. There are IGBT modules packaged in a resin case.

図11は、トレンチゲート型IGBTの半導体チップ100の構造を示し、半導体チップ100は、複数の半導体セル120が多層集積されている。図11に示すように、n-型ドリフト層1を備えるシリコン基板の一方の表面層にp-型層4が設けられ、他方の表面層にn+型バッファ層3が設けられ、n+型バッファ層3の表面層にp+型コレクタ領域2が設けられている(以降は、p-型層4が設けられている側をシリコン基板のおもて面、p+型コレクタ領域2が設けられている側をシリコン基板の裏面と定義する)。シリコン基板のおもて面側からは、p-型層4を深さ方向に貫通してn-型ドリフト層1に達する複数のトレンチ6が設けられている。 FIG. 11 shows the structure of the semiconductor chip 100 of the trench gate type IGBT, and the semiconductor chip 100 has a plurality of semiconductor cells 120 integrated in multiple layers. As shown in FIG. 11, n - type on one surface layer of the silicon substrate with a drift layer 1 p - -type layer 4 is provided, n + -type buffer layer 3 is provided on the other surface layer, n + -type A p + type collector region 2 is provided on the surface layer of the buffer layer 3 (hereinafter, the side on which the p- type layer 4 is provided is provided on the front surface of the silicon substrate, and the p + type collector region 2 is provided. The side that is used is defined as the back side of the silicon substrate). From the front surface side of the silicon substrate, a plurality of trenches 6 are provided which penetrate the p- type layer 4 in the depth direction and reach the n-type drift layer 1.

-型層4は、トレンチ6によって、p-型ベース領域12と、p-型フローティング領域13とに分割されている。p-型ベース領域12とp-型フローティング領域13は、トレンチ6が並ぶ短手方向に例えば交互に繰り返し配置されており、短手方向と直交する長手方向にはトレンチ6と平行に直線状に延びている。p-型ベース領域12の内部には、n+型エミッタ領域5が選択的に設けられている。さらに、p-型ベース領域12の内部には、n+型エミッタ領域5に隣接してp+型ベース領域11が選択的に設けられている。p-型ベース領域12の、トレンチ6の側壁に沿った部分には、オン状態のときに主電流の電流経路となるn型の反転層が形成される。 The p - type layer 4 is divided into a p- type base region 12 and a p - type floating region 13 by a trench 6. The p - type base region 12 and the p - type floating region 13 are repeatedly arranged, for example, alternately in the lateral direction in which the trench 6s are lined up, and are linearly arranged parallel to the trench 6 in the longitudinal direction orthogonal to the lateral direction. It is extending. An n + type emitter region 5 is selectively provided inside the p − type base region 12. Further, inside the p- type base region 12, a p + type base region 11 is selectively provided adjacent to the n + type emitter region 5. An n-type inversion layer, which serves as a current path for the main current when in the ON state, is formed in a portion of the p-type base region 12 along the side wall of the trench 6.

エミッタ電極(不図示)は、層間絶縁膜(不図示)に設けられたコンタクトホールを介してp+型ベース領域11およびn+型エミッタ領域5に導電接続されている。コレクタ電極14は、シリコン基板の裏面側においてp+型コレクタ領域2に導電接続されている。ゲート電極8は、ゲート絶縁膜7を介して、トレンチ6の内部に設けられている。また、各半導体セル120間のゲート電極8は、ゲート引き出し配線15を介してゲート配線16に接続され、ゲート配線16はゲートパッド(不図示)に接続される。 The emitter electrode (not shown) is electrically connected to the p + type base region 11 and the n + type emitter region 5 via a contact hole provided in the interlayer insulating film (not shown). The collector electrode 14 is conductively connected to the p + type collector region 2 on the back surface side of the silicon substrate. The gate electrode 8 is provided inside the trench 6 via the gate insulating film 7. Further, the gate electrode 8 between the semiconductor cells 120 is connected to the gate wiring 16 via the gate lead-out wiring 15, and the gate wiring 16 is connected to a gate pad (not shown).

このようなIGBTでは、コレクタ−エミッタ間に電圧(以下、Vce)を印加した状態で、ゲートに順方向の電圧を印加すると、コレクタからエミッタへと電流(以下、Ic)が流れる。このときに流れる電流量は、ゲートに印加する電圧(以下、Vge)によって増減する。なお、Icは、Vgeだけでなく、Vceや出力先の負荷の大きさによっても変化する。 In such an IGBT, when a forward voltage is applied to the gate while a voltage (hereinafter, Vce) is applied between the collector and the emitter, a current (hereinafter, Ic) flows from the collector to the emitter. The amount of current flowing at this time increases or decreases depending on the voltage applied to the gate (hereinafter, Vge). It should be noted that Ic changes not only with Vge but also with Vce and the magnitude of the load at the output destination.

一方、ゲートに逆方向の電圧を印加すると、コレクタ−エミッタ間の導通が遮断され、Icが流れなくなる。この機能を応用して、IGBTは、インバータ等の電力変換に用いられる。IGBTを大容量の装置に適用する場合は、複数のチップを並列接続したIGBTモジュールを用い、さらに大容量化する場合は、複数のIGBTモジュールを並列接続したものを用いる。 On the other hand, when a voltage in the opposite direction is applied to the gate, the conduction between the collector and the emitter is cut off and Ic does not flow. By applying this function, the IGBT is used for power conversion of an inverter or the like. When applying the IGBT to a large-capacity device, an IGBT module in which a plurality of chips are connected in parallel is used, and when the capacity is further increased, a module in which a plurality of IGBT modules are connected in parallel is used.

上述の通り、IcはVgeによって制御可能であるが、特定の動作条件や周辺回路の影響により、Vgeが発振することがある。これは主に並列接続されたモジュール、チップ、およびセルのゲート間での電流のやりとりによって引き起こされている。例えば、IGBT等では、ゲート電極はゲート絶縁膜で覆われており、構造としてはコンデンサと同じ構造を持ち、コンデンサと同じ機能を持っている。つまり、複数のセルが並列接続されているチップ内では、複数のコンデンサが低抵抗の配線(上述のゲート配線)によって並列接続されていることになる。従って、回路動作の条件によってそれらのコンデンサ間で共振が発生し、これにより、Vgeが発振する。この場合、VgeでIGBTを制御(オン、オフ)することができなくなる。 As described above, Ic can be controlled by Vge, but Vge may oscillate due to the influence of specific operating conditions and peripheral circuits. This is mainly caused by the exchange of current between the gates of the modules, chips, and cells connected in parallel. For example, in an IGBT or the like, the gate electrode is covered with a gate insulating film, and has the same structure as a capacitor and has the same function as a capacitor. That is, in a chip in which a plurality of cells are connected in parallel, a plurality of capacitors are connected in parallel by low resistance wiring (the gate wiring described above). Therefore, resonance occurs between these capacitors depending on the conditions of circuit operation, which causes Vge to oscillate. In this case, the IGBT cannot be controlled (on, off) by Vge.

これを防止する方法として、例えば、IGBTモジュール毎に個別のゲート抵抗を接続する方法がある。図12は、従来のトレンチゲート型IGBTにおいてモジュール毎に個別のゲート抵抗を接続した回路である。図12では、IGBTチップ100に逆並列に接続されたFWD(Free Wheeling Diode:還流ダイオード)を組み合わせたIGBTモジュール110の例であり、IGBTモジュール110毎に外部ゲート抵抗21が接続される。これにより、モジュール間でのゲート電流のやりとりを抑制でき、さらに、ゲート抵抗21にはモジュール間での電流のアンバランスを抑制できる。 As a method of preventing this, for example, there is a method of connecting individual gate resistors for each IGBT module. FIG. 12 is a circuit in which individual gate resistors are connected to each module in a conventional trench gate type IGBT. FIG. 12 shows an example of an IGBT module 110 in which an FWD (Free Wheeling Diode) connected in antiparallel to the IGBT chip 100 is combined, and an external gate resistor 21 is connected to each IGBT module 110. As a result, the exchange of gate current between modules can be suppressed, and the gate resistor 21 can suppress the imbalance of current between modules.

また、Vgeの発振を防止する方法として、例えば、モジュール内部の各チップのゲートに抵抗チップを接続するか、チップに内蔵ゲート抵抗を搭載する等の方法がある。図13は、従来のトレンチゲート型IGBTにおいて内蔵ゲート抵抗を搭載したチップの等価回路図である。図13では、IGBTチップ100に内蔵ゲート抵抗22を搭載し、内蔵ゲート抵抗22に半導体セル120を直列に接続している。また、ゲート配線に金属配線をしない間隔を設けて、この間隔に低抵抗部を設けることで、同じゲート配線に接続されたセルに内蔵ゲート抵抗を搭載する方法がある(例えば、特許文献1参照)。これにより、チップ間でのゲート電流のやりとりを抑制し、チップ間での電流のアンバランスを抑制できる。 Further, as a method of preventing the oscillation of Vge, for example, there is a method of connecting a resistance chip to the gate of each chip inside the module, or mounting a built-in gate resistor on the chip. FIG. 13 is an equivalent circuit diagram of a chip equipped with a built-in gate resistor in a conventional trench gate type IGBT. In FIG. 13, the built-in gate resistor 22 is mounted on the IGBT chip 100, and the semiconductor cell 120 is connected in series to the built-in gate resistor 22. Further, there is a method of mounting a built-in gate resistor in a cell connected to the same gate wiring by providing a space in the gate wiring that does not include metal wiring and providing a low resistance portion at this space (see, for example, Patent Document 1). ). As a result, the exchange of gate current between chips can be suppressed, and the imbalance of current between chips can be suppressed.

特開2009−141007号公報JP-A-2009-141007

しかしながら、従来の個別のゲート抵抗を接続する方法、各チップのゲートに抵抗チップを接続する方法、および、チップに内蔵ゲート抵抗を搭載する方法では、チップ内のセル間でのゲート電流のやりとりは制御できない。また、ゲート配線に低抵抗部を設ける方法では、異なるゲート配線に接続されたセルに対して、ゲート電流のやりとりを制御することはできるが、同じゲート配線に接続されたセルに対して、ゲート電流のやりとりを制御できない。 However, in the conventional method of connecting individual gate resistors, the method of connecting a resistor chip to the gate of each chip, and the method of mounting a built-in gate resistor in the chip, the exchange of gate current between cells in the chip is not possible. I can't control it. Further, in the method of providing a low resistance portion in the gate wiring, it is possible to control the exchange of gate current for cells connected to different gate wiring, but the gate is used for cells connected to the same gate wiring. Unable to control the exchange of current.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、チップ内のセル間でのゲート電流のやりとりを制御することができ、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスを抑制することができる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 In this invention, in order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art, it is possible to control the exchange of gate current between cells in the chip, and it is possible to suppress the oscillation of the voltage applied to the gate and the current imbalance. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of manufacturing a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第1導電型の第1半導体層の一方の表面層に選択的に第2導電型の第2半導体層が設けられる。前記第2半導体層の内部に選択的に第1導電型の第3半導体層が設けられる。前記第3半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチが設けられる。前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記ゲート電極と電気的に接続するゲート引き出し配線が設けられる。前記ゲート電極と前記ゲート引き出し配線との間に、前記ゲート電極より抵抗の高い高抵抗層が設けられている。前記高抵抗層は、前記トレンチの内部に、前記トレンチが並ぶ短手方向と直交する前記トレンチの奥行き方向にストライプ状に設けられている。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the semiconductor device according to the present invention has the following features. A second conductive type second semiconductor layer is selectively provided on one surface layer of the first conductive type first semiconductor layer. A first conductive type third semiconductor layer is selectively provided inside the second semiconductor layer. A trench is provided that penetrates the third semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. A gate electrode is provided inside the trench via a gate insulating film. A gate lead-out wiring that electrically connects to the gate electrode is provided. A high resistance layer having a higher resistance than the gate electrode is provided between the gate electrode and the gate lead-out wiring. The high resistance layer is provided inside the trench in a striped shape in the depth direction of the trench orthogonal to the lateral direction in which the trench is lined up.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記高抵抗層の抵抗値は、前記半導体装置の内蔵抵抗値と、前記半導体装置に含まれるセル数との積より小さいことを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the resistance value of the high resistance layer is smaller than the product of the built-in resistance value of the semiconductor device and the number of cells included in the semiconductor device. To do.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型の第1半導体層の一方の表面層に選択的に第2導電型の第2半導体層を形成する第1工程を行う。次に、前記第2半導体層の内部に選択的に第1導電型の第3半導体層を形成する第2工程を行う。次に、前記第3半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチを形成する第3工程を行う。次に、前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第4工程を行う。次に、前記ゲート電極と電気的に接続するゲート引き出し配線を形成する第5工程を行う。前記第5工程では、前記ゲート電極と前記ゲート引き出し配線との間に、前記ゲート電極より抵抗の高い高抵抗層を、前記トレンチの内部に、前記トレンチが並ぶ短手方向と直交する前記トレンチの奥行き方向にストライプ状に形成する。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has the following features. First, the first step of selectively forming the second conductive type second semiconductor layer on one surface layer of the first conductive type first semiconductor layer is performed. Next, a second step of selectively forming the first conductive type third semiconductor layer inside the second semiconductor layer is performed. Next, a third step of forming a trench that penetrates the third semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer is performed. Next, a fourth step of forming a gate electrode inside the trench via a gate insulating film is performed. Next, a fifth step of forming a gate lead-out wiring that is electrically connected to the gate electrode is performed. In the fifth step, a high resistance layer having a higher resistance than the gate electrode is formed between the gate electrode and the gate lead-out wiring of the trench, which is orthogonal to the lateral direction in which the trench is lined up inside the trench. Form in stripes in the depth direction.

上述した発明によれば、ゲート引き出し配線がゲート電極と接する部分には、高抵抗層が設けられているため、各セルに抵抗が接続された形となる。これにより、複数の半導体セル間での共振が発生しにくくなり、また、仮に共振が発生しても、速やかに共振電流を減衰させることが可能となる。このため、同一のゲート引き出し配線上に接続された半導体セル同士でも、ゲート電流のやりとりを制御することができ、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスを抑制することができる。 According to the above-described invention, since the high resistance layer is provided at the portion where the gate lead-out wiring is in contact with the gate electrode, a resistor is connected to each cell. As a result, resonance between a plurality of semiconductor cells is less likely to occur, and even if resonance occurs, the resonance current can be quickly attenuated. Therefore, the exchange of gate current can be controlled even between semiconductor cells connected on the same gate lead-out wiring, and oscillation of voltage applied to the gate and current imbalance can be suppressed.

本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法によれば、チップ内のセル間でのゲート電流のやりとりを制御することができ、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスを抑制することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention, it is possible to control the exchange of the gate current between the cells in the chip, and it is possible to suppress the oscillation of the voltage applied to the gate and the current imbalance. It has the effect of being able to do it.

実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1のA−A’断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA'in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である(その1)。It is a perspective view which shows the state in the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 (the 1). 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である(その2)。It is a perspective view which shows the state in the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 (the 2). 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である(その3)。FIG. 3 is a perspective view showing a state in which the semiconductor device according to the first embodiment is being manufactured (No. 3). 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である(その4)。It is a perspective view which shows the state in the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on Embodiment 1 (the 4). 実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である(その5)。FIG. 5 is a perspective view showing a state in which the semiconductor device according to the first embodiment is being manufactured (No. 5). 実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the semiconductor device which concerns on Embodiment 2. FIG. 従来のトレンチゲート型IGBTの構造を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the conventional trench gate type IGBT. 従来のトレンチゲート型IGBTにおいてモジュール毎に個別のゲート抵抗を接続した回路である。This is a circuit in which individual gate resistors are connected to each module in a conventional trench gate type IGBT. 従来のトレンチゲート型IGBTにおいて内蔵ゲート抵抗を搭載したチップの等価回路図である。It is an equivalent circuit diagram of the chip which mounted the built-in gate resistor in the conventional trench gate type IGBT.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。+および−を含めたnやpの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同等とは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electrons or holes are a large number of carriers in the layers and regions marked with n or p, respectively. Further, + and-attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. When the notation of n and p including + and-is the same, it means that the concentrations are close to each other, and the concentrations are not necessarily the same. In the following description of the embodiment and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted.

(実施の形態1)
本発明にかかる半導体装置として、IGBTを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す斜視図である。図2は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1のA−A’断面図である。図1では、p-型層4の表面より上の構造を一部省略しているが、図2では、省略せずに図示してある。図3は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す上面図である。図1は、図3の領域Sの部分の斜視図である。
(Embodiment 1)
An IGBT will be described as an example of the semiconductor device according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 1, a part of the structure above the surface of the p- type layer 4 is omitted, but in FIG. 2, it is shown without omission. FIG. 3 is a top view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 1 is a perspective view of a portion of region S in FIG.

また、図1、図2には、1つの単位セル(素子の機能単位)のみを示し、これらに隣接する他の単位セルを図示省略する。図1に示す実施の形態1にかかる半導体装置は、シリコン(Si)からなる半導体基体(シリコン基体:半導体チップ)のおもて面(p-型層4側の面)側にMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートを備えたIGBTである。 Further, FIGS. 1 and 2 show only one unit cell (functional unit of the element), and other unit cells adjacent thereto are not shown. The semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1 has a MOS (Metal Oxide) on the front surface (plane on the p- type layer 4 side) side of a semiconductor substrate (silicon substrate: semiconductor chip) made of silicon (Si). It is an IGBT equipped with a Semiconductor) gate.

図1、図2に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、n-型ドリフト層(第1導電型の第1半導体層)1の主面(おもて面)の表面層にp-型層(第2導電型の第2半導体層)4、が選択的に設けられている。n-型ドリフト層1の裏面側にn+型バッファ層3が設けられ、n+型バッファ層3の表面にp+型コレクタ領域2が設けられている。 As shown in FIGS. 1 and 2, the semiconductor device according to the first embodiment is formed on the surface layer of the main surface (front surface) of the n-type drift layer (first conductive type first semiconductor layer) 1. A p - type layer (second conductive type second semiconductor layer) 4 is selectively provided. An n + type buffer layer 3 is provided on the back surface side of the n − type drift layer 1, and a p + type collector region 2 is provided on the front surface of the n + type buffer layer 3.

-型ドリフト層1のおもて面側には複数のトレンチ6が設けられ、チャネルの設けられるベース部30とチャネルの設けられないフローティング部31を形成する。チャネルの設けられるベース部30には、p-型ベース領域12、p-型ベース領域12より高不純物濃度のp+型ベース領域11およびn+型エミッタ領域5(第1導電型の第3半導体層)が設けられる。このため、半導体装置がオン状態の場合、p-型ベース領域12にチャネルが形成される。 A plurality of trenches 6 are provided on the front surface side of the n- type drift layer 1, and form a base portion 30 provided with a channel and a floating portion 31 without a channel. The base portion 30 provided with channels, p - -type base region 12, p - -type base region 12 from a high impurity concentration p + -type base region 11 and n + -type emitter region 5 (third semiconductor of the first conductivity type Layer) is provided. Therefore, when the semiconductor device is in the ON state, a channel is formed in the p-type base region 12.

+型エミッタ領域5はp+型ベース領域11の外周に配置され、p+型ベース領域11がn+型エミッタ領域5より深くてもよい。n+型エミッタ領域5に隣接した領域には、p-型ベース領域12を深さ方向(コレクタ電極14側)に貫通してn-型ドリフト層1に達するトレンチ6が設けられる。例えば、熱酸化膜であるゲート絶縁膜7を介してポリシリコン(poly−Si)からなるゲート電極8がトレンチ6に埋め込まれる。 n + -type emitter region 5 is disposed on the outer periphery of the p + -type base region 11, p + -type base region 11 may be deeper than the n + -type emitter region 5. In the region adjacent to the n + type emitter region 5, a trench 6 is provided which penetrates the p- type base region 12 in the depth direction (collector electrode 14 side) and reaches the n- type drift layer 1. For example, a gate electrode 8 made of polysilicon (poly-Si) is embedded in the trench 6 via a gate insulating film 7 which is a thermal oxide film.

また、図1に示すように、ゲート電極8上にゲート引き出し配線15が設けられ、ゲート配線16がゲート引き出し配線15上に設けられる。図3に示すように、ゲート配線16はゲートパッド18と接続される。ゲート配線16は、トレンチ6が並ぶ短手方向に直線上に延びている部分と、半導体チップ100の周囲を囲む部分とで構成される。図3では、直線上に延びている部分は3本であるが、これより多くても少なくてもかまわない。 Further, as shown in FIG. 1, a gate lead-out wiring 15 is provided on the gate electrode 8, and a gate wiring 16 is provided on the gate lead-out wiring 15. As shown in FIG. 3, the gate wiring 16 is connected to the gate pad 18. The gate wiring 16 is composed of a portion extending linearly in the lateral direction in which the trench 6 is lined up and a portion surrounding the periphery of the semiconductor chip 100. In FIG. 3, there are three portions extending in a straight line, but the number may be more or less than this.

図1に示すように、ゲート引き出し配線15がゲート電極8と接する部分には、高抵抗層17が設けられている。また、図示していないが、ゲート引き出し配線15が、p+型ベース領域11等の半導体領域と接する部分には、絶縁膜が設けられている。ここで、高抵抗層17は、ゲート電極8を構成するポリシリコンより抵抗値が高い層である。例えば、高抵抗層17の抵抗値は、半導体チップ100に含まれる半導体セル120の個数と内蔵抵抗の積以下である。IGBT等では、内蔵抵抗は2〜4Ωであり、半導体セル120のセル数が100である場合、200〜400Ω以下である。高抵抗層17の抵抗値は、内蔵抵抗とセル数との積より小さい方が好ましい。具体的には、上記積の10分の1程度が好ましい。このため、高抵抗層17の抵抗値は、数10〜数100Ωの値であり、数10Ωの値であることが好ましい。 As shown in FIG. 1, a high resistance layer 17 is provided at a portion where the gate lead-out wiring 15 is in contact with the gate electrode 8. Further, although not shown, an insulating film is provided at a portion where the gate lead-out wiring 15 is in contact with a semiconductor region such as the p + type base region 11. Here, the high resistance layer 17 is a layer having a higher resistance value than the polysilicon that constitutes the gate electrode 8. For example, the resistance value of the high resistance layer 17 is equal to or less than the product of the number of semiconductor cells 120 included in the semiconductor chip 100 and the built-in resistance. In an IGBT or the like, the built-in resistance is 2 to 4 Ω, and when the number of cells of the semiconductor cell 120 is 100, it is 200 to 400 Ω or less. The resistance value of the high resistance layer 17 is preferably smaller than the product of the built-in resistance and the number of cells. Specifically, it is preferably about 1/10 of the above product. Therefore, the resistance value of the high resistance layer 17 is a value of several tens to several hundreds of Ω, and preferably a value of several tens of Ω.

IGBTのチップ構造では、ゲートパッド18からゲート配線16を介して低抵抗のポリシリコンで形成されたゲート電極8に電流が供給される。本発明では、この低抵抗のポリシリコン層の上に高抵抗層17を形成し、その上にゲート配線16を設けている。このような構成とすることで、半導体チップ100内の各半導体セル120に対して個別にゲート抵抗を接続した形となる。 In the chip structure of the IGBT, a current is supplied from the gate pad 18 to the gate electrode 8 made of low-resistance polysilicon via the gate wiring 16. In the present invention, the high resistance layer 17 is formed on the low resistance polysilicon layer, and the gate wiring 16 is provided on the high resistance layer 17. With such a configuration, a gate resistor is individually connected to each semiconductor cell 120 in the semiconductor chip 100.

図4は、実施の形態1にかかる半導体装置の等価回路図である。図4に示すように、高抵抗層17による抵抗が半導体チップ100内の各半導体セル120に接続される。このように、本発明では、ゲート引き出し配線15がゲート電極8と接する部分に、高抵抗層17が設けられているため、各半導体セル120に抵抗が接続された形となる。これにより、複数の半導体セル120間での共振が発生しにくくなり、また、仮に共振が発生しても、速やかに共振電流を減衰させることが可能となる。このため、同一のゲート引き出し配線15上に接続された半導体セル120同士でも、ゲート電流のやりとりを制御することができ、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスを抑制することができる。 FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the resistance formed by the high resistance layer 17 is connected to each semiconductor cell 120 in the semiconductor chip 100. As described above, in the present invention, since the high resistance layer 17 is provided at the portion where the gate lead-out wiring 15 is in contact with the gate electrode 8, the resistor is connected to each semiconductor cell 120. As a result, resonance between the plurality of semiconductor cells 120 is less likely to occur, and even if resonance occurs, the resonance current can be quickly attenuated. Therefore, the exchange of gate current can be controlled even between the semiconductor cells 120 connected on the same gate lead-out wiring 15, and the oscillation of the voltage applied to the gate and the current imbalance can be suppressed.

また、図2に示すように、ゲート電極8上に、エミッタ電極10と絶縁するための層間絶縁膜9が設けられる。層間絶縁膜9に設けられたコンタクトホールを介して、エミッタ電極10が、n+型エミッタ領域5、p+型ベース領域11およびp-型ベース領域12と電気的に接続される。エミッタ電極10は接地されてもよく、負の電圧が印加されてもよい。半導体装置の裏側には、コレクタ電極14が設けられる。コレクタ電極14には正の電圧が印加される。 Further, as shown in FIG. 2, an interlayer insulating film 9 for insulating the emitter electrode 10 is provided on the gate electrode 8. The emitter electrode 10 is electrically connected to the n + type emitter region 5, the p + type base region 11, and the p - type base region 12 through the contact holes provided in the interlayer insulating film 9. The emitter electrode 10 may be grounded or a negative voltage may be applied. A collector electrode 14 is provided on the back side of the semiconductor device. A positive voltage is applied to the collector electrode 14.

チャネルの設けられないフローティング部31にはp-型フローティング領域13が設けられる。p-型フローティング領域13は、電気的に浮遊状態にある。具体的には、p-型フローティング領域13は、表面を覆うゲート絶縁膜7および層間絶縁膜9によってエミッタ電極10と電気的に絶縁される。また、p-型フローティング領域13は、n-型ドリフト層1との間のpn接合によりn-型ドリフト層1と電気的に絶縁される。 A p- type floating region 13 is provided in the floating portion 31 where no channel is provided. The p - type floating region 13 is electrically in a floating state. Specifically, the p - type floating region 13 is electrically insulated from the emitter electrode 10 by the gate insulating film 7 and the interlayer insulating film 9 that cover the surface. Further, p - -type floating region 13, n - the pn junction between the type drift layer 1 n - -type drift layer 1 and electrically insulated.

(実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法)
次に、実施の形態1にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図5〜9は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造途中の状態を示す斜視図である。まず、n-型ドリフト層1となるn-型半導体基板を用意する。n-型半導体基板の材料は、シリコンであってもよいし、炭化珪素(SiC)であってもよい。以下、n-型半導体基板がシリコンウエハである場合を例に説明する。
(Manufacturing method of semiconductor device according to the first embodiment)
Next, a method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 5 to 9 are perspective views showing a state in the middle of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment. First, n - the type drift layer 1 n - providing a type semiconductor substrate. The material of the n - type semiconductor substrate may be silicon or silicon carbide (SiC). Hereinafter, a case where the n- type semiconductor substrate is a silicon wafer will be described as an example.

次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、n-型ドリフト層1のおもて面側に、p-型層4を形成する。ここまでの状態が図5に記載される。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p-型層4の表面に、p+型ベース領域11を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p-型層4の表面にn+型エミッタ領域5を選択的に形成する。ここまでの状態が図6に記載される。 Next, the p- type layer 4 is formed on the front surface side of the n- type drift layer 1 by photolithography and ion implantation. The state up to this point is shown in FIG. Next, the p + type base region 11 is selectively formed on the surface of the p − type layer 4 by photolithography and ion implantation. Next, the n + type emitter region 5 is selectively formed on the surface of the p- type layer 4 by photolithography and ion implantation. The state up to this point is shown in FIG.

次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより、n+型エミッタ領域5、p-型層4を貫通してn-型ドリフト層1に達するトレンチ6を形成する。p-型層4は、トレンチ6によって、p-型ベース領域12と、p-型フローティング領域13とに分割される。トレンチ6は、n-型ドリフト層1のおもて面から見て、例えば、トレンチ6が並ぶ方向と直交する方向に延びるストライプ状のレイアウトに配置されている。 Next, photolithography and etching are performed to form a trench 6 that penetrates the n + type emitter region 5 and the p - type layer 4 and reaches the n-type drift layer 1. The p - type layer 4 is divided into a p- type base region 12 and a p - type floating region 13 by a trench 6. The trench 6 is arranged in a striped layout extending in a direction orthogonal to the direction in which the trench 6 is arranged, for example, when viewed from the front surface of the n-type drift layer 1.

次に、例えば熱酸化により、n-型ドリフト層1のおもて面およびトレンチ6の内壁に沿ってゲート絶縁膜7を形成する。次に、n-型ドリフト層1のおもて面上に、トレンチ6の内部を埋め込むようにポリシリコン層を形成する。次に、このポリシリコン層を例えばエッチバックして、ゲート電極8となる部分をトレンチ6の内部に残す。その際、エッチバックしてポリシリコンを基体表部より内側に残すようにエッチングしてもよく、パターニングとエッチングを施すことでポリシリコンが基体表部より外側に突出していてもよい。 Next, for example, by thermal oxidation, a gate insulating film 7 is formed along the front surface of the n- type drift layer 1 and the inner wall of the trench 6. Next, a polysilicon layer is formed on the front surface of the n- type drift layer 1 so as to embed the inside of the trench 6. Next, the polysilicon layer is etched back, for example, to leave a portion to be the gate electrode 8 inside the trench 6. At that time, the polysilicon may be etched back so as to remain inside the surface of the substrate, or the polysilicon may protrude outward from the surface of the substrate by performing patterning and etching.

これらのp-型ベース領域12、n+型エミッタ領域5、p+型ベース領域11、トレンチ6、ゲート絶縁膜7およびゲート電極8でトレンチゲート構造のMOSゲートが構成される。ゲート電極8の形成後に、p-型ベース領域12、n+型エミッタ領域5、p+型ベース領域11、p-型フローティング領域13を形成してもよい。ここまでの状態が図7に記載される。 A MOS gate having a trench gate structure is composed of the p - type base region 12, the n + type emitter region 5, the p + type base region 11, the trench 6, the gate insulating film 7, and the gate electrode 8. After forming the gate electrode 8, a p - type base region 12, an n + type emitter region 5, a p + type base region 11, and a p - type floating region 13 may be formed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、ゲート引き出し配線15が形成されるゲート電極8上に高抵抗層17を形成する。例えば、ポリシリコンにイオン注入で不純物を埋め込むことにより、所定の抵抗値を有する高抵抗層17を形成する。また、高抵抗層17は、エピタキシャル成長により低不純物濃度のn型領域やp型領域を形成することで形成してもよい。ここまでの状態が図8に記載される。 Next, the high resistance layer 17 is formed on the gate electrode 8 on which the gate lead-out wiring 15 is formed. For example, by implanting impurities in polysilicon by ion implantation, a high resistance layer 17 having a predetermined resistance value is formed. Further, the high resistance layer 17 may be formed by forming an n-type region or a p-type region having a low impurity concentration by epitaxial growth. The state up to this point is shown in FIG.

次に、基板上にポリシリコン層を形成する。次に、このポリシリコン層を例えばエッチバックして、ゲート引き出し配線15となる部分を基板上に残す。なお、ゲート引き出し配線15とゲート電極8は同時に形成してもよい。この場合、ゲート引き出し配線15を形成した後、イオン注入で不純物を埋め込むことにより、所定の抵抗値を有する高抵抗層17を形成する。 Next, a polysilicon layer is formed on the substrate. Next, the polysilicon layer is etched back, for example, to leave a portion to be the gate lead-out wiring 15 on the substrate. The gate lead-out wiring 15 and the gate electrode 8 may be formed at the same time. In this case, after forming the gate lead-out wiring 15, impurities are embedded by ion implantation to form a high resistance layer 17 having a predetermined resistance value.

次に、n-型ドリフト層1のおもて面上に、ゲート電極8およびゲート引き出し配線15を覆うように層間絶縁膜9を形成する。図9では、層間絶縁膜9の記載を省略している。次に、層間絶縁膜9をパターニングして、層間絶縁膜9を深さ方向に貫通する複数のコンタクトホールを形成する。深さ方向とは、n-型ドリフト層1のおもて面から裏面に向かう方向である。コンタクトホールには、n+型エミッタ領域5、p+型ベース領域11およびゲート引き出し配線15が露出される。 Next, an interlayer insulating film 9 is formed on the front surface of the n- type drift layer 1 so as to cover the gate electrode 8 and the gate lead-out wiring 15. In FIG. 9, the description of the interlayer insulating film 9 is omitted. Next, the interlayer insulating film 9 is patterned to form a plurality of contact holes penetrating the interlayer insulating film 9 in the depth direction. The depth direction is the direction from the front surface to the back surface of the n-type drift layer 1. The n + type emitter region 5, the p + type base region 11, and the gate lead-out wiring 15 are exposed in the contact hole.

次に、層間絶縁膜9上に、コンタクトホールを埋め込むようにエミッタ電極10を形成する。エミッタ電極10は、p-型ベース領域12、n+型エミッタ領域5およびp+型ベース領域11に電気的に接続される。図9では、エミッタ電極10の記載を省略している。次に、ゲート引き出し配線15上にゲート配線16を形成する。ゲート配線16は、例えば、アルミニウム(Al)配線や銅(Cu)配線により形成する。ここまでの状態が図9に記載される。 Next, the emitter electrode 10 is formed on the interlayer insulating film 9 so as to embed a contact hole. The emitter electrode 10 is electrically connected to the p- type base region 12, the n + type emitter region 5, and the p + type base region 11. In FIG. 9, the description of the emitter electrode 10 is omitted. Next, the gate wiring 16 is formed on the gate lead-out wiring 15. The gate wiring 16 is formed of, for example, aluminum (Al) wiring or copper (Cu) wiring. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n-型ドリフト層1を裏面側から研削していき(バックグラインド)、半導体装置として用いる製品厚さの位置まで研削する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、n-型ドリフト層1の裏面側にn+型バッファ層3を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、n+型バッファ層3の表面にp+型コレクタ領域2を形成する。 Next, the n - type drift layer 1 is ground from the back surface side (back grind) to the position of the product thickness used as the semiconductor device. Next, the n + type buffer layer 3 is formed on the back surface side of the n − type drift layer 1 by photolithography and ion implantation. Next, a p + type collector region 2 is formed on the surface of the n + type buffer layer 3 by photolithography and ion implantation.

次に、p+型コレクタ領域2の表面の全面に、コレクタ電極14を形成する。その後、半導体ウエハをチップ状に切断(ダイシング)して個片化することで、図1に示すIGBTチップ(半導体チップ)が完成する。 Next, the collector electrode 14 is formed on the entire surface of the p + type collector region 2. After that, the semiconductor wafer is cut (diced) into chips and individualized to complete the IGBT chip (semiconductor chip) shown in FIG.

なお、上述した図1、2では、ゲート引き出し配線15に半導体セル120が並列して接続される形態となっているが、ゲート引き出し配線15に半導体セル120が直列して接続される形態にも適用できる。この場合は、ゲート引き出し配線15、高抵抗層17、複数の半導体セル120が直列して接続されるが、複数の半導体セル120の間にはゲート引き出し配線15のような低抵抗がないため、各半導体セル120間でゲート電流のやりとりは少ない。このため、ゲート引き出し配線15に半導体セル120が直列して接続される形態でも、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスは発生することは少ない。 In FIGS. 1 and 2 described above, the semiconductor cells 120 are connected in parallel to the gate lead-out wiring 15, but the semiconductor cells 120 are also connected in series to the gate lead-out wiring 15. Applicable. In this case, the gate lead-out wiring 15, the high resistance layer 17, and the plurality of semiconductor cells 120 are connected in series, but since there is no low resistance like the gate lead-out wiring 15 between the plurality of semiconductor cells 120, There is little exchange of gate current between each semiconductor cell 120. Therefore, even in the form in which the semiconductor cell 120 is connected in series to the gate lead-out wiring 15, oscillation of the voltage applied to the gate and current imbalance are unlikely to occur.

以上、説明したように、実施の形態1にかかる半導体装置によれば、ゲート引き出し配線がゲート電極と接する部分には、高抵抗層が設けられているため、各セルに抵抗が接続された形となる。これにより、複数の半導体セル間での共振が発生しにくくなり、また、仮に共振が発生しても、速やかに共振電流を減衰させることが可能となる。このため、同一のゲート引き出し配線上に接続された半導体セル同士でも、ゲート電流のやりとりを制御することができ、ゲートに印加する電圧の発振や電流アンバランスを抑制することができる。 As described above, according to the semiconductor device according to the first embodiment, since the high resistance layer is provided at the portion where the gate lead-out wiring is in contact with the gate electrode, a resistor is connected to each cell. It becomes. As a result, resonance between a plurality of semiconductor cells is less likely to occur, and even if resonance occurs, the resonance current can be quickly attenuated. Therefore, the exchange of gate current can be controlled even between semiconductor cells connected on the same gate lead-out wiring, and oscillation of voltage applied to the gate and current imbalance can be suppressed.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図10は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す斜視図である。図10に示すように、実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、高抵抗層17がゲート電極8の間に設けられていることである。
(Embodiment 2)
Next, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 10 is a perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 10, the semiconductor device according to the second embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that the high resistance layer 17 is provided between the gate electrodes 8.

高抵抗層17は、トレンチ6の内部に設けられ、ゲート電極8に挟まれた状態となっている。また、高抵抗層17は、トレンチ6の底よりゲート引き出し配線15に近い場所にあることが好ましい。実施の形態2においても、半導体装置のチップの等価回路図は実施の形態1と同様になり、高抵抗層17による抵抗がチップ内の各半導体セル120に接続される。 The high resistance layer 17 is provided inside the trench 6 and is sandwiched between the gate electrodes 8. Further, the high resistance layer 17 is preferably located closer to the gate lead-out wiring 15 than the bottom of the trench 6. Also in the second embodiment, the equivalent circuit diagram of the chip of the semiconductor device is the same as that of the first embodiment, and the resistance by the high resistance layer 17 is connected to each semiconductor cell 120 in the chip.

(実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法)
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について、説明する。実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法は、まず、実施の形態1と同様にトレンチ6の内壁に沿ってゲート絶縁膜7を形成する工程を行う。
(Manufacturing method of semiconductor device according to the second embodiment)
Next, the method of manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. In the method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment, first, the gate insulating film 7 is formed along the inner wall of the trench 6 as in the first embodiment.

次に、n-型ドリフト層1のおもて面上に、トレンチ6の内部を途中まで埋め込むようにポリシリコン層を形成する。次に、ポリシリコン層上に高抵抗層17を形成する。例えば、ポリシリコンにイオン注入で不純物を埋め込むことにより、所定の抵抗値を有する高抵抗層17を形成する。次に、n-型ドリフト層1のおもて面上に、トレンチ6の内部を埋め込むようにポリシリコン層を形成する。この後、実施の形態1と同様に、基板上にポリシリコン層を形成し、ゲート引き出し配線15となる部分を基板上に残す工程以降の工程を行うことで、図10に示すIGBTチップ(半導体チップ)が完成する。 Next, a polysilicon layer is formed on the front surface of the n- type drift layer 1 so as to fill the inside of the trench 6 halfway. Next, the high resistance layer 17 is formed on the polysilicon layer. For example, by implanting impurities in polysilicon by ion implantation, a high resistance layer 17 having a predetermined resistance value is formed. Next, a polysilicon layer is formed on the front surface of the n- type drift layer 1 so as to embed the inside of the trench 6. After that, the IGBT chip (semiconductor) shown in FIG. 10 is formed by forming a polysilicon layer on the substrate and leaving the portion to be the gate lead-out wiring 15 on the substrate in the same manner as in the first embodiment. Chip) is completed.

以上、説明したように、実施の形態2にかかる半導体装置によれば、実施の形態1と同様に、高抵抗層による抵抗がチップ内の各半導体セルに接続される。このため、実施の形態2は、実施の形態1と同様の効果を有する。 As described above, according to the semiconductor device according to the second embodiment, the resistance due to the high resistance layer is connected to each semiconductor cell in the chip as in the first embodiment. Therefore, the second embodiment has the same effect as that of the first embodiment.

また、実施の形態1、2では、高抵抗層17が各半導体セル120に設けられる。高抵抗層17はそれぞれ並列につながれているため、半導体チップ100全体で見ると、高抵抗層17によるオン抵抗の上昇は、無視できるほど小さい。例えば、高抵抗層17一つの抵抗値が数十Ωであり、トレンチ6が100列程度設けられている場合、オン抵抗の上昇量は、数十Ωの1/100程度である。 Further, in the first and second embodiments, the high resistance layer 17 is provided in each semiconductor cell 120. Since the high resistance layers 17 are connected in parallel, the increase in on-resistance due to the high resistance layer 17 is negligibly small when viewed from the semiconductor chip 100 as a whole. For example, when the resistance value of one high resistance layer 17 is several tens of Ω and the trenches 6 are provided in about 100 rows, the amount of increase in the on-resistance is about 1/100 of several tens of Ω.

また、実施の形態1、2では、高抵抗層17が各半導体セル120に設けられているが、さらに、IGBTモジュール毎に個別のゲート抵抗を接続することも可能である。この場合、高抵抗層17が半導体チップ100内の半導体セル120間でのゲート電流のやりとりを制御し、個別のゲート抵抗が半導体モジュール110間でのゲート電流のやりとりを制御する。 Further, in the first and second embodiments, the high resistance layer 17 is provided in each semiconductor cell 120, but it is also possible to connect individual gate resistors for each IGBT module. In this case, the high resistance layer 17 controls the exchange of gate currents between the semiconductor cells 120 in the semiconductor chip 100, and the individual gate resistors control the exchange of gate currents between the semiconductor modules 110.

また、実施の形態1、2では、高抵抗層17による抵抗が半導体チップ100内の各半導体セル120に接続されるが、一部の半導体セル120に接続される形態でもよい。例えば、電流がアンバランスになりやすい半導体チップ100の中央部や外部の電極と接続されるワイヤ直下の部分の半導体セル120のみに、高抵抗層17を接続してもよい。 Further, in the first and second embodiments, the resistance due to the high resistance layer 17 is connected to each semiconductor cell 120 in the semiconductor chip 100, but it may be connected to a part of the semiconductor cells 120. For example, the high resistance layer 17 may be connected only to the semiconductor cell 120 in the central portion of the semiconductor chip 100 where the current tends to be unbalanced or in the portion directly below the wire connected to the external electrode.

以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、トレンチ型のIGBTを例に説明しているが、これに限らず、プレーナ型のIGBTにも適用可能である。また、上述した各実施の形態では、IGBTを例に説明しているが、これに限らず、所定のゲート閾値電圧に基づいてゲート駆動制御されることで電流を導通および遮断する種々な半導体装置にも広く適用可能である。例えば、IGBTとは異なる導電型の半導体基板を用いることで、MOSFETに適用することができる。また、シリコンを用いた場合を例に説明しているが、シリコン以外の例えば炭化珪素などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 In the above, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and in each of the above-described embodiments, for example, the dimensions of each part, the impurity concentration, and the like are set in various ways according to the required specifications and the like. Further, in each of the above-described embodiments, the trench type IGBT is described as an example, but the present invention is not limited to this, and the present invention can be applied to a planar type IGBT. Further, in each of the above-described embodiments, the IGBT is described as an example, but the present invention is not limited to this, and various semiconductor devices that conduct and cut off the current by controlling the gate drive based on a predetermined gate threshold voltage. It is also widely applicable to. For example, it can be applied to a MOSFET by using a conductive type semiconductor substrate different from the IGBT. Further, although the case where silicon is used is described as an example, it can also be applied to a wide bandgap semiconductor such as silicon carbide other than silicon. Further, in each embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置に有用である。 As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention are useful for high withstand voltage semiconductor devices used in power supply devices such as power conversion devices and various industrial machines.

1 n-型ドリフト層
2 p+型コレクタ領域
3 n+型バッファ層
4 p-型層
5 n+型エミッタ領域
6 トレンチ
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 エミッタ電極
11 p+型ベース領域
12 p-型ベース領域
13 p-型フローティング領域
14 コレクタ電極
15 ゲート引き出し配線
16 ゲート配線
17 高抵抗層
18 ゲートパッド
21 外部ゲート抵抗
22 内蔵ゲート抵抗
30 チャネルの設けられるベース部
31 チャネルの設けられないフローティング部
100 半導体チップ(IGBTチップ)
110 半導体モジュール(IGBTモジュール)
120 半導体セル
1 n - type drift layer 2 p + type collector area 3 n + type buffer layer 4 p - type layer 5 n + type emitter area 6 trench 7 gate insulating film 8 gate electrode 9 interlayer insulating film 10 emitter electrode 11 p + type base Region 12 p - type base region 13 p - type floating region 14 Collector electrode 15 Gate lead-out wiring 16 Gate wiring 17 High resistance layer 18 Gate pad 21 External gate resistance 22 Built-in gate resistance 30 Channels are provided in the base portion 31 channels are provided. No floating part 100 Semiconductor chip (IGBT chip)
110 Semiconductor module (IGBT module)
120 semiconductor cell

Claims (3)

第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の一方の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の内部に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極と電気的に接続するゲート引き出し配線と、
を備え、
前記ゲート電極と前記ゲート引き出し配線との間に、前記ゲート電極より抵抗の高い高抵抗層が設けられ
前記高抵抗層は、前記トレンチの内部に、前記トレンチが並ぶ短手方向と直交する前記トレンチの奥行き方向にストライプ状に設けられていることを特徴とする半導体装置。
The first conductive type first semiconductor layer and
A second conductive type second semiconductor layer selectively provided on one surface layer of the first semiconductor layer,
A first conductive type third semiconductor layer selectively provided inside the second semiconductor layer,
A trench that penetrates the third semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer,
A gate electrode provided inside the trench via a gate insulating film,
The gate lead-out wiring that electrically connects to the gate electrode and
With
A high resistance layer having a higher resistance than the gate electrode is provided between the gate electrode and the gate lead-out wiring .
The semiconductor device is characterized in that the high resistance layer is provided inside the trench in a stripe shape in the depth direction of the trench orthogonal to the lateral direction in which the trench is lined up.
前記高抵抗層の抵抗値は、前記半導体装置の内蔵抵抗値と、前記半導体装置に含まれるセル数との積より小さいことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。The semiconductor device according to claim 1, wherein the resistance value of the high resistance layer is smaller than the product of the built-in resistance value of the semiconductor device and the number of cells included in the semiconductor device. 第1導電型の第1半導体層の一方の表面層に選択的に第2導電型の第2半導体層を形成する第1工程と、The first step of selectively forming the second conductive type second semiconductor layer on one surface layer of the first conductive type first semiconductor layer, and
前記第2半導体層の内部に選択的に第1導電型の第3半導体層を形成する第2工程と、A second step of selectively forming a first conductive type third semiconductor layer inside the second semiconductor layer, and
前記第3半導体層および前記第2半導体層を貫通して前記第1半導体層に達するトレンチを形成する第3工程と、A third step of forming a trench that penetrates the third semiconductor layer and the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer.
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第4工程と、A fourth step of forming a gate electrode inside the trench via a gate insulating film, and
前記ゲート電極と電気的に接続するゲート引き出し配線を形成する第5工程と、The fifth step of forming the gate lead-out wiring electrically connected to the gate electrode and
を含み、Including
前記第5工程では、前記ゲート電極と前記ゲート引き出し配線との間に、前記ゲート電極より抵抗の高い高抵抗層を、前記トレンチの内部に、前記トレンチが並ぶ短手方向と直交する前記トレンチの奥行き方向にストライプ状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。In the fifth step, a high resistance layer having a higher resistance than the gate electrode is formed between the gate electrode and the gate lead-out wiring of the trench, which is orthogonal to the lateral direction in which the trench is lined up inside the trench. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that it is formed in a stripe shape in the depth direction.
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