JP6953499B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、半導体装置に関する。The present invention relates to a semi-conductor device.

従来、コレクタ−エミッタ間の飽和電圧VCE(sat)および短絡耐量の高いトレン
チ型IGBTは、p型フローティング層を有している。p型フローティング層は、一般的
に、p型ベース層と同一工程形成される。これにより、p型フローティング層は、p型ベ
ース層と同じ深さを有している。
Conventionally, a trench-type IGBT having a high saturation voltage VCE (sat) between a collector and an emitter and a high short-circuit tolerance has a p-type floating layer. The p-type floating layer is generally formed in the same process as the p-type base layer. As a result, the p-type floating layer has the same depth as the p-type base layer.

町田悟、杉山隆英、石子雅康、保田智史、斎藤順、濱田公守、「IGBTのスイッチング損失と素子容量の関連解析」、電気学会電子材料研究会資料(EFM−09,16−26,28−29)、p.55−59Satoru Machida, Takahide Sugiyama, Masayasu Ishiko, Satoshi Yasuda, Jun Saito, Kimimori Hamada, "Analysis of Relationship between Switching Loss of IGBT and Device Capacity", Materials of the Institute of Electrical Engineers of Japan Electronic Materials Study Group (EFM-09, 16-26, 28- 29), p. 55-59 渡邉聡、森睦宏、新井大夏、石橋亨介、豊田靖、織田哲男、原田卓、齊藤克明、「フローティングp層をゲートから分離した低損失、低ノイズ、高信頼な1.7kVトレンチIGBT」、電気学会電子デバイス研究会資料(EDD−11,66−83)、p.67−71Satoshi Watanabe, Mutshiro Mori, Daika Arai, Tosuke Ishibashi, Yasushi Toyoda, Tetsuo Oda, Taku Harada, Katsuaki Saito, "Low loss, low noise, highly reliable 1.7kV trench IGBT with floating p-layer separated from the gate" , Institute of Electrical Engineers of Japan Electronic Device Study Group Material (EDD-11,66-83), p. 67-71 特許第4785334号公報Japanese Patent No. 4785334

本発明の一実施形態に係る半導体装置は、半導体層と、前記半導体層に形成されたトレ The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a semiconductor layer and a tray formed on the semiconductor layer. ンチと、前記トレンチに絶縁膜を介して埋め込まれた埋め込み電極と、前記埋め込み電極An embedded electrode embedded in the trench via an insulating film, and the embedded electrode. の側方において、前記半導体層の表面側から前記トレンチの深さ方向に順に配置された第On the side of the semiconductor layer, the first is arranged in order from the surface side of the semiconductor layer in the depth direction of the trench. 1導電型の第1領域、第2導電型の第2領域、および前記第1導電型であり、かつ前記第The first region of the first conductive type, the second region of the second conductive type, and the first conductive type and the first 1領域よりも低い不純物濃度を有する第3領域と、前記トレンチに対して前記第2領域とA third region having an impurity concentration lower than that of one region, and the second region with respect to the trench. は反対側の側方に形成され、前記第2領域よりも深く形成された前記第2導電型のフローIs formed on the opposite side, and the flow of the second conductive type formed deeper than the second region. ティング領域と、前記第2領域に前記半導体層の表面から掘り下がって形成されたコンタConta formed in the ting region and the second region by digging from the surface of the semiconductor layer. クトトレンチと、前記コンタクトトレンチの底面に形成され、かつ前記第2領域よりも高It is formed on the bottom surface of the kut trench and the contact trench, and is higher than the second region. い不純物濃度を有する前記第2導電型のコンタクト領域と、前記半導体層の表面側に形成Formed on the surface side of the semiconductor layer and the second conductive type contact region having a high impurity concentration. され、かつ前記コンタクトトレンチに入り込んでおり、前記コンタクトトレンチの側面でAnd has entered the contact trench, on the side of the contact trench 前記第1領域に接続され、前記コンタクトトレンチの底面で前記コンタクト領域に接続さConnected to the first region and connected to the contact region at the bottom of the contact trench. れた表面電極とを含む。Includes surface electrodes.

図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、図1の半導体装置の内部構造を説明するための斜視図である。FIG. 2 is a perspective view for explaining the internal structure of the semiconductor device of FIG. 図3Aは、図1の半導体装置の製造工程を説明するための図である。FIG. 3A is a diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 図3Bは、図3Aの次の工程を示す図である。FIG. 3B is a diagram showing the next step of FIG. 3A. 図3Cは、図3Bの次の工程を示す図である。FIG. 3C is a diagram showing the next step of FIG. 3B. 図3Dは、図3Cの次の工程を示す図である。FIG. 3D is a diagram showing the next step of FIG. 3C. 図3Eは、図3Dの次の工程を示す図である。FIG. 3E is a diagram showing the next step of FIG. 3D. 図3Fは、図3Eの次の工程を示す図である。FIG. 3F is a diagram showing the next step of FIG. 3E. 図3Gは、図3Fの次の工程を示す図である。FIG. 3G is a diagram showing the next step of FIG. 3F. 図3Hは、図3Fの次の工程を示す図である。FIG. 3H is a diagram showing the next step of FIG. 3F. 図3Iは、図3Fの次の工程を示す図である。FIG. 3I is a diagram showing the next step of FIG. 3F. 図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図5は、図4の半導体装置の内部構造を説明するための図であって、図5(a)は斜視図、図5(b)は平面図をそれぞれ示している。5A and 5B are views for explaining the internal structure of the semiconductor device of FIG. 4, FIG. 5A is a perspective view, and FIG. 5B is a plan view. 図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図7は、図6の破線で囲まれた部分の拡大図である。FIG. 7 is an enlarged view of the portion surrounded by the broken line in FIG. 図8Aは、図7の半導体装置の製造工程を説明するための図である。FIG. 8A is a diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device of FIG. 7. 図8Bは、図8Aの次の工程を示す図である。FIG. 8B is a diagram showing the next step of FIG. 8A. 図8Cは、図8Bの次の工程を示す図である。FIG. 8C is a diagram showing the next step of FIG. 8B. 図8Dは、図8Cの次の工程を示す図である。FIG. 8D is a diagram showing the next step of FIG. 8C. 図8Eは、図8Dの次の工程を示す図である。FIG. 8E is a diagram showing the next step of FIG. 8D. 図8Fは、図8Eの次の工程を示す図である。FIG. 8F is a diagram showing the next step of FIG. 8E. 図8Gは、図8Fの次の工程を示す図である。FIG. 8G is a diagram showing the next step of FIG. 8F. 図8Hは、図8Gの次の工程を示す図である。FIG. 8H is a diagram showing the next step of FIG. 8G. 図8Iは、図8Hの次の工程を示す図である。FIG. 8I is a diagram showing the next step of FIG. 8H. 図8Jは、図8Iの次の工程を示す図である。FIG. 8J is a diagram showing the next step of FIG. 8I. 図8Kは、図8Jの次の工程を示す図である。FIG. 8K is a diagram showing the next step of FIG. 8J. 図9は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 図10は、図9の破線で囲まれた部分の拡大図である。FIG. 10 is an enlarged view of the portion surrounded by the broken line in FIG. 図11は、デバイスのVCE−ICf特性を示すグラフである。Figure 11 is a graph showing the V CE -I Cf characteristics of the device.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1の模式的な断面図である。図2は、
図1の半導体装置の内部構造を説明するための斜視図である。
半導体装置1は、IGBTを備えるデバイスであって、本発明の半導体層の一例として
の半導体基板2を含む。半導体基板2は、たとえば、50μm〜200μmの厚さのn
型シリコン基板であってよい。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention. Figure 2 shows
It is a perspective view for demonstrating the internal structure of the semiconductor device of FIG.
The semiconductor device 1 is a device including an IGBT, and includes a semiconductor substrate 2 as an example of the semiconductor layer of the present invention. The semiconductor substrate 2 has, for example, n − having a thickness of 50 μm to 200 μm.
It may be a type silicon substrate.

半導体基板2は、その裏面3側から順にp型コレクタ領域4、n型バッファ領域5お
よびn型ドリフト領域6が積層された構造を有している。p型コレクタ領域4が半導
体基板2の裏面3全体に露出し、n型ドリフト領域6が半導体基板2の表面7の一部に
選択的に露出している。
型コレクタ領域4のp型ドーパントとしては、たとえば、B(ホウ素)、Al(ア
ルミニウム)等を使用できる(以下、同じ)。一方、n型バッファ領域5およびn型ド
リフト領域6のn型ドーパントとしては、たとえば、N(窒素)、P(リン)、As(ひ
素)等を使用できる(以下、同じ)。
The semiconductor substrate 2 has a structure in which a p + type collector region 4, an n-type buffer region 5, and an n - type drift region 6 are laminated in this order from the back surface 3 side. The p + type collector region 4 is exposed on the entire back surface 3 of the semiconductor substrate 2, and the n type drift region 6 is selectively exposed on a part of the front surface 7 of the semiconductor substrate 2.
As the p-type dopant in the p + type collector region 4, for example, B (boron), Al (aluminum), or the like can be used (hereinafter, the same applies). On the other hand, as the n-type dopant in the n-type buffer region 5 and the n - type drift region 6, for example, N (nitrogen), P (phosphorus), As (arsenic) and the like can be used (hereinafter, the same applies).

また、p型コレクタ領域4のドーパント濃度は、たとえば、1×1015cm−3
2×1019cm−3である。一方、n型バッファ領域5のドーパント濃度は、たとえば
、1×1015cm−3〜5×1017cm−3であり、n型ドリフト領域6のドーパ
ント濃度は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3である。
半導体基板2の表面7側には、複数のゲートトレンチ8が形成されている。この実施形
態では、複数のゲートトレンチ8は、たとえばストライプ状に形成され、半導体基板2の
表面7に沿う横方向に一対ずつのトレンチ単位9として配置されている。互いに隣り合う
トレンチ単位9のピッチPは、たとえば、4μm〜20μmである。また、一対のゲー
トトレンチ8において、一方のゲートトレンチ8と他方のゲートトレンチ8とのピッチP
(ゲートトレンチ8の中心点同士の距離)は、たとえば、2μm〜7μmであり、間隔
(ゲートトレンチ8の側面間の距離)は、たとえば、1μm〜6μmである。
The dopant concentration in the p + type collector region 4 is, for example, 1 × 10 15 cm -3 to
It is 2 × 10 19 cm -3 . On the other hand, the dopant concentration in the n-type buffer region 5 is, for example, 1 × 10 15 cm -3 to 5 × 10 17 cm -3 , and the dopant concentration in the n − drift region 6 is 1 × 10 13 cm -3. ~ 5 x 10 14 cm -3 .
A plurality of gate trenches 8 are formed on the surface 7 side of the semiconductor substrate 2. In this embodiment, the plurality of gate trenches 8 are formed in a striped shape, for example, and are arranged as a pair of trench units 9 in the lateral direction along the surface 7 of the semiconductor substrate 2. The pitch P 1 of the trench units 9 adjacent to each other is, for example, 4 μm to 20 μm. Further, in the pair of gate trenches 8, the pitch P between one gate trench 8 and the other gate trench 8
2 (distance between the center points of the gate trench 8) is, for example, 2 μm to 7 μm, and the interval L 1 (distance between the side surfaces of the gate trench 8) is, for example, 1 μm to 6 μm.

一対のゲートトレンチ8の間には、p型ベース領域10が形成されている。p型ベース
領域10は、一方のゲートトレンチ8と他方のゲートトレンチ8によって共有されている
。また、この実施形態では、p型ベース領域10とn型ドリフト領域6との界面がゲー
トトレンチ8の中央部もしくは上部に設定されていて、p型ベース領域10は、半導体基
板2の比較的浅くに拡散形成されている。
A p-type base region 10 is formed between the pair of gate trenches 8. The p-type base region 10 is shared by one gate trench 8 and the other gate trench 8. Further, in this embodiment, the interface between the p-type base region 10 and the n - type drift region 6 is set in the central portion or the upper portion of the gate trench 8, and the p-type base region 10 is relatively the semiconductor substrate 2. It is shallowly diffused.

p型ベース領域10には、半導体基板2の表面7から掘り下がったコンタクトトレンチ
11が形成されている。コンタクトトレンチ11は、ゲートトレンチ8の長手方向に沿っ
て一定の幅で形成されている。コンタクトトレンチ11の底面には、p型ベースコンタ
クト領域12が形成されている。
また、コンタクトトレンチ11と、一方および他方のゲートトレンチ8との間において
p型ベース領域10の表面部には、n型エミッタ領域13が形成されている。n型エ
ミッタ領域13は、コンタクトトレンチ11の両側に一つずつ設けられ、それぞれがコン
タクトトレンチ11の側面に露出している。
In the p-type base region 10, a contact trench 11 dug down from the surface 7 of the semiconductor substrate 2 is formed. The contact trench 11 is formed with a constant width along the longitudinal direction of the gate trench 8. A p + type base contact region 12 is formed on the bottom surface of the contact trench 11.
Further, an n + type emitter region 13 is formed on the surface portion of the p-type base region 10 between the contact trench 11 and one and the other gate trench 8. One n + type emitter region 13 is provided on each side of the contact trench 11, and each is exposed on the side surface of the contact trench 11.

また、p型ベース領域10のドーパント濃度は、たとえば、1×1016cm−3〜1
×1018cm−3である。p型ベースコンタクト領域12のドーパント濃度は、たと
えば、5×1018cm−3〜1×1020cm−3である。n型エミッタ領域13の
ドーパント濃度は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3である。
また、半導体基板2の表面7側において一対のゲートトレンチ8の間には、複数(図1
では2本)のエミッタトレンチ14が形成されている。この実施形態では、複数のエミッ
タトレンチ14は、たとえばストライプ状(ゲートトレンチ8に平行)に形成され、半導
体基板2の表面7に沿う横方向に互いに等しい間隔を空けて配置されている。互いに隣り
合うエミッタトレンチ14間隔L(エミッタトレンチ14の側面間の距離)は、たとえ
ば、3μm以下、好ましくは、0.8μm〜3μmである。また、複数のエミッタトレン
チ14は、ゲートトレンチ8と同じ深さで形成されている。これにより、エミッタトレン
チ14をゲートトレンチ8と同一工程で形成することができるので、製造工程を簡略化す
ることができる。
The dopant concentration in the p-type base region 10 is, for example, 1 × 10 16 cm -3 to 1.
× 10 18 cm -3 . The dopant concentration in the p + type base contact region 12 is, for example, 5 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 20 cm -3 . The dopant concentration in the n + type emitter region 13 is 1 × 10 19 cm -3 to 5 × 10 20 cm -3 .
Further, on the surface 7 side of the semiconductor substrate 2, a plurality of gate trenches 8 (FIG. 1) are located between the pair of gate trenches 8.
2) Emitter trenches 14 are formed. In this embodiment, the plurality of emitter trenches 14 are formed, for example, in a striped shape (parallel to the gate trench 8), and are arranged at equal intervals in the lateral direction along the surface 7 of the semiconductor substrate 2. The distance between the emitter trenches 14 adjacent to each other L 2 (distance between the side surfaces of the emitter trench 14) is, for example, 3 μm or less, preferably 0.8 μm to 3 μm. Further, the plurality of emitter trenches 14 are formed at the same depth as the gate trench 8. As a result, the emitter trench 14 can be formed in the same process as the gate trench 8, so that the manufacturing process can be simplified.

複数のエミッタトレンチ14のうち、ゲートトレンチ8に隣り合うトレンチ(ゲートト
レンチ8との間にトレンチを介さずに対向するトレンチ)は、ゲートトレンチ8との間に
型ドリフト領域6を介して2μm以下の間隔L(エミッタトレンチ14の側面とゲ
ートトレンチ8の側面との距離)を隔てて配置されている。つまり、当該エミッタトレン
チ14とゲートトレンチ8との間には、深さ方向全域に渡ってn型ドリフト領域6が介
在している。
Among the plurality of emitter trench 14, (trench facing without going through the trench between the gate trenches 8) trenches adjacent to the gate trench 8, n between the gate trench 8 - via a type drift region 6 2μm are arranged at the following intervals L 3 (the distance between the side surfaces of the gate trench 8 of the emitter trench 14). In other words, between said emitter trench 14 and the gate trench 8, across the depth direction throughout the n - -type drift region 6 is interposed.

また、複数のエミッタトレンチ14の各間には、p型フローティング領域15が形成さ
れている。p型フローティング領域15は、電気的にフローティング状態が保たれた半導
体領域であり、ゲートトレンチ8に隣り合うエミッタトレンチ14によって、ゲートトレ
ンチ8と分離されている。p型フローティング領域15は、この実施形態では、p型ベー
ス領域10よりも深く形成されている。
Further, a p-type floating region 15 is formed between each of the plurality of emitter trenches 14. The p-type floating region 15 is a semiconductor region that is electrically maintained in a floating state, and is separated from the gate trench 8 by an emitter trench 14 adjacent to the gate trench 8. In this embodiment, the p-type floating region 15 is formed deeper than the p-type base region 10.

p型フローティング領域15は、エミッタトレンチ14の底部に対して半導体基板2の
裏面3側に膨出する底部16と、ゲートトレンチ8に隣り合うエミッタトレンチ14の下
方に回り込むオーバーラップ部17とを有している。オーバーラップ部17は、当該エミ
ッタトレンチ14の幅方向中央に対してゲートトレンチ8の近い側に位置する端部18を
有している。この端部18は、エミッタトレンチ14に対してゲートトレンチ8側にはみ
出ていないことが好ましい。
The p-type floating region 15 has a bottom portion 16 that bulges toward the back surface 3 side of the semiconductor substrate 2 with respect to the bottom portion of the emitter trench 14, and an overlapping portion 17 that wraps around below the emitter trench 14 adjacent to the gate trench 8. doing. The overlap portion 17 has an end portion 18 located closer to the gate trench 8 with respect to the center in the width direction of the emitter trench 14. It is preferable that the end portion 18 does not protrude toward the gate trench 8 with respect to the emitter trench 14.

また、p型フローティング領域15のドーパント濃度は、たとえば、5×1015cm
−3〜1×1018cm−3である。
ゲートトレンチ8およびエミッタトレンチ14には、絶縁膜19(たとえば、酸化シリ
コン(SiO))を介してゲート電極20および埋め込み電極21がそれぞれ埋め込ま
れている。ゲート電極20および埋め込み電極21は、たとえば、ポリシリコン等の導電
材料からなる。絶縁膜19は、ゲートトレンチ8の内面、半導体基板2の表面7およびエ
ミッタトレンチ14の内面に沿って一体的に形成されている。絶縁膜19のゲートトレン
チ8内の部分は、ゲート絶縁膜22として機能する。また、エミッタトレンチ14の複数
の埋め込み電極21は、後述するエミッタ電極25に電気的に接続されている。
The dopant concentration in the p-type floating region 15 is, for example, 5 × 10 15 cm.
-3 to 1 x 10 18 cm -3 .
The gate electrode 20 and the embedded electrode 21 are respectively embedded in the gate trench 8 and the emitter trench 14 via an insulating film 19 (for example, silicon oxide (SiO 2)). The gate electrode 20 and the embedded electrode 21 are made of a conductive material such as polysilicon. The insulating film 19 is integrally formed along the inner surface of the gate trench 8, the surface 7 of the semiconductor substrate 2, and the inner surface of the emitter trench 14. The portion of the insulating film 19 in the gate trench 8 functions as the gate insulating film 22. Further, the plurality of embedded electrodes 21 of the emitter trench 14 are electrically connected to the emitter electrode 25 described later.

半導体基板2の表面7には、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸
化シリコン(SiO)等の絶縁材料からなる層間膜23が積層されている。層間膜23
には、コンタクトトレンチ11を介してn型エミッタ領域13およびp型ベースコン
タクト領域12を選択的に露出させるコンタクトホール24が形成されている。
層間膜23上には、エミッタ電極25が積層されている。エミッタ電極25は、コンタ
クトトレンチ11に入り込み、コンタクトトレンチ11の側面においてn型エミッタ領
域13に接続されている。また、コンタクトトレンチ11の底面において、p型ベース
コンタクト領域12を介してp型ベース領域10に接続されている。
An interlayer film 23 made of an insulating material such as boron phosphide silicate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2) is laminated on the surface 7 of the semiconductor substrate 2. Interlayer film 23
Is formed with a contact hole 24 that selectively exposes the n + type emitter region 13 and the p + type base contact region 12 via the contact trench 11.
The emitter electrode 25 is laminated on the interlayer film 23. The emitter electrode 25 enters the contact trench 11 and is connected to the n + type emitter region 13 on the side surface of the contact trench 11. Further, on the bottom surface of the contact trench 11, it is connected to the p-type base region 10 via the p + type base contact region 12.

次に、半導体装置1の製造方法について説明する。図3A〜図3Iは、図1の半導体装
置1の製造工程を工程順に説明するための図である。
半導体装置1を製造するには、図3Aに示すように、n型の半導体基板2(n型ド
リフト領域6)の表面7にマスク28が形成される。マスク28には、表面7におけるp
型フローティング領域15に形成すべき領域を選択的に露出させる開口が形成されている
。そして、このマスク28を介して、半導体基板2の表面7に対してp型ドーパントがイ
オン注入(インプラ)される。これにより、イオン注入領域26が形成される。
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 1 will be described. 3A to 3I are diagrams for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 1 of FIG. 1 in process order.
In order to manufacture the semiconductor device 1, as shown in FIG. 3A, a mask 28 is formed on the surface 7 of the n- type semiconductor substrate 2 (n -type drift region 6). The mask 28 has p on the surface 7.
An opening is formed in the mold floating region 15 to selectively expose the region to be formed. Then, the p-type dopant is ion-implanted (implanted) on the surface 7 of the semiconductor substrate 2 through the mask 28. As a result, the ion implantation region 26 is formed.

次に、図3Bに示すように、半導体基板2が選択的にエッチングされることによって、
ゲートトレンチ8およびエミッタトレンチ14が同時形成される。
次に、図3Cに示すように、半導体基板2が熱酸化されることによって、ゲートトレン
チ8およびエミッタトレンチ14の内面を含む表面全域に犠牲酸化膜27が形成される。
そして、犠牲酸化膜27で覆われた半導体基板2をアニール処理することによって、イオ
ン注入領域26中のp型ドーパントが拡散する(ドライブイン)。このアニール処理は、
p型ドーパントがエミッタトレンチ14の下方に回り込む条件で行われる。これにより、
p型フローティング領域15が形成される。この際、半導体基板2が犠牲酸化膜27で覆
われているので、基板表面からのイオン抜けを防止することができるので、p型ドーパン
トを効率よく拡散させることができる。
Next, as shown in FIG. 3B, the semiconductor substrate 2 is selectively etched.
The gate trench 8 and the emitter trench 14 are formed at the same time.
Next, as shown in FIG. 3C, the semiconductor substrate 2 is thermally oxidized to form a sacrificial oxide film 27 on the entire surface including the inner surfaces of the gate trench 8 and the emitter trench 14.
Then, by annealing the semiconductor substrate 2 covered with the sacrificial oxide film 27, the p-type dopant in the ion implantation region 26 is diffused (drive-in). This annealing process
This is done under the condition that the p-type dopant wraps around below the emitter trench 14. This will
A p-type floating region 15 is formed. At this time, since the semiconductor substrate 2 is covered with the sacrificial oxide film 27, it is possible to prevent ion escape from the substrate surface, so that the p-type dopant can be efficiently diffused.

次に、図3Dに示すように、犠牲酸化膜27が剥離される。
次に、図3Eに示すように、半導体基板2が熱酸化されることによって、ゲートトレン
チ8およびエミッタトレンチ14の内面を含む表面全域に絶縁膜19(ゲート絶縁膜22
)が形成される。
次に、図3Fに示すように、ポリシリコン等の電極材料がゲートトレンチ8およびエミ
ッタトレンチ14に埋め込まれる。これにより、ゲート電極20および埋め込み電極21
が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 3D, the sacrificial oxide film 27 is peeled off.
Next, as shown in FIG. 3E, the semiconductor substrate 2 is thermally oxidized, so that the insulating film 19 (gate insulating film 22) covers the entire surface including the inner surfaces of the gate trench 8 and the emitter trench 14.
) Is formed.
Next, as shown in FIG. 3F, an electrode material such as polysilicon is embedded in the gate trench 8 and the emitter trench 14. As a result, the gate electrode 20 and the embedded electrode 21
Are formed at the same time.

次に、図3Gに示すように、半導体基板2の表面7に対して選択的にn型およびp型ド
ーパントがイオン注入および拡散されることによって、p型ベース領域10およびn
エミッタ領域13が順に形成される。
次に、図3Hに示すように、半導体基板2の表面7上に、ホウ素リンシリケートガラス
(BPSG)、酸化シリコン(SiO)等の絶縁材料を堆積させることによって、層間
膜23が形成される。次に、層間膜23が選択的にエッチングされてコンタクトホール2
4が形成された後、当該コンタクトホール24から露出する半導体基板2が選択的にエッ
チングされる。これにより、コンタクトトレンチ11が形成される。
Next, as shown in FIG. 3G, the p-type base region 10 and the n + -type emitter region 13 are selectively ion-implanted and diffused with respect to the surface 7 of the semiconductor substrate 2. Are formed in order.
Next, as shown in FIG. 3H, the interlayer film 23 is formed by depositing an insulating material such as boron phosphide silicate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2) on the surface 7 of the semiconductor substrate 2. .. Next, the interlayer film 23 is selectively etched to make the contact hole 2
After the formation of 4, the semiconductor substrate 2 exposed from the contact hole 24 is selectively etched. As a result, the contact trench 11 is formed.

次に、図3Iに示すように、コンタクトホール24を介してコンタクトトレンチ11の
底部に対して選択的にp型ドーパントがイオン注入および拡散されることによって、p
型ベースコンタクト領域12が形成される。
その後、半導体基板2の表面7側にエミッタ電極24等が形成された後、半導体基板2
の裏面3に対して選択的にn型およびp型ドーパントがイオン注入および拡散されること
によって、n型バッファ領域5およびp型コレクタ領域4が順に形成される。
Next, as shown in FIG. 3I, the p-type dopant is selectively ion-implanted and diffused into the bottom of the contact trench 11 through the contact hole 24, thereby p +.
A mold base contact region 12 is formed.
After that, the emitter electrode 24 and the like are formed on the surface 7 side of the semiconductor substrate 2, and then the semiconductor substrate 2
The n-type buffer region 5 and the p + -type collector region 4 are sequentially formed by ion-implanting and diffusing the n-type and p-type dopants on the back surface 3 of the above.

以上のような工程を経ることによって、図1に示す半導体装置1が得られる。なお、図
3A〜図3Iでは半導体装置1の製造工程の一部を表したに過ぎず、当該製造工程は、図
3A〜図3Iで示されなかった工程を含んでいてもよい。
この半導体装置1によれば、埋め込み電極21が埋め込まれたエミッタトレンチ14(
以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティング領域15(オー
バーラップ部17)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッタ接合トレ
ンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急峻な電圧
変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
By going through the above steps, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 can be obtained. It should be noted that FIGS. 3A to 3I show only a part of the manufacturing process of the semiconductor device 1, and the manufacturing process may include a process not shown in FIGS. 3A to 3I.
According to the semiconductor device 1, the emitter trench 14 in which the embedded electrode 21 is embedded (
Since the p-type floating region 15 (overlapping portion 17) is formed up to the bottom of the “emitter-coupled trench”), the collector-emitter voltage applied to the emitter-emittered trench during the switching off operation can be relaxed. .. Therefore, it is possible to prevent the device from being destroyed by a sudden voltage change (dv / dt).

また、p型ベース領域10よりも深いp型フローティング領域15によって耐圧を向上
できる一方、p型ベース領域10は浅くてもよいので、p型ベース領域10の深さを適切
に設計することによってチャネル長(ゲートトレンチ8の深さ方向の長さ)を短くしてオ
ン電圧の上昇を抑制することもできる。
また、ゲート電極20が埋め込まれたゲートトレンチ8(以下、「ゲート接合トレンチ
」という)が、エミッタ接合トレンチによってp型フローティング領域15から分離され
ている。これにより、p型フローティング領域15とゲート接合トレンチとの接合を防止
することができる。そのため、ゲート接合トレンチとp型フローティング領域15との間
の浮遊容量をなくすことができる。
Further, while the withstand voltage can be improved by the p-type floating region 15 deeper than the p-type base region 10, the p-type base region 10 may be shallow, so that the channel can be channeled by appropriately designing the depth of the p-type base region 10. It is also possible to shorten the length (the length of the gate trench 8 in the depth direction) to suppress an increase in the on-voltage.
Further, the gate trench 8 in which the gate electrode 20 is embedded (hereinafter, referred to as “gate-coupled trench”) is separated from the p-type floating region 15 by the emitter-coupled trench. This makes it possible to prevent the p-type floating region 15 from joining the gate joining trench. Therefore, the stray capacitance between the gate junction trench and the p-type floating region 15 can be eliminated.

一方、ゲート接合トレンチが深さ方向全域に渡って接合しているn型ドリフト領域6
はp型コレクタ領域4と共に接地されるものである。そのため、スイッチング動作時に
、ゲート接合トレンチとn型ドリフト領域6との間の容量変化が安定するので、ノイズ
が発生し難い。これらの結果、スイッチング動作時のノイズの発生およびスイッチング損
失を低減することができる。
On the other hand, the n- type drift region 6 in which the gate joining trench is joined over the entire depth direction.
Is grounded together with the p + type collector area 4. Therefore, during the switching operation, gate junction trench and the n - the capacitance change between the type drift region 6 is stabilized, noise hardly occurs. As a result, it is possible to reduce the generation of noise and the switching loss during the switching operation.

また、エミッタ接合トレンチと、ゲート接合トレンチとの間隔Lが2μm以下であるの
で、耐圧を良好に保持することもできる。
さらに、コンタクトトレンチ11の側面をn型エミッタ領域13とのコンタクトのた
めの領域として有効利用することができるので、n型エミッタ領域13に対するエミッ
タ電極25の接合面積を十分確保することができる。これにより、n型エミッタ領域1
3の平面面積を犠牲にすることができるので、一対のゲートトレンチ8における一方およ
び他方のゲートトレンチ8の間隔Lを微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域
10を形成することができる。ゲートトレンチ8の微細化の結果、デバイスの短絡耐量と
オン電圧とのトレードオフの関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させ
ることができる。よって、低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
Further, since the distance L between the emitter-coupled trench and the gate-coupled trench is 2 μm or less, the withstand voltage can be well maintained.
Further, since the side surface of the contact trench 11 can be effectively utilized as an area for contact with the n + -type emitter region 13, the junction area of the emitter electrode 25 for the n + -type emitter region 13 can be sufficiently ensured .. As a result, the n + type emitter region 1
Since the flat plane area of 3 can be sacrificed, and refining the gap L 1 of one and the other of the gate trenches 8 in the pair of gate trenches 8, to form a fine p-type base region 10 as compared with the conventional Can be done. As a result of miniaturization of the gate trench 8, the trade-off relationship between the short-circuit tolerance of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promotion effect can be improved. Therefore, it is possible to improve the V CE (sat) in the low current range.

図4は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置31の模式的な断面図である。図5は
、図4の半導体装置の内部構造を説明するための図であって、図5(a)は斜視図、図5
(b)は平面図をそれぞれ示している。図4および図5において、前述の図1に示された
各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
前述の第1実施形態では、ゲートトレンチ8は、一対ずつのトレンチ単位9として形成
され、一方および他方のゲートトレンチ8の間に共通のp型ベース領域10が形成されて
いた。これに対し、第2実施形態の半導体装置31は、半導体基板2の表面7に沿う横方
向に一つずつのトレンチ単位32として形成された複数のゲートトレンチ33と、各ゲー
トトレンチ33の両側(エミッタトレンチ14との間の領域)に形成されたp型ベース領
域34と、各p型ベース領域34の表面部に形成されたn型エミッタ領域35とを含む
。n型エミッタ領域35は、ゲートトレンチ33の両側面に沿って一つずつ形成され、
半導体基板2の表面7に露出している。
FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 31 according to the second embodiment of the present invention. 5A and 5B are views for explaining the internal structure of the semiconductor device of FIG. 4, and FIG. 5A is a perspective view and FIG. 5A.
(B) shows a plan view, respectively. In FIGS. 4 and 5, the parts corresponding to the parts shown in FIG. 1 described above are designated by the same reference numerals.
In the first embodiment described above, the gate trench 8 is formed as a pair of trench units 9, and a common p-type base region 10 is formed between one and the other gate trench 8. On the other hand, in the semiconductor device 31 of the second embodiment, a plurality of gate trenches 33 formed as one trench unit 32 in the lateral direction along the surface 7 of the semiconductor substrate 2 and both sides of each gate trench 33 ( The p-type base region 34 formed in the region between the emitter trench 14 and the n + -type emitter region 35 formed on the surface portion of each p-type base region 34 is included. The n + type emitter region 35 is formed one by one along both side surfaces of the gate trench 33.
It is exposed on the surface 7 of the semiconductor substrate 2.

また、p型ベース領域34の表面部には、n型エミッタ領域35の側方(ゲートトレ
ンチ33の反対側)にp型ベースコンタクト領域37が形成されている。p型ベース
コンタクト領域37のドーパント濃度は、たとえば、5×1018cm−3〜1×10
cm−3である。
型エミッタ領域35は、図5(a)(b)に示すように、ゲートトレンチ33の側
面から半導体基板2の表面7に沿う横方向に引き出された引き出し部38を選択的に有し
ている。引き出し部38は、たとえば、ゲートトレンチ33の長手方向に沿って一定の間
隔を空けて配置されている。この実施形態のようにゲートトレンチ33に対して一対のn
型エミッタ領域35が設けられる場合、各n型エミッタ領域35の引き出し部38は
、図5(b)に示すように、一方および他方の端部がゲートトレンチ33を挟んで互いに
対向するように配置されていてもよいし、一方の引き出し部38の端部および他方の引き
出し部38の端部が、ゲートトレンチ33の長手方向に沿って交互に配置されていてもよ
い(図示せず)。これにより、p型ベースコンタクト領域37における引き出し部38
に隣り合う部分は、他の部分よりも選択的に幅が狭い挟部39となっている。
Further, on the surface portion of the p-type base region 34 , a p + type base contact region 37 is formed on the side of the n + type emitter region 35 (opposite side of the gate trench 33). The dopant concentration in the p + type base contact region 37 is, for example, 5 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 2.
It is 0 cm -3 .
As shown in FIGS. 5A and 5B, the n + type emitter region 35 selectively has a lead-out portion 38 drawn out from the side surface of the gate trench 33 in the lateral direction along the surface 7 of the semiconductor substrate 2. ing. The pull-out portions 38 are arranged at regular intervals along the longitudinal direction of the gate trench 33, for example. A pair of n with respect to the gate trench 33 as in this embodiment.
When the + -type emitter region 35 is provided , one and the other end portions of the drawer portions 38 of each n + -type emitter region 35 face each other with the gate trench 33 interposed therebetween, as shown in FIG. 5 (b). The ends of one drawer 38 and the ends of the other drawer 38 may be arranged alternately along the longitudinal direction of the gate trench 33 (not shown). .. As a result, the drawer 38 in the p + type base contact area 37
The portion adjacent to the portion is a sandwich portion 39 whose width is selectively narrower than that of the other portions.

また、層間膜23には、p型ベースコンタクト領域37およびn型エミッタ領域3
5を選択的に露出させるコンタクトホール36が形成されている。n型エミッタ領域3
5は、引き出し部38がコンタクトホール36から選択的に露出している。エミッタ電極
25は、コンタクトホール36を介して、p型ベースコンタクト領域37およびn
エミッタ領域35に接続されている。
Further, in the interlayer film 23, a p + type base contact region 37 and an n + type emitter region 3
A contact hole 36 is formed that selectively exposes the 5. n + type emitter region 3
In No. 5, the drawer portion 38 is selectively exposed from the contact hole 36. The emitter electrode 25 is connected to the p + type base contact region 37 and the n + type emitter region 35 via the contact hole 36.

この半導体装置31によっても、第1実施形態の半導体装置1と同様の効果を達成する
ことができる。
図6は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図7は、図
6の破線で囲まれた部分の拡大図である。
半導体装置101は、IGBTを備えるデバイスであって、本発明の半導体層の一例と
しての半導体基板102を含む。半導体基板102は、たとえば、50μm〜200μm
の厚さのn型シリコン基板であってよい。
The semiconductor device 31 can also achieve the same effect as the semiconductor device 1 of the first embodiment.
FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is an enlarged view of the portion surrounded by the broken line in FIG.
The semiconductor device 101 is a device including an IGBT, and includes a semiconductor substrate 102 as an example of the semiconductor layer of the present invention. The semiconductor substrate 102 is, for example, 50 μm to 200 μm.
It may be an n- type silicon substrate having a thickness of.

半導体基板102は、その裏面103側から順にp型コレクタ領域104、n型バッ
ファ領域105およびn型ドリフト領域106が積層された構造を有している。p
コレクタ領域104が半導体基板102の裏面103全体に露出し、n型ドリフト領域
106が半導体基板102の表面107の一部に選択的に露出している。
型コレクタ領域104のp型ドーパントとしては、たとえば、B(ホウ素)、Al
(アルミニウム)等を使用できる(以下、同じ)。一方、n型バッファ領域105および
型ドリフト領域106のn型ドーパントとしては、たとえば、N(窒素)、P(リン
)、As(ひ素)等を使用できる(以下、同じ)。
The semiconductor substrate 102 has a structure in which a p + type collector region 104, an n-type buffer region 105, and an n - type drift region 106 are laminated in this order from the back surface 103 side. The p + type collector region 104 is exposed on the entire back surface 103 of the semiconductor substrate 102, and the n type drift region 106 is selectively exposed on a part of the front surface 107 of the semiconductor substrate 102.
Examples of the p-type dopant in the p + type collector region 104 include B (boron) and Al.
(Aluminum) etc. can be used (hereinafter the same). On the other hand, as the n-type dopant in the n-type buffer region 105 and the n - type drift region 106, for example, N (nitrogen), P (phosphorus), As (arsenic) and the like can be used (hereinafter, the same applies).

また、p型コレクタ領域104のドーパント濃度は、たとえば、1×1015cm
〜2×1019cm−3である。一方、n型バッファ領域105のドーパント濃度は、
たとえば、1×1015cm−3〜5×1017cm−3であり、n型ドリフト領域1
06のドーパント濃度は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3である。
半導体基板102の表面107側には、複数のゲートトレンチ108および複数のダミ
ートレンチ109が互いに隣り合って形成されている。この実施形態では、一対のダミー
トレンチ109と、一対のダミートレンチ109の間に挟まれたゲートトレンチ108と
を含むトレンチ単位110が、半導体基板102の表面107に沿う横方向に間隔を空け
て複数配置されている。これにより、ゲートトレンチ108およびダミートレンチ109
は、全体としてストライプ状に形成されている。
The dopant concentration in the p + type collector region 104 is, for example, 1 × 10 15 cm −.
3 to 2 x 10 19 cm -3 . On the other hand, the dopant concentration in the n-type buffer region 105 is
For example, 1 × 10 15 cm -3 to 5 × 10 17 cm -3 , and the n type drift region 1
The dopant concentration of 06 is 1 × 10 13 cm -3 to 5 × 10 14 cm -3 .
A plurality of gate trenches 108 and a plurality of dummy trenches 109 are formed adjacent to each other on the surface 107 side of the semiconductor substrate 102. In this embodiment, a plurality of trench units 110 including a pair of dummy trenches 109 and a gate trench 108 sandwiched between the pair of dummy trenches 109 are spaced apart in the lateral direction along the surface 107 of the semiconductor substrate 102. Have been placed. As a result, the gate trench 108 and the dummy trench 109
Is formed in a striped shape as a whole.

互いに隣り合うトレンチ単位110のピッチPは、たとえば、2μm〜7μmである
。また、各トレンチ単位110において、ゲートトレンチ108とその両側のダミートレ
ンチ109との間隔L(ゲートトレンチ108の側面とダミートレンチ109の側面と
の距離)はそれぞれ、2μm以下であることが好ましい。
各トレンチ単位110において、ゲートトレンチ108の両側(各ダミートレンチ10
9との間の領域)には、p型ベース領域111が形成され、さらにp型ベース領域111
の表面部にn型エミッタ領域112およびp型ベースコンタクト領域113が形成さ
れている(図7参照)。この実施形態では、p型ベース領域111とn型ドリフト領域
106との界面がゲートトレンチ108の中央部もしくは上部に設定されていて、p型ベ
ース領域111は、半導体基板102の比較的浅くに拡散形成されている。
The pitch P 1 of the trench units 110 adjacent to each other is, for example, 2 μm to 7 μm. Further, in each trench unit 110, the distance L 1 (distance between the side surface of the gate trench 108 and the side surface of the dummy trench 109) between the gate trench 108 and the dummy trench 109 on both sides thereof is preferably 2 μm or less.
In each trench unit 110, both sides of the gate trench 108 (each dummy trench 10)
A p-type base region 111 is formed in the region between 9 and 9), and a p-type base region 111 is further formed.
An n + type emitter region 112 and a p + type base contact region 113 are formed on the surface portion of the above (see FIG. 7). In this embodiment, the interface between the p-type base region 111 and the n - type drift region 106 is set in the central portion or the upper portion of the gate trench 108, and the p-type base region 111 is relatively shallow in the semiconductor substrate 102. It is diffusely formed.

型エミッタ領域112およびp型ベースコンタクト領域113は、ゲートトレン
チ108とダミートレンチ109との間の領域において互いに隣接して配置されている。
具体的には、n型エミッタ領域112がゲートトレンチ108の両側面114に沿って
一つずつ形成され、p型ベースコンタクト領域113が各ダミートレンチ109の側面
115に沿って一つずつ形成されている。これにより、n型エミッタ領域112は、半
導体基板102の表面107およびゲートトレンチ108の側面114に露出している。
一方、p型ベースコンタクト領域113は、半導体基板102の表面107およびダミ
ートレンチ109の側面115に露出している。
The n + type emitter region 112 and the p + type base contact region 113 are arranged adjacent to each other in the region between the gate trench 108 and the dummy trench 109.
Specifically, one n + type emitter region 112 is formed along both side surfaces 114 of the gate trench 108, and one p + type base contact region 113 is formed along the side surface 115 of each dummy trench 109. Has been done. As a result, the n + type emitter region 112 is exposed on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 and the side surface 114 of the gate trench 108.
On the other hand, the p + type base contact region 113 is exposed on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 and the side surface 115 of the dummy trench 109.

また、p型ベース領域111のドーパント濃度は、たとえば、1×1016cm−3
1×1018cm−3である。n型エミッタ領域112のドーパント濃度は、1×10
19cm−3〜5×1020cm−3である。p型ベースコンタクト領域113のドー
パント濃度は、たとえば、5×1018cm−3〜1×1020cm−3である。
また、半導体基板102の表面107側において隣り合うトレンチ単位110の間には
、複数(図6では3本)のエミッタトレンチ116が形成されている。この実施形態では
、複数のエミッタトレンチ116は、たとえばストライプ状(ゲートトレンチ108およ
びダミートレンチ109に平行)に形成され、半導体基板102の表面107に沿う横方
向に互いに等しい間隔を空けて配置されている。互いに隣り合うエミッタトレンチ116
の間隔L(エミッタトレンチ116の側面間の距離)は、たとえば、3μm以下、好ま
しくは、0.8μm〜3μmである。また、複数のエミッタトレンチ116は、ゲートト
レンチ108およびダミートレンチ109と同じ深さで形成されている。これにより、エ
ミッタトレンチ116を、ゲートトレンチ108およびダミートレンチ109と同一工程
で形成することができるので、製造工程を簡略化することができる。
The dopant concentration in the p-type base region 111 is, for example, 1 × 10 16 cm -3 to
It is 1 x 10 18 cm -3 . The dopant concentration in the n + type emitter region 112 is 1 × 10.
It is 19 cm -3 to 5 × 10 20 cm -3 . The dopant concentration in the p + type base contact region 113 is, for example, 5 × 10 18 cm -3 to 1 × 10 20 cm -3 .
Further, a plurality of (three in FIG. 6) emitter trenches 116 are formed between adjacent trench units 110 on the surface 107 side of the semiconductor substrate 102. In this embodiment, the plurality of emitter trenches 116 are formed, for example, in a stripe shape (parallel to the gate trench 108 and the dummy trench 109), and are arranged laterally along the surface 107 of the semiconductor substrate 102 at equal intervals from each other. There is. Emitter trench 116 adjacent to each other
The interval L 2 (distance between the side surfaces of the emitter trench 116) is, for example, 3 μm or less, preferably 0.8 μm to 3 μm. Further, the plurality of emitter trenches 116 are formed at the same depth as the gate trench 108 and the dummy trench 109. As a result, the emitter trench 116 can be formed in the same process as the gate trench 108 and the dummy trench 109, so that the manufacturing process can be simplified.

複数のエミッタトレンチ116のうち、ダミートレンチ109に隣り合うトレンチ(ダ
ミートレンチ109との間にトレンチを介さずに対向するトレンチ)は、ダミートレンチ
109との間に0.5μm〜20μmの間隔L(エミッタトレンチ116の側面とダミ
ートレンチ109の側面との距離)を隔てて配置されている。
また、半導体基板102には、p型フローティング領域117が形成されている。p型
フローティング領域117は、エミッタトレンチ116を介して対向する、互いに隣り合
うトレンチ単位110のダミートレンチ109で挟まれた領域に広がっている。p型フロ
ーティング領域117は、電気的にフローティング状態が保たれた半導体領域であって、
ゲートトレンチ108に隣り合うダミートレンチ109によって、ゲートトレンチ108
と分離されている。p型フローティング領域117は、この実施形態では、p型ベース領
域111よりも深く形成されている。
Of the plurality of emitter trenches 116, the trench adjacent to the dummy trench 109 (the trench facing the dummy trench 109 without passing through the trench) has a distance L 3 of 0.5 μm to 20 μm from the dummy trench 109. It is arranged at a distance (distance between the side surface of the emitter trench 116 and the side surface of the dummy trench 109).
Further, a p-type floating region 117 is formed on the semiconductor substrate 102. The p-type floating region 117 extends to a region sandwiched between dummy trenches 109 of trench units 110 adjacent to each other via the emitter trench 116. The p-type floating region 117 is a semiconductor region in which the floating state is electrically maintained.
By the dummy trench 109 adjacent to the gate trench 108, the gate trench 108
Is separated from. In this embodiment, the p-type floating region 117 is formed deeper than the p-type base region 111.

p型フローティング領域117は、エミッタトレンチ116の底部に対して半導体基板
102の裏面103側に膨出する底部118と、ダミートレンチ109の下方に回り込む
オーバーラップ部119とを有している。オーバーラップ部119は、当該ダミートレン
チ109の幅方向中央に対してゲートトレンチ108の近い側に位置する端部120を有
している。この端部120は、エミッタトレンチ116に対してゲートトレンチ108側
にはみ出ていないことが好ましい。
The p-type floating region 117 has a bottom portion 118 that bulges toward the back surface 103 side of the semiconductor substrate 102 with respect to the bottom portion of the emitter trench 116, and an overlap portion 119 that wraps around below the dummy trench 109. The overlap portion 119 has an end portion 120 located closer to the gate trench 108 with respect to the center in the width direction of the dummy trench 109. It is preferable that the end portion 120 does not protrude toward the gate trench 108 with respect to the emitter trench 116.

また、p型フローティング領域117のドーパント濃度は、たとえば、5×1015
−3〜1×1018cm−3である。
ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116には、絶
縁膜121(たとえば、酸化シリコン(SiO))を介してゲート電極122、第1埋
め込み電極123および第2埋め込み電極124がそれぞれ埋め込まれている。ゲート電
極122、第1埋め込み電極123および第2埋め込み電極124は、たとえば、ポリシ
リコン等の導電材料からなる。絶縁膜121は、ゲートトレンチ108の内面、ダミート
レンチ109の内面、半導体基板102の表面107およびエミッタトレンチ116の内
面に沿って一体的に形成されている。絶縁膜121のゲートトレンチ108内の部分は、
ゲート絶縁膜125として機能する。また、第1埋め込み電極123および第2埋め込み
電極124は、後述するエミッタ電極132に電気的に接続されている。
The dopant concentration in the p-type floating region 117 is, for example, 5 × 10 15 c.
m -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
The gate electrode 122, the first embedded electrode 123, and the second embedded electrode 124 are respectively embedded in the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116 via an insulating film 121 (for example, silicon oxide (SiO 2)). There is. The gate electrode 122, the first embedded electrode 123, and the second embedded electrode 124 are made of a conductive material such as polysilicon. The insulating film 121 is integrally formed along the inner surface of the gate trench 108, the inner surface of the dummy trench 109, the surface 107 of the semiconductor substrate 102, and the inner surface of the emitter trench 116. The portion of the insulating film 121 inside the gate trench 108 is
It functions as a gate insulating film 125. Further, the first embedded electrode 123 and the second embedded electrode 124 are electrically connected to the emitter electrode 132 described later.

また、この実施形態では、ゲート電極122および第2埋め込み電極124はそれぞれ
のトレンチ108,116を開口端まで埋め戻しているのに対して、第1埋め込み電極1
23は、ダミートレンチ109の深さ方向途中まで埋め戻している。これにより、ダミー
トレンチ109には、第1埋め込み電極123の上方領域に電極のない空間が形成されて
いる。そして、この空間を開口端まで埋め戻すように、埋め込み絶縁膜126がダミート
レンチ109に埋め込まれている。
Further, in this embodiment, the gate electrode 122 and the second embedded electrode 124 backfill the trenches 108 and 116 to the open end, whereas the first embedded electrode 1
Reference numeral 23 is backfilled halfway in the depth direction of the dummy trench 109. As a result, in the dummy trench 109, a space without electrodes is formed in the upper region of the first embedded electrode 123. Then, the embedded insulating film 126 is embedded in the dummy trench 109 so as to fill this space back to the open end.

埋め込み絶縁膜126は、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸化
シリコン(SiO)等の絶縁材料からなり、0.5μm以上の厚さを有している。埋め
込み絶縁膜126およびその下の絶縁膜121には、ダミートレンチ109の側面115
におけるp型ベースコンタクト領域113を露出させる除去部127が選択的に形成さ
れている。すなわち、埋め込み絶縁膜126は、ダミートレンチ109の側面115に連
なるように、半導体基板102の表面107よりも低い位置の上面128を選択的に有し
ており、この上面128と表面107との間のダミートレンチ109の側面115の領域
にp型ベースコンタクト領域113が露出している。
The embedded insulating film 126 is made of an insulating material such as boron phosphide silicate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2 ), and has a thickness of 0.5 μm or more. The embedded insulating film 126 and the insulating film 121 below it have a side surface 115 of the dummy trench 109.
The removal portion 127 that exposes the p + type base contact region 113 in the above is selectively formed. That is, the embedded insulating film 126 selectively has an upper surface 128 at a position lower than the surface 107 of the semiconductor substrate 102 so as to be connected to the side surface 115 of the dummy trench 109, and is between the upper surface 128 and the surface 107. The p + type base contact region 113 is exposed in the region of the side surface 115 of the dummy trench 109.

半導体基板102の表面107には、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPS
G)、酸化シリコン(SiO)等の絶縁材料からなる層間膜129が積層されている。
層間膜129は、埋め込み絶縁膜126と一体的に形成されている。層間膜129には、
半導体基板102の表面107およびダミートレンチ109の開口端に跨るコンタクトホ
ール130が形成されている。このコンタクトホール130は、半導体基板102の表面
107でn型エミッタ領域112およびp型ベースコンタクト領域113を露出させ
、ダミートレンチ109の側面115(除去部127)でp型ベースコンタクト領域1
13を露出させる。つまり、p型ベースコンタクト領域113は、表面107と側面1
15との交差によって形成されるダミートレンチ109の角部131に露出している。な
お、n型エミッタ領域112は、ゲートトレンチ108の側面114から半導体基板1
02の表面107に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に有していて、この引
き出し部のみがコンタクトホール130から選択的に露出していてもよい。
On the surface 107 of the semiconductor substrate 102, for example, boron phosphide silicate glass (BPS)
An interlayer film 129 made of an insulating material such as G) and silicon oxide (SiO 2) is laminated.
The interlayer film 129 is integrally formed with the embedded insulating film 126. The interlayer film 129 has
A contact hole 130 is formed so as to straddle the surface 107 of the semiconductor substrate 102 and the open end of the dummy trench 109. The contact hole 130 exposes the n + type emitter region 112 and the p + type base contact region 113 on the surface 107 of the semiconductor substrate 102, and the p + type base contact region 1 on the side surface 115 (removal portion 127) of the dummy trench 109.
13 is exposed. That is, the p + type base contact region 113 has a surface 107 and a side surface 1.
It is exposed at the corner 131 of the dummy trench 109 formed by the intersection with 15. The n + type emitter region 112 is formed on the semiconductor substrate 1 from the side surface 114 of the gate trench 108.
It may selectively have a drawer portion drawn out in the lateral direction along the surface 107 of 02, and only this drawer portion may be selectively exposed from the contact hole 130.

層間膜129上には、本発明のコンタクト電極の一例としてのエミッタ電極132が積
層されている。エミッタ電極132は、コンタクトホール130に入り込み、半導体基板
102の表面107においてn型エミッタ領域112に接続され、ダミートレンチ10
9の角部131においてp型ベースコンタクト領域113に接続されている。
次に、半導体装置101の製造方法について説明する。図8A〜図8Kは、図6および
図7の半導体装置101の製造工程を工程順に説明するための図である。なお、図8A〜
図8Fが図6に対応する断面を示し、図8G〜図8Kが図7に対応する断面を示している
An emitter electrode 132 as an example of the contact electrode of the present invention is laminated on the interlayer film 129. The emitter electrode 132 enters the contact hole 130, is connected to the n + type emitter region 112 on the surface 107 of the semiconductor substrate 102, and is connected to the dummy trench 10
It is connected to the p + type base contact region 113 at the corner 131 of 9.
Next, a method of manufacturing the semiconductor device 101 will be described. 8A to 8K are diagrams for explaining the manufacturing process of the semiconductor device 101 of FIGS. 6 and 7 in order of process. In addition, FIG. 8A ~
8F shows a cross section corresponding to FIG. 6, and FIGS. 8G to 8K show a cross section corresponding to FIG. 7.

半導体装置101を製造するには、図8Aに示すように、n型の半導体基板102(
型ドリフト領域106)の表面107にマスク160が形成される。マスク160に
は、表面107におけるp型フローティング領域117に形成すべき領域を選択的に露出
させる開口が形成されている。そして、このマスク160を介して、半導体基板102の
表面107に対してp型ドーパントがイオン注入(インプラ)される。これにより、イオ
ン注入領域161が形成される。
To manufacture the semiconductor device 101, as shown in FIG. 8A, the n - type semiconductor substrate 102 (
n - mask 160 on the surface 107 of the mold drift region 106) is formed. The mask 160 is formed with an opening for selectively exposing a region to be formed in the p-type floating region 117 on the surface 107. Then, the p-type dopant is ion-implanted (implanted) on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 through the mask 160. As a result, the ion implantation region 161 is formed.

次に、図8Bに示すように、半導体基板102が選択的にエッチングされることによっ
て、ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116が同時
形成される。
次に、図8Cに示すように、半導体基板102が熱酸化されることによって、ゲートト
レンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116の内面を含む表面全
域に犠牲酸化膜162が形成される。そして、犠牲酸化膜162で覆われた半導体基板1
02をアニール処理することによって、イオン注入領域161中のp型ドーパントが拡散
する(ドライブイン)。このアニール処理は、p型ドーパントがダミートレンチ109の
下方に回り込む条件で行われる。これにより、p型フローティング領域117が形成され
る。この際、半導体基板102が犠牲酸化膜162で覆われているので、基板表面からの
イオン抜けを防止することができるので、p型ドーパントを効率よく拡散させることがで
きる。
Next, as shown in FIG. 8B, the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116 are simultaneously formed by selectively etching the semiconductor substrate 102.
Next, as shown in FIG. 8C, the semiconductor substrate 102 is thermally oxidized to form a sacrificial oxide film 162 on the entire surface including the inner surfaces of the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116. Then, the semiconductor substrate 1 covered with the sacrificial oxide film 162
By annealing 02, the p-type dopant in the ion implantation region 161 is diffused (drive-in). This annealing treatment is performed under the condition that the p-type dopant wraps around below the dummy trench 109. As a result, the p-type floating region 117 is formed. At this time, since the semiconductor substrate 102 is covered with the sacrificial oxide film 162, it is possible to prevent ions from escaping from the surface of the substrate, so that the p-type dopant can be efficiently diffused.

次に、図8Dに示すように、犠牲酸化膜162が剥離される。
次に、図8Eに示すように、半導体基板102が熱酸化されることによって、ゲートト
レンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116の内面を含む表面全
域に絶縁膜121(ゲート絶縁膜125)が形成される。
次に、図8Fに示すように、ポリシリコン等の電極材料がゲートトレンチ108、ダミ
ートレンチ109およびエミッタトレンチ116に埋め込まれる。これにより、ゲート電
極122、第1埋め込み電極123および第2埋め込み電極124が同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 8D, the sacrificial oxide film 162 is peeled off.
Next, as shown in FIG. 8E, the semiconductor substrate 102 is thermally oxidized to form an insulating film 121 (gate insulating film 125) over the entire surface including the inner surfaces of the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116. Will be done.
Next, as shown in FIG. 8F, electrode materials such as polysilicon are embedded in the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116. As a result, the gate electrode 122, the first embedded electrode 123, and the second embedded electrode 124 are formed at the same time.

次に、図8Gに示すように、半導体基板102の表面107に対して選択的にn型およ
びp型ドーパントがイオン注入および拡散されることによって、p型ベース領域111お
よびn型エミッタ領域112が順に形成される。
次に、図8Hに示すように、第1埋め込み電極123を上面からエッチングすることに
よって、ゲート電極122および第2埋め込み電極124の埋め込み状態を維持したまま
、第1埋め込み電極123のみが選択的に掘り下げられる。
Next, as shown in FIG. 8G, the p-type base region 111 and the n + -type emitter region 112 are selectively ion-implanted and diffused with respect to the surface 107 of the semiconductor substrate 102. Are formed in order.
Next, as shown in FIG. 8H, by etching the first embedded electrode 123 from the upper surface, only the first embedded electrode 123 is selectively selected while maintaining the embedded state of the gate electrode 122 and the second embedded electrode 124. It is dug down.

次に、図8Iに示すように、半導体基板102の表面107上に、ホウ素リンシリケー
トガラス(BPSG)、酸化シリコン(SiO)等の絶縁材料を堆積させることによっ
て、第1埋め込み電極123の上方空間が当該絶縁材料で埋め戻されると共に、表面10
7が当該絶縁材料で覆われる。これにより、埋め込み絶縁膜126および層間膜129が
同時に形成される。
Next, as shown in FIG. 8I, an insulating material such as boron phosphate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2 ) is deposited on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 to be above the first embedded electrode 123. The space is backfilled with the insulating material and the surface 10
7 is covered with the insulating material. As a result, the embedded insulating film 126 and the interlayer film 129 are formed at the same time.

次に、図8Jに示すように、層間膜129および埋め込み絶縁膜126を選択的にエッ
チングすることによって、コンタクトホール130および除去部127が同時に形成され
る。
次に、図8Kに示すように、コンタクトホール130内に露出した半導体基板102の
表面107に対してp型ドーパントが選択的にイオン注入および拡散される。これにより
、p型ベースコンタクト領域113が形成される。
Next, as shown in FIG. 8J, the contact hole 130 and the removing portion 127 are formed at the same time by selectively etching the interlayer film 129 and the embedded insulating film 126.
Next, as shown in FIG. 8K, the p-type dopant is selectively ion-implanted and diffused onto the surface 107 of the semiconductor substrate 102 exposed in the contact hole 130. As a result, the p + type base contact region 113 is formed.

その後、半導体基板102の表面107側にエミッタ電極132等が形成された後、半
導体基板102の裏面103に対して選択的にn型およびp型ドーパントがイオン注入お
よび拡散されることによって、n型バッファ領域105およびp型コレクタ領域104
が順に形成される。
以上のような工程を経ることによって、図6および図7に示す半導体装置101が得ら
れる。なお、図8A〜図8Kでは半導体装置101の製造工程の一部を表したに過ぎず、
当該製造工程は、図8A〜図8Kで示されなかった工程を含んでいてもよい。
Then, after the emitter electrode 132 and the like are formed on the front surface 107 side of the semiconductor substrate 102, the n-type and p-type dopants are selectively ion-implanted and diffused on the back surface 103 of the semiconductor substrate 102 to form the n-type. Buffer area 105 and p + type collector area 104
Are formed in order.
By going through the above steps, the semiconductor device 101 shown in FIGS. 6 and 7 can be obtained. It should be noted that FIGS. 8A to 8K show only a part of the manufacturing process of the semiconductor device 101.
The manufacturing process may include steps not shown in FIGS. 8A-8K.

この半導体装置101によれば、ダミートレンチ109の側面115をp型ベースコ
ンタクト領域113として有効利用することができるので、p型ベース領域111に対す
るエミッタ電極132の接合面積を、半導体基板102の表面107およびダミートレン
チ109の側面115の両面で十分確保することができる。これにより、p型ベース領域
111の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートトレンチ108とダミートレン
チ109との間隔Lを微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域111を形成す
ることができる。しかも、ダミートレンチ109は、ゲートトレンチ108と同一のマス
クを使用して形成することができるため、ゲートトレンチ108に対する位置ずれが生じ
ない。そして、エミッタ電極132のアライメントは、ダミートレンチ109の平面面積
を含めたエリアに合わせればよいので、簡単にとることができる。
According to the semiconductor device 101, the side surface 115 of the dummy trench 109 can be effectively used as the p + type base contact region 113, so that the bonding area of the emitter electrode 132 with respect to the p-type base region 111 is set to the surface of the semiconductor substrate 102. Sufficiently can be secured on both sides of the side surface 115 of the 107 and the dummy trench 109. As a result, the plane area of the p-type base region 111 can be sacrificed. Therefore, the distance L1 between the gate trench 108 and the dummy trench 109 is made finer to form the p-type base region 111 which is finer than the conventional one. can do. Moreover, since the dummy trench 109 can be formed by using the same mask as the gate trench 108, the position shift with respect to the gate trench 108 does not occur. Then, the emitter electrode 132 can be easily aligned because it may be aligned with the area including the plane area of the dummy trench 109.

具体的には、まず、半導体基板102を同一のマスクを用いてエッチングすることによ
って、ゲートトレンチ108、ダミートレンチ109およびエミッタトレンチ116を同
時に形成する(図8B)。次に、これらのトレンチ108,109,116にポリシリコ
ンを埋め込むことによって、ゲート電極122、第1埋め込み電極123および第2埋め
込み電極124を形成する(図8F)。次に、ダミートレンチ109を選択的に露出させ
るマスクを半導体基板102上に形成し、このマスクを介して、ダミートレンチ109内
のポリシリコンの上部を選択的にエッチング除去する。これにより、ダミートレンチ10
9の第1埋め込み電極123の上方領域に空間を形成する(図8H)。次に、たとえばC
VD法によってBPSG等の絶縁材料を半導体基板102上に堆積させることによって層
間膜129を形成する(図8I)。絶縁材料の一部は、ダミートレンチ109内に埋め込
み絶縁膜126として入り込む。次に、コンタクトホール130を形成するためのマスク
を、半導体基板102に対してアライメントする。この際、コンタクトホール130の端
部はダミートレンチ109を覆ってもよいので、アライメントは、半導体基板102の表
面107およびダミートレンチ109の平面面積を含めた広いエリアでとることができる
。そして、当該マスクを介して、層間膜129および埋め込み絶縁膜126を連続してエ
ッチングする。これにより、コンタクトホール130および除去部127を同時に形成す
る(図8J)。この後、層間膜129をマスクとしてp型ドーパントをイオン注入してp
型ベースコンタクト領域113を自己整合的に形成すれば、ダミートレンチ109の角
部131にp型ベースコンタクト領域113を確実に形成することができる(図8K)
。しかも、コンタクトホール130を比較的広く形成できるので、タングステン(W)等
の埋め込み性の良いプラグを用いなくても、アルミニウム(Al)等を用いたエミッタ電
極132の一部をプラグとして利用することができる。
Specifically, first, the semiconductor substrate 102 is etched using the same mask to simultaneously form the gate trench 108, the dummy trench 109, and the emitter trench 116 (FIG. 8B). Next, the gate electrode 122, the first embedded electrode 123, and the second embedded electrode 124 are formed by embedding polysilicon in these trenches 108, 109, 116 (FIG. 8F). Next, a mask for selectively exposing the dummy trench 109 is formed on the semiconductor substrate 102, and the upper portion of polysilicon in the dummy trench 109 is selectively etched and removed through the mask. As a result, the dummy trench 10
A space is formed in the upper region of the first embedded electrode 123 of No. 9 (FIG. 8H). Then, for example, C
An interlayer film 129 is formed by depositing an insulating material such as BPSG on the semiconductor substrate 102 by the VD method (FIG. 8I). A part of the insulating material enters the dummy trench 109 as an embedded insulating film 126. Next, the mask for forming the contact hole 130 is aligned with the semiconductor substrate 102. At this time, since the end portion of the contact hole 130 may cover the dummy trench 109, the alignment can be performed in a wide area including the surface area 107 of the semiconductor substrate 102 and the plane area of the dummy trench 109. Then, the interlayer film 129 and the embedded insulating film 126 are continuously etched through the mask. As a result, the contact hole 130 and the removal portion 127 are formed at the same time (FIG. 8J). After that, the p-type dopant is ion-implanted using the interlayer film 129 as a mask to p.
If the + type base contact region 113 is formed in a self-aligned manner, the p + type base contact region 113 can be reliably formed at the corner 131 of the dummy trench 109 (FIG. 8K).
.. Moreover, since the contact hole 130 can be formed relatively wide, a part of the emitter electrode 132 made of aluminum (Al) or the like can be used as a plug without using a plug having a good embedding property such as tungsten (W). Can be done.

以上のようなトレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレー
ドオフの関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よ
って、低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
また、この半導体装置101によれば、ゲート電極122が埋め込まれたゲートトレン
チ108(以下、「ゲート接合トレンチ」という)が、n型エミッタ領域112に接続
された第1埋め込み電極123が埋め込まれたダミートレンチ109(以下、「エミッタ
接合トレンチ」という)によってp型フローティング領域117から分離されている。こ
れにより、p型フローティング領域117とゲート接合トレンチとの接合を防止すること
ができる。そのため、ゲート接合トレンチとp型フローティング領域117との間の浮遊
容量をなくすことができる。
As a result of the miniaturization of the trench structure as described above, the trade-off relationship between the short-circuit withstand capability of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promotion effect can be improved. Therefore, it is possible to improve the V CE (sat) in the low current range.
Further, according to the semiconductor device 101, the gate trench 108 in which the gate electrode 122 is embedded (hereinafter referred to as “gate junction trench”) is embedded with the first embedded electrode 123 connected to the n + type emitter region 112. It is separated from the p-type floating region 117 by a dummy trench 109 (hereinafter, referred to as “emitter-coupled trench”). This makes it possible to prevent the p-type floating region 117 from joining the gate joining trench. Therefore, the stray capacitance between the gate junction trench and the p-type floating region 117 can be eliminated.

一方、ゲート接合トレンチが深さ方向に渡って接合しているn型ドリフト領域106
はp型コレクタ領域104と共に接地されるものである。そのため、スイッチング動作
時に、ゲート接合トレンチとn型ドリフト領域106との間の容量変化が安定するので
、ノイズが発生し難い。これらの結果、スイッチング動作時のノイズの発生およびスイッ
チング損失を低減することができる。
On the other hand, the n- type drift region 106 in which the gate joining trench joins in the depth direction.
Is grounded together with the p + type collector area 104. Therefore, during the switching operation, gate junction trench and the n - the capacitance change between the type drift region 106 is stabilized, noise hardly occurs. As a result, it is possible to reduce the generation of noise and the switching loss during the switching operation.

また、エミッタ接合トレンチと、ゲート接合トレンチとの間隔Lが2μm以下である
ので、耐圧を良好に保持することもできる。
さらに、この半導体装置101によれば、エミッタ接合トレンチの底部までp型フロー
ティング領域117(オーバーラップ部119)が形成されているので、スイッチングオ
フ動作時にエミッタ接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することがで
きる。そのため、急峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止すること
ができる。
Further, since the distance L 1 between the emitter-coupled trench and the gate-coupled trench is 2 μm or less, the withstand voltage can be well maintained.
Further, according to the semiconductor device 101, since the p-type floating region 117 (overlapping portion 119) is formed up to the bottom of the emitter junction trench, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching off operation is relaxed. can do. Therefore, it is possible to prevent the device from being destroyed by a sudden voltage change (dv / dt).

また、p型ベース領域111よりも深いp型フローティング領域117によって耐圧を
向上できる一方、p型ベース領域111は浅くてもよいので、p型ベース領域111の深
さを適切に設計することによってチャネル長(ゲートトレンチ108の深さ方向の長さ)
を短くしてオン電圧の上昇を抑制することもできる。
図9は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置141の模式的な断面図である。図1
0は、図9の破線で囲まれた部分の拡大図である。図9および図10において、前述の図
6および図7に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
Further, while the withstand voltage can be improved by the p-type floating region 117 deeper than the p-type base region 111, the p-type base region 111 may be shallow, so that the channel can be channeled by appropriately designing the depth of the p-type base region 111. Length (length of gate trench 108 in the depth direction)
Can be shortened to suppress an increase in the on-voltage.
FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device 141 according to the fourth embodiment of the present invention. Figure 1
0 is an enlarged view of the portion surrounded by the broken line in FIG. In FIGS. 9 and 10, the parts corresponding to the parts shown in FIGS. 6 and 7 described above are designated by the same reference numerals.

前述の第3実施形態では、トレンチ単位110は、一対のダミートレンチ109と、一
対のダミートレンチ109の間に挟まれたゲートトレンチ108とを含んでいた。これに
対し、第4実施形態の半導体装置141は、一対のゲートトレンチ142と、一対のゲー
トトレンチ142の間に挟まれたダミートレンチ143とを含むトレンチ単位144を有
している。この場合、ゲートトレンチ142とエミッタトレンチ116との間隔L(ゲ
ートトレンチ142の側面とエミッタトレンチ116の側面との距離)は、2μm以下で
あることが好ましい。
In the third embodiment described above, the trench unit 110 includes a pair of dummy trenches 109 and a gate trench 108 sandwiched between the pair of dummy trenches 109. On the other hand, the semiconductor device 141 of the fourth embodiment has a trench unit 144 including a pair of gate trenches 142 and a dummy trench 143 sandwiched between the pair of gate trenches 142. In this case, the distance L 3 (distance between the side surface of the gate trench 142 and the side surface of the emitter trench 116) between the gate trench 142 and the emitter trench 116 is preferably 2 μm or less.

各トレンチ単位144において、ダミートレンチ143の両側(各ゲートトレンチ14
2との間の領域)には、p型ベース領域145が形成され、さらにp型ベース領域145
の表面部にn型エミッタ領域146およびp型ベースコンタクト領域147が形成さ
れている(図10参照)。この実施形態では、p型ベース領域145とn型ドリフト領
域106との界面がゲートトレンチ142の中央部もしくは上部に設定されていて、p型
ベース領域145は、半導体基板102の比較的浅くに拡散形成されている。
In each trench unit 144, both sides of the dummy trench 143 (each gate trench 14)
A p-type base region 145 is formed in the region between 2 and 2), and a p-type base region 145 is further formed.
An n + type emitter region 146 and a p + type base contact region 147 are formed on the surface portion of the above (see FIG. 10). In this embodiment, the interface between the p-type base region 145 and the n - type drift region 106 is set in the central portion or the upper portion of the gate trench 142, and the p-type base region 145 is relatively shallow in the semiconductor substrate 102. It is diffusely formed.

型エミッタ領域146およびp型ベースコンタクト領域147は、ゲートトレン
チ142とダミートレンチ143との間の領域において互いに隣接して配置されている。
具体的には、n型エミッタ領域146が各ゲートトレンチ142の側面148に沿って
一つずつ形成され、p型ベースコンタクト領域147がダミートレンチ143の両側面
149に沿って一つずつ形成されている。これにより、n型エミッタ領域146は、半
導体基板102の表面107およびゲートトレンチ142の側面148に露出している。
一方、p型ベースコンタクト領域147は、半導体基板102の表面107およびダミ
ートレンチ143の側面149に露出している。
The n + type emitter region 146 and the p + type base contact region 147 are arranged adjacent to each other in the region between the gate trench 142 and the dummy trench 143.
Specifically, one n + type emitter region 146 is formed along the side surface 148 of each gate trench 142, and one p + type base contact region 147 is formed along both side surfaces 149 of the dummy trench 143. Has been done. As a result, the n + type emitter region 146 is exposed on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 and the side surface 148 of the gate trench 142.
On the other hand, the p + type base contact region 147 is exposed on the surface 107 of the semiconductor substrate 102 and the side surface 149 of the dummy trench 143.

また、半導体基板102には、p型フローティング領域150が形成されている。p型
フローティング領域150は、複数のエミッタトレンチ116の各間に広がっている。p
型フローティング領域150は、電気的にフローティング状態が保たれた半導体領域であ
って、ゲートトレンチ142に隣り合うエミッタトレンチ116によって、ゲートトレン
チ142と分離されている。p型フローティング領域150は、この実施形態では、p型
ベース領域145よりも深く形成されている。
Further, a p-type floating region 150 is formed on the semiconductor substrate 102. The p-type floating region 150 extends between each of the plurality of emitter trenches 116. p
The type floating region 150 is a semiconductor region that is electrically maintained in a floating state, and is separated from the gate trench 142 by an emitter trench 116 adjacent to the gate trench 142. The p-type floating region 150 is formed deeper than the p-type base region 145 in this embodiment.

p型フローティング領域150は、エミッタトレンチ116の底部に対して半導体基板
102の裏面103側に膨出する底部151と、ゲートトレンチ142に隣り合うエミッ
タトレンチ116の下方に回り込むオーバーラップ部152とを有している。オーバーラ
ップ部152は、当該エミッタトレンチ116の幅方向中央に対してゲートトレンチ14
2の近い側に位置する端部153を有している。この端部153は、エミッタトレンチ1
16に対してゲートトレンチ142側にはみ出ていないことが好ましい。
The p-type floating region 150 has a bottom portion 151 that bulges toward the back surface 103 side of the semiconductor substrate 102 with respect to the bottom portion of the emitter trench 116, and an overlapping portion 152 that wraps around below the emitter trench 116 adjacent to the gate trench 142. doing. The overlap portion 152 is a gate trench 14 with respect to the center in the width direction of the emitter trench 116.
It has an end 153 located on the side closer to 2. This end 153 is the emitter trench 1
It is preferable that the gate trench 142 does not protrude from the gate trench 142 side with respect to 16.

このようなp型フローティング領域150は、たとえば、前述のp型フローティング領
域117と同様に形成することができる。
ダミートレンチ143には、絶縁膜121を介して第1埋め込み電極154が埋め込ま
れている。第1埋め込み電極154は、たとえば、ポリシリコン等の導電材料からなり、
ゲート電極122に電気的に接続されている。また、第1埋め込み電極154は、ダミー
トレンチ143の深さ方向途中まで埋め戻している。これにより、ダミートレンチ143
には、第1埋め込み電極154の上方領域に電極のない空間が形成されている。そして、
この空間を開口端まで埋め戻すように、埋め込み絶縁膜155がダミートレンチ143に
埋め込まれている。
Such a p-type floating region 150 can be formed in the same manner as the above-mentioned p-type floating region 117, for example.
The first embedded electrode 154 is embedded in the dummy trench 143 via the insulating film 121. The first embedded electrode 154 is made of a conductive material such as polysilicon.
It is electrically connected to the gate electrode 122. Further, the first embedded electrode 154 is backfilled halfway in the depth direction of the dummy trench 143. As a result, dummy trench 143
In, a space without electrodes is formed in the upper region of the first embedded electrode 154. and,
An embedded insulating film 155 is embedded in the dummy trench 143 so as to fill this space back to the end of the opening.

埋め込み絶縁膜155は、たとえば、ホウ素リンシリケートガラス(BPSG)、酸化
シリコン(SiO)等の絶縁材料からなり、0.5μm以上の厚さを有している。埋め
込み絶縁膜155およびその下の絶縁膜121には、ダミートレンチ143の両側面14
9におけるp型ベースコンタクト領域147を露出させる除去部156が選択的に形成
されている。すなわち、埋め込み絶縁膜155は、ダミートレンチ143の両側面149
に連なるように、半導体基板102の表面107よりも低い位置の上面157を選択的に
有しており、この上面157と表面107との間のダミートレンチ143の両側面149
の領域にp型ベースコンタクト領域147が露出している。
The embedded insulating film 155 is made of an insulating material such as boron phosphide silicate glass (BPSG) or silicon oxide (SiO 2 ), and has a thickness of 0.5 μm or more. The embedded insulating film 155 and the insulating film 121 below it have both side surfaces 14 of the dummy trench 143.
A removing portion 156 that exposes the p + type base contact region 147 in 9 is selectively formed. That is, the embedded insulating film 155 has 149 on both side surfaces of the dummy trench 143.
The upper surface 157 at a position lower than the surface 107 of the semiconductor substrate 102 is selectively provided so as to be continuous with the surface 107, and both side surfaces 149 of the dummy trench 143 between the upper surface 157 and the surface 107 are provided.
The p + type base contact region 147 is exposed in this region.

層間膜129には、ダミートレンチ143を挟んで対向するp型ベース領域145に跨
るコンタクトホール158が形成されている。このコンタクトホール158は、半導体基
板102の表面107でn型エミッタ領域146およびp型ベースコンタクト領域1
47を露出させ、ダミートレンチ143の両側面149(除去部156)でp型ベース
コンタクト領域147を露出させる。つまり、p型ベースコンタクト領域147は、表
面107と側面149との交差によって形成されるダミートレンチ143の両角部159
に露出している。なお、n型エミッタ領域146は、ゲートトレンチ142の側面14
8から半導体基板102の表面107に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に
有していて、この引き出し部のみがコンタクトホール158から選択的に露出していても
よい。
A contact hole 158 is formed in the interlayer film 129 so as to straddle the p-type base region 145 facing the dummy trench 143. The contact hole 158 is an n + type emitter region 146 and a p + type base contact region 1 on the surface 107 of the semiconductor substrate 102.
47 is exposed, and the p + type base contact region 147 is exposed on both side surfaces 149 (removal portion 156) of the dummy trench 143. That is, the p + type base contact region 147 is 159 at both corners of the dummy trench 143 formed by the intersection of the surface 107 and the side surface 149.
Is exposed to. The n + type emitter region 146 is the side surface 14 of the gate trench 142.
8 may selectively have a drawer portion drawn out from the semiconductor substrate 102 in the lateral direction along the surface 107 of the semiconductor substrate 102, and only this drawer portion may be selectively exposed from the contact hole 158.

そして、エミッタ電極132は、コンタクトホール158に入り込み、半導体基板10
2の表面107においてn型エミッタ領域146に接続され、ダミートレンチ143の
両角部159においてp型ベースコンタクト領域147に接続されている。
この半導体装置141によっても、第3実施形態の半導体装置101と同様の効果を達
成することができる。
Then, the emitter electrode 132 enters the contact hole 158 and the semiconductor substrate 10
The surface 107 of 2 is connected to the n + type emitter region 146, and the both corner portions 159 of the dummy trench 143 are connected to the p + type base contact region 147.
The semiconductor device 141 can also achieve the same effect as the semiconductor device 101 of the third embodiment.

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の各実施形態の開示から把握される上記特徴は、異なる実施形態間でも
互いに組み合わせることができる。
また、前述の実施形態では、半導体装置1,31,101,141が備えるIGBTの
構成のみを図示したが、本発明の半導体装置は、IGBT以外の素子(たとえば、MOS
FET、ダイオード等)をIGBTの形成領域とは異なる領域に備えていてもよい。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can also be implemented in other embodiments.
For example, the above features identified from the disclosure of each of the above embodiments can be combined with each other even between different embodiments.
Further, in the above-described embodiment, only the configuration of the IGBT included in the semiconductor devices 1, 31, 101, 141 is shown, but the semiconductor device of the present invention has an element other than the IGBT (for example, MOS).
FETs, diodes, etc.) may be provided in a region different from the region where the IGBT is formed.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能で
ある。
なお、この明細書および図面の記載から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以
下のような特徴が抽出され得る。
(項1)半導体層と、前記半導体層に形成されたゲートトレンチと、前記ゲートトレン
チにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、前記ゲートトレンチの側方に所定
の間隔を空けて形成されたダミートレンチと、前記ゲートトレンチと前記ダミートレンチ
との間の領域において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に
配置されたn型エミッタ領域、p型ベース領域およびn型ドリフト領域と、前記n
型ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp型コレクタ領域と、前記
ダミートレンチに埋め込まれ、前記半導体層の前記表面に対して前記ダミートレンチの底
側に上面を有する埋め込み絶縁膜であって、前記ダミートレンチの側面における前記表面
から前記上面までの部分に前記p型ベース領域の一部をコンタクト領域として選択的に露
出させる埋め込み絶縁膜と、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の上方領域に埋め
込まれ、前記ダミートレンチの前記側面において前記コンタクト領域に接続されたコンタ
クト電極とを含む、半導体装置。
In addition, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.
In addition to the inventions described in the claims, the following features can be extracted from the description of the specification and the drawings.
(Item 1) A semiconductor layer, a gate trench formed in the semiconductor layer, a gate electrode embedded in the gate trench via a gate insulating film, and a predetermined interval formed on the side of the gate trench. In the region between the dummy trench and the gate trench and the dummy trench, an n + type emitter region, a p-type base region, and a p-type base region arranged in order from the surface side of the semiconductor layer in the depth direction of the gate trench. The n type drift region and the n
A p + type collector region arranged on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the mold drift region, and an embedding that is embedded in the dummy trench and has an upper surface on the bottom side of the dummy trench with respect to the front surface of the semiconductor layer. An insulating film, which is an embedded insulating film that selectively exposes a part of the p-type base region as a contact region on a portion of the side surface of the dummy trench from the surface to the upper surface, and the embedded insulating film of the dummy trench. A semiconductor device comprising a contact electrode embedded in an upper region of a film and connected to the contact region on the side surface of the dummy trench.

この構成によれば、ダミートレンチの側面をコンタクト領域として有効利用することが
できるので、p型ベース領域に対するコンタクト電極の接合面積を十分確保することがで
きる。これにより、p型ベース領域の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートト
レンチとダミートレンチとの間隔を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域を形
成することができる。しかも、ダミートレンチは、ゲートトレンチと同一のマスクを使用
して形成することができるため、ゲートトレンチに対する位置ずれが生じない。そして、
コンタクト電極のアライメントは、ダミートレンチの平面面積を含めたエリアに合わせれ
ばよいので、簡単にとることができる。
According to this configuration, the side surface of the dummy trench can be effectively used as a contact region, so that a sufficient bonding area of the contact electrode with respect to the p-type base region can be secured. As a result, the plane area of the p-type base region can be sacrificed, so that the distance between the gate trench and the dummy trench can be made finer to form a finer p-type base region as compared with the conventional case. Moreover, since the dummy trench can be formed by using the same mask as the gate trench, the position shift with respect to the gate trench does not occur. and,
The contact electrodes can be easily aligned because they may be aligned with the area including the plane area of the dummy trench.

また、トレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレードオフ
の関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よって、
低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
(項2)前記半導体装置は、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の下方領域に絶
縁膜を介して埋め込まれた第1埋め込み電極をさらに含む、項1に記載の半導体装置。
Further, as a result of miniaturization of the trench structure, the trade-off relationship between the short-circuit withstand capability of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promotion effect can be improved. Therefore,
It is possible to improve the V CE (sat) in the low current range.
(Item 2) The semiconductor device according to Item 1, wherein the semiconductor device further includes a first embedded electrode embedded in a lower region of the embedded insulating film of the dummy trench via an insulating film.

(項3)前記半導体装置は、一対の前記ダミートレンチと、当該一対のダミートレンチ
の間に挟まれたゲートトレンチを含むトレンチ単位を有する、項2に記載の半導体装置。
(項4)前記第1埋め込み電極は、前記n型エミッタ領域と電気的に接続されている
、項3に記載の半導体装置。
(項5)前記トレンチ単位は、前記半導体層の前記表面に沿う横方向に複数形成されて
おり、前記半導体装置は、互いに隣り合う前記トレンチ単位の間に形成された複数のエミ
ッタトレンチと、前記エミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n型エミッ
タ領域と電気的に接続された第2埋め込み電極と、前記トレンチ単位の前記ダミートレン
チと、その隣の前記トレンチ単位の前記ダミートレンチとの間に形成されたp型フローテ
ィング領域とをさらに含む、項4に記載の半導体装置。
Item 3. The semiconductor device according to Item 2, wherein the semiconductor device has a trench unit including a pair of the dummy trenches and a gate trench sandwiched between the pair of dummy trenches.
(Item 4) The semiconductor device according to Item 3, wherein the first embedded electrode is electrically connected to the n + type emitter region.
(Item 5) A plurality of the trench units are formed in the lateral direction along the surface of the semiconductor layer, and the semiconductor device includes a plurality of emitter trenches formed between the trench units adjacent to each other and the above. A second embedded electrode embedded in the emitter trench via an insulating film and electrically connected to the n + type emitter region, the dummy trench in the trench unit, and the dummy trench in the trench unit adjacent to the second embedded electrode. Item 4. The semiconductor device according to Item 4, further comprising a p-type floating region formed between the two.

(項6)前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、前
記ダミートレンチの下方に回り込むオーバーラップ部を含む、項5に記載の半導体装置。
この構成によれば、n型エミッタ領域に接続された第1埋め込み電極が埋め込まれた
ダミートレンチ(以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティン
グ領域(オーバーラップ部)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッタ
接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急
峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
Item 6. The semiconductor device according to Item 5, wherein the p-type floating region is formed deeper than the p-type base region and includes an overlapping portion that wraps around below the dummy trench.
According to this configuration, a p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of a dummy trench (hereinafter referred to as “emitter-coupled trench”) in which the first embedded electrode connected to the n + -type emitter region is embedded. Therefore, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench during the switching off operation can be relaxed. Therefore, it is possible to prevent the device from being destroyed by a sudden voltage change (dv / dt).

また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項7)前記オーバーラップ部は、前記ダミートレンチの幅方向中央に対して前記ゲー
トトレンチの近い側に位置する端部を有している、項6に記載の半導体装置。
Further, while the withstand voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, the p-type base region may be shallow, so that the on-voltage rise can be increased by appropriately designing the depth of the p-type base region. It can also be suppressed.
Item 7. The semiconductor device according to Item 6, wherein the overlapping portion has an end portion located near the gate trench with respect to the center in the width direction of the dummy trench.

この構成により、エミッタ接合トレンチにかかるコレクタ−エミッタ電圧を、より良好
に緩和することができる。
(項8)前記半導体装置は、一対の前記ゲートトレンチと、当該一対の前記ゲートトレ
ンチの間に挟まれたダミートレンチを含むトレンチ単位を有する、項2に記載の半導体装
置。
With this configuration, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench can be relaxed better.
Item 8. The semiconductor device according to Item 2, wherein the semiconductor device has a trench unit including a pair of the gate trenches and a dummy trench sandwiched between the pair of the gate trenches.

(項9)前記第1埋め込み電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されている、項8に
記載の半導体装置。
(項10)前記トレンチ単位は、前記半導体層の前記表面に沿う横方向に複数形成され
ており、前記半導体装置は、互いに隣り合う前記トレンチ単位の間に形成された複数のエ
ミッタトレンチと、前記エミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n型エミ
ッタ領域と電気的に接続された第2埋め込み電極と、前記複数のエミッタトレンチの間に
形成されたp型フローティング領域とをさらに含む、項9に記載の半導体装置。
Item 9. The semiconductor device according to Item 8, wherein the first embedded electrode is electrically connected to the gate electrode.
(Item 10) A plurality of the trench units are formed in the lateral direction along the surface of the semiconductor layer, and the semiconductor device includes a plurality of emitter trenches formed between the trench units adjacent to each other and the above. A second embedded electrode embedded in the emitter trench via an insulating film and electrically connected to the n + type emitter region, and a p-type floating region formed between the plurality of emitter trenches are further included. Item 9. The semiconductor device according to Item 9.

(項11)前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、
前記エミッタトレンチの下方に回り込むオーバーラップ部を含む、項10に記載の半導体
装置。
この構成によれば、n型エミッタ領域に接続された第2埋め込み電極が埋め込まれた
エミッタトレンチ(以下、「エミッタ接合トレンチ」という)の底部までp型フローティ
ング領域(オーバーラップ部)が形成されているので、スイッチングオフ動作時にエミッ
タ接合トレンチに負荷するコレクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、
急峻な電圧変化(dv/dt)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
(Item 11) The p-type floating region is formed deeper than the p-type base region.
Item 10. The semiconductor device according to Item 10, further comprising an overlapping portion that wraps around below the emitter trench.
According to this configuration, a p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of the emitter trench (hereinafter referred to as “emitter-coupled trench”) in which the second embedded electrode connected to the n + type emitter region is embedded. Therefore, the collector-emitter voltage applied to the emitter-emitter trench during the switching-off operation can be relaxed. for that reason,
It is possible to prevent the device from being destroyed by a sudden voltage change (dv / dt).

また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項12)前記オーバーラップ部は、前記エミッタトレンチの幅方向中央に対して前記
ゲートトレンチの近い側に位置する端部を有している、項11に記載の半導体装置。
Further, while the withstand voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, the p-type base region may be shallow, so that the on-voltage rise can be increased by appropriately designing the depth of the p-type base region. It can also be suppressed.
Item 12. The semiconductor device according to Item 11, wherein the overlapping portion has an end portion located near the gate trench with respect to the center in the width direction of the emitter trench.

この構成により、エミッタ接合トレンチにかかるコレクタ−エミッタ電圧を、より良好
に緩和することができる。
(項13)前記埋め込み絶縁膜は、0.5μm以上の厚さを有している、項1〜12の
いずれか一項に記載の半導体装置。
(項14)前記ダミートレンチは、前記ゲートトレンチとの間に2μm以下の間隔を隔
てて配置されている、項1〜13のいずれか一項に記載の半導体装置。
With this configuration, the collector-emitter voltage applied to the emitter junction trench can be relaxed better.
Item 3. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 12, wherein the embedded insulating film has a thickness of 0.5 μm or more.
(Item 14) The semiconductor device according to any one of Items 1 to 13, wherein the dummy trench is arranged between the dummy trench and the gate trench at a distance of 2 μm or less.

(項15)前記n型エミッタ領域は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3
のn型ドーパント濃度を有している、項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項16)前記p型ベース領域は、1×1016cm−3〜1×1018cm−3のp
型ドーパント濃度を有している、項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項17)前記n型ドリフト領域は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3
のn型ドーパント濃度を有している、項1〜16のいずれか一項に記載の半導体装置。
(Item 15) The n + type emitter region is 1 × 10 19 cm -3 to 5 × 10 20 cm -3.
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 14, which has an n-type dopant concentration of.
(Item 16) The p-type base region is a p of 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 15, which has a type dopant concentration.
(Item 17) The n - type drift region is 1 × 10 13 cm -3 to 5 × 10 14 cm -3.
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 16, which has an n-type dopant concentration of.

(項18)前記p型コレクタ領域は、1×1015cm−3〜2×1019cm−3
のp型ドーパント濃度を有している、項1〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。
(項19)半導体層と、前記半導体層に形成された複数のゲートトレンチと、前記複数
のゲートトレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、各前記ゲートトレ
ンチの側方において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に配
置されたn型エミッタ領域、p型ベース領域およびn型ドリフト領域と、前記n
ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp型コレクタ領域と、互いに
隣り合う前記複数のゲートトレンチの間に形成された複数のエミッタトレンチと、p型ベ
ース領域の表面部において、n型エミッタ領域に対して前記ゲートトレンチの反対側に
形成されたp型ベースコンタクト領域と、前記複数のエミッタトレンチに絶縁膜を介し
て埋め込まれ、前記n型エミッタ領域と電気的に接続された埋め込み電極と、前記複数
のエミッタトレンチの間に形成されたp型フローティング領域と、前記半導体層上に形成
された層間膜とを含み、前記p型フローティング領域は、前記p型ベース領域よりも深く
形成され、前記複数のエミッタトレンチのうち前記ゲートトレンチに最も近いエミッタト
レンチの下方に回り込み、前記エミッタトレンチの幅方向中央に対して前記ゲートトレン
チに近い側に位置する端部を有するオーバーラップ部を含み、前記p型ベースコンタク
ト領域と前記エミッタトレンチとの間には、前記p型ベース領域が前記半導体層の前記表
面に露出しており、前記層間膜は、前記n型エミッタ領域の全体および前記p型ベー
スコンタクト領域の一部を覆うように形成されている、半導体装置。
(Item 18) The p + type collector region is 1 × 10 15 cm -3 to 2 × 10 19 cm -3.
Item 2. The semiconductor device according to any one of Items 1 to 17, which has a p-type dopant concentration of.
(Item 19) A semiconductor layer, a plurality of gate trenches formed in the semiconductor layer, a gate electrode embedded in the plurality of gate trenches via a gate insulating film, and the side of each of the gate trenches. The n + type emitter region, the p-type base region, and the n - type drift region arranged in order from the front surface side of the semiconductor layer in the depth direction of the gate trench, and the back surface of the semiconductor layer with respect to the n-type drift region. The p + type collector region arranged on the side, a plurality of emitter trenches formed between the plurality of gate trenches adjacent to each other, and the surface portion of the p-type base region, with respect to the n + type emitter region. A p + type base contact region formed on the opposite side of the gate trench, an embedded electrode embedded in the plurality of emitter trenches via an insulating film, and electrically connected to the n + type emitter region, and the plurality. The p-type floating region includes a p-type floating region formed between the emitter trenches of the semiconductor layer and an interlayer film formed on the semiconductor layer. The p-type floating region is formed deeper than the p-type base region, and the plurality of p-type floating regions are formed. The p + type includes an overlapped portion having an end portion of the emitter trench that wraps around below the emitter trench closest to the gate trench and is located closer to the gate trench with respect to the center in the width direction of the emitter trench. Between the base contact region and the emitter trench, the p-type base region is exposed on the surface of the semiconductor layer, and the interlayer film is the entire n + type emitter region and the p + type base. A semiconductor device formed so as to cover a part of a contact area.

この構成によれば、埋め込み電極が埋め込まれたエミッタトレンチ(以下、「エミッタ
接合トレンチ」という)の底部までp型フローティング領域(オーバーラップ部)が形成
されている。これにより、スイッチングオフ動作時にエミッタ接合トレンチに負荷するコ
レクタ−エミッタ電圧を緩和することができる。そのため、急峻な電圧変化(dv/dt
)に対してデバイスの破壊を防止することができる。
According to this configuration, a p-type floating region (overlap portion) is formed up to the bottom of the emitter trench (hereinafter, referred to as “emitter-coupled trench”) in which the embedded electrode is embedded. As a result, the collector-emitter voltage applied to the emitter-emitter trench during the switching-off operation can be relaxed. Therefore, a steep voltage change (dv / dt)
), It is possible to prevent the device from being destroyed.

また、p型ベース領域よりも深いp型フローティング領域によって耐圧を向上できる一
方、p型ベース領域は浅くてもよいので、p型ベース領域の深さを適切に設計することに
よってチャネル長を短くしてオン電圧の上昇を抑制することもできる。
(項20)前記p型フローティング領域は、前記エミッタトレンチの底部に対して前記
半導体層の裏面側に膨出する底部を有していてもよい。
Further, while the withstand voltage can be improved by the p-type floating region deeper than the p-type base region, the p-type base region may be shallow, so that the channel length can be shortened by appropriately designing the depth of the p-type base region. It is also possible to suppress an increase in the on-voltage.
(Item 20) The p-type floating region may have a bottom portion that bulges toward the back surface side of the semiconductor layer with respect to the bottom portion of the emitter trench.

(項21)前記エミッタトレンチは、前記ゲートトレンチと同じ深さで形成されている
ことが好ましい。
この場合、エミッタトレンチをゲートトレンチと同一工程で形成することができるので
、製造工程を簡略化することができる。
(項22)前記n型エミッタ領域は、1×1019cm−3〜5×1020cm−3
のn型ドーパント濃度を有していてもよい。
(Item 21) It is preferable that the emitter trench is formed at the same depth as the gate trench.
In this case, since the emitter trench can be formed in the same process as the gate trench, the manufacturing process can be simplified.
(Item 22) The n + type emitter region is 1 × 10 19 cm -3 to 5 × 10 20 cm -3.
It may have an n-type dopant concentration of.

(項23)前記p型ベース領域は、1×1016cm−3〜1×1018cm−3のp
型ドーパント濃度を有していてもよい。
(項24)前記n型ドリフト領域は、1×1013cm−3〜5×1014cm−3
のn型ドーパント濃度を有していてもよい。
(項25)前記p型コレクタ領域は、1×1015cm−3〜2×1019cm−3
のp型ドーパント濃度を有していてもよい。
(Item 23) The p-type base region is a p of 1 × 10 16 cm -3 to 1 × 10 18 cm -3 .
It may have a type dopant concentration.
(Item 24) The n - type drift region is 1 × 10 13 cm -3 to 5 × 10 14 cm -3.
It may have an n-type dopant concentration of.
(Item 25) The p + type collector region is 1 × 10 15 cm -3 to 2 × 10 19 cm -3.
It may have a p-type dopant concentration of.

(項26)前記n型エミッタ領域は、前記ゲートトレンチの側面から前記半導体層の
表面に沿う横方向に引き出された引き出し部を選択的に有していることが好ましい。
(項27)半導体層と、前記半導体層に形成された複数のゲートトレンチと、前記複数
のゲートトレンチにゲート絶縁膜を介して埋め込まれたゲート電極と、各前記ゲートトレ
ンチの側方において、前記半導体層の表面側から前記ゲートトレンチの深さ方向に順に配
置されたn型エミッタ領域、p型ベース領域およびn型ドリフト領域と、前記n
ドリフト領域に対して前記半導体層の裏面側に配置されたp型コレクタ領域と、互いに
隣り合う前記複数のゲートトレンチの間に形成された複数のエミッタトレンチと、前記複
数のエミッタトレンチに絶縁膜を介して埋め込まれ、前記n型エミッタ領域と電気的に
接続された埋め込み電極と、前記複数のエミッタトレンチの間に形成されたp型フローテ
ィング領域と、前記ゲートトレンチとの間に前記n型エミッタ領域、前記p型ベース領
域および前記n型ドリフト領域が形成されるように、前記ゲートトレンチの側方に所定
の間隔を空けて形成されたダミートレンチと、前記ダミートレンチに埋め込まれ、前記半
導体層の前記表面に対して前記ダミートレンチの底側に上面を有する埋め込み絶縁膜であ
って、前記ダミートレンチの側面における前記表面から前記上面までの部分に前記p型ベ
ース領域の一部をコンタクト領域として選択的に露出させる埋め込み絶縁膜と、前記ダミ
ートレンチの前記埋め込み絶縁膜の上方領域に埋め込まれ、前記ダミートレンチの前記側
面において前記コンタクト領域に接続されたコンタクト電極とを含み、前記p型フローテ
ィング領域は、前記p型ベース領域よりも深く形成され、前記複数のエミッタトレンチの
うち前記ゲートトレンチに最も近いエミッタトレンチの下方に回り込み、前記エミッタト
レンチの幅方向中央に対して前記ゲートトレンチに近い側に位置する端部を有するオーバ
ーラップ部を含む、半導体装置。
(Item 26) It is preferable that the n + type emitter region selectively has a drawing portion drawn out from the side surface of the gate trench in the lateral direction along the surface of the semiconductor layer.
(Item 27) A semiconductor layer, a plurality of gate trenches formed in the semiconductor layer, a gate electrode embedded in the plurality of gate trenches via a gate insulating film, and the side of each of the gate trenches. The n + type emitter region, the p-type base region, and the n - type drift region arranged in order from the front surface side of the semiconductor layer in the depth direction of the gate trench, and the back surface of the semiconductor layer with respect to the n-type drift region. The n + type collector region arranged on the side, a plurality of emitter trenches formed between the plurality of gate trenches adjacent to each other, and the plurality of emitter trenches embedded via an insulating film, the n + type. The n + -type emitter region, the p-type base region, and the p-type floating region formed between the plurality of emitter trenches, the embedded electrode electrically connected to the emitter region, and the gate trench. wherein n - way type drift region is formed, and the dummy trench formed at a predetermined interval laterally of said gate trench, buried in the dummy trench, wherein with respect to said surface of said semiconductor layer An embedded insulating film having an upper surface on the bottom side of the dummy trench, which selectively exposes a part of the p-type base region as a contact region on a portion of the side surface of the dummy trench from the surface to the upper surface. The p-type floating region includes a film and a contact electrode embedded in an upper region of the embedded insulating film of the dummy trench and connected to the contact region on the side surface of the dummy trench, and the p-type floating region is the p-type base region. An over having an end formed deeper than the plurality of emitter trenches, wrapping around below the emitter trench closest to the gate trench among the plurality of emitter trenches, and located closer to the gate trench with respect to the center in the width direction of the emitter trench. A semiconductor device including a wrap portion.

この構成によれば、ダミートレンチの側面をコンタクト領域として有効利用することが
できるので、p型ベース領域に対するコンタクト電極の接合面積を十分確保することがで
きる。これにより、p型ベース領域の平面面積を犠牲にすることができるので、ゲートト
レンチとダミートレンチとの間隔を微細化して、従来に比べて微細なp型ベース領域を形
成することができる。しかも、ダミートレンチは、ゲートトレンチと同一のマスクを使用
して形成することができるため、ゲートトレンチに対する位置ずれが生じない。そして、
コンタクト電極のアライメントは、ダミートレンチの平面面積を含めたエリアに合わせれ
ばよいので、簡単にとることができる。
According to this configuration, the side surface of the dummy trench can be effectively used as a contact region, so that a sufficient bonding area of the contact electrode with respect to the p-type base region can be secured. As a result, the plane area of the p-type base region can be sacrificed, so that the distance between the gate trench and the dummy trench can be made finer to form a finer p-type base region as compared with the conventional case. Moreover, since the dummy trench can be formed by using the same mask as the gate trench, the position shift with respect to the gate trench does not occur. and,
The contact electrodes can be easily aligned because they may be aligned with the area including the plane area of the dummy trench.

また、トレンチ構造の微細化の結果、デバイスの短絡耐量とオン電圧とのトレードオフ
の関係を改善することができるので、電荷促進効果を向上させることができる。よって、
低電流域におけるVCE(sat)を改善することができる。
(項28)前記半導体装置は、前記ダミートレンチの前記埋め込み絶縁膜の下方領域に
絶縁膜を介して埋め込まれた第1埋め込み電極をさらに含んでいてもよい。
Further, as a result of miniaturization of the trench structure, the trade-off relationship between the short-circuit withstand capability of the device and the on-voltage can be improved, so that the charge promotion effect can be improved. Therefore,
It is possible to improve the V CE (sat) in the low current range.
(Item 28) The semiconductor device may further include a first embedded electrode embedded in the lower region of the embedded insulating film of the dummy trench via the insulating film.

(項29)前記半導体装置は、一対の前記ダミートレンチと、当該一対のダミートレン
チの間に挟まれたゲートトレンチを含むトレンチ単位を有していてもよい。
(項30)前記ダミートレンチは、前記第1埋め込み電極が前記n型エミッタ領域と
電気的に接続されることによって前記エミッタトレンチを兼ねていることが好ましい。
(項31)前記半導体装置は、一対の前記ゲートトレンチと、当該一対の前記ゲートト
レンチの間に挟まれたダミートレンチを含むトレンチ単位を有していてもよい。
(Item 29) The semiconductor device may have a trench unit including a pair of the dummy trenches and a gate trench sandwiched between the pair of dummy trenches.
(Item 30) It is preferable that the dummy trench also serves as the emitter trench by electrically connecting the first embedded electrode to the n + type emitter region.
(Item 31) The semiconductor device may have a trench unit including a pair of the gate trenches and a dummy trench sandwiched between the pair of the gate trenches.

この場合、(項32)前記第1埋め込み電極は、前記ゲート電極と電気的に接続されて
いることが好ましい。
(項33)前記埋め込み絶縁膜は、0.5μm以上の厚さを有していることが好ましい
In this case, (Item 32), the first embedded electrode is preferably electrically connected to the gate electrode.
(Item 33) The embedded insulating film preferably has a thickness of 0.5 μm or more.

次に、本発明を実施例に基づいて説明するが、本発明は下記の実施例によって限定され
るものではない。
図6に示す半導体装置101の構造に関して、短絡耐量とオン電圧(VCE)とのトレ
ードオフの関係の改善効果が、ゲートトレンチ108とダミートレンチ109との間隔L
によってどのように変化するかを確認するため、当該間隔Lが互いに異なる4種類の
デバイスのVCE−ICf特性を調べた。結果を図11に示す。図11において、デバイ
スA(トレンチ間隔L=2μm 一点鎖線)およびデバイスC(トレンチ間隔L=3
.5μm 破線)とした。
Next, the present invention will be described based on examples, but the present invention is not limited to the following examples.
Regarding the structure of the semiconductor device 101 shown in FIG. 6, the effect of improving the trade-off relationship between the short-circuit withstand voltage and the on-voltage (VCE ) is the effect of improving the distance L between the gate trench 108 and the dummy trench 109.
To see how it changed by 1, the distance L 1 was examined V CE -I Cf characteristics of four different devices. The results are shown in FIG. In FIG. 11, device A (trench spacing L 1 = 2 μm alternate long and short dash line) and device C (trench spacing L 1 = 3).
.. 5 μm dashed line).

図11によると、トレンチ間隔Lが狭いほど、立ち上がりのVCE(sat)が低く
、定常損失が低いことが確認できた(図11の右下拡大図参照)。また、ICfの高電流
域では、トレンチの微細化(p型ベース領域111の体積低減)によって飽和電流密度が
低くなっており、短絡耐量が向上していることが確認できた。
According to FIG. 11, the narrower the trench distance L 1, the rise of the V CE (sat) is low, it steady loss is low it can be confirmed (see the lower right enlarged view of FIG. 11). Further, in the high current region of ICf , it was confirmed that the saturation current density was lowered due to the miniaturization of the trench (volume reduction of the p-type base region 111), and the short-circuit tolerance was improved.

1 半導体装置
2 半導体基板
3 裏面
4 p型コレクタ領域
5 n型バッファ領域
6 n型ドリフト領域
7 表面
8 ゲートトレンチ
10 p型ベース領域
13 n型エミッタ領域
14 エミッタトレンチ
15 p型フローティング領域
16 底部
17 オーバーラップ部
18 端部
19 絶縁膜
20 ゲート電極
21 埋め込み電極
22 ゲート絶縁膜
31 半導体装置
33 ゲートトレンチ
34 p型ベース領域
35 n型エミッタ領域
38 引き出し部
101 半導体装置
102 半導体基板
103 裏面
104 p型コレクタ領域
106 n型ドリフト領域
107 表面
108 ゲートトレンチ
109 ダミートレンチ
110 トレンチ単位
111 p型ベース領域
112 n型エミッタ領域
113 p型ベースコンタクト領域
114 側面
115 側面
116 エミッタトレンチ
117 p型フローティング領域
118 底部
119 オーバーラップ部
120 端部
121 絶縁膜
122 ゲート電極
123 第1埋め込み電極
124 第2埋め込み電極
125 ゲート絶縁膜
126 埋め込み絶縁膜
127 除去部
128 上面
132 エミッタ電極
141 半導体装置
142 ゲートトレンチ
143 ダミートレンチ
144 トレンチ単位
145 p型ベース領域
146 n型エミッタ領域
147 p型ベースコンタクト領域
148 側面
149 側面
150 p型フローティング領域
151 底部
152 オーバーラップ部
153 端部
154 第1埋め込み電極
155 埋め込み絶縁膜
156 除去部
157 上面
159 角部
1 Semiconductor device 2 Semiconductor substrate 3 Back surface 4 p + type collector area 5 n type buffer area 6 n type drift area 7 Front surface 8 Gate trench 10 p type base area 13 n + type emitter area 14 Emitter trench 15 p type floating area 16 Bottom 17 Overlapping 18 End 19 Insulating film 20 Gate electrode 21 Embedded electrode 22 Gate insulating film 31 Semiconductor device 33 Gate trench 34 p-type base area 35 n + type emitter area 38 Draw-out part 101 Semiconductor device 102 Semiconductor substrate 103 Back side 104 p + type collector area 106 n type drift area 107 Surface 108 Gate trench 109 Dummy trench 110 Trench unit 111 p type base area 112 n + type emitter area 113 p + type base contact area 114 Side side 115 Side surface 116 Emitter trench 117 p type Floating region 118 Bottom 119 Overlapping 120 End 121 Insulating film 122 Gate electrode 123 1st embedded electrode 124 2nd embedded electrode 125 Gate insulating film 126 Embedded insulating film 127 Removal part 128 Top surface 132 Emitter electrode 141 Semiconductor device 142 Gate trench 143 Dummy trench 144 Trench unit 145 p-type base area 146 n + type emitter area 147 p + type base contact area 148 Side 149 Side 150 p-type floating area 151 Bottom 152 Overlap 153 End 154 First embedded electrode 155 Embedded insulating film 156 Removal part 157 Top surface 159 Corner part

Claims (10)

半導体層と、
前記半導体層に形成されたトレンチと、
前記トレンチに絶縁膜を介して埋め込まれた埋め込み電極と、
前記埋め込み電極の側方において、前記半導体層の表面側から前記トレンチの深さ方向に順に配置された第1導電型の第1領域、第2導電型の第2領域、および前記第1導電型であり、かつ前記第1領域よりも低い不純物濃度を有する第3領域と、
前記トレンチに対して前記第2領域とは反対側の側方に形成され、前記第2領域よりも深く形成された前記第2導電型のフローティング領域と、
前記第2領域に前記半導体層の表面から掘り下がって形成されたコンタクトトレンチと、
前記コンタクトトレンチの底面に形成され、かつ前記第2領域よりも高い不純物濃度を有する前記第2導電型のコンタクト領域と、
前記半導体層の表面側に形成され、かつ前記コンタクトトレンチに入り込んでおり、前記コンタクトトレンチの側面で前記第1領域に接続され、前記コンタクトトレンチの底面で前記コンタクト領域に接続された表面電極とを含み、
前記コンタクトトレンチは、その底部が平坦な形状であり、かつ前記コンタクト領域が前記第1領域の底部および前記コンタクトトレンチの底部に接するように、前記コンタクトトレンチの底部前記第1領域の底部よりも深くなるように形成され、
前記第2領域の底部は前記トレンチよりも浅く形成されている、半導体装置。
With the semiconductor layer
The trench formed in the semiconductor layer and
An embedded electrode embedded in the trench via an insulating film,
On the side of the embedded electrode, a first region of the first conductive type, a second region of the second conductive type, and the first conductive type arranged in order from the surface side of the semiconductor layer in the depth direction of the trench. And a third region having an impurity concentration lower than that of the first region,
The second conductive type floating region formed on the side opposite to the second region with respect to the trench and formed deeper than the second region.
A contact trench formed in the second region by digging from the surface of the semiconductor layer,
The second conductive type contact region formed on the bottom surface of the contact trench and having a higher impurity concentration than the second region,
A surface electrode formed on the surface side of the semiconductor layer and entering the contact trench, connected to the first region on the side surface of the contact trench, and connected to the contact region on the bottom surface of the contact trench. Including
The contact trench, the bottom portion is a flat shape, and as the contact area is in contact with the bottom of the bottom portion and the contact trench of the first region, than the bottom of the bottom of said contact trench the first region Formed to be deep,
A semiconductor device in which the bottom of the second region is formed shallower than the trench.
前記フローティング領域は、前記トレンチの底部よりも深い位置にまで形成されている、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the floating region is formed deeper than the bottom of the trench. 前記絶縁膜は、前記トレンチ外に延び、前記半導体層の前記表面における前記第1領域を覆っている、請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the insulating film extends out of the trench and covers the first region on the surface of the semiconductor layer. 前記絶縁膜の端面が、前記コンタクトトレンチの前記側面に連なっている、請求項3に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 3, wherein the end surface of the insulating film is connected to the side surface of the contact trench. 前記半導体層上に形成され、前記絶縁膜の前記端面に連なる側面を含む開口が形成された層間膜をさらに含み、
前記表面電極は、前記層間膜の前記開口を介して、前記コンタクトトレンチに入り込んでいる、請求項4に記載の半導体装置。
Further including an interlayer film formed on the semiconductor layer and having an opening including a side surface connected to the end surface of the insulating film.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the surface electrode enters the contact trench through the opening of the interlayer film.
前記コンタクト領域は、前記コンタクトトレンチの幅よりも側方に広がるように形成されている、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein the contact region is formed so as to extend laterally from the width of the contact trench. 前記第3領域に対して前記半導体層の裏面側に配置された前記第2導電型の第4領域と、
前記第3領域と前記第4領域との間に形成され、前記第3領域よりも高い不純物濃度を有する前記第1導電型のバッファ層とを含む、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
A fourth region of the second conductive type arranged on the back surface side of the semiconductor layer with respect to the third region,
The invention according to any one of claims 1 to 6, wherein the first conductive type buffer layer formed between the third region and the fourth region and having a higher impurity concentration than the third region is included. The semiconductor device described.
前記表面電極は、前記コンタクトトレンチ上の部分に選択的に凹部を有している、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the surface electrode selectively has a recess in a portion on the contact trench. 前記埋め込み電極の上面には、前記トレンチ内において、半導体層の前記表面に対して前記トレンチの深さ方向に凹んだ凹部が形成されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The invention according to any one of claims 1 to 8, wherein a recess recessed in the trench in the upper surface of the embedded electrode is formed in the trench with respect to the surface of the semiconductor layer in the depth direction of the trench. Semiconductor device. 前記第1導電型がn型であり、前記第2導電型がp型である、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the first conductive type is an n-type and the second conductive type is a p-type.
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