JP7263978B2 - semiconductor equipment - Google Patents

semiconductor equipment Download PDF

Info

Publication number
JP7263978B2
JP7263978B2 JP2019152292A JP2019152292A JP7263978B2 JP 7263978 B2 JP7263978 B2 JP 7263978B2 JP 2019152292 A JP2019152292 A JP 2019152292A JP 2019152292 A JP2019152292 A JP 2019152292A JP 7263978 B2 JP7263978 B2 JP 7263978B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
element region
drift
contact
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019152292A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2021034523A (en
Inventor
淳 大河原
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2019152292A priority Critical patent/JP7263978B2/en
Publication of JP2021034523A publication Critical patent/JP2021034523A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7263978B2 publication Critical patent/JP7263978B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

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

Description

本明細書に開示の技術は、半導体装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a semiconductor device.

特許文献1に開示の半導体装置は、素子領域と、素子領域の周囲に配置された外周領域を有する半導体基板を備えている。この半導体装置は、素子領域内の半導体基板の上面に設けられた複数のトレンチと、各トレンチの内面を覆うゲート絶縁膜と、各トレンチ内に配置されたゲート電極と、素子領域内において半導体基板の上面に接している上部電極と、半導体基板の下面に接している下部電極を有している。素子領域は、n型のエミッタ領域と、p型のボディ領域と、n型のドリフト領域と、p型のコレクタ領域を有している。外周領域には、素子領域内のドリフト領域と繋がる外周ドリフト領域が設けられている。 The semiconductor device disclosed in Patent Document 1 includes a semiconductor substrate having an element region and a peripheral region arranged around the element region. This semiconductor device includes a plurality of trenches provided on the upper surface of a semiconductor substrate within an element region, a gate insulating film covering the inner surface of each trench, a gate electrode disposed within each trench, and a semiconductor substrate within the element region. has an upper electrode in contact with the upper surface of the semiconductor substrate and a lower electrode in contact with the lower surface of the semiconductor substrate. The element region has an n-type emitter region, a p-type body region, an n-type drift region, and a p-type collector region. A peripheral drift region connected to the drift region in the element region is provided in the peripheral region.

特開2017-028069号公報JP 2017-028069 A

ゲート電極にゲート閾値以上の電位を印加すると、ゲート絶縁膜に接する範囲のボディ領域にチャネルが形成される。すると、上部電極からエミッタ領域、チャネル、ドリフト領域及びコレクタ領域を経由して、下部電極に向かって電子が流れる。これにより、半導体装置がオンする。半導体装置がオンしているときには、コレクタ領域からドリフト領域内にホールが供給され、ドリフト領域内にホールが蓄積する。 When a potential equal to or higher than the gate threshold is applied to the gate electrode, a channel is formed in the body region in contact with the gate insulating film. Then, electrons flow from the upper electrode to the lower electrode via the emitter region, channel, drift region and collector region. This turns on the semiconductor device. When the semiconductor device is on, holes are supplied from the collector region into the drift region and accumulated in the drift region.

半導体装置がオフするときには、ドリフト領域内に蓄積されたホールが、上部電極に向かって流れる。このとき、外周領域のドリフト領域内に蓄積されたホールは、素子領域内のボディ領域の端部(すなわち、ボディ領域のうちの外周領域近傍の部分)を通って上部電極へ流れようとする。このため、外周領域近傍の素子領域(以下、周辺部という。)では、素子領域の中央部に比べて、上部電極へ流れるホールの密度が高い。その結果、周辺部においてアバランシェ降伏が生じ易い。周辺部は中央部よりもホールが流れることが可能な領域が狭いので、周辺部でアバランシェ降伏が生じると、周辺部の温度が高くなり易い。このため、周辺部でアバランシェ降伏が生じると、アバランシェ耐量が低い。本明細書では、周辺部に加わる負荷を低減し、アバランシェ耐量を向上させる技術を提案する。 When the semiconductor device turns off, holes accumulated in the drift region flow toward the upper electrode. At this time, the holes accumulated in the drift region of the outer peripheral region tend to flow to the upper electrode through the end of the body region in the element region (that is, the portion of the body region near the outer peripheral region). Therefore, in the element region near the outer peripheral region (hereinafter referred to as the peripheral portion), the density of holes flowing to the upper electrode is higher than in the central portion of the element region. As a result, avalanche breakdown is likely to occur in the peripheral portion. Since the area where holes can flow is narrower in the peripheral area than in the central area, if avalanche breakdown occurs in the peripheral area, the temperature in the peripheral area tends to rise. Therefore, if avalanche breakdown occurs in the peripheral portion, the avalanche resistance is low. This specification proposes a technique for reducing the load applied to the periphery and improving the avalanche resistance.

本明細書が開示する半導体装置は、半導体基板と、上部電極と、下部電極と、複数のトレンチと、ゲート絶縁膜と、ゲート電極を備えている。前記半導体基板は、素子領域と、前記素子領域の周囲に配置された外周領域とを有している。前記上部電極は、前記素子領域内において前記半導体基板の前記上面に接している。前記下部電極は、前記半導体基板の下面に接している。前記複数のトレンチは、前記素子領域内の前記半導体基板の前記上面に設けられている。前記ゲート絶縁膜は、前記各トレンチの内面を覆っている。前記ゲート電極は、前記各トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されている。前記素子領域が、エミッタ領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、コレクタ領域を有している。前記エミッタ領域は、前記上部電極に接しており、前記ゲート絶縁膜に接しているn型領域である。前記ボディ領域は、前記上部電極に接しており、前記エミッタ領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しているp型領域である。前記ドリフト領域は、前記ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているn型領域である。前記コレクタ領域は、前記下部電極に接しており、前記ドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されているp型領域である。前記外周領域が、前記ドリフト領域と繋がる外周ドリフト領域を有している。前記素子領域が、第1素子領域と、前記第1素子領域の周囲に配置されており、前記外周領域に隣接する第2素子領域と、を有している。前記第2素子領域内の前記ドリフト領域内に、その周囲の前記ドリフト領域よりも結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域が設けられている。前記第1素子領域内の前記ドリフト領域内に、前記ライフタイム制御領域が設けられていない。 A semiconductor device disclosed in this specification includes a semiconductor substrate, an upper electrode, a lower electrode, a plurality of trenches, a gate insulating film, and a gate electrode. The semiconductor substrate has an element region and an outer peripheral region arranged around the element region. The upper electrode is in contact with the upper surface of the semiconductor substrate within the element region. The lower electrode is in contact with the lower surface of the semiconductor substrate. The plurality of trenches are provided on the upper surface of the semiconductor substrate within the element region. The gate insulating film covers the inner surface of each trench. The gate electrode is arranged in each trench and is insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film. The element region has an emitter region, a body region, a drift region and a collector region. The emitter region is an n-type region in contact with the upper electrode and in contact with the gate insulating film. The body region is a p-type region in contact with the upper electrode and in contact with the gate insulating film below the emitter region. The drift region is an n-type region in contact with the gate insulating film under the body region and separated from the emitter region by the body region. The collector region is a p-type region in contact with the bottom electrode and separated from the body region by the drift region. The outer peripheral region has an outer peripheral drift region connected to the drift region. The element region has a first element region and a second element region arranged around the first element region and adjacent to the outer peripheral region. A lifetime control region having a higher crystal defect density than the surrounding drift region is provided in the drift region in the second element region. The lifetime control region is not provided within the drift region within the first element region.

上記の半導体装置は、外周領域に隣接する第2素子領域(すなわち、周辺部)内のドリフト領域内に、ライフタイム制御領域が設けられている。ライフタイム制御領域は、ホールの再結合中心として機能する。このため、第2素子領域内のドリフト領域では、ホールのライフタイムが短い。したがって、半導体装置がオンしているときに、第2素子領域(すなわち、外周領域近傍の素子領域)にホールが過剰に蓄積されることが抑制される。このため、半導体装置がオフするときに、第2素子領域を通って上部電極へ流れるホールの密度が低くなる。その結果、第2素子領域で、アバランシェ降伏が生じ難い。第1素子領域内のドリフト領域には、ライフタイム制御領域が設けられていない。このため、この半導体装置では、第1素子領域(すなわち、中央部)で第2素子領域よりもアバランシェ降伏が生じやすい。第1素子領域では、ホールが流れることが可能な領域が広い。したがって、中央部でアバランシェ降伏が生じると、中央部の温度が高くなり難い。このため、上記の半導体装置は、アバランシェ耐量が高い。 In the semiconductor device described above, the lifetime control region is provided within the drift region within the second element region (that is, the peripheral portion) adjacent to the outer peripheral region. The lifetime control region functions as a recombination center for holes. Therefore, holes have a short lifetime in the drift region in the second element region. Therefore, excessive accumulation of holes in the second element region (that is, the element region in the vicinity of the outer peripheral region) is suppressed when the semiconductor device is on. Therefore, when the semiconductor device is turned off, the density of holes flowing through the second element region to the upper electrode is reduced. As a result, avalanche breakdown is less likely to occur in the second element region. A lifetime control region is not provided in the drift region in the first element region. Therefore, in this semiconductor device, avalanche breakdown is more likely to occur in the first element region (that is, central portion) than in the second element region. In the first element region, the region through which holes can flow is wide. Therefore, if avalanche breakdown occurs in the central portion, the temperature in the central portion is unlikely to rise. Therefore, the above semiconductor device has a high avalanche resistance.

実施例1の半導体装置の平面図。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device of Example 1; 図1のII-II線における断面図。Sectional drawing in the II-II line of FIG. 実施例2の半導体装置の断面図(図2に対応する図)。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of Example 2 (a view corresponding to FIG. 2); 実施例3の半導体装置の断面図(図2に対応する図)。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of Example 3 (a view corresponding to FIG. 2);

(実施例1)
図1及び図2は、実施例1の半導体装置10を示している。半導体装置10は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)であり、半導体基板12を有している。半導体基板12は、例えば、SiやSiCといった半導体材料により構成されている。図1に示すように、半導体基板12は、素子領域14と外周領域16を有している。素子領域14は、半導体基板12の中央部に配置されている。外周領域16は、素子領域14の周囲に配置されている。素子領域14は、IGBT構造が形成されている領域である。
(Example 1)
1 and 2 show a semiconductor device 10 of Example 1. FIG. The semiconductor device 10 is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) and has a semiconductor substrate 12 . The semiconductor substrate 12 is made of a semiconductor material such as Si or SiC, for example. As shown in FIG. 1, the semiconductor substrate 12 has an element region 14 and an outer peripheral region 16 . The element region 14 is arranged in the central portion of the semiconductor substrate 12 . The peripheral region 16 is arranged around the element region 14 . The element region 14 is a region in which an IGBT structure is formed.

図2は、図1のII-II線における断面図である。図2において、左側が半導体基板12の中央側であり、右側が半導体基板12の外周端側である。図2に示すように、半導体基板12の上面12aには、上部電極70が配置されている。上部電極70は、素子領域14から外周領域16の一部に跨る範囲において、半導体基板12の上面12aに接している。半導体基板12の下面12bには、下部電極72が配置されている。下部電極72は、半導体基板12の下面12bの略全域を覆っている。 FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. In FIG. 2 , the left side is the center side of the semiconductor substrate 12 and the right side is the outer peripheral side of the semiconductor substrate 12 . As shown in FIG. 2, an upper electrode 70 is arranged on the upper surface 12a of the semiconductor substrate 12. As shown in FIG. The upper electrode 70 is in contact with the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12 in a range extending from the element region 14 to part of the outer peripheral region 16 . A lower electrode 72 is arranged on the lower surface 12 b of the semiconductor substrate 12 . The lower electrode 72 covers substantially the entire lower surface 12 b of the semiconductor substrate 12 .

半導体基板12の上面12aには、複数のトレンチ22が設けられている。各トレンチ22は、図2の紙面に垂直な方向に互いに平行に伸びている。素子領域14及び外周領域16のそれぞれに、複数のトレンチ22が設けられている。なお、隣接する2つのトレンチ22が、図示しない位置において接続されていてもよい。すなわち、半導体基板12を平面視したときに、トレンチ22が格子状に形成されていてもよい。各トレンチ22の内面は、ゲート絶縁膜24によって覆われている。各トレンチ22内には、ゲート電極26が配置されている。各ゲート電極26は、ゲート絶縁膜24によって半導体基板12から絶縁されている。各ゲート電極26の表面は、層間絶縁膜28によって覆われている。各ゲート電極26は、層間絶縁膜28によって上部電極70から絶縁されている。 A plurality of trenches 22 are provided in the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12 . Each trench 22 extends parallel to each other in a direction perpendicular to the plane of FIG. A plurality of trenches 22 are provided in each of the element region 14 and the peripheral region 16 . Two adjacent trenches 22 may be connected at a position not shown. That is, when the semiconductor substrate 12 is viewed from above, the trenches 22 may be formed in a grid pattern. The inner surface of each trench 22 is covered with a gate insulating film 24 . A gate electrode 26 is disposed within each trench 22 . Each gate electrode 26 is insulated from the semiconductor substrate 12 by a gate insulating film 24 . The surface of each gate electrode 26 is covered with an interlayer insulating film 28 . Each gate electrode 26 is insulated from the upper electrode 70 by an interlayer insulating film 28 .

素子領域14における半導体基板12の内部には、エミッタ領域30、ボディ領域32、ドリフト領域34、及び、コレクタ領域36が設けられている。 An emitter region 30 , a body region 32 , a drift region 34 and a collector region 36 are provided inside the semiconductor substrate 12 in the element region 14 .

エミッタ領域30は、n型領域である。各エミッタ領域30は、半導体基板12の上面12aに露出しており、上部電極70にオーミック接触している。各エミッタ領域30は、ゲート絶縁膜24に接している。 Emitter region 30 is an n-type region. Each emitter region 30 is exposed on the upper surface 12 a of the semiconductor substrate 12 and is in ohmic contact with the upper electrode 70 . Each emitter region 30 is in contact with the gate insulating film 24 .

ボディ領域32は、p型領域である。ボディ領域32は、各エミッタ領域30に接している。ボディ領域32は、2つのエミッタ領域30に挟まれた範囲から各エミッタ領域30の下側まで伸びている。ボディ領域32は、コンタクト領域32aとメインボディ領域32bを有している。コンタクト領域32aは、メインボディ領域32bよりも高いp型不純物濃度を有している。コンタクト領域32aは、2つのエミッタ領域30に挟まれた範囲に配置されている。コンタクト領域32aは、上部電極70にオーミック接触している。メインボディ領域32bは、トレンチ22の側面において、ゲート絶縁膜24に接している。メインボディ領域32bは、エミッタ領域30の下側でゲート絶縁膜24に接している。 Body region 32 is a p-type region. A body region 32 abuts each emitter region 30 . Body region 32 extends from a range sandwiched between two emitter regions 30 to below each emitter region 30 . The body region 32 has a contact region 32a and a main body region 32b. Contact region 32a has a higher p-type impurity concentration than main body region 32b. The contact region 32 a is arranged in a range sandwiched between the two emitter regions 30 . The contact region 32 a is in ohmic contact with the upper electrode 70 . Main body region 32 b is in contact with gate insulating film 24 on the side surface of trench 22 . The main body region 32 b is in contact with the gate insulating film 24 below the emitter region 30 .

ドリフト領域34は、n型領域である。ドリフト領域34は、ボディ領域32の下側に配置されており、ボディ領域32によってエミッタ領域30から分離されている。ドリフト領域34は、トレンチの下端部分において、ゲート絶縁膜24に接している。 Drift region 34 is an n-type region. Drift region 34 is located below body region 32 and is separated from emitter region 30 by body region 32 . The drift region 34 is in contact with the gate insulating film 24 at the lower end portion of the trench.

コレクタ領域36は、p型領域である。コレクタ領域36は、ドリフト領域34の下側に配置されている。コレクタ領域36は、半導体基板12の下面12bに露出している。コレクタ領域36は、下部電極72にオーミック接触している。 Collector region 36 is a p-type region. Collector region 36 is arranged below drift region 34 . Collector region 36 is exposed at bottom surface 12 b of semiconductor substrate 12 . Collector region 36 is in ohmic contact with bottom electrode 72 .

外周領域16における半導体基板12の内部には、n型領域31と、耐圧領域40と、外周ドリフト領域42が設けられている。n型領域31は、素子領域14内のエミッタ領域30と同様の構成を有している。耐圧領域40は、p型領域である。耐圧領域40は、半導体基板12の上面12aからトレンチ22よりも下側まで伸びている。耐圧領域40は、n型領域31と、トレンチ22を覆うように配置されている。外周ドリフト領域42は、n型領域である。外周ドリフト領域42は、耐圧領域40の下側に配置されている。外周ドリフト領域42は、トレンチ22に接していない。外周ドリフト領域42は、素子領域14内のドリフト領域34と繋がっている。外周ドリフト領域42は、素子領域14内のドリフト領域34と略同じn型不純物濃度を有している。外周ドリフト領域42の下側には、コレクタ領域36が設けられている。 An n-type region 31 , a breakdown voltage region 40 , and an outer drift region 42 are provided inside the semiconductor substrate 12 in the outer peripheral region 16 . The n-type region 31 has a structure similar to that of the emitter region 30 within the element region 14 . The breakdown voltage region 40 is a p-type region. Withstand voltage region 40 extends from upper surface 12 a of semiconductor substrate 12 to below trench 22 . Withstand voltage region 40 is arranged to cover n-type region 31 and trench 22 . The outer drift region 42 is an n-type region. The outer drift region 42 is arranged below the breakdown voltage region 40 . Perimeter drift region 42 does not contact trench 22 . The outer drift region 42 is connected to the drift region 34 within the device region 14 . The outer drift region 42 has substantially the same n-type impurity concentration as the drift region 34 within the element region 14 . A collector region 36 is provided below the outer drift region 42 .

素子領域14は、第1素子領域14aと第2素子領域14bを有している。第1素子領域14aは、素子領域14の中央部に配置されている。第2素子領域14bは、第1素子領域14aの周囲(すなわち、第1素子領域14aよりも半導体基板12の外周端側)に配置されており、外周領域16に隣接している。 The element region 14 has a first element region 14a and a second element region 14b. The first element region 14 a is arranged in the central portion of the element region 14 . The second element region 14 b is arranged around the first element region 14 a (that is, closer to the outer edge of the semiconductor substrate 12 than the first element region 14 a ) and is adjacent to the outer peripheral region 16 .

第2素子領域14b内のドリフト領域34内には、ライフタイム制御領域80が設けられている。ライフタイム制御領域80は、その周囲のドリフト領域34よりも、結晶欠陥密度が高い領域である。ライフタイム制御領域80は、半導体基板12の平面方向に層状に分布している。なお、ライフタイム制御領域80が設けられる深さは特に限定されないが、本実施例では、ライフタイム制御領域80が、トレンチ22の下端と、外周領域16内の耐圧領域40の下端との間の深さに設けられている。ライフタイム制御領域80は、半導体基板12に荷電粒子を注入することで形成される。ライフタイム制御領域80は、第1素子領域14a内のドリフト領域34内、及び、外周ドリフト領域42内には設けられていない。 A lifetime control region 80 is provided in the drift region 34 in the second element region 14b. The lifetime control region 80 is a region with a higher crystal defect density than the drift region 34 surrounding it. The lifetime control regions 80 are distributed in layers in the planar direction of the semiconductor substrate 12 . Although the depth at which the lifetime control region 80 is provided is not particularly limited, in this embodiment, the lifetime control region 80 is located between the lower end of the trench 22 and the lower end of the withstand voltage region 40 in the outer peripheral region 16. provided in depth. The lifetime control region 80 is formed by implanting charged particles into the semiconductor substrate 12 . The lifetime control region 80 is not provided in the drift region 34 in the first element region 14a and in the outer drift region 42 .

半導体装置10の使用時には、下部電極72に上部電極70よりも高い電位が印加される。ゲート電極26にゲート閾値以上の電位(すなわち、ゲート-エミッタ間電位)を印加すると、ゲート絶縁膜24に接する範囲のボディ領域32にチャネルが形成される。素子領域14では、チャネルによってエミッタ領域30とドリフト領域34が接続される。このため、電子が、上部電極70からエミッタ領域30、チャネル、ドリフト領域34及びコレクタ領域36を経由して、下部電極72へ流れる。また、ホールが、コレクタ領域36からドリフト領域34に流入する。ドリフト領域34にホールが流入することで、ドリフト領域34の抵抗が低下し、電子がドリフト領域34内を低損失で流れることが可能となる。また、外周領域16内では、ホールが、コレクタ領域36から外周ドリフト領域42に流入する。 When the semiconductor device 10 is used, a potential higher than that of the upper electrode 70 is applied to the lower electrode 72 . A channel is formed in the body region 32 in contact with the gate insulating film 24 when a potential higher than the gate threshold value (that is, a gate-emitter potential) is applied to the gate electrode 26 . In the device region 14, a channel connects the emitter region 30 and the drift region 34. FIG. Electrons therefore flow from the upper electrode 70 to the lower electrode 72 via the emitter region 30 , the channel, the drift region 34 and the collector region 36 . Also, holes flow into the drift region 34 from the collector region 36 . The inflow of holes into the drift region 34 reduces the resistance of the drift region 34 and allows electrons to flow through the drift region 34 with low loss. Also, in the outer peripheral region 16 , holes flow from the collector region 36 into the outer peripheral drift region 42 .

その後、ゲート電極26の電位を低下させると、チャネルが消失し、半導体装置10がオフする。すると、半導体装置10がオンしているときにドリフト領域34内及び外周ドリフト領域42内に蓄積されたホールが、コンタクト領域32aを介して上部電極70へ排出される。このとき、外周領域16の外周ドリフト領域42に蓄積されたホールは、矢印90に示すように、素子領域14内のボディ領域32の端部(すなわち、第2素子領域14bのボディ領域32)を通って上部電極70へ流れようとする。また、第2素子領域14b内のドリフト領域34内に蓄積されたホールも、矢印92に示すように、第2素子領域14bのボディ領域32を通って上部電極70へ流れる。このため、第2素子領域14bでは、ホールの密度が高くなり易い。しかしながら、本実施例では、第2素子領域14bのドリフト領域34内に、ライフタイム制御領域80が設けられている。このため、第2素子領域14b内では、ホールのライフタイムが短く、半導体装置10がオンしているときに、第2素子領域14bのドリフト領域34内にホールが蓄積されることが抑制される。このため、本実施例の半導体装置10では、半導体装置10がオフするときに、第2素子領域14bを通って上部電極70へ流れるホールの密度が低い。その結果、第2素子領域14bでアバランシェ降伏が生じ難い。他方、第1素子領域14a内のドリフト領域34には、ライフタイム制御領域80が設けられていない。このため、この半導体装置10では、第2素子領域14bよりも第1素子領域14aでアバランシェ降伏が生じ易い。第1素子領域14a(すなわち、半導体基板12の中央部)では、ホールが流れることが可能な領域が広い。したがって、第1素子領域14aでアバランシェ降伏を生じさせても、第1素子領域14aの温度が過度に高くなり難い。このため、本実施例の半導体装置10は、アバランシェ耐量が高い。 After that, when the potential of the gate electrode 26 is lowered, the channel disappears and the semiconductor device 10 is turned off. Then, holes accumulated in the drift region 34 and the outer drift region 42 while the semiconductor device 10 is on are discharged to the upper electrode 70 through the contact region 32a. At this time, the holes accumulated in the outer drift region 42 of the outer peripheral region 16 move through the edge of the body region 32 in the element region 14 (that is, the body region 32 of the second element region 14b) as indicated by an arrow 90. It tries to flow through to the upper electrode 70 . Holes accumulated in the drift region 34 in the second element region 14 b also flow to the upper electrode 70 through the body region 32 of the second element region 14 b as indicated by arrow 92 . Therefore, the hole density tends to increase in the second element region 14b. However, in this embodiment, the lifetime control region 80 is provided in the drift region 34 of the second element region 14b. Therefore, in the second element region 14b, holes have a short lifetime, and the accumulation of holes in the drift region 34 of the second element region 14b is suppressed when the semiconductor device 10 is on. . Therefore, in the semiconductor device 10 of this embodiment, the density of holes flowing through the second element region 14b to the upper electrode 70 is low when the semiconductor device 10 is turned off. As a result, avalanche breakdown is less likely to occur in the second element region 14b. On the other hand, the lifetime control region 80 is not provided in the drift region 34 in the first element region 14a. Therefore, in the semiconductor device 10, avalanche breakdown is more likely to occur in the first element region 14a than in the second element region 14b. The first element region 14a (that is, the central portion of the semiconductor substrate 12) has a wide region through which holes can flow. Therefore, even if avalanche breakdown occurs in the first element region 14a, the temperature of the first element region 14a is unlikely to rise excessively. Therefore, the semiconductor device 10 of this embodiment has a high avalanche resistance.

(実施例2)
図3は、実施例2の半導体装置100を示している。以下では、実施例1と同様の要素には同様の符号を付し、その説明を省略する。実施例2の半導体装置100は、実施例1の半導体装置10におけるコレクタ領域36の構成が異なっている。
(Example 2)
FIG. 3 shows a semiconductor device 100 of Example 2. As shown in FIG. Below, the same reference numerals are given to the same elements as in the first embodiment, and the description thereof will be omitted. The semiconductor device 100 of Example 2 differs from the semiconductor device 10 of Example 1 in the configuration of the collector region 36 .

図3に示すように、半導体装置100では、素子領域14内のコレクタ領域36が、第1コレクタ領域36aと、第2コレクタ領域36bを有している。第1コレクタ領域36aは、第1素子領域14a内に配置されている。第2コレクタ領域36bは、第2素子領域14b内に配置されている。第2コレクタ領域36bのp型不純物濃度が、第1コレクタ領域36aのp型不純物濃度よりも低い。すなわち、本実施例の半導体装置100では、外周領域16近傍に位置する第2素子領域14b内の第2コレクタ領域36bのp型不純物濃度が相対的に低くなっている。 As shown in FIG. 3, in the semiconductor device 100, the collector region 36 in the element region 14 has a first collector region 36a and a second collector region 36b. The first collector region 36a is arranged within the first element region 14a. The second collector region 36b is arranged within the second element region 14b. The p-type impurity concentration of the second collector region 36b is lower than the p-type impurity concentration of the first collector region 36a. That is, in the semiconductor device 100 of this embodiment, the p-type impurity concentration of the second collector region 36b in the second element region 14b located near the outer peripheral region 16 is relatively low.

本実施例の半導体装置100は、第2コレクタ領域36bのp型不純物濃度が低い。このため、半導体装置100がオンしているときに、第2コレクタ領域36bからドリフト領域34内に供給されるホールの量が少ない。その結果、第2素子領域14bでは、半導体基板12の中央部(すなわち、第1素子領域14a)と比較して、ドリフト領域34内に蓄積されるホールの量が相対的に少なくなるため、第2素子領域14bでアバランシェ降伏が生じることがより抑制される。したがって、この半導体装置100では、第1素子領域14aでアバランシェ降伏がより生じ易い。このため、半導体装置100は、アバランシェ耐量が高い。 In the semiconductor device 100 of this embodiment, the second collector region 36b has a low p-type impurity concentration. Therefore, the amount of holes supplied from the second collector region 36b into the drift region 34 is small when the semiconductor device 100 is on. As a result, in the second element region 14b, compared to the central portion of the semiconductor substrate 12 (that is, the first element region 14a), the amount of holes accumulated in the drift region 34 is relatively small. The occurrence of avalanche breakdown in the two-element region 14b is further suppressed. Therefore, in the semiconductor device 100, avalanche breakdown is more likely to occur in the first element region 14a. Therefore, the semiconductor device 100 has high avalanche resistance.

(実施例3)
図4は、実施例3の半導体装置200を示している。実施例3の半導体装置200では、第1素子領域14a内において隣接する2つのトレンチ22の間隔S1と、第2素子領域14b内において隣接する2つのトレンチ22の間隔S2とが異なっている。第2素子領域14b内における間隔S2は、第1素子領域14a内における間隔S1よりも広い。なお、半導体基板12を平面視したときに、トレンチ22が格子状に設けられている場合には、第2素子領域14b内の単位格子の面積が、第1素子領域14a内の単位格子の面積よりも大きくなるようにトレンチ22を設けてもよい。
(Example 3)
FIG. 4 shows a semiconductor device 200 of Example 3. As shown in FIG. In the semiconductor device 200 of Example 3, the spacing S1 between two adjacent trenches 22 in the first element region 14a and the spacing S2 between two adjacent trenches 22 in the second element region 14b are different. The spacing S2 within the second element region 14b is wider than the spacing S1 within the first element region 14a. Note that when the trenches 22 are provided in a grid pattern when the semiconductor substrate 12 is viewed from above, the area of the unit grid in the second element region 14b is the area of the unit grid in the first element region 14a. The trench 22 may be provided to be larger than .

本実施例の半導体装置200では、間隔S2が相対的に広いので、半導体装置200がオンしているときに、コレクタ領域36から供給されるホールが上部電極70へ抜け易い。このため、半導体装置200がオンしているときに、第2素子領域14bのドリフト領域34内にホールが蓄積し難い。さらに、半導体装置200がオフするときに、第2素子領域14bのドリフト領域34に蓄積されたホールが上部電極70に向かって流れる領域が広いので、第2素子領域14bを流れるホールの密度が高くなり難い。このため、第2素子領域14bでアバランシェ降伏が生じ難く、アバランシェ耐量を向上させることができる。なお、本実施例の構成は、実施例2の半導体装置100に採用してもよい。 In the semiconductor device 200 of this embodiment, since the space S2 is relatively wide, the holes supplied from the collector region 36 easily escape to the upper electrode 70 when the semiconductor device 200 is on. Therefore, holes are less likely to accumulate in the drift region 34 of the second element region 14b when the semiconductor device 200 is on. Furthermore, when the semiconductor device 200 is turned off, the holes accumulated in the drift region 34 of the second element region 14b flow toward the upper electrode 70 over a wide area, so the density of the holes flowing through the second element region 14b is high. hard to be Therefore, avalanche breakdown is less likely to occur in the second element region 14b, and the avalanche resistance can be improved. Note that the configuration of this embodiment may be employed in the semiconductor device 100 of the second embodiment.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Although specific examples of the present invention have been described in detail above, these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or in the drawings exhibit technical utility either singly or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the techniques exemplified in this specification or drawings achieve multiple purposes at the same time, and achieving one of them has technical utility in itself.

10:半導体装置
12:半導体基板
12a:上面
12b:下面
14:素子領域
14a:第1素子領域
14b:第2素子領域
16:外周領域
22:トレンチ
24:ゲート絶縁膜
26:ゲート電極
28:層間絶縁膜
30:エミッタ領域
31:n型領域
32:ボディ領域
32a:コンタクト領域
32b:メインボディ領域
34:ドリフト領域
36:コレクタ領域
40:耐圧領域
42:外周ドリフト領域
70:上部電極
72:下部電極
80:ライフタイム制御領域
10: Semiconductor device 12: Semiconductor substrate 12a: Upper surface 12b: Lower surface 14: Element region 14a: First element region 14b: Second element region 16: Peripheral region 22: Trench 24: Gate insulating film 26: Gate electrode 28: Interlayer insulation Film 30: emitter region 31: n-type region 32: body region 32a: contact region 32b: main body region 34: drift region 36: collector region 40: breakdown voltage region 42: peripheral drift region 70: upper electrode 72: lower electrode 80: Lifetime control area

Claims (3)

半導体装置であって、
素子領域と、前記素子領域の周囲に配置された外周領域と、を有する半導体基板と、
前記素子領域内において前記半導体基板の上面に接している上部電極と、
前記半導体基板の下面に接している下部電極と、
前記素子領域内の前記半導体基板の前記上面に設けられている複数のトレンチと、
前記各トレンチの内面を覆っているゲート絶縁膜と、
前記各トレンチ内に配置されており、前記ゲート絶縁膜によって前記半導体基板から絶縁されているゲート電極、
を備えており、
前記素子領域が、
前記上部電極に接しており、前記ゲート絶縁膜に接しているn型のエミッタ領域と、
前記上部電極に接しており、前記エミッタ領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しているp型のボディ領域と、
前記ボディ領域の下側で前記ゲート絶縁膜に接しており、前記ボディ領域によって前記エミッタ領域から分離されているn型のドリフト領域と、
前記下部電極に接しており、前記ドリフト領域によって前記ボディ領域から分離されているp型のコレクタ領域、
を有しており、
前記外周領域が、前記ドリフト領域と繋がるn型の外周ドリフト領域を有しており、
前記素子領域が、第1素子領域と、前記第1素子領域の周囲に配置されており、前記外周領域に隣接する第2素子領域と、を有しており、
前記コレクタ領域が、前記ドリフト領域及び前記外周ドリフト領域の下側で、前記第1素子領域、前記第2素子領域、及び前記外周領域に跨って分布しており、
前記第2素子領域内の前記ドリフト領域内に、その周囲の前記ドリフト領域よりも結晶欠陥密度が高いライフタイム制御領域が設けられており、
前記第1素子領域内の前記ドリフト領域内に、前記ライフタイム制御領域が設けられていない、
半導体装置。
A semiconductor device,
a semiconductor substrate having an element region and a peripheral region arranged around the element region;
an upper electrode in contact with the upper surface of the semiconductor substrate within the element region;
a lower electrode in contact with the lower surface of the semiconductor substrate;
a plurality of trenches provided in the upper surface of the semiconductor substrate in the element region;
a gate insulating film covering the inner surface of each trench;
a gate electrode disposed in each trench and insulated from the semiconductor substrate by the gate insulating film;
and
the element region,
an n-type emitter region in contact with the upper electrode and in contact with the gate insulating film;
a p-type body region in contact with the upper electrode and in contact with the gate insulating film below the emitter region;
an n-type drift region in contact with the gate insulating film under the body region and separated from the emitter region by the body region;
a p-type collector region in contact with the bottom electrode and separated from the body region by the drift region;
and
The peripheral region has an n-type peripheral drift region connected to the drift region,
the element region includes a first element region and a second element region arranged around the first element region and adjacent to the outer peripheral region;
the collector region is distributed over the first element region, the second element region, and the outer periphery region under the drift region and the outer periphery drift region;
a lifetime control region having a higher crystal defect density than the drift region surrounding it is provided in the drift region in the second element region;
the lifetime control region is not provided in the drift region in the first element region;
semiconductor device.
前記第2素子領域内の前記コレクタ領域のp型不純物濃度が、前記第1素子領域内の前記コレクタ領域のp型不純物濃度よりも低い、請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the p-type impurity concentration of said collector region in said second element region is lower than the p-type impurity concentration of said collector region in said first element region. 前記第2素子領域内において隣接する2つの前記トレンチの間隔が、前記第1素子領域内において隣接する2つの前記トレンチの間隔よりも広い、請求項1又は2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein an interval between two adjacent trenches in said second element region is wider than an interval between two adjacent trenches in said first element region.
JP2019152292A 2019-08-22 2019-08-22 semiconductor equipment Active JP7263978B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019152292A JP7263978B2 (en) 2019-08-22 2019-08-22 semiconductor equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019152292A JP7263978B2 (en) 2019-08-22 2019-08-22 semiconductor equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2021034523A JP2021034523A (en) 2021-03-01
JP7263978B2 true JP7263978B2 (en) 2023-04-25

Family

ID=74678312

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019152292A Active JP7263978B2 (en) 2019-08-22 2019-08-22 semiconductor equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7263978B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004866A (en) 2006-06-26 2008-01-10 Denso Corp Process for fabricating semiconductor device
JP2016225583A (en) 2014-10-15 2016-12-28 富士電機株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004866A (en) 2006-06-26 2008-01-10 Denso Corp Process for fabricating semiconductor device
JP2016225583A (en) 2014-10-15 2016-12-28 富士電機株式会社 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2021034523A (en) 2021-03-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6022774B2 (en) Semiconductor device
JP5900503B2 (en) Semiconductor device
JP4265684B1 (en) Semiconductor device
JP6003961B2 (en) Semiconductor device
US11404411B2 (en) Semiconductor device having alternately arranged IGBT regions and diode regions
JP2010232335A (en) Insulated gate bipolar transistor
JP5182376B2 (en) Semiconductor device
JP2013161918A (en) Semiconductor device
JP5694285B2 (en) Semiconductor device
JP7052315B2 (en) Semiconductor device
JP2008258262A (en) Igbt
JP2017191817A (en) Method for manufacturing switching element
CN110223980B (en) Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
JP7263978B2 (en) semiconductor equipment
JP2018006648A (en) Semiconductor device
JP7147510B2 (en) switching element
JP2019161112A (en) Semiconductor device
JP6179468B2 (en) Semiconductor device
JP7363429B2 (en) Driving method of semiconductor device
JP6852541B2 (en) Semiconductor device
JP7010095B2 (en) Semiconductor device
JP7352151B2 (en) switching element
JP7260682B2 (en) semiconductor equipment
JP2019160877A (en) Semiconductor device
JP2018046254A (en) Switching element

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20200720

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211217

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221209

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221213

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230210

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230314

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230327

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 7263978

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151