JPH1140807A - Igbt and manufacture thereof - Google Patents

Igbt and manufacture thereof

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JPH1140807A
JPH1140807A JP9193789A JP19378997A JPH1140807A JP H1140807 A JPH1140807 A JP H1140807A JP 9193789 A JP9193789 A JP 9193789A JP 19378997 A JP19378997 A JP 19378997A JP H1140807 A JPH1140807 A JP H1140807A
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JP
Japan
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layer
groove
emitter
collector
opening
Prior art date
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JP9193789A
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Japanese (ja)
Inventor
Taisuke Yamashita
泰典 山下
Hajime Akiyama
肇 秋山
Mitsuhiro Yano
光洋 矢野
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an IGBT which is high in productivity and low in ion resistance. SOLUTION: A groove T1 where a gate electrode 9 is housed is extended in a direction at right angles (lateral direction in the figure) with the longer directions of a collector layer 5 and a buffer layer 4, or in the direction in which a current flows. Therefore, electrons traveling towards the collector layer 5 via an emitter layer 10, an inverted channel region CH, and a drift layer 3 are not stopped from flowing by the groove T1 . Therefore, even if the groove T1 and a groove T2 electrically isolated from the groove T1 are formed at the same depth through the same etching, the flow of electrons is not adversely affected. Although the holes and electrons move on the surface and base of the drift layer 3 respectively, holes are stopped from flowing by a groove T3 . Through this setup, holes and electrons flow through paths, overlapping with each other, and holes are accumulated on the sidewall of the groove T3 on a collector layer 5 side. As a result, conductivity modulation is promoted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、エミッタ電極及び
コレクタ電極が同一の表面に形成されている横型のIG
BT及びその製造方法に関する。
The present invention relates to a lateral IG in which an emitter electrode and a collector electrode are formed on the same surface.
The present invention relates to a BT and a method for manufacturing the BT.

【0002】[0002]

【従来の技術】図25及び図26はそれぞれ、従来技術
に従う横型のIGBTの構造を示す断面図及び平面図で
ある。シリコン層SLPは、エミッタ層110の表面か
らベース層8を突き抜けてドリフト層3にまで達する、
図25の断面に垂直な方向(図26における上下方向)
に伸びる溝T100を穿たれている。溝T100の内部
には絶縁膜112を介して、断面に垂直な方向に伸びる
トレンチゲート電極109が形成されている。
2. Description of the Related Art FIGS. 25 and 26 are a sectional view and a plan view, respectively, showing the structure of a horizontal IGBT according to the prior art. The silicon layer SLP penetrates through the base layer 8 from the surface of the emitter layer 110 and reaches the drift layer 3.
Direction perpendicular to the cross section of FIG. 25 (vertical direction in FIG. 26)
Is formed. Inside the trench T100, a trench gate electrode 109 extending in a direction perpendicular to the cross section is formed via an insulating film 112.

【0003】ターンオン時にゲート電極109にプラス
のバイアスを印加すると、ベース層8のうちゲート電極
109の両端付近の部分であるチャネル領域CHの極性
が反転する。エミッタ電極111から注入される電子
は、エミッタ層110及び反転したチャネル領域CHを
介してドリフト層3へと流れ込む。電子の移動の様子
は、図25において2点鎖線によって模式的に示されて
いる。チャネル領域CHのうち図面に向かって左側の一
方を介して流れる電子がコレクタ電極6側へとドリフト
層3中を移動することが絶縁膜112によって阻害され
ないように、溝T100の深さはベース層8を突き抜け
つつも酸化シリコン膜2には達しないように調整されて
いる。一方、コレクタ電極6から注入されたホールは、
コレクタ層5及びバッファ層4を介してドリフト層3へ
と流れ込む。ホールの移動の様子は、点線にて模式的に
示されている。
When a positive bias is applied to the gate electrode 109 at the time of turn-on, the polarity of the channel region CH, which is a portion of the base layer 8 near both ends of the gate electrode 109, is inverted. The electrons injected from the emitter electrode 111 flow into the drift layer 3 via the emitter layer 110 and the inverted channel region CH. The state of the movement of the electrons is schematically shown by a two-dot chain line in FIG. The depth of the trench T100 is set so that the insulating film 112 does not prevent electrons flowing through one of the channel regions CH on the left side of the drawing from moving in the drift layer 3 toward the collector electrode 6 side. 8 is adjusted so that it does not reach the silicon oxide film 2 while penetrating through it. On the other hand, holes injected from the collector electrode 6
It flows into drift layer 3 via collector layer 5 and buffer layer 4. The movement of the hall is schematically shown by a dotted line.

【0004】エミッタ電極111及びコレクタ電極6か
らそれぞれ注入された電子及びホールがドリフト層3へ
と流れ込んだ結果、伝導度変調が生じてドリフト層3は
低抵抗となる。これによって、エミッタ電極111及び
コレクタ電極6間に主電流が流れるようになる。
[0004] As a result of the electrons and holes injected from the emitter electrode 111 and the collector electrode 6 flowing into the drift layer 3, conductivity modulation occurs and the drift layer 3 has a low resistance. As a result, a main current flows between the emitter electrode 111 and the collector electrode 6.

【0005】IGBT素子をシリコン層SLPに形成さ
れた他の素子から電気的に分離するために、IGBT素
子の周囲には溝T2が穿たれている。電気的な分離を確
実とするために、溝T2は、シリコン層SLPの表面か
ら酸化シリコン膜2に達している。
In order to electrically isolate the IGBT element from other elements formed on the silicon layer SLP, a trench T2 is formed around the IGBT element. To ensure electrical isolation, the trench T2 extends from the surface of the silicon layer SLP to the silicon oxide film 2.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】上記記載から明らかな
ように、キャリアの移動を阻害しないためには酸化シリ
コン膜2に達してはならない溝T100と、電気的な分
離のためには酸化シリコン膜2に達することが好ましい
溝T2とは、互いに深さが異なる。従って、溝T10
0,T2を同一の一回のエッチングによって形成するこ
とができず、溝T100,T2の形成のためにはエッチ
ングの作業が複数回必要であるという問題点があった。
溝形成のために時間を要することから、IGBT素子の
製造の効率が低下してしまう。また、エッチングが複数
回必要であることによってコストも高くなってしまう。
As is apparent from the above description, the trench T100 which must not reach the silicon oxide film 2 in order not to hinder the movement of carriers, and the silicon oxide film T for electrical isolation. The depth of the groove T2, which preferably reaches 2, differs from that of the groove T2. Therefore, the groove T10
0 and T2 cannot be formed by the same one-time etching, and there has been a problem that a plurality of etching operations are required to form the trenches T100 and T2.
Since it takes time to form the groove, the manufacturing efficiency of the IGBT element is reduced. Further, the cost is increased due to the necessity of performing the etching a plurality of times.

【0007】ホールはIGBT素子の表面部であるシリ
コン層SLPの表面部を移動し、電子はシリコン層SL
Pのうち酸化シリコン膜2の近くを移動する。このよう
にキャリアが移動する経路が互いに離れているため、伝
導度変調の効率が良くなくオン抵抗が高いという問題点
があった。
The holes move on the surface of the silicon layer SLP, which is the surface of the IGBT element, and the electrons move to the silicon layer SL.
P moves near the silicon oxide film 2. As described above, since the paths through which the carriers move are separated from each other, there is a problem that the efficiency of the conductivity modulation is not high and the on-resistance is high.

【0008】本発明は、以上の問題点に鑑み、電気的な
分離用の溝とゲートを収納するための溝とを同一のエッ
チングにて形成でき、オン抵抗が低いIGBT及びその
製造方法を提供することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, the present invention provides an IGBT having a low on-resistance, in which a groove for electrical isolation and a groove for accommodating a gate can be formed by the same etching, and a method of manufacturing the same. The purpose is to do.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】請求項1に記載のIGB
Tは、絶縁膜上に形成されており、電気的な分離を行う
第1の溝が穿たれている第1の導伝型のドリフト層と、
前記ドリフト層の表面部に各々形成されており互いに隔
離されている、第2の導伝型のベース層及びコレクタ層
と、前記ベース層の内部に形成されている、前記第1の
導伝型のエミッタ層と、前記エミッタ層及び前記ベース
層に接続するエミッタ電極並びに前記コレクタ層及び前
記ドリフト層に接続するコレクタ電極と、前記エミッタ
電極及び前記コレクタ電極を互いに結ぶキャリア流方向
に沿って伸びる第2の溝の内部に形成されているゲート
電極とを備える。
An IGB as claimed in claim 1 wherein:
T is a first conductive type drift layer formed on the insulating film and having a first groove for electrical isolation formed therein;
A second conductive type base layer and a collector layer respectively formed on a surface portion of the drift layer and isolated from each other; and the first conductive type formed inside the base layer. An emitter layer, an emitter electrode connected to the emitter layer and the base layer, a collector electrode connected to the collector layer and the drift layer, and a second electrode extending along a carrier flow direction connecting the emitter electrode and the collector electrode to each other. And a gate electrode formed inside the second groove.

【0010】請求項2に記載のIGBTは、請求項1に
記載のIGBTであって、前記エミッタ電極と前記コレ
クタ電極との間に、前記キャリア流方向に交差する方向
に沿って伸びる第3の溝が穿たれている。
An IGBT according to a second aspect is the IGBT according to the first aspect, wherein the third IGBT extends between the emitter electrode and the collector electrode along a direction intersecting the carrier flow direction. Grooves are drilled.

【0011】請求項3に記載のIGBTは、請求項2に
記載のIGBTであって、前記第3の溝は、前記ベース
層に穿たれている。
[0011] An IGBT according to a third aspect is the IGBT according to the second aspect, wherein the third groove is formed in the base layer.

【0012】請求項4に記載のIGBTの製造方法は、
絶縁膜上のドリフト層と、前記ドリフト層とは導伝型が
異なるベース層と、前記ベース層によって前記ドリフト
層とは隔離されており、エミッタ電極に接続するエミッ
タ層と、前記ドリフト層とは導伝型が異なり、コレクタ
電極に接続するコレクタ層とを有する半導体層を備える
IGBTを製造する製造方法であって、前記半導体層の
うち、電気的な分離を行う第1の溝となる部分上に第1
の開口を、前記半導体層のうち、前記エミッタ電極及び
前記コレクタ電極の間に位置する伝導度変調促進用の第
2の溝となる部分上に、前記第1の開口よりも狭い第2
の開口をそれぞれ有するマスクを、前記半導体層のう
ち、前記エミッタ層及び前記コレクタ層双方を有する表
面上に形成する第1の工程と、前記マスクを用いつつ前
記半導体層に対してエッチングを行う第2の工程とを備
える。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing an IGBT.
The drift layer on the insulating film, the base layer having a different conductivity type from the drift layer, the drift layer is separated from the drift layer by the base layer, and the emitter layer connected to the emitter electrode and the drift layer A method for manufacturing an IGBT including a semiconductor layer having a different conductivity type and having a collector layer connected to a collector electrode, wherein a portion of the semiconductor layer serving as a first trench for performing electrical isolation is provided. First
Is formed on a portion of the semiconductor layer, which is located between the emitter electrode and the collector electrode and serves as a second groove for promoting conductivity modulation, and has a second narrower than the first opening.
A first step of forming a mask having respective openings on a surface of the semiconductor layer having both the emitter layer and the collector layer, and a step of etching the semiconductor layer using the mask. 2 steps.

【0013】請求項5に記載のIGBTの製造方法は、
請求項4に記載のIGBTの製造方法であって、前記第
1及び第2の工程の間に、少なくとも前記第1及び第2
の開口を覆い、該第1の開口内の空間は残存させつつも
該第2の開口を塞ぐ厚みを有するエッチング遅延膜を、
前記半導体層及び前記マスク上に形成する工程を更に備
える。
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an IGBT,
5. The method for manufacturing an IGBT according to claim 4, wherein at least the first and second steps are performed between the first and second steps.
An etching delay film having a thickness covering the second opening while covering the opening of the first opening while leaving the space in the first opening.
The method further includes a step of forming on the semiconductor layer and the mask.

【0014】請求項6に記載のIGBTの製造方法は、
絶縁膜上のドリフト層と、前記ドリフト層とは導伝型が
異なるベース層と、前記ベース層によって前記ドリフト
層とは隔離されており、エミッタ電極に接続するエミッ
タ層と、前記ドリフト層とは導伝型が異なり、コレクタ
電極に接続するコレクタ層とを有する半導体層を備える
IGBTを製造する製造方法であって、前記半導体層の
うち、電気的な分離を行う第1の溝となる部分上に第1
の開口を、前記半導体層のうち、前記エミッタ電極及び
前記コレクタ電極の間に位置する伝導度変調促進用の第
2の溝となる部分上に第2の開口をそれぞれ有するマス
クを、前記半導体層のうち、前記エミッタ層及び前記コ
レクタ層双方を有する表面上に形成する第1の工程と、
前記半導体層及び前記マスクの表面に選択的に、前記第
2の開口内である部分にエッチング遅延膜を形成する第
2の工程と、前記マスク及び前記エッチング遅延膜を用
いつつ前記半導体層に対してエッチングを行う第3の工
程とを備える。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an IGBT.
The drift layer on the insulating film, the base layer having a different conductivity type from the drift layer, the drift layer is separated from the drift layer by the base layer, and the emitter layer connected to the emitter electrode and the drift layer A method for manufacturing an IGBT including a semiconductor layer having a different conductivity type and having a collector layer connected to a collector electrode, wherein a portion of the semiconductor layer serving as a first trench for performing electrical isolation is provided. First
A mask having a second opening on a portion of the semiconductor layer that becomes a second groove for promoting conductivity modulation located between the emitter electrode and the collector electrode, A first step of forming on a surface having both the emitter layer and the collector layer;
A second step of selectively forming an etching delay film in a portion inside the second opening on the surface of the semiconductor layer and the mask; and forming the etching delay film on the semiconductor layer while using the mask and the etching delay film. And performing a third etching step.

【0015】請求項7に記載のIGBTの製造方法は、
請求項4、請求項5または請求項6に記載のIGBTの
製造方法であって、不純物の濃度は、前記エミッタ層の
方が前記ベース層よりも高く、前記マスクは、前記半導
体層の前記表面のうち前記エミッタ層が露出されている
部分よりも狭い、ゲート電極が内部に形成される第3の
溝の形成のための第3の開口を有し、前記エッチングが
行われて前記第3の溝が形成された後に、該第3の溝の
表面を酸化する工程を更に備える。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing an IGBT.
7. The method of manufacturing an IGBT according to claim 4, wherein the concentration of impurities is higher in the emitter layer than in the base layer, and the mask is formed on the surface of the semiconductor layer. A third opening for forming a third groove in which a gate electrode is formed, which is narrower than a portion where the emitter layer is exposed, and the third opening is formed by performing the etching. After the groove is formed, the method further includes a step of oxidizing the surface of the third groove.

【0016】[0016]

【発明の実施の形態】BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION

実施の形態1.本実施の形態においては、従来技術と同
一の構成、構造には同一の参照符号を付して説明を行
う。図1及び図2はそれぞれ、本実施の形態に従う横型
のIGBTの構造を例示する断面図及び平面図である。
図1及び図2はそれぞれ、他方において示されている切
断線における断面におけるIGBTの構造を例示してい
る。
Embodiment 1 FIG. In the present embodiment, the same configuration and structure as those of the related art will be described with the same reference numerals. 1 and 2 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, illustrating the structure of a horizontal IGBT according to the present embodiment.
FIGS. 1 and 2 each illustrate the structure of the IGBT in a cross section taken along the cutting line shown on the other side.

【0017】シリコン基板1上には、酸化シリコン(S
iO2)膜2を介して、シリコン層SLが形成されてい
る。シリコン層SLは、低濃度のN型の不純物が拡散さ
れており酸化シリコン膜2に接するドリフト層3と、シ
リコン層SLの表面部にそれぞれ選択的に形成されてお
り互いから隔離されているP型のベース層8及びコレク
タ層5と、ベース層8によってドリフト層3と隔離され
ているN型のエミッタ層10と、シリコン層SLの内部
においてコレクタ層5を取り囲むN型のバッファ層4と
によって構成されている。
On a silicon substrate 1, silicon oxide (S
The silicon layer SL is formed via the iO 2 ) film 2. The silicon layer SL has a low-concentration N-type impurity diffused therein, and a drift layer 3 in contact with the silicon oxide film 2 and a P layer selectively formed on the surface of the silicon layer SL and isolated from each other. Base layer 8 and collector layer 5, N-type emitter layer 10 separated from drift layer 3 by base layer 8, and N-type buffer layer 4 surrounding collector layer 5 inside silicon layer SL. It is configured.

【0018】シリコン層SL上には、エミッタ層10及
びベース層8にまたがりつつ接触するエミッタ電極11
が、バッファ層4及びコレクタ層5にまたがりつつ接触
するコレクタ電極6がそれぞれ形成されている。
On the silicon layer SL, an emitter electrode 11 which contacts the emitter layer 10 and the base layer 8 while being in contact therewith.
However, a collector electrode 6 is formed so as to be in contact with the buffer layer 4 and the collector layer 5.

【0019】シリコン層SLは、エミッタ層10の表面
からベース層8及びドリフト層3を突き抜けて酸化シリ
コン膜2にまで達する、図1の断面に平行な方向(図2
における左右方向)に伸びる溝T1を穿たれている。図
1の断面に平行な方向とは、エミッタ電極11及びコレ
クタ電極6を互いに結ぶ方向、即ちこれらの電極11,
6の間を電流(キャリア)が流れる方向である。溝T1
の内部には絶縁膜12を介して、図1の断面に平行な方
向に伸びるトレンチゲート電極9が形成されている。
The silicon layer SL extends from the surface of the emitter layer 10 through the base layer 8 and the drift layer 3 to the silicon oxide film 2 in a direction parallel to the cross section of FIG. 1 (FIG. 2).
(A left-right direction in FIG. 1). The direction parallel to the cross section of FIG. 1 is a direction connecting the emitter electrode 11 and the collector electrode 6 to each other, that is, these electrodes 11, 11
6 is the direction in which the current (carrier) flows. Groove T1
A trench gate electrode 9 extending in a direction parallel to the cross section of FIG.

【0020】シリコン層SLには溝T1の他に、IGB
T素子をシリコン層SLに形成された他の素子から電気
的に分離するための溝T2が穿たれている。溝T2はI
GBT素子の周囲に穿たれており、電気的な分離を確実
とするために、シリコン層SLの表面から酸化シリコン
膜2に達している。
In the silicon layer SL, in addition to the trench T1, IGB
A groove T2 for electrically isolating the T element from other elements formed in the silicon layer SL is formed. Groove T2 is I
It is pierced around the GBT element and reaches the silicon oxide film 2 from the surface of the silicon layer SL in order to ensure electrical isolation.

【0021】ターンオン時にゲート電極9にプラスのバ
イアスを印加すると、ベース層8のうちゲート電極9の
両端付近の部分であるチャネル領域CHの極性が反転す
る。エミッタ電極11から注入される電子は、エミッタ
層10及び反転したチャネル領域CHを介してドリフト
層3へと流れ込む。本実施の形態の溝T1は電流が流れ
る方向に沿って伸びているため、チャネル領域CHを介
してコレクタ電極側のドリフト層3へと向かう電子は、
溝T1によっては流れを阻害されない。従って、溝T1
が酸化シリコン膜3に達する深さであることは、電子の
流れになんら悪影響を及ぼさない。
When a positive bias is applied to the gate electrode 9 at the time of turn-on, the polarity of the channel region CH which is a portion of the base layer 8 near both ends of the gate electrode 9 is inverted. Electrons injected from the emitter electrode 11 flow into the drift layer 3 via the emitter layer 10 and the inverted channel region CH. Since the trench T1 of the present embodiment extends in the direction in which current flows, electrons traveling toward the drift layer 3 on the collector electrode side via the channel region CH are:
The flow is not hindered by the groove T1. Therefore, the groove T1
Has a depth that reaches the silicon oxide film 3, which has no adverse effect on the flow of electrons.

【0022】溝T1,T2が酸化シリコン膜2に達する
という同じ深さであることは、溝T1,T2を1回のエ
ッチングによって同時に形成できるということを意味す
る。図25に示される、ゲート電極109の収納用の溝
T100と電気的な分離用の溝T2との深さが違うため
にエッチングを複数回行わなければならない従来の構造
と比べ、溝の形成に要する時間が削減される。これによ
って、IGBT素子の製造に要する時間が削減され、生
産性が向上する。これにともなって製造コストも下が
る。
The fact that the trenches T1 and T2 have the same depth reaching the silicon oxide film 2 means that the trenches T1 and T2 can be formed simultaneously by one etching. As compared with the conventional structure shown in FIG. 25, in which the depth of the groove T100 for accommodating the gate electrode 109 and the depth of the groove T2 for electrical isolation are different from each other, etching must be performed a plurality of times. The time required is reduced. Thereby, the time required for manufacturing the IGBT element is reduced, and the productivity is improved. As a result, manufacturing costs are reduced.

【0023】ターンオン時に電子がドリフト層3へと流
れ込むことに並行して、コレクタ電極6からは、ホール
がコレクタ層5及びバッファ層4を介してドリフト層3
へと流れ込む。電子はシリコン層SLのうち酸化シリコ
ン膜2の近傍の部分を流れるが、ホールはシリコン層S
Lのうちコレクタ層5及びエミッタ層10が形成されて
いる表面に近い部分を流れる。
At the same time that electrons flow into the drift layer 3 at the time of turn-on, holes are generated from the collector electrode 6 via the collector layer 5 and the buffer layer 4.
Flows into The electrons flow in a portion of the silicon layer SL near the silicon oxide film 2, but the holes are
L flows in a portion near the surface on which the collector layer 5 and the emitter layer 10 are formed.

【0024】シリコン層SLは、コレクタ層5及びエミ
ッタ層11が形成されている表面に、酸化シリコン膜2
までは達しない溝T3が穿たれている。溝T3は、エミ
ッタ電極11及びコレクタ電極6間を電流が流れる方向
に交差する方向に伸びている。
The silicon layer SL has a silicon oxide film 2 on the surface where the collector layer 5 and the emitter layer 11 are formed.
The groove T3 that does not reach the hole is drilled. The trench T3 extends in a direction crossing the direction in which current flows between the emitter electrode 11 and the collector electrode 6.

【0025】IGBT素子の表面部を流れるホールは、
溝T3によってその移動を阻害される。ホールは酸化シ
リコン膜2の付近を流れなければならなくなり、電子の
流路とホールの流路とが重なることになる。これによっ
て、伝導度変調が促進され、ドリフト層3は従来に比べ
てオン抵抗が低くなる。
The holes flowing on the surface of the IGBT element are:
The movement is inhibited by the groove T3. The holes must flow in the vicinity of the silicon oxide film 2, and the electron flow path and the hole flow path overlap. Thereby, the conductivity modulation is promoted, and the on-resistance of the drift layer 3 is lower than in the conventional case.

【0026】更に、溝T3によって移動を阻害されるこ
とによって、シリコン層SLのうち図1の断面において
溝T3の右側に位置する部分には、ホールが蓄積され
る。蓄積されたホールは伝導度変調を促進し、IGBT
素子のオン抵抗が更に低下する。
Further, the movement is hindered by the groove T3, so that holes are accumulated in a portion of the silicon layer SL located on the right side of the groove T3 in the cross section of FIG. The accumulated holes promote conductivity modulation and IGBT
The on-resistance of the device is further reduced.

【0027】以上のようにして伝導度変調が生じてドリ
フト層3が低抵抗となった結果、エミッタ電極11及び
コレクタ電極6間に主電流が流れるようになる。ターン
オフ時には、ゲート電極9にエミッタ電極11に対する
マイナスバイアスを印加する。このときにはチャネル領
域CHの極性の反転は消滅し、エミッタ電極11からド
リフト層3への電子の流れ込みはストップする。この結
果、伝導度変調は生ぜず、エミッタ電極11及びコレク
タ電極6間には主電流が流れなくなる。
As described above, the conductivity modulation occurs and the drift layer 3 has a low resistance. As a result, a main current flows between the emitter electrode 11 and the collector electrode 6. At the time of turn-off, a negative bias with respect to the emitter electrode 11 is applied to the gate electrode 9. At this time, the inversion of the polarity of the channel region CH disappears, and the flow of electrons from the emitter electrode 11 to the drift layer 3 stops. As a result, no conductivity modulation occurs, and no main current flows between the emitter electrode 11 and the collector electrode 6.

【0028】実施の形態2.本実施の形態においては、
図1及び図2に例示される実施の形態1の溝T3の製造
方法について説明する。以下、既に説明の行われたもの
と同一の構成、構造には同一の参照符号を付し、説明は
省略する。
Embodiment 2 In the present embodiment,
A method for manufacturing the groove T3 according to the first embodiment illustrated in FIGS. 1 and 2 will be described. Hereinafter, the same configurations and structures as those already described have the same reference characters allotted, and description thereof will not be repeated.

【0029】図3及び図4は、本実施の形態に従う溝の
製造方法を工程順に例示する断面図である。図1及び図
2においては図示されているエミッタ電極11、エミッ
タ層10及びベース層8等の構成要素は、図3及び図4
においては簡便のために図示を省略されている。
FIGS. 3 and 4 are cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a groove according to the present embodiment in the order of steps. The components such as the emitter electrode 11, the emitter layer 10, and the base layer 8 shown in FIGS.
Are not shown for simplicity.

【0030】まず、図3に例示されるように、シリコン
層SLの表面上に、酸化シリコン等を材料とするマスク
M1を形成する。マスクM1は、開口H2と、図3の断
面における幅が開口H2よりも狭い開口H3とを写真製
版技術によって形成されている。
First, as illustrated in FIG. 3, a mask M1 made of silicon oxide or the like is formed on the surface of the silicon layer SL. The mask M1 has an opening H2 and an opening H3 whose width in the cross section in FIG. 3 is smaller than the opening H2 by photolithography.

【0031】次に、図4に例示されるように、マスクM
1を用いるエッチングによってシリコン層SLに選択的
に溝T2,T3を、開口H2,H3下にそれぞれ形成す
る。より幅の狭い開口H3下に形成された溝T3は、よ
り幅の広い開口H2の下に形成された溝T2よりも、マ
イクロローディング効果によって浅く形成される。尚、
図示は省略しているが、図1及び図2に例示される溝T
1も溝T2,T3と同時に形成される。
Next, as illustrated in FIG.
1, trenches T2 and T3 are selectively formed in the silicon layer SL under the openings H2 and H3, respectively. The groove T3 formed below the narrower opening H3 is formed shallower by the microloading effect than the groove T2 formed below the wider opening H2. still,
Although not shown, the groove T illustrated in FIGS.
1 is formed simultaneously with the grooves T2 and T3.

【0032】以上のようにして、マスクM1の開口H
2,H3の幅を互いに異ならせるという実現の簡易な構
成によって、深さの異なる溝T2,T3が同時に形成さ
れる。実施の形態1においてゲート電極9を収納する溝
T1と電気的な分離用の溝T2とが同時に形成されるこ
とと同様の理由によって、IGBT素子の生産性が向上
される。また、溝T3の幅が狭いことによってIGBT
素子は全体として小さくなり、シュリンク化に有効であ
る。
As described above, the opening H of the mask M1
The grooves T2 and T3 having different depths are formed at the same time by a simple configuration for realizing that the widths of H2 and H3 are different from each other. The productivity of the IGBT element is improved for the same reason that the trench T1 for housing the gate electrode 9 and the trench T2 for electrical isolation are formed at the same time in the first embodiment. Further, since the width of the groove T3 is small, the IGBT
The element becomes smaller as a whole, which is effective for shrinking.

【0033】上述の構成に於いては、マイクロローディ
ング効果によって一回のエッチングにて深さの異なる複
数の溝を形成している。しかし、このような構成のみに
限定されるものではない。図5〜図8は、本実施の形態
の溝の製造方法の第2の例を工程順に示す断面図であ
る。
In the above structure, a plurality of grooves having different depths are formed by one etching by the microloading effect. However, it is not limited to only such a configuration. 5 to 8 are cross-sectional views illustrating a second example of the groove manufacturing method of the present embodiment in the order of steps.

【0034】まず、図5に例示されるように、シリコン
層SL上にマスクM2を形成する。マスクM2には、既
述の開口H2と、図3の既述の開口H3よりも幅の広い
開口H3aとが写真製版技術によって形成されている。
次に、図6に例示されるように、半導体層SL及びマス
クM2の表面上に薄くシリコン酸化膜を堆積し、マスク
M2の上面及びシリコン層SLの表面のうち開口H2,
H3aによって露出されている部分にマスクM3を形成
する。
First, as illustrated in FIG. 5, a mask M2 is formed on the silicon layer SL. In the mask M2, the above-described opening H2 and an opening H3a wider than the above-described opening H3 in FIG. 3 are formed by photolithography.
Next, as illustrated in FIG. 6, a thin silicon oxide film is deposited on the surface of the semiconductor layer SL and the mask M2, and the openings H2 and H2 of the upper surface of the mask M2 and the surface of the silicon layer SL are formed.
A mask M3 is formed in a portion exposed by H3a.

【0035】次に、図7に例示されるように、マスクM
3のうち開口H3a内に存在するもののみを選択的に残
存させつつ、残りの部分をレチクルを用いる写真製版技
術とエッチングとによって除去する。そして、マスクM
3のうち残存する部分とマスクM2とを用いてエッチン
グを行い、シリコン層SLに溝を形成する。図8に例示
されるように、開口H2下にてエッチングされ形成され
た溝T2よりも、開口H3a下にて形成された溝T3a
のほうが、マスクM3をエッチングしなければならない
分だけ浅くなる。以上のようにして、図9及び図10に
例示されるように、シリコン層SLに電気的な分離用の
溝T2と、伝導度変調の促進用の溝T3aとが同時に形
成される。
Next, as illustrated in FIG.
While selectively leaving only those existing in the opening H3a among the three, the remaining part is removed by photolithography using a reticle and etching. And the mask M
Etching is performed using the remaining portion of 3 and the mask M2 to form a groove in the silicon layer SL. As illustrated in FIG. 8, the groove T3a formed below the opening H3a is smaller than the groove T2 formed by etching below the opening H2.
Becomes shallower by the amount that the mask M3 must be etched. As described above, as illustrated in FIGS. 9 and 10, the trench T2 for electrical isolation and the trench T3a for accelerating conductivity modulation are simultaneously formed in the silicon layer SL.

【0036】以上のような製造方法の第2の例に於いて
は、開口3a内に残存するマスク3によって、確実に溝
T3aを浅く形成することができる。このため、図3及
び図4に例示される、マイクロローディング効果を確実
に得るために開口H3の幅の精度が要求される製造方法
の第1の例に比べ、第2の例の方が開口H3aの幅の精
度が低くても良いという利点がある。精度が要求されな
い分だけ、IGBT素子の歩留まりが良くなる。
In the second example of the manufacturing method as described above, the trench T3a can be surely formed shallow by the mask 3 remaining in the opening 3a. For this reason, as compared with the first example of the manufacturing method which requires the accuracy of the width of the opening H3 in order to surely obtain the microloading effect as illustrated in FIGS. There is an advantage that the accuracy of the width of H3a may be low. Since the accuracy is not required, the yield of the IGBT element is improved.

【0037】次に、第3の例について説明する。図11
〜図14は、製造方法の第3の例を工程順に例示する断
面図である。まず、図11に例示されるように、開口H
2,H3bを有するマスクM3をシリコン層SL上に形
成する。開口H3bは、図3に例示される開口H3と幅
が同程度かこれよりも広く、図5に例示される開口3a
よりも幅が狭い。従って、開口H3bの幅は、隣りに図
示されている開口H2の幅よりも狭い。
Next, a third example will be described. FIG.
14 to 14 are cross-sectional views illustrating a third example of the manufacturing method in the order of steps. First, as illustrated in FIG.
A mask M3 having H2b is formed on the silicon layer SL. The opening H3b has a width approximately equal to or wider than the opening H3 illustrated in FIG. 3, and the opening 3a illustrated in FIG.
Narrower than Therefore, the width of the opening H3b is smaller than the width of the opening H2 illustrated adjacent thereto.

【0038】次に、図12に例示されるように、シリコ
ン層SL及びマスクM3の表面上にポリシリコン層M5
を堆積する。このとき、ポリシリコン層M5の厚みは、
開口H2の形状にポリシリコン層M5が沿うことによっ
て開口H2の内部には開口5aが残存し、開口H3bの
内部ではポリシリコン層M5の表面がくっついてしまい
開口H3bの内部が全てポリシリコン層M5によって充
満されてしまう程度にしておく。
Next, as illustrated in FIG. 12, a polysilicon layer M5 is formed on the surface of the silicon layer SL and the mask M3.
Is deposited. At this time, the thickness of the polysilicon layer M5 is
Since the polysilicon layer M5 follows the shape of the opening H2, the opening 5a remains inside the opening H2, and the surface of the polysilicon layer M5 adheres inside the opening H3b, so that the entire inside of the opening H3b becomes the polysilicon layer M5. To the extent that it is filled by

【0039】次に、ポリシリコン層M5の選択的なエッ
チングを行う。このときには、図7に例示される第2の
例に於けるマスクM3の選択的なエッチングとは異な
り、ポリシリコン層M5の全面に対してエッチングを行
う。しかし、施されるのは全面的なエッチングである
が、ポリシリコン層M5のうち開口H2内部に存在する
部分は開口H5aが存在することによって、内部が全て
充満されている開口H3b内に存在する部分よりも早く
除去される。従って、ポリシリコン層M5は選択的に除
去され、図13に例示されるように開口H3bの内部に
のみ残存する。
Next, the polysilicon layer M5 is selectively etched. At this time, unlike the selective etching of the mask M3 in the second example illustrated in FIG. 7, the entire surface of the polysilicon layer M5 is etched. However, the entire etching is performed, but the portion of the polysilicon layer M5 that is present inside the opening H2 is present in the opening H3b that is completely filled due to the presence of the opening H5a. Removed earlier than part. Therefore, the polysilicon layer M5 is selectively removed and remains only inside the opening H3b as illustrated in FIG.

【0040】この状態にて、マスクM4及びポリシリコ
ン層M5を用いてシリコン層SLのエッチングを行う。
シリコン層SLのうち開口H2下の部分は、ポリシリコ
ン層M5が残存しておりマイクロローディング効果が働
く開口H3b下の部分よりも早く且つ速くエッチングさ
れる。従って、溝T2が酸化シリコン層2に到達したと
きには、開口T3b下に形成された溝T3bの下の部分
にはシリコン層SLが残存する。
In this state, the silicon layer SL is etched using the mask M4 and the polysilicon layer M5.
The portion of the silicon layer SL below the opening H2 is etched faster and faster than the portion below the opening H3b where the polysilicon layer M5 remains and the microloading effect works. Therefore, when the trench T2 reaches the silicon oxide layer 2, the silicon layer SL remains in a portion below the trench T3b formed below the opening T3b.

【0041】製造方法の第3の例に於いては、残存する
ポリシリコン層M5によって溝T3bが確実に浅くなる
という、図5〜図8に例示の第2の例のマスクM3によ
るものと同じ効果が得られる。しかし、図12及び図1
3に例示される工程にてなされるエッチングはポリシリ
コン層M5全面になされるものであり、図6及び図7に
例示される、レチクルを用いる写真製版技術によってマ
スクM3を選択的に除去する第2の例とは構成が異な
る。従って、第2の例に比べ、第3の例の方がレチクル
の数が1つ少なくて済む。また、写真製版を行う工程も
不要となる。
In the third example of the manufacturing method, the trench T3b is surely shallowed by the remaining polysilicon layer M5, which is the same as that of the mask M3 of the second example illustrated in FIGS. The effect is obtained. However, FIG. 12 and FIG.
3 is performed on the entire surface of the polysilicon layer M5, and the etching for selectively removing the mask M3 by a photolithography technique using a reticle illustrated in FIG. 6 and FIG. The configuration is different from that of the second example. Therefore, the number of reticles in the third example is one less than in the second example. Further, the step of performing photolithography is not required.

【0042】実施の形態3.図2に例示される実施の形
態1の構成においては、溝T3はベース層8とバッファ
層4との間に形成されている。従って、P型のベース層
8とN型のドリフト層3との間に生ずる空乏層の伸びが
溝T3によって妨げられてしまうという問題点がある。
図15は、空乏層の伸びを説明する模式的な断面図であ
る。
Embodiment 3 In the configuration of the first embodiment illustrated in FIG. 2, the trench T3 is formed between the base layer 8 and the buffer layer 4. Therefore, there is a problem that the extension of the depletion layer generated between the P-type base layer 8 and the N-type drift layer 3 is hindered by the trench T3.
FIG. 15 is a schematic cross-sectional view illustrating the extension of the depletion layer.

【0043】一般に、不純物の濃度は、P型のベース層
8の方がN型のドリフト層3よりもはるかに高い(ベー
ス層8内の不純物濃度>>ドリフト層3内の不純物濃
度)。従って、ベース層8とドリフト層3との間のPN
接合に逆バイアスの電圧を印加した時には、濃度が高い
ベース層8から濃度が低いドリフト層3へと図中矢印に
示されている向きに空乏層はよく伸びる。しかし、空乏
層がコレクタ層5側に伸びようとしても、溝T3までし
か伸びることができない。従って、空乏層の幅によって
決定される逆バイアス印加時のIGBT素子の耐圧能力
は、十分とはならない。
Generally, the impurity concentration of the P-type base layer 8 is much higher than that of the N-type drift layer 3 (impurity concentration in the base layer 8 >> impurity concentration in the drift layer 3). Therefore, the PN between the base layer 8 and the drift layer 3
When a reverse bias voltage is applied to the junction, the depletion layer extends well from the high concentration base layer 8 to the low concentration drift layer 3 in the direction indicated by the arrow in the figure. However, even if the depletion layer tries to extend toward the collector layer 5, it can only extend to the trench T3. Therefore, the withstand voltage capability of the IGBT element when a reverse bias is applied, which is determined by the width of the depletion layer, is not sufficient.

【0044】そこで、本実施の形態においては、伝導度
変調促進用の溝の位置が変更されており、空乏層の伸び
が妨げられない構成を示す。図16及び図17はそれぞ
れ、本実施の形態に従うIGBT素子の構造を例示する
断面図及び平面図である。これらの図に示されるIGB
T素子は、伝導度変調促進用の溝T3cがベース層8内
に形成されている点に於いて、図1及び図2に例示され
る、ドリフト層3内に溝T3が形成されている実施の形
態1のIGBT素子とは異なっている。しかし、これに
関する以外の部分の構成はそのままである。
Therefore, in the present embodiment, a configuration is shown in which the position of the groove for promoting the conductivity modulation is changed, and the extension of the depletion layer is not hindered. 16 and 17 are a cross-sectional view and a plan view, respectively, illustrating the structure of the IGBT element according to the present embodiment. IGB shown in these figures
The T element is an embodiment in which a groove T3 is formed in the drift layer 3 as illustrated in FIGS. 1 and 2 in that a groove T3c for promoting conductivity modulation is formed in the base layer 8. This is different from the IGBT element of the first embodiment. However, the configuration of the part other than this is the same.

【0045】図18は、本実施の形態の構造に於ける空
乏層の伸びを模式的に例示する断面図である。この場
合、ベース層8のうち溝T3cよりも向かって右側に位
置する部分8bとドリフト層3との境界に生ずる空乏層
は、コレクタ層5側へと十分に伸びることができる。従
って、耐量の最大値としては、ベース層8とコレクタ層
5との幅の空乏層の厚さに相当するものを得ることが可
能である。
FIG. 18 is a cross-sectional view schematically illustrating the extension of the depletion layer in the structure of the present embodiment. In this case, the depletion layer generated at the boundary between the drift layer 3 and the portion 8b of the base layer 8 located on the right side of the trench T3c can sufficiently extend to the collector layer 5 side. Therefore, it is possible to obtain the maximum value of the withstand value corresponding to the thickness of the depletion layer in the width between the base layer 8 and the collector layer 5.

【0046】実施の形態4.図25及び図26に例示さ
れる従来のIGBT素子に於いては、コレクタ電極6と
エミッタ電極111とを結ぶ電流方向に対して垂直にエ
ミッタ層110及びベース層8は伸びている。そして、
ゲート電極109はエミッタ層110及びベース層8内
にて、これらが伸びる方向を長手方向として形成されて
いる。
Embodiment 4 FIG. In the conventional IGBT element illustrated in FIGS. 25 and 26, the emitter layer 110 and the base layer 8 extend perpendicularly to the current direction connecting the collector electrode 6 and the emitter electrode 111. And
The gate electrode 109 is formed in the emitter layer 110 and the base layer 8 with the direction in which they extend as the longitudinal direction.

【0047】一方、実施の形態1の構成においては、図
1に例示されるように溝T1を酸化シリコン膜2に達す
る深さとするために、図1及び図2に例示されるように
エミッタ電極11とコレクタ電極6とを結ぶ電流方向に
溝T1の長手方向が沿う構造を採用している。従って、
図2に例示される断面に於いては、向かって右側へと溝
T1はエミッタ層10からはみ出してしまっている。
On the other hand, in the structure of the first embodiment, in order to set the trench T1 to a depth reaching the silicon oxide film 2 as illustrated in FIG. A structure is employed in which the longitudinal direction of the groove T1 extends along the current direction connecting the collector electrode 11 and the collector electrode 6. Therefore,
In the cross section illustrated in FIG. 2, the trench T1 protrudes from the emitter layer 10 toward the right side.

【0048】酸化膜の形成速度は、シリコンに含まれる
不純物によって影響を受ける(半導体デバイス−基礎理
論とプロセス技術− S.M.ジー著 産業図書刊 p
368〜369等)。従って、ゲート電極9の周囲に形
成される酸化シリコンとしての絶縁膜12は、高濃度に
N型の不純物が拡散されたエミッタ層10においては厚
く形成される。図1及び図2に例示されるように溝T1
が配置されている場合には、エミッタ層10からはみ出
している部分の溝T1上部の角部では、その形状から絶
縁膜12に局所的に薄い部分ができ、また電界集中が起
きるため、十分なゲート耐圧が得られない。そこで、本
実施の形態においては、幅を広めにエミッタ層を形成し
てこの中に、ゲート電極を収納する溝及び絶縁膜を形成
する。
The formation rate of an oxide film is affected by impurities contained in silicon (semiconductor device-basic theory and process technology-published by S.M.G.
368-369 etc.). Therefore, the insulating film 12 as silicon oxide formed around the gate electrode 9 is formed thick in the emitter layer 10 in which N-type impurities are diffused at a high concentration. As illustrated in FIG. 1 and FIG.
Is formed, a thin portion is locally formed in the insulating film 12 due to its shape at the upper corner of the trench T1 at a portion protruding from the emitter layer 10, and electric field concentration occurs. The gate breakdown voltage cannot be obtained. Therefore, in the present embodiment, the emitter layer is formed to have a larger width, and the trench for accommodating the gate electrode and the insulating film are formed therein.

【0049】図19及び図20は、本実施の形態のIG
BT素子の構造を例示する断面図である。図16及び図
17に例示される実施の形態3のIGBT素子と比較す
れば明らかであるように、本実施の形態においては、エ
ミッタ層10aはゲート電極9及び絶縁膜12よりも幅
広に形成されている。特に図20を参照すれば明らかな
ように、同図に例示されている断面に於いては、ゲート
電極9及び絶縁膜12はエミッタ層10a内に完全に収
まっている。
FIGS. 19 and 20 show the IG of this embodiment.
It is sectional drawing which illustrates the structure of a BT element. As is apparent from comparison with the IGBT element of the third embodiment illustrated in FIGS. 16 and 17, in the present embodiment, the emitter layer 10a is formed wider than the gate electrode 9 and the insulating film 12. ing. As apparent from FIG. 20 in particular, in the cross section illustrated in FIG. 20, the gate electrode 9 and the insulating film 12 are completely contained in the emitter layer 10a.

【0050】従って、エミッタ層10a、ベース層8及
びドリフト層3内に穿たれた溝T1の表面が酸化されて
形成される本実施の形態の絶縁膜12は、図16及び図
17に例示される実施の形態3の構成に比べてエミッタ
層10a内に存在する部分が多くなり、従って、高濃度
の不純物による増速酸化によって厚膜化される部分が多
くなる。これによって、実施の形態3の構成よりもゲー
ト耐圧が向上する。また、エミッタ層10aの幅が広く
なっているという構成は溝T3cがベース層8内に穿た
れることの妨げとはならない。従って、実施の形態3と
同様に、空乏層の広がりが妨げられないという効果も得
ることができる。
Accordingly, the insulating film 12 of the present embodiment formed by oxidizing the surface of the trench T1 formed in the emitter layer 10a, the base layer 8, and the drift layer 3 is illustrated in FIGS. Compared to the configuration of the third embodiment, the number of portions existing in the emitter layer 10a increases, and therefore, the portion which is made thicker by the accelerated oxidation by high-concentration impurities increases. Thereby, the gate withstand voltage is improved as compared with the configuration of the third embodiment. Further, the configuration in which the width of the emitter layer 10a is widened does not prevent the trench T3c from being formed in the base layer 8. Therefore, similarly to the third embodiment, the effect that the expansion of the depletion layer is not hindered can be obtained.

【0051】実施の形態5.本実施の形態においては、
実施の形態1〜実施の形態4にて説明された溝T3〜T
3cが形成される位置及び長さのバリエーションについ
て示す。尚、以下の説明では溝T3を用いてバリエーシ
ョンの説明を行っているが、溝T3a〜T3cについて
も当てはまるものである。
Embodiment 5 FIG. In the present embodiment,
Grooves T3 to T described in the first to fourth embodiments
Variations in the position and length where 3c is formed will be described. In the following description, the variation is described using the groove T3, but the same applies to the grooves T3a to T3c.

【0052】図21は、溝T3の位置及び長さの第1の
例を示す断面図である。1つの溝T3は、1つのゲート
電極9を取り囲むエミッタ層10の、方向Aにおける延
長(一点鎖線にて図示)を包含する長さ及び位置に形成
されている。ここで、コレクタ層5の長手方向に垂直な
方向を方向Aとして定義する。1つのゲート電極9毎に
1つの溝T3が形成されている。
FIG. 21 is a sectional view showing a first example of the position and length of the groove T3. One trench T <b> 3 is formed at a length and position including an extension in the direction A (shown by a dashed line) of the emitter layer 10 surrounding one gate electrode 9. Here, a direction perpendicular to the longitudinal direction of the collector layer 5 is defined as a direction A. One trench T3 is formed for each gate electrode 9.

【0053】エミッタ層10の延長上に溝T3が存在す
ることによって、図示されないエミッタ電極11及びコ
レクタ電極6をターンオン時に行き来するホールは影響
を受け、実施の形態1において説明した伝導度変調の促
進という効果が得られる。また、図示されないエミッタ
電極11及びコレクタ電極6に逆バイアスの電圧を印加
した場合には、ドリフト層3のうち複数の溝T3の間に
残存する部分(溝T3同士の境界の部分)において空乏
層が広がる。従って、図22に例示される、複数のゲー
ト電極9に対して1つの溝T3dがIGBT素子に形成
されている場合よりも、図21に例示される溝T3の場
合の方がIGBT素子は高耐圧となる。
The presence of the trench T3 on the extension of the emitter layer 10 affects the holes that are not shown when the emitter electrode 11 and the collector electrode 6 are turned on at the time of turn-on, and promotes the conductivity modulation described in the first embodiment. The effect is obtained. When a reverse bias voltage is applied to the emitter electrode 11 and the collector electrode 6 (not shown), a depletion layer is formed in a portion of the drift layer 3 remaining between the plurality of trenches T3 (a portion at a boundary between the trenches T3). Spreads. Therefore, the IGBT element is higher in the case of the groove T3 illustrated in FIG. 21 than in the case where one groove T3d is formed in the IGBT element for the plurality of gate electrodes 9 illustrated in FIG. Withstand pressure.

【0054】伝導度変調の促進には、ベース層8へと流
れ込むホールの表面部に於ける移動を阻害することが必
要である。一方、空乏層の広がりが保証されるために
は、ホールの移動を阻害する部分以外の領域を確保して
おくことが必要である。このような2つの要件を満たす
他の例として、図23及び図24にそれぞれ例示されて
いる構成が挙げられる。
To promote the conductivity modulation, it is necessary to inhibit the movement of the holes flowing into the base layer 8 on the surface. On the other hand, in order to guarantee the expansion of the depletion layer, it is necessary to secure a region other than the portion that hinders the movement of holes. Another example satisfying these two requirements is a configuration illustrated in FIGS. 23 and 24, respectively.

【0055】図23及び図24は、他の2つの例をそれ
ぞれ示す断面図である。図23に例示されている第2の
例に於いては、溝T3は、ゲート電極9の方向Aに於け
る中心線を延長した部分を互いの境界としている。図2
4に例示される第3の例に於いては、図21において溝
T3の境界となっている部分と図23において溝T3の
境界となっている部分とが全て溝T3の境界となってい
る。これらの例に於いても、上記2つの要件は具備され
ている。
FIGS. 23 and 24 are sectional views showing other two examples. In the second example illustrated in FIG. 23, the trench T3 has a boundary extending from the center line of the gate electrode 9 in the direction A in the direction A. FIG.
In the third example illustrated in FIG. 4, the part that is the boundary of the groove T3 in FIG. 21 and the part that is the boundary of the groove T3 in FIG. 23 are all the boundary of the groove T3. . In these examples, the above two requirements are satisfied.

【0056】[0056]

【発明の効果】請求項1に記載の構成によれば、ゲート
電極は、キャリア流方向に沿って伸びる第2の溝の内部
に形成されているために、エミッタ電極とコレクタ電極
との間のキャリアの流れを妨げない。従って、第2の溝
を絶縁膜に達する深さとしてもキャリアの流れは確保さ
れ、従来は異なる深さとしなければならなかった第1及
び第2の溝を同時に形成することが可能となる。これに
よって、溝を形成するための工程数が省かれ、IGBT
の製造が簡易及び迅速となる。
According to the first aspect of the present invention, since the gate electrode is formed inside the second groove extending along the carrier flow direction, the gate electrode is formed between the emitter electrode and the collector electrode. Does not obstruct carrier flow. Therefore, even if the second groove has a depth reaching the insulating film, the flow of carriers is ensured, and the first and second grooves, which conventionally had to have different depths, can be formed simultaneously. As a result, the number of steps for forming the groove is omitted, and the IGBT is formed.
Is simple and quick.

【0057】請求項2に記載の構成によれば、第3の溝
のコレクタ層側の側面にホールが蓄積されることと、ホ
ールと電子とのそれぞれの流路が重なることとによっ
て、伝導度変調が促進される。これによって、IGBT
のオン抵抗が低減される。
According to the second aspect of the present invention, the holes are accumulated on the side surface of the third groove on the collector layer side, and the flow paths of the holes and the electrons overlap, so that the conductivity is increased. Modulation is promoted. With this, the IGBT
Is reduced.

【0058】請求項3に記載の構成によれば、ベース層
は自身の内部に第3の溝を穿たれることによって、第3
の溝とコレクタ層との間に自身の一部が残存したままと
なる。この残存する部分によって、互いに導伝型が異な
るベース層とドリフト層との間に生ずる空乏層の広がり
が制限されることが回避される。これによって、IGB
Tの耐圧能力が向上する。
According to the third aspect of the present invention, the base layer has the third groove formed therein so that the third layer is formed.
A part of itself remains between the trench and the collector layer. This remaining portion prevents the depletion layer from being restricted from spreading between the base layer and the drift layer having different conductivity types. With this, IGB
The withstand voltage capability of T is improved.

【0059】請求項4に記載の構成によれば、より狭い
第2の溝にはマイクロローディング効果が働き、エッチ
ングによって同時に第1及び第2の溝を形成しても第2
の溝は第1の溝よりも浅くなる。電気的な分離のために
は絶縁膜に達する深さであることが好ましい第1の溝
と、キャリアの流れのためには絶縁膜と自身との間にド
リフト層が残存していなければならない第2の溝とい
う、互いに深さの異なる溝を同時に形成できるため、I
GBTの製造の効率が向上する。
According to the structure of the fourth aspect, the micro-loading effect acts on the narrower second groove, and the second groove is formed even if the first and second grooves are formed simultaneously by etching.
Is shallower than the first groove. The first groove, which preferably has a depth reaching the insulating film for electrical isolation, and the first trench, for which the drift layer must remain between the insulating film and itself for the flow of carriers. Since two grooves having different depths from each other can be formed at the same time,
The efficiency of GBT production is improved.

【0060】請求項5に記載の構成によれば、エッチン
グ遅延膜は、空間が残存する第1の開口内に存在する部
分はエッチングによって早々に除去され、より狭い第2
の開口内に存在する部分は残存してしまう。エッチング
遅延膜を形成するという工程を付加することによって、
互いに深さが異なる第1及び第2の溝を同時に形成する
ことを、第2の溝の幅に関して要求される精度が低い状
態にて行うことができる。これによって、IGBTの歩
留まりが向上する。また、エッチング遅延膜を半導体層
及びマスクの表面に選択的に形成しなければならない請
求項6に記載の構成よりも、表面全面に形成すれば良い
請求項5に記載の構成の方が、製造上の制約が少ない。
According to the fifth aspect of the present invention, in the etching delay film, the portion existing in the first opening where the space remains is removed promptly by etching, and the narrower second film is formed.
The portion existing in the opening of the above remains. By adding a process of forming an etching delay film,
Simultaneously forming the first and second grooves having different depths from each other can be performed in a state where the accuracy required for the width of the second groove is low. Thereby, the yield of the IGBT is improved. Further, the structure according to claim 5, which has to be formed on the entire surface, rather than the structure according to claim 6, in which the etching delay film must be selectively formed on the surface of the semiconductor layer and the mask, There are few restrictions on the above.

【0061】請求項6に記載の構成によれば、第1及び
第2の溝をエッチングによって同時に形成しても、エッ
チング遅延膜によって第2の溝は必然的に第1の溝より
も浅くなる。
According to the structure of the sixth aspect, even if the first and second grooves are simultaneously formed by etching, the second groove is necessarily shallower than the first groove by the etching delay film. .

【0062】請求項7に記載の構成によれば、不純物が
より多く存在するエミッタ層が酸化されて、ゲート電極
を絶縁するための酸化膜が得られる。不純物が多く存在
する方が酸化膜は厚くなるため、ゲート電極を絶縁する
ための酸化膜の耐圧能力が向上する。
According to the structure of the seventh aspect, the emitter layer containing more impurities is oxidized to obtain an oxide film for insulating the gate electrode. Since the oxide film becomes thicker when more impurities are present, the withstand voltage capability of the oxide film for insulating the gate electrode is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 実施の形態1に従うIGBT素子の構造の一
例を示す断面図である。
FIG. 1 is a cross sectional view showing an example of a structure of an IGBT element according to a first embodiment.

【図2】 実施の形態1に従うIGBT素子の構造の一
例を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross sectional view showing an example of the structure of the IGBT element according to the first embodiment.

【図3】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第1の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view illustrating a first example of a method for manufacturing an IGBT element according to a second embodiment in the order of steps.

【図4】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第1の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing a first example of a method for manufacturing an IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図5】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第2の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view illustrating a second example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図6】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第2の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view illustrating a second example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図7】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第2の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 7 is a sectional view illustrating a second example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図8】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方法
の第2の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view illustrating a second example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図9】 実施の形態2に従うIGBT素子の構造の一
例を示す断面図である。
FIG. 9 is a sectional view showing an example of the structure of the IGBT element according to the second embodiment.

【図10】 実施の形態2に従うIGBT素子の構造の
一例を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing an example of the structure of an IGBT element according to a second embodiment.

【図11】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方
法の第3の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating a third example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図12】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方
法の第3の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view illustrating a third example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図13】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方
法の第3の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating a third example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図14】 実施の形態2に従うIGBT素子の製造方
法の第3の例を工程順に示す断面図である。
FIG. 14 is a sectional view illustrating a third example of the method of manufacturing the IGBT element according to the second embodiment in the order of steps.

【図15】 空乏層の広がりを例示する断面図である。FIG. 15 is a cross-sectional view illustrating the expansion of a depletion layer.

【図16】 実施の形態3に従うIGBT素子の構造の
一例を示す断面図である。
FIG. 16 is a sectional view showing an example of a structure of an IGBT element according to a third embodiment.

【図17】 実施の形態3に従うIGBT素子の構造の
一例を示す断面図である。
FIG. 17 is a cross sectional view showing an example of the structure of the IGBT element according to the third embodiment.

【図18】 空乏層の広がりを例示する断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view illustrating the expansion of a depletion layer.

【図19】 実施の形態4に従うIGBT素子の構造の
一例を示す断面図である。
FIG. 19 is a sectional view showing an example of the structure of the IGBT element according to the fourth embodiment.

【図20】 実施の形態4に従うIGBT素子の構造の
一例を示す断面図である。
FIG. 20 is a sectional view showing an example of the structure of the IGBT element according to the fourth embodiment.

【図21】 実施の形態5に従うIGBT素子の構造の
第1の例を示す断面図である。
FIG. 21 is a cross sectional view showing a first example of the structure of the IGBT element according to the fifth embodiment.

【図22】 IGBT素子の構造の一例を示す断面図で
ある。
FIG. 22 is a sectional view showing an example of the structure of the IGBT element.

【図23】 実施の形態5に従うIGBT素子の構造の
第2の例を示す断面図である。
FIG. 23 is a cross sectional view showing a second example of the structure of the IGBT element according to the fifth embodiment.

【図24】 実施の形態5に従うIGBT素子の構造の
第3の例を示す断面図である。
FIG. 24 is a sectional view showing a third example of the structure of the IGBT element according to the fifth embodiment.

【図25】 従来のIGBT素子を示す断面図である。FIG. 25 is a cross-sectional view showing a conventional IGBT element.

【図26】 従来のIGBT素子を示す断面図である。FIG. 26 is a sectional view showing a conventional IGBT element.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板、2 酸化シリコン膜、3 ドリフト
層、4 バッファ層、5 コレクタ層、6 コレクタ電
極、8 ベース層、9 ゲート電極、10,10a エ
ミッタ層、11 エミッタ電極、12 絶縁膜、A 方
向、CH チャネル領域、H2,H3,H3a,H3b
開口、M1〜M4 マスク、M5 ポリシリコン層、
SL,SLP シリコン層、T1〜T3,T3a〜T3
d 溝。
Reference Signs List 1 silicon substrate, 2 silicon oxide film, 3 drift layer, 4 buffer layer, 5 collector layer, 6 collector electrode, 8 base layer, 9 gate electrode, 10, 10a emitter layer, 11 emitter electrode, 12 insulating film, A direction, CH channel region, H2, H3, H3a, H3b
Opening, M1-M4 mask, M5 polysilicon layer,
SL, SLP silicon layer, T1 to T3, T3a to T3
d groove.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 絶縁膜上に形成されており、電気的な分
離を行う第1の溝が穿たれている第1の導伝型のドリフ
ト層と、 前記ドリフト層の表面部に各々形成されており互いに隔
離されている、第2の導伝型のベース層及びコレクタ層
と、 前記ベース層の内部に形成されている、前記第1の導伝
型のエミッタ層と、 前記エミッタ層及び前記ベース層に接続するエミッタ電
極並びに前記コレクタ層及び前記ドリフト層に接続する
コレクタ電極と、 前記エミッタ電極及び前記コレクタ電極を互いに結ぶキ
ャリア流方向に沿って伸びる第2の溝の内部に形成され
ているゲート電極とを備える、IGBT。
A first conductive type drift layer formed on an insulating film and having a first groove for electrical isolation formed therein; and a first conductive type drift layer formed on a surface portion of the drift layer. A second conductive base layer and a collector layer separated from each other, the first conductive type emitter layer formed inside the base layer, and the emitter layer and the collector layer. An emitter electrode connected to the base layer, a collector electrode connected to the collector layer and the drift layer, and a second groove extending along a carrier flow direction connecting the emitter electrode and the collector electrode to each other. An IGBT comprising a gate electrode.
【請求項2】 請求項1に記載のIGBTであって、 前記エミッタ電極と前記コレクタ電極との間に、前記キ
ャリア流方向に交差する方向に沿って伸びる第3の溝が
穿たれている、IGBT。
2. The IGBT according to claim 1, wherein a third groove extending along a direction intersecting with the carrier flow direction is formed between the emitter electrode and the collector electrode. IGBT.
【請求項3】 請求項2に記載のIGBTであって、 前記第3の溝は、前記ベース層に穿たれている、IGB
T。
3. The IGBT according to claim 2, wherein the third groove is formed in the base layer.
T.
【請求項4】 絶縁膜上のドリフト層と、 前記ドリフト層とは導伝型が異なるベース層と、 前記ベース層によって前記ドリフト層とは隔離されてお
り、エミッタ電極に接続するエミッタ層と、 前記ドリフト層とは導伝型が異なり、コレクタ電極に接
続するコレクタ層とを有する半導体層を備えるIGBT
を製造する製造方法であって、 前記半導体層のうち、電気的な分離を行う第1の溝とな
る部分上に第1の開口を、 前記半導体層のうち、前記エミッタ電極及び前記コレク
タ電極の間に位置する伝導度変調促進用の第2の溝とな
る部分上に、前記第1の開口よりも狭い第2の開口をそ
れぞれ有するマスクを、前記半導体層のうち、前記エミ
ッタ層及び前記コレクタ層双方を有する表面上に形成す
る第1の工程と、 前記マスクを用いつつ前記半導体層に対してエッチング
を行う第2の工程とを備える、IGBTの製造方法。
4. A drift layer on an insulating film, a base layer having a different conductivity type from the drift layer, an emitter layer separated from the drift layer by the base layer, and connected to an emitter electrode; An IGBT including a semiconductor layer having a conductivity type different from the drift layer and having a collector layer connected to a collector electrode;
Wherein a first opening is formed on a portion of the semiconductor layer that is to be a first groove for performing electrical isolation, and wherein the first opening is formed on the emitter electrode and the collector electrode of the semiconductor layer. A mask having a second opening narrower than the first opening on a portion serving as a second groove for promoting conductivity modulation positioned between the emitter layer and the collector of the semiconductor layer; A method for manufacturing an IGBT, comprising: a first step of forming on a surface having both layers; and a second step of etching the semiconductor layer using the mask.
【請求項5】 請求項4に記載のIGBTの製造方法で
あって、前記第1及び第2の工程の間に、 少なくとも前記第1及び第2の開口を覆い、該第1の開
口内の空間は残存させつつも該第2の開口を塞ぐ厚みを
有するエッチング遅延膜を、前記半導体層及び前記マス
ク上に形成する工程を更に備える、IGBTの製造方
法。
5. The method of manufacturing an IGBT according to claim 4, wherein at least the first and second openings are covered between the first and second steps. A method for manufacturing an IGBT, further comprising: forming an etching delay film having a thickness that closes the second opening on the semiconductor layer and the mask while leaving a space.
【請求項6】 絶縁膜上のドリフト層と、 前記ドリフト層とは導伝型が異なるベース層と、 前記ベース層によって前記ドリフト層とは隔離されてお
り、エミッタ電極に接続するエミッタ層と、 前記ドリフト層とは導伝型が異なり、コレクタ電極に接
続するコレクタ層とを有する半導体層を備えるIGBT
を製造する製造方法であって、 前記半導体層のうち、電気的な分離を行う第1の溝とな
る部分上に第1の開口を、 前記半導体層のうち、前記エミッタ電極及び前記コレク
タ電極の間に位置する伝導度変調促進用の第2の溝とな
る部分上に第2の開口をそれぞれ有するマスクを、前記
半導体層のうち、前記エミッタ層及び前記コレクタ層双
方を有する表面上に形成する第1の工程と、 前記半導体層及び前記マスクの表面に選択的に、前記第
2の開口内である部分にエッチング遅延膜を形成する第
2の工程と、 前記マスク及び前記エッチング遅延膜を用いつつ前記半
導体層に対してエッチングを行う第3の工程とを備え
る、IGBTの製造方法。
6. A drift layer on an insulating film, a base layer having a conductivity different from that of the drift layer, an emitter layer separated from the drift layer by the base layer and connected to an emitter electrode, An IGBT including a semiconductor layer having a conductivity type different from the drift layer and having a collector layer connected to a collector electrode;
Wherein a first opening is formed on a portion of the semiconductor layer that is to be a first groove for performing electrical isolation, and wherein the first opening is formed on the emitter electrode and the collector electrode of the semiconductor layer. A mask having a second opening on a portion serving as a second groove for promoting conductivity modulation located therebetween is formed on a surface of the semiconductor layer having both the emitter layer and the collector layer. A first step, a second step of selectively forming an etching delay film in a portion within the second opening on the surface of the semiconductor layer and the mask, and using the mask and the etching delay film. And performing a third step of etching the semiconductor layer.
【請求項7】 請求項4、請求項5または請求項6に記
載のIGBTの製造方法であって、 不純物の濃度は、前記エミッタ層の方が前記ベース層よ
りも高く、 前記マスクは、前記半導体層の前記表面のうち前記エミ
ッタ層が露出されている部分よりも狭い、ゲート電極が
内部に形成される第3の溝の形成のための第3の開口を
有し、 前記エッチングが行われて前記第3の溝が形成された後
に、該第3の溝の表面を酸化する工程を更に備える、I
GBTの製造方法。
7. The method for manufacturing an IGBT according to claim 4, wherein said emitter layer has a higher impurity concentration than said base layer, and said mask has A third opening for forming a third groove in which a gate electrode is formed, the third opening being narrower than a portion where the emitter layer is exposed on the surface of the semiconductor layer, wherein the etching is performed; Further comprising, after the third groove is formed, oxidizing a surface of the third groove.
GBT manufacturing method.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2013153128A (en) * 2011-12-28 2013-08-08 Denso Corp Semiconductor device including lateral insulated gate bipolar transistor

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