JP6158036B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a semiconductor device.
電力用の半導体装置の一例として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)がある。IGBTは、例えば、コレクタ電極上に、p型コレクタ層、n型ベース層、p型ベース層が設けられる。そして、p型ベース層を貫通し、n型ベース層に達するトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介してトレンチゲート電極が設けられる。さらに、p型ベース層表面のトレンチに隣接する領域に、エミッタ電極に接続されるn型エミッタ層が設けられる。 As an example of a power semiconductor device, there is an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In the IGBT, for example, a p-type collector layer, an n-type base layer, and a p-type base layer are provided on the collector electrode. A trench gate electrode is provided through a gate insulating film in a trench that penetrates the p-type base layer and reaches the n-type base layer. Further, an n-type emitter layer connected to the emitter electrode is provided in a region adjacent to the trench on the surface of the p-type base layer.
IGBTでは、ゲート電極に正電圧が印加されることにより、p型ベース層にチャネルが形成される。そして、n型エミッタ層からn型ベース層に電子が注入されると同時に、p型コレクタ層からn型ベース層に正孔が注入される。これにより、コレクタ電極とエミッタ電極間に電流が流れる。 In the IGBT, a channel is formed in the p-type base layer by applying a positive voltage to the gate electrode. Electrons are injected from the n-type emitter layer into the n-type base layer, and at the same time, holes are injected from the p-type collector layer into the n-type base layer. Thereby, a current flows between the collector electrode and the emitter electrode.
IGBTのオン状態でのコレクタ電極とエミッタ電極との間のオン抵抗を低減するため、n型べース層からの正孔の排出を抑制する方法がある。この方法では、n型べース層からエミッタ電極に排出される正孔を抑制することで、相対的に電子の注入量を増大させ、IGBTのオン抵抗を低減する。例えば、p型ベース層の間にトレンチゲート電極に挟まれ電気的に絶縁されたp型層(フローティング層)を設ける構造、いわゆるトレンチIEGT(Injection Enhanced Gate Transistor)が提案されている。 In order to reduce the on-resistance between the collector electrode and the emitter electrode in the on-state of the IGBT, there is a method for suppressing the discharge of holes from the n-type base layer. In this method, by suppressing the holes discharged from the n-type base layer to the emitter electrode, the amount of injected electrons is relatively increased, and the on-resistance of the IGBT is reduced. For example, a structure in which a p-type layer (floating layer) electrically sandwiched between trench gate electrodes is provided between p-type base layers, that is, a so-called trench enhanced gate transistor (IEGT) has been proposed.
しかし、トレンチIEGTでは、トレンチゲート電極に挟まれたフローティング層の電位がスイッチングにより変動し、フローティング層とゲート電極の間のカップリングによりゲート電位が変動するという問題がある。この問題に対し、トレンチゲート電極とフローティング層との間にエミッタ電極に接続したシールド電極を設け、フローティング層の電位変動をシールドする方法が提案されている。 However, in the trench IEGT, there is a problem that the potential of the floating layer sandwiched between the trench gate electrodes varies due to switching, and the gate potential varies due to coupling between the floating layer and the gate electrode. To solve this problem, a method has been proposed in which a shield electrode connected to the emitter electrode is provided between the trench gate electrode and the floating layer to shield potential fluctuations in the floating layer.
本発明が解決しようとする課題は、オン抵抗の低減を可能とする半導体装置を提供することにある。 The problem to be solved by the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing on-resistance.
実施形態の半導体装置は、コレクタ電極と、前記コレクタ電極上に設けられる第1導電型のコレクタ層と、前記コレクタ層上に設けられる第2導電型の第1のベース層と、前記第1のベース層上に設けられる第1導電型の第2のベース層と、前記第1のベース層上に設けられ、電気的に絶縁された第1導電型のフローティング層と、前記第1のベース層との間、及び、前記第2のベース層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート電極と、前記第1のベース層、前記フローティング層、前記ゲート電極との間に絶縁膜を介して設けられる第1の導電体と、前記第2のベース層表面に選択的に設けられる第2導電型のエミッタ層と、前記第2のベース層及び前記エミッタ層上に設けられるエミッタ電極と、前記第1の導電体と接続される電位モニタ回路と、を備える。
The semiconductor device of the embodiment includes a collector electrode, a first conductivity type collector layer provided on the collector electrode, a second conductivity type first base layer provided on the collector layer, and the first A first conductive type second base layer provided on the base layer; an electrically insulated first conductive type floating layer provided on the first base layer; and the first base layer And between the first base layer, the floating layer, and the gate electrode through an insulating film, and between the first base layer, the floating layer, and the gate electrode. a first electrical conductor provided, the second base layer surface to the emitter layer of the second conductivity type which is selectively provided, an emitter electrode provided on said second base layer and the emitter layer, the The potential mode connected to the first conductor Includes a capacitor circuit, the.
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態を説明する。なお、以下の説明では、同一の部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description, the same members and the like are denoted by the same reference numerals, and the description of the members and the like once described is omitted as appropriate.
本明細書中、n+型、n型、n−型との表記は、n+型、n型、n−型の順でn型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。また、p+型、p型、p−型の表記は、p+型、p型、p−型の順で、p型の不純物濃度が低くなっていることを意味する。 Herein, n + -type, n-type, n - notation and type, n + -type, n-type, n - n-type impurity concentration in the order of type means that are lower. Further, p + -type, p-type, p - -type notation, p + -type, p-type, p - in the order of type impurity concentration of the p-type means that are lower.
(第1の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、コレクタ電極と、コレクタ電極上に設けられる第1導電型のコレクタ層と、コレクタ層上に設けられる第2導電型の第1のベース層と、第1のベース層上に設けられる第1導電型の第2のベース層と、第1のベース層上に設けられ、電気的に絶縁された第1導電型のフローティング層と、第1のベース層と第2のベース層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート電極と、第1のベース層、フローティング層、ゲート電極との間に絶縁膜を介して設けられる第1の導電体と、第2のベース層表面に選択的に設けられる第2導電型のエミッタ層と、第2のベース層及びエミッタ層上に設けられるエミッタ電極と、を備える。
(First embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment includes a collector electrode, a first conductivity type collector layer provided on the collector electrode, a second conductivity type first base layer provided on the collector layer, and a first base layer. A first conductivity type second base layer provided thereon; an electrically insulated first conductivity type floating layer provided on the first base layer; and a first base layer and a second base layer A gate electrode provided with an insulating film between the base layer, a first conductor provided with an insulating film between the first base layer, the floating layer, and the gate electrode; and a second base A second conductivity type emitter layer selectively provided on the layer surface; and an emitter electrode provided on the second base layer and the emitter layer.
図1は、本実施形態の半導体装置の要部の模式図である。図1(a)が要部の模式断面図、図1(b)が要部の模式平面図である。図1(a)は図1(b)のAA断面である。図1(b)には、図1(a)に例示するエミッタ電極26、絶縁層32が表示されていない。
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view of the main part, and FIG. 1B is a schematic plan view of the main part. FIG. 1A is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In FIG. 1B, the
本実施形態の半導体装置は、トレンチIEGT(以下、単にIEGTとも称する)を含む。以下、第1導電型がp型、第2導電型がn型である場合を例に説明する。 The semiconductor device of this embodiment includes a trench IEGT (hereinafter also simply referred to as IEGT). Hereinafter, a case where the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type will be described as an example.
本実施形態のIEGT100は、コレクタ電極10、p型コレクタ層12、n−型ベース層(第1のベース層)14、p型ベース層(第2のベース層)16、p型フローティング層18、ゲート電極(トレンチゲート電極)20、シールド電極(第1の導電体)22、n+型エミッタ層24、エミッタ電極26を、備える。ここで、「n+エミッタ層24」は「n+ソース層24」と称することも可能である。
The IEGT 100 of this embodiment includes a
p型コレクタ層12、n−型ベース層(第1のベース層)14、p型ベース層(第2のベース層)16、p型フローティング層18は、例えば、単結晶シリコン(Si)で形成される。それぞれの層において、p型不純物は、例えば、B(ボロン)であり、n型不純物は、例えば、リン(P)又はヒ素(As)である。
The p-
コレクタ電極10は、例えば、金属である。コレクタ電極10上には、p型コレクタ層12が設けられる。コレクタ電極10とp型コレクタ層12のコンタクトは、オーミックコンタクトであることが望ましい。
The
p型コレクタ層12上には、n−型ベース層14が設けられる。n−型ベース層14は、IEGT100のドリフト層として機能する。
An n −
n−型ベース層14上には、p型ベース層16が設けられる。また、n−型ベース層14上には、p型フローティング層18が設けられる。p型フローティング層18は、周囲と電気的に絶縁されている。すなわち、p型フローティング層18は、電気的にフローティング状態である。p型フローティング層18には、正孔が流れ込まないため、正孔に対する障壁として機能する。
A p-
IEGT100は、n−型ベース層14との間、及び、p型ベース層16との間に絶縁膜28を介して設けられるゲート電極20を備える。また、n−型ベース層14、p型フローティング層18、ゲート電極20との間に絶縁膜28を介して設けられるシールド電極22を備える。ゲート電極20とp型ベース層16との間の絶縁膜28は、ゲート絶縁膜として機能する。
The
ゲート電極20とシールド電極22は、同一のトレンチ30内に、絶縁膜28を間に挟んで設けられる。ゲート電極20とシールド電極22は、それぞれ間に挟まれる絶縁膜28に接している。
The
トレンチ30は、一端がp型ベース層16及びp型フローティング層18にあり、他端がn−型ベース層14にある。ゲート電極20とシールド電極22は、一端が、p型ベース層16とn−型ベース層14の境界よりもp型ベース層16側にあり、他端がp型ベース層16とn−型ベース層14の境界よりもn−型ベース層14側にある。さらに、ゲート電極20の一端は、n+型エミッタ層24とp型ベース層16の境界が絶縁膜28と交わる位置よりも、n+型エミッタ層24側にある。
The
IEGT100では、n+型エミッタ層24をソース、n−型ベース層14をドレイン、p型ベース層16をベース、絶縁膜28をゲート絶縁膜、ゲート電極20をゲートとするMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)構造が形成される。
In the
ゲート電極20とシールド電極22は、例えば、n型不純物を含む多結晶シリコンである。絶縁膜28は、例えば、シリコン酸化膜である。
The
ゲート電極20は、p型ベース層16におけるチャネル形成を制御する機能を備える。また、シールド電極22は、p型フローティング層18の電位変動の影響が、ゲート電極20の電位に及ぶことを抑制する機能を備える。シールド電極22は、例えば、エミッタ電極26と同電位である。
The
p型ベース層16表面に、n+型エミッタ層24が選択的に設けられる。n+型エミッタ層24のn型不純物濃度は、n−型ベース層14よりも高い。
An n + -
p型ベース層16、p型フローティング層18、ゲート電極20、シールド電極22上には、絶縁膜32が設けられる。絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜である。
An insulating
絶縁膜32上に、エミッタ電極26が設けられる。絶縁膜32には開口部が設けられ、開口部に露出するp型ベース層16及びn+型エミッタ層24上に接するようエミッタ電極26が設けられる。
An
エミッタ電極26は、例えば、金属である。エミッタ電極26と、p型ベース層16及びn+型エミッタ層24とのコンタクトは、オーミックコンタクトであることが望ましい。
The
本実施形態のIEGT100では、図1で破線の枠で囲まれる領域を1ユニットとして、このユニットが繰り返し配置される構成となっている。
In the
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図2〜図7は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 2 to 7 are schematic cross-sectional views showing the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment.
n型不純物を含有するn−型単結晶シリコン基板(n−型ベース層)14に、例えば、p型不純物としてボロン(B)をイオン注入し、熱拡散することにより、p型ベース層16及びp型フローティング層18となるp型不純物層を形成する。
For example, boron (B) is ion-implanted as a p-type impurity into an n − -type single crystal silicon substrate (n − -type base layer) 14 containing an n-type impurity, and then thermally diffused. A p-type impurity layer to be the p-
次に、例えば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法による膜堆積、リソグラフィ法及びRIE(Reactive Ion Etching)法により形成されるマスク材(図示せず)をマスクに、トレンチ30をRIE法で形成する。この際、トレンチ30には、リソグラフィ法によるパターニングで、トレンチ30をトレンチ30aとトレンチ30bに2分する壁31が形成される。すなわち、壁31の幅は、リソグラフィの限界以上の幅となる。トレンチ30形成後、マスク材は剥離される(図2)。
Next, for example, the
次に、例えば、熱酸化により絶縁膜28を形成する(図3)。この際、壁31がすべて酸化されるよう、酸化条件を設定する。
Next, the insulating
次に、トレンチ30内を埋め込むように、例えば、n型の多結晶シリコン19を堆積する(図4)。n型の多結晶シリコン19は、例えば、CVD法により堆積する。
Next, for example, n-
次に、例えば、CDE(Chemical Dry Etching)法により、多結晶シリコン19をエッチバックする(図5)。このエッチバックにより、トレンチ30内にゲート電極20とシールド電極22が形成される。
Next, the
次に、例えば、リソグラフィ法及びイオン注入法により、p型ベース層16表面に、n+型エミッタ層24を選択的に形成する。そして、例えば、CVD法により絶縁膜32を堆積する(図6)。絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜である。
Next, the n + -
次に、リソグラフィ法及びRIE法により、絶縁膜32をパターニングする(図7)。このパターニングにより、p型ベース層16上及びn+型エミッタ層24上に開口部33を設ける。
Next, the insulating
その後、公知の製造方法により、p型コレクタ層12、コレクタ電極10、エミッタ電極26等を形成し、図1に示すIEGT100が製造される。
Thereafter, the p-
次に、本実施形態の半導体装置の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effect of the semiconductor device of this embodiment will be described.
図8は、比較形態の半導体装置の要部の模式図である。比較形態の半導体装置は、IEGT900を含む。比較形態のIEGT900では、図8で破線の枠で囲まれる領域を1ユニットとして、このユニットが繰り返し配置される構成となっている。
FIG. 8 is a schematic diagram of a main part of a semiconductor device of a comparative form. The semiconductor device of the comparative form includes IEGT900. In the
IEGT900は、本実施形態のIEGT100と異なり、ゲート電極20とシールド電極22が。それぞれ異なるトレンチ内に形成される。このため、1ユニット内に、3個のp型ベース層16が設けられる構成となる。また、1ユニット内に、4個のn+型エミッタ層24が設けられる構成となる。
Unlike the
表1は、本実施形態のIEGT100と、比較形態のIEGT900の、1ユニットあたりのn+型エミッタ層幅、p型ベース層幅、及び、n+型エミッタ層幅とp型ベース層幅の比(エミッタ/ベース比)を示す。なお、図1(a)、図8に示すように、1個のp型ベース層16の幅をWpとする。また、図1(b)に示すように、1個のn+型エミッタ層24の幅をWnとする。
Table 1 shows the n + -type emitter layer width per unit, the p-type base layer width, and the ratio between the n + -type emitter layer width and the p-type base layer width of the
表1に示すように、本実施形態のIEGT100の方が、比較形態のIEGT900に比べ、1ユニットあたりのエミッタ/ベース比が大きくなる。したがって、IEGT100では相対的に正孔のn−型ベース層14からp型ベース層16への流れ込みが抑制され、実効的にn+型エミッタ層24からn−型ベース層14への電子の注入量が増加する。したがって、IEGTのオン抵抗が低減される。言い換えれば、IEGTのオン電流が増加する。
As shown in Table 1, the
さらに、表1に示すように、本実施形態のIEGT100の方が、比較形態のIEGT900に比べ、1ユニットあたりのn+型エミッタ層幅が小さくなる。したがって、IEGTの飽和電流が小さくなり、IEGTが組み込まれた回路で短絡が生じた場合であっても、当該回路に流れる電流量が抑制される。よって、当該回路が破壊されることを抑制することが可能となる。あるいは、当該回路が破壊に至るまでの時間を長くすることが可能となる。
Further, as shown in Table 1, the
ここで、図1(a)、図8に示すように、p型フローティング層18の幅をWp’とする。1ユニット内のp型ベース層16の幅の総和とp型フローティング層18の幅の総和の比((Wpの総和)/(Wp’の総和))が、1/5以上、1/1以下の範囲にあることが望ましい。言い換えれば、(Wpの総和):(Wp’の総和)が1:1から1:5の範囲にあることが望ましい。
Here, as shown in FIGS. 1A and 8, the width of the p-
(Wpの総和)/(Wp’の総和)が1/5よりも小さくなると、p型ベース層16の占める割合が小さくなることでMOSFET構造の抵抗が大きくなり、IEGTのオン抵抗が大きくなりすぎる恐れがある。また、1/1より大きくなると、p型ベース層への正孔の流れ込みが十分抑制されず、IEGTのオン抵抗が大きくなりすぎる恐れがある。
When (the sum of Wp) / (the sum of Wp ′) is smaller than 1/5, the proportion of the p-
また、本実施形態において、ゲート電極20とシールド電極22間の絶縁膜28の厚さは、ゲート電極20とp型ベース層16間の絶縁膜28の厚さよりも厚いことが、ゲート電極20とシールド電極22間の容量を低減する観点から望ましい。
In the present embodiment, the thickness of the insulating
また、シールド電極22を、エミッタ電極26と同電位にする構成を例に説明したが、シールド電極22を、エミッタ電極26以外の電位に固定する構成を排除するものではない。
Further, the configuration in which the
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗の低減、飽和電流の低減が実現できる。 According to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to reduce the on-resistance of IEGT and the saturation current.
(第2の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の導電体が電気的に絶縁され、第1の導電体に接続される電位モニタ回路を、さらに備えること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については一部記述を省略する。
(Second Embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment, except that the first conductor is electrically insulated and further includes a potential monitor circuit connected to the first conductor. Therefore, a part of the description overlapping the first embodiment is omitted.
図9は、本実施形態の半導体装置の要部の模式図である。本実施形態のIEGT200は、第1の実施形態でシールド電極として機能させる第1の導電体を、フローティング電極42とする。そして、本実施形態の半導体装置は、フローティング電極42に接続される電位モニタ回路44と、保護回路46とを備える。
FIG. 9 is a schematic view of a main part of the semiconductor device of this embodiment. In the
電位モニタ回路44は、フローティング電極42の電位をモニタすることで、間接的にp型フローティング層18の電位変動をモニタする。これにより、例えば、p型フローティング層18に過電流が流れこむような異常動作を検知することが可能となる。
The
保護回路46は、電位モニタ回路44で異常が検知された場合、例えば、IEGT200が組み込まれた回路の電源を落とす機能を備える。これにより、IEGT200が組み込まれた回路が破壊に至ることを抑制することが可能となる。
The
なお、電位モニタ回路44及び保護回路46は、IEGT200と同一の半導体基板上に設ける構成とすることが可能である。或いは、IEGT200と別素子として設ける構成とすることも可能である。
Note that the
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗の低減、飽和電流の低減が実現できる。さらに、IEGTの異常動作の検知、及び、異常動作に起因する回路の破壊を抑制することができる。 According to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to reduce the on-resistance of IEGT and the saturation current. Further, it is possible to suppress the abnormal operation of the IEGT and to suppress the destruction of the circuit due to the abnormal operation.
(第3の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第1の導電体とフローティング層との間に絶縁膜を介して設けられる第2の導電体を、さらに備えること以外は、第1の実施形態と同様である。したがって、第1の実施形態と重複する内容については一部記述を省略する。
(Third embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the first embodiment except that the semiconductor device further includes a second conductor provided via an insulating film between the first conductor and the floating layer. Therefore, a part of the description overlapping the first embodiment is omitted.
図10は、本実施形態の半導体装置の要部の模式図である。図10(a)が要部の模式断面図、図10(b)が要部の模式平面図である。図10(a)は図10(b)のAA断面である。図10(b)には、図10(a)に例示するエミッタ電極26、絶縁層32が表示されていない。
FIG. 10 is a schematic diagram of a main part of the semiconductor device of this embodiment. FIG. 10A is a schematic cross-sectional view of the main part, and FIG. 10B is a schematic plan view of the main part. FIG. 10A is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG. In FIG. 10B, the
本実施形態のIEGT300は、コレクタ電極10、p型コレクタ層12、n−型ベース層(第1のベース層)14、p型ベース層(第2のベース層)16、p型フローティング層18、ゲート電極20、シールド電極(第1の導電体)22、フローティング電極(第2の導電体)50、n+型エミッタ層24、エミッタ電極26を、備える。
The
IEGT300は、n−型ベース層14とp型ベース層16との間に絶縁膜28を介して設けられるゲート電極20を備える。また、n−型ベース層14とゲート電極20との間に絶縁膜28を介して設けられるシールド電極22を備える。さらに、シールド電極22とp型フローティング層18との間に絶縁膜28を介して設けられるフローティング電極50を備える。ゲート電極20とp型ベース層16との間の絶縁膜28は、ゲート絶縁膜として機能する。
The
ゲート電極20、シールド電極22及びフローティング電極50は、同一のトレンチ30内に、絶縁膜28を間に挟んで設けられる。ゲート電極20とシールド電極22は、それぞれ間に挟まれる絶縁膜28に接している。シールド電極22とフローティング電極50は、それぞれ間に挟まれる絶縁膜28に接している。
The
本実施形態のIEGT300では、図10で破線の枠で囲まれる領域を1ユニットとして、このユニットが繰り返し配置される構成となっている。
The
次に、本実施形態の半導体装置の製造方法の一例について説明する。図11〜図20は、本実施形態の半導体装置の製造方法を示す模式断面図である。 Next, an example of a method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment will be described. 11 to 20 are schematic cross-sectional views illustrating the method for manufacturing the semiconductor device of this embodiment.
n型不純物を含有するn−型単結晶シリコン基板(n−型ベース層)14に、例えば、p型不純物としてボロン(B)をイオン注入し、熱拡散することにより、p型ベース層16及びp型フローティング層18となるp型不純物層を形成する。
For example, boron (B) is ion-implanted as a p-type impurity into an n − -type single crystal silicon substrate (n − -type base layer) 14 containing an n-type impurity, and then thermally diffused. A p-type impurity layer to be the p-
次に、例えば、CVD法による膜堆積、リソグラフィ法及びRIE法により形成されるマスク材(図示せず)をマスクに、トレンチ30をRIE法で形成する。トレンチ形成後、マスク材は剥離される(図11)。
Next, for example, the
次に、例えば、熱酸化により絶縁膜28aを形成する(図12)。
Next, the insulating
次に、トレンチ30内を埋め込むように、例えば、n型の多結晶シリコン19を堆積する(図13)。n型の多結晶シリコンは、例えば、CVD法により堆積する。
Next, for example, n-
次に、例えば、CDE法により、多結晶シリコン19をエッチバックする(図14)。このエッチバックにより、トレンチ30内にシールド電極22が形成される。
Next, the
次に、例えば、ウェットエッチング法により、絶縁膜28aをエッチバックする(図15)。このエッチバックにより、トレンチ30内のシールド電極22の側面の一部を露出させる。
Next, the insulating
次に、例えば、熱酸化により絶縁膜28bを形成する(図16)。 Next, the insulating film 28b is formed by, for example, thermal oxidation (FIG. 16).
次に、トレンチ30内を埋め込むように、例えば、n型の多結晶シリコン21を堆積する(図17)。n型の多結晶シリコン21は、例えば、CVD法により堆積する。 Next, for example, n-type polycrystalline silicon 21 is deposited so as to fill the trench 30 (FIG. 17). The n-type polycrystalline silicon 21 is deposited by, for example, a CVD method.
次に、例えば、CDE法により、多結晶シリコン21をエッチバックする(図18)。このエッチバックにより、トレンチ30内にゲート電極20及びフローティング電極50が形成される。
Next, the polycrystalline silicon 21 is etched back by, for example, the CDE method (FIG. 18). By this etch back, the
次に、例えば、リソグラフィ法及びイオン注入法により、p型ベース層16表面に、n+型エミッタ層24を選択的に形成する。そして、例えば、CVD法により絶縁膜32を堆積する(図19)。絶縁膜32は、例えば、シリコン酸化膜である。
Next, the n + -
次に、リソグラフィ法及びRIE法により、絶縁膜32をパターニングする(図20)。このパターニングにより、p型ベース層16上及びn+型エミッタ層24上に開口部33を設ける。
Next, the insulating
その後、公知の製造方法により、p型コレクタ層12、コレクタ電極10、エミッタ電極26等を形成し、図10に示すIEGT300が製造される。
Thereafter, the p-
本実施形態によれば、シールド電極22とp型フローティング層18との間に、フローティング電極50を設けることにより、過電流等に起因してp型フローティング層18の電位が上昇しても、p型フローティング層18とシールド電極22の間の絶縁膜28にかかる電界が緩和される。したがって、絶縁膜28の破壊が抑制され、信頼性に優れた半導体装置が実現される。
According to the present embodiment, by providing the floating
また、本実施形態によれば、トレンチ30内の3個の電極のパターンを、リソグラフィ法によらずに形成することが可能となる。したがって、トレンチ内の構造を、制御性良く微細に製造することが可能となる。
Further, according to the present embodiment, the pattern of the three electrodes in the
本実施形態のIEGT300において、シールド電極22の端部が、ゲート電極20よりもp型コレクタ層12側にあることが望ましい。シールド電極22によるシールド効果が向上するからである。
In the
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗の低減、飽和電流の低減が実現できる。さらに、トレンチ内の絶縁膜の耐性が向上し、高い信頼性が実現される。また、制御性良く微細な電極構造を製造することが可能となる。 According to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to reduce the on-resistance of IEGT and the saturation current. Further, the resistance of the insulating film in the trench is improved, and high reliability is realized. In addition, it is possible to manufacture a fine electrode structure with good controllability.
(第4の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第2の導電体が電気的にエミッタ電極と同電位であることと以外は、第3の実施形態と同様である。したがって、第3の実施形態と重複する内容については一部記述を省略する。
(Fourth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the third embodiment except that the second conductor is electrically at the same potential as the emitter electrode. Therefore, a part of the description overlapping the third embodiment is omitted.
本実施形態のIEGTは、構造は図10に示す第3の実施形態と同様である。第2の導電体が、電気的に絶縁されるのではなく、電気的にエミッタ電極と同電位の第2のシールド電極となる。 The structure of the IEGT of this embodiment is the same as that of the third embodiment shown in FIG. The second conductor is not electrically insulated but becomes a second shield electrode having the same potential as the emitter electrode.
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗の低減、飽和電流の低減が実現できる。また、制御性良く微細な構造を製造することが可能となる。 According to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to reduce the on-resistance of IEGT and the saturation current. It is also possible to manufacture a fine structure with good controllability.
(第5の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第2の導電体と接続される電位モニタ回路を、さらに備えること以外は、第3の実施形態と同様である。したがって、第3の実施形態と重複する内容については一部記述を省略する。
(Fifth embodiment)
The semiconductor device of this embodiment is the same as that of the third embodiment, except that it further includes a potential monitor circuit connected to the second conductor. Therefore, a part of the description overlapping the third embodiment is omitted.
図21は、本実施形態の半導体装置の要部の模式図である。本実施形態のIEGT400は、フローティング電極50に接続される電位モニタ回路44と、保護回路46とを備える。
FIG. 21 is a schematic diagram of a main part of the semiconductor device of the present embodiment. The
電位モニタ回路44は、フローティング電極50の電位をモニタすることで、間接的にp型フローティング層18の電位変動をモニタする。これにより、例えば、p型フローティング層18に過電流が流れこむような異常動作を検知することが可能となる。
The
保護回路46は、電位モニタ回路44で異常が検知された場合、例えば、IEGTが組み込まれた回路の電源を落とす機能を備える。これにより、IEGTが組み込まれた回路が破壊に至ることを抑制することが可能となる。
The
なお、電位モニタ回路44及び保護回路46は、IEGT400と同一の半導体基板上に設ける構成とすることが可能である。或いは、IEGT400と別素子として設ける構成とすることも可能である。
Note that the
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗の低減、飽和電流の低減が実現できる。さらに、IEGTの異常動作の検知、及び、異常動作に起因する回路の破壊を抑制することができる。また、制御性良く微細な構造を製造することが可能となる。 According to the semiconductor device of the present embodiment, it is possible to reduce the on-resistance of IEGT and the saturation current. Further, it is possible to suppress the abnormal operation of the IEGT and to suppress the destruction of the circuit due to the abnormal operation. It is also possible to manufacture a fine structure with good controllability.
(第6の実施形態)
本実施形態の半導体装置は、第2導電型の第1のベース層と、第1導電型の第2のベース層との間に、第2導電型のバリア層を、さらに備えること以外は、第3の実施形態と同様である。したがって、第3の実施形態と重複する内容については一部記述を省略する。
(Sixth embodiment)
The semiconductor device of the present embodiment, except that the second conductivity type barrier layer is further provided between the second conductivity type first base layer and the first conductivity type second base layer, This is the same as in the third embodiment. Therefore, a part of the description overlapping the third embodiment is omitted.
図22は、本実施形態の半導体装置の要部の模式図である。本実施形態のIEGT500は、n−型ベース層14と、p型ベース層16との間に、n型バリア層52を、さらに備える。n型バリア層52のn型不純物濃度は、n−型ベース層14よりも高い。
FIG. 22 is a schematic view of a main part of the semiconductor device of this embodiment. The
n型バリア層52は、正孔に対する障壁として機能する。したがって、実効的にn+型エミッタ層24からn−型ベース層14への電子の注入量が増加する。したがって、IEGT500のオン抵抗が低減される。
The n-
本実施形態の半導体装置によれば、IEGTのオン抵抗がさらに低減される。また、飽和電流の低減が実現できる。そして、制御性良く微細な電極構造を製造することが可能となる。 According to the semiconductor device of this embodiment, the on-resistance of IEGT is further reduced. Also, a reduction in saturation current can be realized. And it becomes possible to manufacture a fine electrode structure with good controllability.
以上、実施形態では、第1導電型がp型、第2導電型がn型の場合を例に説明したが、第1導電型がn型、第2導電型がp型の構成とすることも可能である。 As described above, in the embodiment, the case where the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type has been described as an example. However, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. Is also possible.
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。例えば、一実施形態の構成要素を他の実施形態の構成要素と置き換え又は変更してもよい。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. For example, a component in one embodiment may be replaced or changed with a component in another embodiment. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10 コレクタ電極
12 p型コレクタ層
14 n−型ベース層(第1のベース層)
16 p型ベース層(第2のベース層)
18 p型フローティング層
20 ゲート電極
22 シールド電極(第1の導電体)
24 n+型エミッタ層
26 エミッタ電極
28 絶縁膜
44 電位モニタ回路
50 フローティング電極(第2の導電体)
100 IGBT
200 IGBT
300 IGBT
400 IGBT
500 IGBT
10 collector electrode 12 p-type collector layer 14 n - type base layer (first base layer)
16 p-type base layer (second base layer)
18 p-
24 n +
100 IGBT
200 IGBT
300 IGBT
400 IGBT
500 IGBT
Claims (5)
前記コレクタ電極上に設けられる第1導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に設けられる第2導電型の第1のベース層と、
前記第1のベース層上に設けられる第1導電型の第2のベース層と、
前記第1のベース層上に設けられ、電気的に絶縁された第1導電型のフローティング層と、
前記第1のベース層との間、及び、前記第2のベース層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート電極と、
前記第1のベース層、前記フローティング層、前記ゲート電極との間に絶縁膜を介して設けられる第1の導電体と、
前記第2のベース層表面に選択的に設けられる第2導電型のエミッタ層と、
前記第2のベース層及び前記エミッタ層上に設けられるエミッタ電極と、
前記第1の導電体と接続される電位モニタ回路と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A collector electrode;
A collector layer of a first conductivity type provided on the collector electrode;
A first base layer of a second conductivity type provided on the collector layer;
A second base layer of a first conductivity type provided on the first base layer;
A first conductive type floating layer provided on the first base layer and electrically insulated;
Between the first base layer, and a gate electrode provided via an insulating film between said second base layer,
A first conductor provided through an insulating film between the first base layer, the floating layer, and the gate electrode;
A second conductivity type emitter layer selectively provided on the surface of the second base layer;
An emitter electrode provided on the second base layer and the emitter layer;
A potential monitor circuit connected to the first conductor;
A semiconductor device comprising:
前記コレクタ電極上に設けられる第1導電型のコレクタ層と、
前記コレクタ層上に設けられる第2導電型の第1のベース層と、
前記第1のベース層上に設けられる第1導電型の第2のベース層と、
前記第1のベース層上に設けられ、電気的に絶縁された第1導電型のフローティング層と、
前記第1のベース層との間、及び、前記第2のベース層との間に絶縁膜を介して設けられるゲート電極と、
前記第1のベース層、前記フローティング層、前記ゲート電極との間に絶縁膜を介して設けられる第1の導電体と、
前記第1の導電体と前記フローティング層との間に絶縁膜を介して設けられる第2の導電体と、
前記第2のベース層表面に選択的に設けられる第2導電型のエミッタ層と、
前記第2のベース層及び前記エミッタ層上に設けられるエミッタ電極と、
前記第2の導電体と接続される電位モニタ回路と、
を、備えることを特徴とする半導体装置。 A collector electrode;
A collector layer of a first conductivity type provided on the collector electrode;
A first base layer of a second conductivity type provided on the collector layer;
A second base layer of a first conductivity type provided on the first base layer;
A first conductive type floating layer provided on the first base layer and electrically insulated;
A gate electrode provided between the first base layer and the second base layer via an insulating film;
A first conductor provided through an insulating film between the first base layer, the floating layer, and the gate electrode;
A second conductor provided via an insulating film between the first conductor and the floating layer ;
A second conductivity type emitter layer selectively provided on the surface of the second base layer;
An emitter electrode provided on the second base layer and the emitter layer;
A potential monitor circuit connected to the second conductor;
A semiconductor device comprising:
The first conductor is a semiconductor device electrically claim 2 or claim 4, wherein the a emitter electrode at the same potential.
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