JP2001144293A - Semiconductor device - Google Patents
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- JP2001144293A JP2001144293A JP32312399A JP32312399A JP2001144293A JP 2001144293 A JP2001144293 A JP 2001144293A JP 32312399 A JP32312399 A JP 32312399A JP 32312399 A JP32312399 A JP 32312399A JP 2001144293 A JP2001144293 A JP 2001144293A
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に、高電圧、大電流のスイッチング制御を行うこ
とができる半導体デバイスに関する。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a semiconductor device capable of performing high-voltage, large-current switching control.
【0002】[0002]
【従来の技術】与えられた電源から電気自動車などのモ
ータを駆動するための所望の電流、電圧を生成するため
にインバータ装置が用いられる。このインバータは、ス
イッチング素子とそれに逆並列に接続された還流用ダイ
オードとを一対とした構成を含んでいる。2. Description of the Related Art An inverter device is used to generate a desired current and voltage for driving a motor such as an electric vehicle from a given power supply. This inverter includes a configuration in which a switching element and a reflux diode connected in anti-parallel to the switching element are paired.
【0003】このようなインバータに用いられるスイッ
チング素子は、電流導通時の電圧降下が小さいこと、す
なわちオン電圧が小さいという特性を要求される。ま
た、そのスイッチング素子はインバータの高速動作を実
現するために、高速なスイッチング動作を要求されると
ともに、スイッチング動作に伴うスイッチング損失が少
ないことが要求される。加えて、スイッチング素子の単
位面積当たりに流すことが可能な電流、すなわち可制御
電流密度の向上を図り、スイッチング素子の小型化及び
1ウエハから得られるチップ数の増大に伴うスイッチン
グ素子のコスト低減のための努力がなされている。A switching element used in such an inverter is required to have a characteristic that a voltage drop during current conduction is small, that is, an ON voltage is small. In addition, the switching element is required to have a high-speed switching operation in order to realize a high-speed operation of the inverter, and is required to have a small switching loss accompanying the switching operation. In addition, the current that can flow per unit area of the switching element, that is, the controllable current density is improved, so that the size of the switching element is reduced and the cost of the switching element is reduced as the number of chips obtained from one wafer increases. Efforts are being made.
【0004】これらの要請に答え得る素子として、絶縁
ゲートトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipol
ar Transisto)がある。IGBTは、パワーMOSFE
Tとバイポーラトランジスタとを1チップに複合した半
導体素子であり、MOSゲートによる高速スイッチング
性能とバイポーラトランジスタ動作による高耐圧、高導
通特性を兼ね備えている。特に、ゲートをトレンチ構造
にて構成したトレンチIGBTはオン電圧と高速スイッ
チング性能とに対する要求を良好に両立できる素子とし
て注目を浴びている。As an element that can meet these requirements, an insulated gate transistor (IGBT) is used.
ar Transisto). IGBT is power MOSFET
This is a semiconductor element in which T and a bipolar transistor are combined in one chip, and has both high-speed switching performance by a MOS gate and high breakdown voltage and high conduction characteristics by a bipolar transistor operation. In particular, a trench IGBT in which a gate has a trench structure has attracted attention as an element that can satisfy both requirements for on-voltage and high-speed switching performance.
【0005】図6は従来のトレンチIGBTの構造を立
体的に示す模式的な斜視図である。また図7は従来のト
レンチIGBTの構造を模式的に示す上面図である。図
6において正面として表される素子断面は図7に示す直
線AA’に沿った断面であり、一方、図6において側面
として表される素子断面は図7に示す直線BB’に沿っ
た断面である。FIG. 6 is a schematic perspective view showing a three-dimensional structure of a conventional trench IGBT. FIG. 7 is a top view schematically showing the structure of a conventional trench IGBT. 6 is a cross section along the line AA 'shown in FIG. 7, while the element cross section shown as a side surface in FIG. 6 is a cross section along the line BB' shown in FIG. is there.
【0006】素子の半導体部分には大きくは表面から裏
面に向けてpベース層4、n-エピタキシャル層6、n+
バッファ層8、p+コレクタ層10が形成される。さら
にpベース層4の表面側には、n+エミッタ領域12が
形成される。このn+エミッタ領域12は表面にpベー
ス層4が露出する部分を残すように形成される。トレン
チ14は半導体部分の表面からn+エミッタ領域12、
pベース層4を削り、n-エピタキシャル層6に達する
深さにまで形成される。そのトレンチ14内にゲート酸
化膜16を介してゲート電極18が埋設される。半導体
部分の表面にはpベース層4とn+エミッタ領域12に
接触するエミッタ電極20が設けられる。なお、トレン
チ14の上には層間絶縁膜22が配され、その上にエミ
ッタ電極20が形成され、これによりゲート電極18と
エミッタ電極20との絶縁が確保される。In the semiconductor portion of the device, the p base layer 4, n − epitaxial layer 6, n +
Buffer layer 8 and p + collector layer 10 are formed. Further, on the surface side of p base layer 4, n + emitter region 12 is formed. The n + emitter region 12 is formed so as to leave a portion where the p base layer 4 is exposed on the surface. The trench 14 extends from the surface of the semiconductor portion to the n + emitter region 12,
The p base layer 4 is shaved to a depth reaching the n − epitaxial layer 6. A gate electrode 18 is buried in the trench 14 via a gate oxide film 16. An emitter electrode 20 is provided on the surface of the semiconductor portion to be in contact with p base layer 4 and n + emitter region 12. Note that an interlayer insulating film 22 is provided on the trench 14, and an emitter electrode 20 is formed thereon, thereby ensuring insulation between the gate electrode 18 and the emitter electrode 20.
【0007】この構成において、n+エミッタ領域1
2、pベース層4、n-エピタキシャル層6及びゲート
電極18がMOSFETを構成し、ゲート電極18に正
電圧を印加するとpベース層4のゲート電極18に接す
る領域にチャネルが形成され、n+エミッタ領域12か
らn-エピタキシャル層6へ電子が流入する。In this configuration, n + emitter region 1
2, the p base layer 4, the n − epitaxial layer 6 and the gate electrode 18 constitute a MOSFET. When a positive voltage is applied to the gate electrode 18, a channel is formed in a region of the p base layer 4 in contact with the gate electrode 18, and the n + Electrons flow from emitter region 12 to n − epitaxial layer 6.
【0008】また、pベース層4、n-エピタキシャル
層6、n+バッファ層8、p+コレクタ層10がpnpバ
イポーラトランジスタを構成する。このpnpバイポー
ラトランジスタにおいては、上記MOSFET部分の動
作によりn-エピタキシャル層6、n+バッファ層8の導
電率が低下することによりp+コレクタ層10からpベ
ース層4へ正孔が流れる。The p base layer 4, n − epitaxial layer 6, n + buffer layer 8, and p + collector layer 10 form a pnp bipolar transistor. In this pnp bipolar transistor, the conductivity of the n − epitaxial layer 6 and the n + buffer layer 8 decreases due to the operation of the MOSFET portion, and holes flow from the p + collector layer 10 to the p base layer 4.
【0009】例えば、従来の定格600V系のトレンチ
IGBTは、p+基板の一主面に厚さ10〜15μm、
キャリア濃度1×1017cm-3程度のn+バッファ層8
を形成し、その上に厚さ50〜70μm、キャリア濃度
2×1014cm-3程度のn-エピタキシャル層6を形成
する。さらにn-エピタキシャル層6の表面側に深さ3
〜6μmのpベース層4を熱拡散にて形成し、そのpベ
ース層4内にn+エミッタ領域12を拡散により形成す
る。このn+エミッタ領域12の拡散深さは0.5〜1
μm程度である。トレンチ14はpベース層4より1〜
3μm程度深い深さ、幅1μm、長さ1mmであり、こ
のトレンチ14が平行に4μm間隔で配列され、その内
側にゲート酸化膜16を介してゲート電極18が設けら
れる。ゲート酸化膜16の膜厚は80〜100nmであ
る。この従来のトレンチIGBTは電流密度250A/
cm2にてオン電圧1.4V程度である。For example, a conventional trench IGBT having a rated voltage of 600 V has a thickness of 10 to 15 μm on one main surface of ap + substrate.
N + buffer layer 8 having a carrier concentration of about 1 × 10 17 cm −3
Is formed, and an n − epitaxial layer 6 having a thickness of 50 to 70 μm and a carrier concentration of about 2 × 10 14 cm −3 is formed thereon. Further n - depth on the surface side of the epitaxial layer 6 of 3
A p base layer 4 of about 6 μm is formed by thermal diffusion, and an n + emitter region 12 is formed in the p base layer 4 by diffusion. The diffusion depth of this n + emitter region 12 is 0.5 to 1
It is about μm. The trench 14 is 1 to 1 from the p base layer 4.
The trenches 14 have a depth of about 3 μm, a width of 1 μm, and a length of 1 mm. The trenches 14 are arranged in parallel at intervals of 4 μm. A gate electrode 18 is provided inside the trench 14 via a gate oxide film 16. Gate oxide film 16 has a thickness of 80 to 100 nm. This conventional trench IGBT has a current density of 250 A /
The on-voltage is about 1.4 V at cm 2 .
【0010】[0010]
【発明が解決しようとする課題】大電流を制御する用途
の半導体素子の構成としては、電流の流通路の断面積を
大きくすることが考えられる。しかしこの方法では、設
計上、流通路断面積を大きく確保しても、製造上等のば
らつき、不均一により流通路内に電流が集中する箇所が
生じ、当該箇所にて素子が破壊されるという問題があっ
た。As a configuration of a semiconductor element used for controlling a large current, it is conceivable to increase the sectional area of a current passage. However, in this method, even if a large cross-sectional area of the flow passage is ensured in design, there is a place where current concentrates in the flow passage due to variations and non-uniformity in manufacturing and the like, and the element is destroyed at the place. There was a problem.
【0011】例えば、上記従来のトレンチIGBTは電
流密度400A/cm2の状態でインダクタンス負荷の
スイッチングを行ったところ、ターンオフできなくな
り、配線が溶融しチップが破壊されてしまった。For example, when switching the inductance load in the conventional trench IGBT at a current density of 400 A / cm 2 , the conventional trench IGBT cannot be turned off, the wiring is melted, and the chip is broken.
【0012】特にこのような破壊が生じる電流密度は、
チップ温度が高くなると低下する傾向がある。例えば上
記従来のトレンチIGBTはチップ温度125℃では電
流密度100A/cm2で破壊されてしまった。In particular, the current density at which such breakdown occurs is
As the chip temperature increases, it tends to decrease. For example, the above-mentioned conventional trench IGBT was broken at a chip temperature of 125 ° C. at a current density of 100 A / cm 2 .
【0013】本発明は上記問題点を解消するためになさ
れたもので、常温、高温を問わず大電流スイッチング動
作時に破壊されず信頼性の高い半導体装置を提供するこ
とを目的とする。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and has as its object to provide a highly reliable semiconductor device which is not destroyed at the time of a large current switching operation regardless of normal temperature or high temperature.
【0014】[0014]
【課題を解決するための手段】図8、図9は従来のIG
BTにおいてターンオフ時に破壊を生じる機構を説明す
るものであり、図8、図9はそれぞれ、図7の直線A
A’、直線BB’に沿った断面である。ゲート電極18
をターンオフすると第1導電型ベース層(図8、図9に
おいてpベース層4)と第2導電型ベース層(同図にお
いてn-エピタキシャル層6)との間は逆バイアスさ
れ、それら領域の境界の両側には空乏層30が広がる。
空乏層30が形成される結果、第1導電型ベース層とト
レンチ14のゲート電極絶縁膜(同図においてゲート酸
化膜16)との境界面においては反転層32が形成され
る。第2導電型ベース層に蓄積された少数キャリアはこ
の反転層32が形成されるゲート電極絶縁膜境界面(伝
導境界面)に沿って流れてエミッタ電極20に達する。
同図において、この少数キャリアの流れが矢印にて示さ
れている。ここで、この伝導境界面に形成されるチャネ
ルのコンダクタンスは、実効的なターンオフタイミング
の微妙なずれや製造上のばらつき等の要因に依存し、必
ずしも当該伝導境界面の各部において一様とはならな
い。その結果、図9に示すように、第2導電型ベース層
から第1導電型ベース層への電流が集中する箇所が生じ
ると、その部分では寄生トランジスタの動作によりラッ
チアップが起こり、電流集中が促進され素子が破壊され
得る。伝導境界面のある箇所に集中する電流は、当該伝
導境界面を介して集まる。よって、伝導境界面がカバー
する第2導電型ベース層の範囲、すなわち伝導境界面の
水平方向の長さが大きいほど、集中する電流量は大きく
なると考えられる。8 and 9 show a conventional IG.
FIG. 8 and FIG. 9 illustrate a mechanism that causes destruction at the time of turn-off in the BT.
A ′, a cross section along a straight line BB ′. Gate electrode 18
Is turned off, a reverse bias is applied between the first conductivity type base layer (p base layer 4 in FIGS. 8 and 9) and the second conductivity type base layer (n − epitaxial layer 6 in FIG. 8), and the boundary between these regions The depletion layer 30 spreads on both sides of.
As a result of the formation of the depletion layer 30, an inversion layer 32 is formed at the interface between the first conductivity type base layer and the gate electrode insulating film (gate oxide film 16 in the figure) of the trench 14. The minority carriers accumulated in the second conductivity type base layer flow along the gate electrode insulating film interface (conductive interface) where the inversion layer 32 is formed, and reach the emitter electrode 20.
In the figure, the flow of the minority carrier is indicated by an arrow. Here, the conductance of the channel formed at the conduction interface depends on factors such as subtle deviation of the effective turn-off timing and manufacturing variations, and is not necessarily uniform at each part of the conduction interface. . As a result, as shown in FIG. 9, when a portion where the current concentrates from the second conductivity type base layer to the first conductivity type base layer occurs, latch-up occurs at that portion due to the operation of the parasitic transistor, and the current concentration increases. Accelerated and the device can be destroyed. Current concentrated at some point on the conduction interface collects via the conduction interface. Therefore, it is considered that the larger the range of the second conductivity type base layer covered by the conduction boundary surface, that is, the longer the horizontal length of the conduction boundary surface, the larger the amount of concentrated current.
【0015】本発明は、このような機構によって生じる
と考えられる第1導電型ベース層の特定箇所への電流集
中を抑制することにより、半導体装置の破壊を回避する
という課題を解決し、上記目的を達成するものである。The present invention solves the problem of avoiding destruction of a semiconductor device by suppressing current concentration on a specific portion of a first conductivity type base layer, which is considered to be caused by such a mechanism. Is to achieve.
【0016】まず本発明に係る、コレクタ電極に接続さ
れる第1導電型コレクタ層と、前記第1導電型コレクタ
層上に形成された第2導電型ベース層と、前記第2導電
型ベース層上に形成されエミッタ電極に接続される第1
導電型ベース層と、前記第1導電型ベース層の表面から
形成され前記第2導電型ベース層の途中まで達する深さ
を有するトレンチと、前記第1導電型ベース層の表面に
前記トレンチに沿って選択的に形成され、前記エミッタ
電極に接続される第2導電型エミッタ領域と、前記トレ
ンチ内に絶縁膜を介して埋込形成され、前記第1導電型
ベース層を介して前記第2導電型エミッタ領域と前記第
2導電型ベース層との間で流れる電流を制御するゲート
電極とを有し、前記エミッタ電極と前記コレクタ電極と
の間の電流制御を行う半導体装置は、前記トレンチの側
壁の前記絶縁膜と前記第1導電型ベース層とが接して形
成される各伝導境界面の前記トレンチに沿った水平長
が、前記エミッタ電極と前記コレクタ電極との間の目標
とする可制御電流密度に応じた上限値以下に形成される
ものである。First, according to the present invention, a first conductivity type collector layer connected to a collector electrode, a second conductivity type base layer formed on the first conductivity type collector layer, and a second conductivity type base layer A first electrode formed above and connected to the emitter electrode;
A conductive type base layer, a trench formed from a surface of the first conductive type base layer and having a depth reaching halfway of the second conductive type base layer, and a trench along a surface of the first conductive type base layer. A second conductive type emitter region selectively formed by the second conductive type and connected to the emitter electrode, and buried in the trench via an insulating film, and the second conductive type base layer via the first conductive type base layer. A semiconductor device for controlling current flowing between the emitter electrode and the collector electrode, the semiconductor device having a gate electrode for controlling a current flowing between the base emitter layer and the second conductivity type base layer; The horizontal length along the trench of each conduction boundary formed by contacting the insulating film and the first conductivity type base layer is a target controllable current between the emitter electrode and the collector electrode. Dense It is those formed below the upper limit value in accordance with.
【0017】本発明によれば、伝導境界面のトレンチに
沿った水平長が所定値以下となるように構成される。こ
れにより、伝導境界面におけるターンオフが不均一であ
っても、当該伝導境界面内のある点に集中する電流に上
限が課せられる。伝導境界面のトレンチに沿った水平長
の所定値は、当該半導体装置をどの程度の電流の制御に
用いるかに応じて定められ、基本的に制御可能な電流密
度が大きくなるほど、伝導境界面の水平長を小さく定め
るのが好適である。伝導境界面の水平長を抑制する一つ
の態様は、トレンチ自体の長さを制御する方法である。
この方法では例えば基板上にトレンチそれぞれを長く一
本に形成するのではなく、分断された複数本の短いトレ
ンチに形成される。According to the present invention, the horizontal length of the conduction boundary along the trench is equal to or less than a predetermined value. This imposes an upper limit on the current concentrated at a point within the conduction interface, even if the turn-off at the conduction interface is non-uniform. The predetermined value of the horizontal length along the trench at the conduction boundary is determined according to how much current the semiconductor device is used to control, and basically, the larger the controllable current density becomes, the more the conduction boundary becomes larger. It is preferable to set the horizontal length to be small. One way to control the horizontal length of the conductive interface is to control the length of the trench itself.
In this method, for example, instead of forming each of the long trenches on the substrate, the trenches are formed in a plurality of divided short trenches.
【0018】本発明に係る半導体装置は、前記トレンチ
の側壁に接触して設けられ前記伝導境界面を分断する分
離領域を有するものである。A semiconductor device according to the present invention has an isolation region provided in contact with a side wall of the trench to divide the conductive boundary surface.
【0019】本発明によれば、トレンチ自体を短く形成
することなしに伝導境界面の水平長を抑制することがで
きる。本発明によれば、トレンチの側壁に接触して分離
領域が形成される。この分離領域は、それが接するゲー
ト電極絶縁膜部分における反転層の形成を阻害するもの
であり、これにより共通のトレンチの側壁に面して形成
される伝導境界面が複数の部分に分断される。この分離
領域をトレンチに沿って所定間隔以下に配置することに
より、伝導境界面のトレンチに沿った水平長が抑制さ
れ、当該半導体装置の破壊を回避しつつ目標とする電流
密度までの電流制御が可能となる。According to the present invention, the horizontal length of the conduction boundary can be suppressed without making the trench itself short. According to the present invention, the isolation region is formed in contact with the side wall of the trench. The isolation region hinders the formation of the inversion layer in the portion of the gate electrode insulating film with which the isolation region contacts, thereby dividing the conduction boundary surface formed facing the side wall of the common trench into a plurality of portions. . By arranging the isolation region along the trench at a predetermined interval or less, the horizontal length of the conduction boundary along the trench is suppressed, and current control up to a target current density can be performed while avoiding destruction of the semiconductor device. It becomes possible.
【0020】本発明の好適な態様は、前記分離領域が、
第1導電型低抵抗領域である半導体装置である。本態様
によれば、分離領域が例えば第1導電型不純物を多量に
導入するこにより形成された低抵抗領域であるので、ト
レンチに接する部分に反転層が形成されず、伝導境界面
の分離がなされる。In a preferred aspect of the present invention, the separation region is
This is a semiconductor device that is a first conductivity type low resistance region. According to this aspect, since the isolation region is a low-resistance region formed by introducing a large amount of impurities of the first conductivity type, for example, no inversion layer is formed at a portion in contact with the trench, and the separation of the conduction boundary surface is prevented. Done.
【0021】本発明に係る半導体装置においては、前記
第2導電型ベース層が、前記第1導電型コレクタ層に接
する側に第2導電型低抵抗層を含むことを特徴とする。In the semiconductor device according to the present invention, the second conductive type base layer includes a second conductive type low resistance layer on a side in contact with the first conductive type collector layer.
【0022】本発明によれば、第1導電型コレクタ領域
の少数キャリアが第2導電型ベース層内部へ注入される
ことを抑制することができる。これにより、ターンオフ
時に伝導境界面を介してエミッタ電極へ流れる電流量が
抑制されるので、電流集中による破壊が起こりにくくな
る。According to the present invention, it is possible to prevent minority carriers in the collector region of the first conductivity type from being injected into the base layer of the second conductivity type. This suppresses the amount of current flowing to the emitter electrode via the conduction boundary surface at the time of turn-off, so that breakdown due to current concentration hardly occurs.
【0023】本発明に係る半導体装置においては、前記
第2導電型ベース層が、前記第1導電型コレクタ層に接
する側に当該第2導電型ベース層における少数キャリア
のライフタイムを低減させる少数キャリア抑制層を有す
ることを特徴とする。In the semiconductor device according to the present invention, the second conductivity type base layer has a minority carrier for reducing the lifetime of minority carriers in the second conductivity type base layer on the side in contact with the first conductivity type collector layer. It has a suppression layer.
【0024】本発明によれば、第1導電型コレクタ領域
の少数キャリアが第2導電型ベース層内部へ注入される
ことが少数キャリア抑制層によって抑制される。これに
より、ターンオフ時に伝導境界面を介してエミッタ電極
へ流れる電流量が抑制されるので、電流集中による破壊
が起こりにくくなる。According to the present invention, the injection of minority carriers in the first conductivity type collector region into the second conductivity type base layer is suppressed by the minority carrier suppression layer. This suppresses the amount of current flowing to the emitter electrode via the conduction boundary surface at the time of turn-off, so that breakdown due to current concentration hardly occurs.
【0025】本発明の好適な態様は、前記少数キャリア
抑制層が、陽子又はヘリウムイオンの少なくとも一方を
照射して再結合中心を導入することにより形成される半
導体装置である。イオン注入をすることにより、再結合
中心となる格子欠陥が導入される。特に陽子、ヘリウム
は電子線に比べてその飛程が短い。そのため、第1導電
型コレクタ層が配置される基板裏面からそれらイオンを
注入することにより、第2導電型ベース層の第1導電型
コレクタ層に接する側に格子欠陥をもっぱら分布させる
ことができ、第1導電型コレクタ層の少数キャリアの第
2導電型ベース層への注入を効果的に抑制することがで
きる。A preferred embodiment of the present invention is a semiconductor device in which the minority carrier suppressing layer is formed by irradiating at least one of protons and helium ions to introduce recombination centers. By performing ion implantation, lattice defects serving as recombination centers are introduced. In particular, protons and helium have shorter ranges than electron beams. Therefore, by implanting these ions from the back surface of the substrate on which the first conductivity type collector layer is disposed, lattice defects can be exclusively distributed on the side of the second conductivity type base layer which is in contact with the first conductivity type collector layer, Injection of minority carriers of the first conductivity type collector layer into the second conductivity type base layer can be effectively suppressed.
【0026】[0026]
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
【0027】図1は本発明に係るトレンチIGBTの構
造を立体的に示す模式的な斜視図である。また図2は本
発明に係るトレンチIGBTの構造を模式的に示す上面
図である。図1において正面として表される素子断面は
図2に示す直線AA’に沿った断面であり、一方、図1
において側面として表される素子断面は図2に示す直線
BB’に沿った断面である。また図3は本発明に係るト
レンチIGBTの構造を模式的に示す断面図であり、図
2に示す直線BB’に沿った断面である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a three-dimensional structure of a trench IGBT according to the present invention. FIG. 2 is a top view schematically showing the structure of the trench IGBT according to the present invention. 1 is a cross section taken along a line AA ′ shown in FIG. 2, while FIG.
2 is a cross section taken along a straight line BB ′ shown in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a structure of the trench IGBT according to the present invention, which is a cross-section along a straight line BB ′ shown in FIG.
【0028】p+コレクタ層50を構成するp+基板(厚
さ500μm,キャリア濃度1×1018cm-3以上)の
上には、第2導電型ベース層を構成するn+バッファ層
52(厚さ10〜15μm)及びn-エピタキシャル層
54(厚さ55〜70μm,キャリア濃度2×1014c
m-3程度)がそれぞれエピタキシャル成長法により形成
される。なお、n+バッファ層52は、キャリア濃度1
×1017cm-3程度の低抵抗層である。一方、n-エピ
タキシャル層54のキャリア濃度は2×1014cm-3程
度である。On a p + substrate (thickness: 500 μm, carrier concentration: 1 × 10 18 cm -3 or more) constituting the p + collector layer 50, an n + buffer layer 52 (constituting a second conductivity type base layer) is formed. Thickness 10-15 μm) and n − epitaxial layer 54 (55-70 μm thick, carrier concentration 2 × 10 14 c)
m −3 ) is formed by the epitaxial growth method. The n + buffer layer 52 has a carrier concentration of 1
It is a low resistance layer of about × 10 17 cm −3 . On the other hand, the carrier concentration of n − epitaxial layer 54 is about 2 × 10 14 cm −3 .
【0029】pベース層56(厚さ3〜6μm,キャリ
ア濃度1×1017cm-3オーダー)はn-エピタキシャ
ル層54の表面には不純物を熱拡散することにより形成
される。このpベース層56の表面にフォトレジスト膜
が形成され、このフォトレジスト膜をパターニングし
て、n+領域を形成するためのマスクが形成される。n+
領域は、このマスクの上から不純物をイオン注入するこ
とにより形成される。n+領域の拡散深さは0.5〜1
μm程度である。The p base layer 56 (thickness 3 to 6 μm, carrier concentration of the order of 1 × 10 17 cm −3 ) is formed on the surface of the n − epitaxial layer 54 by thermally diffusing impurities. A photoresist film is formed on the surface of p base layer 56, and the photoresist film is patterned to form a mask for forming an n + region. n +
The region is formed by ion-implanting an impurity from above the mask. The diffusion depth of the n + region is 0.5 to 1
It is about μm.
【0030】n+領域のパターンは、幅数μm、長さ1
mm程度の細長いストライプ形状のn+エミッタ領域5
8を含んでいる。大電流制御を可能とするために、本素
子内にはIGBTが多数並列に配置される。これに対応
して、n+エミッタ領域58も複数並列に配置される。
さらにn+領域は互いに隣り合うn+エミッタ領域58間
を橋渡しするコンタクト領域60を含んでいる。このコ
ンタクト領域60は、もっぱらn+エミッタ領域58と
エミッタ電極72との電気的接触を確保するために設け
られている。The pattern of the n + region has a width of several μm and a length of 1.
n + emitter region 5 in the form of an elongated stripe of about mm
8 is included. In order to enable large current control, many IGBTs are arranged in parallel in this device. Correspondingly, a plurality of n + emitter regions 58 are also arranged in parallel.
Further, the n + region includes a contact region 60 bridging between adjacent n + emitter regions 58. This contact region 60 is provided solely for ensuring electrical contact between n + emitter region 58 and emitter electrode 72.
【0031】n+エミッタ領域58の長手方向の中心線
に沿ってトレンチ62が形成される。このトレンチ62
は、pベース層56より1〜3μm程度深い深さを有
し、またその幅は1μm、長さはn+エミッタ領域58
と同じく1mm程度に形成される。トレンチ62をn+
エミッタ領域58の中心線に沿って形成することによ
り、各n+エミッタ領域58はトレンチ62に隣接する
2つの領域に分割される。トレンチ62の内側にはゲー
ト酸化膜64を介して、ゲート電極66が埋設される。
なお、ゲート酸化膜64の膜厚は80〜100nmであ
る。なお、ゲート電極66は例えば4μm間隔程度とな
るように構成される。A trench 62 is formed along the longitudinal center line of n + emitter region 58. This trench 62
Has a depth of about 1 to 3 μm deeper than the p base layer 56, and has a width of 1 μm and a length of the n + emitter region 58.
And about 1 mm. N + trench 62
Forming along the center line of emitter region 58 divides each n + emitter region 58 into two regions adjacent to trench 62. A gate electrode 66 is buried inside the trench 62 via a gate oxide film 64.
The thickness of the gate oxide film 64 is 80 to 100 nm. Note that the gate electrodes 66 are configured so as to have an interval of about 4 μm, for example.
【0032】本IGBTでは、このトレンチ62と同程
度の深さのp+分離領域68がトレンチ62の長手方向
と垂直に形成される。このp+分離領域68は幅1〜5
μmであり、例えば高エネルギーイオン注入法や熱拡散
法などを用いて形成される。p+分離領域68は低抵抗
(例えばキャリア濃度1×1018cm-3以上)に構成さ
れる。このp+分離領域68は例えば50〜200μm
間隔でトレンチ62と直交するように配置される。ま
た、p+分離領域68はトレンチ62の側面、すなわち
ゲート酸化膜64に接するように形成されている。In the present IGBT, ap + isolation region 68 having the same depth as trench 62 is formed perpendicular to the longitudinal direction of trench 62. This p + isolation region 68 has a width of 1 to 5
μm, and is formed by using, for example, a high energy ion implantation method or a thermal diffusion method. The p + isolation region 68 has a low resistance (for example, a carrier concentration of 1 × 10 18 cm −3 or more). The p + isolation region 68 is, for example, 50 to 200 μm
It is arranged so as to be orthogonal to the trench 62 at intervals. Further, p + isolation region 68 is formed so as to be in contact with the side surface of trench 62, that is, gate oxide film 64.
【0033】その後、トレンチ62の上には、トレンチ
62を覆うようにストライプ状の層間絶縁膜70が設け
られる。この層間絶縁膜70は次に当該膜上に設けられ
るエミッタ電極72と当該膜下に形成されたゲート電極
66との絶縁を確保するためのものである。Thereafter, a striped interlayer insulating film 70 is provided on the trench 62 so as to cover the trench 62. The interlayer insulating film 70 is for ensuring insulation between the emitter electrode 72 provided on the film and the gate electrode 66 formed below the film.
【0034】この層間絶縁膜70の次にエミッタ電極7
2が形成される。エミッタ電極72は層間絶縁膜70の
隙間に露出するpベース層56、n+エミッタ領域58
及びp+分離領域68に電気的に接触し、それらを共通
電位に保つ電極である。上述のように層間絶縁膜70を
設けたことにより、エミッタ電極72はpベース層56
等、半導体層が露出する部分だけでなく、ゲート電極6
6が配置される領域にも積層することができる。つまり
基本的にエミッタ電極72はpベース層56、n+エミ
ッタ領域58及びp+分離領域68を包含する領域全面
に形成され、これによりエミッタ電極72に対する微細
なパターニングが不要となる。After the interlayer insulating film 70, the emitter electrode 7
2 are formed. The emitter electrode 72 includes a p base layer 56 exposed in a gap between the interlayer insulating films 70 and an n + emitter region 58.
And an electrode that electrically contacts the p + isolation region 68 and keeps them at a common potential. By providing the interlayer insulating film 70 as described above, the emitter electrode 72 is
In addition to the portion where the semiconductor layer is exposed, the gate electrode 6
6 can also be stacked in the area where the 6 is arranged. That is, basically, the emitter electrode 72 is formed on the entire surface including the p base layer 56, the n + emitter region 58 and the p + isolation region 68, so that fine patterning of the emitter electrode 72 becomes unnecessary.
【0035】なお、n+エミッタ領域58は少なくとも
部分的に層間絶縁膜70に覆われ、層間絶縁膜70の隙
間に露出するn+エミッタ領域58の面積は少なくな
る。上述したコンタクト領域60はこれを補うために設
けられている。The n + emitter region 58 is at least partially covered with the interlayer insulating film 70, and the area of the n + emitter region 58 exposed in the gap between the interlayer insulating films 70 is reduced. The above-described contact region 60 is provided to supplement this.
【0036】図4は、ターンオフ特性の測定に用いた測
定回路であり、負荷としてインダクタンスを有してい
る。当該測定回路を用いて、本実施形態に係るトレンチ
IGBT及び従来のトレンチIGBTの試験を行った。
その試験結果を模式的に示すグラフが図5である。図に
おいて横軸は時間であり、縦軸はエミッタ−コレクタ間
の電流である。ゲート駆動用パルス電源80が時刻t0
にてトレンチIGBT82のゲート電極66に電圧を印
加してゲートをターンオンすると、電源84に接続され
たトレンチIGBT82のエミッタ−コレクタ間が導通
状態となる。エミッタ端子にはインダクタンス86が接
続されているため、エミッタ−コレクタ間に流れる電流
は過渡過程において次第に増加していく。その過渡過程
のあるタイミングでゲートをターンオフしたときの電流
の振る舞いが図5に示されている。図5において、実線
が本実施形態に係るトレンチIGBT、また点線がp+
分離領域68を有さない点を除いて本実施形態と基本的
に同様に構成された従来のトレンチIGBTの振る舞い
を示す。FIG. 4 shows a measurement circuit used for measuring the turn-off characteristic, which has an inductance as a load. Using the measurement circuit, tests of the trench IGBT according to the present embodiment and the conventional trench IGBT were performed.
FIG. 5 is a graph schematically showing the test results. In the figure, the horizontal axis is time, and the vertical axis is the current between the emitter and the collector. The gate drive pulse power supply 80 is turned on at time t 0.
When a voltage is applied to the gate electrode 66 of the trench IGBT 82 to turn on the gate, the emitter-collector of the trench IGBT 82 connected to the power supply 84 becomes conductive. Since the inductance 86 is connected to the emitter terminal, the current flowing between the emitter and the collector gradually increases in a transient process. FIG. 5 shows the current behavior when the gate is turned off at a certain timing during the transition process. In FIG. 5, the solid line is the trench IGBT according to the present embodiment, and the dotted line is p +
The behavior of a conventional trench IGBT basically configured the same as the present embodiment except that it does not have an isolation region 68 is shown.
【0037】従来のIGBTに対しては電流の密度があ
るレベル(例えば温度125℃の高温時において約10
0A/cm2)に達したタイミングt1にてターンオフを
試みた。しかし、従来素子では電流は若干減少した後、
増加に転じ、素子が破壊されてしまった。このターンオ
フの失敗のメカニズムは以下のように理解される。すな
わち、n-エピタキシャル層54に蓄積された正孔が、
ターンオフ時にpベース層56とゲート酸化膜64との
境界面の反転層を伝ってエミッタへ吸収される過程にお
いて、当該境界面の正孔が通りやすい部分に、当該境界
面を伝って広い範囲から正孔電流が集中する。その正孔
電流の集中により寄生トランジスタのラッチアップが生
じ、電流を遮断することができなくなったと考えられ
る。For a conventional IGBT, the current density is at a certain level (for example, about 10% at a high temperature of 125 ° C.).
0A / cm 2 ), the turn-off was attempted at timing t 1 . However, in the conventional device, after the current decreased slightly,
It turned into an increase and the device was destroyed. The mechanism of this turn-off failure is understood as follows. That is, the holes accumulated in n − epitaxial layer 54 are
In the process of being absorbed by the emitter through the inversion layer at the interface between the p-base layer 56 and the gate oxide film 64 at the time of turn-off, a portion of the interface at which holes easily pass through the interface extends from a wide range through the interface. Hole current concentrates. It is considered that the concentration of the hole current caused the latch-up of the parasitic transistor, and the current could not be cut off.
【0038】これに対し、本実施形態に係るIGBTに
対してはより大きな電流密度(例えば温度125℃の高
温時において約150A/cm2)となるタイミングt2
においてもターンオフ動作が可能であった。これは、ゲ
ート酸化膜64とpベース層56との境界面のある部分
に正孔電流が集中することをp+分離領域68が防止す
るからであると考えられる。すなわち、n-エピタキシ
ャル層54に蓄積された正孔が、ターンオフ時にpベー
ス層56とゲート酸化膜64との境界面の反転層を伝っ
てエミッタへ吸収される過程において、当該正孔はp+
分離領域68とゲート酸化膜64とが接する境界面部分
を越えて移動することを妨げられる。これにより、pベ
ース層56とゲート酸化膜64との境界面に正孔が通り
やすい部分があっても、そこに正孔電流が集中しにくく
なり、よって寄生トランジスタのラッチアップも生じに
くくなる。ちなみに、図3には、正孔の流れが矢印で示
されている。On the other hand, for the IGBT according to this embodiment, the timing t 2 at which the current density becomes higher (for example, about 150 A / cm 2 at a high temperature of 125 ° C.).
Also, the turn-off operation was possible. It is considered that this is because the p + isolation region 68 prevents the hole current from concentrating on a certain portion of the interface between the gate oxide film 64 and the p base layer 56. That is, during the process in which the holes accumulated in n − epitaxial layer 54 are absorbed by the emitter through the inversion layer at the interface between p base layer 56 and gate oxide film 64 at the time of turn-off, the holes become p +
It is prevented that the separation region 68 and the gate oxide film 64 move beyond the boundary surface portion in contact with each other. As a result, even if there is a portion where holes easily pass through at the interface between the p base layer 56 and the gate oxide film 64, the hole current hardly concentrates there, and thus the latch-up of the parasitic transistor hardly occurs. Incidentally, in FIG. 3, the flow of holes is indicated by arrows.
【0039】なお、本実施形態に係るトレンチIGBT
では、従来と同様に電流密度250A/cm2において
オン電圧1.4Vという特性、また従来とほぼ同様の素
子耐圧(750〜800V)が得られた。このように、
p+分離領域68を設けることにより、ターンオフ特性
の改善が実現される一方、他の特性は損なわれることは
なかった。The trench IGBT according to the present embodiment
As in the case of the related art, a characteristic of an on-state voltage of 1.4 V at a current density of 250 A / cm 2 and a device withstand voltage (750 to 800 V) substantially the same as the related art were obtained. in this way,
By providing the p + isolation region 68, the turn-off characteristics were improved, while other characteristics were not impaired.
【0040】本実施形態の大きな特徴であるp+分離領
域68は、すでに述べたように高エネルギーイオン注入
装置を用いて形成することができる。その場合、例え
ば、加速エネルギーを変化させイオン注入を行うことに
より、幅の広がりを抑制しつつ、トレンチとほぼ同じ程
度の深さから表面近傍まで好適な濃度で不純物が分布す
るp+分離領域68を実現することができる。このよう
に、従来のプロセスを大幅に変更することなくp+分離
領域68を形成することができる。The p.sup. + Isolation region 68, which is a major feature of this embodiment, can be formed by using a high-energy ion implantation apparatus as described above. In this case, for example, by performing ion implantation while changing the acceleration energy, the p + isolation region 68 in which impurities are distributed at a suitable concentration from a depth substantially equal to that of the trench to near the surface while suppressing the spread of the width is suppressed. Can be realized. Thus, the p + isolation region 68 can be formed without significantly changing the conventional process.
【0041】本IGBTのターンオフ特性の改善効果
は、pベース層56とゲート酸化膜64との境界に形成
される正孔のチャネル面がp+分離領域68によって水
平方向に関して複数の部分チャネル面に分割されること
に基づくものである。これにより、チャネル面のある箇
所に集中し得る正孔電流量は、その箇所を含む部分チャ
ネル面を流れうる正孔電流量に制限される。よって、p
+分離領域68の配置間隔を小さくし、部分チャネル面
を小さくするほど、ある箇所に集中し得る正孔電流は抑
制され、ターンオフ特性の改善効果は高くなることが期
待される。その一方で、p+分離領域68の配置間隔を
小さくすると、n+エミッタ領域58、pベース層5
6、n-エピタキシャル層54及びゲート電極66にて
構成されるNMOSトランジスタの面積が低下する。そ
の結果、オン状態においてエミッタ電極72側から十分
な電子を注入しにくくなり、オン電圧が上昇する。よっ
て、ターンオフ特性だけでなく、オン電圧特性をも考慮
するとp+分離領域68の配置間隔には好適な範囲が存
在し得る。例えば、上述した本実施形態においては、オ
ン電圧の劣化を回避するためにはp+分離領域68の配
置間隔は50μmより大きくすべきであり、好ましくは
100μmとすべきである。一方、その間隔を500μ
m程度以上とすると、ターンオフ特性の改善効果が薄れ
る。The effect of improving the turn-off characteristics of the present IGBT is that the channel surface of holes formed at the boundary between the p base layer 56 and the gate oxide film 64 has a plurality of partial channel surfaces in the horizontal direction due to the p + isolation region 68. This is based on the division. As a result, the amount of hole current that can be concentrated on a certain portion of the channel surface is limited to the amount of hole current that can flow on the partial channel surface including that portion. Therefore, p
+ The arrangement interval of the isolation region 68 is reduced, the smaller the partial channel surface, the hole current may concentrate on a certain portion is suppressed, the effect of improving the turn-off characteristics is expected to be higher. On the other hand, if the arrangement interval of the p + isolation region 68 is reduced, the n + emitter region 58 and the p base layer 5
6, the area of the NMOS transistor formed of the n − epitaxial layer 54 and the gate electrode 66 is reduced. As a result, it becomes difficult to inject sufficient electrons from the emitter electrode 72 side in the ON state, and the ON voltage increases. Therefore, considering not only the turn-off characteristics but also the on-voltage characteristics, a suitable range may exist for the arrangement intervals of the p + isolation regions 68. For example, in the above-described embodiment, the arrangement interval of the p + isolation regions 68 should be larger than 50 μm, and preferably 100 μm, in order to avoid deterioration of the ON voltage. On the other hand, the interval is 500μ
If it is about m or more, the effect of improving the turn-off characteristics is diminished.
【0042】なお、ここでは、n-エピタキシャル層5
4とp+コレクタ層50との間にn+バッファ層52を配
置した。このn+バッファ層52は、p+コレクタ層50
からの正孔の注入を抑制し、ターンオフ時間の短縮を図
るためのものである。また、n+バッファ層52に代え
て、陽子やヘリウムイオンの注入により再結合中心が導
入された層をn-エピタキシャル層54のp+コレクタ層
50側に設け、少数キャリアである正孔のライフタイム
を短くすることによっても、ターンオフ時間の短縮が図
られる。さらにこの再結合中心導入層とn+バッファ層
52との双方を設ける構成も好適である。Here, the n - epitaxial layer 5
4 and p + collector layer 50, n + buffer layer 52 was arranged. The n + buffer layer 52, p + collector layer 50
The purpose of this is to suppress the injection of holes from the holes and shorten the turn-off time. Instead of the n + buffer layer 52, a layer into which recombination centers are introduced by implantation of protons or helium ions is provided on the p + collector layer 50 side of the n − epitaxial layer 54, and the life of holes as minority carriers is reduced. The turn-off time can also be reduced by shortening the time. Further, a configuration in which both the recombination center introduction layer and the n + buffer layer 52 are provided is also suitable.
【0043】上記実施形態では、p+分離領域68を隣
接するトレンチ62間にわたるように形成した。これ
は、もっぱら層間絶縁膜70の間に露出するp+分離領
域68を設け、エミッタ電極72との電気的接触を確保
することを意図したものである。本質的にはp+分離領
域68はトレンチ62側壁とpベース層56とが接触す
る境界面を分断しさえすればターンオフ特性の改善効果
を十分に達成し、必ずしもpベース層56自体が分断さ
れる必要はないと考える。よって、エミッタ電極72と
の電気的接触を考慮しなければ、p+分離領域68は隣
接するトレンチ62間を橋渡しされない構成も可能であ
る。また、p+分離領域68をトレンチ62に垂直に配
置することも本質的なことではなく、これを斜めに配置
することも可能である。In the above embodiment, the p + isolation region 68 is formed so as to extend between the adjacent trenches 62. This is intended to secure the electrical contact with the emitter electrode 72 by providing the p + isolation region 68 exposed exclusively between the interlayer insulating films 70. Essentially, the p + isolation region 68 sufficiently achieves the effect of improving the turn-off characteristics as long as the boundary surface where the side wall of the trench 62 and the p base layer 56 are in contact is separated, and the p base layer 56 itself is not necessarily separated. I don't think you need to. Therefore, a configuration in which the p + isolation region 68 is not bridged between the adjacent trenches 62 is also possible unless electrical contact with the emitter electrode 72 is considered. Further, it is not essential that the p + isolation region 68 is arranged perpendicularly to the trench 62, and it is possible to arrange the p + isolation region 68 obliquely.
【0044】[0044]
【発明の効果】本発明の半導体装置によれば、大電流導
通状態でターンオフ動作を行った場合の素子の破壊が防
止され、確実にターンオフが実現されるという効果が得
られる。この効果はチップ温度が高くなっても得られ
る。また、電気自動車など大きな出力が必要なモータを
駆動するために用いられる半導体装置において、スイッ
チング時に発生する大きなサージ電圧などによる破壊を
防止できる効果もある。このように本発明に係る半導体
装置を用いることにより、信頼性の高いスイッチング回
路を実現することができる。特に本発明によれば電気自
動車など厳しい環境下で使用されるインバータを構成す
るのに好適な半導体装置が得られる。According to the semiconductor device of the present invention, the element is prevented from being destroyed when the turn-off operation is performed in a state where a large current is conducted, and the effect that the turn-off is reliably realized is obtained. This effect can be obtained even when the chip temperature increases. Further, in a semiconductor device used for driving a motor requiring a large output such as an electric vehicle, there is also an effect that destruction due to a large surge voltage or the like generated at the time of switching can be prevented. As described above, by using the semiconductor device according to the present invention, a highly reliable switching circuit can be realized. In particular, according to the present invention, a semiconductor device suitable for forming an inverter used in a severe environment such as an electric vehicle can be obtained.
【図1】 実施形態であるトレンチIGBTの構造を立
体的に示す模式的な斜視図である。FIG. 1 is a schematic perspective view showing a three-dimensional structure of a trench IGBT according to an embodiment.
【図2】 実施形態であるトレンチIGBTの構造を模
式的に示す上面図である。FIG. 2 is a top view schematically showing a structure of a trench IGBT according to the embodiment.
【図3】 実施形態であるトレンチIGBTの構造を模
式的に示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a structure of a trench IGBT according to the embodiment.
【図4】 ターンオフ特性の測定に用いた測定回路の模
式図である。FIG. 4 is a schematic diagram of a measurement circuit used for measuring a turn-off characteristic.
【図5】 実施形態であるトレンチIGBTと従来のト
レンチIGBTとに関するターンオフ特性の試験結果を
説明する模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram illustrating test results of turn-off characteristics of the trench IGBT according to the embodiment and the conventional trench IGBT.
【図6】 従来のトレンチIGBTの構造を立体的に示
す模式的な斜視図である。FIG. 6 is a schematic perspective view three-dimensionally showing a structure of a conventional trench IGBT.
【図7】 従来のトレンチIGBTの構造を模式的に示
す上面図である。FIG. 7 is a top view schematically showing a structure of a conventional trench IGBT.
【図8】 従来のトレンチIGBTのトレンチに垂直な
方向の断面の模式図である。FIG. 8 is a schematic view of a cross section of a conventional trench IGBT in a direction perpendicular to a trench.
【図9】 従来のトレンチIGBTのトレンチに平行な
方向の断面の模式図である。FIG. 9 is a schematic view of a cross section of a conventional trench IGBT in a direction parallel to a trench.
50 p+コレクタ層、52 n+バッファ層、54 n
-エピタキシャル層、56 pベース層、58 n+エミ
ッタ領域、62 トレンチ、64 ゲート酸化膜、66
ゲート電極、68 p+分離領域、70 層間絶縁
膜、72 エミッタ電極。50 p + collector layer, 52 n + buffer layer, 54 n
- epitaxial layer, 56 p base layer, 58 n + emitter region, 62 trench, 64 a gate oxide film, 66
Gate electrode, 68p + isolation region, 70 interlayer insulating film, 72 emitter electrode.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村田 年生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 河路 佐智子 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の1 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 櫛田 知義 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 濱田 公守 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshio Murata 41-cho, Yokomichi, Nagakute-machi, Aichi-gun, Aichi-gun, 1st place, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. No. 41, Chochu-Yokomichi 1 Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Tomoyoshi Kushida 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Inside Toyota Motor Corporation (72) Inventor Kimimori Hamada 1 Toyota City Toyota City, Aichi Prefecture Address Toyota Motor Corporation
Claims (6)
レクタ層と、前記第1導電型コレクタ層上に形成された
第2導電型ベース層と、前記第2導電型ベース層上に形
成されエミッタ電極に接続される第1導電型ベース層
と、前記第1導電型ベース層の表面から形成され前記第
2導電型ベース層の途中まで達する深さを有するトレン
チと、前記第1導電型ベース層の表面に前記トレンチに
沿って選択的に形成され、前記エミッタ電極に接続され
る第2導電型エミッタ領域と、前記トレンチ内に絶縁膜
を介して埋込形成され、前記第1導電型ベース層を介し
て前記第2導電型エミッタ領域と前記第2導電型ベース
層との間で流れる電流を制御するゲート電極とを有し、
前記エミッタ電極と前記コレクタ電極との間の電流制御
を行う半導体装置において、 前記トレンチの側壁の前記絶縁膜と前記第1導電型ベー
ス層とが接して形成される各伝導境界面の前記トレンチ
に沿った水平長は、前記エミッタ電極と前記コレクタ電
極との間の目標とする可制御電流密度に応じた上限値以
下に形成されること、を特徴とする半導体装置。A first conductive type collector layer connected to a collector electrode; a second conductive type base layer formed on the first conductive type collector layer; and a second conductive type base layer formed on the second conductive type base layer. A first conductivity type base layer connected to an emitter electrode, a trench formed from a surface of the first conductivity type base layer and having a depth reaching halfway of the second conductivity type base layer; A second conductivity type emitter region selectively formed on the surface of the layer along the trench and connected to the emitter electrode; and a first conductivity type base formed buried in the trench via an insulating film. A gate electrode for controlling a current flowing between the second conductivity type emitter region and the second conductivity type base layer via a layer,
In the semiconductor device for controlling current between the emitter electrode and the collector electrode, the semiconductor film may be formed on a side wall of the trench where the insulating film and the first conductive type base layer are in contact with each other at the conductive boundary surface. The semiconductor device according to claim 1, wherein a horizontal length along the horizontal axis is equal to or less than an upper limit corresponding to a target controllable current density between the emitter electrode and the collector electrode.
を分断する分離領域を有することを特徴とする半導体装
置。2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an isolation region provided in contact with a side wall of said trench to divide said conductive boundary surface.
徴とする半導体装置。3. The semiconductor device according to claim 2, wherein said isolation region is a first conductivity type low resistance region.
の半導体装置において、 前記第2導電型ベース層は、前記第1導電型コレクタ層
に接する側に第2導電型低抵抗層を含むことを特徴とす
る半導体装置。4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type base layer has a second conductivity type low resistance layer on a side in contact with the first conductivity type collector layer. A semiconductor device characterized by including:
の半導体装置において、 前記第2導電型ベース層は、前記第1導電型コレクタ層
に接する側に当該第2導電型ベース層における少数キャ
リアのライフタイムを低減させる少数キャリア抑制層を
有することを特徴とする半導体装置。5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said second conductivity type base layer is provided on a side of said second conductivity type base layer which is in contact with said first conductivity type collector layer. A semiconductor device having a minority carrier suppressing layer for reducing the minority carrier lifetime.
少なくとも一方を照射して再結合中心を導入することに
より形成されることを特徴とする半導体装置。6. The semiconductor device according to claim 5, wherein the minority carrier suppression layer is formed by irradiating at least one of protons and helium ions to introduce recombination centers. .
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|---|---|---|---|---|
| JP2005175062A (en) * | 2003-12-09 | 2005-06-30 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Semiconductor device and method for suppressing latch-up phenomenon |
| JP2007019518A (en) * | 2005-07-08 | 2007-01-25 | Infineon Technologies Austria Ag | Semiconductor parts with field stops |
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1999
- 1999-11-12 JP JP32312399A patent/JP3905271B2/en not_active Expired - Fee Related
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