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JP2013150000A - Igbt - Google Patents

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JP2013150000A
JP2013150000A JP2013062296A JP2013062296A JP2013150000A JP 2013150000 A JP2013150000 A JP 2013150000A JP 2013062296 A JP2013062296 A JP 2013062296A JP 2013062296 A JP2013062296 A JP 2013062296A JP 2013150000 A JP2013150000 A JP 2013150000A
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region
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trench
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insulating film
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Jun Saito
順 斎藤
Satoru Machida
悟 町田
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Toyota Central R&D Labs Inc
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Toyota Motor Corp
Toyota Central R&D Labs Inc
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Abstract

【課題】 メサ幅を減少させる技術とは異なる構成によりIGBTのオン抵抗を低下させることができる技術を提供する。
【解決手段】 IGBTであって、半導体基板の上面に折れ曲がった形状に伸びているトレンチが形成されている。トレンチの内面は絶縁膜に覆われている。ゲート電極はトレンチの内部に配置されている。エミッタ電極は、半導体基板の上面に形成されている。コレクタ電極は、半導体基板の下面に形成されている。半導体基板の内部に、n型半導体により構成されており、前記絶縁膜に接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されているエミッタ領域と、p型半導体により構成されており、エミッタ領域の下側で前記絶縁膜に接しており、トレンチの内側コーナー部の前記絶縁膜に接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されているボディ領域と、ドリフト領域と、コレクタ領域が形成されている。
【選択図】図1
PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique capable of reducing the on-resistance of an IGBT by a configuration different from the technique for reducing the mesa width.
An IGBT is formed with a trench extending in a bent shape on an upper surface of a semiconductor substrate. The inner surface of the trench is covered with an insulating film. The gate electrode is disposed inside the trench. The emitter electrode is formed on the upper surface of the semiconductor substrate. The collector electrode is formed on the lower surface of the semiconductor substrate. The semiconductor substrate is made of an n-type semiconductor, is in contact with the insulating film, is ohmically connected to the emitter electrode, and is made of a p-type semiconductor. A body region, a drift region, and a collector region that are in contact with the insulating film on the side and in contact with the insulating film at the inner corner portion of the trench and are ohmically connected to the emitter electrode are formed.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、IGBTに関する。   The present invention relates to an IGBT.

特許文献1には、トレンチ内に形成されたゲート電極を有するIGBTが開示されている。このIGBTでは、各ゲート電極が、ストライプ状に伸びている。すなわち、各ゲート電極が、互いに平行に直線状に伸びている。   Patent Document 1 discloses an IGBT having a gate electrode formed in a trench. In this IGBT, each gate electrode extends in a stripe shape. That is, each gate electrode extends linearly in parallel with each other.

特開2010−114136JP 2010-114136 A

IGBTで生じる損失を低減するために、IGBTのオン抵抗を低下させることが望まれている。特許文献1のようにストライプ状に伸びるゲート電極を有するIGBTでは、メサ幅(隣り合うゲート電極の間の間隔)を小さくすると、オン抵抗を下げることができる。しかしながら、メサ幅を小さくするには、微細な加工が可能な製造プロセスが必要となり、IGBTの製造コストが増大してしまう。   In order to reduce the loss generated in the IGBT, it is desired to reduce the on-resistance of the IGBT. In an IGBT having gate electrodes extending in a stripe shape as in Patent Document 1, the on-resistance can be reduced by reducing the mesa width (interval between adjacent gate electrodes). However, in order to reduce the mesa width, a manufacturing process capable of fine processing is required, which increases the manufacturing cost of the IGBT.

したがって、本明細書では、上述したメサ幅を減少させる技術とは異なる構成によって、IGBTのオン抵抗を低下させることができる技術を提供する。   Therefore, the present specification provides a technique capable of reducing the on-resistance of the IGBT with a configuration different from the technique for reducing the mesa width described above.

本明細書が開示するIGBTは、半導体基板と、エミッタ電極と、コレクタ電極と、ゲート電極を有している。半導体基板の上面には、当該上面を平面視したときに折れ曲がった形状に伸びているトレンチが形成されている。トレンチの内面は、絶縁膜に覆われている。ゲート電極は、トレンチの内部に配置されている。エミッタ電極は、半導体基板の上面に形成されている。コレクタ電極は、半導体基板の下面に形成されている。半導体基板の内部には、エミッタ領域と、ボディ領域と、ドリフト領域と、コレクタ領域が形成されている。エミッタ領域は、n型半導体により構成されており、前記絶縁膜と接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されている。ボディ領域は、p型半導体により構成されており、エミッタ領域に隣接する位置で前記絶縁膜と接しているとともにトレンチの内側コーナー部で前記絶縁膜と接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されている。ドリフト領域は、n型半導体により構成されており、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されており、トレンチの下端部の前記絶縁膜と接している。コレクタ領域は、p型半導体により構成されており、ドリフト領域の下側に形成されており、ドリフト領域によってボディ領域から分離されており、コレクタ電極に対してオーミック接続されている。   The IGBT disclosed in this specification includes a semiconductor substrate, an emitter electrode, a collector electrode, and a gate electrode. A trench extending in a bent shape when the upper surface is viewed in plan is formed on the upper surface of the semiconductor substrate. The inner surface of the trench is covered with an insulating film. The gate electrode is disposed inside the trench. The emitter electrode is formed on the upper surface of the semiconductor substrate. The collector electrode is formed on the lower surface of the semiconductor substrate. Inside the semiconductor substrate, an emitter region, a body region, a drift region, and a collector region are formed. The emitter region is made of an n-type semiconductor, is in contact with the insulating film, and is ohmically connected to the emitter electrode. The body region is made of a p-type semiconductor, is in contact with the insulating film at a position adjacent to the emitter region, is in contact with the insulating film at the inner corner of the trench, and is ohmically connected to the emitter electrode. ing. The drift region is made of an n-type semiconductor, is formed below the body region, is separated from the emitter region by the body region, and is in contact with the insulating film at the lower end of the trench. The collector region is made of a p-type semiconductor, is formed below the drift region, is separated from the body region by the drift region, and is ohmically connected to the collector electrode.

なお、エミッタ領域は、何れの位置で絶縁膜と接していてもよい。例えば、エミッタ領域は、トレンチの内側コーナー部で絶縁膜と接していてもよいし、それ以外の位置で絶縁膜と接していてもよい。また、ボディ領域は、エミッタ領域に隣接する位置で前記絶縁膜と接しているとともにトレンチの内側コーナー部で前記絶縁膜と接していれば、その他の位置で絶縁膜と接していてもよく、接していなくてもよい。また、上記の「トレンチの内側コーナー部」とは、トレンチが折れ曲がっている部分(すなわち、コーナー)の内側の部分を意味する。また、「上面を平面視したときに折れ曲がった形状に伸びているトレンチ」には、三差路状や四差路状に交差しているトレンチも含まれる。交差するトレンチは、折れ曲がった形状に伸びるトレンチを組み合わせたものとみなすことができる。   Note that the emitter region may be in contact with the insulating film at any position. For example, the emitter region may be in contact with the insulating film at the inner corner of the trench, or may be in contact with the insulating film at other positions. In addition, the body region may be in contact with the insulating film at a position adjacent to the emitter region and may be in contact with the insulating film at other positions as long as it is in contact with the insulating film at the inner corner of the trench. It does not have to be. In addition, the above “inner corner portion of the trench” means a portion inside a portion where the trench is bent (that is, a corner). In addition, “a trench extending in a bent shape when the upper surface is viewed in plan” includes a trench that intersects a three-way path or a four-way path. The intersecting trenches can be regarded as a combination of trenches extending in a bent shape.

このIGBTをオンさせると、絶縁膜と接している範囲のボディ領域にチャネルが形成され、チャネルを通ってエミッタ領域からドリフト領域に電子が流れる。電子は、ドリフト領域を通過してコレクタ領域へ流れる。これと同時に、コレクタ領域からドリフト領域にホールが流入し、ドリフト領域の電気抵抗が低下する。ドリフト領域内のホールは、ボディ領域へ向かって流れる。このとき、ゲート電極の下方のドリフト領域に存在するホールは、ゲート電極を迂回するように流れるので、ゲート電極の下端部の側面近傍のドリフト領域ではホールの濃度が高くなる。特に、トレンチの内側コーナー部の近傍のドリフト領域では、ゲート電極を迂回するホールが集中する。このため、内側コーナー部近傍のドリフト領域では、ホールの濃度が極めて高くなり、電気抵抗が極めて低くなる。このIGBTでは、トレンチの内側コーナー部の絶縁膜に接するようにボディ領域が形成されている。すなわち、内側コーナー部の絶縁膜に接する位置にチャネルが形成される。この内側コーナー部のチャネルを通って、内側コーナー部近傍のドリフト領域(すなわち、上述した電気抵抗が極めて低い領域)に電子が流入する。このため、電子は、低損失でドリフト領域を通過することができる。したがって、このIGBTは、オン抵抗が低い。   When the IGBT is turned on, a channel is formed in the body region in contact with the insulating film, and electrons flow from the emitter region to the drift region through the channel. Electrons flow through the drift region to the collector region. At the same time, holes flow from the collector region to the drift region, and the electrical resistance of the drift region decreases. The holes in the drift region flow toward the body region. At this time, holes existing in the drift region below the gate electrode flow so as to bypass the gate electrode, so that the hole concentration is high in the drift region near the side surface of the lower end portion of the gate electrode. In particular, holes that bypass the gate electrode concentrate in the drift region near the inner corner of the trench. For this reason, in the drift region in the vicinity of the inner corner portion, the hole concentration becomes extremely high and the electric resistance becomes extremely low. In this IGBT, a body region is formed so as to be in contact with the insulating film at the inner corner of the trench. That is, a channel is formed at a position in contact with the insulating film at the inner corner portion. Electrons flow into the drift region in the vicinity of the inner corner portion (that is, the above-described region having an extremely low electric resistance) through the channel of the inner corner portion. For this reason, electrons can pass through the drift region with low loss. Therefore, this IGBT has a low on-resistance.

上述したIGBTは、ボディ領域を上部ボディ領域と下部ボディ領域に分離している障壁領域をさらに有していることが好ましい。上部ボディ領域は、エミッタ領域に接していることが好ましい。障壁領域は、n型半導体により構成されており、上部ボディ領域の下側に形成されていることが好ましい。下部ボディ領域は、障壁領域の下側に形成されていることが好ましい。   The IGBT described above preferably further includes a barrier region that separates the body region into an upper body region and a lower body region. The upper body region is preferably in contact with the emitter region. The barrier region is made of an n-type semiconductor and is preferably formed below the upper body region. The lower body region is preferably formed below the barrier region.

このような構成によれば、障壁領域によって、ホールがドリフト領域から上部ボディ領域に流れることが抑制される。したがって、ドリフト領域のホールの濃度をより上昇させることが可能であり、IGBTのオン抵抗をさらに低下させることができる。   According to such a configuration, the barrier region suppresses holes from flowing from the drift region to the upper body region. Therefore, the hole concentration in the drift region can be further increased, and the on-resistance of the IGBT can be further reduced.

若しくは、上述したIGBTは、ボディ領域とドリフト領域の間に、高濃度n型領域が形成されていてもよい。高濃度n型領域は、n型半導体により構成されており、ボディ領域と接しており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されており、ドリフト領域と接しており、ボディ領域をドリフト領域から分離しており、ドリフト領域よりも高いn型不純物濃度を有することが好ましい。   Alternatively, in the IGBT described above, a high concentration n-type region may be formed between the body region and the drift region. The high-concentration n-type region is composed of an n-type semiconductor, is in contact with the body region, is separated from the emitter region by the body region, is in contact with the drift region, and is separated from the drift region. The n-type impurity concentration is preferably higher than that of the drift region.

このような構成によれば、高濃度n型領域によって、ホールがドリフト領域からボディ領域に流れることが抑制される。したがって、ドリフト領域のホールの濃度をより上昇させることが可能であり、IGBTのオン抵抗をさらに低下させることができる。   According to such a configuration, the high concentration n-type region suppresses holes from flowing from the drift region to the body region. Therefore, the hole concentration in the drift region can be further increased, and the on-resistance of the IGBT can be further reduced.

上述した何れかのIGBTは、ボディ領域が、エミッタ電極に対してオーミック接続されている第1領域と、第1領域を介してエミッタ電極と導通している第2領域を有していることが好ましい。第1領域は、前記絶縁膜と接していないことが好ましい。第2領域は、前記絶縁膜と接していることが好ましい。エミッタ領域は、トレンチの内側コーナー部の前記絶縁膜と接していないことが好ましい。   In any of the IGBTs described above, the body region has a first region that is ohmically connected to the emitter electrode and a second region that is electrically connected to the emitter electrode through the first region. preferable. The first region is preferably not in contact with the insulating film. The second region is preferably in contact with the insulating film. The emitter region is preferably not in contact with the insulating film at the inner corner of the trench.

仮に、エミッタ領域がトレンチの内側コーナー部の絶縁膜と接しているとすると、内側コーナー部近傍のエミッタ領域から第1領域までの距離が長くなり、そのエミッタ領域近傍の第2領域の電位が高くなり易い。このため、ホールが第2領域からエミッタ領域内に流入し、IGBTがラッチアップするおそれがある。上述した構成のように、エミッタ領域がトレンチの内側コーナー部の絶縁膜と接しないように形成されていると、エミッタ領域近傍の第2領域の電位が上がり難いので、ラッチアップが起こり難くなる。   If the emitter region is in contact with the insulating film at the inner corner of the trench, the distance from the emitter region near the inner corner to the first region becomes longer, and the potential of the second region near the emitter region is higher. Easy to be. For this reason, holes may flow from the second region into the emitter region, and the IGBT may be latched up. If the emitter region is formed so as not to contact the insulating film at the inner corner of the trench as in the configuration described above, the potential of the second region in the vicinity of the emitter region is unlikely to rise, and latch-up is unlikely to occur.

上述した何れかのIGBTは、半導体基板の上面を平面視したときにトレンチで仕切られた四角形の領域が形成されており、四角形の領域内にエミッタ領域とボディ領域が形成されており、半導体基板を平面視したときに、四角形の領域内において、エミッタ領域が前記絶縁膜と接している境界線の総距離が、ボディ領域が前記絶縁膜と接している境界線の総距離より短いことが好ましい。   Any of the IGBTs described above has a rectangular region partitioned by a trench when the top surface of the semiconductor substrate is viewed in plan, and an emitter region and a body region are formed in the rectangular region. When the planar view is taken, the total distance of the boundary line where the emitter region is in contact with the insulating film is preferably shorter than the total distance of the boundary line where the body region is in contact with the insulating film in the rectangular region .

このように、エミッタ領域が絶縁膜と接している境界線の総距離を短くすることで、チャネルを流れる電流密度を上昇させることができる。このため、IGBTの飽和電流が低くなり、IGBTに過電圧が印加されたときにIGBTに高い電流が流れることを抑制することができる。   Thus, the current density flowing through the channel can be increased by shortening the total distance of the boundary line where the emitter region is in contact with the insulating film. For this reason, the saturation current of the IGBT is lowered, and it is possible to suppress a high current from flowing through the IGBT when an overvoltage is applied to the IGBT.

また、上述した何れかのIGBTは、半導体基板の上面を平面視したときにトレンチで仕切られた四角形の領域が形成されており、四角形の領域内にエミッタ領域とボディ領域が形成されており、四角形の領域のアスペクト比が0.4〜2.5の範囲内であることが好ましい。   In addition, any of the IGBTs described above has a rectangular region partitioned by a trench when the top surface of the semiconductor substrate is viewed in plan, and an emitter region and a body region are formed in the rectangular region. It is preferable that the aspect ratio of the rectangular region is in the range of 0.4 to 2.5.

アスペクト比が上記の範囲内であれば、IGBTのオン抵抗を効果的に低下させることができる。   If the aspect ratio is within the above range, the on-resistance of the IGBT can be effectively reduced.

IGBT10の上面図。The top view of IGBT10. 図1のII−II線におけるIGBT10の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of IGBT10 in the II-II line | wire of FIG. 図1のIII−III線におけるIGBT10の縦断面図。The longitudinal cross-sectional view of IGBT10 in the III-III line of FIG. 図1に示すセルの1つを拡大した平面図。The top view which expanded one of the cells shown in FIG. 図1に示すセルの1つを拡大した平面図。The top view which expanded one of the cells shown in FIG. IGBT10、100、200のオン抵抗を比較するグラフ。The graph which compares on-resistance of IGBT10,100,200. 第1変形例のIGBTの図4に対応する平面図。The top view corresponding to FIG. 4 of IGBT of a 1st modification. 第2変形例のIGBTの図4に対応する平面図。The top view corresponding to FIG. 4 of IGBT of a 2nd modification. 図8のIX−IX線におけるIGBTの断面図。Sectional drawing of IGBT in the IX-IX line of FIG. アスペクト比とオン抵抗の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between an aspect ratio and on-resistance. 第3変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 3rd modification. 第4変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 4th modification. 第5変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 5th modification. 第6変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 6th modification. 第7変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 7th modification. 第8変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of the 8th modification. 第9変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 9th modification. 第10変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 10th modification. 第11変形例のIGBTのトレンチ70の配置を示す平面図。The top view which shows arrangement | positioning of the trench 70 of IGBT of a 11th modification. 第12変形例のIGBTの図2に対応する断面図。Sectional drawing corresponding to FIG. 2 of IGBT of a 12th modification.

図1〜3に示すように、IGBT10は、半導体基板20と、エミッタ電極50と、コレクタ電極60を有している。図2、3に示すように、エミッタ電極50は半導体基板20の上面20aの略全体に形成されており、コレクタ電極60は半導体基板20の下面20bの略全体に形成されている。なお、図1では、半導体基板20の内部の各領域の配置を図示するために、エミッタ電極50等の半導体基板20の上面20aより上側の構造の図示を省略している。   As shown in FIGS. 1 to 3, the IGBT 10 includes a semiconductor substrate 20, an emitter electrode 50, and a collector electrode 60. As shown in FIGS. 2 and 3, the emitter electrode 50 is formed on substantially the entire upper surface 20 a of the semiconductor substrate 20, and the collector electrode 60 is formed on substantially the entire lower surface 20 b of the semiconductor substrate 20. In FIG. 1, the illustration of the structure above the upper surface 20 a of the semiconductor substrate 20 such as the emitter electrode 50 is omitted in order to illustrate the arrangement of the respective regions inside the semiconductor substrate 20.

半導体基板20の上面20aには、トレンチ70a及び70b(以下、これらをまとめてトレンチ70という場合がある)が形成されている。図2、3に示すように、トレンチ70は、深さ方向においては、半導体基板20の上面20aに対して略垂直に(すなわち、各図のZ方向に)伸びている。図1に示すように、トレンチ70aは、半導体基板20の上面20aを平面視したときに、X方向に直線状に伸びている。また、トレンチ70bは、半導体基板20の上面20aを平面視したときに、Y方向に直線状に伸びている。なお、X方向はY方向に対して直交する方向である。トレンチ70aとトレンチ70bは、三差路状に交差するように形成されている。トレンチ70a及び70bによって、半導体基板20の上面20aが、四角形の領域に仕切られている。以下では、トレンチ70によって仕切られた領域を、セル12と呼ぶ。各セル12は、正方形の領域である。各セル12は、X方向においては直線状に配列されており、Y方向においては半セル分だけX方向に位置をずらした状態で配列されている。上述したトレンチ70aとトレンチ70bが三差路状に交差している部分は、トレンチ70が折れ曲がって伸びているものとみることができる。例えば、図1のトレンチ70a−1とトレンチ70b−1を連続した1つのトレンチとみると、このトレンチは90度に折れ曲がって伸びているといえる。この場合、このトレンチのコーナーの内側の部分(以下、内側コーナー部という)は図1の参照番号72−1に示す部分である。また、図1のトレンチ70a−2とトレンチ70b−1を連続した1つのトレンチとみると、このトレンチも90度に折れ曲がって伸びているといえる。この場合、このトレンチの内側コーナー部は図1の参照番号72−2に示す部分である。このように、トレンチ70aとトレンチ70bの交差部分はトレンチ70が折れ曲がって伸びている部分とみなすことができ、各交差部分はそれぞれ内側コーナー部72を有している。したがって、1つのセルは、4つの内側コーナー部72を有している。   On the upper surface 20a of the semiconductor substrate 20, trenches 70a and 70b (hereinafter, these may be collectively referred to as a trench 70) are formed. As shown in FIGS. 2 and 3, the trench 70 extends substantially perpendicularly to the upper surface 20 a of the semiconductor substrate 20 in the depth direction (that is, in the Z direction in each drawing). As shown in FIG. 1, the trench 70a extends linearly in the X direction when the upper surface 20a of the semiconductor substrate 20 is viewed in plan. The trench 70b extends linearly in the Y direction when the upper surface 20a of the semiconductor substrate 20 is viewed in plan. Note that the X direction is a direction orthogonal to the Y direction. The trench 70a and the trench 70b are formed so as to intersect in a three-way manner. The upper surface 20a of the semiconductor substrate 20 is partitioned into square regions by the trenches 70a and 70b. Hereinafter, a region partitioned by the trench 70 is referred to as a cell 12. Each cell 12 is a square area. The cells 12 are arranged in a straight line in the X direction, and arranged in a state in which the position is shifted in the X direction by half a cell in the Y direction. The portion where the trench 70a and the trench 70b intersect with each other in the form of a three-way path can be regarded as the trench 70 being bent and extended. For example, when the trench 70a-1 and the trench 70b-1 in FIG. 1 are regarded as one continuous trench, it can be said that the trench is bent at 90 degrees and extends. In this case, a portion inside the corner of the trench (hereinafter referred to as an inner corner portion) is a portion indicated by reference numeral 72-1 in FIG. Further, when the trench 70a-2 and the trench 70b-1 in FIG. 1 are regarded as one continuous trench, it can be said that this trench also bends and extends at 90 degrees. In this case, the inner corner portion of the trench is a portion indicated by reference numeral 72-2 in FIG. As described above, the intersection between the trench 70 a and the trench 70 b can be regarded as a portion where the trench 70 is bent and extends, and each intersection has an inner corner portion 72. Therefore, one cell has four inner corner portions 72.

トレンチ70の内面(すなわち、底面と内壁面)は、絶縁膜76に覆われている。トレンチ70内には、ゲート電極80が形成されている。ゲート電極80は、トレンチ70内に隙間無く充填されている。ゲート電極80は、絶縁膜76を介して半導体基板20の内部の半導体層に対向している。ゲート電極80は、絶縁膜76によって半導体基板20の内部の半導体層から絶縁されている。また、図2、3に示すように、ゲート電極80の上面は絶縁膜78に覆われており、その絶縁膜78を覆うようにエミッタ電極50が形成されている。絶縁膜78によって、ゲート電極80はエミッタ電極50から絶縁されている。なお、ゲート電極80は、図示しない位置でパッドに接続されており、そのパッドを通じてゲート電極80の電位を制御することができる。   The inner surface (that is, the bottom surface and the inner wall surface) of the trench 70 is covered with an insulating film 76. A gate electrode 80 is formed in the trench 70. The gate electrode 80 is filled in the trench 70 without a gap. The gate electrode 80 faces the semiconductor layer inside the semiconductor substrate 20 with the insulating film 76 interposed therebetween. The gate electrode 80 is insulated from the semiconductor layer inside the semiconductor substrate 20 by the insulating film 76. As shown in FIGS. 2 and 3, the upper surface of the gate electrode 80 is covered with an insulating film 78, and the emitter electrode 50 is formed so as to cover the insulating film 78. The gate electrode 80 is insulated from the emitter electrode 50 by the insulating film 78. Note that the gate electrode 80 is connected to a pad at a position not shown, and the potential of the gate electrode 80 can be controlled through the pad.

次に、各セル12内の半導体基板20内の半導体層の構造について説明する。なお、各セル12の構造は互いに等しいので、以下では、1つのセル12の構造について説明する。図4は、1つのセル12の拡大視した平面図を示している。図2〜4に示すように、半導体基板20の内部には、エミッタ領域22と、上部ボディ領域24と、障壁領域30と、下部ボディ領域32と、ドリフト領域34と、コレクタ領域36が形成されている。上部ボディ領域24は、ボディコンタクト領域26と、低濃度ボディ領域28を有している。   Next, the structure of the semiconductor layer in the semiconductor substrate 20 in each cell 12 will be described. In addition, since the structure of each cell 12 is mutually equal, the structure of one cell 12 is demonstrated below. FIG. 4 shows an enlarged plan view of one cell 12. As shown in FIGS. 2 to 4, an emitter region 22, an upper body region 24, a barrier region 30, a lower body region 32, a drift region 34, and a collector region 36 are formed inside the semiconductor substrate 20. ing. The upper body region 24 has a body contact region 26 and a low concentration body region 28.

ボディコンタクト領域26は、p型不純物濃度が高いp型半導体により構成されている。ボディコンタクト領域26は、半導体基板20の上面20aを含む上面20a近傍の領域(以下、上面20a側の表層領域という)に形成されている。ボディコンタクト領域26は、セル12の略中央に形成されている。ボディコンタクト領域26は、絶縁膜76と接触していない。ボディコンタクト領域26は、エミッタ電極50に対してオーミック接続されている。   The body contact region 26 is composed of a p-type semiconductor having a high p-type impurity concentration. The body contact region 26 is formed in a region in the vicinity of the upper surface 20a including the upper surface 20a of the semiconductor substrate 20 (hereinafter referred to as a surface layer region on the upper surface 20a side). The body contact region 26 is formed in the approximate center of the cell 12. The body contact region 26 is not in contact with the insulating film 76. The body contact region 26 is ohmically connected to the emitter electrode 50.

エミッタ領域22は、n型不純物濃度が高いn型半導体により構成されている。1つのセル12の中に4つのエミッタ領域22が形成されている。各エミッタ領域22は、半導体基板20aの上面20a側の表層領域に形成されている。各エミッタ領域22は、ボディコンタクト領域26の周囲に形成されており、ボディコンタクト領域26と接している。各エミッタ領域22は、セル12の角部(内側コーナー部72近傍の領域)を避けるように形成されている。各エミッタ領域22は、絶縁膜76の直線状に伸びている部分と接している。各エミッタ領域22は、エミッタ電極50に対してオーミック接続されている。   The emitter region 22 is composed of an n-type semiconductor having a high n-type impurity concentration. Four emitter regions 22 are formed in one cell 12. Each emitter region 22 is formed in a surface layer region on the upper surface 20a side of the semiconductor substrate 20a. Each emitter region 22 is formed around the body contact region 26 and is in contact with the body contact region 26. Each emitter region 22 is formed so as to avoid a corner portion of the cell 12 (region in the vicinity of the inner corner portion 72). Each emitter region 22 is in contact with a linearly extending portion of the insulating film 76. Each emitter region 22 is ohmically connected to the emitter electrode 50.

低濃度ボディ領域28は、ボディコンタクト領域26よりもp型不純物濃度が低いp型半導体により構成されている。低濃度ボディ領域28は、セル12の角部の上面20a側の表層領域に形成されている。すなわち、低濃度ボディ領域28は、エミッタ領域22及びボディコンタクト領域26が形成されていない範囲の上面20a側の表層領域に形成されている。さらに、低濃度ボディ領域28は、エミッタ領域22及びボディコンタクト領域26よりも下側の深さにおいて、セル12の横方向(すなわち、X方向とY方向)の全域に亘って形成されている。図3に示すように、表層領域の低濃度ボディ領域28はエミッタ領域22及びボディコンタクト領域26の下側の深さの低濃度ボディ領域28と繋がっている。低濃度ボディ領域28は、エミッタ領域22及びボディコンタクト領域26と接している。低濃度ボディ領域28は、エミッタ電極50と接している。但し、低濃度ボディ領域28のn型不純物濃度が低いので、低濃度ボディ領域28はエミッタ電極50に対してショットキー接続されている。低濃度ボディ領域28は、ボディコンタクト領域26を介してエミッタ電極50と導通している。低濃度ボディ領域28は、絶縁膜76と接している。特に、図3、4に示すように、低濃度ボディ領域28は、内側コーナー部72に存在する絶縁膜76と接している。   The low concentration body region 28 is made of a p-type semiconductor having a p-type impurity concentration lower than that of the body contact region 26. The low concentration body region 28 is formed in the surface layer region on the upper surface 20a side of the corner portion of the cell 12. That is, the low-concentration body region 28 is formed in the surface layer region on the upper surface 20a side in a range where the emitter region 22 and the body contact region 26 are not formed. Further, the low-concentration body region 28 is formed over the entire region in the lateral direction (that is, the X direction and the Y direction) of the cell 12 at a depth lower than the emitter region 22 and the body contact region 26. As shown in FIG. 3, the low-concentration body region 28 in the surface layer region is connected to the low-concentration body region 28 having a depth below the emitter region 22 and the body contact region 26. The low concentration body region 28 is in contact with the emitter region 22 and the body contact region 26. The low concentration body region 28 is in contact with the emitter electrode 50. However, since the n-type impurity concentration of the low concentration body region 28 is low, the low concentration body region 28 is Schottky connected to the emitter electrode 50. The low concentration body region 28 is electrically connected to the emitter electrode 50 through the body contact region 26. The low concentration body region 28 is in contact with the insulating film 76. In particular, as shown in FIGS. 3 and 4, the low-concentration body region 28 is in contact with the insulating film 76 present in the inner corner portion 72.

障壁領域30は、n型不純物濃度が低いn型半導体により構成されている。障壁領域30は、低濃度ボディ領域28の下側の深さにおいて、セル12の横方向の全域に亘って形成されている。障壁領域30は、低濃度ボディ領域28と接している。障壁領域30は、低濃度ボディ領域28によって、エミッタ領域22及びボディコンタクト領域26から分離されている。障壁領域30は、絶縁膜76と接している。   The barrier region 30 is composed of an n-type semiconductor having a low n-type impurity concentration. The barrier region 30 is formed over the entire region in the lateral direction of the cell 12 at a depth below the low-concentration body region 28. The barrier region 30 is in contact with the low concentration body region 28. Barrier region 30 is separated from emitter region 22 and body contact region 26 by low-concentration body region 28. The barrier region 30 is in contact with the insulating film 76.

下部ボディ領域32は、ボディコンタクト領域26よりもp型不純物濃度が低いp型半導体により構成されている。下部ボディ領域32は、障壁領域30の下側の深さにおいて、セル12の横方向の全域に亘って形成されている。下部ボディ領域32は、障壁領域30と接している。下部ボディ領域32は、障壁領域30によって、低濃度ボディ領域28から分離されている。下部ボディ領域32は、絶縁膜76と接している。   Lower body region 32 is formed of a p-type semiconductor having a p-type impurity concentration lower than that of body contact region 26. The lower body region 32 is formed over the entire region in the lateral direction of the cell 12 at a depth below the barrier region 30. Lower body region 32 is in contact with barrier region 30. Lower body region 32 is separated from low concentration body region 28 by barrier region 30. Lower body region 32 is in contact with insulating film 76.

ドリフト領域34は、n型不純物濃度が低いn型半導体により構成されている。ドリフト領域34は、下部ボディ領域32の下側の深さにおいて、半導体基板20の横方向の全域に亘って形成されている。ドリフト領域34は、下部ボディ領域32と接している。ドリフト領域34は、下部ボディ領域32によって、障壁領域30から分離されている。トレンチ70の下端部は、ドリフト領域34まで達している。ドリフト領域34は、トレンチ70の下端部の絶縁膜76と接している。   The drift region 34 is composed of an n-type semiconductor having a low n-type impurity concentration. The drift region 34 is formed over the entire region in the lateral direction of the semiconductor substrate 20 at a depth below the lower body region 32. The drift region 34 is in contact with the lower body region 32. The drift region 34 is separated from the barrier region 30 by the lower body region 32. The lower end portion of the trench 70 reaches the drift region 34. The drift region 34 is in contact with the insulating film 76 at the lower end of the trench 70.

コレクタ領域36は、p型不純物濃度が高いp型半導体により構成されている。コレクタ領域36は、半導体基板20の下面20bを含む下面20b近傍の領域(以下、下面20b側の表層領域という)において、半導体基板20の横方向の全域に亘って形成されている。コレクタ領域36は、コレクタ電極60に対してオーミック接続されている。コレクタ領域36は、ドリフト領域34と接している。コレクタ領域36は、ドリフト領域34によって下部ボディ領域32から分離されている。   The collector region 36 is composed of a p-type semiconductor having a high p-type impurity concentration. The collector region 36 is formed over the entire region in the lateral direction of the semiconductor substrate 20 in a region near the lower surface 20b including the lower surface 20b of the semiconductor substrate 20 (hereinafter referred to as a surface layer region on the lower surface 20b side). The collector region 36 is ohmically connected to the collector electrode 60. The collector region 36 is in contact with the drift region 34. The collector region 36 is separated from the lower body region 32 by the drift region 34.

図4の距離La1〜La4は、上面20a側の表層領域内の4つの低濃度ボディ領域28が絶縁膜76と接している境界線の、上面12aを平面視したときに計測される距離を示している。図3の距離Lb1〜Lb4は、4つのエミッタ領域22が絶縁膜76と接している境界線の、上面12aを平面視したときに計測される距離を示している。距離Lb1〜Lb4の総和Lbは、距離La1〜La4の総和Laよりも小さい。   The distances La1 to La4 in FIG. 4 indicate distances measured when the upper surface 12a is viewed in plan, at the boundary line where the four low-concentration body regions 28 in the surface region on the upper surface 20a side are in contact with the insulating film 76. ing. The distances Lb1 to Lb4 in FIG. 3 indicate distances measured when the upper surface 12a of the boundary line where the four emitter regions 22 are in contact with the insulating film 76 is viewed in plan view. The sum Lb of the distances Lb1 to Lb4 is smaller than the sum La of the distances La1 to La4.

次に、IGBT10の動作について説明する。IGBT10をオンさせる際には、コレクタ電極60とエミッタ電極50の間にコレクタ電極60がプラスとなる電圧を印加した状態で、ゲート電極80に閾値以上の電圧を印加する。すると、絶縁膜76に接している範囲の上部ボディ領域24と下部ボディ領域32がn型に反転し、チャネルが形成される。例えば、図2に示す断面においては、Y方向に伸びるトレンチ70bの絶縁膜76に接する範囲の上部ボディ領域24と下部ボディ領域32にチャネルが形成される。また、図1に示すように、図3の断面は、X方向に伸びるトレンチ70aの絶縁膜76近傍の半導体層の断面である。したがって、図3の断面に現れている上部ボディ領域24と下部ボディ領域32の全体に、X方向に伸びるゲート電極80によってチャネルが形成される。チャネルが形成されると、電子が、エミッタ電極50から、エミッタ領域22とチャネルを通ってドリフト領域34に流入する。これと同時に、ホールが、コレクタ電極60から、コレクタ領域36を通ってドリフト領域34に流入する。すると、ドリフト領域34の電気抵抗が伝導度変調現象によって低下する。ドリフト領域34に流入した電子は、ドリフト領域34とコレクタ領域36を通過して、コレクタ電極60へと流れる。このようにして、電子がエミッタ電極50からコレクタ電極60に流れることで、IGBTに電流が流れる。   Next, the operation of the IGBT 10 will be described. When the IGBT 10 is turned on, a voltage equal to or higher than the threshold value is applied to the gate electrode 80 in a state where a positive voltage is applied between the collector electrode 60 and the emitter electrode 50. Then, the upper body region 24 and the lower body region 32 in a range in contact with the insulating film 76 are inverted to n-type, and a channel is formed. For example, in the cross section shown in FIG. 2, channels are formed in the upper body region 24 and the lower body region 32 in a range in contact with the insulating film 76 of the trench 70 b extending in the Y direction. Further, as shown in FIG. 1, the cross section of FIG. 3 is a cross section of the semiconductor layer in the vicinity of the insulating film 76 of the trench 70a extending in the X direction. Therefore, a channel is formed by the gate electrode 80 extending in the X direction in the entire upper body region 24 and lower body region 32 appearing in the cross section of FIG. When the channel is formed, electrons flow from the emitter electrode 50 through the emitter region 22 and the channel into the drift region 34. At the same time, holes flow from the collector electrode 60 through the collector region 36 into the drift region 34. As a result, the electrical resistance of the drift region 34 decreases due to the conductivity modulation phenomenon. The electrons flowing into the drift region 34 pass through the drift region 34 and the collector region 36 and flow to the collector electrode 60. In this way, when electrons flow from the emitter electrode 50 to the collector electrode 60, a current flows through the IGBT.

また、ドリフト領域34に流入したホールは、図2、図3の矢印100に示すように、下部ボディ領域32と障壁領域30を通過して上部ボディ領域24へ流れ、その後、ボディコンタクト領域26からエミッタ電極50へ流れる。このとき、障壁領域30がホールの流れを遮る障壁となる。したがって、ホールが上部ボディ領域24へ流れることが抑制される。これによって、ドリフト領域34内のホールの濃度が上昇するので、ドリフト領域34の電気抵抗がより低減される。   The holes flowing into the drift region 34 pass through the lower body region 32 and the barrier region 30 to the upper body region 24 as shown by an arrow 100 in FIGS. 2 and 3, and then from the body contact region 26. It flows to the emitter electrode 50. At this time, the barrier region 30 becomes a barrier that blocks the flow of holes. Therefore, the hole is suppressed from flowing to the upper body region 24. As a result, the hole concentration in the drift region 34 increases, so that the electrical resistance of the drift region 34 is further reduced.

また、ゲート電極80にはプラスの電位が印加されているので、ゲート電極80の下方のドリフト領域34内のホールは、図2、3の矢印102に示すように、ゲート電極80を避けるように流れる。このホールの流れを、XY方向において図示すると、図5の矢印104に示す流れとなる。図5から明らかなように、トレンチ70の内側コーナー部72では、X方向に伸びるトレンチ70a内のゲート電極80を避けるホールの流れと、Y方向に伸びるトレンチ70b内のゲート電極80を避けるホールの流れとが合流する。したがって、内側コーナー部72近傍のドリフト領域34(図3の領域38)では、ホールの濃度が極めて高くなり、電気抵抗が極めて低くなる。また、上述したように、内側コーナー部72の絶縁膜76に接する上部ボディ領域24と下部ボディ領域32には、チャネルが形成されている。したがって、図3の矢印110に示すように、多くの電子が、内側コーナー部72近傍のチャネルを通って内側コーナー部72近傍のドリフト領域34である領域38に流入する。領域38の電気抵抗が極めて低いので、電子は、ドリフト領域34でほとんど損失を生じさせることなくコレクタ電極60へ流れる。   Further, since a positive potential is applied to the gate electrode 80, holes in the drift region 34 below the gate electrode 80 are avoided so as to avoid the gate electrode 80 as indicated by an arrow 102 in FIGS. Flowing. When the flow of this hole is illustrated in the XY directions, the flow is as shown by an arrow 104 in FIG. As is clear from FIG. 5, in the inner corner portion 72 of the trench 70, the flow of holes that avoids the gate electrode 80 in the trench 70a extending in the X direction and the hole flow that avoids the gate electrode 80 in the trench 70b extending in the Y direction. The flow merges. Therefore, in the drift region 34 (region 38 in FIG. 3) in the vicinity of the inner corner portion 72, the hole concentration is extremely high and the electrical resistance is extremely low. Further, as described above, a channel is formed in the upper body region 24 and the lower body region 32 that are in contact with the insulating film 76 of the inner corner portion 72. Therefore, as indicated by an arrow 110 in FIG. 3, many electrons flow through the channel near the inner corner portion 72 into the region 38 that is the drift region 34 near the inner corner portion 72. Since the electric resistance of the region 38 is extremely low, electrons flow to the collector electrode 60 with almost no loss in the drift region 34.

以上に説明したように、IGBT10では、トレンチ70が折れ曲がった形状に形成されている。また、上部ボディ領域24と下部ボディ領域32では、内側コーナー部72の絶縁膜76に接する範囲にチャネルが形成され、その内側コーナー部72のチャネルからドリフト領域34に電子が流入するようになっている。一方、内側コーナー部72近傍のドリフト領域34(すなわち、領域38)には、ホールが集中する。さらに、障壁領域30によってドリフト領域34にホールを蓄積する効果も得られる。これによって、IGBT10のオン抵抗が低減されている。なお、障壁領域30によってドリフト領域34へホールを蓄積させる構造と、内側コーナー部72近傍のドリフト領域34にホールを集中させる構造は、何れか一方のみを採用してもIGBT10のオン抵抗を低減させることができる。しかしながら、これらの両方を採用することが好ましい。図6は、従来のストライプ状のゲート電極を有するIGBT200と、実施例のIGBT10から障壁領域30を取り除いた構造を有するIGBT100と、実施例のIGBT10のそれぞれのオン抵抗を評価するシミュレーションを行った結果を示すグラフである。横軸はメサ幅を示しており、縦軸がオン抵抗を示している。図示するように、何れのIGBTでも、メサ幅が小さくなるほど、オン抵抗は減少する。また、図6から明らかなように、従来のIGBT200ではメサ幅を極めて小さくしなければオン抵抗を減少させることができないのに対し、IGBT10及びIGBT100ではメサ幅をそれほど小さくしなくてもオン抵抗を減少させることができる。このシミュレーションでは、IGBT100ではメサ幅を従来のIGBT200の約5倍としたときでもIGBT200と同等のオン抵抗が得られ、IGBT10ではメサ幅を従来のIGBT200の約25倍としたときでもIGBT200と同等のオン抵抗が得られた。このように、実施例の構成によれば、微細加工を行うことなく、IGBTのオン抵抗を低減させることができる。   As described above, in the IGBT 10, the trench 70 is formed in a bent shape. In the upper body region 24 and the lower body region 32, a channel is formed in a range in contact with the insulating film 76 of the inner corner portion 72, and electrons flow into the drift region 34 from the channel of the inner corner portion 72. Yes. On the other hand, holes are concentrated in the drift region 34 (that is, the region 38) near the inner corner portion 72. Furthermore, the effect of accumulating holes in the drift region 34 by the barrier region 30 is also obtained. Thereby, the on-resistance of the IGBT 10 is reduced. Note that the structure in which holes are accumulated in the drift region 34 by the barrier region 30 and the structure in which holes are concentrated in the drift region 34 in the vicinity of the inner corner 72 can reduce the on-resistance of the IGBT 10 even if only one of them is employed. be able to. However, it is preferable to employ both of these. FIG. 6 shows a result of a simulation for evaluating the respective on-resistances of the IGBT 200 having a conventional stripe-shaped gate electrode, the IGBT 100 having a structure in which the barrier region 30 is removed from the IGBT 10 of the example, and the IGBT 10 of the example. It is a graph which shows. The horizontal axis indicates the mesa width, and the vertical axis indicates the on-resistance. As shown in the drawing, in any IGBT, the on-resistance decreases as the mesa width decreases. As is clear from FIG. 6, the on-resistance cannot be reduced unless the mesa width is made extremely small in the conventional IGBT 200, whereas the on-resistance can be reduced even if the mesa width is not so small in the IGBT 10 and the IGBT 100. Can be reduced. In this simulation, even when the mesa width is about 5 times that of the conventional IGBT 200 in the IGBT 100, an on-resistance equivalent to that of the IGBT 200 is obtained. In the IGBT 10, the same resistance as that of the IGBT 200 is obtained even when the mesa width is about 25 times that of the conventional IGBT 200. An on-resistance was obtained. Thus, according to the configuration of the embodiment, the on-resistance of the IGBT can be reduced without performing fine processing.

また、上述したように、実施例の技術は、メサ幅を小さくすることなく、IGBTのオン抵抗を低減させることができる。これによって、IGBTの飽和電流(IGBTのコレクタ−エミッタ間電圧が過大となったときに流れるコレクタ電流)の上昇を抑制することができる。すなわち、メサ幅を小さくしてオン抵抗を低減させる手法では、メサ幅を小さくすることでチャネル密度(基板表面の単位面積あたりに存在するチャネルの面積)が増加する。このため、IGBTがオンしているときにチャネルからドリフト領域に多量の電子が供給され、これに応じてコレクタ領域からドリフト領域に供給されるホールも増える。その結果、過電圧が印加されたときに大電流が流れ易くなり、飽和電流は高くなる。一方、実施例の技術では、メサ幅を小さくすることなくIGBTのオン抵抗を低減させることができるので、IGBTの飽和電流が上昇することを抑制することができる。特に実施例のIGBT10では、上述したように、距離Lb1〜Lb4の総和Lbが、距離La1〜La4の総和Laよりも小さい。距離Lb1〜Lb4に示す領域(エミッタ領域22からチャネルに電子が流入する領域)は、チャネルの幅が最も小さい。このため、総和Lbが小さくなっていることで、実質的なチャネル密度が低くなり、飽和電流をより低減させることができる。   Further, as described above, the technology of the embodiment can reduce the on-resistance of the IGBT without reducing the mesa width. As a result, an increase in the saturation current of the IGBT (the collector current that flows when the collector-emitter voltage of the IGBT becomes excessive) can be suppressed. That is, in the technique of reducing the on-resistance by reducing the mesa width, the channel density (area of the channel existing per unit area of the substrate surface) is increased by reducing the mesa width. For this reason, a large amount of electrons are supplied from the channel to the drift region when the IGBT is on, and the holes supplied from the collector region to the drift region increase accordingly. As a result, a large current easily flows when an overvoltage is applied, and the saturation current increases. On the other hand, in the technique of the embodiment, the on-resistance of the IGBT can be reduced without reducing the mesa width, so that the increase of the saturation current of the IGBT can be suppressed. In particular, in the IGBT 10 of the embodiment, as described above, the total sum Lb of the distances Lb1 to Lb4 is smaller than the total sum La of the distances La1 to La4. A region indicated by distances Lb1 to Lb4 (a region where electrons flow from the emitter region 22 into the channel) has the smallest channel width. For this reason, since the total sum Lb is reduced, the substantial channel density is reduced, and the saturation current can be further reduced.

なお、実施例の技術によれば、メサ幅を小さくすることなくオン抵抗を低減させることができるが、本技術はメサ幅を小さくすること自体を否定する技術ではない。本技術とメサ幅を小さくする技術の両方を採用することで、IGBTのオン抵抗をより低くすることができる。すなわち、本技術とメサ幅を小さくする技術を組み合わせて用いることもできる。   According to the technique of the embodiment, the on-resistance can be reduced without reducing the mesa width, but this technique is not a technique for denying the reduction of the mesa width itself. By adopting both this technique and the technique for reducing the mesa width, the on-resistance of the IGBT can be further reduced. That is, the present technology and a technology for reducing the mesa width can be used in combination.

また、実施例のIGBT10では、1つのセル12の中に4つのエミッタ領域22が形成されていたが、エミッタ領域22の数が4つより少なくてもよい。例えば、図7に示すように、セル12内のエミッタ領域22が2つであってもよい。このようにエミッタ領域22を構成すると、上述した距離の総和Lbがより短くなるので、飽和電流をより低くすることができる。   In the IGBT 10 of the embodiment, four emitter regions 22 are formed in one cell 12, but the number of emitter regions 22 may be less than four. For example, as shown in FIG. 7, the number of emitter regions 22 in the cell 12 may be two. When the emitter region 22 is configured in this way, the total distance Lb described above becomes shorter, so that the saturation current can be further reduced.

また、上述した実施例では、セル12の角部の表層領域に低濃度ボディ領域28が形成されていたが、図8に示すように、セル12の角部の表層領域にエミッタ領域22が形成されていてもよい。但し、セル12の角部の表層領域にエミッタ領域22が形成されていると、以下の問題が生じる場合がある。図9は、図8のIX−IX線における断面を示しており、図9の矢印120は、エミッタ領域22の下側の低濃度ボディ領域28内のホールがボディコンタクト領域26まで流れる際の経路を示している。セル12の角部の表層領域にエミッタ領域22が形成されていると、エミッタ領域22の端からボディコンタクト領域26に向かう方向(図8のIX−IX線で示す方向)がセル12の対角方向に伸びることになるので、エミッタ領域22の端からボディコンタクト領域26までの距離が長くなる。したがって、図9の矢印120に示すホールの移動経路も長くなる。この移動経路が長くなると、低濃度ボディ領域28の電気抵抗によって、エミッタ領域22の下の低濃度ボディ領域28の電位が高くなる。この電位が高くなり過ぎると、図9の矢印122に示すように、ホールがエミッタ領域22に流入し、IGBTがラッチアップする。実施例1のIGBT10のように、セル12の角部の表層領域に低濃度ボディ領域28を形成しておき、エミッタ領域22をボディコンタクト領域26により近い領域内に形成しておくことで、IGBTのラッチアップが生じ難くなる。   In the embodiment described above, the low-concentration body region 28 is formed in the surface layer region at the corner of the cell 12, but the emitter region 22 is formed in the surface layer region at the corner of the cell 12, as shown in FIG. May be. However, if the emitter region 22 is formed in the surface layer region at the corner of the cell 12, the following problem may occur. FIG. 9 shows a cross section taken along the line IX-IX in FIG. 8, and an arrow 120 in FIG. 9 indicates a path when holes in the low-concentration body region 28 below the emitter region 22 flow to the body contact region 26. Is shown. When the emitter region 22 is formed in the surface layer region at the corner of the cell 12, the direction from the end of the emitter region 22 toward the body contact region 26 (the direction indicated by the line IX-IX in FIG. 8) is the diagonal of the cell 12. Since it extends in the direction, the distance from the end of the emitter region 22 to the body contact region 26 becomes longer. Therefore, the movement path of the hole indicated by the arrow 120 in FIG. When this movement path becomes longer, the electric potential of the low concentration body region 28 increases the potential of the low concentration body region 28 below the emitter region 22. If this potential becomes too high, holes flow into the emitter region 22 as shown by the arrow 122 in FIG. 9, and the IGBT latches up. Like the IGBT 10 of the first embodiment, the low concentration body region 28 is formed in the surface layer region at the corner of the cell 12, and the emitter region 22 is formed in a region closer to the body contact region 26. Latch-up is less likely to occur.

また、実施例のIGBT10では、セルの形状が正方形であった。しかしながら、セルの形状は、長方形であってもよい。図10は、セルのアスペクト比(セルのX方向の長さと、セルのY方向の長さの比)と、IGBTのオン抵抗との関係を示している。図10に示すように、アスペクト比が1(すなわち、セルが正方形)の場合にオン抵抗が最小となる。また、アスペクト比が0.4〜2.5の範囲で、IGBTのオン抵抗をより効果的に低減できることが分かった。   Moreover, in IGBT10 of the Example, the shape of the cell was a square. However, the cell shape may be rectangular. FIG. 10 shows the relationship between the cell aspect ratio (the ratio of the length of the cell in the X direction and the length of the cell in the Y direction) and the on-resistance of the IGBT. As shown in FIG. 10, the on-resistance is minimized when the aspect ratio is 1 (that is, the cell is square). It was also found that the on-resistance of the IGBT can be more effectively reduced when the aspect ratio is in the range of 0.4 to 2.5.

また、図11〜19は、変形例のIGBTにおけるトレンチ70の配置(半導体基板の上面を平面視したときの配置)を示している。なお、図11〜19では、図の見易さを考慮してトレンチ70をハッチングで示している。なお、図11〜19では、トレンチ70内及び半導体層内の構造の図示を省略しているが、トレンチ70内にはゲート電極、絶縁膜が形成されており、半導体層内にはIGBTの各領域が形成されている。図11〜19の配置でも、トレンチ70が折れ曲がっているので、その内側コーナー部近傍でドリフト領域の電気抵抗が低くなり、IGBTのオン抵抗を低減することができる。なお、図11では、ゲート電極が四差路を形成しているが、このような構成を採用する場合には、IGBTの製造工程でトレンチ70内にゲート電極を埋め込む際にトレンチ70の交差箇所で巣(電極材料が存在しない空間)が形成されやすい。したがって、三差路の方が好ましい。また、図13はセルを三角形とした例を示しており、図14はセルを六角形とした例を示している。また、図15〜図17は、セルを構成しない(トレンチ70で囲まれた領域が存在しない)場合の例を示している。また、図18及び19は、ダミートレンチ電極98を有している例を示している。ダミートレンチ電極98は、ゲート電極と同様にしてトレンチ70内に形成されているが、外部に接続されていない電極である。すなわち、ダミートレンチ電極98の電位はフローティングしている。ダミートレンチ電極98は、IGBTのオフ時における半導体層の電位分布を制御するための電極である。図11〜19に示すようにトレンチ70が配置されている場合でも、トレンチ70の内側コーナー部によって、IGBTのオン抵抗を低減させることができる。   11 to 19 show the arrangement of the trenches 70 (an arrangement when the upper surface of the semiconductor substrate is viewed in plan view) in the IGBT of the modification. In addition, in FIGS. 11-19, the trench 70 is shown by hatching in consideration of the visibility of the figure. 11 to 19, illustration of structures in the trench 70 and the semiconductor layer is omitted, but a gate electrode and an insulating film are formed in the trench 70, and each of the IGBTs is formed in the semiconductor layer. A region is formed. 11-19, since the trench 70 is bent, the electrical resistance of the drift region is reduced in the vicinity of the inner corner portion, and the on-resistance of the IGBT can be reduced. In FIG. 11, the gate electrode forms a four-way path. However, when such a configuration is adopted, when the gate electrode is embedded in the trench 70 in the IGBT manufacturing process, the intersection of the trench 70 is formed. Nests (spaces in which no electrode material exists) are easily formed. Therefore, a three-way road is preferred. FIG. 13 shows an example in which the cells are triangular, and FIG. 14 shows an example in which the cells are hexagonal. 15 to 17 show an example in the case where a cell is not formed (the region surrounded by the trench 70 does not exist). 18 and 19 show an example in which a dummy trench electrode 98 is provided. The dummy trench electrode 98 is an electrode that is formed in the trench 70 in the same manner as the gate electrode, but is not connected to the outside. That is, the potential of the dummy trench electrode 98 is floating. The dummy trench electrode 98 is an electrode for controlling the potential distribution of the semiconductor layer when the IGBT is off. Even when the trench 70 is disposed as shown in FIGS. 11 to 19, the on-resistance of the IGBT can be reduced by the inner corner portion of the trench 70.

また、上述した実施例のIGBT10では、障壁領域30が形成されており、これによってドリフト領域34にキャリアを蓄積した。しかしながら、図20に示すように、ドリフト領域34とボディ領域24の間に、ドリフト領域34よりもn型不純物濃度が高い高濃度n型領域42が形成されていてもよい。この構成では、高濃度n型領域42が、ドリフト領域34からボディ領域24にホールが流れる際に障壁となる。したがって、この構成でも、ドリフト領域34にホールを蓄積させて、ドリフト領域34のオン抵抗を低減させることができる。また、内側コーナー部72を有する構成で十分にオン抵抗を低減させることができる場合には、障壁領域30や高濃度n型領域42を形成しなくてもよい。   Further, in the IGBT 10 of the above-described embodiment, the barrier region 30 is formed, and thus carriers are accumulated in the drift region 34. However, as shown in FIG. 20, a high-concentration n-type region 42 having an n-type impurity concentration higher than that of the drift region 34 may be formed between the drift region 34 and the body region 24. In this configuration, the high-concentration n-type region 42 becomes a barrier when holes flow from the drift region 34 to the body region 24. Therefore, even in this configuration, holes can be accumulated in the drift region 34 and the on-resistance of the drift region 34 can be reduced. Further, when the on-resistance can be sufficiently reduced by the configuration having the inner corner portion 72, the barrier region 30 and the high-concentration n-type region 42 need not be formed.

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

10:IGBT
12:セル
20:半導体基板
20a:上面
20b:下面
22:エミッタ領域
24:上部ボディ領域
26:ボディコンタクト領域
28:低濃度ボディ領域
30:障壁領域
32:下部ボディ領域
34:ドリフト領域
36:コレクタ領域
38:領域
42:n型領域
50:エミッタ電極
60:コレクタ電極
70:トレンチ
72:内側コーナー部
76:絶縁膜
80:ゲート電極
98:ダミートレンチ電極
10: IGBT
12: Cell 20: Semiconductor substrate 20a: Upper surface 20b: Lower surface 22: Emitter region 24: Upper body region 26: Body contact region 28: Low concentration body region 30: Barrier region 32: Lower body region 34: Drift region 36: Collector region 38: region 42: n-type region 50: emitter electrode 60: collector electrode 70: trench 72: inner corner 76: insulating film 80: gate electrode 98: dummy trench electrode

Claims (6)

IGBTであって、
半導体基板と、エミッタ電極と、コレクタ電極と、ゲート電極を有しており、
半導体基板の上面に、当該上面を平面視したときに折れ曲がった形状に伸びているトレンチが形成されており、
トレンチの内面は、絶縁膜に覆われており、
ゲート電極は、トレンチの内部に配置されており、
エミッタ電極は、半導体基板の上面に形成されており、
コレクタ電極は、半導体基板の下面に形成されており、
半導体基板の内部に、
n型半導体により構成されており、前記絶縁膜に接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されているエミッタ領域と、
p型半導体により構成されており、エミッタ領域に隣接する位置で前記絶縁膜に接しているとともにトレンチの内側コーナー部で前記絶縁膜に接しており、エミッタ電極に対してオーミック接続されているボディ領域と、
n型半導体により構成されており、ボディ領域の下側に形成されており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されており、トレンチの下端部の前記絶縁膜に接しているドリフト領域と、
p型半導体により構成されており、ドリフト領域の下側に形成されており、ドリフト領域によってボディ領域から分離されており、コレクタ電極に対してオーミック接続されているコレクタ領域、
が形成されている、
ことを特徴とするIGBT。
An IGBT,
It has a semiconductor substrate, an emitter electrode, a collector electrode, and a gate electrode,
A trench extending in a bent shape when the upper surface is viewed in plan is formed on the upper surface of the semiconductor substrate,
The inner surface of the trench is covered with an insulating film,
The gate electrode is arranged inside the trench,
The emitter electrode is formed on the upper surface of the semiconductor substrate,
The collector electrode is formed on the lower surface of the semiconductor substrate,
Inside the semiconductor substrate,
an emitter region made of an n-type semiconductor, in contact with the insulating film, and in ohmic contact with the emitter electrode;
A body region that is made of a p-type semiconductor, is in contact with the insulating film at a position adjacent to the emitter region, is in contact with the insulating film at an inner corner of the trench, and is in ohmic contact with the emitter electrode When,
a drift region formed of an n-type semiconductor, formed below the body region, separated from the emitter region by the body region, and in contact with the insulating film at the lower end of the trench;
a collector region made of a p-type semiconductor, formed below the drift region, separated from the body region by the drift region, and ohmic-connected to the collector electrode;
Is formed,
IGBT characterized by this.
ボディ領域を上部ボディ領域と下部ボディ領域に分離している障壁領域をさらに有しており、
上部ボディ領域は、エミッタ領域に接しており、
障壁領域は、n型半導体により構成されており、上部ボディ領域の下側に形成されており、
下部ボディ領域は、障壁領域の下側に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載のIGBT。
A barrier region separating the body region into an upper body region and a lower body region;
The upper body region is in contact with the emitter region,
The barrier region is made of an n-type semiconductor and is formed below the upper body region.
The lower body region is formed below the barrier region,
The IGBT according to claim 1.
ボディ領域とドリフト領域の間に、高濃度n型領域が形成されており、
高濃度n型領域は、n型半導体により構成されており、ボディ領域に接しており、ボディ領域によってエミッタ領域から分離されており、ドリフト領域に接しており、ボディ領域をドリフト領域から分離しており、ドリフト領域よりも高いn型不純物濃度を有する、
ことを特徴とする請求項1または2に記載のIGBT。
A high concentration n-type region is formed between the body region and the drift region,
The high-concentration n-type region is composed of an n-type semiconductor, is in contact with the body region, is separated from the emitter region by the body region, is in contact with the drift region, and is separated from the drift region. And has a higher n-type impurity concentration than the drift region,
The IGBT according to claim 1 or 2, characterized in that:
ボディ領域が、エミッタ電極に対してオーミック接続されている第1領域と、第1領域を介してエミッタ電極と導通している第2領域を有しており、
第1領域が、前記絶縁膜と接しておらず、
第2領域が、前記絶縁膜と接しており、
エミッタ領域が、トレンチの内側コーナー部の前記絶縁膜と接していない、
ことを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載のIGBT。
The body region has a first region that is ohmically connected to the emitter electrode, and a second region that is electrically connected to the emitter electrode through the first region;
The first region is not in contact with the insulating film,
A second region is in contact with the insulating film;
The emitter region is not in contact with the insulating film at the inner corner of the trench;
The IGBT according to any one of claims 1 to 3, wherein:
半導体基板の上面を平面視したときにトレンチによって仕切られた四角形の領域が形成されており、
四角形の領域内にエミッタ領域とボディ領域が形成されており、
半導体基板を平面視したときに、四角形の領域内において、エミッタ領域が前記絶縁膜と接している境界線の総距離が、ボディ領域が前記絶縁膜と接している境界線の総距離より短い、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のIGBT。
A quadrangular region partitioned by a trench when the top surface of the semiconductor substrate is viewed in plan is formed,
An emitter region and a body region are formed in a rectangular region,
When the semiconductor substrate is viewed in plan, the total distance of the boundary line in which the emitter region is in contact with the insulating film is shorter than the total distance of the boundary line in which the body region is in contact with the insulating film in the rectangular region.
The IGBT according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
半導体基板の上面を平面視したときにトレンチによって仕切られた四角形の領域が形成されており、
四角形の領域内にエミッタ領域とボディ領域が形成されており、
四角形の領域のアスペクト比が0.4〜2.5の範囲内である、
ことを特徴とする請求項1〜4の何れか一項に記載のIGBT。
A quadrangular region partitioned by a trench when the top surface of the semiconductor substrate is viewed in plan is formed,
An emitter region and a body region are formed in a rectangular region,
The rectangular area has an aspect ratio in the range of 0.4 to 2.5,
The IGBT according to any one of claims 1 to 4, characterized in that:
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