JP2012059873A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置に関し、特に、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタを備えた半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a semiconductor device including an insulated gate bipolar transistor.
家電製品や産業用機器等では、電力制御のために絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT:Insulated Gate Bipolar Transistor)が使われている。たとえば、家電製品では、携帯電話機のカメラあるいはデジタルスチルカメラのストロボの発光を制御する発光回路に縦型のIGBTが適用されている。 In household appliances and industrial equipment, insulated gate bipolar transistors (IGBTs) are used for power control. For example, in home appliances, a vertical IGBT is applied to a light emitting circuit that controls light emission of a strobe of a mobile phone camera or a digital still camera.
縦型IGBTでは、互いに間隔を隔てて複数のトレンチが形成され、それぞれのトレンチの内部にゲート電極が形成されている。互いに隣り合う一方のトレンチと他方のトレンチによって挟まれた領域には、チャネルが形成されるPウェルが形成されている。そのPウェルには、Pウェルを所定の電位に固定するコンタクト領域としてP+領域が形成されている。また、Pウェルには、ソース(またはエミッタ)領域としてN+領域が形成されている。Pウェルの下方には、チャネルを介してソース領域に電気的に繋がるドレイン領域が形成されている。なお、縦型のIGBTを開示した非特許文献の一つとして、非特許文献1がある。
In the vertical IGBT, a plurality of trenches are formed at intervals from each other, and a gate electrode is formed inside each trench. A P well in which a channel is formed is formed in a region sandwiched between one trench and the other trench adjacent to each other. In the P well, a P + region is formed as a contact region for fixing the P well to a predetermined potential. In the P well, an N + region is formed as a source (or emitter) region. A drain region electrically connected to the source region through the channel is formed below the P well. In addition, there exists a
近年、携帯電話機あるいはデジタルスチルカメラの小型化に対応するために、IGBTにも小型化が求められるとともに、低電圧化が求められている。IGBTのサイズを小さくしようとすれば、Pウェルに形成されるP+領域の占有面積も削減する必要がある。そうすると、Pウェルの電位を固定するコンタクト領域としてのP+領域における寄生抵抗値が高くなってしまい、Pウェルの電位が浮く等のPウェルの電位が不安定になることがある。Pウェルの電位が不安定な状態において、IGBTのソース−ドレイン間に電流を流すと、ラッチアップが起こり、IGBTをオフすることができなくなる不具合が発生する。このような不具合を解消するために、P+領域の不純物濃度をより高くすることによって寄生抵抗を下げる手段が講じられている。 In recent years, in order to cope with downsizing of mobile phones or digital still cameras, IGBTs are also required to be downsized and low voltage. If the size of the IGBT is to be reduced, it is necessary to reduce the area occupied by the P + region formed in the P well. Then, the parasitic resistance value in the P + region as a contact region for fixing the potential of the P well becomes high, and the potential of the P well may become unstable, such as the potential of the P well floating. If a current is passed between the source and drain of the IGBT in a state where the potential of the P well is unstable, a latch-up occurs, causing a problem that the IGBT cannot be turned off. In order to solve such a problem, means for lowering the parasitic resistance by increasing the impurity concentration of the P + region has been taken.
しかしながら、従来の半導体装置では、次のような問題点があった。寄生抵抗を下げるためにP+領域の不純物濃度を高くすると、p型の不純物がソースとしてのN+領域へ拡散する一方、N+領域のn型の不純物がP+領域へ拡散してしまい、P+領域とN+領域との間で不純物が相互拡散をすることがあった。このため、P+領域の不純物濃度を高くして寄生抵抗を下げる手法にも限界があった。 However, the conventional semiconductor device has the following problems. If the impurity concentration in the P + region is increased to reduce the parasitic resistance, the p-type impurity diffuses into the N + region as the source, while the n + impurity in the N + region diffuses into the P + region. Impurities sometimes diffused between the P + region and the N + region. For this reason, there is a limit to the method of increasing the impurity concentration in the P + region and reducing the parasitic resistance.
本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、チャネルが形成されるPウェルの電位が確実に安定する半導体装置を提供することである。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device in which the potential of a P-well in which a channel is formed is reliably stabilized.
本発明に係る半導体装置は、主表面を有する第1導電型の半導体基板と、第2導電型の半導体層と、第1導電型の第1不純物領域と、溝と、ゲート電極と、第1導電型の第2不純物領域と、第2導電型の第3不純物領域と、絶縁膜とを備えている。第2導電型の半導体層は、半導体基板の主表面に接触するように形成されている。第1導電型の第1不純物領域は、半導体層の表面から第1深さにわたり形成されている。溝は、半導体層に達するように、第1不純物領域の表面から第1深さよりも深い第2深さにわたり形成されている。ゲート電極は、溝の側壁にゲート絶縁膜を介在させて形成されている。第1導電型の第2不純物領域は、第1不純物領域における所定の領域の表面に接触するように形成されている。第2導電型の第3不純物領域は、第1不純物領域における他の所定の領域の表面に接触するように形成されている。絶縁膜は、第2不純物領域と第3不純物領域との間に形成されている。 A semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate having a main surface, a second conductivity type semiconductor layer, a first conductivity type first impurity region, a trench, a gate electrode, A conductive second impurity region, a second conductive type third impurity region, and an insulating film are provided. The second conductivity type semiconductor layer is formed in contact with the main surface of the semiconductor substrate. The first impurity region of the first conductivity type is formed from the surface of the semiconductor layer to the first depth. The trench is formed from the surface of the first impurity region to a second depth deeper than the first depth so as to reach the semiconductor layer. The gate electrode is formed with a gate insulating film interposed on the sidewall of the trench. The second impurity region of the first conductivity type is formed in contact with the surface of a predetermined region in the first impurity region. The third impurity region of the second conductivity type is formed so as to be in contact with the surface of another predetermined region in the first impurity region. The insulating film is formed between the second impurity region and the third impurity region.
本発明に係る半導体装置によれば、ゲート電極に所定の電圧を印加することによってチャネルが形成される第1導電型の第1不純物領域を所定の電位に固定するコンタクトとしての第1導電型の第2不純物領域と、ソースとしての第2導電型の第3不純物領域との間に絶縁膜が形成されている。これにより、第2不純物領域の不純物濃度を上げても、第2不純物領域と第3不純物領域との間の不純物の相互拡散が抑制されて、第1不純物領域の電位を確実に固定することができる。 According to the semiconductor device of the present invention, the first conductivity type as a contact for fixing the first impurity region of the first conductivity type in which the channel is formed to a predetermined potential by applying a predetermined voltage to the gate electrode. An insulating film is formed between the second impurity region and the third impurity region of the second conductivity type as the source. Thereby, even if the impurity concentration of the second impurity region is increased, the interdiffusion of impurities between the second impurity region and the third impurity region is suppressed, and the potential of the first impurity region can be reliably fixed. it can.
実施の形態1
ここでは、IGBTの第1の例について説明する。図1に示すように、このIGBTでは、ソース領域としてのN+領域13と、Pウェルのコンタクト領域としてのP+領域5とが、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向に沿って形成されている。なお、図1に示される領域R1は、下のパターンを示すためにシリコン酸化膜15を取り除いた領域を示す。さらに図2に示すように、半導体基板1の一方の主表面に接触するようにN+エピタキシャル層2が形成され、そのN+エピタキシャル層2の表面に接触するようにN-エピタキシャル層3が形成されている。N-エピタキシャル層3における所定の領域に、N-エピタキシャル層3の表面から所定の深さにわたりPウェル4が形成されている。Pウェル4における所定の領域には、複数のトレンチ6が形成されている。複数のトレンチ6のそれぞれは、互いに間隔を隔てて一方向に延在し、N-エピタキシャル層3に達するように形成されている。それぞれのトレンチ6内には、トレンチ6の側壁にゲート酸化膜7を介在させてポリシリコンゲート電極Gが形成されている。
Here, a first example of the IGBT will be described. As shown in FIG. 1, in this IGBT, an N +
互いに隣り合う一方のトレンチ6と他方のトレンチ6によって挟まれたPウェル4の領域には、ソース領域としての2つのN+領域13が形成されている。N+領域13の不純物濃度のオーダは、〜1021/cm3程度である。一方のトレンチ6の側に位置する一方のN+領域13は、Pウェル4の表面に接触するとともに、そのトレンチ6の側壁に形成されたゲート酸化膜7の部分に接触するように形成されている。他方のトレンチ6の側に位置する他方のN+領域13は、Pウェル4の表面に接触するとともに、そのトレンチ6の側壁に形成されたゲート酸化膜7の部分に接触するように形成されている。N+領域13は、Pウェル4に形成されるチャネルを介して、ドレイン領域としてのN-エピタキシャル層3に電気的に繋がることになる。
In a region of the P well 4 sandwiched between one
一方のN+領域13と他方のN+領域13とによって挟まれたPウェル4の部分には、Pウェル4を所定の電位に固定するためのコンタクト領域としてP+領域5が、Pウェル4の表面に接触するように形成されている。P+領域5の不純物濃度のオーダは、〜1020/cm3程度である。一方のN+領域13とP+領域5との間には熱酸化膜11が形成され、他方のN+領域13とP+領域5との間には熱酸化膜11が形成されている。
In a portion of the P well 4 sandwiched between one N +
ポリシリコンゲート電極Gを覆うようにシリコン酸化膜15が形成されている。そのシリコン酸化膜15に、P+領域5の表面およびN+領域13の表面を露出する開口部16が形成されている。その開口部16を充填するように、P+領域5およびN+領域13に電気的に接続される金属配線18が形成されている。金属配線18はチタンタングステン膜18aとアルミニウムシリコン膜18bからなる。チタンタングステン膜18aは、開口部16の側壁を含むシリコン酸化膜15の表面に接触するように形成されている。アルミニウムシリコン膜18bは、チタンタングステン膜18aの表面に接触するように形成されている。そのアルミニウムシリコン膜19の表面に接触するように、ガラスコート膜20が形成されている。半導体基板1の他方の主表面には、コレクタ電極21が形成されている。
A
次に、上述したIGBTの動作について説明する。まず、ポリシリコンゲート電極Gに所定のしきい値電圧(たとえば、0.6〜0.8V程度)よりも高い電圧を印加することにより、ポリシリコンゲート電極Gの側方に位置するPウェル4の部分にチャネルが形成される。チャネルが形成されると、ソース領域(エミッタ)としてのN+領域13からチャネルを経て、ドレイン領域としてのN-エピタキシャル層3へ電子eが注入され、一方、コレクタ電極21からP型の半導体基板1を経てN-エピタキシャル層3へホールhが注入される。これにより、N-エピタキシャル層3の抵抗値が電導度変調により下がり、コレクタ側からソース(エミッタ)側へ向かって電流が流れる状態(オン状態)となる。
Next, the operation of the above-described IGBT will be described. First, by applying a voltage higher than a predetermined threshold voltage (for example, about 0.6 to 0.8 V) to the polysilicon gate electrode G, the P well 4 located on the side of the polysilicon gate electrode G A channel is formed in this part. When the channel is formed, electrons e are injected from the N +
一方、ポリシリコンゲート電極Gにしきい値電圧よりも低い電圧を印加すると、Pウェル4に形成されたチャネルが消滅する。チャネルが消滅すると、N-エピタキシャル層3への電子の注入が止まり、N-エピタキシャル層3に蓄積されていた電子とホールは、再結合することによって消滅したり、N+領域13あるいはコレクタ電極21へ排出されることによって消滅して、最終的に電流が遮断される状態(オフ状態)となる。
On the other hand, when a voltage lower than the threshold voltage is applied to the polysilicon gate electrode G, the channel formed in the
次に、上述したIGBTの製造方法について説明する。図3に示すように、エピタキシャル成長法によって、P型の半導体基板1の主表面に接触するようにN+エピタキシャル層2が形成され、さらに、N+エピタキシャル層2に接触するようにN-エピタキシャル層3が形成される。次に、熱酸化処理を施すことにより、N-エピタキシャル層3の表面に接触するようにシリコン酸化膜22が形成される。次に、イオン注入法により、シリコン酸化膜22を介してボロン(B)を注入することにより、Pウェル4が形成される。引き続き、二フッ化ボロン(BF2)を注入することにより、P+領域5が形成される。なお、基板としては、N-エピタキシャル層3が形成された状態のものが使用される。
Next, a method for manufacturing the above-described IGBT will be described. As shown in FIG. 3, an N +
次に、所定の写真製版処理を施すことにより、トレンチを形成するためのレジスト(図示せず)が形成される。そのレジストをマスクとして、シリコン酸化膜22にエッチングを施すことにより、P+領域5の表面を露出させる。その後、レジストが除去される。次に、残されたシリコン酸化膜22をマスクとして、露出したP+領域5、Pウェル4およびN-エピタキシャル層3にエッチング処理を施すことにより、図4に示すように、N-エピタキシャル層3を貫通するようにトレンチ6が形成される。その後、シリコン酸化膜22が除去される。次に、熱酸化処理を施すことにより、露出したトレンチの側壁にゲート酸化膜7(図5参照)が形成される。このとき、露出したP+領域5の表面にもシリコン酸化膜が形成される。
Next, a resist (not shown) for forming a trench is formed by performing a predetermined photolithography process. Using the resist as a mask, the
次に、トレンチ6を充填するように、リンをドープしたポリシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、ポリシリコン膜の全面にエッチバック処理を施して、P+領域5の上面上に位置するポリシリコン膜の部分を除去することにより、図5に示すように、トレンチ6内にポリシリコンゲート電極Gが形成される。次に、図6および図7に示すように、ポリシリコンゲート電極Gを覆うように、シリコン酸化膜10が形成される。なお、図6に示される領域R2は、下のパターンを示すためにシリコン酸化膜10を取り除いた領域を示す。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ポリシリコンゲート電極Gを覆うとともに、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向に沿ってP+領域5の一部を覆うレジスト31が形成される。次に、レジスト31をマスクとしてシリコン酸化膜10にエッチング処理を施すことにより、P+領域5の表面を露出させる。その後、レジスト31が除去される。次に、図8に示すように、残されたシリコン酸化膜10をマスクとして、露出したP+領域5の表面にエッチング処理を施すことにより、Pウェル4の表面を露出させる。
Next, a polysilicon film (not shown) doped with phosphorus is formed so as to fill the
次に、熱酸化処理を施すことにより、露出したP+領域5の側壁およびPウェル4の表面に熱酸化膜が形成される。次に、所定のエッチング処理を施すことにより、P+領域5の側壁に形成された熱酸化膜11(図9参照)を残して、Pウェル4の表面に形成された熱酸化膜の部分が除去される。次に、露出したPウェル4の部分の表面および残されたシリコン酸化膜10の表面に接触するように、リンをドープしたポリシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、ポリシリコン膜の全面にエッチバック処理を施すことにより、P+領域5とポリシリコンゲート電極Gとの間に位置するポリシリコン膜の部分を残して、シリコン酸化膜10の上面上に位置するポリシリコン膜の部分が除去される。その後、所定の熱処理を施して活性化させることにより、図9に示すように、P+領域5とポリシリコンゲート電極Gとの間にN+領域13が形成される。
Next, a thermal oxidation process is performed to form a thermal oxide film on the exposed side wall of the P +
次に、N+領域13およびシリコン酸化膜10を覆うように、シリコン酸化膜15(図11参照)が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、P+領域5を露出する開口部を形成するためのレジスト(図示せず)が形成される。次に、そのレジストをマスクとして、シリコン酸化膜15にエッチング処理を施すことにより、P+領域5の表面を露出する開口部16(図11参照)が形成される。次に、レジストが除去されて、図10および図11に示すように、シリコン酸化膜15に、P+領域5を露出する開口部16が形成される。なお、図10に示される領域R3は、下のパターンを示すためにシリコン酸化膜15を取り除いた領域を示す。
Next, a silicon oxide film 15 (see FIG. 11) is formed so as to cover N +
次に、スパッタ法等により露出したP+領域5の表面およびN+領域13の表面に接触するように、チタンタングステン膜(図示せず)が形成され、さらに、そのチタンタングステン膜の表面に接触するようにアルミニウムシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、配線を形成するためのレジスト(図示せず)が形成される。次に、そのレジストをマスクとして、アルミニウムシリコン膜およびチタンタングステン膜にエッチング処理を施すことにより、チタンタングステン膜およびアルミニウムシリコン膜からなる金属配線18(図2参照)が形成される。こうして、図2に示すように、IGBTの主要部分が形成される。
Next, a titanium tungsten film (not shown) is formed so as to be in contact with the surface of the P +
上述したIGBTでは、ソース領域としてのN+領域13とコンタクト領域としてP+領域5との間に熱酸化膜11が形成されていることで、P+領域5の不純物濃度を高くしても、不純物の相互拡散が抑制されて寄生抵抗を下げることができる。このことについて、比較例に係るIGBTを交えて説明する。
In the IGBT described above, the
図12に示すように、比較例に係るIGBTでは、半導体基板101の主表面に接触するようにN+エピタキシャル層102が形成され、そのN+エピタキシャル層102の表面に接触するようにN-エピタキシャル層103が形成されている。N-エピタキシャル層103における所定の領域に、互いに間隔を隔ててN-エピタキシャル層103の表面から所定の深さにわたりPウェル104が形成されている。Pウェル4における所定の領域に、Pウェル4を貫通するように、互いに間隔を隔ててN-エピタキシャル層103に達する複数のトレンチ106が形成されている。それぞれのトレンチ106内には、トレンチ106の側壁にゲート酸化膜107を介在させてポリシリコンゲート電極JGが形成されている。
As shown in FIG. 12, in the IGBT according to the comparative example, an N +
互いに隣り合う一方のトレンチ106と他方のトレンチ106によって挟まれたPウェル104では、一方のトレンチ106の側に位置する部分に、そのトレンチ106の側壁に形成されたゲート酸化膜107に接触するように一方のN+領域113が形成され、他方のトレンチ106の側に位置する部分に、そのトレンチ106の側壁に形成されたゲート酸化膜107に接触するように他方のN+領域113が形成されている。一方(他方)のN+領域113は、Pウェル104の表面からPウェル104の深さよりも浅い所定の深さにわたり形成されている。一方のN+領域113と他方のN+領域113とによって挟まれたPウェル104の部分には、その表面から所定の深さにわたりP+領域105が形成されている。
In the P well 104 sandwiched between one
ポリシリコンゲート電極JGおよび一方(他方)のN+領域113を覆うように、層間絶縁膜110が形成されている。その層間絶縁膜110を覆い、P+領域105に接触するように、金属配線180として、チタンタングステン(TiW)膜118がa形成され、そのチタンタングステン膜118aに接触するように、アルミニウムシリコン(AlSi)膜118bが形成されている。アルミニウムシリコン膜118bに接触するように、ガラスコート膜120が形成されている。半導体基板101の他方の主表面にはコレクタ電極121が形成されている。
比較例に係るIGBTでは、家電製品等の小型化に対応させるために、IGBTのサイズを小さくしようとすれば、距離Lを縮めてコンタクト領域としてのP+領域105の占有面積も削減する必要がある。このため、P+領域105における寄生抵抗値が高くなってしまい、Pウェル104の電位が不安定になって、ラッチアップの原因となる。このような不具合を解消するために、P+領域105の不純物濃度を高くして寄生抵抗を下げようとすると、P+領域105のp型の不純物がN+領域113へ拡散する一方、N+領域113のn型の不純物がP+領域105へ拡散してしまう。このため、P+領域105の不純物濃度を上げるには限界がある。
In the IGBT according to the comparative example, if the size of the IGBT is to be reduced in order to cope with the downsizing of home appliances and the like, it is necessary to reduce the distance L and reduce the occupied area of the P +
比較例に対して実施の形態に係るIGBTでは、ソース(エミッタ)領域としてのN+領域13とコンタクト領域としてP+領域5との間に熱酸化膜11が形成されている。これにより、P+領域5の不純物濃度を高くしても、P+領域5のp型の不純物がN+領域13へ拡散するのを確実に阻止することができる。一方、N+領域13のn型の不純物がP+領域5へ拡散するのも確実に阻止することができる。こうして、不純物の相互拡散が抑制されて、P+領域5の寄生抵抗を下げることができ、ラッチアップの要因がなくなってIGBTを安定に動作させることができる。
In the IGBT according to the embodiment with respect to the comparative example, a
実施の形態2
ここでは、IGBTの第2の例について説明する。図13に示すように、このIGBTでは、ソース領域としてのN+領域13とPウェルのコンタクト領域としてのP+領域5とが、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向と直交する方向に沿って形成されており、ポリシリコンゲート電極Gに沿って、N+領域13とP+領域5とが交互に配置されている。図13および図14に示すように、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向と直交し、P+領域5を横切る断面では、Pウェル4の表面に接触するようにコンタクト領域としてのP+領域5が形成されている。P+領域5に電気的に接続される金属配線18が形成されている。
Here, a second example of the IGBT will be described. As shown in FIG. 13, in this IGBT, an N +
図13および図15に示すように、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向と直交し、N+領域13を横切る断面では、Pウェル4の表面に接触するようにソース領域としてのN+領域13が形成されている。N+領域13およびポリシリコンゲート電極Gを覆うようにシリコン酸化膜15が形成されている。そのシリコン酸化膜15に接触するように金属配線18が形成されている。
As shown in FIGS. 13 and 15, the N + region as the source region is in contact with the surface of the P well 4 in a cross section perpendicular to the extending direction of the polysilicon gate electrode G and crossing the N +
図13および図16に示すように、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向に沿って、N+領域13およびP+領域5を横切る断面では、Pウェル4の表面に接触するように、N+領域13とP+領域5とが交互に形成されている。P+領域5の側壁に熱酸化膜11が形成されて、N+領域13とP+領域5との間に介在している。N+領域13を覆うようにシリコン酸化膜15が形成されている。そのシリコン酸化膜15に接触するように、P+領域5とN+領域13とに電気的に接続される金属配線18が形成されている。なお、これ以外の構成については、図1および図2に示されるIGBTと同様なので、同一部材には同一符号を付しその説明を繰り返さないこととする。
As shown in FIGS. 13 and 16, the cross section across the N +
次に、上述したIGBTの動作について説明する。上述したIGBTの動作は前述したIGBTの動作と基本的に同じである。まず、ポリシリコンゲート電極Gに所定のしきい値電圧よりも高い電圧を印加することにより、Pウェル4の部分にチャネルが形成されて、N-エピタキシャル層3へ電子eが注入される一方、コレクタ電極21からN-エピタキシャル層3へホールhが注入されて、N-エピタキシャル層3の抵抗値が電導度変調により下がる。これにより、コレクタ側からソース(エミッタ)側へ向かって電流が流れる状態(オン状態)となる。
Next, the operation of the above-described IGBT will be described. The operation of the IGBT described above is basically the same as the operation of the IGBT described above. First, by applying a voltage higher than a predetermined threshold voltage to the polysilicon gate electrode G, a channel is formed in the portion of the P well 4 and electrons e are injected into the N −
一方、ポリシリコンゲート電極Gにしきい値電圧よりも低い電圧を印加すると、Pウェル4に形成されたチャネルが消滅し、N-エピタキシャル層3に蓄積されていた電子とホールは、再結合することによって消滅したり、N+領域13あるいはコレクタ電極21へ排出されることによって消滅して、最終的に電流が遮断される状態(オフ状態)となる。
On the other hand, when a voltage lower than the threshold voltage is applied to the polysilicon gate electrode G, the channel formed in the
次に、上述したIGBTの製造方法について説明する。まず、前述した図3〜図5に示す工程と同様の工程を経て、図17に示すように、トレンチ6内にポリシリコンゲート電極Gが形成される。次に、図18および図19に示すように、ポリシリコンゲート電極Gを覆うように、シリコン酸化膜10(図19参照)が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、ポリシリコンゲート電極Gを覆うとともに、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向と直交する方向に沿ってP+領域5の一部を覆うレジスト32が形成される。なお、図18に示される領域R4は、下のパターンを示すためにシリコン酸化膜10を取り除いた領域を示す。
Next, a method for manufacturing the above-described IGBT will be described. First, a polysilicon gate electrode G is formed in the
次に、レジスト32をマスクとしてシリコン酸化膜10にエッチング処理を施すことにより、P+領域5の表面を露出させる。その後、レジスト32が除去される。次に、図20、図21および図22に示すように、残されたシリコン酸化膜10をマスクとして、露出したP+領域5の表面にエッチング処理を施すことにより、Pウェル4の表面を露出させる。
Next, by etching the
次に、熱酸化処理を施すことにより、露出したP+領域5の側壁およびPウェル4の表面に熱酸化膜が形成される。次に、所定のエッチング処理を施すことにより、P+領域5の側壁に形成された熱酸化膜11(図23参照)を残して、Pウェル4の表面に形成された熱酸化膜の部分が除去される。次に、露出したPウェル4の部分の表面および残されたシリコン酸化膜10の表面に接触するように、リンをドープしたポリシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、ポリシリコン膜の全面にエッチバック処理を施すことにより、ポリシリコンゲート電極Gとポリシリコンゲート電極Gとによって挟まれるとともに、P+領域5とP+領域5とによって挟まれた領域に位置するポリシリコン膜の部分を残して、シリコン酸化膜10の上面上に位置するポリシリコン膜の部分が除去される。その後、所定の熱処理を施して活性化させることにより、図23、図24および図25に示すように、N+領域13が形成される。
Next, a thermal oxidation process is performed to form a thermal oxide film on the exposed side wall of the P +
次に、N+領域13およびシリコン酸化膜10を覆うように、シリコン酸化膜15(図28参照)が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、P+領域5を露出する開口部を形成するためのレジスト(図示せず)が形成される。次に、そのレジストをマスクとして、シリコン酸化膜15にエッチング処理を施すことにより、P+領域5の表面を露出する開口部16(図26参照)が形成される。次に、レジストが除去されて、図26、図27および図28に示すように、シリコン酸化膜15に、P+領域5を露出する開口部16が形成される。
Next, a silicon oxide film 15 (see FIG. 28) is formed so as to cover N +
次に、スパッタ法等により露出したP+領域5の表面およびN+領域13の表面に接触するように、チタンタングステン膜(図示せず)が形成され、さらに、そのチタンタングステン膜の表面に接触するようにアルミニウムシリコン膜(図示せず)が形成される。次に、所定の写真製版処理を施すことにより、配線を形成するためのレジスト(図示せず)が形成される。次に、そのレジストをマスクとして、アルミニウムシリコン膜およびチタンタングステン膜にエッチング処理を施すことにより、図14および図15に示すように、チタンタングステン膜およびアルミニウムシリコン膜からなる金属配線18が形成されて、IGBTの主要部分が形成される。
Next, a titanium tungsten film (not shown) is formed so as to be in contact with the surface of the P +
上述したIGBTでは、ソース(エミッタ)領域としてのN+領域13とコンタクト領域としてP+領域5との間に熱酸化膜11が形成されている。これにより、前述したIGBTについて説明したように、P+領域5の不純物濃度を高くしても、P+領域5のp型の不純物がN+領域13へ拡散するのを確実に阻止することができる。一方、N+領域13のn型の不純物がP+領域5へ拡散するのも確実に阻止することができる。その結果、不純物の相互拡散が抑制されて、P+領域5の寄生抵抗を下げることができ、ラッチアップの要因がなくなってIGBTを安定に動作させることができる。
In the IGBT described above, a
また、上述したIGBTでは、N+領域13とP+領域5とが、ポリシリコンゲート電極Gが延在する方向と直交する方向に沿って形成されており、ポリシリコンゲート電極Gに沿って、N+領域13とP+領域5とが交互に配置されている。これにより、前述したIGBTの場合と比べて、IGBTの同じ素子面積に対して、ソースとしてのN+領域13の占有面積をより大きく設定することができる。
In the IGBT described above, the N +
なお、各実施の形態では、P+領域5の不純物とN+領域13の不純物とが相互拡散を阻止する膜として、熱酸化膜11を例に挙げて説明したが、p型の不純物とn型の不純物の相互拡散をより確実に阻止するには、シリコン酸窒化膜(SiON)膜がより好ましい。この場合、シリコン酸窒化膜は、たとえば、CVD(Chemical Vapor Deposition)法により、P+領域5の側壁を覆うサイドウォール膜として形成することが可能である。また、シリコン酸窒化膜の他に、たとえば、TEOS(Tetra Ethoxy Ortho Silicate)膜も適用することが可能である。
In each of the embodiments, the
今回開示された実施の形態は例示であってこれに制限されるものではない。本発明は上記で説明した範囲ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is an example, and the present invention is not limited to this. The present invention is defined by the terms of the claims, rather than the scope described above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明は、縦型のゲート絶縁型バイポーラトランジスタを備えた半導体装置に有効に利用される。 The present invention is effectively used for a semiconductor device having a vertical gate insulating bipolar transistor.
1 半導体基板、2 N+エピタキシャル層、3 N-エピタキシャル層、4 Pウェル、5 P+領域、6 トレンチ、7 ゲート酸化膜、G ポリシリコンゲート電極、10 シリコン酸化膜、11 熱酸化膜、13 N+領域、15 シリコン酸化膜、16 開口部、18 金属配線、18a チタンタングステン膜、18b アルミニウムシリコン膜、21 コレクタ電極、22 シリコン酸化膜、31 レジスト、32 レジスト。 1 Semiconductor substrate, 2 N + epitaxial layer, 3 N- epitaxial layer, 4 P well, 5 P + region, 6 trench, 7 gate oxide film, G polysilicon gate electrode, 10 silicon oxide film, 11 thermal oxide film, 13 N + region, 15 silicon oxide film, 16 opening, 18 metal wiring, 18a titanium tungsten film, 18b aluminum silicon film, 21 collector electrode, 22 silicon oxide film, 31 resist, 32 resist.
Claims (1)
前記半導体基板の前記主表面に接触するように形成された第2導電型の半導体層と、
前記半導体層の表面から第1深さにわたり形成された第1導電型の第1不純物領域と、
前記半導体層に達するように、前記第1不純物領域の表面から前記第1深さよりも深い第2深さにわたり形成された溝と、
前記溝の側壁にゲート絶縁膜を介在させて形成されたゲート電極と、
前記第1不純物領域における所定の領域の表面に接触するように形成された第1導電型の第2不純物領域と、
前記第1不純物領域における他の所定の領域の表面に接触するように形成された第2導電型の第3不純物領域と、
前記第2不純物領域と前記第3不純物領域との間に形成された絶縁膜と
を備えた、半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate having a main surface;
A second conductivity type semiconductor layer formed so as to be in contact with the main surface of the semiconductor substrate;
A first impurity region of a first conductivity type formed from the surface of the semiconductor layer to a first depth;
A groove formed from the surface of the first impurity region to a second depth deeper than the first depth so as to reach the semiconductor layer;
A gate electrode formed by interposing a gate insulating film on the side wall of the groove;
A second impurity region of a first conductivity type formed so as to be in contact with a surface of a predetermined region in the first impurity region;
A third impurity region of a second conductivity type formed so as to be in contact with the surface of another predetermined region in the first impurity region;
A semiconductor device comprising: an insulating film formed between the second impurity region and the third impurity region.
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