JPH0690002A - トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法 - Google Patents
トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法Info
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- JPH0690002A JPH0690002A JP24066692A JP24066692A JPH0690002A JP H0690002 A JPH0690002 A JP H0690002A JP 24066692 A JP24066692 A JP 24066692A JP 24066692 A JP24066692 A JP 24066692A JP H0690002 A JPH0690002 A JP H0690002A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微細化に際してオン電圧を低減し得るT−I
GBTおよびその製造方法を提供する。 【構成】 p+ コレクタ層1上にはn- エピタキシャル
層3が形成されており、n- エピタキシャル層3上には
pウェル領域4が形成されている。pウェル領域4の表
面にはn+ エミッタ領域5が形成されている。n+ エミ
ッタ領域5表面からn- エピタキシャル層3にわたって
溝7が形成されており、溝7内表面には、ゲート絶縁膜
6を介してゲート電極8が形成されている。n+ エミッ
タ領域5表面およびpウェル領域4表面には、エミッタ
電極9が形成されており、p+ コレクタ層1の裏面には
コレクタ電極10が形成されている。溝7の底面直下に
は、p型不純物層19が形成されている。このp型不純
物層19の幅Wp2とpウェル領域4の表面の幅Wp1との
和が、単位セル幅Wc/2に対して50%〜70%の割
合である。
GBTおよびその製造方法を提供する。 【構成】 p+ コレクタ層1上にはn- エピタキシャル
層3が形成されており、n- エピタキシャル層3上には
pウェル領域4が形成されている。pウェル領域4の表
面にはn+ エミッタ領域5が形成されている。n+ エミ
ッタ領域5表面からn- エピタキシャル層3にわたって
溝7が形成されており、溝7内表面には、ゲート絶縁膜
6を介してゲート電極8が形成されている。n+ エミッ
タ領域5表面およびpウェル領域4表面には、エミッタ
電極9が形成されており、p+ コレクタ層1の裏面には
コレクタ電極10が形成されている。溝7の底面直下に
は、p型不純物層19が形成されている。このp型不純
物層19の幅Wp2とpウェル領域4の表面の幅Wp1との
和が、単位セル幅Wc/2に対して50%〜70%の割
合である。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、トレンチ絶縁ゲート
型バイポーラトランジスタ(TrenchInsula
ted Gate Bipolar Transist
or ;以下「T−IGBT」と称す)に関し、特に、
微細化および低オン電圧化を実現するT−IGBTに関
するものである。
型バイポーラトランジスタ(TrenchInsula
ted Gate Bipolar Transist
or ;以下「T−IGBT」と称す)に関し、特に、
微細化および低オン電圧化を実現するT−IGBTに関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来から、T−IGBTは知られてお
り、その一例は、たとえば「IEEETransact
ions Electrical Device,ED
−34(11)pp.2329,1987」に開示され
ている。以下に図12および図13を用いて、上記の文
献に記載されたnチャネルT−IGBTについて説明す
る。図12は、上記の文献に記載された従来のT−IG
BTを示す断面図である。図13は、図12に示された
T−IGBTの等価回路図である。
り、その一例は、たとえば「IEEETransact
ions Electrical Device,ED
−34(11)pp.2329,1987」に開示され
ている。以下に図12および図13を用いて、上記の文
献に記載されたnチャネルT−IGBTについて説明す
る。図12は、上記の文献に記載された従来のT−IG
BTを示す断面図である。図13は、図12に示された
T−IGBTの等価回路図である。
【0003】まず図12を参照して、p+ コレクタ層3
1上にはn+ エピタキシャル層32が形成されている。
また、このp+ コレクタ層31の裏面(底面)には、コ
レクタ電極40が形成されている。このn+ エピタキシ
ャル層32上にはn- エピタキシャル層33が形成され
ている。n- エピタキシャル層33上にはpウェル領域
34が形成されている。このpウェル領域34の表面の
一部領域にはn+ エミッタ領域35が形成されている。
このn+ エミッタ領域35は、高濃度のn型不純物を拡
散することによって形成される。
1上にはn+ エピタキシャル層32が形成されている。
また、このp+ コレクタ層31の裏面(底面)には、コ
レクタ電極40が形成されている。このn+ エピタキシ
ャル層32上にはn- エピタキシャル層33が形成され
ている。n- エピタキシャル層33上にはpウェル領域
34が形成されている。このpウェル領域34の表面の
一部領域にはn+ エミッタ領域35が形成されている。
このn+ エミッタ領域35は、高濃度のn型不純物を拡
散することによって形成される。
【0004】このn+ エミッタ領域35およびpウェル
領域34上には、エミッタ電極39が形成されている。
n+ エミッタ領域35表面からpウェル領域34を貫通
し、n- エピタキシャル層33にまで達するように溝3
7が形成されている。この溝37の内表面にはゲート絶
縁膜36が形成されており、ゲート絶縁膜36上にはゲ
ート電極38が形成されている。ゲート電極38には、
たとえば不純物が高濃度に導入された多結晶シリコンな
どが用いられる。
領域34上には、エミッタ電極39が形成されている。
n+ エミッタ領域35表面からpウェル領域34を貫通
し、n- エピタキシャル層33にまで達するように溝3
7が形成されている。この溝37の内表面にはゲート絶
縁膜36が形成されており、ゲート絶縁膜36上にはゲ
ート電極38が形成されている。ゲート電極38には、
たとえば不純物が高濃度に導入された多結晶シリコンな
どが用いられる。
【0005】なお、図12において、Wc/2は、単位
セル幅を示し、Wt/2は、溝37の1/2幅を示して
いる。また、Wnは、n+ エミッタ領域35の幅を示
し、Wp/2は、pウェル領域34の表面上面の幅を示
している。
セル幅を示し、Wt/2は、溝37の1/2幅を示して
いる。また、Wnは、n+ エミッタ領域35の幅を示
し、Wp/2は、pウェル領域34の表面上面の幅を示
している。
【0006】次に、上記の構造を有するT−IGBTの
動作について説明する。まず、図13を参照して、図1
2に示されるT−IGBTは、MOSFET44および
pnpトランジスタ45を備えており、このMOSFE
T44によってpnpトランジスタ45を駆動するもの
である。
動作について説明する。まず、図13を参照して、図1
2に示されるT−IGBTは、MOSFET44および
pnpトランジスタ45を備えており、このMOSFE
T44によってpnpトランジスタ45を駆動するもの
である。
【0007】ここで再び図12を参照して、まずコレク
タ電極40に高電位、エミッタ電極39に低電位(又は
アース電位)をそれぞれ印加する。この状態でゲート電
極38に正のバイアスを印加する。それにより、n+ エ
ミッタ領域35とn- エピタキシャル層33との間に、
溝37側壁に沿って反転層が形成される。すなわち、n
+ エミッタ領域35とn- エピタキシャル層33とによ
って規定されるチャネル領域41に反転層が形成される
ことになる。そして、このチャネル領域41を通って、
n+ エミッタ領域35からn- エピタキシャル層33に
電子電流42が流込む。
タ電極40に高電位、エミッタ電極39に低電位(又は
アース電位)をそれぞれ印加する。この状態でゲート電
極38に正のバイアスを印加する。それにより、n+ エ
ミッタ領域35とn- エピタキシャル層33との間に、
溝37側壁に沿って反転層が形成される。すなわち、n
+ エミッタ領域35とn- エピタキシャル層33とによ
って規定されるチャネル領域41に反転層が形成される
ことになる。そして、このチャネル領域41を通って、
n+ エミッタ領域35からn- エピタキシャル層33に
電子電流42が流込む。
【0008】このとき、コレクタ電極40に高電位が印
加されることによって、p+ コレクタ層31からn+ エ
ピタキシャル層32を通ってn- エピタキシャル層33
に正孔電流が流れ込む。それにより、pnpトランジス
タ45はオン状態となる。このpnpトランジスタ45
をオフ状態とするには、ゲート電極38のバイアスをア
ース電位とするかあるいは負にバイアスする。それによ
り、チャネル領域41の反転層が消滅し、pnpトラン
ジスタ45はオフ状態となる。
加されることによって、p+ コレクタ層31からn+ エ
ピタキシャル層32を通ってn- エピタキシャル層33
に正孔電流が流れ込む。それにより、pnpトランジス
タ45はオン状態となる。このpnpトランジスタ45
をオフ状態とするには、ゲート電極38のバイアスをア
ース電位とするかあるいは負にバイアスする。それによ
り、チャネル領域41の反転層が消滅し、pnpトラン
ジスタ45はオフ状態となる。
【0009】上記のような動作および構造を有すること
により、T−IGBTは、下記のような利点を有する。
まず、T−IGBTにおいては、チャネル領域41が深
さ方向に形成されるため、チャネル領域が横方向に形成
されたD−IGBTなどに比べて高集積化が可能とな
る。また、上記のD−IGBTで問題となるウェル相互
間で発生するJ−FET効果がT−IGBTの構造上存
在しないことになる。それにより、極めて低いオン電圧
の半導体装置となり得る。ここで、オン電圧とは、単位
面積当りに所定電流を流すための所要電圧のことをい
う。
により、T−IGBTは、下記のような利点を有する。
まず、T−IGBTにおいては、チャネル領域41が深
さ方向に形成されるため、チャネル領域が横方向に形成
されたD−IGBTなどに比べて高集積化が可能とな
る。また、上記のD−IGBTで問題となるウェル相互
間で発生するJ−FET効果がT−IGBTの構造上存
在しないことになる。それにより、極めて低いオン電圧
の半導体装置となり得る。ここで、オン電圧とは、単位
面積当りに所定電流を流すための所要電圧のことをい
う。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
T−IGBTは、高集積化およびオン電圧を低減するこ
とが可能となるという利点を有するが、次に説明するよ
うな問題点をも有していた。
T−IGBTは、高集積化およびオン電圧を低減するこ
とが可能となるという利点を有するが、次に説明するよ
うな問題点をも有していた。
【0011】従来のT−IGBTは、上述のように、高
集積化が可能であるが、高集積化に伴う微細化を進めた
だけではかえってオン電圧を増加させてしまう場合があ
る。そのことについて、図11、図14〜図16を用い
て説明する。図11は、単位セル幅Wc/2と、オン電
圧VCE(V)と、pウェル領域34の表面積が単位セル
の表面積内に占める割合RPE(%)との関係を示す図で
ある。図14は、従来のT−MOSFET(Trenc
h Metal Oxide Semiconduct
or Field Effect Transisto
r)の断面図である。図15は、図14に示されるT−
MOSFETの等価回路図である。図16は、Exet
nded Abstracts of the 22n
d (1990 International) Co
nference on Solid state D
evices and Materials,Send
ai,1990,pp.5−9に開示されている図であ
り、T−MOSFETにけるオン抵抗と単位セル幅(μ
m)との関係を示す図である。
集積化が可能であるが、高集積化に伴う微細化を進めた
だけではかえってオン電圧を増加させてしまう場合があ
る。そのことについて、図11、図14〜図16を用い
て説明する。図11は、単位セル幅Wc/2と、オン電
圧VCE(V)と、pウェル領域34の表面積が単位セル
の表面積内に占める割合RPE(%)との関係を示す図で
ある。図14は、従来のT−MOSFET(Trenc
h Metal Oxide Semiconduct
or Field Effect Transisto
r)の断面図である。図15は、図14に示されるT−
MOSFETの等価回路図である。図16は、Exet
nded Abstracts of the 22n
d (1990 International) Co
nference on Solid state D
evices and Materials,Send
ai,1990,pp.5−9に開示されている図であ
り、T−MOSFETにけるオン抵抗と単位セル幅(μ
m)との関係を示す図である。
【0012】まず図11を参照して、単位セル幅Wc/
2を徐々に減少させることによって、オン電圧VCEの値
は徐々に減少している。しかし、Wc/2の値が、1.
0μm以下の領域においては、オン電圧VCEの値が急に
増加しているのが分かる。これは、微細化に伴いpnp
トランジスタの形成領域が縮小されることに起因するも
のと考えられる。すなわち、pnpトランジスタ形成領
域の縮小に伴い、その領域に流れる電流量も低減する。
したがって、所望の電流量を得るためには、高い電圧を
印加する必要が生じてくる。それにより、結果として、
オン電圧が上昇することとなってしまう。
2を徐々に減少させることによって、オン電圧VCEの値
は徐々に減少している。しかし、Wc/2の値が、1.
0μm以下の領域においては、オン電圧VCEの値が急に
増加しているのが分かる。これは、微細化に伴いpnp
トランジスタの形成領域が縮小されることに起因するも
のと考えられる。すなわち、pnpトランジスタ形成領
域の縮小に伴い、その領域に流れる電流量も低減する。
したがって、所望の電流量を得るためには、高い電圧を
印加する必要が生じてくる。それにより、結果として、
オン電圧が上昇することとなってしまう。
【0013】ここで、図14〜図16を用いて、T−M
OSFETを微細化した場合について説明する。図14
を参照して、n+ ドリフト層52上にはn- ドリフト層
53が形成されており、n- ドリフト層53上にはpウ
ェル領域54が形成されている。このpウェル領域54
表面にはn+ ソース領域55が形成されている。このn
+ ソース領域55およびpウェル領域上にはソース電極
59が形成されている。また、n+ ドリフト層52裏面
には、ドレイン電極60が形成されている。さらに、n
+ ソース領域55表面からn- ドリフト層53にわたっ
て溝57が形成されている。この溝57内にはゲート絶
縁膜56を介してゲート電極58が形成されている。そ
して、溝57側壁に沿ってチャネル領域61が形成され
ている。
OSFETを微細化した場合について説明する。図14
を参照して、n+ ドリフト層52上にはn- ドリフト層
53が形成されており、n- ドリフト層53上にはpウ
ェル領域54が形成されている。このpウェル領域54
表面にはn+ ソース領域55が形成されている。このn
+ ソース領域55およびpウェル領域上にはソース電極
59が形成されている。また、n+ ドリフト層52裏面
には、ドレイン電極60が形成されている。さらに、n
+ ソース領域55表面からn- ドリフト層53にわたっ
て溝57が形成されている。この溝57内にはゲート絶
縁膜56を介してゲート電極58が形成されている。そ
して、溝57側壁に沿ってチャネル領域61が形成され
ている。
【0014】図15は、図14に示されたT−IGBT
の等価回路図を示している。図15において、npnト
ランジスタ65は定格動作せず、MOSFET64によ
ってこのnpnトランジスタが駆動されることになる。
したがって、溝57の幅および間隔の微細化は、MOS
FET64の高集積化に直接反映することとなる。した
がって、図16に示されるように、微細化が進むに連れ
て、T−MOSFETのオン電圧の低減化は進むことと
なる。
の等価回路図を示している。図15において、npnト
ランジスタ65は定格動作せず、MOSFET64によ
ってこのnpnトランジスタが駆動されることになる。
したがって、溝57の幅および間隔の微細化は、MOS
FET64の高集積化に直接反映することとなる。した
がって、図16に示されるように、微細化が進むに連れ
て、T−MOSFETのオン電圧の低減化は進むことと
なる。
【0015】以上のように、T−MOSFETに対して
上記と同様の試みを行なったところ、図16に示される
ように、単位セルの高密度化に伴いオン電圧(オン抵
抗)は単調に低減化されている。すなわち、上記のよう
に、微細化に伴い急激にオン電圧が上昇するといった問
題は、T−IGBT特有のものであるということがいえ
る。
上記と同様の試みを行なったところ、図16に示される
ように、単位セルの高密度化に伴いオン電圧(オン抵
抗)は単調に低減化されている。すなわち、上記のよう
に、微細化に伴い急激にオン電圧が上昇するといった問
題は、T−IGBT特有のものであるということがいえ
る。
【0016】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものであり、高集積化および低オン電圧
化を同時に実現し得るT−IGBTを提供することを目
的とする。
ためになされたものであり、高集積化および低オン電圧
化を同時に実現し得るT−IGBTを提供することを目
的とする。
【0017】
【課題を解決するための手段】この発明に基づくトレン
チ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、1つの局面
では、第1導電型の第1の半導体層と、第1の半導体層
上に形成された第2導電型の第2の半導体層と、第2の
半導体層上に形成された第1導電型の第3の半導体層
と、第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の不純物領域と、この不純物領域の表面から深さ方向
に延び第3の半導体層を通過して第2の半導体層にまで
至る溝と、この溝内部に形成されたゲート電極と、第3
の半導体層および不純物領域の両者に電気的に接続され
たエミッタ電極と、第1の半導体層に電気的に接続され
たコレクタ電極とを備えることを前提とする。そして、
第3の半導体層の上面の面積が、第1の半導体層の底面
の面積の50%〜70%である。なお、上記の「第3の
半導体層の上面」および「第1の半導体層の底面」の表
現は、上下逆に見た場合には、「第3の半導体層の底
面」および「第1の半導体層の上面」と同義となり得る
と解釈されるべきである。以下の各態様においても同様
に解釈されるべきである。
チ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタは、1つの局面
では、第1導電型の第1の半導体層と、第1の半導体層
上に形成された第2導電型の第2の半導体層と、第2の
半導体層上に形成された第1導電型の第3の半導体層
と、第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の不純物領域と、この不純物領域の表面から深さ方向
に延び第3の半導体層を通過して第2の半導体層にまで
至る溝と、この溝内部に形成されたゲート電極と、第3
の半導体層および不純物領域の両者に電気的に接続され
たエミッタ電極と、第1の半導体層に電気的に接続され
たコレクタ電極とを備えることを前提とする。そして、
第3の半導体層の上面の面積が、第1の半導体層の底面
の面積の50%〜70%である。なお、上記の「第3の
半導体層の上面」および「第1の半導体層の底面」の表
現は、上下逆に見た場合には、「第3の半導体層の底
面」および「第1の半導体層の上面」と同義となり得る
と解釈されるべきである。以下の各態様においても同様
に解釈されるべきである。
【0018】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタは、他の局面では、第1導電型の
第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成された第2
導電型の第2の半導体層と、第2の半導体層上に形成さ
れた第1導電型の第3の半導体層と、第3の半導体層表
面に選択的に形成された第2導電型の第1の不純物領域
と、第1の不純物領域の表面から深さ方向に延び第3の
半導体層を通過して第2の半導体層にまで至る溝と、第
3の半導体層および第1の不純物領域の両者に電気的に
接続されたエミッタ電極と、溝内部に形成されたゲート
電極と、第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ
電極とを備えることを前提とする。そして、溝の直下に
位置し、第1の半導体層と所定間隔を隔てて、第3の半
導体層と同電位に保持される第1導電型の第2の不純物
領域が形成されている。そして、第3の半導体層の上面
の面積と第2の不純物領域の上面の面積との和が、第1
の半導体層の底面の面積の50%〜70%である。上記
の第3の半導体層と第2の半導体層との間には、好まし
くは、第2導電型で第2の半導体層よりも高濃度の第4
の半導体層が形成され、この第4の半導体層内に第2の
不純物領域が形成されている。また、溝底面には、好ま
しくは凹凸部が形成され、溝底面の凸部下における第2
の半導体層上に位置する領域に、第2の不純物領域が形
成されている。
イポーラトランジスタは、他の局面では、第1導電型の
第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成された第2
導電型の第2の半導体層と、第2の半導体層上に形成さ
れた第1導電型の第3の半導体層と、第3の半導体層表
面に選択的に形成された第2導電型の第1の不純物領域
と、第1の不純物領域の表面から深さ方向に延び第3の
半導体層を通過して第2の半導体層にまで至る溝と、第
3の半導体層および第1の不純物領域の両者に電気的に
接続されたエミッタ電極と、溝内部に形成されたゲート
電極と、第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ
電極とを備えることを前提とする。そして、溝の直下に
位置し、第1の半導体層と所定間隔を隔てて、第3の半
導体層と同電位に保持される第1導電型の第2の不純物
領域が形成されている。そして、第3の半導体層の上面
の面積と第2の不純物領域の上面の面積との和が、第1
の半導体層の底面の面積の50%〜70%である。上記
の第3の半導体層と第2の半導体層との間には、好まし
くは、第2導電型で第2の半導体層よりも高濃度の第4
の半導体層が形成され、この第4の半導体層内に第2の
不純物領域が形成されている。また、溝底面には、好ま
しくは凹凸部が形成され、溝底面の凸部下における第2
の半導体層上に位置する領域に、第2の不純物領域が形
成されている。
【0019】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタは、さらに他の局面では、第1導
電型の第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成さ
れ、第1の高さを有する第1の上面と、第1の高さより
低い第2の高さを有する第2の上面と、第1および第2
の上面を連結し深さ方向に延びる第3の上面とを有する
第2導電型の第2の半導体層と、第2の半導体層上に形
成された第1導電型の第3の半導体層と、この第3の半
導体層表面に選択的に形成された第2導電型の不純物領
域と、不純物領域の表面から深さ方向に延び第3の半導
体層を通過して第2の半導体層にまで延びる溝と、溝内
部に形成されたゲート電極と、第3の半導体層および不
純物領域の両者に電気的に接続されたエミッタ電極と、
第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ電極とを
備え、第3の上面の面積と第2の上面の面積との和が、
第1の半導体層の底面の面積と第3の上面の面積との和
の50%〜70%である。上記の溝は、好ましくは、所
定間隔を隔てて複数設けられ、この溝の間の領域におけ
る第3の半導体層上に不純物領域が形成されている。
イポーラトランジスタは、さらに他の局面では、第1導
電型の第1の半導体層と、第1の半導体層上に形成さ
れ、第1の高さを有する第1の上面と、第1の高さより
低い第2の高さを有する第2の上面と、第1および第2
の上面を連結し深さ方向に延びる第3の上面とを有する
第2導電型の第2の半導体層と、第2の半導体層上に形
成された第1導電型の第3の半導体層と、この第3の半
導体層表面に選択的に形成された第2導電型の不純物領
域と、不純物領域の表面から深さ方向に延び第3の半導
体層を通過して第2の半導体層にまで延びる溝と、溝内
部に形成されたゲート電極と、第3の半導体層および不
純物領域の両者に電気的に接続されたエミッタ電極と、
第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ電極とを
備え、第3の上面の面積と第2の上面の面積との和が、
第1の半導体層の底面の面積と第3の上面の面積との和
の50%〜70%である。上記の溝は、好ましくは、所
定間隔を隔てて複数設けられ、この溝の間の領域におけ
る第3の半導体層上に不純物領域が形成されている。
【0020】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタの製造方法においては、まず、第
1導電型の第1の半導体層上に、第2導電型の第2の半
導体層および第1導電型の第3の半導体層を順次形成す
る。この第3の半導体層上に所定間隔の開口部を規定す
るように第1および第2のレジストパターンを形成す
る。そして、第1および第2のレジストパターンをマス
クとして用いて、第3の半導体層内に所定量の第2導電
型の不純物を導入する。そして、第1のレジストパター
ンを除去する。その後、第2のレジストパターンをマス
クとして用いてエッチングすることによって、不純物が
導入された領域下においては第2の半導体層内に達し、
それ以外の領域においては第3の半導体層内で留まる溝
を形成する。そして、この溝内にゲート電極を形成し、
溝側壁に近接する第3の半導体層表面に選択的に第2導
電型の不純物領域を形成する。
イポーラトランジスタの製造方法においては、まず、第
1導電型の第1の半導体層上に、第2導電型の第2の半
導体層および第1導電型の第3の半導体層を順次形成す
る。この第3の半導体層上に所定間隔の開口部を規定す
るように第1および第2のレジストパターンを形成す
る。そして、第1および第2のレジストパターンをマス
クとして用いて、第3の半導体層内に所定量の第2導電
型の不純物を導入する。そして、第1のレジストパター
ンを除去する。その後、第2のレジストパターンをマス
クとして用いてエッチングすることによって、不純物が
導入された領域下においては第2の半導体層内に達し、
それ以外の領域においては第3の半導体層内で留まる溝
を形成する。そして、この溝内にゲート電極を形成し、
溝側壁に近接する第3の半導体層表面に選択的に第2導
電型の不純物領域を形成する。
【0021】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタの製造方法によれば、他の局面で
は、まず第1導電型の第1の半導体層上に第2導電型の
第2の半導体層および第1導電型の第3の半導体層を順
次形成する。そして、所定幅の開口部を有するレジスト
パターンをマスクとして用いて、第3の半導体層内に底
面を有する溝を形成する。そして、この溝底面に近接し
溝底面端部下近傍に位置する領域に所定量の第2導電型
の不純物を導入する。上記のレジストパターンをマスク
として用いてさらにエッチングすることによって、不純
物が導入された領域下においては第2の半導体層内に達
し、それ以外の領域下においては第3の半導体層内に留
まる溝を形成する。その後、溝内にゲート電極を形成
し、溝側壁に近接する第3の半導体層表面に選択的に第
2導電型の不純物領域を形成する。
イポーラトランジスタの製造方法によれば、他の局面で
は、まず第1導電型の第1の半導体層上に第2導電型の
第2の半導体層および第1導電型の第3の半導体層を順
次形成する。そして、所定幅の開口部を有するレジスト
パターンをマスクとして用いて、第3の半導体層内に底
面を有する溝を形成する。そして、この溝底面に近接し
溝底面端部下近傍に位置する領域に所定量の第2導電型
の不純物を導入する。上記のレジストパターンをマスク
として用いてさらにエッチングすることによって、不純
物が導入された領域下においては第2の半導体層内に達
し、それ以外の領域下においては第3の半導体層内に留
まる溝を形成する。その後、溝内にゲート電極を形成
し、溝側壁に近接する第3の半導体層表面に選択的に第
2導電型の不純物領域を形成する。
【0022】
【作用】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バイポ
ーラトランジスタによれば、第3の半導体層の上面の面
積が、単位セル内においてある一定の割合を持って確保
されている。それにより、第3の半導体層内に流込む電
流容量を所望の範囲内に確保することが可能となる。そ
れにより、微細化に際しても、オン電圧を低い値とする
ことが可能となる。
ーラトランジスタによれば、第3の半導体層の上面の面
積が、単位セル内においてある一定の割合を持って確保
されている。それにより、第3の半導体層内に流込む電
流容量を所望の範囲内に確保することが可能となる。そ
れにより、微細化に際しても、オン電圧を低い値とする
ことが可能となる。
【0023】他の局面では、溝下に位置する領域に第2
の不純物領域が形成されている。すなわち、第3の半導
体層の平面的な面積が実質的に拡張されたことになる。
それにより、所望の電流容量を確保することが可能とな
る。その結果、微細化に際してもオン電圧の低減化を図
ることが可能となる。
の不純物領域が形成されている。すなわち、第3の半導
体層の平面的な面積が実質的に拡張されたことになる。
それにより、所望の電流容量を確保することが可能とな
る。その結果、微細化に際してもオン電圧の低減化を図
ることが可能となる。
【0024】上記の第1導電型の第2の不純物領域を取
囲むように第4の半導体層を形成した場合には、溝側壁
に形成されるチャネル領域を流れる電流に対する第2の
不純物領域の影響を小さく抑えることが可能となる。そ
れにより、オン電圧の低減化をより確実に図ることが可
能となる。また、溝底面に凹凸部が形成され、その凹凸
部に取囲まれた領域に第2の不純物領域を形成した場合
には、第2の不純物領域が上記のようにチャネル領域を
流れる電流に与える影響を著しく低減させることが可能
となる。それにより、オン電圧の低減化をより確実に図
ることが可能となる。
囲むように第4の半導体層を形成した場合には、溝側壁
に形成されるチャネル領域を流れる電流に対する第2の
不純物領域の影響を小さく抑えることが可能となる。そ
れにより、オン電圧の低減化をより確実に図ることが可
能となる。また、溝底面に凹凸部が形成され、その凹凸
部に取囲まれた領域に第2の不純物領域を形成した場合
には、第2の不純物領域が上記のようにチャネル領域を
流れる電流に与える影響を著しく低減させることが可能
となる。それにより、オン電圧の低減化をより確実に図
ることが可能となる。
【0025】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタによれば、さらに他の局面では、
第3の半導体層の下面に段差部が設けられている。すな
わち、第2の半導体層に設けられた第1、第2および第
3の上面による段差部である。このように段差部を有す
ることにより、電流が第3の半導体層に流込む際に、そ
の段差部の底面部(第2の上面と接する部分)と側面部
(第3の上面と接する部分)とから流込むことが可能と
なる。すなわち、電流が流込める面積が実質的に増大す
ることとなる。そして、この段差部における側面部と底
面部との面積を単位セル内において所定の割合とするこ
とによって、所望の電流容量を得ることが可能となる。
それにより、微細化に際するオン電圧の低減化を行なう
ことが可能となる。
イポーラトランジスタによれば、さらに他の局面では、
第3の半導体層の下面に段差部が設けられている。すな
わち、第2の半導体層に設けられた第1、第2および第
3の上面による段差部である。このように段差部を有す
ることにより、電流が第3の半導体層に流込む際に、そ
の段差部の底面部(第2の上面と接する部分)と側面部
(第3の上面と接する部分)とから流込むことが可能と
なる。すなわち、電流が流込める面積が実質的に増大す
ることとなる。そして、この段差部における側面部と底
面部との面積を単位セル内において所定の割合とするこ
とによって、所望の電流容量を得ることが可能となる。
それにより、微細化に際するオン電圧の低減化を行なう
ことが可能となる。
【0026】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタの製造方法によれば、1つの局面
では、所定量の第2導電型の不純物を第3の半導体層内
に予め注入した後、第2導電型の不純物が導入された領
域と第2導電型の不純物が導入されていない領域とを同
時にエッチングする。それにより溝を形成している。こ
のように形成された溝は、不純物が導入されることによ
るエッチングレートの違いによってその底面部に凹凸部
を有するように形成されることになる。それにより、底
面の一部は第3の半導体層に位置し、底面におけるそれ
以外の部分は第2の半導体層内に位置する溝を形成する
ことが可能となる。
イポーラトランジスタの製造方法によれば、1つの局面
では、所定量の第2導電型の不純物を第3の半導体層内
に予め注入した後、第2導電型の不純物が導入された領
域と第2導電型の不純物が導入されていない領域とを同
時にエッチングする。それにより溝を形成している。こ
のように形成された溝は、不純物が導入されることによ
るエッチングレートの違いによってその底面部に凹凸部
を有するように形成されることになる。それにより、底
面の一部は第3の半導体層に位置し、底面におけるそれ
以外の部分は第2の半導体層内に位置する溝を形成する
ことが可能となる。
【0027】この発明に基づくトレンチ絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタの製造方法によれば、他の局面で
は、予め第3の半導体層内に底面を有するように溝を形
成した後、この溝の底面に近接し溝底面端部下近傍に位
置する領域に第2導電型の不純物を導入している。その
後、さらにエッチングを行なうことによって溝を形成し
ている。それにより、溝の中央部下において第3の半導
体層が残存し、溝の端部下においては第2の半導体層内
にまで達する溝を形成することが可能となる。
イポーラトランジスタの製造方法によれば、他の局面で
は、予め第3の半導体層内に底面を有するように溝を形
成した後、この溝の底面に近接し溝底面端部下近傍に位
置する領域に第2導電型の不純物を導入している。その
後、さらにエッチングを行なうことによって溝を形成し
ている。それにより、溝の中央部下において第3の半導
体層が残存し、溝の端部下においては第2の半導体層内
にまで達する溝を形成することが可能となる。
【0028】
【実施例】以下、この発明に基づく実施例について、図
1〜図10を用いて説明する。図1は、この発明に基づ
く第1の実施例におけるT−IGBTを示す斜視図であ
る。図1を参照して、p+ コレクタ層1上にはn- エピ
タキシャル層3が形成されている。このn- エピタキシ
ャル層3上にはpウェル領域4が形成されている。この
pウェル領域4の表面には、n+ エミッタ領域5が選択
的に形成されている。このn+ エミッタ領域5表面から
n- エピタキシャル層3にわたって溝7が形成されてい
る。そして、この溝7内部にはゲート絶縁膜6が形成さ
れており、ゲート絶縁膜6上にゲート電極(図示せず)
が形成されることになる。また、n+エミッタ領域5上
およびpウェル領域4上にはエミッタ電極(図示せず)
が形成され、p+ コレクタ層1裏面には、コレクタ電極
(図示せず)が形成される。
1〜図10を用いて説明する。図1は、この発明に基づ
く第1の実施例におけるT−IGBTを示す斜視図であ
る。図1を参照して、p+ コレクタ層1上にはn- エピ
タキシャル層3が形成されている。このn- エピタキシ
ャル層3上にはpウェル領域4が形成されている。この
pウェル領域4の表面には、n+ エミッタ領域5が選択
的に形成されている。このn+ エミッタ領域5表面から
n- エピタキシャル層3にわたって溝7が形成されてい
る。そして、この溝7内部にはゲート絶縁膜6が形成さ
れており、ゲート絶縁膜6上にゲート電極(図示せず)
が形成されることになる。また、n+エミッタ領域5上
およびpウェル領域4上にはエミッタ電極(図示せず)
が形成され、p+ コレクタ層1裏面には、コレクタ電極
(図示せず)が形成される。
【0029】上記の構造を有するT−IGBTにおい
て、Wc/2の値を単位セル幅と定義する。また、Wp
/2の値をpウェル領域上面4aの幅と定義する。さら
に、このpウェル領域4の上面4aの面積をSpで示
し、単位セルの底面1aの面積をSA で示している。な
お、図1において、単位セルの奥行きをDで示してい
る。
て、Wc/2の値を単位セル幅と定義する。また、Wp
/2の値をpウェル領域上面4aの幅と定義する。さら
に、このpウェル領域4の上面4aの面積をSpで示
し、単位セルの底面1aの面積をSA で示している。な
お、図1において、単位セルの奥行きをDで示してい
る。
【0030】以上のような構造を有するT−IGBTに
おいて、SA に対するSpの割合をRPE=Sp/SA ×
100(%)で定義する。この割合RPEを適切な値にす
ることによって、電流容量を確保するものである。
おいて、SA に対するSpの割合をRPE=Sp/SA ×
100(%)で定義する。この割合RPEを適切な値にす
ることによって、電流容量を確保するものである。
【0031】ここで、図11を用いてRPEの適正値につ
いて詳しく説明する。図11を参照して、単位セル幅
(Wc/2)の減少に伴い、RPEの値も徐々に減少して
いるが、MOSFETの高密度化の効果が大きいためオ
ン電圧は低下している。しかし、単位セル幅が1.5μ
m〜1.0μmの領域でオン電圧は底を打った後、1.
0μm以下で急激に上昇している。したがって、オン電
圧を低減するのに最も効果があるのは、RPE=50%〜
70%の範囲であるといえる。すなわち、この割合に従
って溝幅、溝間隔、パターンの最適化を行なうことによ
ってオン電圧が低減されかつ微細化されたT−IGBT
を得ることが可能となる。
いて詳しく説明する。図11を参照して、単位セル幅
(Wc/2)の減少に伴い、RPEの値も徐々に減少して
いるが、MOSFETの高密度化の効果が大きいためオ
ン電圧は低下している。しかし、単位セル幅が1.5μ
m〜1.0μmの領域でオン電圧は底を打った後、1.
0μm以下で急激に上昇している。したがって、オン電
圧を低減するのに最も効果があるのは、RPE=50%〜
70%の範囲であるといえる。すなわち、この割合に従
って溝幅、溝間隔、パターンの最適化を行なうことによ
ってオン電圧が低減されかつ微細化されたT−IGBT
を得ることが可能となる。
【0032】次に図2を参照して、図1に示されたT−
IGBTの他の態様について説明する。図2は、この発
明に基づく第1の実施例におけるT−IGBTの第1の
変形例を示す斜視図である。図2を参照して、この変形
例においてはn+ エミッタ領域5に挟まれるようにpウ
ェル領域上面4bが形成されている。このようにn+エ
ミッタ領域5を形成した場合においても、上記のRPEの
値は、50%〜70%の値にする。それにより、オン電
圧を低く抑えることが可能となる。
IGBTの他の態様について説明する。図2は、この発
明に基づく第1の実施例におけるT−IGBTの第1の
変形例を示す斜視図である。図2を参照して、この変形
例においてはn+ エミッタ領域5に挟まれるようにpウ
ェル領域上面4bが形成されている。このようにn+エ
ミッタ領域5を形成した場合においても、上記のRPEの
値は、50%〜70%の値にする。それにより、オン電
圧を低く抑えることが可能となる。
【0033】次に、図3を用いて、さらに他の変形例に
ついて説明する。図3は、この発明に基づく第1の実施
例におけるT−IGBTの第2の変形例を示す斜視図で
ある。図3を参照して、この変形例においては、溝7壁
面に沿って、この単位セル内において、n+ エミッタ領
域5のみが形成されている部分と、pウェル領域4の上
面4cのみが形成されている部分と、n+ エミッタ領域
5とpウェル領域4とが混在する部分とが設けられてい
る。この変形例においても、RPEの値は、50%〜70
%の範囲内のものとする。それにより、オン電圧を低減
することが可能となる。
ついて説明する。図3は、この発明に基づく第1の実施
例におけるT−IGBTの第2の変形例を示す斜視図で
ある。図3を参照して、この変形例においては、溝7壁
面に沿って、この単位セル内において、n+ エミッタ領
域5のみが形成されている部分と、pウェル領域4の上
面4cのみが形成されている部分と、n+ エミッタ領域
5とpウェル領域4とが混在する部分とが設けられてい
る。この変形例においても、RPEの値は、50%〜70
%の範囲内のものとする。それにより、オン電圧を低減
することが可能となる。
【0034】次に、図4を用いて、この発明に基づく第
2の実施例におけるT−IGBTについて説明する。図
4は、この発明に基づく第2の実施例におけるT−IG
BTを示す断面図である。図4を参照して、本実施例に
おいては、溝7直下に位置するn- エピタキシャル層3
内に、p型不純物層19が形成されている。このp型不
純物層19には、エミッタ電極9が接続されている。す
なわち、このp型不純物層19は、pウェル領域4と同
電位に保持されることになる。このように、p型不純物
層19を備えることにより、図4に示されるように、正
孔電流13の一部がp型不純物層19にも流込むことに
なる。すなわち、溝7下部にも内臓されたpnpトラン
ジスタが形成されることになる。それにより、所望の電
流容量を確保することが可能となる。
2の実施例におけるT−IGBTについて説明する。図
4は、この発明に基づく第2の実施例におけるT−IG
BTを示す断面図である。図4を参照して、本実施例に
おいては、溝7直下に位置するn- エピタキシャル層3
内に、p型不純物層19が形成されている。このp型不
純物層19には、エミッタ電極9が接続されている。す
なわち、このp型不純物層19は、pウェル領域4と同
電位に保持されることになる。このように、p型不純物
層19を備えることにより、図4に示されるように、正
孔電流13の一部がp型不純物層19にも流込むことに
なる。すなわち、溝7下部にも内臓されたpnpトラン
ジスタが形成されることになる。それにより、所望の電
流容量を確保することが可能となる。
【0035】なお、図4において、Wp2は、p型不純物
層19の上面の幅を示し、Wp1は、pウェル領域4の上
面の幅を示している。そして、本実施例においては、R
PEの値は、下記の式で表わされる。
層19の上面の幅を示し、Wp1は、pウェル領域4の上
面の幅を示している。そして、本実施例においては、R
PEの値は、下記の式で表わされる。
【0036】
【数1】
【0037】上記の数1に示される、RPEの値を50%
〜70%の範囲とすることによって、オン電圧を低減す
ることが可能となる。
〜70%の範囲とすることによって、オン電圧を低減す
ることが可能となる。
【0038】次に、図5を用いて、この発明に基づく第
3の実施例におけるT−IGBTについて説明する。図
5は、この発明に基づく第3の実施例におけるT−IG
BTを示す断面図である。図5を参照して、本実施例に
おいては、p型不純物層19aの一方端が、溝7の底面
端部下近傍にまで位置するように形成されている。そし
て、このp型不純物層19aを取囲むように、n+ ベー
ス領域20が形成されている。
3の実施例におけるT−IGBTについて説明する。図
5は、この発明に基づく第3の実施例におけるT−IG
BTを示す断面図である。図5を参照して、本実施例に
おいては、p型不純物層19aの一方端が、溝7の底面
端部下近傍にまで位置するように形成されている。そし
て、このp型不純物層19aを取囲むように、n+ ベー
ス領域20が形成されている。
【0039】p型不純物層19aは、エミッタ電極9と
接続されているため、電位はアース電位に近い状態とな
っている。そのため、溝7の端部近傍にまで延びるよう
に形成された場合には、チャネル領域11に形成された
反転層を通って流れる電子電流12の流れを抑制するこ
とが考えられる。そして、それによりオン電圧をかえっ
て増加させるといったことが考えられる。そこで、p型
不純物層19aを取囲むようにn+ ベース層20を形成
することによって、電子電流の流入を促進させることに
よって、オン電圧の低減をより確実に行なうことが可能
となる。なお、本実施例においても、上記の第2の実施
例と同様に、p型不純物層19aの上面とpウェル領域
4の上面との面積の和の単位セルの面積に対する割合
は、50〜70%である。
接続されているため、電位はアース電位に近い状態とな
っている。そのため、溝7の端部近傍にまで延びるよう
に形成された場合には、チャネル領域11に形成された
反転層を通って流れる電子電流12の流れを抑制するこ
とが考えられる。そして、それによりオン電圧をかえっ
て増加させるといったことが考えられる。そこで、p型
不純物層19aを取囲むようにn+ ベース層20を形成
することによって、電子電流の流入を促進させることに
よって、オン電圧の低減をより確実に行なうことが可能
となる。なお、本実施例においても、上記の第2の実施
例と同様に、p型不純物層19aの上面とpウェル領域
4の上面との面積の和の単位セルの面積に対する割合
は、50〜70%である。
【0040】次に、図6を用いて、この発明に基づく第
4の実施例について説明する。図6は、この発明に基づ
く第4の実施例におけるT−IGBTを示す断面図であ
る。図6を参照して、本実施例においては、溝7の底面
に凹凸部が形成されている。そして、この凹凸部で取囲
まれた領域内にp型不純物層19bが形成されている。
このp型不純物層19bは、エミッタ電極9と接続され
ており、pウェル領域4と同電位に保持される。それに
より、このp型不純物層19bにも正孔電流13が流込
むこととなる。それにより、上記の第2の実施例と同様
に、所望の電流容量を得ることが可能となる。また、p
型不純物層19bは、溝7の底面の凹凸部に囲まれた状
態で形成されているため、上記の第3の実施例と同様
に、このp型不純物層19bが電子電流へ悪影響を及ぼ
す懸念はないといえる。なお、本実施例においても、p
型不純物層19bの上面の面積とpウェル領域4の上面
の面積の和が図6に示される単位セル面積に対して50
%〜70%の割合となるように設定されている。
4の実施例について説明する。図6は、この発明に基づ
く第4の実施例におけるT−IGBTを示す断面図であ
る。図6を参照して、本実施例においては、溝7の底面
に凹凸部が形成されている。そして、この凹凸部で取囲
まれた領域内にp型不純物層19bが形成されている。
このp型不純物層19bは、エミッタ電極9と接続され
ており、pウェル領域4と同電位に保持される。それに
より、このp型不純物層19bにも正孔電流13が流込
むこととなる。それにより、上記の第2の実施例と同様
に、所望の電流容量を得ることが可能となる。また、p
型不純物層19bは、溝7の底面の凹凸部に囲まれた状
態で形成されているため、上記の第3の実施例と同様
に、このp型不純物層19bが電子電流へ悪影響を及ぼ
す懸念はないといえる。なお、本実施例においても、p
型不純物層19bの上面の面積とpウェル領域4の上面
の面積の和が図6に示される単位セル面積に対して50
%〜70%の割合となるように設定されている。
【0041】次に、図7を用いて、この発明に基づく第
5の実施例について説明する。図7は、この発明に基づ
く第5の実施例におけるT−IGBTを示す断面図であ
る。図7を参照して、本実施例においては、溝7が複数
形成されている。この溝7の幅は、この溝7内に形成さ
れるMOSゲートとしての機能を保持できる局限まで集
積化し得る幅となるように選定される。また、pウェル
領域4の下面は、図7に示されるように、段差部を有す
るように形成されている。この場合であれば、pウェル
領域4の下面一部の深さが溝7の深さよりも深くなるよ
うに形成されている。また、本実施例においては、ラッ
チアップ防止のためにp+ 不純物層21が設けられてい
る。なお、上記の各実例においても、pウェル領域4内
にこのp + 不純物層21が形成されてもよい。上記のよ
うに、pウェル領域4の下面が段差部を有することによ
って、正孔電流13は、このpウェル領域4の段差部に
おける側面部および底面部から流入することが可能とな
る。それにより、正孔電流13の流入可能なpウェル領
域4の面積を増大させることができ、所望の電流容量を
確保することが可能となる。
5の実施例について説明する。図7は、この発明に基づ
く第5の実施例におけるT−IGBTを示す断面図であ
る。図7を参照して、本実施例においては、溝7が複数
形成されている。この溝7の幅は、この溝7内に形成さ
れるMOSゲートとしての機能を保持できる局限まで集
積化し得る幅となるように選定される。また、pウェル
領域4の下面は、図7に示されるように、段差部を有す
るように形成されている。この場合であれば、pウェル
領域4の下面一部の深さが溝7の深さよりも深くなるよ
うに形成されている。また、本実施例においては、ラッ
チアップ防止のためにp+ 不純物層21が設けられてい
る。なお、上記の各実例においても、pウェル領域4内
にこのp + 不純物層21が形成されてもよい。上記のよ
うに、pウェル領域4の下面が段差部を有することによ
って、正孔電流13は、このpウェル領域4の段差部に
おける側面部および底面部から流入することが可能とな
る。それにより、正孔電流13の流入可能なpウェル領
域4の面積を増大させることができ、所望の電流容量を
確保することが可能となる。
【0042】なお、図7において、WT は、MOSゲー
ト形成領域22の幅を示し、Wp3は、pウェル領域4の
形成領域23の幅を示している。また、Wp4は、溝7底
面から深さ方向に延びるpウェル領域4の深さを示して
いる。本実施例においては、図7に示される構造が単位
セルとなる。したがって、RPEの値は、下記の式で表わ
される。
ト形成領域22の幅を示し、Wp3は、pウェル領域4の
形成領域23の幅を示している。また、Wp4は、溝7底
面から深さ方向に延びるpウェル領域4の深さを示して
いる。本実施例においては、図7に示される構造が単位
セルとなる。したがって、RPEの値は、下記の式で表わ
される。
【0043】
【数2】
【0044】上記の数2に示される範囲内にRPEの値を
調整することによって、オン電圧を低減することが可能
となる。
調整することによって、オン電圧を低減することが可能
となる。
【0045】次に、図8を用いて、本発明に基づくT−
IGBTの特徴的な製造方法について説明する。図8
(a),(b),(c)は、本発明に基づくT−IGB
Tの製造方法の一実施例を示す断面図である。
IGBTの特徴的な製造方法について説明する。図8
(a),(b),(c)は、本発明に基づくT−IGB
Tの製造方法の一実施例を示す断面図である。
【0046】まず図8(a)を参照して、p+ コレクタ
層1上にn- エピタキシャル層3およびpウェル領域4
を順次形成する。そして、pウェル領域4上にレジスト
を塗布し、このレジストをパターニングすることによっ
て、開口部15を設ける。すなわち、この開口部15を
規定するように第1レジストパターン14aと、第2レ
ジストパターン14bとが形成されることになる。この
場合の開口部15の位置は、その一方の端部が、後の工
程で形成される溝7の端部と一致するように形成され
る。このようにして形成された第1および第2レジスト
パターン14a,14bをマスクとして用いて、リン
(P)などのn型不純物を1016cm-2以上の注入量で
注入し、n+ 不純物領域17を形成する。
層1上にn- エピタキシャル層3およびpウェル領域4
を順次形成する。そして、pウェル領域4上にレジスト
を塗布し、このレジストをパターニングすることによっ
て、開口部15を設ける。すなわち、この開口部15を
規定するように第1レジストパターン14aと、第2レ
ジストパターン14bとが形成されることになる。この
場合の開口部15の位置は、その一方の端部が、後の工
程で形成される溝7の端部と一致するように形成され
る。このようにして形成された第1および第2レジスト
パターン14a,14bをマスクとして用いて、リン
(P)などのn型不純物を1016cm-2以上の注入量で
注入し、n+ 不純物領域17を形成する。
【0047】その後、第2レジストパターン14bを除
去した後、溝7形成のためのエッチングを行なう。この
とき、リンの注入されたn+ 領域17においてはエッチ
ングレートが上がるため、それ以外の部分よりも速くエ
ッチングされることになる。これを利用して、n+ 不純
物領域17が形成された領域下においてはn- エピタキ
シャル層3にまで達し、それ以外の部分においてはpウ
ェル領域4内で留まる溝7を形成することが可能とな
る。それにより、溝7の底面部に凹凸部を形成でき、こ
の凹凸部内にp型不純物層19cを形成することが可能
となる。
去した後、溝7形成のためのエッチングを行なう。この
とき、リンの注入されたn+ 領域17においてはエッチ
ングレートが上がるため、それ以外の部分よりも速くエ
ッチングされることになる。これを利用して、n+ 不純
物領域17が形成された領域下においてはn- エピタキ
シャル層3にまで達し、それ以外の部分においてはpウ
ェル領域4内で留まる溝7を形成することが可能とな
る。それにより、溝7の底面部に凹凸部を形成でき、こ
の凹凸部内にp型不純物層19cを形成することが可能
となる。
【0048】その後、図8(c)を参照して、溝7内表
面にゲート絶縁膜6を形成し、このゲート絶縁膜6上に
ゲート電極8となる不純物の導入された多結晶シリコン
層8を形成する。そして、このゲート電極8上にキャッ
プ酸化膜24を形成する。そして、pウェル領域4表面
にガス拡散あるいはイオン注入によって、n+ エミッタ
領域5を形成する。なお、このn+ エミッタ領域5は、
溝7形成の前に行なってもよい。
面にゲート絶縁膜6を形成し、このゲート絶縁膜6上に
ゲート電極8となる不純物の導入された多結晶シリコン
層8を形成する。そして、このゲート電極8上にキャッ
プ酸化膜24を形成する。そして、pウェル領域4表面
にガス拡散あるいはイオン注入によって、n+ エミッタ
領域5を形成する。なお、このn+ エミッタ領域5は、
溝7形成の前に行なってもよい。
【0049】次に、図9を用いてこの発明に基づく他の
実施例におけるT−IGBTの製造方法について説明す
る。図9(a),(b),(c)は、この発明に基づく
他の実施例におけるT−IGBTの製造方法の各工程を
示す断面図である。
実施例におけるT−IGBTの製造方法について説明す
る。図9(a),(b),(c)は、この発明に基づく
他の実施例におけるT−IGBTの製造方法の各工程を
示す断面図である。
【0050】まず図9(a)を参照して、上記の実施例
と同様の工程を経てpウェル領域4を形成した後、溝7
形成領域を露出させるようにレジストパターン26を形
成した後、このレジストパターン26をマスクして用い
てpウェル領域4内に底面を有する溝部27を形成す
る。そして、この溝部27内表面に酸化膜28を形成す
る。その後、斜めイオン注入法を用いてリン(P)など
のn型不純物をイオン注入する。このとき、溝部27の
底面端部下近傍にのみにこのリンイオンを注入する。
と同様の工程を経てpウェル領域4を形成した後、溝7
形成領域を露出させるようにレジストパターン26を形
成した後、このレジストパターン26をマスクして用い
てpウェル領域4内に底面を有する溝部27を形成す
る。そして、この溝部27内表面に酸化膜28を形成す
る。その後、斜めイオン注入法を用いてリン(P)など
のn型不純物をイオン注入する。このとき、溝部27の
底面端部下近傍にのみにこのリンイオンを注入する。
【0051】このときの酸化膜のプロジェクションレン
ジRP は、下記の数3で表わされる。
ジRP は、下記の数3で表わされる。
【0052】
【数3】
【0053】上記の数3において、θは、上記の斜めイ
オン注入の際の注入角度を示しており、tOXは、酸化膜
の膜厚を示している。この上記の数3に示された式は、
図10に示される模式図を用いて説明される。図10
は、上記の数3を説明するための概念図である。図10
を参照して、上記の数3の範囲となるようにRp を調整
することによって、図10に示される考察より、溝部2
7の底面端部近傍にのみリンイオンを注入することが可
能となる。
オン注入の際の注入角度を示しており、tOXは、酸化膜
の膜厚を示している。この上記の数3に示された式は、
図10に示される模式図を用いて説明される。図10
は、上記の数3を説明するための概念図である。図10
を参照して、上記の数3の範囲となるようにRp を調整
することによって、図10に示される考察より、溝部2
7の底面端部近傍にのみリンイオンを注入することが可
能となる。
【0054】次に、図9(b)を参照して、上記のよう
にリン(P)イオンを注入した後、レジストパターン2
6をマスクとして再度エッチングを行なうことによって
溝7を形成する。この場合も上記の実施例と同様に、リ
ンイオンが注入された部分においてはエッチングレート
が速いため、図9(b)に示されるような、底面に凹凸
部を有する溝7が形成されることになる。そして、この
凹凸部内にp型不純物層19dが残存する。このように
して溝7底面にp型不純物層19dを形成した後、レジ
ストパターン26を除去する。そして、溝7内表面にゲ
ート絶縁膜6を形成し、このゲート絶縁膜6上にゲート
電極8となる導電材料を埋込む。そして、このゲート電
極8上にキャップ酸化膜24を形成する。このようにキ
ャップ酸化膜24を形成した後、n+ エミッタ領域5を
形成する。本実施例においても、n+ エミッタ領域5
は、溝部27形成前に形成してもよい。
にリン(P)イオンを注入した後、レジストパターン2
6をマスクとして再度エッチングを行なうことによって
溝7を形成する。この場合も上記の実施例と同様に、リ
ンイオンが注入された部分においてはエッチングレート
が速いため、図9(b)に示されるような、底面に凹凸
部を有する溝7が形成されることになる。そして、この
凹凸部内にp型不純物層19dが残存する。このように
して溝7底面にp型不純物層19dを形成した後、レジ
ストパターン26を除去する。そして、溝7内表面にゲ
ート絶縁膜6を形成し、このゲート絶縁膜6上にゲート
電極8となる導電材料を埋込む。そして、このゲート電
極8上にキャップ酸化膜24を形成する。このようにキ
ャップ酸化膜24を形成した後、n+ エミッタ領域5を
形成する。本実施例においても、n+ エミッタ領域5
は、溝部27形成前に形成してもよい。
【0055】
【発明の効果】以上のようにこの発明によれば、T−I
GBTの微細化に際して、所望の電流容量を得るように
第3の半導体層の上面の面積あるいは第3の半導体層の
上面の面積と第2の不純物領域の上面の面積との和など
の値が選定されている。このように第3の半導体層上面
の面積等を所定範囲内の割合にすることによって、バイ
ポーラトランジスタの形成領域を確保でき、所望の電流
容量を得ることが可能となる。それにより、微細化した
際にもより確実にオン電圧を低減させることが可能とな
る。すなわち、高性能な半導体装置を得ることが可能と
なる。
GBTの微細化に際して、所望の電流容量を得るように
第3の半導体層の上面の面積あるいは第3の半導体層の
上面の面積と第2の不純物領域の上面の面積との和など
の値が選定されている。このように第3の半導体層上面
の面積等を所定範囲内の割合にすることによって、バイ
ポーラトランジスタの形成領域を確保でき、所望の電流
容量を得ることが可能となる。それにより、微細化した
際にもより確実にオン電圧を低減させることが可能とな
る。すなわち、高性能な半導体装置を得ることが可能と
なる。
【0056】また、この発明に基づくT−IGBTの製
造方法によれば、従来のプロセス工程に大幅な変更を加
えることなく精度よく実施できる。
造方法によれば、従来のプロセス工程に大幅な変更を加
えることなく精度よく実施できる。
【図1】この発明に基づく第1の実施例におけるT−I
GBTを示す斜視図である。
GBTを示す斜視図である。
【図2】この発明に基づく第1の実施例の他の態様を示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図3】この発明に基づく第1の実施例のさらに他の態
様を示す斜視図である。
様を示す斜視図である。
【図4】この発明に基づく第2の実施例におけるT−I
GBTを示す断面図である。
GBTを示す断面図である。
【図5】この発明に基づく第3の実施例におけるT−I
GBTを示す断面図である。
GBTを示す断面図である。
【図6】この発明に基づく第4の実施例におけるT−I
GBTを示す断面図である。
GBTを示す断面図である。
【図7】この発明に基づく第5の実施例におけるT−I
GBTを示す断面図である。
GBTを示す断面図である。
【図8】この発明に基づくT−IGBTの一実施例にお
ける製造工程の第1工程を示す断面図(a)、第2工程
を示す断面図(b)、第3工程を示す断面図(c)であ
る。
ける製造工程の第1工程を示す断面図(a)、第2工程
を示す断面図(b)、第3工程を示す断面図(c)であ
る。
【図9】この発明に基づくT−IGBTの他の実施例に
おける製造工程の第1工程を示す断面図(a)、第2工
程を示す断面図(b)、第3工程を示す断面図(c)で
ある。
おける製造工程の第1工程を示す断面図(a)、第2工
程を示す断面図(b)、第3工程を示す断面図(c)で
ある。
【図10】図9(a)に示されるイオン注入法を説明す
るための説明図である。
るための説明図である。
【図11】単位セル幅(Wc/2)と、オン電圧V
CEと、pウェル領域表面が単位セル表面積に対して占め
る割合RPE(%)との関係を示す図である。
CEと、pウェル領域表面が単位セル表面積に対して占め
る割合RPE(%)との関係を示す図である。
【図12】従来のT−IGBTを示す断面図である。
【図13】図12に示されるT−IGBTの等価回路図
である。
である。
【図14】従来のT−MOSFETを示す断面図であ
る。
る。
【図15】図14に示されるT−MOSFETの等価回
路図である。
路図である。
【図16】オン抵抗(OHM−CM2 )と単位セル幅
(μm)との関係を示す図である。
(μm)との関係を示す図である。
1,31 p+ コレクタ層 3,33 n- エピタキシャル層 4,34 pウェル領域 5,35 n+ エミッタ領域 8,38 ゲート電極 9,39 エミッタ電極 10,40 コレクタ電極 7,37 溝 19,19a,19b,19c,19d p型不純物層 20 n+ ベース領域 21 p+ 不純物層 27 溝部
Claims (8)
- 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成された第2導電型の第2の
半導体層と、 前記第2の半導体層上に形成された第1導電型の第3の
半導体層と、 前記第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の不純物領域と、 前記不純物領域の表面から深さ方向に延び前記第3の半
導体層を通過して前記第2の半導体層にまで至る溝と、 前記溝内部に形成されたゲート電極と、 前記第3の半導体層および前記不純物領域の両者に電気
的に接続されたエミッタ電極と、 前記第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ電極
と、 を備えたトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
において、 前記第3の半導体層の上面の面積が、前記第1の半導体
層の底面の面積の50〜70%であることを特徴とする
トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項2】第1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成された第2導電型の第2の
半導体層と、 前記第2の半導体層上に形成された第1導電型の第3の
半導体層と、 前記第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の第1の不純物領域と、 前記第1の不純物領域の表面から深さ方向に延び前記第
3の半導体層を通過して前記第2の半導体層にまで至る
溝と、 前記溝内部に形成されたゲート電極と、 前記第3の半導体層および前記第1の不純物領域の両者
に電気的に接続されたエミッタ電極と、 前記第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ電極
と、 を備えたトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
において、 前記溝の直下に位置し、前記第1の半導体層と所定間隔
を隔てて前記第3の半導体層と同電位に保持される第1
導電型の第2の不純物領域が形成され、 前記第3の半導体層の上面の面積と前記第2の不純物領
域の上面の面積との和が、前記第1の半導体層の底面の
面積の50%〜70%であることを特徴とするトレンチ
絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項3】 前記第3の半導体層と前記第2の半導体
層との間には、第2導電型で前記第2の半導体層よりも
高濃度の第4の半導体層が形成され、 前記第4の半導体層内に前記第2の不純物領域が形成さ
れている、請求項2に記載のトレンチ絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタ。 - 【請求項4】 前記溝底面には凹凸部が形成され、 前記溝底面の凸部下における前記第2の半導体層上に位
置する領域に前記第2の不純物領域が形成されている、
請求項2に記載のトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトラ
ンジスタ。 - 【請求項5】 第1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成され、第1の高さを有する
第1の上面と、前記第1の高さより低い第2の高さを有
する第2の上面と、前記第1および第2の上面を連結し
深さ方向に延びる第3の上面とを有する第2導電型の第
2の半導体層と、 前記第2の半導体層上に形成された第1導電型の第3の
半導体層と、 前記第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の不純物領域と、 前記不純物領域の表面から深さ方向に延び前記第3の半
導体層を通過して前記第2の半導体層にまで延びる溝
と、 前記溝内部に形成されたゲート電極と、 前記第3の半導体層および前記不純物領域の両者に電気
的に接続されたエミッタ電極と、 前記第1の半導体層に電気的に接続されたコレクタ電極
と、 を備えたトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
であって、 前記第3の上面の面積と前記第2の上面の面積との和
が、前記第1の半導体層の底面の面積と前記第3の上面
の面積と前記第2の上面の面積との和の50%〜70%
であることを特徴とするトレンチ絶縁ゲート型バイポー
ラトランジスタ。 - 【請求項6】 前記溝は所定間隔を隔てて複数設けら
れ、 前記溝の間の領域における前記第3の半導体層上に前記
不純物領域が形成されている、請求項5に記載のトレン
チ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ。 - 【請求項7】 第1導電型の第1の半導体層上に第2導
電型の第2の半導体層および第1導電型の第3の半導体
層を順次形成する工程と、 前記第3の半導体層上に所定間隔の開口部を規定するよ
うに第1および第2のレジストパターンを形成する工程
と、 前記第1および第2のレジストパターンをマスクとして
用いて、前記第3の半導体層内に所定量の第2導電型の
不純物を導入する工程と、 前記第1のレジストパターンを除去する工程と、 前記第2のレジストパターンをマスクとして用いてエッ
チングすることによって、前記不純物が導入された領域
下においては前記第2の半導体層内に達し、前記不純物
が導入されていない領域下においては前記第3の半導体
層内に達する溝を形成する工程と、 前記溝内にゲート電極を形成する工程と、 前記溝側壁に近接する前記第3の半導体層表面に選択的
に第2導電型の不純物領域を形成する工程と、 を備えたトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
の製造方法。 - 【請求項8】 第1導電型の第1の半導体層上に第2導
電型の第2の半導体層および第1導電型の第3の半導体
層を順次形成する工程と、 所定幅の開口部を有するレジストパターンをマスクとし
て用いてエッチングすることによって、前記第3の半導
体層内に底面を有する溝を形成する工程と、 前記溝底面に近接し前記溝底面端部下近傍に位置する領
域に所定量の第2導電型の不純物を導入する工程と、 前記レジストパターンをマスクとして用いてさらにエッ
チングすることによって、前記不純物が導入された領域
下においては前記第2の半導体層内に達し、前記不純物
が導入されていない領域下においては前記第3の半導体
層内に留まる溝を形成する工程と、 前記溝内にゲート電極を形成する工程と、 前記溝側壁に近接する前記第3の半導体層表面に選択的
に第2導電型の不純物領域を形成する工程と、 を備えたトレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ
の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24066692A JP2883501B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP24066692A JP2883501B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0690002A true JPH0690002A (ja) | 1994-03-29 |
| JP2883501B2 JP2883501B2 (ja) | 1999-04-19 |
Family
ID=17062899
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP24066692A Expired - Lifetime JP2883501B2 (ja) | 1992-09-09 | 1992-09-09 | トレンチ絶縁ゲート型バイポーラトランジスタおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2883501B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0854518A1 (en) * | 1997-01-21 | 1998-07-22 | Plessey Semiconductors Limited | Trench insulated gate bipolar transistor |
| JP2001511315A (ja) * | 1997-02-07 | 2001-08-07 | クーパー,ジェームズ・アルバート,ジュニアー | シリコン・カーバイド・パワー・トランジスタの最大電圧を増大させるための構造 |
| JP2008205497A (ja) * | 1994-12-30 | 2008-09-04 | Siliconix Inc | デルタ層を有する低オン抵抗のトレンチ型mosfet |
| JP2014236088A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 豊田合成株式会社 | 半導体素装置および半導体装置の製造方法 |
| US9318600B2 (en) | 2013-04-16 | 2016-04-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same |
-
1992
- 1992-09-09 JP JP24066692A patent/JP2883501B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008205497A (ja) * | 1994-12-30 | 2008-09-04 | Siliconix Inc | デルタ層を有する低オン抵抗のトレンチ型mosfet |
| EP0854518A1 (en) * | 1997-01-21 | 1998-07-22 | Plessey Semiconductors Limited | Trench insulated gate bipolar transistor |
| US6091107A (en) * | 1997-01-21 | 2000-07-18 | Mitel Semiconductor Limited | Semiconductor devices |
| GB2321337B (en) * | 1997-01-21 | 2001-11-07 | Plessey Semiconductors Ltd | Improvements in or relating to semiconductor devices |
| JP2001511315A (ja) * | 1997-02-07 | 2001-08-07 | クーパー,ジェームズ・アルバート,ジュニアー | シリコン・カーバイド・パワー・トランジスタの最大電圧を増大させるための構造 |
| US9318600B2 (en) | 2013-04-16 | 2016-04-19 | Panasonic Intellectual Property Management Co., Ltd. | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing same |
| JP2014236088A (ja) * | 2013-05-31 | 2014-12-15 | 豊田合成株式会社 | 半導体素装置および半導体装置の製造方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2883501B2 (ja) | 1999-04-19 |
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