JP2007012786A - Semiconductor device - Google Patents

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哲也 高橋
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing recovery time (reverse recovery time) without increasing operation resistance upon operation of an element. <P>SOLUTION: The semiconductor device comprises first and second trenches 103, 104 formed to face each other on a first conductivity type semiconductor substrate 100 via a first conductivity type first semiconductor region 102 formed on the semiconductor substrate, a gate insulating film 105 formed on the side surfaces of the first and second trenches, a gate electrode 106 formed inside the first and second trenches, a second conductivity type second semiconductor region 107 formed to make contact with the first semiconductor region, a first conductivity type third semiconductor region 108 in contact with the second semiconductor region, and further a life time control region 110 formed in the first semiconductor region between the first and second trenches facing each other. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、チャネル部分をトレンチ構造の側壁に形成した絶縁ゲート型電界効果トランジスタ等の半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device such as an insulated gate field effect transistor having a channel portion formed on a sidewall of a trench structure.

側壁にゲート絶縁膜を形成したトレンチの内部に、ポリシリコン等から成る導体膜を埋設したゲート構造、いわゆるトレンチゲートを有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、例えば特許文献1に記載されている。
特許文献1に記載の絶縁ゲート型電界効果トランジスタは、図5に示すように、高濃度基板301と、高濃度基板301の上に形成された低濃度エピタキシャル成長層302と、低濃度エピタキシャル成長層302内に形成されたソース拡散領域304及びチャネル拡散領域(ベース領域)306とを有する半導体基板300と、この半導体基板300の一方の主面に形成されたソース電極307及びゲート電極308と、半導体基板300の他方の主面に形成されたドレイン電極309とを備えている。
For example, Patent Document 1 discloses an insulated gate field effect transistor having a gate structure in which a conductor film made of polysilicon or the like is embedded in a trench having a gate insulating film formed on a side wall, that is, a so-called trench gate.
As shown in FIG. 5, the insulated gate field effect transistor described in Patent Document 1 includes a high concentration substrate 301, a low concentration epitaxial growth layer 302 formed on the high concentration substrate 301, and a low concentration epitaxial growth layer 302. A semiconductor substrate 300 having a source diffusion region 304 and a channel diffusion region (base region) 306 formed on the semiconductor substrate 300; a source electrode 307 and a gate electrode 308 formed on one main surface of the semiconductor substrate 300; And a drain electrode 309 formed on the other main surface.

半導体基板の一方の主面にはトレンチ(溝部)310、311が設けられており、トレンチ310、311の側壁にはゲート絶縁膜として機能するシリコン酸化膜313が形成されている。また、トレンチ310、311の内部には例えば、多結晶シリコン(ポリシリコン)から成る導体膜(ゲート電極)312が埋設されており、トレンチゲートが形成されている。
ゲート電極に閾値電圧以上の電位を印加すると、トレンチ310、311の側壁に沿って、すなわち、ゲート絶縁膜313に沿って、ソース拡散領域304から低濃度エピタキシャル成長層302に向かってベース領域306に縦方向に延伸するチャネルが生成される。この結果、ソース拡散領域304から低濃度エピタキシャル成長層302にチャネルを通じてキャリア(電子)が注入され、デバイスの縦方向に電流が流れる。
特開平11−177086号公報
Trenches (grooves) 310 and 311 are provided on one main surface of the semiconductor substrate, and a silicon oxide film 313 functioning as a gate insulating film is formed on the side walls of the trenches 310 and 311. In addition, a conductor film (gate electrode) 312 made of, for example, polycrystalline silicon (polysilicon) is buried in the trenches 310 and 311 to form a trench gate.
When a potential equal to or higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode, the base region 306 is vertically extended from the source diffusion region 304 toward the low concentration epitaxial growth layer 302 along the sidewalls of the trenches 310 and 311, that is, along the gate insulating film 313. A channel extending in the direction is generated. As a result, carriers (electrons) are injected from the source diffusion region 304 into the low-concentration epitaxial growth layer 302 through the channel, and a current flows in the vertical direction of the device.
JP-A-11-177086

ところで、この種の半導体装置において、ベース領域と低濃度エピタキシャル成長層との界面に形成されるPN接合を利用して、これをダイオード素子とする場合がある。図6は、このような内蔵ダイオード401を備えた図5のMOSFET400の等価回路を示すものである。
図示のように、ソース電極とドレイン電極との間に、ソース電極側をアノード、ドレイン電極側をカソードとするPN接合ダイオードから成るダイオード401がMOSFET400と一体的に形成されている。
By the way, in this type of semiconductor device, a PN junction formed at the interface between the base region and the low concentration epitaxial growth layer may be used to form a diode element. FIG. 6 shows an equivalent circuit of the MOSFET 400 of FIG. 5 having such a built-in diode 401.
As shown in the figure, a diode 401 composed of a PN junction diode having a source electrode side as an anode and a drain electrode side as a cathode is formed integrally with a MOSFET 400 between a source electrode and a drain electrode.

ここで、MOSFET400に内蔵されたダイオード401のリカバリータイム(逆回復時間)を短くするためには、電子線照射や重金属拡散等のライフタイム制御を行えば良い。しかし、単に、半導体基板の全面に一様に電子線照射や重金属拡散を行ったのでは、リカバリータイムを短くすることはできるが、オン抵抗、即ち素子(MOSFET)動作時の動作抵抗が増加してしまうという問題がある。
このような問題は、高濃度基板301を反対導電型の半導体基板に置き換えた、周知の絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)等でも同様に生じる。
Here, in order to shorten the recovery time (reverse recovery time) of the diode 401 incorporated in the MOSFET 400, lifetime control such as electron beam irradiation or heavy metal diffusion may be performed. However, simply performing electron beam irradiation or heavy metal diffusion over the entire surface of the semiconductor substrate can reduce the recovery time, but increases the on-resistance, that is, the operating resistance during device (MOSFET) operation. There is a problem that it ends up.
Such a problem also occurs in a well-known insulated gate bipolar transistor (IGBT) or the like in which the high-concentration substrate 301 is replaced with a semiconductor substrate of opposite conductivity type.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、素子動作時の動作抵抗を増加させることなく、内蔵ダイオードのリカバリータイム(逆回復時間)を短縮することができる半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a semiconductor device capable of shortening the recovery time (reverse recovery time) of a built-in diode without increasing the operating resistance during device operation. For the purpose.

上記目的を達成するために請求項1に記載の発明は、半導体基板上に形成されたトレンチの側壁にチャネルが形成される絶縁ゲート構造を有する半導体装置において、隣り合うトレンチの側壁間にキャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムより比較して小さくしたライフタイム制御領域を形成したことを特徴とする。   To achieve the above object, according to a first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having an insulated gate structure in which a channel is formed on a sidewall of a trench formed on a semiconductor substrate. It is characterized in that a lifetime control region having a lifetime smaller than that of a carrier in another region is formed.

また、請求項2に記載の発明は、第1導電型の第1の半導体領域を備える半導体基板上に前記第1の半導体領域を介して互いに対向するように形成された第1及び第2のトレンチと、前記第1及び第2のトレンチの側面に形成されたゲート絶縁膜と、前記第1及び第2のトレンチの内部に形成されたゲート電極と、前記第1のトレンチと第2のトレンチの間に形成され、且つ前記第1の半導体領域に接触するように形成された第2導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域に接触する、第1導電型の第3の半導体領域とを有し、互いに対向する前記第1のトレンチと第2のトレンチとの間の、前記第1の半導体領域内にライフタイム制御領域が形成されていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a first and second semiconductor device formed on a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type so as to face each other with the first semiconductor region interposed therebetween. A trench, a gate insulating film formed on side surfaces of the first and second trenches, a gate electrode formed inside the first and second trenches, the first trench and the second trench A second semiconductor region of a second conductivity type formed so as to be in contact with the first semiconductor region, and a third of the first conductivity type in contact with the second semiconductor region. A lifetime control region is formed in the first semiconductor region between the first trench and the second trench facing each other.

また、請求項3に記載の発明は、請求項1または2のいずれかに記載の半導体装置において、前記ライフタイム制御領域でのキャリアのライフタイムは、該ライフタイム制御領域以外の前記第1の半導体領域でのキャリアのライフタイム、及び前記第2の半導体領域でのキャリアのライフタイム、及び前記第3の半導体領域でのキャリアのライフタイムよりも小さいことを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the lifetime of the carrier in the lifetime control region is the first time other than the lifetime control region. It is smaller than the carrier lifetime in the semiconductor region, the carrier lifetime in the second semiconductor region, and the carrier lifetime in the third semiconductor region.

また、請求項4に記載の発明は、請求項2または3のいずれかに記載の半導体装置において、前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域とによってPN接合ダイオードが形成されていることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second or third aspect, a PN junction diode is formed by the first semiconductor region and the second semiconductor region. It is characterized by.

また、請求項5に記載の発明は、請求項2、3または4のいずれかに記載の半導体装置において、前記ライフタイム制御領域は、前記トレンチの底面よりも前記第3の半導体領域側に形成されていることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the second, third, or fourth aspect, the lifetime control region is formed closer to the third semiconductor region than the bottom surface of the trench. It is characterized by being.

また、請求項6に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置において、前記ライフタイム制御領域は、軽イオンを注入して形成された領域であることを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any of the first to fifth aspects, the lifetime control region is a region formed by implanting light ions. .

また、請求項7に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置において、前記ライフタイム制御領域は、電子線を照射して形成された領域であることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the lifetime control region is a region formed by irradiation with an electron beam. .

また、請求項8に記載の発明は、請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置において、前記ライフタイム制御領域は、重金属を拡散して形成された領域であることを特徴とする。   According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the lifetime control region is a region formed by diffusing heavy metal.

以上説明したように、本発明によれば、半導体基板上に形成されたトレンチの側壁にチャネルが形成される絶縁ゲート構造を有する半導体装置において、隣り合うトレンチの側壁間にキャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムより比較して小さくしたライフタイム制御領域を形成したので、素子動作時の動作抵抗を増加させることなく、リカバリータイム(逆回復時間)を短縮することができる。   As described above, according to the present invention, in a semiconductor device having an insulated gate structure in which a channel is formed on the side wall of a trench formed on a semiconductor substrate, the lifetime of carriers is different between the side walls of adjacent trenches. Since the lifetime control region which is smaller than the carrier lifetime in this region is formed, the recovery time (reverse recovery time) can be shortened without increasing the operating resistance during device operation.

以下、本発明の実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。
本発明の実施形態に係る半導体装置の構成を図1に示す。図1に示した半導体装置は、絶縁ゲート型電界効果トランジスタである。
本発明の実施形態に係る半導体装置1は、半導体基板上に形成されたトレンチの側壁にチャネルが形成される絶縁ゲート構造を有する半導体装置であって、隣り合うトレンチの側壁間にキャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムより比較して小さくしたライフタイム制御領域を形成したことを特徴としている。
軽イオンが照射されて形成されたライフタイム制御領域110が、ベース領域107とトレンチ103、104底部との間に位置する低濃度エピタキシャル成長層102に形成されていることを特徴としている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 shows a configuration of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. The semiconductor device shown in FIG. 1 is an insulated gate field effect transistor.
A semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention is a semiconductor device having an insulated gate structure in which a channel is formed on the side wall of a trench formed on a semiconductor substrate, and the lifetime of carriers between the side walls of adjacent trenches. Is characterized by the formation of a lifetime control region that is smaller than the lifetime of carriers in other regions.
The lifetime control region 110 formed by irradiating light ions is formed in the low-concentration epitaxial growth layer 102 located between the base region 107 and the bottoms of the trenches 103 and 104.

図1において、本発明の実施形態に係る半導体装置(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)は、高濃度基板(例えばn型半導体基板)101と、高濃度基板101上に形成された低濃度エピタキシャル成長層(例えばn型エピタキシャル成長層)102と、低濃度エピタキシャル成長層102内に形成されたソース拡散領域(例えば、n型拡散領域)108、ソース拡散領域108に接触するように、これらの上面に形成された電極層109及びチャネル拡散領域、すなわちベース領域(例えば、p型拡散領域)107とを有する半導体基板100と、この半導体基板100の一方の主面に形成されたソース電極111及びゲート電極112と、半導体基板100の他方の主面に形成されたドレイン電極113とを有している。 1, a semiconductor device (insulated gate field effect transistor) according to an embodiment of the present invention includes a high concentration substrate (for example, an n + type semiconductor substrate) 101 and a low concentration epitaxial growth layer formed on the high concentration substrate 101. (For example, an n type epitaxial growth layer) 102, a source diffusion region (for example, an n + type diffusion region) 108 formed in the low-concentration epitaxial growth layer 102, and a source diffusion region 108 are formed on the upper surfaces thereof. The semiconductor substrate 100 having the electrode layer 109 and the channel diffusion region, that is, the base region (for example, p-type diffusion region) 107, and the source electrode 111 and the gate electrode 112 formed on one main surface of the semiconductor substrate 100 And a drain electrode 113 formed on the other main surface of the semiconductor substrate 100.

半導体基板100の一方の主面には、図5に示した従来の半導体装置と同様に、トレンチ103、104が設けられており、トレンチ103、104の側壁にはゲート絶縁膜として機能するシリコン酸化膜105が形成されている。
トレンチ103、104の内部には、例えば多結晶シリコン(ポリシリコン)からなる導体膜(ゲート電極)106が埋設されており、トレンチゲートが形成されている。
Similar to the conventional semiconductor device shown in FIG. 5, trenches 103 and 104 are provided on one main surface of the semiconductor substrate 100, and silicon oxide that functions as a gate insulating film is formed on the sidewalls of the trenches 103 and 104. A film 105 is formed.
A conductor film (gate electrode) 106 made of, for example, polycrystalline silicon (polysilicon) is embedded in the trenches 103 and 104, and a trench gate is formed.

この導体膜106は、図示のように、シリコン酸化膜105を介して、低濃度エピタキシャル成長層102の上側領域、チャネル拡散領域すなわちベース領域107、及びソース拡散領域108の側面と接触している。
ライフタイム制御領域110は、この導体膜(ゲート電極)106と対向する低濃度エピタキシャル成長層102の上側領域に形成されており、隣り合うトレンチ103、104間を横切るように形成されている。
ここで、ライフタイム制御領域110とは、局所的に軽イオンを照射したり、局所的に電子線を照射したり、局所的に重金属(ライフタイムキラー)拡散をする等して、キャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムに比較して小さくされた領域をいう。本実施形態では、局所的に軽イオンを照射(導入)して、このライフタイム制御領域110を形成した。半導体基板100は、本発明の半導体基板に、低濃度エピタキシャル成長層102は第1の半導体領域に、導体膜(ゲート電極)106は、本発明のゲート電極に、ベース領域(例えば、p型拡散領域)107は、本発明の第2導電型の第2の半導体領域に、ソース拡散領域108は本発明の第1導電型(n型)の第3の半導体領域に、それぞれ相当する。
As shown in the figure, the conductor film 106 is in contact with the upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 102, the channel diffusion region, that is, the base region 107, and the side surfaces of the source diffusion region 108 through the silicon oxide film 105.
The lifetime control region 110 is formed in an upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 102 facing the conductor film (gate electrode) 106 and is formed so as to cross between the adjacent trenches 103 and 104.
Here, the lifetime control region 110 refers to the life of the carrier by locally irradiating light ions, locally irradiating an electron beam, or locally diffusing heavy metal (lifetime killer). An area in which the time is made smaller than the carrier lifetime in other areas. In this embodiment, the lifetime control region 110 is formed by locally irradiating (introducing) light ions. The semiconductor substrate 100 is the semiconductor substrate of the present invention, the low-concentration epitaxial growth layer 102 is the first semiconductor region, the conductive film (gate electrode) 106 is the gate electrode of the present invention, and the base region (for example, p-type diffusion region). ) 107 corresponds to the second semiconductor region of the second conductivity type of the present invention, and the source diffusion region 108 corresponds to the third semiconductor region of the first conductivity type (n + type) of the present invention.

また、本実施形態では、ライフタイム制御領域110の上面は、べース領域107の下面よりも半導体基板100の他方の主面側に位置し、ライフタイム制御領域110の上面とベース領域107の下面との間には、低濃度エピタキシャル成長層102の上側領域が薄く残存している。
また、ライフタイム制御領域110の下面は、トレンチ103、104の底面と半導体基板100の一方の主面との間に位置し、ライフタイム制御領域110の下面とトレンチ103、104の底面の延長線との間には低濃度エピタキシャル成長層102の上側領域が薄く残存している。
なお、トレンチ103、104の間の低濃度エピタキシャル成長層102の全体にライムタイム制御領域110を形成してもよい。
In the present embodiment, the upper surface of the lifetime control region 110 is located on the other main surface side of the semiconductor substrate 100 with respect to the lower surface of the base region 107, and the upper surface of the lifetime control region 110 and the base region 107 are A thin upper region of the low concentration epitaxial growth layer 102 remains between the lower surface and the lower surface.
The lower surface of the lifetime control region 110 is located between the bottom surfaces of the trenches 103 and 104 and one main surface of the semiconductor substrate 100, and is an extension line between the lower surface of the lifetime control region 110 and the bottom surfaces of the trenches 103 and 104. The upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 102 remains thin.
Note that the lime time control region 110 may be formed in the entire low concentration epitaxial growth layer 102 between the trenches 103 and 104.

しかし、ライフタイム制御領域110は、軽イオンの打ち込みによって形成された結晶欠陥領域として形成されたものである。このため、ライフタイム制御領域110の上面とその上の低濃度エビタキシャル成長層102との界面は明確に定まるものではない。同様に、ライフタイム制御領域110の下面とその下の低濃度エピタキシャル成長層102との界面も明確に定まるものではない。そこで便宜上、本願明細書では、その結晶欠陥の密度(再結合中心密度)がライフタイム制御領域110の中央側における再結合中心密度の1/3になった面を、それぞれライフタイム制御領域の上面及び下面としている。   However, the lifetime control region 110 is formed as a crystal defect region formed by light ion implantation. For this reason, the interface between the upper surface of the lifetime control region 110 and the low-concentration epitaxial growth layer 102 thereon is not clearly determined. Similarly, the interface between the lower surface of the lifetime control region 110 and the underlying low-concentration epitaxial growth layer 102 is not clearly determined. Therefore, for the sake of convenience, in the present specification, the surface where the density of crystal defects (recombination center density) is 1/3 of the recombination center density on the center side of the lifetime control region 110 is referred to as the upper surface of the lifetime control region. And the bottom surface.

このように、ライフタイム制御領域110を、対向するトレンチ103、104の間に形成することによって、比較的低いオン抵抗(素子動作時の動作抵抗)を維持しつつ、内蔵ダイオードのリカバリータイム(逆回復時間)を短くすることができる。
すなわち、図5に示す、トレンチゲート構造を有する従来の半導体装置では、軽イオンを照射してライフタイム制御を行うと、リカバリータイムは短くなるが、オン抵抗は増加した。しかし、本実施形態のトランジスタでは、オン抵抗も比較的小さい状態を維持する。この理由は、次のとおりである。
Thus, by forming the lifetime control region 110 between the opposing trenches 103 and 104, the recovery time (reverse of the built-in diode) is maintained while maintaining a relatively low on-resistance (operation resistance during device operation). (Recovery time) can be shortened.
That is, in the conventional semiconductor device having the trench gate structure shown in FIG. 5, when the lifetime control is performed by irradiating light ions, the recovery time is shortened but the on-resistance is increased. However, in the transistor of this embodiment, the on-resistance is also kept relatively small. The reason for this is as follows.

トランジスタの動作時(オン時)には、動作電流(電子電流)は、図2に示すように、チャネルを通じて流れるため、その電流通路はトレンチ103、104の側壁近傍の低濃度エピタキシャル成長層102とチャネル拡散領域に形成される。このため、電子電流はライフタイム制御領域110の一部のみを横切って流れることとなり、電子の捕獲断面積は小さく、ライフタイム制御領域110内での電子捕獲総量は比較的少なくなる。このため、オン抵抗は比較的低い状態を維持する。   When the transistor is operating (on), the operating current (electron current) flows through the channel, as shown in FIG. 2, so that the current path is the channel between the low-concentration epitaxial growth layer 102 near the sidewalls of the trenches 103 and 104 and the channel. It is formed in the diffusion region. For this reason, the electron current flows across only a part of the lifetime control region 110, the electron capture cross-sectional area is small, and the total amount of electron capture in the lifetime control region 110 is relatively small. For this reason, the on-resistance is kept relatively low.

一方、内蔵ダイオードの動作時、即ち、ソース電極111とドレイン電極113との間にソース電極111側の電位を高くする電圧を印加したときには、図3に示すように、ホール電流及び電子電流がPN接合の全面、換言すればライフタイム制御領域110の全面を横切って流れる。このため、電子及びホールの捕獲断面積が大きく、ライフタイム制御領域110内でのキャリア捕獲総量は比較的多くなる。このため、リカバリータイム(逆回復時間)を短くすることができる。   On the other hand, when the built-in diode is operated, that is, when a voltage for increasing the potential on the source electrode 111 side is applied between the source electrode 111 and the drain electrode 113, as shown in FIG. It flows across the entire surface of the junction, in other words, the entire surface of the lifetime control region 110. For this reason, the capture cross sections of electrons and holes are large, and the total amount of trapped carriers in the lifetime control region 110 is relatively large. For this reason, the recovery time (reverse recovery time) can be shortened.

この結果、ライフタイム制御領域110の軽イオン照射量、換言すれば結晶欠陥密度(再結合中心密度)の量をコントロールすることによって、所望のリカバリータイムが得られる。
つまり、軽イオンの照射量を増加してキャリアの再結合中心密度を増加すれば、ダイオードのリカバリータイムは相対的に短くすることができる。反対に、軽イオンの照射量を減少してキャリアの再結合中心密度を減少すれば、ダイオードのリカバリータイムは相対的に長くすることができる。上述のように、このようにダイオードのリカバリータイムをコントロールしても(リカバリータイムを相対的に短くしても)、トランジスタの順方向電圧は比較的低い値を維持する。
As a result, a desired recovery time can be obtained by controlling the light ion irradiation amount of the lifetime control region 110, in other words, the amount of crystal defect density (recombination center density).
That is, the recovery time of the diode can be relatively shortened by increasing the irradiation amount of light ions to increase the carrier recombination center density. On the contrary, the recovery time of the diode can be made relatively long by reducing the irradiation amount of light ions and reducing the recombination center density of carriers. As described above, even if the recovery time of the diode is controlled in this manner (even if the recovery time is relatively short), the forward voltage of the transistor maintains a relatively low value.

なお、半導体基板100の一方の主面から見たときのトレンチの形状は、周知の種々の形状を遼宜選択できる。たとえば、格子形状、ストライプ形状、或いはアイランド形状にすることができる。
また、低い順方向電圧を良好に得るためには、ライフタイム制御領域110の下面を、トレンチ103、104の底面の延長線上に位置させるか、または、本実施形態のように、トレンチ103、104の底面の延長線と半導体基板の一方の主面との間に位置させるのが望ましい。
Note that various known shapes can be selected as the shape of the trench when viewed from one main surface of the semiconductor substrate 100. For example, a lattice shape, a stripe shape, or an island shape can be used.
In order to obtain a low forward voltage satisfactorily, the lower surface of the lifetime control region 110 is positioned on an extension line of the bottom surface of the trenches 103 and 104, or as in the present embodiment, the trenches 103 and 104 It is desirable to locate between the extension line of the bottom surface of the semiconductor substrate and one main surface of the semiconductor substrate.

しかしながら、要求される順方向電圧によっては、ライフタイム制御領域110の下面を、トレンチ103、104の底面の延長線上よりも半導体基板100の他方の主面(下面)側に位置させることもできる。
しかし、この場合でも、本発明の効果が得られるように、トレンチ103、104の底面の延長線上よりも半導体基板100の他方の主面(下面)側に形成されたライフタイム制御領域110の再結合中心の総量が、トレンチ103、104の底面の延長線上よりも半導体基板100の一方の主面(上面)側に形成されたライフタイム制御領域の再結合中心の総量に比較して小さくなるように、望ましくは、トレンチ103、104の底面の延長線上よりも半導体基板100の一方の主面(上面)側に形成されたライフタイム制御領域110の再結合中心の総量の1/3以下になるようにするのが良い。
However, depending on the required forward voltage, the lower surface of the lifetime control region 110 can be positioned on the other main surface (lower surface) side of the semiconductor substrate 100 with respect to the extended line of the bottom surface of the trenches 103 and 104.
However, even in this case, the lifetime control region 110 formed on the other main surface (lower surface) side of the semiconductor substrate 100 rather than on the extended line of the bottom surfaces of the trenches 103 and 104 can be regenerated so that the effect of the present invention can be obtained. The total amount of coupling centers is smaller than the total amount of recombination centers in the lifetime control region formed on one main surface (upper surface) side of the semiconductor substrate 100 than on the extension line of the bottom surfaces of the trenches 103 and 104. In addition, it is desirable that the total amount of recombination centers in the lifetime control region 110 formed on one main surface (upper surface) side of the semiconductor substrate 100 is less than 1/3 of the extension line of the bottom surface of the trenches 103 and 104. It is good to do so.

次に、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の構成を図4に示す。本実施形態は、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)に本発明を適用したものである。デバイスの構成としては、図1の半導体装置の構成上、異なるのは半導体基板200の下面側に、図1における高濃度基板(n型半導体基板)101の代わりに、第2導電型(p型)の半導体領域201Aと第1導電型(n型)の半導体領域201Bを交互に形成して、第2導電型(p型)の半導体領域201Aの上側にIGBTが形成され、第1導電型(n型)の半導体領域201Bの上側にダイオードが形成されるようにした点であり、他の構成は同様である。 Next, FIG. 4 shows a configuration of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. In the present embodiment, the present invention is applied to an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). The configuration of the device differs from the configuration of the semiconductor device of FIG. 1 in that the second conductivity type (p) is provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 200 instead of the high concentration substrate (n + type semiconductor substrate) 101 in FIG. The + type semiconductor regions 201A and the first conductivity type (n + type) semiconductor regions 201B are alternately formed, and an IGBT is formed above the second conductivity type (p + type) semiconductor region 201A. A diode is formed above the one-conductivity type (n + -type) semiconductor region 201B, and the other configurations are the same.

図4において、本実施形態に係る半導体装置(IGBT)では、半導体基板200の下面側に第2導電型(p型)の半導体領域201Aと第1導電型(n型)の半導体領域201Bが交互に形成されており、これらの上面に低濃度エピタキシャル成長層(例えばn型エピタキシャル成長層)202が形成されている。さらに、低濃度エピタキシャル成長層202内にエミッタ拡散領域(例えば、n型拡散領域)208、及びチャネル拡散領域、すなわちベース領域(例えば、p型拡散領域)207とが形成されている。 4, in the semiconductor device (IGBT) according to the present embodiment, the second conductivity type (p + type) semiconductor region 201A and the first conductivity type (n + type) semiconductor region 201B are provided on the lower surface side of the semiconductor substrate 200. Are alternately formed, and a low-concentration epitaxial growth layer (for example, an n -type epitaxial growth layer) 202 is formed on the upper surface thereof. Further, an emitter diffusion region (for example, n + -type diffusion region) 208 and a channel diffusion region, that is, a base region (for example, p-type diffusion region) 207 are formed in the low concentration epitaxial growth layer 202.

半導体基板200の一方の主面には、図5に示した従来の半導体装置と同様に、トレンチ203、204が設けられており、トレンチ203、204の側壁にはゲート絶縁膜として機能するシリコン酸化膜205が形成されている。
トレンチ203、204の内部には、例えば多結晶シリコン(ポリシリコン)からなる導体膜(ゲート電極)206が埋設されており、トレンチゲートが形成されている。
Similar to the conventional semiconductor device shown in FIG. 5, trenches 203 and 204 are provided on one main surface of the semiconductor substrate 200, and silicon oxide that functions as a gate insulating film is formed on the sidewalls of the trenches 203 and 204. A film 205 is formed.
Inside the trenches 203 and 204, a conductor film (gate electrode) 206 made of, for example, polycrystalline silicon (polysilicon) is embedded to form a trench gate.

この導体膜206は、図示のように、シリコン酸化膜205を介して、低濃度エピタキシャル成長層202の上側領域、チャネル拡散領域すなわちベース領域207、及びエミッタ拡散領域208の側面と接触している。
ライフタイム制御領域210は、この導体膜(ゲート電極)206と対向する低濃度エピタキシャル成長層202の上側領域に形成されており、隣り合うトレンチ203、204間を横切るように形成されている。
ここで、ライフタイム制御領域210とは、局所的に軽イオンを照射したり、局所的に電子線を照射したり、局所的に重金属(ライフタイムキラー)拡散をする等して、キャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムに比較して小さくされた領域をいう。本実施形態では、局所的に軽イオンを照射(導入)して、このライフタイム制御領域210を形成した。
As illustrated, the conductor film 206 is in contact with the upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 202, the channel diffusion region, that is, the base region 207, and the side surfaces of the emitter diffusion region 208 through the silicon oxide film 205.
The lifetime control region 210 is formed in an upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 202 facing the conductor film (gate electrode) 206, and is formed so as to cross between the adjacent trenches 203 and 204.
Here, the lifetime control region 210 refers to the life of the carrier by locally irradiating light ions, locally irradiating an electron beam, or locally diffusing heavy metal (lifetime killer). An area in which the time is made smaller than the carrier lifetime in other areas. In the present embodiment, the lifetime control region 210 is formed by locally irradiating (introducing) light ions.

また、本実施形態では、図1乃至図3に示した実施形態と同様に、ライフタイム制御領域210の上面は、べース領域207の下面よりも半導体基板200の他方の主面側に位置し、ライフタイム制御領域210の上面とベース領域207の下面との間には、低濃度エピタキシャル成長層202の上側領域が薄く残存している。
また、ライフタイム制御領域210の下面は、トレンチ203、204の底面と半導体基板200の一方の主面との間に位置し、ライフタイム制御領域210の下面とトレンチ203、204の底面の延長線との間には低濃度エピタキシャル成長層202の上側領域が薄く残存している。
本実施形態の場合も図1乃至図3に示した実施形態と同様の効果が得られる。
Further, in the present embodiment, as in the embodiment shown in FIGS. 1 to 3, the upper surface of the lifetime control region 210 is positioned on the other main surface side of the semiconductor substrate 200 with respect to the lower surface of the base region 207. However, the upper region of the low concentration epitaxial growth layer 202 remains thinly between the upper surface of the lifetime control region 210 and the lower surface of the base region 207.
The lower surface of the lifetime control region 210 is located between the bottom surfaces of the trenches 203 and 204 and one main surface of the semiconductor substrate 200, and is an extension line between the lower surface of the lifetime control region 210 and the bottom surfaces of the trenches 203 and 204. The upper region of the low-concentration epitaxial growth layer 202 remains thin.
In the case of this embodiment, the same effect as that of the embodiment shown in FIGS. 1 to 3 can be obtained.

本発明の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す図。1 is a diagram showing a cross-sectional structure of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置の素子動作時の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows the state at the time of element operation | movement of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る半導体装置に内蔵するダイオードが動作した時の状態を示す説明図。Explanatory drawing which shows a state when the diode built in the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention operate | moved. 本発明の他の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of the semiconductor device which concerns on other embodiment of this invention. 従来のトレンチゲート構造を有する半導体装置の断面構造を示す図。The figure which shows the cross-section of the semiconductor device which has the conventional trench gate structure. 図5に示した従来の半導体装置の等価回路を示す回路図。FIG. 6 is a circuit diagram showing an equivalent circuit of the conventional semiconductor device shown in FIG. 5.

符号の説明Explanation of symbols

1…半導体装置、100…半導体基板、101…高濃度基板、102…低濃度エピタキシャル成長層、103、104…トレンチ、105…シリコン酸化膜、106…導体膜、107…ベース領域、108…ソース拡散領域、110…ライフタイム制御領域   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Semiconductor device, 100 ... Semiconductor substrate, 101 ... High concentration substrate, 102 ... Low concentration epitaxial growth layer, 103, 104 ... Trench, 105 ... Silicon oxide film, 106 ... Conductor film, 107 ... Base region, 108 ... Source diffusion region 110: Lifetime control area

Claims (8)

半導体基板上に形成されたトレンチの側壁にチャネルが形成される絶縁ゲート構造を有する半導体装置において、
隣り合うトレンチの側壁間にキャリアのライフタイムが他の領域におけるキャリアのライフタイムより比較して小さくしたライフタイム制御領域を形成したことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having an insulated gate structure in which a channel is formed on a sidewall of a trench formed on a semiconductor substrate,
A semiconductor device characterized in that a lifetime control region in which a carrier lifetime is made smaller than a carrier lifetime in another region is formed between sidewalls of adjacent trenches.
第1導電型の第1の半導体領域を備える半導体基板上に前記第1の半導体領域を介して互いに対向するように形成された第1及び第2のトレンチと、
前記第1及び第2のトレンチの側面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記第1及び第2のトレンチの内部に形成されたゲート電極と、
前記第1のトレンチと第2のトレンチの間に形成され、且つ前記第1の半導体領域に接触するように形成された第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域に接触する、第1導電型の第3の半導体領域とを有し、
互いに対向する前記第1のトレンチと第2のトレンチとの間の、前記第1の半導体領域内にライフタイム制御領域が形成されていることを特徴とする半導体装置。
A first trench and a second trench formed on a semiconductor substrate having a first semiconductor region of a first conductivity type so as to face each other via the first semiconductor region;
A gate insulating film formed on side surfaces of the first and second trenches;
A gate electrode formed inside the first and second trenches;
A second semiconductor region of a second conductivity type formed between the first trench and the second trench and formed in contact with the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type in contact with the second semiconductor region;
A semiconductor device, wherein a lifetime control region is formed in the first semiconductor region between the first trench and the second trench facing each other.
前記ライフタイム制御領域でのキャリアのライフタイムは、該ライフタイム制御領域以外の前記第1の半導体領域でのキャリアのライフタイム、及び前記第2の半導体領域でのキャリアのライフタイム、及び前記第3の半導体領域でのキャリアのライフタイムよりも小さいことを特徴とする請求項1または2のいずれかに記載の半導体装置。   The carrier lifetime in the lifetime control region is the carrier lifetime in the first semiconductor region other than the lifetime control region, the carrier lifetime in the second semiconductor region, and the first 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device has a lifetime smaller than a lifetime of carriers in the semiconductor region. 前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域とによってPN接合ダイオードが形成されていることを特徴とする請求項2または3のいずれかに記載の半導体装置。   4. The semiconductor device according to claim 2, wherein a PN junction diode is formed by the first semiconductor region and the second semiconductor region. 5. 前記ライフタイム制御領域は、前記トレンチの底面よりも前記第3の半導体領域側に形成されていることを特徴とする請求項2、3または4のいずれかに記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 2, wherein the lifetime control region is formed closer to the third semiconductor region than a bottom surface of the trench. 前記ライフタイム制御領域は、軽イオンを注入して形成された領域であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the lifetime control region is a region formed by implanting light ions. 前記ライフタイム制御領域は、電子線を照射して形成された領域であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lifetime control region is a region formed by irradiation with an electron beam. 前記ライフタイム制御領域は、重金属を拡散して形成された領域であることを特徴とする請求項1乃至5のいずれかに記載の半導体装置。

6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the lifetime control region is a region formed by diffusing heavy metal.

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