JP4232645B2 - Trench lateral semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents
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Description
この発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に単位面積あたりのオン抵抗が低く、かつ短絡耐量が高いトレンチ構造を有する横型のMOS(金属−酸化膜−半導体)トランジスタとバイポーラトランジスタを融合したパワーデバイスを構成するトレンチ横型半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same, and more particularly to a power obtained by integrating a lateral MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor and a bipolar transistor having a trench structure with low on-resistance per unit area and high short-circuit resistance. The present invention relates to a trench lateral semiconductor device constituting a device and a manufacturing method thereof.
MOSトランジスタとバイポーラトランジスタを融合したデバイスは、MOS素子のように駆動回路の構成が簡素であり、かつ、バイポーラトランジスタのように耐圧部分の伝導度変調によりオン抵抗が低いという利点を有する。それゆえ、高耐圧と大電力レベルを必要とする分野で重要視されている。デバイスの構造には、基板表面上にゲート絶縁膜を介してゲート電極を有するプレーナゲート型と、基板に形成されたトレンチ内にゲート電極を埋め込んだトレンチゲート型がある。トレンチゲート型のデバイス構造には、チャネルの高密度化が可能である、寄生サイリスタが動作しにくいなどの優れた特徴がある(たとえば、非特許文献1参照。)。
A device in which a MOS transistor and a bipolar transistor are integrated has an advantage that the configuration of a drive circuit is simple like a MOS element, and the on-resistance is low due to conductivity modulation of a withstand voltage portion like a bipolar transistor. Therefore, it is regarded as important in fields that require high breakdown voltage and high power level. Device structures include a planar gate type having a gate electrode on a substrate surface via a gate insulating film and a trench gate type having a gate electrode embedded in a trench formed in the substrate. The trench gate type device structure has excellent features such as high channel density and difficulty in operating a parasitic thyristor (see Non-Patent
以下に、従来のIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)の構成について説明する。なお、本明細書および添付図面において、nまたはpを冠記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。 The configuration of a conventional IGBT (insulated gate bipolar transistor) will be described below. Note that in this specification and the accompanying drawings, a layer or region with n or p is a sign that electrons or holes are carriers. Further, + or − attached to n or p represents a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively.
図53は、従来のトレンチゲートIGBTの構成を示す断面図である。図53に示すように、コレクタ電極110上に導電度の高いp+半導体層112が設けられており、さらにその上に、n半導体層111が積層されている。n半導体層111の上には、n半導体層111よりも導電度の低いn-半導体層103が積層されている。n-半導体層103の表面層には、p半導体領域104が設けられている。
FIG. 53 is a cross-sectional view showing a configuration of a conventional trench gate IGBT. As shown in FIG. 53, a p + semiconductor layer 112 having high conductivity is provided on the
トレンチは、半導体表面からp半導体領域104を貫通して、n-半導体層103に達している。トレンチ内には、絶縁膜109を介してゲート電極108が埋め込まれている。また、p半導体領域104の表面層には、トレンチ内の絶縁膜109に接してn+半導体領域106が設けられているとともに、このn+半導体領域106に接してp+半導体領域105が設けられている。エミッタ電極107は、p+半導体領域105およびn+半導体領域106の両方に接触し、かつ絶縁膜109によりゲート電極108から絶縁されている。
The trench penetrates the
図53に示す構成のIGBTでは、p+半導体層112と、n半導体層111およびn-半導体層103よりなるn領域と、p半導体領域104およびp+半導体領域105よりなるp領域とで構成されるPNPバイポーラトランジスタと、n+半導体領域106とp半導体領域104とn-半導体層103とで構成されるNPNバイポーラトランジスタにより、寄生サイリスタが構成される。この寄生サイリスタは、p半導体領域104、p+半導体領域105およびn+半導体領域106からなる接合がオンしない限り、作動しない。
The IGBT having the configuration shown in FIG. 53 includes a p + semiconductor layer 112, an n region composed of
そのオン電圧値は、p+半導体領域105の抵抗に比例する。トレンチゲート構造にすることによって、p+半導体領域105を薄くするとともに、大面積化することができるので、p+半導体領域105の抵抗は小さくなり、p半導体領域104からエミッタ電極107へ至る電流経路の抵抗が低くなる。それによって、トレンチゲートIGBTのラッチアップ耐量は、通常のDMOS(ダブルディフューズドMOS)構造のゲートを有するIGBTの4倍ほど高い(たとえば、非特許文献1参照。)。
The on-voltage value is proportional to the resistance of the p + semiconductor region 105. By adopting the trench gate structure, the p + semiconductor region 105 can be made thin and large in area, so that the resistance of the p + semiconductor region 105 is reduced and the current path from the
一般に、ロジック制御回路と高圧回路を集積したプレーナ構造のパワーICでは、高電圧を担持するドリフト領域は、ウェハ表面に対して平行に設けられる。また、高圧回路に起因する、低圧ロジック回路へのノイズの影響を低減するためには、低圧ロジック回路を高圧回路部分から隔離する必要がある。その隔離構造として、接合分離構造および誘電体分離構造がある。張り合わせSOIウェハを用いた誘電体分離構造は、チップをより小さくすることができるので、プラズマディスプレイパネル等のフラットディスプレイパネル用ドライバICや、車載用スイッチングICなどに広く使われている(たとえば、非特許文献2参照。)。 In general, in a planar structure power IC in which a logic control circuit and a high voltage circuit are integrated, a drift region carrying a high voltage is provided in parallel to the wafer surface. In order to reduce the influence of noise on the low-voltage logic circuit caused by the high-voltage circuit, it is necessary to isolate the low-voltage logic circuit from the high-voltage circuit portion. The isolation structure includes a junction isolation structure and a dielectric isolation structure. Since the dielectric isolation structure using the bonded SOI wafer can make the chip smaller, it is widely used in driver ICs for flat display panels such as plasma display panels, switching ICs for automobiles, etc. (See Patent Document 2).
図54は、従来の厚膜SOI基板を用いて作製されたIGBTの断面構成を示す図である。図54に示すように、SOI基板は、支持基板201上に絶縁層202を介して活性層となる抵抗率の高いn-半導体層203を積層した構成となっている。n-半導体層203の表面層の一部に、p半導体領域204が設けられている。このp半導体領域204の表面層の一部には、n+半導体領域206と、これに接する第1のp+半導体領域205が設けられている。第1のp+半導体領域205の一部は、n+半導体領域206の下の部分を占めている。
FIG. 54 is a diagram showing a cross-sectional configuration of an IGBT manufactured using a conventional thick film SOI substrate. As shown in FIG. 54, the SOI substrate has a structure in which an n − semiconductor layer 203 having a high resistivity serving as an active layer is laminated on a
また、n-半導体層203の表面層の一部に、n半導体領域211が、p半導体領域204から離れて設けられている。n半導体領域211の抵抗率は、n-半導体層203よりも低い。このn半導体領域211の表面層の一部には、第2のp+半導体領域212が設けられている。エミッタ電極207は、第1のp+半導体領域205とn+半導体領域206の両方に接触する。また、n-半導体層203とn+半導体領域206で挟まれるp半導体領域204の表面上には、絶縁膜209を介してゲート電極208が設けられている。また、第2のp+半導体領域212には、コレクタ電極210が接触している。
Further, an
図54に示す構成のIGBTでは、第2のp+半導体領域212と、n半導体領域211およびn-半導体層203よりなるn領域と、p半導体領域204および第1のp+半導体領域205よりなるp領域とで構成されるPNPバイポーラトランジスタと、n+半導体領域206とp半導体領域204とn-半導体層203とで構成されるNPNバイポーラトランジスタにより、寄生サイリスタが構成される。この寄生サイリスタによるラッチアップを避けるため、オン電流に上限が設定される。このオン電流の上限値を高くするには、前記NPNバイポーラトランジスタが作動しないようにすればよい。そのためには、チャネル端側からn+半導体領域206の下を通って第1のp+半導体領域205に至る電流経路の抵抗を低く抑える必要がある。
In the IGBT having the configuration shown in FIG. 54, the second p + semiconductor region 212, the n region formed of the
これに関して、イオン注入により前記電流経路の抵抗を下げる方法が報告されている(たとえば、非特許文献3参照。)。また、第1のp+半導体領域205を形成する際にマスク整合により不確定さを除去し、前記電流経路の長さを最小限にし、ゲート電極と自己整合をとることができるトレンチエミッタ電極を形成する方法が報告されている(たとえば、非特許文献4参照。)。また、素子がオン状態のときに、第2のp+半導体領域212からn-半導体層203に流れ込むキャリアの一部を、前記電流経路を通さずに第1のp+半導体領域205に到達させる構造が報告されている(たとえば、非特許文献5、非特許文献6参照。)。
In this regard, a method for reducing the resistance of the current path by ion implantation has been reported (for example, see Non-Patent Document 3). In addition, a trench emitter electrode capable of removing uncertainty by mask matching when forming the first p + semiconductor region 205, minimizing the length of the current path, and self-aligning with the gate electrode is provided. A forming method has been reported (for example, see Non-Patent Document 4). Further, when the element is in the on state, a part of carriers flowing from the second p + semiconductor region 212 into the n − semiconductor layer 203 reaches the first p + semiconductor region 205 without passing through the current path. Structures have been reported (for example, see Non-Patent
また、図54に示す構成のIGBTでは、電界は、n-半導体層203とp半導体領域204のウェハ表面付近の界面、およびn-半導体層203とn半導体領域211のウェハ表面付近の界面に集中する。この電界の集中を緩和するため、フィールドプレートとして、エミッタ電極207およびコレクタ電極210を、絶縁膜209を介して前記界面をオーバラップするように延ばすことがある。より一層、高い耐圧を必要とする場合や、ドリフト領域の上に電源ライン等の配線がある場合の構造として、ウェハ表面のドリフト領域の上面またはドリフト領域の内部に、容量結合型のフィールドプレートを設けたものが公知である(たとえば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照。)。
In the IGBT having the configuration shown in FIG. 54, the electric field is concentrated at the interface between the n − semiconductor layer 203 and the
また、HV(ハイボルテージ)ICにおいては、高電圧の金属配線がPN接合を横切る場合にブレークダウンが起こりやすいことの対策として、HVICの配線に、フィールドプレートとして働く電気的にフローティングな導電領域を用いることが報告されている(たとえば、非特許文献7参照。)。また、耐圧を担うドリフト領域をウェハ表面に対して垂直方向に配置し、ドレイン領域が基板内部でドリフト領域に接する構造とすることによって、単位デバイスのピッチの減少を図った横型MOS素子を含む半導体装置が公知である(たとえば、特許文献4参照。)。 In HV (High Voltage) IC, as a countermeasure against the possibility of breakdown when a high-voltage metal wiring crosses a PN junction, an electrically floating conductive region serving as a field plate is provided on the HVIC wiring. It has been reported to be used (for example, see Non-Patent Document 7). In addition, a semiconductor including a lateral MOS element in which a pitch of a unit device is reduced by arranging a drift region that bears a breakdown voltage in a direction perpendicular to the wafer surface and having a drain region in contact with the drift region inside the substrate. The apparatus is known (for example, refer to Patent Document 4).
また、SOIウェハを作製するにあたって、チョクラルスキー法によるウェハ引き出し過程において形成される原子空孔と格子間原子のバランスは、たとえばボロンを高ドーズ量で注入することによって崩される。最初のアニール処理を900℃以下の温度でおこなうと、OSF(酸化導入積層欠陥)やBMD(バルク微細欠陥)が多く発生してしまうが、最初のアニール処理を高温(1050℃)でおこなうと、これらの欠陥の発生を抑制することができるという報告がある(たとえば、非特許文献8参照。)。 Further, in manufacturing an SOI wafer, the balance between atomic vacancies and interstitial atoms formed in the wafer drawing process by the Czochralski method is destroyed by implanting boron at a high dose, for example. When the first annealing process is performed at a temperature of 900 ° C. or less, OSF (oxidation-introduced stacking fault) and BMD (bulk fine defects) are often generated. However, when the first annealing process is performed at a high temperature (1050 ° C.), There is a report that the occurrence of these defects can be suppressed (for example, see Non-Patent Document 8).
また、張り合わせSOIウェハを作製する際、張り合わせるウェハの表面は、ウェハ同士の結合に必要なミラー品質の表面となる。シリコンウェハ同士の結合のメカニズムとしては、ウェハ同士が、互いの表面の「Si−OH−」に吸着されるH2Oを介して、一体となることが知られている。200℃以上に加熱されると、水分子はテトラマークラスターとなる。そして、700℃以上に加熱されると水クラスターが蒸発し、「Si−O−Si」を介してウェハ同士が結合される。さらに、1100℃で加熱されると、SOIウェハの絶縁層(埋込酸化膜層)がリフローして、ウェハ同士の結合強度が一層高くなるという報告がある(たとえば、非特許文献9参照。)。 Further, when a bonded SOI wafer is manufactured, the surface of the bonded wafer becomes a mirror quality surface necessary for bonding the wafers. As a mechanism for bonding silicon wafers, it is known that the wafers are integrated with each other through H 2 O adsorbed by “Si—OH—” on the surface of each other. When heated to 200 ° C. or higher, water molecules become tetramer clusters. When heated to 700 ° C. or higher, the water cluster evaporates and the wafers are bonded to each other through “Si—O—Si”. Furthermore, there is a report that when heated at 1100 ° C., the insulating layer (buried oxide film layer) of the SOI wafer is reflowed to further increase the bonding strength between the wafers (see, for example, Non-Patent Document 9). .
また、ウェハ同士の結合は、その結合前のミラー品質のウェハ表面に水酸基(「−OH」)があれば可能である。デバイスの形成に供されるウェハ(以下、デバイスウェハとする)を高濃度フッ酸で処理した直後に脱イオン化水に浸すことにより、デバイスウェハの表面に付着している面密度の高い「−F」を「−OH」に置換することができる。この置換をおこなってから、デバイスウェハを、絶縁層が形成されたウェハ(以下、ハンドルウェハとする)と結合させる方法が報告されている(たとえば、非特許文献10参照。)。 Bonding between wafers is possible if there is a hydroxyl group (“—OH”) on the surface of the mirror-quality wafer before the bonding. A wafer used for forming a device (hereinafter referred to as a device wafer) is immersed in deionized water immediately after being treated with high-concentration hydrofluoric acid, thereby providing a high surface density “−F” attached to the surface of the device wafer. "Can be replaced with" -OH ". A method has been reported in which a device wafer is bonded to a wafer on which an insulating layer is formed (hereinafter referred to as a handle wafer) after this replacement (for example, see Non-Patent Document 10).
また、SOI基板の絶縁層と、活性層となるn-半導体層との間に、n-半導体層よりも抵抗率の低いn+半導体層を設けることによって、金属汚染に対するゲッタリング効果が得られる。このゲッタリング効果によって、ゲートの信頼性が向上するとの報告がある(たとえば、非特許文献11参照。)。 Further, by providing an n + semiconductor layer having a resistivity lower than that of the n − semiconductor layer between the insulating layer of the SOI substrate and the n − semiconductor layer serving as the active layer, a gettering effect against metal contamination can be obtained. . There is a report that the reliability of the gate is improved by this gettering effect (see, for example, Non-Patent Document 11).
しかしながら、ドリフト領域をデバイスのウェハの表面方向に沿って設けたデバイスでは、耐圧を上げようとするとドリフト領域をウェハの表面方向に延ばさなければならない。そのため、高集積化の妨げとなるという問題点がある。また、ドリフト領域をウェハの表面方向に延ばすとデバイスピッチが増大し、単位面積あたりのオン抵抗が増大するという問題点がある。一方、ドリフト領域をウェハ表面に対して垂直方向に配置したデバイスでは、耐圧が高くなるのに伴ってドリフト領域とドレイン領域との間の絶縁領域が厚くなる。そのため、デバイスピッチが増大し、単位面積あたりのオン抵抗が増大するという問題点がある。 However, in a device in which the drift region is provided along the surface direction of the wafer of the device, the drift region must be extended in the surface direction of the wafer in order to increase the breakdown voltage. For this reason, there is a problem that high integration is hindered. Further, when the drift region is extended in the wafer surface direction, the device pitch is increased, and the on-resistance per unit area is increased. On the other hand, in a device in which the drift region is arranged in a direction perpendicular to the wafer surface, the insulation region between the drift region and the drain region becomes thick as the breakdown voltage increases. Therefore, there is a problem that the device pitch increases and the on-resistance per unit area increases.
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、横型MOSトランジスタとバイポーラトランジスタを融合したデバイスであって、高耐圧で、大電流での駆動が可能であり、かつラッチアップ耐量が高く、単位面積あたりのオン抵抗が低いデバイスを提供するとともに、そのデバイスの製造方法を提供することを目的とする。 The present invention is a device in which a lateral MOS transistor and a bipolar transistor are fused in order to eliminate the above-mentioned problems caused by the prior art, and can be driven with a high withstand voltage, a large current, and has a high latch-up withstand capability. An object of the present invention is to provide a device having a low on-resistance per unit area and a method for manufacturing the device.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、支持基板上に絶縁層を介して第1導電型の下側半導体層が設けられ、かつ該下側半導体層上に第2導電型の上側半導体層が設けられ、さらに該上側半導体層上に、同上側半導体層よりも抵抗率の高い第2導電型の第1の半導体領域が設けられたSOI基板と、前記第1の半導体領域の表面層に設けられた第1導電型の第2の半導体領域と、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチの内面に絶縁膜を有し、かつ該絶縁膜の内側に第1の電極を有する1または2以上のトレンチゲート部と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記トレンチゲート部に接して選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、前記トレンチゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、前記第3の電極と前記トレンチゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記下側半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、前記第5の半導体領域を囲み、前記SOI基板の前記上側半導体層に接続する第2導電型の第6の半導体領域と、を備えることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a trench lateral semiconductor device according to the invention of
請求項2の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、支持基板上に絶縁層を介して第1導電型の半導体層が設けられ、該半導体層上に、同半導体層よりも抵抗率の高い第1導電型の第1の半導体領域が設けられたSOI基板と、前記第1の半導体領域の表面層に設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチの内面に絶縁膜を有し、かつ該絶縁膜の内側に第1の電極を有する1または2以上のトレンチゲート部と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記トレンチゲート部に接して選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第4の半導体領域と、前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、前記トレンチゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、前記第3の電極と前記トレンチゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、を備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, a trench lateral semiconductor device includes a first conductive type semiconductor layer provided on a support substrate via an insulating layer, and a first layer having a higher resistivity than the semiconductor layer. An SOI substrate provided with a conductive first semiconductor region, a second conductive type second semiconductor region provided in a surface layer of the first semiconductor region, and the second surface from the surface of the SOI substrate. One or more trench gate portions having an insulating film on the inner surface of the trench that penetrates the semiconductor region and reaches the first semiconductor region, and has a first electrode inside the insulating film; A first semiconductor layer of a first conductivity type selectively provided in contact with the trench gate portion and a surface layer of the second semiconductor region; A fourth semiconductor region of the second conductivity type and the third semiconductor region; A second electrode that is in contact with the region and the fourth semiconductor region and is insulated from the first electrode, and at a position away from the trench gate portion, from the surface of the SOI substrate to the second semiconductor region. A third electrode provided in a trench that reaches the first semiconductor region through the first semiconductor region, and the first semiconductor region and the second electrode between the third electrode and the trench gate portion. A conductive region that extends over a semiconductor region and is shallower than the third electrode; a first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductor; and A second insulating film that is insulated from the conductive region and the first semiconductor region, and a fifth semiconductor region of a first conductivity type that is connected to a lower end of the third electrode and the semiconductor layer of the SOI substrate. It is characterized by having .
請求項3の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、支持基板上に絶縁層を介して第1導電型の下側半導体層が設けられ、かつ該下側半導体層上に第2導電型の上側半導体層が設けられ、さらに該上側半導体層上に、同上側半導体層よりも抵抗率の高い第2導電型の第1の半導体領域が設けられたSOI基板と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域の一部の表面上に絶縁膜を介して第1の電極を有する1または2以上のプレーナゲート部と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して設けられ、かつ前記第3の半導体領域の下側に延びる第1導電型の第4の半導体領域と、前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、前記プレーナゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、前記第3の電極と前記プレーナゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記下側半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、前記第5の半導体領域を囲み、前記SOI基板の前記上側半導体層に接続する第2導電型の第6の半導体領域と、を備えることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a lateral trench type semiconductor device in which a lower semiconductor layer of a first conductivity type is provided on a support substrate via an insulating layer, and an upper semiconductor of a second conductivity type is provided on the lower semiconductor layer. An SOI substrate in which a second conductivity type first semiconductor region having a higher resistivity than the upper semiconductor layer is provided on the upper semiconductor layer, and a surface layer of the first semiconductor region One or more planar gates having a first conductivity type second semiconductor region selectively provided on the first semiconductor electrode and a first electrode with an insulating film on a part of the surface of the second semiconductor region And a third semiconductor region of a second conductivity type selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region in alignment with the end of the first electrode, and the second semiconductor region Provided on the surface layer in alignment with a terminal end of the first electrode, and the third semiconductor A fourth semiconductor region of a first conductivity type extending below the region; a second electrode in contact with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode; A third electrode provided in a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate through the second semiconductor region at a position away from the planar gate portion; A conductive region which extends between the first semiconductor region and the second semiconductor region and is shallower than the third electrode between the first electrode and the planar gate portion; A first insulating film that insulates the region from the surrounding semiconductor; a second insulating film that insulates the third electrode from the conductive region and the first semiconductor region; a lower end of the third electrode; The lower half of the SOI substrate A first conductive type fifth semiconductor region connected to the body layer, and a second conductive type sixth semiconductor region surrounding the fifth semiconductor region and connected to the upper semiconductor layer of the SOI substrate, It is characterized by providing.
請求項4の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、支持基板上に絶縁層を介して第1導電型の半導体層が設けられ、該半導体層上に、同半導体層よりも抵抗率の高い第1導電型の第1の半導体領域が設けられたSOI基板と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、前記第2の半導体領域の一部の表面上に絶縁膜を介して第1の電極を有する1または2以上のプレーナゲート部と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して設けられ、かつ前記第3の半導体領域の下側に延びる第2導電型の第4の半導体領域と、前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、前記プレーナゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、前記第3の電極と前記プレーナゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、を備えることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a trench lateral type semiconductor device in which a first conductivity type semiconductor layer is provided on a support substrate via an insulating layer, and the first resistivity having a higher resistivity than the semiconductor layer is provided on the semiconductor layer. An SOI substrate provided with a first semiconductor region of conductivity type, a second semiconductor region of second conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region, and the second semiconductor region One or two or more planar gate portions having a first electrode through an insulating film on a part of the surface of the semiconductor device, and a surface layer of the second semiconductor region aligned with a terminal end of the first electrode A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided; and a surface layer of the second semiconductor region, provided in alignment with a terminal end of the first electrode, and the third semiconductor region A fourth semiconductor region of the second conductivity type extending downward, and the third semiconductor region and A second electrode that is in contact with the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode, and penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate at a position away from the planar gate portion. And a third electrode provided in a trench reaching the first semiconductor region, and the first semiconductor region and the second semiconductor region between the third electrode and the planar gate portion. A conductive region that extends to a position shallower than the third electrode, a first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductors, and a third electrode that connects the conductive region to the conductive region. And a second insulating film that insulates from the first semiconductor region, and a fifth semiconductor region of a first conductivity type that is connected to a lower end of the third electrode and the semiconductor layer of the SOI substrate. It is characterized by.
請求項1乃至4の発明によれば、耐圧を保持する部分が半導体装置の深さ方向に設けられており、また第3の電極が、SOI基板の表面から第1の半導体領域に達するトレンチを通って半導体装置の表面に引き出されていることにより、単位セルが占める面積を従来の横型IGBTよりも小さくすることができる。したがって、単位面積あたりのオン抵抗を低減することができる。ここで、第3の電極は、個々のセルに一つずつ設けられていてもよいし、複数のセルが一つの第3の電極を共用する構成としてもよい。 According to the first to fourth aspects of the present invention, the portion for holding the withstand voltage is provided in the depth direction of the semiconductor device, and the third electrode has a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate. By passing through the surface of the semiconductor device, the area occupied by the unit cell can be made smaller than that of a conventional lateral IGBT. Therefore, the on-resistance per unit area can be reduced. Here, one third electrode may be provided for each cell, or a plurality of cells may share one third electrode.
また、請求項1乃至4の発明によれば、第3の電極を有するトレンチの側面に、第1の絶縁膜と第2の絶縁膜との間に導電性領域が挟まれた構成の複合領域が設けられているので、この導電性領域を電気的にフローティングにしてフィールドプレートとする。このフィールドプレートによって、デバイスが逆バイアスされたときに、第3の電極からくる基板表面に平行な電界が遮蔽されるので、第1の半導体領域と第2の半導体領域との界面で形成されるPN接合(以下、PN接合Aとする)の、第3の電極を有するトレンチの側壁側で生じる基板表面に平行な高電界を緩和することができる。したがって、前記PN接合Aが保護され、耐圧が向上する。 According to the first to fourth aspects of the invention, the composite region has a configuration in which the conductive region is sandwiched between the first insulating film and the second insulating film on the side surface of the trench having the third electrode. Therefore, this conductive region is electrically floated to form a field plate. When the device is reverse-biased by this field plate, an electric field parallel to the substrate surface coming from the third electrode is shielded, so that it is formed at the interface between the first semiconductor region and the second semiconductor region. A high electric field parallel to the substrate surface generated on the side wall side of the trench having the third electrode of the PN junction (hereinafter referred to as PN junction A) can be relaxed. Therefore, the PN junction A is protected and the breakdown voltage is improved.
フィールドプレートがない場合には、基板表面に平行な高電界が緩和されないので、デバイスが逆バイアスされたときに、前記PN接合Aが破壊しやすい。なお、前記複合領域を設ける場合よりも低い耐圧でよい場合には、複合領域の代わりに厚い絶縁膜を設けてもよい。 Without the field plate, the high electric field parallel to the substrate surface is not relaxed, so that the PN junction A is likely to be destroyed when the device is reverse biased. Note that in the case where a lower withstand voltage may be used than when the composite region is provided, a thick insulating film may be provided instead of the composite region.
また、第1の半導体領域と第2の絶縁膜と第3の電極は、MOSキャパシタを構成しており、第3の電極の印加電圧の増加に伴って第1の半導体領域と第2の絶縁膜との界面に蓄積層が形成され、ドリフト領域の電界集中を招き、耐圧が低下する。これに対して、請求項1乃至4の発明によれば、電気的にフローティングな導電性領域が設けられていることにより、蓄積層の形成されやすい箇所における蓄積層の形成を抑制することができるので、耐圧が向上する。 The first semiconductor region, the second insulating film, and the third electrode constitute a MOS capacitor, and the first semiconductor region and the second insulation are increased as the voltage applied to the third electrode is increased. An accumulation layer is formed at the interface with the film, which causes electric field concentration in the drift region and lowers the breakdown voltage. On the other hand, according to the first to fourth aspects of the present invention, since the electrically floating conductive region is provided, the formation of the storage layer at a position where the storage layer is easily formed can be suppressed. Therefore, the breakdown voltage is improved.
ここで、フィールドプレートとなる導電性領域をフローティングにする理由は、つぎの通りである。すなわち、導電性領域を接地してしまうと、導電性領域は、接地電位とされる第2の電極と同じ電位になる。そうすると、デバイスがオン状態のときに、導電性領域と第1の半導体領域とが第1の絶縁膜を挟むことにより構成される比較的に大きい容量が、素子に並列に接続された寄生容量となり、素子の有効スイッチング電流能力を低下させてしまう。これを避けるため、導電性領域は、フローティングであるのが望ましい。 Here, the reason why the conductive region serving as the field plate is floated is as follows. That is, when the conductive region is grounded, the conductive region has the same potential as the second electrode that is set to the ground potential. Then, when the device is in the ON state, a relatively large capacitance formed by sandwiching the first insulating film between the conductive region and the first semiconductor region becomes a parasitic capacitance connected in parallel to the element. This will reduce the effective switching current capability of the device. In order to avoid this, it is desirable that the conductive region is floating.
また、請求項1または3の発明によれば、SOI基板の下側半導体層が金属汚染に対するゲッタ層となるので、ゲッタリング効果が得られる。同様に、請求項2または4の発明によれば、SOI基板の半導体層が金属汚染に対するゲッタ層となるので、ゲッタリング効果が得られる。また、請求項1または2の発明によれば、第1の電極がトレンチゲート構造になっていることにより、寄生サイリスタのトリガーとなる第3の半導体領域と第2の半導体領域と第1の半導体領域からなるトランジスタが作動しにくくなるので、デバイスのラッチアップ耐量および短絡耐量を高くすることができる。
According to the invention of
請求項5の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記第3の電極と前記第5の半導体領域との接触面積は、内部に前記第3の電極を設けるために前記SOI基板に形成したトレンチ内に絶縁膜を充填し、該絶縁膜の中央部分を自己整合エッチングにより除去して前記第2の絶縁膜を形成した際に、当該トレンチ底に露出した半導体領域の面積で決まることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the trench lateral type semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, wherein the contact area between the third electrode and the fifth semiconductor region is the inside. When the trench formed in the SOI substrate for providing the third electrode is filled with an insulating film, the central portion of the insulating film is removed by self-aligned etching, and the second insulating film is formed. It is determined by the area of the semiconductor region exposed at the bottom of the trench.
請求項6の発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記第3の電極と前記ゲート部との間に設けられた前記導電性領域は、ポリシリコンでできていることを特徴とする。 A trench lateral semiconductor device according to a sixth aspect of the invention is the invention according to any one of the first to fourth aspects, wherein the conductive region provided between the third electrode and the gate portion is It is characterized by being made of polysilicon.
請求項7の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項1に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, wherein the trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate is formed when the trench lateral semiconductor device according to the first aspect is manufactured. Then, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are placed until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. The first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching.
請求項8の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、請求項7に記載の発明において、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成した後、同導電性領域の内側に同導電性領域を被覆する絶縁膜を自己整合エッチングにより形成し、該絶縁膜をマスクとしてトレンチ底にさらに深いトレンチを形成することを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, there is provided a manufacturing method of a trench lateral semiconductor device according to the seventh aspect of the present invention, wherein after the first insulating film and the conductive region are formed, the same conductive region is formed inside the conductive region. An insulating film covering the conductive region is formed by self-aligned etching, and a deeper trench is formed at the bottom of the trench using the insulating film as a mask.
請求項9の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項2に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, wherein the trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate is formed when the trench lateral semiconductor device according to the second aspect is manufactured. Then, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are placed until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. The first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching.
請求項10の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、請求項9に記載の発明において、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成した後、同導電性領域の内側に同導電性領域を被覆する絶縁膜を自己整合エッチングにより形成し、該絶縁膜をマスクとしてトレンチ底にさらに深いトレンチを形成することを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a lateral trench type semiconductor device according to the ninth aspect, wherein the first insulating film and the conductive region are formed, and then the same conductive region is formed inside the conductive region. An insulating film covering the conductive region is formed by self-aligned etching, and a deeper trench is formed at the bottom of the trench using the insulating film as a mask.
請求項11の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項3に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とする。
According to a method for manufacturing a trench lateral semiconductor device according to an invention of
請求項12の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、請求項11に記載の発明において、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成した後、同導電性領域の内側に同導電性領域を被覆する絶縁膜を自己整合エッチングにより形成し、該絶縁膜をマスクとしてトレンチ底にさらに深いトレンチを形成することを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a trench lateral semiconductor device according to the eleventh aspect of the present invention, wherein the first insulating film and the conductive region are formed, and then the same conductive region is formed inside the conductive region. An insulating film covering the conductive region is formed by self-aligned etching, and a deeper trench is formed at the bottom of the trench using the insulating film as a mask.
請求項13の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項4に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、前記SOI基板の表面から前記第
1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とする。
According to a thirteenth aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a trench lateral semiconductor device, wherein the trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate is formed when the trench lateral semiconductor device according to the fourth aspect is manufactured. Then, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are placed until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. The first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching.
請求項14の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、請求項13に記載の発明において、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成した後、同導電性領域の内側に同導電性領域を被覆する絶縁膜を自己整合エッチングにより形成し、該絶縁膜をマスクとしてトレンチ底にさらに深いトレンチを形成することを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a trench lateral semiconductor device according to the thirteenth aspect of the present invention, wherein after the first insulating film and the conductive region are formed, the same conductive region is formed inside the conductive region. An insulating film covering the conductive region is formed by self-aligned etching, and a deeper trench is formed at the bottom of the trench using the insulating film as a mask.
請求項15の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項1に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、第2導電型の半導体ウェハに第2導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第2導電型の前記上側半導体層を形成した後、該上側半導体層に第1導電型の不純物を注入して、該上側半導体層の表面層に第1導電型の前記下側半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記下側半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a lateral trench semiconductor device, comprising: implanting a second conductivity type impurity into a second conductivity type semiconductor wafer when manufacturing the trench lateral semiconductor device according to the first aspect; Then, after forming the second conductivity type upper semiconductor layer having a lower resistivity than the semiconductor wafer on the surface layer of the semiconductor wafer, an impurity of the first conductivity type is implanted into the upper semiconductor layer, Forming the first conductive type lower semiconductor layer on the surface layer of the semiconductor layer to fabricate the first wafer, and fabricating the second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer And a step of bonding the surface of the lower semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer to integrate the first wafer and the second wafer. And the first Characterized in that it comprises a step of polishing the rear surface of the E c, the.
請求項16の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項2に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、第1導電型の半導体ウェハに第1導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第1導電型の前記半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。 According to a method of manufacturing a trench lateral semiconductor device according to a sixteenth aspect of the present invention, in manufacturing the trench lateral semiconductor device according to the second aspect, an impurity of the first conductivity type is implanted into the semiconductor wafer of the first conductivity type. Forming a first conductivity type semiconductor layer having a resistivity lower than that of the semiconductor wafer on the surface layer of the semiconductor wafer, and forming an insulating layer on the surface of the support wafer; Forming a second wafer by forming, and bonding the surface of the semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer, and the first wafer and the first wafer And a step of polishing the back surface of the first wafer.
請求項17の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項3に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、第2導電型の半導体ウェハに第2導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第2導電型の前記上側半導体層を形成した後、該上側半導体層に第1導電型の不純物を注入して、該上側半導体層の表面層に第1導電型の前記下側半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記下側半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。 A method for manufacturing a trench lateral semiconductor device according to a seventeenth aspect of the present invention is directed to implanting a second conductivity type impurity into a second conductivity type semiconductor wafer when manufacturing the trench lateral semiconductor device according to the third aspect. Then, after forming the second conductivity type upper semiconductor layer having a lower resistivity than the semiconductor wafer on the surface layer of the semiconductor wafer, an impurity of the first conductivity type is implanted into the upper semiconductor layer, Forming the first conductive type lower semiconductor layer on the surface layer of the semiconductor layer to fabricate the first wafer, and fabricating the second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer And a step of bonding the surface of the lower semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer to integrate the first wafer and the second wafer. And the first Characterized in that it comprises a step of polishing the rear surface of the E c, the.
請求項18の発明にかかるトレンチ横型半導体装置の製造方法は、上記請求項4に記載されたトレンチ横型半導体装置を製造するにあたって、第1導電型の半導体ウェハに第1導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第1導電型の前記半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、を含むことを特徴とする。
According to a method of manufacturing a trench lateral semiconductor device according to an invention of
本発明によれば、従来のSOI基板を用いた横型半導体装置と同等以上の耐圧と駆動電流を有し、かつラッチアップ耐量が高く、さらに単位面積あたりのオン抵抗が低いトレンチ横型半導体装置が得られるという効果を奏する。また、SOI基板を用いることにより、容易にCMOSデバイスと集積することができるという効果を奏する。 According to the present invention, a trench lateral semiconductor device having a breakdown voltage and a drive current equal to or higher than those of a lateral semiconductor device using a conventional SOI substrate, a high latch-up resistance, and a low on-resistance per unit area is obtained. There is an effect that is. Further, by using the SOI substrate, it is possible to easily integrate with the CMOS device.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかるトレンチ横型半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の説明および添付図面において、nまたはpを冠記した半導体は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれそれらが付されていないものよりも比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。なお、すべての添付図面において同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Exemplary embodiments of a trench lateral semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, a semiconductor having n or p is a meaning that an electron or a hole is a carrier, respectively. Further, + or − attached to n or p represents a relatively higher impurity concentration or a relatively lower impurity concentration than those not attached thereto. Note that the same reference numerals are given to the same components in all the attached drawings, and redundant description is omitted.
実施の形態1.
図1は、実施の形態1の半導体装置を示す断面図である。図1に示すように、nチャネルIGBTは、SOI基板を用いて作製されている。SOI基板は、支持基板1の上に、酸化膜等からなる絶縁層2、p+半導体からなるコレクタ層(下側半導体層)12、n半導体からなるバッファ層(上側半導体層)11、n-半導体からなるドリフト領域(第1の半導体領域)3を、この順に積層した構成となっている。ドリフト領域3の抵抗率は、バッファ層11の抵抗率よりも高い。コレクタ層12は、金属汚染に対するゲッタリング効果を有しており、ゲッター層を兼ねている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the n-channel IGBT is manufactured using an SOI substrate. The SOI substrate has an insulating
p半導体からなるベース領域(第2の半導体領域)4は、ドリフト領域3の表面層に設けられている。n+半導体からなるエミッタ領域(第3の半導体領域)6は、ベース領域4の表面層の一部に設けられている。ベース領域4よりも導電率の高いp+半導体からなる低抵抗領域(第4の半導体領域)5は、ベース領域4の表面層の一部に、エミッタ領域6に接して設けられている。
A base region (second semiconductor region) 4 made of a p semiconductor is provided in the surface layer of the
SOI基板の表面層には、1または2以上のトレンチゲート部が設けられている。トレンチゲート部は、SOI基板の表面からエミッタ領域6およびベース領域4を貫通してドリフト領域3にまで達する第1のトレンチ17を、絶縁膜9の一部よりなるゲート絶縁膜を介してゲート電極(第1の電極)8で埋め込んだ構成となっている。エミッタ領域6は、トレンチゲート部に接して設けられている。エミッタ電極(第2の電極)7は、その周囲にバリアメタル16を有しており、エミッタ領域6と低抵抗領域5に接触している。エミッタ電極7は、絶縁膜9の一部よりなる層間絶縁膜によりゲート電極8から絶縁されている。
The surface layer of the SOI substrate is provided with one or more trench gate portions. The trench gate portion includes a
トレンチゲート部から離れた位置には、SOI基板の表面からベース領域4を貫通してドリフト領域3の浅い位置にまで達する第2のトレンチ18が設けれている。第2のトレンチ18の側面には、酸化膜等からなる第1の絶縁膜20が設けられている。第1の絶縁膜20の内側には、ポリシリコンまたはその他の導電材よりなる導電性領域15が、ベース領域4とドリフト領域3とから形成されるPN接合面よりも深い位置まで設けられている。この導電性領域15は、第1の絶縁膜20および後述する第2の絶縁膜14により他の半導体部分や電極等から絶縁されていて、電気的にフローティング状態となっており、フィールドプレートとして働く。
A
第2のトレンチ18の、導電性領域15を除く底面からは、さらにドリフト領域3の深い位置にまで達する第3のトレンチ19が形成されている。第2のトレンチ18および第3のトレンチ19の内側には、SOI基板の表面から第3のトレンチ19の底面に至るまで、酸化膜等からなる第2の絶縁膜14が設けられている。第2のトレンチ18および第3のトレンチ19において、第2の絶縁膜14の内側領域は、コレクタ電極(第3の電極)10になっている。コレクタ電極10は、第1のプラグ10aおよび第2のプラグ10bと、各プラグ10a,10bを覆うバリアメタル13により構成されている。
From the bottom surface of the
ドリフト領域3内において第3のトレンチ19の下には、n半導体からなるバッファ領域(第6の半導体領域)11aが設けられている。バッファ領域11aは、バッファ層11に接続している。また、ドリフト領域3内において第3のトレンチ19の下には、p+半導体からなるコレクタ領域(第5の半導体領域)12aが設けられている。コレクタ領域12aは、コレクタ電極10のバリアメタル13に接触するとともに、バッファ領域11aを貫通してコレクタ層12に接続している。
In the
バッファ層11およびバッファ領域11aは、ドリフト領域3よりも不純物濃度が高く、コレクタ層12およびコレクタ領域12aをドリフト領域3から隔離している。本デバイスは、これらバッファ層11およびバッファ領域11aを有するパンチスルー型のIGBTである。コレクタ層12およびコレクタ領域12aは、電導度変調のためのキャリア注入層となる。バッファ層11およびバッファ領域11aは、コレクタ層12およびコレクタ領域12aからドリフト領域3に注入される電導度変調キャリア量を制御し、素子のオン抵抗とターンオフロスとのトレードオフ関係を生んでいる。なお、第3のトレンチ19の底がバッファ層11に達するようにすれば、バッファ領域11aを設けない構成とすることもできるが、製造上の信頼性を高めるには、バッファ領域11aを有する構成とするのが望ましい。
The
以上の構成において、ゲート電極8に印加されるゲート電圧が閾値電圧を超えると、第1のトレンチ17の側壁とベース領域4との界面のゲート絶縁膜に沿ってチャネルが形成される。また、図1に示す構成のデバイスでは、コレクタ層12およびコレクタ領域12aよりなるp領域と、バッファ層11、バッファ領域11aおよびドリフト領域3よりなるn領域と、ベース領域4のp領域とで構成されるPNPバイポーラトランジスタと、エミッタ領域6のn領域と、低抵抗領域5およびベース領域4よりなるp領域と、ドリフト領域3のn領域とで構成されるNPNバイポーラトランジスタにより、寄生サイリスタが構成される。
In the above configuration, when the gate voltage applied to the
しかし、本デバイスのゲート構造がトレンチゲート構造であることにより、寄生サイリスタのトリガーとなる上記NPNバイポーラトランジスタが作動しにくくなる。したがって、デバイスのラッチアップ耐量が高くなり、短絡耐量も高くなる。また、導電性領域15のフィールドプレート電位がフローティングであるので、フィールドプレート電位をエミッタ電位に固定する場合に比べて、エミッタ−コレクタ間容量が小さくなり、スイッチング速度が向上する。
However, since the gate structure of the device is a trench gate structure, the NPN bipolar transistor that triggers the parasitic thyristor is difficult to operate. Therefore, the latch-up tolerance of the device is increased and the short-circuit tolerance is also increased. In addition, since the field plate potential of the
つぎに、本発明者が、上述した構成のデバイスの特性等を調べた結果について説明する。以下の説明では、図1に示す構成のデバイスにおいて、各部の長さをつぎの通りとする。ドリフト領域3とベース領域4との界面のPN接合から第3のトレンチ19の底面(バリアメタル13とコレクタ領域12aとの接触面)までの長さを、ドリフト領域の長さLDとする。ドリフト領域3とベース領域4との界面のPN接合から導電性領域15の下端までの長さを、フィールドプレートの長さLFPとする。ドリフト領域3と導電性領域15との間の第1の絶縁膜20の厚さを、D1とする。導電性領域15とコレクタ電極10の第1のプラグ10aとの間の長さを、D2とする。
Next, a description will be given of the results of investigation by the inventor of the characteristics of the device having the above-described configuration. In the following description, in the device having the configuration shown in FIG. The length from the PN junction at the interface between the
図2は、オフ耐圧(ブレークダウン電圧)とLDとの関係を調べた結果を示す特性図である。ここでは、D1を1μm、D2を0.8μm、LFPをLDの1/2とした。また、第1の絶縁膜20をSiO2とした。図2より明らかなように、ドリフト領域のドーピング濃度が1×1014cm-3であるときと5×1014cm-3であるとき、ドリフト領域の長さLDが大きくなるほど耐圧が大きくなることがわかる。
Figure 2 is a characteristic diagram showing the results of examining the relationship between the off-state breakdown voltage (breakdown voltage) and L D. Here, D1 is 1 μm, D2 is 0.8 μm, and L FP is ½ of L D. Also, the first insulating
具体的には、ドリフト領域のドーピング濃度が1×1014cm-3であるときには、LDが8μm、12μmおよび17μmであるときにそれぞれブレークダウン電圧は172V、184Vおよび205Vであり、ドリフト領域のドーピング濃度が5×1014cm-3であるときには、ブレークダウン電圧はそれぞれ168V、177Vおよび197Vである。ドリフト領域のドーピング濃度が1×1014cm-3程度で、かつLDが12μm以上であれば、180V以上の耐圧を確保することができることがわかる。一般にスキャンドライバICに要求されるオフ状態の耐圧は165Vであるので、図2にプロットした6つのデバイスはすべて実用上、問題がない。 Specifically, when the doping concentration of the drift region is 1 × 10 14 cm −3 , the breakdown voltages are 172 V, 184 V and 205 V when L D is 8 μm, 12 μm and 17 μm, respectively. When the doping concentration is 5 × 10 14 cm −3 , the breakdown voltages are 168V, 177V and 197V, respectively. If the doping concentration of the drift region is about 1 × 10 14 cm −3 and L D is 12 μm or more, it can be seen that a breakdown voltage of 180 V or more can be secured. In general, since the withstand voltage in the off state required for the scan driver IC is 165 V, all the six devices plotted in FIG. 2 have no problem in practical use.
図3は、オフ耐圧(ブレークダウン電圧)とLFPとの関係を示すシミュレーション結果である。このシミュレーションでは、LDを12μm、D1を0.3μmまたは1μm、D2を0.8μmとした。また、第1の絶縁膜20をSiO2とした。図3より明らかなように、LFPがおおよそLDの半分程度であるときにブレークダウン電圧が最大となることがわかる。
FIG. 3 is a simulation result showing the relationship between the off breakdown voltage (breakdown voltage) and LFP . In this simulation, L D was 12 μm,
具体的には、D1が1μmであり、ドリフト領域のドーピング濃度が1×1014cm-3であるときには、LFPが2μm、5μm、6μm、7μm、8μmおよび10μmであるときにそれぞれブレークダウン電圧は160V、172V、180V、190V、163Vおよび148Vである。また、D1が0.3μmであり、ドリフト領域のドーピング濃度が3×1014cm-3であるときには、フィールドプレートの長さLFPが2μm、4μm、6μm、8μmおよび10μmであるときにそれぞれブレークダウン電圧は93V、97V、108V、95Vおよび90Vである。 Specifically, when D1 is 1 μm and the doping concentration of the drift region is 1 × 10 14 cm −3 , the breakdown voltage is when L FP is 2 μm, 5 μm, 6 μm, 7 μm, 8 μm, and 10 μm, respectively. Are 160V, 172V, 180V, 190V, 163V and 148V. When D1 is 0.3 μm and the doping concentration of the drift region is 3 × 10 14 cm −3 , the break occurs when the length L FP of the field plate is 2 μm, 4 μm, 6 μm, 8 μm, and 10 μm. The down voltages are 93V, 97V, 108V, 95V and 90V.
図4は、オフ耐圧(ブレークダウン電圧)とドリフト領域のドーピング濃度との関係を、フィールドプレートがある場合とない場合について調べた結果である。ここでは、LDを12μm、LFPを6μmとした。また、フィールドプレートがある場合には、フィールドプレートとなる導電性領域15をn型のポリシリコンとした。フィールドプレートがない場合には、導電性領域15となる領域も酸化膜とした。
FIG. 4 shows the results of examining the relationship between the off breakdown voltage (breakdown voltage) and the doping concentration in the drift region with and without the field plate. Here, L D was 12 μm, and L FP was 6 μm. In the case where there is a field plate, the
図4より明らかなように、フィールドプレートがあると、フィールドプレートがない場合よりもブレークダウン電圧が50V程度、高くなることがわかる。また、図4に関して例示した条件では、ドリフト領域のドーピング濃度が1×1014cm-3程度であれば、180V以上の耐圧を確保することができることがわかる。 As can be seen from FIG. 4, with the field plate, the breakdown voltage is higher by about 50 V than when there is no field plate. Further, under the conditions exemplified with reference to FIG. 4, it can be understood that a withstand voltage of 180 V or more can be secured if the doping concentration of the drift region is about 1 × 10 14 cm −3 .
図5は、オフ耐圧(ブレークダウン電圧)とD1との関係を示す特性図である。ただし、D2を0.8μm、LDを12μm、LFPを6μmとした。また、第1の絶縁膜20および第2の絶縁膜14をSiO2とした。導電性領域15よりなるフィールドプレートは、ドリフト領域3との間に第1の絶縁膜20を挟むことにより、ドリフト領域3と静電結合しており、素子の降伏電圧と関わっている。図5より明らかなように、第1の絶縁膜20が厚く、導電性領域15とドリフト領域3との間の容量が小さい方が、高い耐圧を確保することができることがわかる。具体的には、D1が0.3μm、0.5μm、0.8μmおよび1μmであるときにそれぞれブレークダウン電圧は109V、133V、164Vおよび180Vである。
FIG. 5 is a characteristic diagram showing the relationship between the off breakdown voltage (breakdown voltage) and D1. However, D2 was 0.8 μm, L D was 12 μm, and L FP was 6 μm. The first insulating
導電性領域15がn型のドープドポリシリコンでできている場合、フィールドプレートとその周囲の絶縁膜との界面に蓄積層が形成される。本実施の形態では、フィールドプレート電位はフローティングであるので、表面平衡状態より余分な電子が、外部電極からフィールドプレートに供給されることはない。そのため、表面の非平衡状態層と釣り合いをとる空間電荷層ができ、双極子層が形成される。それによって、ドリフト領域3と導電性領域15との間の有効誘電層厚さが大きくなる。
When the
一方、導電性領域15がp型のドープドポリシリコンでできている場合には、フィールドプレートの界面で空乏層が形成される。導電性領域15の界面の空乏層から排除されたホールは、空乏層の付近で堆積し、空乏層の電荷と双極子を形成する。それによって、ドリフト領域3と導電性領域15との間の有効誘電層厚さは、第1の絶縁膜20の物理的な厚さよりも大きくなる。
On the other hand, when the
図6は、オフ耐圧(ブレークダウン電圧)とD2との関係を示す特性図である。ただし、D1を1μm、LDを12μm、LFPを6μmとした。また、第1の絶縁膜20および第2の絶縁膜14をSiO2とした。図6より、D2が1μm以上になると、耐圧は190V以上になることがわかる。具体的には、D2が0.8μm、1μm、1.3μm、1.5μmおよび2μmであるときにそれぞれブレークダウン電圧は180V、191V、198V、203Vおよび208Vである。
FIG. 6 is a characteristic diagram showing the relationship between the off breakdown voltage (breakdown voltage) and D2. However, D1 was 1 μm, L D was 12 μm, and L FP was 6 μm. The first insulating
また、図1に示す構成のデバイスについて、単位セルデバイスの電流駆動能力は、デバイス構造と製造プロセスの最適化により、従来の横型デバイスと同程度になる。図7は、図1に示す構成のデバイスにおいて、トレンチゲート部ごとにコレクタ電極10が配置され、かつ設計ルールが1μmである場合の各部の寸法を示している。この場合、図7のデバイスの上方に「0」、「0.5」、「2」、「4.5」、「7」および「8」で示すように、ゲート電極8の中心を始点として「0」とし、この始点から、絶縁膜9の一部であるゲート絶縁膜とゲート電極8との界面までの距離が0.5μmであり、エミッタ電極7の中心までの距離が2μmであり、ドリフト領域3およびベース領域4と第1の絶縁膜20との界面までの距離が4.5μmであり、コレクタ電極10の第2のプラグ10bとバリアメタル13との界面までの距離が7μmであり、コレクタ電極10(第1のプラグ10aおよび第2のプラグ10b)の中心までの距離が8μmである。つまり、セルピッチは8μmとなる。
Further, for the device having the configuration shown in FIG. 1, the current driving capability of the unit cell device is comparable to that of the conventional lateral device due to the optimization of the device structure and the manufacturing process. FIG. 7 shows the dimensions of each part when the
それに対して、図54に示す従来のデバイスでは、セルピッチは25μmである。したがって、図7に示す寸法のデバイスでは、セルピッチが従来の半分よりも小さいので、単位面積あたりのオン抵抗は、従来のデバイスのオン抵抗(500mΩ・mm2)の半分の250mΩ・mm2程度になる。 On the other hand, in the conventional device shown in FIG. 54, the cell pitch is 25 μm. Therefore, in the device having the dimensions shown in FIG. 7, since the cell pitch is smaller than half of the conventional device, the on-resistance per unit area is about 250 mΩ · mm 2 which is half of the on-resistance (500 mΩ · mm 2 ) of the conventional device. Become.
一方、図1に示す構成のデバイスにおいて、複数のゲートが一つのコレクタ電極10を共用する場合には、コレクタ層12の抵抗を考慮する必要がある。図8は、コレクタ層12の有効抵抗を導出するための説明図である。図8に示すように、コレクタ層12からバッファ層11に均一な電流密度jの電流が流れるとする。この場合のコレクタ層12の抵抗Rp+は、つぎの(1)式で表される。
On the other hand, in the device having the configuration shown in FIG. 1, when a plurality of gates share one
ただし、(1)式において、Wは、図1の図面に垂直な方向のゲート幅である。Lは、コレクタ電極10の中心から、このコレクタ電極10を共有する複数のゲート電極8のうちの最もコレクタ電極10から遠いゲート電極8の中心までの距離である。ρshは、領域12のシート抵抗である。xは、コレクタ電極10の中心からの距離である。したがって、つぎの(2)式が得られる。
However, in the formula (1), W is a gate width in a direction perpendicular to the drawing of FIG. L is the distance from the center of the
ただし、(2)式において、Aは、デバイスの表面積である。Nは図1に示す距離ΔLの繰り返し回数である。Lpは、コレクタ電極10の中心から、このコレクタ電極10を共有する複数のゲート電極8のうちのコレクタ電極10に最も近いゲート電極8の中心までの距離である。ΔLは、コレクタ電極10を共有する隣り合うゲート電極8の中心間の距離である。コレクタ層12とバリアメタル13とのコンタクト抵抗Rcは、つぎの(3)式で表される。その(3)式より(4)式が得られる。
However, in Formula (2), A is a surface area of a device. N is the number of repetitions of the distance ΔL shown in FIG. L p is a distance from the center of the
ただし、(3)式および(4)式において、ρcは、比コンタクト抵抗または単位面積あたりのコンタクト抵抗であり、Wcは、図1に示すコレクタ電極の幅である。バリアメタル13のバリア層をTi/TiNとすると、そのRonAは、つぎの(5)式となる。
In the equations (3) and (4), ρ c is a specific contact resistance or a contact resistance per unit area, and W c is a width of the collector electrode shown in FIG. When the barrier layer of the
ただし、(5)式において、TTiおよびTTiNは、それぞれTiおよびTiNの厚さである。ρTiおよびρTiNは、それぞれTiおよびTiNの抵抗率である。第1のプラグ10aおよび第2のプラグ10bの金属をW(タングステン)とすると、そのRonAは、つぎの(6)式となる。
However, in the formula (5), T Ti and T TiN are the thicknesses of Ti and TiN, respectively. ρ Ti and ρ TiN are the resistivity of Ti and TiN, respectively. If the metal of the
ただし、(6)式において、ρWは、タングステンの抵抗率である。Dcは、第2のプラグ10bの上端から第1のプラグ10aの下端までの距離である(図1参照)。WCは、図1に示すコレクタ電極の幅である。このように、Nが増えるのに伴って、寄生RonAが大きくなる。
However, in the equation (6), ρ W is the resistivity of tungsten. D c is the distance from the upper end of the
一方、ハーフセルピッチに2以上のチャンネル数を有する場合、図7に示すチャンネル数が1である場合のセルピッチよりも短い距離でデバイスチャネルができるので、電流を増大することができる。それゆえ、デバイス自身のオン抵抗RonAが小さくなる。単位面積あたりのオン抵抗RonAまたは比抵抗RonAがデバイスのチャネル数に反比例すると仮定する。図7に示すデバイスのセルピッチをLpとし、そのRonAを(RonA)’とすると、つぎの(7)式が得られる。 On the other hand, when the half cell pitch has two or more channels, the device channel can be formed at a distance shorter than the cell pitch when the number of channels shown in FIG. 7 is 1, so that the current can be increased. Therefore, the on-resistance R on A of the device itself is reduced. Assume that the on-resistance R on A or specific resistance R on A per unit area is inversely proportional to the number of channels of the device. When the cell pitch of the device shown in FIG. 7 is L p and its R on A is (R on A) ′, the following equation (7) is obtained.
ただし、(7)式において、(2N+1)は、デバイスのハーフセルピッチ[(NΔL+Lp)]に含まれるチャンネル数である。以上を合計したトータルのRonAは、つぎの(8)式で表される。 However, in the equation (7), (2N + 1) is the number of channels included in the half cell pitch [(NΔL + L p )] of the device. The total R on A obtained by summing up the above is expressed by the following equation (8).
(RonA)Tを最小にするNの値は、つぎの(9)式によって求められる。 The value of N that minimizes (R on A) T is obtained by the following equation (9).
したがって、つぎの(10)式が得られる。 Therefore, the following equation (10) is obtained.
ただし、(10)式において、(2N+1)optは、デバイスのハーフセルピッチに含まれる最適なチャンネル数である。以上より、最適なセルピッチLcell optは、つぎの(11)式で表される。ただし、Noptは、最適な図1に示す距離ΔLの繰り返し回数である。 However, in the equation (10), (2N + 1) opt is the optimum number of channels included in the half cell pitch of the device. From the above, the optimum cell pitch L cell opt is expressed by the following equation (11). N opt is the optimum number of repetitions of the distance ΔL shown in FIG.
上記(8)式とNの関係をプロットすると、図9のようになる。ただし(RonA)’=150mΩ・mm2、Lp=8μm、ΔL=5μm、コレクタ層12の厚さT(図8参照)=1μm、ρTi=65μΩ・cm、TTi=0.1μm、TTiN=0.2μm、Dc=13μmとする。また、コレクタ電極10の第1のプラグ10aとバリアメタル13を合わせた幅をWcとし(図1参照)、Wc=1.4μmとする。
Plotting the relationship between the above equation (8) and N gives the result shown in FIG. However, (R on A) ′ = 150 mΩ · mm 2 , L p = 8 μm, ΔL = 5 μm,
さらに、シリコンの抵抗率ρSiを5×10-4Ω・cmとし、ρc=1×10-6Ω・cm2、ρTiN=160μΩ・cm、ρW=5.7μΩ・cmとする。なお、ρSiについては、S. M. Szeの「Physics of Semiconductor Devices」( 2nd ed., Wiley, 1982. P. 32.)による。ρcについては、D. K. Schroderの「Semiconductor Material and Device Characterization」( 2nd ed., Wiley, 1998. P. 141.)による。ρTiN=160μΩ・cmについては、C. Y. Changらの「ULSI Technology」( McGraw Hill, 1996.P. 384.)による。ρWについては、S. A. Campbellの「The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication」(Oxford University Press, 1996. P. 411.)による。 Further, the resistivity ρ Si of silicon is 5 × 10 −4 Ω · cm, ρ c = 1 × 10 −6 Ω · cm 2 , ρ TiN = 160 μΩ · cm, and ρ W = 5.7 μΩ · cm. For ρ Si , SM Sze's “Physics of Semiconductor Devices” (2nd ed., Wiley, 1982. P. 32.). ρ c is from DK Schroder's “Semiconductor Material and Device Characterization” (2nd ed., Wiley, 1998. P. 141.). ρ TiN = 160 μΩ · cm is according to “ULSI Technology” (McGraw Hill, 1996. P. 384.) by CY Chang et al. ρ W is from SA Campbell's “The Science and Engineering of Microelectronic Fabrication” (Oxford University Press, 1996. P. 411).
このような条件の場合、Noptは5となる。したがって、前記(11)式より、最適なセルピッチは136μmとなるので、コレクタ電極10を設けるためのトレンチのエッチングから素子信頼性に対する影響は小さいことが期待される。
In such a condition, N opt is 5. Therefore, from the above equation (11), the optimum cell pitch is 136 μm, and it is expected that the influence on the element reliability is small from the etching of the trench for providing the
つぎに、図1に示す構成のデバイスの製造プロセスについて図10〜図33を参照しながら説明する。まず、図10に示すように、ドリフト領域3となるn-半導体でできたウェハの表面にスクリーン酸化膜31を形成し、n型不純物であるAs(ヒ素)またはアンチモン(Sb)をイオン注入して、図11に示すように、ウェハ表面にバッファ層11を形成する。ついで、図12に示すように、ウェハ表面に、p型不純物であるB(ボロン)をイオン注入して、図13に示すように、バッファ層11の表面にコレクタ層12を形成する。そして、図14に示すように、スクリーン酸化膜31を除去する。ここまでで、第1のウェハであるデバイスウェハができあがる。
Next, a manufacturing process of the device having the configuration shown in FIG. 1 will be described with reference to FIGS. First, as shown in FIG. 10, a
一方、図15に示すように、支持基板1を用意する。そして、図16に示すように、支持基板1の表面に酸化膜等の絶縁層2を形成し、第2のウェハであるハンドルウェハとする。ついで、図17に示すように、ハンドルウェハの絶縁層2の表面と、デバイスウェハのコレクタ層12の表面とを張り合わせる。その際、デバイスウェハの表面の自然酸化膜を介して、デバイスウェハとハンドルウェハが結合され、一体化される。そして、図18に示すように、一体化されたSOIウェハのドリフト領域3を所定の厚さまで研磨する。ここまでで、SOIウェハが完成する。
On the other hand, as shown in FIG. 15, a
ついで、図19に示すように、SOIウェハの表面、すなわちドリフト領域3の表面にスクリーン酸化膜32を形成し、ドリフト領域3の表面にボロンをイオン注入して、図20に示すように、ベース領域4を形成する。つづいて、ウェハ表面にAsをイオン注入して、図21に示すように、エミッタ領域6を形成する。その後、スクリーン酸化膜32を除去する。ついで、図22に示すように、ウェハ表面に酸化膜33を堆積し、その上にフォトレジスト34を塗布する。そして、フォトリソグラフィによりフォトレジスト34にエッチングパターンを作成し、酸化膜33をエッチングして、トレンチエッチングのマスクを形成する。
Next, as shown in FIG. 19, a
フォトレジスト34を灰化した後、図23に示すように、異方性エッチングをおこなって、第1のトレンチ17を形成する。犠牲酸化等によりトレンチエッチングのダメージを除去し、図示しない犠牲酸化膜を除去してから、ゲート絶縁膜となる絶縁膜9を形成する。ついで、図24に示すように、ウェハ表面にドープドポリシリコンを堆積し、このドープドポリシリコンを、SOIウェハの表面よりも低くなるまでエッチバックして、ゲート電極8を形成する。その後、残ったポリシリコンの表面を酸化する。
After the
ついで、図25に示すように、ウェハ表面にフォトレジスト35を塗布し、フォトリソグラフィによりイオン注入パターンを作成する。そして、ボロンをイオン注入して、図26に示すように、低抵抗領域5を形成する。フォトレジスト35を灰化した後、ウェハ表面に酸化膜36を堆積し、その上にフォトレジスト37を塗布する。そして、フォトリソグラフィによりフォトレジスト37にエッチングパターンを作成し、酸化膜36をエッチングして、トレンチエッチングのマスクを形成する。
Next, as shown in FIG. 25, a
フォトレジスト37を灰化した後、図27に示すように、異方性エッチングをおこなって、第2のトレンチ18を形成する。そして、犠牲酸化等によりトレンチエッチングのダメージを除去し、図示しない犠牲酸化膜を除去する。ついで、図28に示すように、ウェハ全面に絶縁膜とポリシリコン膜を堆積し、これらポリシリコン膜と絶縁膜を自己整合エッチングにより順次エッチングして、第2のトレンチ18の側壁に、第1の絶縁膜20およびポリシリコン膜よりなる導電性領域15を残す。
After the
ついで、図29に示すように、ウェハ全面に酸化膜を堆積し、この酸化膜を自己整合エッチングによりエッチングして、導電性領域15の上側および内側を覆う酸化膜21を形成する。そして、この酸化膜21をトレンチエッチングのマスクとして異方性エッチングをおこない、第2のトレンチ18の底に第3のトレンチ19を形成する。犠牲酸化等によりエッチングダメージを除去した後、P(リン)またはAsをイオン注入して、図30に示すように、第3のトレンチ19の底にバッファ領域11aを形成する。
Next, as shown in FIG. 29, an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer, and this oxide film is etched by self-aligned etching to form an
その後、絶縁膜を堆積し、この絶縁膜を自己整合エッチングによりエッチングして、第2のトレンチ18内の酸化膜21の内側および第3のトレンチ19の側壁に、第2の絶縁膜14を残す。そして、第2の絶縁膜14をマスクとしてボロンをイオン注入し、図31に示すように、第3のトレンチ19の底にコレクタ領域12aを形成する。つづいて、バリアメタル13となるTi/TiN層を形成してから、W(タングステン)を堆積して、第2のトレンチ18および第3のトレンチ19をタングステンで埋める。そして、Ti/TiN層およびタングステンをエッチバックして、ウェハ表面のTi/TiN層およびタングステンを除去することによって、第2のトレンチ18および第3のトレンチ19内の第2の絶縁膜14の内側が、バリアメタル13および第1のプラグ10aで埋まる。
Thereafter, an insulating film is deposited, and this insulating film is etched by self-aligned etching to leave the second insulating
ついで、図32に示すように、ウェハ全面に酸化膜を堆積し、CMP(化学的機械研磨)により上面を平坦化する。その平坦化した酸化膜に、コンタクトホールを開口する。ついで、図33に示すように、メタルをスパッタして、バリアメタル13,16を形成し、エミッタ電極7を形成するとともに、コレクタ電極10の第2のプラグ10bを形成して、フロントエンド工程を完了する。
Next, as shown in FIG. 32, an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer, and the upper surface is flattened by CMP (Chemical Mechanical Polishing). A contact hole is opened in the planarized oxide film. Next, as shown in FIG. 33, the metal is sputtered to form the
実施の形態2.
図34は、実施の形態2の半導体装置を示す断面図である。図34に示すように、実施の形態2は、図1に示す実施の形態1と相補的なpチャネルIGBTであり、半導体の導電型が実施の形態1と異なることを除いて、実施の形態1と同じ構成である。したがって、実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、製造方法については、イオン注入する際の不純物の導電型が実施の形態1と異なることを除いて、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 34 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the second embodiment. As shown in FIG. 34, the second embodiment is a p-channel IGBT complementary to the first embodiment shown in FIG. 1, except that the semiconductor conductivity type is different from that of the first embodiment. 1 is the same configuration. Therefore, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The manufacturing method is the same as that in the first embodiment except that the conductivity type of the impurity at the time of ion implantation is different from that in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
実施の形態3.
図35は、実施の形態3の半導体装置を示す断面図である。図35に示すように、実施の形態3は、nチャネルのMOSトランジスタである。図1に示す実施の形態1と異なるのは、バッファ層11およびバッファ領域11aが設けられていないことと、コレクタ層12およびコレクタ領域12aの導電型がドリフト領域3と同じn型であることである。その他の構成は実施の形態1と同じであるので、実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、製造方法については、バッファ層11およびバッファ領域11aを形成するためのイオン注入工程を省略することと、コレクタ層12およびコレクタ領域12aを形成するためにイオン注入する不純物の導電型が実施の形態1と異なることを除いて、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 35 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the third embodiment. As shown in FIG. 35, the third embodiment is an n-channel MOS transistor. The difference from the first embodiment shown in FIG. 1 is that
実施の形態4.
図36は、実施の形態4の半導体装置を示す断面図である。図36に示すように、実施の形態4は、図35に示す実施の形態3と相補的なpチャネルMOSトランジスタであり、半導体の導電型が実施の形態3と異なることを除いて、実施の形態3と同じ構成である。したがって、実施の形態4では、バッファ層11およびバッファ領域11aは設けられていない。また、コレクタ層12およびコレクタ領域12aの導電型は、ドリフト領域3と同じp型である。実施の形態1および実施の形態3と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。製造方法については、バッファ層11およびバッファ領域11aを形成するためのイオン注入工程を省略することと、イオン注入する際の不純物の導電型が実施の形態1と異なる(コレクタ層12およびコレクタ領域12aを除く)ことを除いて、実施の形態1と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 36 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the fourth embodiment. As shown in FIG. 36, the fourth embodiment is a p-channel MOS transistor complementary to the third embodiment shown in FIG. 35, except that the semiconductor conductivity type is different from that of the third embodiment. The configuration is the same as in the third mode. Therefore, in the fourth embodiment, the
実施の形態5.
図37は、実施の形態5の半導体装置を示す断面図である。図37に示すように、実施の形態5は、図1に示す実施の形態1において、ゲート構造を、トレンチゲート構造に代えて、DMOS構造にしたものである。したがって、実施の形態5には、第1のトレンチ17はない。コレクタ電極10を基板表面に引き出す構造は、実施の形態1と同じである。また、導電性領域15よりなるフィールドプレートが設けられていること、並びに絶縁層2上にp+コレクタ層12、nバッファ層11およびn-ドリフト領域3がこの順に積層されたSOI基板を用いてnチャネルIGBTが作製されていることも、実施の形態1と同じである。実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略し、以下には実施の形態1と異なる点についてのみ説明する。
FIG. 37 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the fifth embodiment. As shown in FIG. 37, in the fifth embodiment, the gate structure is changed to the DMOS structure in place of the trench gate structure in the first embodiment shown in FIG. Therefore, the
DMOS型のゲート構造は、つぎのように構成されている。p半導体からなるベース領域(第2の半導体領域)4aは、ドリフト領域3の表面層に選択的に設けられている。ベース領域4aとドリフト領域3とから形成されるPN接合面は、導電性領域15の下端よりも浅い。ドリフト領域3の表面層において、ベース領域4a以外の領域は、ドリフト領域3よりも導電率の高いn半導体からなる表面ドリフト領域3aとなっている。n+半導体からなるエミッタ領域(第3の半導体領域)6aは、ベース領域4aの表面層の一部に設けられている。ベース領域4a内においてエミッタ領域6aの下側には、ベース領域4aよりも導電率の高いp+半導体からなる低抵抗領域(第4の半導体領域)5aが設けられている。
The DMOS type gate structure is configured as follows. A base region (second semiconductor region) 4 a made of p semiconductor is selectively provided in the surface layer of the
ゲート電極(第1の電極)8aは、表面ドリフト領域3aとエミッタ領域6aとの間に露出するベース領域4aの表面上に、ゲート絶縁膜9aを介して設けられている。エミッタ電極(第2の電極)7aは、その周囲にバリアメタル16aを有しており、エミッタ領域6aに接触しているとともに、ベース領域4aよりも導電率の高いp+半導体からなる低抵抗領域5bを介して、低抵抗領域5aに電気的に接続している。エミッタ電極7aは、層間絶縁膜9bによりゲート電極8aから絶縁されている。
The gate electrode (first electrode) 8a is provided on the surface of the
以上の構成において、ゲート電極8aに印加されるゲート電圧が閾値電圧を超えると、エミッタ領域6aと表面ドリフト領域3aとの間で、ベース領域4aとゲート絶縁膜9aとの界面にチャネルが形成される。また、図37に示す構成のデバイスでは、コレクタ層12およびコレクタ領域12aよりなるp領域と、バッファ層11、バッファ領域11aおよびドリフト領域3よりなるn領域と、ベース領域4aおよび低抵抗領域5a,5bよりなるp領域とで構成されるPNPバイポーラトランジスタと、エミッタ領域6aのn領域と、低抵抗領域5a,5bおよびベース領域4aよりなるp領域と、ドリフト領域3のn領域とで構成されるNPNバイポーラトランジスタにより、寄生サイリスタが構成される。
In the above configuration, when the gate voltage applied to the
しかし、チャネル側から流入したホールが抵抗率の低い低抵抗領域5a,5bを通ることにより、ここでの電圧降下がPN接合のターンオン電圧よりも低くなるので、寄生サイリスタのトリガーとなる上記NPNバイポーラトランジスタが作動しにくくなる。したがって、デバイスのラッチアップ耐量が高くなり、短絡耐量も高くなる。また、表面ドリフト領域3aのドーピング濃度がドリフト領域3よりも高いので、JFET(接合形FET)効果が生じにくく、オン抵抗の低減とセルピッチの縮小を実現することができる。
However, since the holes flowing in from the channel side pass through the
つぎに、図37に示す構成のデバイスの製造プロセスについて図38〜図49を参照しながら説明する。まず、実施の形態1と同様にして、SOIウェハを作製する(図10〜図18参照)。ついで、図38に示すように、SOIウェハの表面、すなわちドリフト領域3の表面にスクリーン酸化膜32を形成し、ドリフト領域3の表面にリンをイオン注入して、図39に示すように、表面ドリフト領域3aを形成する。
Next, a manufacturing process of the device having the configuration shown in FIG. 37 will be described with reference to FIGS. First, an SOI wafer is manufactured in the same manner as in Embodiment Mode 1 (see FIGS. 10 to 18). Next, as shown in FIG. 38, a
スクリーン酸化膜32を除去した後、ウェハ表面にゲート絶縁膜9aとなるたとえば酸化膜を成長させる。その酸化膜の上にゲート電極8aとなるドープドポリシリコンを堆積し、さらにその上に酸化膜41を堆積する。そして、フォトリソグラフィおよびRIE(反応性イオンエッチング)により酸化膜41、ドープドポリシリコンおよびゲート絶縁膜9aとなる酸化膜等をエッチングしてゲートスタック構造を形成する。つづいて、ポリシャドウ酸化をおこなってから、ゲートスタック構造に対してボロンの斜めイオン注入をおこなう。
After removing the
そして、熱拡散をおこなって、図40に示すように、ベース領域4aを形成する。ついで、セルフアライン(自己整合技術)によりAsのイオン注入をおこない、図41に示すように、エミッタ領域6aを形成する。ついで、ウェハ全面に酸化膜を堆積し、自己整合エッチングによりゲートスタック構造の側面にサイドウォールスペーサとなるスペーサ酸化膜42を形成する。その後、高エネルギーでボロンのイオン注入をおこなって、図42に示すように、エミッタ領域6aの下側に低抵抗領域5aを形成する。
Then, thermal diffusion is performed to form a
ついで、ウェハ表面にフォトレジスト43を塗布し、フォトリソグラフィによりフォトレジスト43にイオン注入パターンを作成する。そして、ボロンをイオン注入して、図43に示すように、低抵抗領域5bを形成する。フォトレジスト43を灰化した後、ウェハ表面に酸化膜36を堆積し、その上にフォトレジスト37を塗布する。そして、フォトリソグラフィによりフォトレジスト37にエッチングパターンを作成し、酸化膜36をエッチングして、トレンチエッチングのマスクを形成する。
Next, a
フォトレジスト37を灰化した後、図44に示すように、異方性エッチングをおこなって、第2のトレンチ18を形成する。そして、犠牲酸化等によりトレンチエッチングのダメージを除去し、図示しない犠牲酸化膜を除去する。ついで、図45に示すように、ウェハ全面に絶縁膜とポリシリコン膜を堆積し、これらポリシリコン膜と絶縁膜を自己整合エッチングにより順次エッチングして、第2のトレンチ18の側壁に、第1の絶縁膜20およびポリシリコン膜よりなる導電性領域15を残す。
After ashing the
ついで、図46に示すように、ウェハ全面に酸化膜を堆積し、この酸化膜を自己整合エッチングによりエッチングして、導電性領域15の上側および内側を覆う酸化膜21を形成する。そして、この酸化膜21をトレンチエッチングのマスクとして異方性エッチングをおこない、第2のトレンチ18の底に第3のトレンチ19を形成する。犠牲酸化等によりエッチングダメージを除去した後、P(リン)またはAsをイオン注入して、図47に示すように、第3のトレンチ19の底にバッファ領域11aを形成する。
Next, as shown in FIG. 46, an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer, and this oxide film is etched by self-aligned etching to form an
その後、絶縁膜を堆積し、この絶縁膜を自己整合エッチングによりエッチングして、第2のトレンチ18内の酸化膜21の内側および第3のトレンチ19の側壁に、第2の絶縁膜14を残す。そして、第2の絶縁膜14をマスクとしてボロンをイオン注入し、図48に示すように、第3のトレンチ19の底にコレクタ領域12aを形成する。つづいて、バリアメタル13となるTi/TiN層を形成してから、W(タングステン)を堆積して、第2のトレンチ18および第3のトレンチ19をタングステンで埋める。そして、Ti/TiN層およびタングステンをエッチバックして、ウェハ表面のTi/TiN層およびタングステンを除去することによって、第2のトレンチ18および第3のトレンチ19内の第2の絶縁膜14の内側が、バリアメタル13および第1のプラグ10aで埋まる。
Thereafter, an insulating film is deposited, and this insulating film is etched by self-aligned etching to leave the second insulating
ついで、図49に示すように、ウェハ全面に酸化膜を堆積し、CMP(化学的機械研磨)により上面を平坦化する。その平坦化した酸化膜に、コンタクトホールを開口する。ついで、図37に示すように、メタルをスパッタして、バリアメタル13,16aを形成し、エミッタ電極7aを形成するとともに、コレクタ電極10の第2のプラグ10bを形成して、フロントエンド工程を完了する。
Next, as shown in FIG. 49, an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer, and the upper surface is planarized by CMP (Chemical Mechanical Polishing). A contact hole is opened in the planarized oxide film. Next, as shown in FIG. 37, the metal is sputtered to form the
実施の形態6.
図50は、実施の形態6の半導体装置を示す断面図である。図50に示すように、実施の形態6は、図37に示す実施の形態5と相補的なpチャネルIGBTであり、半導体の導電型が実施の形態5と異なることを除いて、実施の形態5と同じ構成である。したがって、実施の形態5および実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、製造方法については、イオン注入する際の不純物の導電型が実施の形態5と異なることを除いて、実施の形態5と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 50 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the sixth embodiment. As shown in FIG. 50, the sixth embodiment is a p-channel IGBT complementary to the fifth embodiment shown in FIG. 37, except that the semiconductor conductivity type is different from that of the fifth embodiment. 5 is the same configuration. Therefore, the same components as those in the fifth embodiment and the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted. The manufacturing method is the same as that of the fifth embodiment except that the conductivity type of the impurity at the time of ion implantation is different from that of the fifth embodiment, and thus the description thereof is omitted.
実施の形態7.
図51は、実施の形態7の半導体装置を示す断面図である。図51に示すように、実施の形態7は、nチャネルのMOSトランジスタである。図37に示す実施の形態5と異なるのは、バッファ層11およびバッファ領域11aが設けられていないことと、コレクタ層12およびコレクタ領域12aの導電型がドリフト領域3と同じn型であることである。その他の構成は実施の形態5と同じであるので、実施の形態5および実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、製造方法については、バッファ層11およびバッファ領域11aを形成するためのイオン注入工程を省略することと、コレクタ層12およびコレクタ領域12aを形成するためにイオン注入する不純物の導電型が実施の形態5と異なることを除いて、実施の形態5と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 51 is a cross-sectional view showing the semiconductor device of the seventh embodiment. As shown in FIG. 51, the seventh embodiment is an n-channel MOS transistor. The difference from the fifth embodiment shown in FIG. 37 is that
実施の形態8.
図52は、実施の形態8の半導体装置を示す断面図である。図52に示すように、実施の形態8は、図51に示す実施の形態7と相補的なpチャネルMOSトランジスタであり、半導体の導電型が実施の形態7と異なることを除いて、実施の形態7と同じ構成である。したがって、実施の形態8では、バッファ層11およびバッファ領域11aは設けられていない。また、コレクタ層12およびコレクタ領域12aの導電型は、ドリフト領域3と同じp型である。実施の形態7、実施の形態5および実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。製造方法については、実施の形態5で説明した製造方法において、バッファ層11およびバッファ領域11aを形成するためのイオン注入工程を省略することと、イオン注入する際の不純物の導電型が実施の形態5と異なる(コレクタ層12およびコレクタ領域12aを除く)ことを除いて、実施の形態5と同じであるので、説明を省略する。
FIG. 52 is a sectional view showing a semiconductor device according to the eighth embodiment. As shown in FIG. 52, the eighth embodiment is a p-channel MOS transistor complementary to the seventh embodiment shown in FIG. 51, except that the semiconductor conductivity type is different from that of the seventh embodiment. The configuration is the same as in
以上のように、本発明にかかるトレンチ横型半導体装置は、高いラッチアップ耐量が要求される高耐圧スイッチング素子に有用であり、特に、フラットパネルディスプレイのドライバICや車載ICなどの出力段に用いる高耐圧スイッチング素子に適している。 As described above, the trench lateral semiconductor device according to the present invention is useful for a high breakdown voltage switching element that requires a high latch-up resistance, and in particular, is used for an output stage such as a driver IC of a flat panel display or an in-vehicle IC. Suitable for withstand voltage switching elements.
1 支持基板
2 絶縁層
3 第1の半導体領域(ドリフト領域)
4,4a 第2の半導体領域(ベース領域)
5,5a,5b 第4の半導体領域(低抵抗領域)
6,6a 第3の半導体領域(エミッタ領域)
7,7a 第2の電極(エミッタ電極)
8,8a 第1の電極(ゲート電極)
9,9a 絶縁膜
10 第3の電極(コレクタ電極)
11 上側半導体層(バッファ層)
11a 第6の半導体領域(バッファ領域)
12 下側半導体層(コレクタ層)
12a 第5の半導体領域(コレクタ領域)
14 第2の絶縁膜
15 導電性領域
17 第1のトレンチ
18 第2のトレンチ
19 第3のトレンチ
20 第1の絶縁膜
DESCRIPTION OF
4, 4a Second semiconductor region (base region)
5, 5a, 5b Fourth semiconductor region (low resistance region)
6, 6a Third semiconductor region (emitter region)
7, 7a Second electrode (emitter electrode)
8, 8a First electrode (gate electrode)
9,
11 Upper semiconductor layer (buffer layer)
11a Sixth semiconductor region (buffer region)
12 Lower semiconductor layer (collector layer)
12a Fifth semiconductor region (collector region)
14
Claims (18)
前記第1の半導体領域の表面層に設けられた第1導電型の第2の半導体領域と、
前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチの内面に絶縁膜を有し、かつ該絶縁膜の内側に第1の電極を有する1または2以上のトレンチゲート部と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記トレンチゲート部に接して選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、
前記トレンチゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、
前記第3の電極と前記トレンチゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、
前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、
前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、
前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記下側半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、
前記第5の半導体領域を囲み、前記SOI基板の前記上側半導体層に接続する第2導電型の第6の半導体領域と、
を備えることを特徴とするトレンチ横型半導体装置。 A lower semiconductor layer of the first conductivity type is provided on the support substrate via an insulating layer, and an upper semiconductor layer of the second conductivity type is provided on the lower semiconductor layer, and further on the upper semiconductor layer, An SOI substrate provided with a first semiconductor region of a second conductivity type having a higher resistivity than the upper semiconductor layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type provided in a surface layer of the first semiconductor region;
1 or 2 having an insulating film on the inner surface of a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate to the first semiconductor region, and has a first electrode inside the insulating film The above trench gate part,
A third semiconductor region of a second conductivity type selectively provided in contact with the trench gate portion on the surface layer of the second semiconductor region;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor region;
A second electrode in contact with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode;
A third electrode provided in a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate and reaches the first semiconductor region at a position away from the trench gate portion;
A conductive region provided between the third electrode and the trench gate portion, which extends over the first semiconductor region and the second semiconductor region and is shallower than the third electrode;
A first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductors;
A second insulating film that insulates the third electrode from the conductive region and the first semiconductor region;
A fifth semiconductor region of a first conductivity type connected to a lower end of the third electrode and the lower semiconductor layer of the SOI substrate;
A sixth semiconductor region of a second conductivity type surrounding the fifth semiconductor region and connected to the upper semiconductor layer of the SOI substrate;
A trench lateral semiconductor device comprising:
前記第1の半導体領域の表面層に設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、
前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチの内面に絶縁膜を有し、かつ該絶縁膜の内側に第1の電極を有する1または2以上のトレンチゲート部と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記トレンチゲート部に接して選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、
前記トレンチゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、
前記第3の電極と前記トレンチゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、
前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、
前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、
前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、
を備えることを特徴とするトレンチ横型半導体装置。 An SOI in which a first conductive type semiconductor layer is provided on a supporting substrate via an insulating layer, and a first conductive type first semiconductor region having a higher resistivity than the semiconductor layer is provided on the semiconductor layer. A substrate,
A second semiconductor region of a second conductivity type provided in a surface layer of the first semiconductor region;
1 or 2 having an insulating film on the inner surface of a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate to the first semiconductor region, and has a first electrode inside the insulating film The above trench gate part,
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region in contact with the trench gate portion;
A fourth semiconductor region of a second conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor region;
A second electrode in contact with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode;
A third electrode provided in a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate and reaches the first semiconductor region at a position away from the trench gate portion;
A conductive region provided between the third electrode and the trench gate portion, which extends over the first semiconductor region and the second semiconductor region and is shallower than the third electrode;
A first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductors;
A second insulating film that insulates the third electrode from the conductive region and the first semiconductor region;
A fifth semiconductor region of a first conductivity type connected to a lower end of the third electrode and the semiconductor layer of the SOI substrate;
A trench lateral semiconductor device comprising:
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の一部の表面上に絶縁膜を介して第1の電極を有する1または2以上のプレーナゲート部と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して選択的に設けられた第2導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して設けられ、かつ前記第3の半導体領域の下側に延びる第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、
前記プレーナゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、
前記第3の電極と前記プレーナゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、
前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、
前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、
前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記下側半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、
前記第5の半導体領域を囲み、前記SOI基板の前記上側半導体層に接続する第2導電型の第6の半導体領域と、
を備えることを特徴とするトレンチ横型半導体装置。 A lower semiconductor layer of the first conductivity type is provided on the support substrate via an insulating layer, and an upper semiconductor layer of the second conductivity type is provided on the lower semiconductor layer, and further on the upper semiconductor layer, An SOI substrate provided with a first semiconductor region of a second conductivity type having a higher resistivity than the upper semiconductor layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
One or more planar gate portions having a first electrode on a part of the surface of the second semiconductor region with an insulating film interposed therebetween;
A third semiconductor region of a second conductivity type selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region in alignment with the terminal end of the first electrode;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type provided in a surface layer of the second semiconductor region in alignment with a terminal end of the first electrode and extending below the third semiconductor region;
A second electrode in contact with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode;
A third electrode provided in a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate and reaches the first semiconductor region at a position away from the planar gate portion;
A conductive region provided between the third electrode and the planar gate portion and extending over the first semiconductor region and the second semiconductor region to a position shallower than the third electrode;
A first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductors;
A second insulating film that insulates the third electrode from the conductive region and the first semiconductor region;
A fifth semiconductor region of a first conductivity type connected to a lower end of the third electrode and the lower semiconductor layer of the SOI substrate;
A sixth semiconductor region of a second conductivity type surrounding the fifth semiconductor region and connected to the upper semiconductor layer of the SOI substrate;
A trench lateral semiconductor device comprising:
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の一部の表面上に絶縁膜を介して第1の電極を有する1または2以上のプレーナゲート部と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第2の半導体領域の表面層に、前記第1の電極の終端に整合して設けられ、かつ前記第3の半導体領域の下側に延びる第2導電型の第4の半導体領域と、
前記第3の半導体領域および前記第4の半導体領域に接触し、かつ前記第1の電極から絶縁された第2の電極と、
前記プレーナゲート部から離れた位置で、前記SOI基板の表面から前記第2の半導体領域を貫通して前記第1の半導体領域に達するトレンチ内に設けられた第3の電極と、
前記第3の電極と前記プレーナゲート部との間で、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域にまたがり、かつ前記第3の電極よりも浅い位置まで設けられた導電性領域と、
前記導電性領域を周囲の半導体から絶縁する第1の絶縁膜と、
前記第3の電極を前記導電性領域および前記第1の半導体領域から絶縁する第2の絶縁膜と、
前記第3の電極の下端および前記SOI基板の前記半導体層に接続する第1導電型の第5の半導体領域と、
を備えることを特徴とするトレンチ横型半導体装置。 An SOI in which a first conductive type semiconductor layer is provided on a supporting substrate via an insulating layer, and a first conductive type first semiconductor region having a higher resistivity than the semiconductor layer is provided on the semiconductor layer. A substrate,
A second semiconductor region of a second conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
One or more planar gate portions having a first electrode on a part of the surface of the second semiconductor region with an insulating film interposed therebetween;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on the surface layer of the second semiconductor region in alignment with the terminal end of the first electrode;
A fourth semiconductor region of a second conductivity type provided on the surface layer of the second semiconductor region in alignment with the terminal end of the first electrode and extending below the third semiconductor region;
A second electrode in contact with the third semiconductor region and the fourth semiconductor region and insulated from the first electrode;
A third electrode provided in a trench that penetrates the second semiconductor region from the surface of the SOI substrate and reaches the first semiconductor region at a position away from the planar gate portion;
A conductive region provided between the third electrode and the planar gate portion and extending over the first semiconductor region and the second semiconductor region to a position shallower than the third electrode;
A first insulating film that insulates the conductive region from surrounding semiconductors;
A second insulating film that insulates the third electrode from the conductive region and the first semiconductor region;
A fifth semiconductor region of a first conductivity type connected to a lower end of the third electrode and the semiconductor layer of the SOI substrate;
A trench lateral semiconductor device comprising:
前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 1,
After forming a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are formed. The trench lateral type is characterized in that the first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 2,
After forming a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are formed. The trench lateral type is characterized in that the first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 3,
After forming a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are formed. The trench lateral type is characterized in that the first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
前記SOI基板の表面から前記第1の半導体領域に達するトレンチを形成した後、該トレンチ内に絶縁膜を堆積し、該絶縁膜の内側に導電膜を堆積し、該導電膜および前記絶縁膜を、同導電膜の上端が前記SOI基板の表面よりも低くなるまで異方性エッチングによる自己整合エッチングをおこなって、前記第1の絶縁膜および前記導電性領域を形成することを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 4,
After forming a trench reaching the first semiconductor region from the surface of the SOI substrate, an insulating film is deposited in the trench, a conductive film is deposited inside the insulating film, and the conductive film and the insulating film are formed. The trench lateral type is characterized in that the first insulating film and the conductive region are formed by performing self-aligned etching by anisotropic etching until the upper end of the conductive film is lower than the surface of the SOI substrate. A method for manufacturing a semiconductor device.
第2導電型の半導体ウェハに第2導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第2導電型の前記上側半導体層を形成した後、該上側半導体層に第1導電型の不純物を注入して、該上側半導体層の表面層に第1導電型の前記下側半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、
支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、
前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記下側半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、
前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 1,
After implanting a second conductivity type impurity into a second conductivity type semiconductor wafer and forming the upper semiconductor layer of the second conductivity type having a lower resistivity than the semiconductor wafer on the surface layer of the semiconductor wafer, Implanting a first conductivity type impurity into the upper semiconductor layer and forming the first conductivity type lower semiconductor layer on a surface layer of the upper semiconductor layer, thereby producing a first wafer;
Producing a second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer;
Bonding the surface of the lower semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer and integrating the first wafer and the second wafer;
Polishing the back surface of the first wafer;
A method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, comprising:
第1導電型の半導体ウェハに第1導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第1導電型の前記半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、
支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、
前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、
前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 2,
A first conductivity type impurity is implanted into a first conductivity type semiconductor wafer, and a first conductivity type semiconductor layer having a resistivity lower than that of the semiconductor wafer is formed on a surface layer of the semiconductor wafer. Producing a wafer of 1;
Producing a second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer;
Bonding the surface of the semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer and integrating the first wafer and the second wafer;
Polishing the back surface of the first wafer;
A method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, comprising:
第2導電型の半導体ウェハに第2導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第2導電型の前記上側半導体層を形成した後、該上側半導体層に第1導電型の不純物を注入して、該上側半導体層の表面層に第1導電型の前記下側半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、
支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、
前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記下側半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、
前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。 In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 3,
After implanting a second conductivity type impurity into a second conductivity type semiconductor wafer and forming the upper semiconductor layer of the second conductivity type having a lower resistivity than the semiconductor wafer on the surface layer of the semiconductor wafer, Implanting a first conductivity type impurity into the upper semiconductor layer and forming the first conductivity type lower semiconductor layer on a surface layer of the upper semiconductor layer, thereby producing a first wafer;
Producing a second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer;
Bonding the surface of the lower semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer and integrating the first wafer and the second wafer;
Polishing the back surface of the first wafer;
A method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, comprising:
第1導電型の半導体ウェハに第1導電型の不純物を注入して、該半導体ウェハの表面層に同半導体ウェハよりも抵抗率の低い第1導電型の前記半導体層を形成することによって、第1のウェハを作製する工程と、
支持ウェハの表面に絶縁層を形成することにより第2のウェハを作製する工程と、
前記第2のウェハの前記絶縁層の表面に、前記第1のウェハの前記半導体層の表面を張り合わせて、前記第1のウェハと前記第2のウェハを一体化する工程と、
前記第1のウェハの裏面を研磨する工程と、
を含むことを特徴とするトレンチ横型半導体装置の製造方法。
In manufacturing the trench lateral semiconductor device according to claim 4,
A first conductivity type impurity is implanted into a first conductivity type semiconductor wafer, and a first conductivity type semiconductor layer having a resistivity lower than that of the semiconductor wafer is formed on a surface layer of the semiconductor wafer. Producing a wafer of 1;
Producing a second wafer by forming an insulating layer on the surface of the support wafer;
Bonding the surface of the semiconductor layer of the first wafer to the surface of the insulating layer of the second wafer and integrating the first wafer and the second wafer;
Polishing the back surface of the first wafer;
A method for manufacturing a trench lateral semiconductor device, comprising:
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