KR20080068658A - SOI trench horizontal ITV - Google Patents
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Abstract
IGBT에 있어서, 고내압에서, 대전류에서의 구동을 가능하게 하고, 래치업 내량을 높게 하며, 단위면적당의 온 저항을 낮게 하는 것을 목적으로 하고, 본 목적을 달성하기 위해, n+ 이미터 영역(6a)과 p+ 콜렉터 영역(12a) 사이의 웨이퍼 전체면에 상단 트렌치(16a)와 하단 트렌치(16b)로 이루어지는 트렌치를 형성하며, 그 안을 트렌치 매립 절연막(17)으로 메우는 것에 의해, 내압을 담지하는 드리프트 영역을 웨이퍼의 깊이 방향으로 절곡하여, 실효적인 드리프트 길이를 길게 한다. 트렌치 매립 절연막(17) 내에, 이미터측 필드 플레이트(15)를 매립하고, 트렌치 매립 절연막(17)의 이미터측에 생기는 횡전계를 차폐하는 것에 의해, n- 드리프트 영역(3a)과 p 베이스 영역(4a)과의 PN 접합에서 발생하는 전계를 완화한다.In the IGBT, in a high voltage, and enabling the driving at a large current and a high latch-up immunity, and an object of the present invention to decrease the on-resistance per unit area, in order to achieve this purpose, n + emitter region ( A trench consisting of an upper trench 16a and a lower trench 16b is formed on the entire surface of the wafer between 6a) and the p + collector region 12a, and the inner pressure is filled by filling the trench with the trench filling insulating film 17. The drift region is bent in the depth direction of the wafer to lengthen the effective drift length. By embedding the emitter side field plate 15 in the trench buried insulating film 17 and shielding the transverse electric field generated on the emitter side of the trench buried insulating film 17, the n − drift region 3a and the p base region ( The electric field generated at the PN junction with 4a) is relaxed.
Description
본 발명은, 횡형의 MOS(금속-산화막-반도체) 트랜지스터와 바이폴러 트랜지스터를 복합한, 단위면적당의 온 저항이 낮고, 높은 단락 내량을 갖는 파워디바이스 중 하나인 횡형의 IGBT(절연 게이트형 바이폴러 트랜지스터)에 관한 것이다. The present invention is a horizontal IGBT (insulated gate bipolar) which is one of a power device having a low on-resistance per unit area and having a high short circuit resistance, which is a combination of a horizontal MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor and a bipolar transistor. Transistor).
MOS 트랜지스터와 바이폴러 트랜지스터를 복합한 디바이스는, MOS 소자와 같이 구동 회로의 구성이 간소하고, 또한 바이폴러 트랜지스터와 같이 내압 부분의 도전도 변조에 의해 온 저항이 낮다고 하는 이점을 갖는다. 그렇기 때문에, 고내압과 대전력 레벨을 필요로 하는 분야에서 중요시되고 있다. A device in which a MOS transistor and a bipolar transistor are combined has an advantage that the structure of the driving circuit is simple as in the MOS element, and that the on-resistance is low by the conductivity modulation of the breakdown portion like the bipolar transistor. Therefore, it is important in the field requiring high breakdown voltage and high power level.
이 디바이스의 구조에는 플레이너 게이트형과 트렌치 게이트형이 있다. 플레이너 게이트형은 기판 표면 상에 게이트 절연막을 통해 게이트 전극을 설치한 구조를 갖는다. 트렌치 게이트형은 기판에 형성된 트렌치 내에 게이트 전극을 매립한 구조를 갖는다. 트렌치 게이트형의 디바이스 구조에는 채널의 고밀도화가 가능하고, 기생 사이리스터가 잘 동작하지 않는 등의 우수한 특징이 있다. The device has a planar gate type and a trench gate type. The planar gate type has a structure in which a gate electrode is provided on the substrate surface through a gate insulating film. The trench gate type has a structure in which a gate electrode is embedded in a trench formed in a substrate. The trench gate type device structure has excellent characteristics such as high density of the channel and poor parasitic thyristor operation.
이하에, 종래의 IGBT의 구성에 대해서 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 또한 본 명세서 및 첨부 도면에 있어서, 반도체의 층과 영역의 명칭에 나타낸 n 또는 p 는 그 층이나 영역의 다수 캐리어가 각각 전자 또는 정공인 것을 의미한다. 또한 n+과 p+와 같이, n이나 p에 첨부된 +는 그것이 첨부되어 있지 않은 반도체의 층이나 영역의 불순물 농도보다 비교적 고불순물 농도인 것을 나타낸다. 또한 n-과 p-와 같이, n이나 p에 첨부된 -는 그것이 첨부되어 있지 않은 반도체의 층이나 영역의 불순물 농도보다 비교적 저불순물 농도인 것을 나타낸다. Below, the structure of the conventional IGBT is demonstrated with reference to an accompanying drawing. In addition, in this specification and an accompanying drawing, n or p shown by the name of the layer and the area | region of a semiconductor means that the majority carrier of the layer or area | region is an electron or a hole, respectively. In addition, like n + and p + , + attached to n or p indicates that the impurity concentration is relatively higher than the impurity concentration of the layer or region of the semiconductor to which it is not attached. Also, like n - and p - , - attached to n or p indicates that the impurity concentration is relatively lower than that of the layer or region of the semiconductor to which it is not attached.
도 49는 종래의 후막(thick-film) SOI 기판을 이용하여 제작된 IGBT의 단면 구성을 도시하는 도면이다. SOI 기판은 도 49에 도시하는 바와 같이, 지지 기판(101) 상에 절연층(102)을 통해 활성층이 되는 저항률이 높은 n- 드리프트 영역(103)을 적층한 구성으로 되어 있다. n- 드리프트 영역(103)의 표면층의 일부에는 p 베이스 영역(104)이 설치되어 있다. FIG. 49 is a diagram showing a cross-sectional structure of an IGBT fabricated using a conventional thick-film SOI substrate. As shown in FIG. 49, the SOI substrate has a structure in which a high resistivity n − drift region 103 serving as an active layer is laminated on the
p 베이스 영역(104)의 표면층의 일부에는 n+ 이미터 영역(106)과, 이것에 접하는 p+ 저저항 영역(105)이 설치되어 있다. 이 p+ 저저항 영역(105)의 일부는 n+ 이미터 영역(106)의 아래 부분을 차지하고 있다. A part of the surface layer of the
또한, n- 드리프트 영역(103)의 표면층의 일부에, n 버퍼 영역(111)이 p 베이스 영역(104)으로부터 떨어져 설치되어 있다. n 버퍼 영역(111)의 저항률은 n- 드리프트 영역(103)의 저항률보다 낮다. 이 n 버퍼 영역(111)의 표면층의 일부에는 p+ 콜렉터 영역(112)이 설치되어 있다. In addition, an
p+ 저저항 영역(105)과 n+ 이미터 영역(106) 양쪽에 이미터 전극(107)이 접촉한다. n- 드리프트 영역(103)과 n+ 이미터 영역(106) 사이에 끼워져 있는 p 베이스 영역(104)의 표면 상에는, 절연막(109)을 통해 게이트 전극(108)이 설치되어 있다. p+ 콜렉터 영역(112)에는 콜렉터 전극(110)이 접촉되어 있다. The
도 49에 도시하는 구성의 IGBT에서는, p+ 콜렉터 영역(112)과, n 버퍼 영역(111) 및 n- 드리프트 영역(103)으로 이루어지는 n 영역과, p 베이스 영역(104) 및 p+ 저저항 영역(105)으로 이루어지는 p 영역에 의해, PNP 바이폴러 트랜지스터가 구성되어 있다. 또한 n+ 이미터 영역(106)과 p 베이스 영역(104)과 n- 드리프트 영역(103)에 의해, NPN 바이폴러 트랜지스터가 구성되어 있다. In the IGBT having the configuration shown in FIG. 49, the n region including the p + collector region 112, the
그리고, 이들 PNP 바이폴러 트랜지스터와 NPN 바이폴러 트랜지스터에 의해, 기생 사이리스터가 구성된다. 이 기생 사이리스터에 의한 래치업을 방지하기 위해 온 전류의 상한이 설정된다. 온 전류의 상한값을 높이기 위해서는, 상기 NPN 바이폴러 트랜지스터가 작동하지 않도록 하면 된다. Then, these PNP bipolar transistors and NPN bipolar transistors form a parasitic thyristor. In order to prevent latch-up by this parasitic thyristor, the upper limit of the on-current is set. In order to raise the upper limit of the on current, the NPN bipolar transistor may be disabled.
이를 위해서는, 채널 단측으로부터 n+ 이미터 영역(106)의 아래를 통과하여 p+ 저저항 영역(105)에 이르는 전류 경로의 저항을 낮게 억제할 필요가 있다. 이에 관해서, 이온 주입에 의해 상기 전류 경로의 저항을 내리는 방법이 공지되어 있다. 또한 p+ 저저항 영역(105)을 형성할 때에 마스크 정합에 의해 불확정성을 제거하고, 상기 전류 경로의 길이를 최소한으로 하며, 게이트 전극과 자기 정합을 취할 수 있는 트렌치 이미터 전극을 형성하는 방법이 공지되어 있다. For this purpose, it is necessary to suppress the resistance of the current path passing from below the channel single side to below the n + emitter region 106 to the p + low resistance region 105. In this regard, a method of lowering the resistance of the current path by ion implantation is known. In addition, when forming the p + low resistance region 105, a method of removing the uncertainty by mask matching, minimizing the length of the current path, and forming a trench emitter electrode capable of self matching with the gate electrode is provided. Known.
또한 소자가 온상태일 때에, p+ 콜렉터 영역(112)으로부터 n- 드리프트 영역(103)에 유입되는 캐리어의 일부를, 상기 전류 경로를 통과시키지 않고 p+ 저저항 영역(105)에 도달시키는 구조가 공지되어 있다. 또한 도 49에 도시하는 구성의 IGBT에서는, 전계는 n- 드리프트 영역(103)과 p 베이스 영역(104)의 웨이퍼 표면 부근의 계면, 및 n- 드리프트 영역(103)과 n 버퍼 영역(111)의 웨이퍼 표면 부근의 계면에 집중한다. In addition, when the device is in the on state, a portion of the carrier flowing into the n − drift region 103 from the p + collector region 112 reaches the p + low resistance region 105 without passing through the current path. Is known. In the IGBT having the configuration shown in FIG. 49, the electric field is an interface near the wafer surface of the n − drift region 103 and the
이 전계의 집중을 완화하기 위해, 필드 플레이트로서, 이미터 전극(107) 및 콜렉터 전극(110)을, 절연막(109)을 통해 상기 계면을 덮도록 연장시키는 경우가 있다. 한층 더 높은 내압을 필요로 하는 경우나, 드리프트 영역 위에 전원 라인 등의 배선이 있는 경우의 구조로서, 웨이퍼 표면의 드리프트 영역의 상면 또는 드리프트 영역 내부에, 용량 결합형의 필드 플레이트를 설치한 것이 공지되어 있다. In order to alleviate the concentration of this electric field, as the field plate, the
이상과 같은 종래의 MOS 트랜지스터와 바이폴러 트랜지스터를 복합한 디바이스에서는, 웨이퍼 표면을 따르는 방향으로 전압을 담지(擔持)하기 때문에, 단위 디바이스의 치수는 설계 내압값에 비례하여 커진다. 이 때문에 고내압에서 대전류 용 도의 디바이스에서는 칩 면적이 커진다고 하는 결점이 있다. In a device in which a conventional MOS transistor and a bipolar transistor are combined as described above, since the voltage is carried in the direction along the wafer surface, the dimension of the unit device increases in proportion to the design breakdown voltage value. For this reason, there is a drawback that the chip area becomes large in a device having a high current at high breakdown voltage.
그래서, 횡형 MOS 트랜지스터에 있어서, 웨이퍼 표면에 차지하는 드리프트 영역의 면적을 줄이기 위해, 드리프트 영역에 트렌치를 형성하고, 그 트렌치를, 실리콘에 비해 파괴 전계가 큰 실리콘 산화막으로 메우는 구성이 제안되어 있다(예컨대 특허 문헌 1 참조. ). 이 제안에 의하면 도 50에 도시하는 바와 같이, 실효적인 드리프트 길이 Leff는, 채널이 형성되는 p 웰 영역(204)과, 드리프트 영역이 되는 n 웰 영역(203)과의 경계로부터, 트렌치 내의 매립 산화막(217)까지의 거리 LP와, 트렌치 깊이 LT와, 트렌치폭 LB과, 다시 트렌치 깊이 LT를 더한 길이가 된다. Therefore, in the lateral MOS transistor, in order to reduce the area of the drift region occupied on the wafer surface, a configuration is proposed in which a trench is formed in the drift region and the trench is filled with a silicon oxide film having a larger breakdown field than silicon (for example, See
한편, 웨이퍼 표면 상에서의 p 웰 영역(204)과 n 웰 영역(203)과의 경계로부터 드레인 영역(212)까지의 거리 LD는 LP와 LB를 더한 길이이다. 따라서 Leff는 매립 산화막(217)이 설치되어 있지 않은 경우보다 길게 할 수 있기 때문에, 동일한 내압의 디바이스와 비교하여 온 저항 RonA가 저감한다. 여기서, Ron은 단위면적당의 온 저항, A는 표면적이다. 환언하면, 종래와 동등한 내압과 온 전류를 가지며, 또한 종래보다 디바이스 피치가 작은 횡형 디바이스를 얻을 수 있다. On the other hand, the distance L D from the boundary between the
또한, SOI(실리콘·온·인설레이터) 구조를 갖는 횡형 IGBT에 있어서, n형 활성층에 트렌치를 형성하고, 그 트렌치 아래에 부분적으로 고농도의 n형 바이패스층을 설치하는 구성이 제안되어 있다(예컨대 특허문헌 2 참조). 이 제안에 의하면 소스 전극에 유입되는 홀 전류가 트렌치에 의해서 저감하고, 전자 전류가 바이패스 층을 통과하여 흐르기 때문에, 소스측의 전자 전류의 축적이 증가하여, 온전압이 저하된다. In addition, in a horizontal IGBT having an SOI (silicon on insulator) structure, a structure is proposed in which a trench is formed in the n-type active layer and a partially high concentration n-type bypass layer is provided below the trench ( See, for example, Patent Document 2). According to this proposal, since the hole current flowing into the source electrode is reduced by the trench, and the electron current flows through the bypass layer, the accumulation of the electron current on the source side increases and the on-voltage decreases.
특허문헌 1: 일본 특허 공개 평8-97411호 공보Patent Document 1: Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-97411
특허문헌 2: 일본 특허 공개 평8-88357호 공보(도 1∼도 8)Patent document 2: Unexamined-Japanese-Patent No. 8-88357 (FIGS. 1-8)
그러나, 상기 특허문헌 2에 개시된 구성의 IGBT에서는, 다음과 같은 여러 가지의 문제점이 있다. 즉, 예컨대 SOI 구조를 접합한 웨이퍼로 실현하는 경우에, 바이패스층이 트렌치 바로 아래에 위치하도록 2개의 웨이퍼를 μm 오더의 위치맞춤 정밀도로 접합시켜야 하여 제조상, 바람직하지 않다. 또한 특허문헌 2의 도 2 또는 도 3에 도시된 레이아웃에서는 내압이 웨이퍼 표면에 있어서의 n형 활성층의 길이로 정해져 버리기 때문에, 디바이스의 셀 피치를 단축할 수는 없다. 따라서 단위면적당의 온 저항을 낮출 수 없다. However, the IGBT of the structure disclosed by the said
또한 특허문헌 2의 도 4에 도시된 레이아웃이고, 도 8에 도시된 단면 구성을 갖는 경우, 트렌치 주위에 저저항 영역이 존재하기 때문에, 내압은 트렌치를 제외하는 웨이퍼 표면에 있어서의 n형 활성층의 길이로 정해진다. 따라서 디바이스의 셀 피치를 단축할 수 없어, 단위면적당의 온 저항을 낮출 수 없다. In addition, in the layout shown in Fig. 4 of
또한 특허문헌 2의 도 4에 도시된 레이아웃이고, 도 6에 도시된 단면 구성을 갖는 디바이스에서는, 홀의 통로가 트렌치(17) 아래에는 형성되어 있지 않기 때문에, 게이트측의 전도도 변조가 없어져 IGBT의 이점이 손상된다. 또한 게이트측의 도전도 변조를 유지하기 위해, 이 공보의 도 2에 도시된 레이아웃으로 하면, 디바이스 피치가 표면 드리프트 영역(3)의 길이로 정해지기 때문에 피치를 짧게 할 수 없다. Moreover, in the device shown in FIG. 4 of
또한 특허문헌 2의 도 5에 도시된 단면 구성으로는, 트렌치 바닥과 바이패스층 사이의 활성층의 거리가 이온 주입 에너지로 정해지기 때문에, 그 부분을 두텁게 할 수 없어, 내압과의 트레이드오프가 제한되어 버린다. In addition, in the cross-sectional structure shown in FIG. 5 of
본 발명은, 전술한 종래 기술에 의한 문제점을 해소하기 위해, 고내압으로, 대전류에서의 구동이 가능하고, 래치업 내량이 높으며, 단위면적당의 온 저항이 낮은 횡형의 IGBT를 제공하는 것을 목적으로 한다. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims at providing a horizontal IGBT with a high breakdown voltage, capable of driving at a large current, having a high latch up resistance, and having a low on-resistance per unit area, in order to solve the problems caused by the above-described prior art. do.
전술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해, 청구항 1의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 상단 트렌치와, 상기 상단 트렌치의 바닥으로부터 더 깊은 위치까지 설치된, 상기 상단 트렌치보다 폭이 좁은 하단 트렌치와, 상기 상단 트렌치 및 상기 하단 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다. In order to solve the above problems and achieve the object, the SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 2의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 3의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 상단 트렌치와, 상기 상단 트렌치의 바닥으로부터 더 깊은 위치까지 설치된, 상기 상단 트렌치보다 폭이 좁은 하단 트렌치와, 상기 상단 트렌치 및 상기 하단 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 저저항 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 3 is a first conductive type semiconductor layer provided on the support substrate via an insulating layer and a first conductive type having a higher resistivity than the semiconductor layer provided on the semiconductor layer. A first semiconductor region, a third conductive region of a second conductivity type provided in contact with the first semiconductor region and provided in a part of the surface layer of the first semiconductor region, and penetrating the third semiconductor region to the first semiconductor region; A gate electrode provided through a gate insulating film inside the reaching gate trench, a part of the third semiconductor region, an emitter region of a first conductivity type provided in contact with the gate trench, and a part of the third semiconductor region, A low resistance region of the second conductivity type provided adjacent to the emitter region and a part of the surface layer of the first semiconductor region, provided away from the third semiconductor region, A fourth semiconductor region of a first conductivity type having a lower resistivity than the first semiconductor region, a collector region of a second conductivity type provided in a portion of the fourth semiconductor region, and between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region. A top trench provided in the trench, a bottom trench narrower than the top trench provided in a deeper position from the bottom of the top trench, a trench buried insulating film embedded in the top trench and the bottom trench, and in the top trench. Emitter-side conductive region of floating potential buried in the trench buried insulating film near the third semiconductor region, and collector-side conductive buried near the fourth semiconductor region in the trench buried insulating film in the upper trench. A region, an emitter electrode in contact with the emitter region and the low resistance region, and the collector And a collector electrode in contact with the region and electrically connected to the collector-side conductive region.
청구항 4의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 저저항 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 5의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 상단 트렌치와, 상기 상단 트렌치의 바닥으로부터 더 깊은 위치까지 설치된, 상기 상단 트렌치보다 폭이 좁은 하단 트렌치와, 상기 상단 트렌치 및 상기 하단 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 5 is a first conductive type semiconductor layer provided on the support substrate via an insulating layer and a first conductivity type higher resistivity than the semiconductor layer provided on the semiconductor layer. A first semiconductor region, a second conductive region of a first conductivity type lower in resistivity than the first semiconductor region, provided in a part of the surface layer of the first semiconductor region, and in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region; A third semiconductor region of a second conductivity type provided on a part of the surface layer of the first semiconductor region, a gate electrode provided on a surface of the part of the third semiconductor region via a gate insulating film, and a part of the third semiconductor region. An emitter region of the first conductivity type provided, a low resistance region of the second conductivity type provided in a part of the third semiconductor region and provided below the emitter region, and the third half. A second conductivity type high conductivity region provided adjacent to the emitter region, and a part of the surface layer of the first semiconductor region, separated from the second semiconductor region and the third semiconductor region. And a fourth semiconductor region of a first conductivity type having a lower resistivity than the first semiconductor region, a collector region of a second conductivity type provided in a portion of the fourth semiconductor region, the second semiconductor region and the third semiconductor region. An upper trench disposed away from the fourth semiconductor region, a lower trench narrower than the upper trench disposed between the fourth semiconductor region and a position deeper from the bottom of the upper trench, the upper trench and the lower end; The third peninsula in the trench-filling insulating film embedded in the trench and the trench-filling insulating film in the upper trench Already teocheuk conductive region of the buried floating potential in the vicinity of the region, and the emitter electrode and the emitter region in contact with the classical nor the region, it characterized in that it comprises a collector electrode in contact with the collector region.
청구항 6의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 7의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 상단 트렌치와, 상기 상단 트렌치의 바닥으로부터 더 깊은 위치까지 설치된, 상기 상단 트렌치보다 폭이 좁은 하단 트렌치와, 상기 상단 트렌치 및 상기 하단 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 저저항 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 8의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제3 반도체 영역의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 저저항 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 9의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 상단 트렌치와, 상기 상단 트렌치의 바닥으로부터 더 깊은 위치까지 설치된, 상기 상단 트렌치보다 폭이 좁은 하단 트렌치와, 상기 상단 트렌치 및 상기 하단 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 상단 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 10의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 매립 절연막의 상반부 내의, 상기 제4 반도체 영역의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 11의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치되고, 또한 상기 이미터 영역의 하측에 설치되는 제2 도전형의 저저항 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 이미터 영역에 인접하여 설치된 제2 도전형의 고전도도 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제3 반도체 영역 및 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 12의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 청구항 1, 2, 5, 6, 9, 10 및 11 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 게이트 절연막, 상기 게이트 전극, 상기 제3 반도체 영역, 상기 저저항 영역, 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역은, 상기 트렌치 매립 절연막에 대하여 동일측에 복수씩 설치되어 있고, 인접하는 상기 이미터 영역 및 상기 고전도도 영역은, 상기 이미터 전극에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 12 is the gate insulating film, the gate electrode, or the third semiconductor region according to any one of
청구항 13의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 청구항 3, 4, 7 및 8 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 게이트 트렌치, 상기 게이트 절연막, 상기 게이트 전극, 상기 제3 반도체 영역, 상기 저저항 영역 및 상기 이미터 영역은, 상기 트렌치 매립 절연막에 대하여 동일측에 복수씩 설치되어 있고, 인접하는 상기 이미터 영역 및 상기 저저항 영역은, 상기 이미터 전극에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 13 is the gate trench, the gate insulating film, the gate electrode, the third semiconductor region, or the invention according to any one of
청구항 14의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항에 기재한 발명에 있어서, 상기 지지 기판 상의 상기 절연층과 상기 제1 반도체 영역 사이의 상기 반도체층은, 금속 오염에 대한 게터링 효과를 포함하는 것을 특징으로 한다.The SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 15의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제2 반도체 영역과 상기 이미터 영역 사이의 상기 제3 반도체 영역의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 pn 접합의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 계면의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 16의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 pn 접합의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 계면의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 17의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제2 반도체 영역과 상기 이미터 영역 사이의 상기 제3 반도체 영역의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 pn 접합의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 17 is a first conductive semiconductor layer provided on the support substrate through an insulating layer, and the first conductive type of the first conductive type having a higher resistivity than the semiconductor layer provided on the semiconductor layer A first semiconductor region, a second conductive region of a first conductivity type lower in resistivity than the first semiconductor region, provided in a part of the surface layer of the first semiconductor region, and in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region; A third semiconductor region of the second conductivity type provided in part of the surface layer of the first semiconductor region, an emitter region of the first conductivity type provided in part of the third semiconductor region, the second semiconductor region and the emitter A gate electrode provided through a gate insulating film on a surface of the third semiconductor region between regions, and a portion of the surface layer of the first semiconductor region, the second semiconductor region and the third semiconductor; A fourth semiconductor region of a first conductivity type lower in resistivity than the first semiconductor region, a second conductivity type collector region provided in a part of the fourth semiconductor region, the second semiconductor region and the A third trench between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region, a trench provided away from the fourth semiconductor region, a trench filling insulating film embedded in the trench, and the trench filling insulating film in the trench And an emitter side conductive region having a floating potential buried near the pn junction with the first semiconductor region, an emitter electrode in contact with the emitter region, and a collector electrode in contact with the collector region.
청구항 18의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역에 접하고, 또한 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역을 관통하여 상기 제1 반도체 영역에 도달하는 게이트 트렌치의 내측에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에, 상기 게이트 트렌치에 접하여 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제3 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 pn 접합의 근처에 매립된 플로팅 전위의 이미터측 도전 영역과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 계면의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
청구항 19의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제2 반도체 영역과 상기 이미터 영역 사이의 상기 제3 반도체 영역의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 트렌치 내에 있어서의 상기 트렌치 매립 절연막 중의, 상기 제4 반도체 영역과 상기 제1 반도체 영역과의 계면의 근처에 매립된 콜렉터측 도전 영역과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하고, 상기 콜렉터측 도전 영역에 전기적으로 접속하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of claim 19 is a first conductive semiconductor layer provided on the support substrate via an insulating layer and a first conductive type of higher resistivity than the semiconductor layer provided on the semiconductor layer A first semiconductor region, a second conductive region of a first conductivity type lower in resistivity than the first semiconductor region, provided in a part of the surface layer of the first semiconductor region, and in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region; A third semiconductor region of the second conductivity type provided in part of the surface layer of the first semiconductor region, an emitter region of the first conductivity type provided in part of the third semiconductor region, the second semiconductor region and the emitter A gate electrode provided through a gate insulating film on a surface of the third semiconductor region between regions, and a portion of the surface layer of the first semiconductor region, the second semiconductor region and the third semiconductor; A fourth semiconductor region of a first conductivity type lower in resistivity than the first semiconductor region, a second conductivity type collector region provided in a part of the fourth semiconductor region, the second semiconductor region and the A fourth trench region between the third semiconductor region and the fourth semiconductor region, a trench provided away from the third semiconductor region, a trench filling insulating film embedded in the trench, and the trench filling insulating film in the trench And a collector side conductive region embedded near an interface between the first semiconductor region, an emitter electrode in contact with the emitter region, and a collector electrode in contact with the collector region and electrically connected to the collector side conductive region. It is characterized by including.
청구항 20의 발명에 따른 SOI 트렌치 횡형 IGBT는, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 제1 도전형의 반도체층과, 상기 반도체층 상에 설치된, 상기 반도체층보다 저항률이 높은 제1 도전형의 제1 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제2 반도체 영역과, 상기 제1 반도체 영역 및 상기 제2 반도체 영역에 접하여 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에 설치된 제2 도전형의 제3 반도체 영역과, 상기 제3 반도체 영역의 일부에 설치된 제1 도전형의 이미터 영역과, 상기 제2 반도체 영역과 상기 이미터 영역 사이의 상기 제3 반도체 영역의 표면 상에 게이트 절연막을 통해 설치된 게이트 전극과, 상기 제1 반도체 영역의 표면층의 일부에, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된, 상기 제1 반도체 영역보다 저항률이 낮은 제1 도전형의 제4 반도체 영역과, 상기 제4 반도체 영역의 일부에 설치된 제2 도전형의 콜렉터 영역과, 상기 제2 반도체 영역 및 상기 제3 반도체 영역과 상기 제4 반도체 영역 사이에, 상기 제3 반도체 영역 및 상기 제4 반도체 영역으로부터 떨어져 설치된 트렌치와, 상기 트렌치 내에 매립된 트렌치 매립 절연막과, 상기 이미터 영역에 접하는 이미터 전극과, 상기 콜렉터 영역에 접하는 콜렉터 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.SOI trench lateral IGBT according to the invention of
상기 청구항 1∼20의 발명에 의하면, 트렌치를 형성함으로써, 내압을 유지하는 부분이 웨이퍼 표면에 대하여 수직 방향으로 설치되어 있다. 이것에 의해, 드리프트 영역이 웨이퍼의 깊이 방향으로 절곡되어 웨이퍼 표면에 인출되어 있기 때문에, 실효적인 드리프트 길이가 증가한다. 이 때문에 실효적인 드리프트 길이가 종래와 동등한 길이여도, 소자의 소요 표면적이 격감한다. 따라서, 단위면적당의 온 저항이 저감한다. According to the above-mentioned invention of
또한, 상기 청구항 1, 2, 3, 4, 9, 10, 15, 16 및 19의 발명에 의하면, 콜렉터측 도전 영역이 콜렉터 전극과 동전위인 것에 의해, 제4 반도체 영역, 즉 트렌치 매립 절연막에 접하는 콜렉터측의 드리프트 영역의 계면이 공핍화가 잘 되지 않게 되기 때문에, 전압 담지의 역할을 다할 수 있다. Further, according to the invention of
또한, 상기 청구항 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 15, 16, 17 및 18의 발명에 의하면, 이미터측 도전 영역 및 트렌치 매립 절연막에 의해, 트렌치 매립 절연막의 이미터측에 생기는 횡전계가 차폐되고, 제1 반도체 영역과 제3 반도체 영역에 의해 형성되는 PN 접합으로 발생하는 전계가 완화되기 때문에, 전기 파괴가 잘 발생하지 않게 된다. 또한 이미터측 도전 영역의 전위가 플로팅 전위가 됨으로써, 이미터측 도전 영역의 전위를 이미터 전위로 하는 경우보다 소자의 스위칭 속도가 빨라진다. 이것은, 이미터측 도전 영역과 제1 반도체 영역 사이에 형성되는 커패시터가, IGBT의 콜렉터-이미터간에 형성되는 커패시터에 대하여 병렬로 접속된 커패시터로는 되지 않아, IGBT의 콜렉터-이미터간 용량을 증가시키지 않기 때문이다. In addition, according to the invention of
여기서, 이미터측 도전 영역과 제1 반도체 영역 사이의 전위차는 콜렉터측 도전 영역과 이미터측 도전 영역 간의 용량과, 이미터측 도전 영역과 제1 반도체 영역 간의 용량의 정전 결합에 의해서 결정된다. 이미터측 도전 영역과 제1 반도체 영역 사이의 절연막의 두께(도 1 참조, 도 1의 D1)가 콜렉터측 도전 영역과 이미터측 도전 영역 사이의 절연막의 두께(도 1 참조, 도 1에 있어서 2D2+2D3)보다 매우 작은 경우에는, 이미터측 도전 영역의 전위는 그라운드 전위에 가까워진다. Here, the potential difference between the emitter side conductive region and the first semiconductor region is determined by the electrostatic coupling of the capacitance between the collector side conductive region and the emitter side conductive region and the capacitance between the emitter side conductive region and the first semiconductor region. The thickness of the insulating film between the emitter side conductive region and the first semiconductor region (see FIG. 1, D1 in FIG. 1) is the thickness of the insulating film between the collector side conductive region and the emitter side conductive region (see FIG. 1, 2D2 + in FIG. 1). In the case of much smaller than 2D3), the potential of the emitter side conductive region is close to the ground potential.
또한, 상기 청구항 12 및 13의 발명에 의하면, 하나의 제1 반도체 영역으로 이루어지는 드리프트 영역에 대하여 복수의 채널이 설치되기 때문에, 높은 전류 능력을 얻을 수 있다. Further, according to the inventions of Claims 12 and 13, since a plurality of channels are provided in the drift region composed of one first semiconductor region, high current capability can be obtained.
또한, 상기 청구항 14의 발명에 의하면, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치되는 반도체층을 이온 주입과 열확산에 의해 형성하는 것에 의해, 그 반도체층이 금속 오염에 대한 게터층이 되기 때문에, 금속 오염에 대한 게터링 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 게이트 절연막의 신뢰성이 향상된다. Further, according to the invention of
또한, 상기 청구항 1∼20의 발명에 의하면, 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 반도체층이, 그 위의 제1 반도체 영역과의 계면 및 그 아래의 절연층과의 계면의 각각에 있어서의 결함의 영향을 억제하고, 지지 기판으로부터의 공핍화 효과를 억제한다. 따라서 제1 반도체 영역이 벌크층이도록 기능한다. In addition, according to the invention of
또한, 이 절연층 상의 반도체층의 도펀트 농도가 높기 때문에, 캐리어의 수명이 짧다. 이 때문에 트렌치 매립 절연막의 바닥과 절연층 상의 반도체층 사이의 거리에 따라서, 콜렉터로부터 주입된 캐리어의 수명이 컨트롤되어, 소자의 역회복 시간과 온 저항과의 밸런스가 유지된다.Moreover, since the dopant concentration of the semiconductor layer on this insulating layer is high, the carrier lifetime is short. For this reason, the life of the carrier injected from the collector is controlled according to the distance between the bottom of the trench filling insulating film and the semiconductor layer on the insulating layer, thereby maintaining a balance between the reverse recovery time of the element and the on resistance.
(발명의 효과) (Effects of the Invention)
본 발명에 의하면, 종래의 SOI 기판을 이용한 횡형 반도체 장치와 동등 이상의 내압과 전류 구동 능력을 가지며, 래치업 내량이 높고, 또한 단위면적당의 온 저항이 낮은 IGBT를 얻을 수 있다고 하는 효과를 나타낸다. 또한 SOI 기판을 이용함으로써, 용이하게 CM0S 디바이스와 집적할 수 있다고 하는 효과를 나타낸다. According to the present invention, an IGBT having the same breakdown voltage and current drive capability as that of a horizontal semiconductor device using a conventional SOI substrate, high latch-up resistance, and low on-resistance per unit area can be obtained. In addition, the use of the SOI substrate brings about the effect of being easily integrated with the CM0S device.
도 1은 실시형태 1의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 1 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the first embodiment.
도 2는 실시형태 1의 IGBT의 제조에 사용되는 SOI 웨이퍼의 디바이스 웨이퍼의 제조 도중에 있어서, 드리프트 영역이 되는 반도체 웨이퍼의 표면에 스크린 산화막이 형성되고, 비소 이온이 주입되어 있는 상태를 도시하는 단면도이다. FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which a screen oxide film is formed on the surface of a semiconductor wafer serving as a drift region and arsenic ions are implanted during the manufacture of a device wafer of an SOI wafer used for manufacturing the IGBT of
도 3은 도 2에 도시하는 상태에 계속해서, 반도체 웨이퍼의 표면에 비소 이온의 주입에 의한 소수 캐리어 상쇄층이 형성된 상태를 도시하는 단면도이다. 3 is a cross-sectional view showing a state in which a minority carrier cancellation layer is formed by implanting arsenic ions on the surface of a semiconductor wafer subsequent to the state shown in FIG. 2.
도 4는 도 3에 도시하는 상태에 계속해서, 스크린 산화막을 제거하고, 드리프트 영역과 소수 캐리어 상쇄층으로 이루어지는 디바이스 웨이퍼의 형성을 완료한 상태를 도시하는 단면도이다. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the screen oxide film is removed and the formation of a device wafer composed of a drift region and a minority carrier cancellation layer is completed following the state shown in FIG. 3.
도 5는 실시형태 1의 IGBT의 제조에 사용되는 SOI 웨이퍼의 핸들 웨이퍼의 제조 도중에 있어서, 핸들 웨이퍼의 지지 기판이 준비된 상태를 도시하는 단면도이다. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which a support substrate for a handle wafer is prepared during manufacture of a handle wafer of an SOI wafer used for manufacturing an IGBT of
도 6은 도 5에 도시하는 상태에 계속해서, 핸들 웨이퍼의 지지 기판 표면에 절연층을 형성하여 핸들 웨이퍼의 형성을 완료한 상태를 도시하는 단면도이다. 6 is a cross-sectional view showing a state in which an insulating layer is formed on the support substrate surface of the handle wafer and the formation of the handle wafer is completed following the state shown in FIG. 5.
도 7은 도 4 및 도 6에 도시하는 상태에 계속해서, 디바이스 웨이퍼와 핸들 웨이퍼를 일체화하여 SOI 웨이퍼로 한 상태를 도시하는 단면도이다. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the device wafer and the handle wafer are integrated into an SOI wafer following the states shown in FIGS. 4 and 6.
도 8은 도 7에 도시하는 상태에 계속해서, 일체화된 SOI 웨이퍼의 드리프트 영역을 소정의 두께까지 연마하여, 실시형태 1의 IGBT의 제조에 사용되는 SOI 웨이퍼의 형성을 완료한 상태를 도시하는 단면도이다. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the drift region of the integrated SOI wafer is polished to a predetermined thickness following the state shown in FIG. 7 to complete formation of the SOI wafer used in the manufacture of the IGBT of
도 9는 실시형태 1의 IGBT의 오프 내압인 브레이크 다운 전압과 드리프트 영역의 도핑 농도와의 관계의 일례를 도시하는 특성도이다. 9 is a characteristic diagram showing an example of a relationship between the breakdown voltage which is the off breakdown voltage of the IGBT of the first embodiment, and the doping concentration in the drift region.
도 10은 실시형태 1의 IGBT의 브레이크 다운시의 정전 포텐셜 분포의 일례를 도시하는 전위 분포도이다. FIG. 10 is a potential distribution diagram showing an example of the electrostatic potential distribution at the time of breakdown of the IGBT of the first embodiment. FIG.
도 11은 도 1에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 1.
도 12는 실시형태 2의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 12 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the second embodiment.
도 13은 도 12에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 12.
도 14는 실시형태 3의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of Embodiment 3. FIG.
도 15는 도 14에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 15 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 14.
도 16은 실시형태 4의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of the fourth embodiment.
도 17은 도 16에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 17 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 16.
도 18은 실시형태 5의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 18 is a sectional view showing a configuration of an IGBT according to the fifth embodiment.
도 19는 도 18에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 19 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 18.
도 20은 실시형태 6의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 20 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the sixth embodiment;
도 21은 도 20에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 21 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverted in polarity of the configuration shown in FIG. 20.
도 22는 실시형태 7의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 22 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of
도 23은 도 22에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 23 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 22.
도 24는 실시형태 8의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 24 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of
도 25는 도 24에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 25 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverted in polarity of the configuration shown in FIG. 24.
도 26은 실시형태 9의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 26 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of
도 27은 도 26에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 27 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 26.
도 28은 실시형태 10의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도. FIG. 28 is a sectional view showing a configuration of an IGBT of
도 29는 도 28에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 29 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverted in polarity of the configuration shown in FIG. 28.
도 30은 실시형태 11의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 30 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the eleventh embodiment.
도 31은 도 30에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 31 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 30.
도 32는 실시형태 12의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 32 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the twelfth embodiment;
도 33은 도 32에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 33 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 32.
도 34는 실시형태 13의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 34 is a cross-sectional view showing a configuration of the IGBT of Embodiment 13. FIG.
도 35는 도 34에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 35 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 34.
도 36은 실시형태 14의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 36 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the fourteenth embodiment;
도 37은 도 36에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 37 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverted in polarity of the configuration shown in FIG. 36.
도 38은 실시형태 15의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 38 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the fifteenth embodiment;
도 39는 도 38에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 39 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT in which the polarity of the configuration shown in FIG. 38 is inverted. FIG.
도 40은 실시형태 16의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 40 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the sixteenth embodiment;
도 41은 도 40에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 41 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverted in polarity of the configuration shown in FIG. 40.
도 42는 실시형태 17의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 42 is a sectional view showing a configuration of an IGBT of
도 43은 도 42에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 43 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 42.
도 44는 실시형태 18의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 44 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT of
도 45는 도 44에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 45 is a cross-sectional view illustrating a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration illustrated in FIG. 44.
도 46은 실시형태 19의 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. 46 is a cross sectional view showing a configuration of an IGBT according to the nineteenth embodiment;
도 47은 도 46에 도시하는 구성의 극성을 반전시킨 IGBT의 구성을 도시하는 단면도이다. FIG. 47 is a cross-sectional view showing a configuration of an IGBT inverting the polarity of the configuration shown in FIG. 46.
도 48은 도 46에 도시하는 구성의 IGBT의 주요부를 도시하는 평면 레이아웃도이다. FIG. 48 is a plan layout diagram showing main parts of an IGBT having the configuration shown in FIG. 46.
도 49는 종래의 후막 SOI 기판을 이용하여 제작된 IGBT의 단면 구성을 도시한 도면이다. FIG. 49 shows a cross-sectional structure of an IGBT fabricated using a conventional thick film SOI substrate.
도 50은 종래의 횡형 MOS 트랜지스터의 단면 구성을 도시한 도면이다. 50 is a diagram showing a cross-sectional structure of a conventional horizontal MOS transistor.
부호의 설명Explanation of the sign
1a, 1b: 지지 기판1a, 1b: support substrate
2: 절연층2: insulation layer
3a, 3c: 제1 반도체 영역(드리프트 영역)3a, 3c: first semiconductor region (drift region)
3b, 3d: 제2 반도체 영역(웰 영역)3b, 3d: second semiconductor region (well region)
4a, 4b: 제3 반도체 영역(베이스 영역)4a, 4b: third semiconductor region (base region)
5a, 5c: 저저항 영역5a, 5c: low resistance region
5b, 5d: 고전도도 영역(베이스 콘택트 영역)5b, 5d: High Conductivity Region (Base Contact Region)
6a, 6b: 이미터 영역6a, 6b: emitter area
7: 이미터 전극7: emitter electrode
8a, 8b: 게이트 전극8a, 8b: gate electrode
9a, 9b: 게이트 절연막9a and 9b: gate insulating film
9c: 절연막9c: insulating film
10: 콜렉터 전극10: collector electrode
11a, 11b: 제4 반도체 영역(버퍼 영역)11a and 11b: fourth semiconductor region (buffer region)
12a, 12b: 콜렉터 영역12a, 12b: collector area
13a, 13b: 반도체층(소수 캐리어 상쇄층)13a and 13b: semiconductor layer (small carrier offset layer)
14: 콜렉터측 도전 영역(콜렉터측 필드 플레이트)14: Collector side conductive region (collector side field plate)
15: 이미터측 도전 영역(이미터측 필드 플레이트)15: emitter side conductive region (emitter side field plate)
16a: 상단 트렌치16a: top trench
16b: 하단 트렌치 16b: bottom trench
16c: 트렌치16c: trench
17: 트렌치 매립 절연막17: trench filling insulating film
19: 게이트 트렌치19: gate trench
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)(The best mode for carrying out the invention)
이하에 첨부 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 IGBT의 적합한 실시형태를 상세히 설명한다. 또한 이하의 실시형태의 설명 및 모든 첨부 도면에 있어서, 같은 구성에는 동일한 부호를 붙이고, 중복하는 설명을 생략한다. DESCRIPTION OF THE EMBODIMENTS Preferred embodiments of the IGBT according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In addition, in description of the following embodiment and all the accompanying drawings, the same code | symbol is attached | subjected to the same structure and the overlapping description is abbreviate | omitted.
실시형태 1
도 1은 실시형태 1의 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 1에 도시하는 바와 같이, 실시형태 1에서는 n 채널 IGBT가 SOI 기판을 이용하여 제작되어 있다. SOI 기판은 p 지지 기판(1a) 위에, 산화막 등으로 이루어지는 절연층(2), n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a) 및 n- 드리프트 영역(3a)을, 이 순으로 적층한 구성으로 되어 있다. 1 is a cross-sectional view showing the IGBT of
n- 드리프트 영역(3a)의 저항률은 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)의 저항률보다 높다. 이 때문에 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)은 금속 이온 오염에 대한 게터링 효과를 갖고 있고, 게터층을 겸하고 있다. n- 드리프트 영역(3a)은 제1 반도체 영역에 상당하고, n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)은 지지 기판 상에 절연층을 통해 설치된 반도체층에 상당한다. The resistivity of n − drift region 3a is higher than that of n + minority
n- 드리프트 영역(3a)의 표면층의 일부에는 n 웰 영역(3b)이 설치되어 있다. n 웰 영역(3b)은 n- 드리프트 영역(3a)보다 고농도로 도핑되어 있고, n- 드리프트 영역(3a)보다 낮은 저항률을 갖는다. 이 때문에 후술하는 P 베이스 영역(4a)과의 JFET(접합형 FET) 효과에 의한 n 웰 영역(3b)의 저항의 증대가 억제되어 있다. The
p 베이스 영역(4a)은 n- 드리프트 영역(3a)의 표면층의 일부에, n- 드리프트 영역(3a)과 n 웰 영역(3b)에 접하여 설치되어 있다. n 웰 영역(3b) 및 p 베이스 영역(4a)은 각각 제2 반도체 영역 및 제3 반도체 영역에 상당한다. p base region (4a) is n - the part of the surface layer of the drift region (3a), n - are provided in contact with the drift region (3a) and the n-well region (3b). The
p 베이스 영역(4a)의 일부 및 n 웰 영역(3b)의 표면 상에는, 게이트 전극(8a)이 게이트 절연막(9a)를 통해 설치되어 있다. 게이트 전극(8a)은 예컨대 도전성 폴리실리콘으로 되어 있다. 도면에서는 n 웰 영역(3b)의 표면 상에는 용량의 저감을 도모하기 위해 두꺼운 절연막(9c)이 형성되고, 그 위에 게이트 전극(8a)이 설치되어 있다. p 베이스 영역(4a) 외의 일부에는 p+ 저저항 영역(5a)과, p+ 베이스 콘택트 영역(5b)이 설치되어 있다. p+ 저저항 영역(5a)의 일부에는 n+ 이미터 영 역(6a)이 설치되어 있다. n+ 이미터 영역(6a)은 게이트 전극(8a)의 p 베이스 영역 측단부(도 1에서는 n+ 이미터 영역(6a) 상의 단부)에 정합하도록 설치된다. 게이트 전극(8a)은 n 웰 영역(3b)과 n+ 이미터 영역(6a) 사이의 p 베이스 영역(4a)의 표면 상에 설치되면 좋고, 반드시 n 웰 영역(3b) 위에 설치되지 않아도 좋다. On a part of the
게이트 전압이 임계값 전압을 초과하였을 때에, n+ 이미터 영역(6a)과 n 웰 영역(3b) 사이의 p 베이스 영역(4a)과, 게이트 절연막(9a)과의 계면에 채널이 형성된다. p 베이스 영역(4a)에 있어서, p+ 저저항 영역(5a)은 n+ 이미터 영역(6a)의 하측을 차지하도록 형성되고, P+ 베이스 콘택트 영역(5b)은 n+ 이미터 영역(6a)에 인접하여 설치된다. p+ 베이스 콘택트 영역(5b)은 고전도도 영역에 상당한다. p+ 저저항 영역(5a)은 본 실시형태와 같이 n+ 이미터 영역(6a)의 하측에 임계값 전압에 영향을 미치지 않는 범위에서 차지하도록 형성되는 것이 바람직하지만, n+ 이미터 영역(6a)의 하측 일부에 형성되는 것이어도 상관없다. When the gate voltage exceeds the threshold voltage, a channel is formed at the interface between the
게이트 전극(8a)의 p 베이스 영역 측단부의 외측에는 그 단부에 접하여 산화막이나 질화막으로 이루어지는 게이트 측벽 스페이서 영역(18)이 설치되어 있다. 이 게이트 측벽 스페이서 영역(18)을 이용하여, p+ 저저항 영역(5a)은 채널이 형성되는 영역에 들어가지 않도록 형성되어 있다. 이것에 의해, p+ 저저항 영역(5a)은 채널을 형성하는 게이트 전압의 임계값에 영향을 미치지 않는다. On the outer side of the p base region side end portion of the
또한, n- 드리프트 영역(3a)의 표면층의 일부에는 n 웰 영역(3b) 및 p 베이스 영역(4a)으로부터 떨어져, n 버퍼 영역(11a)이 설치되어 있다. n 버퍼 영역(11a)은 n- 드리프트 영역(3a)보다 고농도로 도핑되어 있고, n- 드리프트 영역(3a)보다 낮은 저항률을 갖는다. In addition, an
n 버퍼 영역(11a)은 제4 반도체 영역에 상당하고, n- 드리프트 영역(3a) 및 n 웰 영역(3b)과 함께, 디바이스의 내압을 유지하는 드리프트 영역이 된다. 이와 같이, 본 디바이스는 n 버퍼 영역(11a)을 갖는 펀치 스루형 IGBT이다. The
n 버퍼 영역(11a)의 일부에는 p+ 콜렉터 영역(12a)이 설치되어 있고, n 버퍼 영역(11a)에 의해 n- 드리프트 영역(3a)으로부터 격리되어 있다. p+ 콜렉터 영역(12a)은 전도도 변조를 위한 캐리어 주입 영역이 된다. n 버퍼 영역(11a)은, p+ 콜렉터 영역(12a)으로부터 주입되는 전도도 변조 캐리어량을 제어하고, 소자 온 저항과 턴 오프 로스와의 트레이드오프로 관계된다. A p + collector region 12a is provided in a portion of the
n 웰 영역(3b) 및 p 베이스 영역(4a)과 n 버퍼 영역(11a) 사이에는, 상단 트렌치(16a)가 SOI 기판 표면으로부터 p 베이스 영역(4a)보다 깊게, n- 드리프트 영역(3a)에 도달하는 위치까지 형성되어 있다. 그리고 상단 트렌치(16a)의 바닥으로부터는 상단 트렌치(16a)보다 폭이 좁은 하단 트렌치(16b)가 더 깊은 위치까지 형 성되어 있다. Between the
이들 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b)는 산화막 등의 트렌치 매립 절연막(17)에 의해 메워져 있다. 트렌치 매립 절연막(17)은 상단 트렌치(16a)의 이미터측 측벽에 있어서, n- 드리프트 영역(3a), p 베이스 영역(4a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)에 접하고 있다. These
트렌치 매립 절연막(17) 내의, 상단 트렌치(16a)의 이미터측 측벽의 근처에는 도전성 폴리실리콘 등으로 이루어지는 이미터측 필드 플레이트(15)가 전기적으로 플로팅 상태로 매립되어 있다. 이미터측 필드 플레이트(15)는 p 베이스 영역(4a)과 n- 드리프트 영역(3a)으로 형성되는 PN 접합면의 상하에 걸쳐 설치하면 좋다. 이미터측 필드 플레이트(15)는 이미터측 도전 영역에 상당한다. The emitter
또한, 트렌치 매립 절연막(17)은 상단 트렌치(16a)의 콜렉터측 측벽에 있어서, n- 드리프트 영역(3a)과 n 버퍼 영역(11a)에 접하고 있다. 트렌치 매립 절연막(17) 내의, 상단 트렌치(16a)의 콜렉터측 측벽의 근처에는 도전성 폴리실리콘 등으로 이루어지는 콜렉터측 필드 플레이트(14)가 설치되어 있다. 콜렉터측 필드 플레이트(14)는 콜렉터측 도전 영역에 상당하고, 내부 배선 또는 외부 배선을 통해 p+ 콜렉터 영역(12a)에 접촉하여 설치된 콜렉터 전극(10)에 전기적으로 접속되어, 콜렉터 전극(10)과 동전위가 된다. The trench buried insulating
콜렉터측 필드 플레이트(14)는 상단 트렌치(16a)와 n- 드리프트 영역(3a) 및 n 버퍼 영역(11a)과의 계면의 공핍화를 방지하여, 디바이스의 고내압화에 공헌하고 있다. 즉 콜렉터측 필드 플레이트(14)가 설치되어 있는 것에 의해, 디바이스의 고내압화가 도모되어 있다. 콜렉터측 필드 플레이트(14)는 n- 드리프트 영역(3a) 및 n 버퍼 영역(11a)과의 계면의 상하에 걸쳐서 설치하면 좋다. The collector-
n+ 이미터 영역(6a)과 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)의 양쪽에 접촉하고, p+ 베이스 콘택트 영역(5b)과 n+ 이미터 영역(6a)을 단락하여 이미터 전극(7)이 설치된다. 도 1에 있어서, 부호 20은 제조시에 게이트 절연막(9a)에 대한 플라즈마 에칭 손상을 저감하기 위해 설치되는 산화막 등의 절연막 커버층을 도시하고, 부호 21은 층간 절연막을 도시한다. In contact with both n + emitter region 6a and p +
이상의 구성에 있어서는, 전도도 변조 캐리어를 우회시키는 바이패스 구조로 되어 있는 게이트 구조가 주어진다. 즉 p+ 콜렉터 영역(12a)으로부터 주입된 캐리어의 일부는 p 베이스 영역(4a)과 n- 드리프트 영역(3a)과의 계면, p 베이스 영역(4a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)을 통해 이미터 전극(7)에 도달한다. In the above configuration, a gate structure having a bypass structure for bypassing the conductivity modulated carrier is given. That is, a part of the carrier injected from the p + collector region 12a passes through the interface between the
p+ 콜렉터 영역(12a)으로부터 주입된 다른 캐리어는 n 웰 영역(3b), p 베이스 영역(4a)과 게이트 절연막(9a)과의 계면의 표면 채널, p+ 저저항 영역(5a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)을 통해, 이미터 전극(7)에 도달한다. 이러한 바이패스 구조에 의해서 디바이스가 래치업이 잘 되지 않게 되어, 래치업 내량이 향상한다. The other carriers injected from the p + collector region 12a are the
다음에, 도 1에 도시하는 구성의 디바이스의 제조 프로세스에 대해서 도 2∼도 8을 참조하면서 설명한다. 우선, 도 2에 도시하는 바와 같이, n- 드리프트 영역(3a)이 되는 n- 반도체로 된 웨이퍼 표면에 스크린 산화막(31)을 형성한다. 그 위로부터 n형 불순물인 As(비소)를 이온 주입하여 열확산을 행하고, 도 3에 도시하는 바와 같이, 웨이퍼 표면에 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)을 형성한다. 그리고 도 4에 도시하는 바와 같이, 스크린 산화막(31)을 제거한다. 여기까지로, 디바이스 웨이퍼가 완성된다. Next, the manufacturing process of the device of the structure shown in FIG. 1 is demonstrated, referring FIGS. First, as shown in FIG. 2, the
한편, 도 5에 도시하는 바와 같이, p 지지 기판(1a)을 준비한다. 그리고 도 6에 도시하는 바와 같이, p 지지 기판(1a)의 표면에 산화막 등의 절연층(2)을 형성하여, 핸들 웨이퍼로 한다. 계속해서, 도 7에 도시하는 바와 같이, 핸들 웨이퍼의 절연층(2) 표면과, 디바이스 웨이퍼의 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)의 표면을 접합시킨다. 그 때, 디바이스 웨이퍼의 표면의 자연 산화막을 통해, 디바이스 웨이퍼와 핸들 웨이퍼가 결합되어, 일체화된다. 그리고 도 8에 도시하는 바와 같이, 일체화된 SOI 웨이퍼의 n- 드리프트 영역(3a)을 소정의 두께까지 연마한다. 여기까지로, SOI 웨이퍼가 완성된다. On the other hand, as shown in FIG. 5, the
이후의 제조 프로세스에 대해서는, 특별히 도시하지 않지만, 계속해서 인 등의 이온 주입에 의해 SOI 웨이퍼의 표면, 즉 n- 드리프트 영역(3a)의 연마된 표면에 n 웰 영역(3b) 및 n 버퍼 영역(11a)이 되는 n 확산층을 형성한다. 계속해서 붕소 등의 이온 주입을 행하고, 열확산을 행하여, p 베이스 영역(4a)을 형성한다. Although not particularly shown in the subsequent manufacturing process, the
계속해서, 트렌치 에칭용 하드 마스크를 형성하고, 트렌치 에칭에 의해 하단 트렌치(16b)를 형성한다. 희생 산화 등에 의해 트렌치 에칭의 손상을 제거한 후, 웨이퍼 전체면에 산화막 등의 절연막을 퇴적한다. Subsequently, a hard mask for trench etching is formed, and the
퇴적한 절연막 표면을 CMP에 의해 평탄화한 후, 트렌치 에칭용의 하드 마스크를 형성하고, 하단 트렌치(16b)의 양측벽의 상부의 에칭을 행함으로써 상단 트렌치(16a)를 형성한다. 희생 산화 등에 의해 트렌치 에칭의 손상을 제거한 후, 상단 트렌치(16a)의 측벽 및 바닥면에 산화막 등의 절연막을 퇴적한다. 다음에, 상단 트렌치(16a)에 도전성 폴리실리콘막을 퇴적한다. After the deposited insulating film surface is planarized by CMP, a hard mask for trench etching is formed, and the
퇴적한 도전성 폴리실리콘막을 에치백한 후, 웨이퍼 전체면에 산화막 등의 절연막을 퇴적하여 CMP에 의해 평탄화한다. 그 후 트렌치(16a) 및 트렌치(16b) 상의 절연막을 남기고, 웨이퍼 표면을 노출시킨다. 노출한 웨이퍼 표면에 질화막을 마스크로서 이용하여, 절연막(9c)이 되는 LOCOS 산화막을 형성한다. After the deposited conductive polysilicon film is etched back, an insulating film such as an oxide film is deposited on the entire surface of the wafer and planarized by CMP. After that, an insulating film on the
다음에, 그 위에 게이트 절연막(9a)이 되는 산화막을 성장시킨다. 그 게이트 절연막(9a) 및 절연막(9c) 위에, 게이트 전극(8a)이 되는 도핑된 폴리실리콘을 300 nm∼400 nm의 두께로 퇴적한다. Next, an oxide film to be the
또한 그 위에 절연막 커버층(20)이 되는 산화막 등을 300 nm∼500 nm의 두께로 퇴적한다. 이 절연막 커버층(20)이 있기 때문에, 본 실시형태에서는 게이트 전극(8a)이 되는 도핑된 폴리실리콘의 두께를 300 nm∼400 nm로 얇게 할 수 있어, LV(저전압) CMOS 디바이스의 게이트 폴리실리콘과의 공통화가 용이하다. Further, an oxide film or the like serving as the insulating
계속해서, RIE(반응성 이온 에칭)에 의해 절연막 커버층(20), 게이트 전극(8a) 및 게이트 절연막(9a)으로 이루어지는 게이트 스택 구조를 형성한다. 그 때, 절연막 커버층(20)이 되는 산화막 등이 설치되어 있는 것에 의해, 게이트 절연막(9a)에 대한 플라즈마 에칭 손상이 저감된다. Subsequently, a gate stack structure made of the insulating
쉐도우(shadow) 산화를 행한 후, 셀프 얼라인먼트(자기 정합 기술)에 의해 비소 등의 이온 주입을 행하여, n+ 이미터 영역(6a)을 형성한다. 계속해서, 게이트 스택 구조의 측면에 게이트 측벽 스페이서 영역(18)을 형성한다. 이 때, 게이트 측벽 스페이서 영역(18)의 두께를 150 nm∼200 nm 정도로 할 필요가 있다. 이것은, 다음의 붕소의 이온 주입 공정에 있어서, 붕소 이온의 측방향으로 튀는 정도(橫飛程)(lateral range)를 오프셋하여, 채널을 형성하는 게이트 전압의 임계값에 영향을 미치는 것을 억제하기 때문이다. After shadow oxidation is performed, ion implantation of arsenic or the like is performed by self-alignment (self-alignment technique) to form n + emitter regions 6a. Subsequently, a gate
그 후, 예컨대 70 keV∼90 keV의 고에너지와, 1×1015 cm-2∼3×1015 cm-2의 도우즈량으로 붕소의 이온 주입을 행하여, n+ 이미터 영역(6a)의 아래에 p+ 저저항 영역(5a)을 형성한다. 그 때, 절연막 커버층(20) 및 게이트 전극(8a)에 의해 채널 영역에의 붕소 이온의 주입이 저지되어, 채널 영역이 보호된다. Thereafter, for example, boron is implanted at a high energy of 70 keV to 90 keV and a dose of 1 × 10 15 cm -2 to 3 × 10 15 cm -2 to form the bottom of the n + emitter region 6a. P +
계속해서, 붕소의 이온 주입에 의해 p+ 베이스 콘택트 영역(5b) 및 p+ 콜렉터 영역(12a)을 형성한다. 계속해서 웨이퍼 전체면에 층간 절연막(21)을 퇴적하고, CMP(화학적 기계 연마)에 의해 상면을 평탄화한다. 그리고, 평탄화한 층간 절연막(21)에 콘택트홀을 개구하고, 메탈을 스퍼터하여, 이미터 전극(7) 및 콜렉터 전극(10)을 형성하고, 프론트 엔드 공정을 완료한다. Subsequently, p +
그런데, 전술한 SOI 웨이퍼의 제작에 관해서, 이하와 같은 보고가 있다. By the way, regarding the manufacture of the above-mentioned SOI wafer, the following report is reported.
우선, OSF(산화 도입 적층 결함)과 BMD(벌크 미세 결함)의 발생의 억제에 관한 보고이다. 초크랄스키법에 의한 웨이퍼 인출 과정에 있어서 형성되는 원자 구멍(air hole)과 격자간 원자의 밸런스는, 예컨대 붕소를 고 도우즈량으로 이온 주입하는 것에 의해 무너진다. 이 때문에 이온 주입 후의 최초의 어닐링 처리를 900℃ 이하의 온도로 행하면, OSF와 BMD가 많이 발생해 버린다. First, it is a report about suppression of generation of OSF (oxidation introduction lamination defect) and BMD (bulk fine defect). The balance between the air holes and the lattice atoms formed in the wafer withdrawal process by the Czochralski method is broken by, for example, ion implantation of boron at a high dose amount. For this reason, when the first annealing treatment after ion implantation is performed at a temperature of 900 ° C. or lower, many OSFs and BMDs are generated.
그 대책으로서, 김정민(Jeong-Min Kim) 등은, 「비헤이버 오브 서멀리 인듀스드 디펙츠 인 헤빌리 보론-도프트 실리콘 크리스탈스(Behavior of Thermally Induced Defects in Heavily Boron-Doped Silicon Crystals)」(재패니스 저널 오브 어플라이드 피직스(Japanese Journal of Applied Physics), 2001년 3월, 제40권, 제1부, 제3A호, p. 1370-1374) 중에서, 최초의 어닐링 처리를 고온(1050℃)에서 행하면, OSF와 BMD의 발생을 억제할 수 있다고 보고하고 있다. As a countermeasure, Jeong-Min Kim et al., `` Behavior of Thermally Induced Defects in Heavily Boron-Doped Silicon Crystals '' ( In the Japanese Journal of Applied Physics, March 2001, Volume 40,
또한, 웨이퍼끼리의 결합에 관해서는, 하기가 보고되어 있다. In addition, the following has been reported regarding the bonding of wafers.
접합 SOI 웨이퍼를 제작할 때, 접합시키는 웨이퍼의 표면은 웨이퍼끼리의 결합에 필요한 미러 품질의 표면이 된다. 실리콘 웨이퍼끼리의 결합의 메카니즘으로서는, 웨이퍼끼리가 서로의 표면의 「Si-OH-」에 흡착되는 H2O를 통해, 일체가 되는 것이 알려져 있다. When fabricating a bonded SOI wafer, the surface of the bonded wafer becomes a mirror quality surface necessary for bonding the wafers together. As a mechanism for bonding silicon wafers together, it is known that wafers are integrated through H 2 O adsorbed to “Si—OH—” on the surfaces of each other.
이것에 관해서는, R. Stengl 등은, 「어 모델 포 더 실리콘 웨이퍼 본딩 프로세스(A Model for the Silicon Wafer Bonding Process)」(재패니스 저널 오브 어플라이드 피직스(Japanese Journal of Applied Physics), 1989년 10월, 제28권, 제10호, p. 1735-1741) 중에서, 200℃ 이상으로 가열되면, 물분자는 테트라머 클러스터(tetramer cluster)가 되고, 700℃ 이상으로 가열되면 물 클러스터가 증발하여, 「Si-0-Si」를 통해 웨이퍼끼리가 결합된다고 보고하고 있다. 또한 1100℃로 가열되면, SOI 웨이퍼의 절연층(매립 산화막층)이 리플로우하여, 웨이퍼끼리의 결합 강도가 한층 더 높아진다고 보고하고 있다. In this regard, R. Stengl et al., `` A Model for the Silicon Wafer Bonding Process '' (Japanese Journal of Applied Physics, October 1989) , Vol. 28, No. 10, p. 1735-1741), when heated to 200 ° C. or higher, the water molecules become tetramer clusters, and when heated to 700 ° C. or higher, the water clusters evaporate. Si-0-Si ”is reported to bond wafers together. Moreover, when heated to 1100 degreeC, it is reported that the insulating layer (embedded oxide film layer) of an SOI wafer reflows, and the bond strength of wafers becomes further higher.
또한 웨이퍼끼리의 결합은 그 결합 전의 미러 품질의 웨이퍼 표면에 수산기(「-OH」)가 있으면 가능하다. 히로아키·히미(Hiroaki Himi) 등은, 「실리콘 웨이퍼 다이렉트 본딩 위드아웃 하이드로필릭 네이티브 옥사이즈(Silicon Wafer Direct Bonding without Hydrophilic Native Oxides)」(재패니스 저널 오브 어플라이드 피직스(Japanese Journal of Applied Physics), 1994년 1월, 제33권, 제1부, 제1A호, p. 6-10) 중에서, 디바이스 웨이퍼를 고농도 불산으로 처리한 직후에 탈이온화수에 침지하여, 디바이스 웨이퍼의 표면에 부착되어 있는 면밀도가 높은 「-F」를 「-OH」로 치환한 후, 디바이스 웨이퍼를, 절연층이 형성된 핸들 웨이퍼와 결합시키는 방법에 대해서 보고하고 있다. In addition, bonding of wafers can be carried out if there is a hydroxyl group ("-OH") on the wafer surface of mirror quality before the bonding. Hiroaki Himi et al., `` Silicon Wafer Direct Bonding without Hydrophilic Native Oxides '' (Japanese Journal of Applied Physics, 1994 In January, Vol. 33, No. 1, No. 1A, p. 6-10), the surface density adhered to the surface of the device wafer by immersion in deionized water immediately after treating the device wafer with high concentration hydrofluoric acid After replacing high "-F" with "-OH", the method of joining a device wafer with the handle wafer in which the insulating layer was formed is reported.
본 실시형태에서는, SOI 웨이퍼를 제작하는 데 있어서, 전술한 3개의 보고를 적용할 수 있다. In the present embodiment, the three reports described above can be applied to fabricating an SOI wafer.
전술한 실시형태 1의 구성에 의하면, 200 V 클래스의 내압을 확보하는 경우, 도 1에 도시하는 구성의 디바이스 피치를 12 μm 이하로 하고, n- 드리프트 영역(3a)의 두께를 20 μm 이하로 억제할 수 있기 때문에, 도 1에 도시하는 구성의 디바이스 피치는 도 49에 도시하는 종래의 디바이스의 셀 피치(25 μm)의 절반 이하가 된다. 또한 도 1에 도시하는 구성의 단위셀 디바이스의 전류 구동 능력은 디바이스 구조와 제조 프로세스의 최적화에 의해, 종래의 횡형 디바이스의 전류 구동 능력과 같은 정도가 된다. 따라서, 도 1에 도시하는 구성의 디바이스는 단위면적당의 온 저항이, 종래의 디바이스의 온 저항(500 mΩ·mm2)의 절반인 250 mΩ·mm2 정도가 된다. According to the structure of
일례로서, 도 1에 도시하는 구성에 있어서, D1을 0. 5 μm로 하고, D2를 0. 6 μm로 하며, 2D3을 1. 8 μm로 하고, n- 드리프트 영역(3a)의 두께를 12 μm 또는 16 μm로 했을 때의, 디바이스의 오프 내압(브레이크 다운 전압)과 n- 드리프트 영역(3a)의 도핑 농도와의 관계를 도 9에 도시한다. 또한 도 1에 도시하는 구성에 있어서, D1을 0. 5 μm로 하고, D2를 0. 6 μm로 하며, 2D3을 1. 8 μm로 하고, n- 드리프트 영역(3a)의 두께를 16 μm로 하며, n- 드리프트 영역(3a)의 도핑 농도를 3×1014 cm-3로 했을 때의, 브레이크 다운 시의 정전 포텐셜 분포를 도 10에 도시한다. 도 10에 있어서, X는 디바이스의 가로 방향의 치수, Y는 디바이스의 세로 방향의 치수를 나타내고 있다. As an example, in the configuration shown in Fig. 1, D1 is 0.5 µm, D2 is 0.6 µm, 2D3 is 1.8 µm, and the thickness of n - drift region 3a is 12. 9 shows the relationship between the off breakdown voltage (breakdown voltage) of the device and the doping concentration of the n − drift region 3a when the µm or 16 µm is set. In addition, in the structure shown in FIG. 1, D1 is 0.5 micrometer, D2 is 0.6 micrometer, 2D3 is 1.8 micrometer, and the thickness of n - drift area |
도 11은 도 1에 도시하는 구성의 n 채널 IGBT의 극성을 반전시킨 p 채널 IGBT이다. 이 p 채널 IGBT에 대해서는 전술한 실시형태 1의 설명에 있어서, p 지지 기판(1a), n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a), n- 드리프트 영역(3a), n 웰 영역(3b) 및 p 베이스 영역(4a)을, 각각 n 지지 기판(1b), p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b), p- 드리프트 영역(3c), p 웰 영역(3d) 및 n 베이스 영역(4b)으로 대체하는 것으로 한다. FIG. 11 is a p-channel IGBT inverting the polarity of the n-channel IGBT having the configuration shown in FIG. 1. As for the p-channel IGBT, in the description of
또한 p+ 저저항 영역(5a), p+ 베이스 콘택트 영역(5b), n+ 이미터 영역(6a), n 버퍼 영역(11a) 및 p+ 콜렉터 영역(12a)을, 각각 n+ 저저항 영역(5c), n+ 베이스 콘택트 영역(5d), p+ 이미터 영역(6b), p 버퍼 영역(11b) 및 n+ 콜렉터 영역(12b)으로 대체하는 것으로 한다. 또한 제조 프로세스의 주입 이온 종에 관해서는 n형 불순물과 p형 불순물을 교체하는 것으로 한다. In addition, p +
실시형태 2
도 12 및 도 13은 각각 실시형태 2의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 12 및 도 13에 도시하는 바와 같이, 실시형태 2의 IGBT는 실시형태 1의 IGBT에 있어서, 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 2개)의 채널을 가지며, 높은 전류 능력을 갖는 구성으로 한 것이다. 12 and 13 are cross-sectional views showing the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
구체적으로는, 도 12에 도시하는 n 채널 IGBT의 경우, 트렌치 매립 절연막(17)의 이미터측에, n 웰 영역(3b)을 사이에 두고 복수, 예컨대 2개의 p 베이스 영역(4a)이 설치되어 있다. 각 p 베이스 영역(4a) 내에는 p+ 저저항 영역(5a), p+ 베이스 콘택트 영역(5b) 및 n+ 이미터 영역(6a)이 설치되어 있다. 그리고 각 n+ 이미터 영역(6a)과 n 웰 영역(3b) 사이의 p 베이스 영역(4a)의 위에는, 게이트 절연막(9a) 및 게이트 전극(8a)으로 이루어지는 플레이너 게이트 구조가 설치되어 있고, 각 p 베이스 영역(4a)과 그것에 대한 게이트 절연막(9a)과의 계면에 채널이 형성된다. Specifically, in the n-channel IGBT shown in FIG. 12, a plurality of, for example, two p-
또한, 인접하는 n+ 이미터 영역(6a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)은 이미터 전극(7)에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. In addition, adjacent n + emitter regions 6a and p +
도 13에 도시하는 p 채널 IGBT의 경우에는, 실시형태 1과 마찬가지로 극성을 대체하는 것으로 한다. In the case of the p-channel IGBT shown in FIG. 13, the polarity is replaced in the same manner as in the first embodiment.
실시 형태 3Embodiment 3
도 14 및 도 15는 각각 실시형태 3의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 14 및 도 15에 도시하는 바와 같이, 실시형태 3의 각 IGBT는 실시형태 1의 각 IGBT에 있어서, 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b) 대신에, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하고, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 14 and 15 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of Embodiment 3, respectively. As shown in FIGS. 14 and 15, each of the IGBTs of Embodiment 3, in each of the IGBTs of
실시형태 4
도 16 및 도 17은 각각 실시형태 4의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 16 및 도 17에 도시하는 바와 같이, 실시형태 4의 각 IGBT는 실시형태 2와 실시형태 3의 대응하는 극성의 IGBT를 각각 조합한 것이다. 즉 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 2개)의 채널을 갖고, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하며, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 2의 IGBT의 구성 및 실시형태 3의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 16 and 17 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
실시형태 5Embodiment 5
도 18 및 도 19는 각각 실시형태 5의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 18 및 도 19에 도시하는 바와 같이, 실시형태 5의 각 IGBT는 실시형태 1의 각 IGBT의 플레이너 게이트 구조 대신에, 트렌치 게이트 구조를 갖는 것으로, 래치업이 잘 되지 않는다고 하는 이점을 갖는다. 18 and 19 are sectional views showing the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of Embodiment 5, respectively. As shown in FIG. 18 and FIG. 19, each IGBT of Embodiment 5 has a trench gate structure instead of the planar gate structure of each IGBT of
구체적으로는, 도 18에 도시하는 n 채널 IGBT의 경우, 웨이퍼 표면으로부터 p 베이스 영역(4a)를 관통하여 n- 드리프트 영역(3a)에 도달하는 게이트 트렌치(19)가 트렌치 매립 절연막(17)으로부터 떨어지고, p 베이스 영역(4a)에 접하여 형성되어 있다. 게이트 트렌치(19)의 내측에는 게이트 절연막(9b)을 통해 게이트 전극(8b)이 매립되어 있다. p 베이스 영역(4a)의 일부에는 n+ 이미터 영역(6a)이 게이트 트렌치(19)에 접하여 설치되어 있다. Specifically, in the case of the n-channel IGBT shown in FIG. 18, the
또한, p 베이스 영역(4a)의 일부에는 p+ 저저항 영역(5a)이 n+ 이미터 영역(6a)에 인접하여 설치되어 있다. n+ 이미터 영역(6a)과 p+ 저저항 영역(5a)의 양쪽에 접촉하여, 이미터 전극(7)이 p+ 저저항 영역(5a)과 n+ 이미터 영역(6a)을 단락하고 있다. 또한 실시형태 5의 IGBT에는 p 베이스 영역(4a)에 접하는 n 웰 영역(3b)은 설치되어 있지 않다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. Further, p +
도 19에 도시하는 p 채널 IGBT의 경우에는, 실시형태 1과 마찬가지로 극성의 대체를 행하는 것으로 한다. In the case of the p-channel IGBT shown in FIG. 19, the polarity is replaced in the same manner as in the first embodiment.
실시형태 6
도 20 및 도 21은 각각 실시형태 6의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 20 및 도 21에 도시하는 바와 같이, 실시형태 6의 IGBT는 실시형태 5의 IGBT에 있어서, 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 3개)의 채널을 가져, 높은 전류 능력을 갖는 구성으로 한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 5의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 20 and 21 are cross-sectional views showing the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
실시형태 7
도 22 및 도 23은 각각 실시형태 7의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 22 및 도 23에 도시하는 바와 같이, 실시형태 7의 각 IGBT는 실시형태 5의 각 IGBT에 있어서, 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b) 대신에, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하 고, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 5의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 22 and 23 are cross-sectional views illustrating n-channel IGBTs and p-channel IGBTs according to the seventh embodiment, respectively. As shown in FIGS. 22 and 23, each of the IGBTs of the seventh embodiment, in each of the IGBTs of the fifth embodiment, instead of the
실시형태 8
도 24 및 도 25는, 각각 실시형태 8의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 24 및 도 25에 도시하는 바와 같이, 실시형태 8의 각 IGBT는 실시형태 6과 실시형태 7의 대응하는 극성의 IGBT를 각각 조합한 것이다. 즉 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 3개)의 채널을 갖고, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하며, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 6의 IGBT의 구성 및 실시형태 7의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 24 and 25 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of the eighth embodiment, respectively. As shown in FIG. 24 and FIG. 25, each IGBT of
실시형태 9
도 26 및 도 27은 각각 실시형태 9의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 26 및 도 27에 도시하는 바와 같이, 실시형태 9의 각 IGBT는 실시형태 1의 각 IGBT에 있어서, 콜렉터측 필드 플레이트(14)를 설치하고 있지 않은 것이다. 그리고 n 채널 IGBT에서는 상단 트렌치(16a)와 n 버퍼 영역(11a)을 분리하여, 상단 트렌치(16a)와 n 버퍼 영역(11a) 사이에 n- 드리프트 영역(3a)을 끼우는 것에 의해, n 버퍼 영역(11a)과 n- 드리프트 영역(3a)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. 26 and 27 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
마찬가지로, p 채널 IGBT에서는 상단 트렌치(16a)와 p 버퍼 영역(11b)을 분리하여, 그 사이에 p- 드리프트 영역(3c)을 끼우는 것에 의해, p 버퍼 영역(11b)과 p- 드리프트 영역(3c)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. 따라서 실시형태 9의 각 IGBT의 디바이스 피치는 실시형태 1의 각 IGBT의 디바이스 피치보다 다소 길지만, 도 49에 도시하는 종래의 디바이스의 셀 피치보다는 짧다. Similarly, in the p-channel IGBT, the
또한, 실시형태 9의 각 IGBT의 단위 셀 디바이스의 전류 구동 능력은 디바이스 구조와 제조 프로세스의 최적화에 의해, 종래의 횡형 디바이스의 전류 구동 능력과 같은 정도가 되기 때문에, 실시형태 9의 각 IGBT의 단위면적당의 온 저항은 종래의 디바이스의 온 저항보다 작아지고, 또한 단락 내량도 향상한다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. In addition, since the current driving capability of the unit cell device of each IGBT of
실시형태 10
도 28 및 도 29는 각각 실시형태 10의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 28 및 도 29에 도시하는 바와 같이, 실시형태 10의 IGBT는 실시형태 9의 IGBT에 있어서, 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 2개)의 채널을 가져, 높은 전류 능력을 갖는 구성으로 한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 9의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 28 and 29 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of the tenth embodiment, respectively. As shown in FIG. 28 and FIG. 29, the IGBT of the tenth embodiment has a plurality of channels (two in the illustrated example) for each of the
실시형태 11
도 30 및 도 31은 각각 실시형태 11의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하 는 단면도이다. 도 30 및 도 31에 도시하는 바와 같이, 실시형태 11의 각 IGBT는 실시형태 9의 각 IGBT에 있어서, 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b) 대신에, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하고, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 9의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 30 and 31 are cross sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
실시형태 12Embodiment 12
도 32 및 도 33은 각각 실시형태 12의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 32 및 도 33에 도시하는 바와 같이, 실시형태 12의 각 IGBT는 실시형태 10과 실시형태 11의 대응하는 극성의 IGBT를 각각 조합한 것이다. 즉 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 2개)의 채널을 갖고, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하며, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 10의 IGBT의 구성 및 실시형태 11의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 32 and 33 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of the twelfth embodiment, respectively. 32 and 33, each IGBT of the twelfth embodiment is a combination of the IGBTs of the corresponding polarities of the tenth and eleventh embodiments, respectively. That is, each of the
실시형태 13Embodiment 13
도 34 및 도 35는 각각 실시형태 13의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 34 및 도 35에 도시하는 바와 같이, 실시형태 13의 각 IGBT는 실시형태 5의 각 IGBT에 있어서, 콜렉터측 필드 플레이트(14)를 설치하고 있지 않은 것이다. 그리고 n 채널 IGBT에서는, 상단 트렌치(16a)와 n 버퍼 영역(11a)을 분 리하여, 상단 트렌치(16a)와 n 버퍼 영역(11a) 사이에 n- 드리프트 영역(3a)을 끼우는 것에 의해, n 버퍼 영역(11a)과 n- 드리프트 영역(3a)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. 34 and 35 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of Embodiment 13, respectively. As shown in FIG. 34 and FIG. 35, each IGBT of Embodiment 13 does not provide the collector
마찬가지로, p 채널 IGBT에서는 상단 트렌치(16a)와 p 버퍼 영역(11b)을 분리하여, 그 사이에 p-드리프트 영역(3c)을 끼우는 것에 의해, p 버퍼 영역(11b)과 p- 드리프트 영역(3c)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. 따라서 실시형태 13의 각 IGBT의 디바이스 피치는 실시형태 5의 각 IGBT의 디바이스 피치보다 다소 길지만, 도 49에 도시하는 종래의 디바이스의 셀 피치보다 짧다. Similarly, in the p-channel IGBT, the
또한, 실시형태 13의 각 IGBT의 단위 셀 디바이스의 전류 구동 능력은 디바이스 구조와 제조 프로세스의 최적화에 의해, 종래의 횡형 디바이스의 전류 구동 능력과 같은 정도로 되기 때문에, 실시형태 13의 각 IGBT의 단위면적당의 온 저항은 종래의 디바이스의 온 저항보다 작아진다. 그 외의 구성은 실시형태 5의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. Further, since the current driving capability of the unit cell device of each IGBT of the thirteenth embodiment is about the same as the current driving capability of the conventional horizontal device by optimization of the device structure and the manufacturing process, the unit area per each IGBT of the thirteenth embodiment The on resistance of becomes smaller than the on resistance of the conventional device. Since the other structure is the same as that of the IGBT of Embodiment 5, description is abbreviate | omitted.
실시형태 14
도 36 및 도 37은 각각 실시형태 14의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 36 및 도 37에 도시하는 바와 같이, 실시형태 14의 IGBT는 실시형태 13의 IGBT에 있어서, 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도 시예에서는 3개)의 채널을 가져, 높은 전류 능력을 갖는 구성으로 한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 13의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 36 and 37 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
실시형태 15
도 38 및 도 39는 각각 실시형태 15의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 38 및 도 39에 도시하는 바와 같이, 실시형태 15의 각 IGBT는 실시형태 13의 각 IGBT에 있어서, 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b) 대신에, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하고, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 13의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 38 and 39 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of the fifteenth embodiment, respectively. 38 and 39, each of the IGBTs of the fifteenth embodiment, in each of the IGBTs of the thirteenth embodiment, instead of the
실시형태 16
도 40 및 도 41은 각각 실시형태 16의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 40 및 도 41에 도시하는 바와 같이, 실시형태 16의 각 IGBT는 실시형태 14와 실시형태 15의 대응하는 극성의 IGBT를 각각 조합한 것이다. 즉 단일의 드리프트 영역(3a, 3c)의 각각에 대하여 복수(도시예에서는 3개)의 채널을 갖고, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하며, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 14의 IGBT의 구성 및 실시형태 15의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 40 and 41 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of the sixteenth embodiment, respectively. As shown in FIG. 40 and FIG. 41, each IGBT of
실시형태 17
도 42 및 도 43은 각각 실시형태 17의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하 는 단면도이다. 도 42 및 도 43에 도시하는 바와 같이, 실시형태 17의 n 채널 IGBT는 실시형태 1의 n 채널 IGBT에 있어서, 트렌치 매립 절연막(17)이 n- 드리프트 영역(3a), n 웰 영역(3b) 및 n 버퍼 영역(11a)에만 접촉하도록 한 것이다. 즉 트렌치 매립 절연막(17)은 p 베이스 영역(4a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)에 접촉하지 않는다. 42 and 43 are cross-sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
이 때문에, 실시형태 17에서는 이미터측 필드 플레이트(15)는 필요하지 않다. p+ 콜렉터 영역(12a)으로부터 주입된 캐리어는 n 웰 영역(3b), p 베이스 영역(4a)과 게이트 절연막(9a)과의 계면의 표면 채널, p+ 저저항 영역(5a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)을 통해 이미터 전극(7)에 도달한다. For this reason, in the seventeenth embodiment, the emitter
마찬가지로, p 채널 IGBT에서는 트렌치 매립 절연막(17)은 p- 드리프트 영역(3c), p 웰 영역(3d) 및 p 버퍼 영역(11b)에만 접촉하고 있고, n 베이스 영역(4b) 및 n+ 베이스 콘택트 영역(5d)에는 접촉하지 않는다. 따라서 이미터측 필드 플레이트(15)는 설치되어 있지 않다. n+ 콜렉터 영역(12b)으로부터 주입된 캐리어는 p 웰 영역(3d), n 베이스 영역(4b)과 게이트 절연막(9a)과의 계면의 표면 채널, n+ 저저항 영역(5c) 및 n+ 베이스 콘택트 영역(5d)을 통해 이미터 전극(7)에 도달한다. Similarly, in the p-channel IGBT, the trench buried insulating
실시형태 17의 각 IGBT의 디바이스 피치는 도 49에 도시하는 종래의 디바이 스의 셀 피치보다 짧다. 또한 실시형태 17의 각 IGBT의 단위 셀 디바이스의 전류 구동 능력은 디바이스 구조와 제조 프로세스의 최적화에 의해, 종래의 횡형 디바이스의 전류 구동 능력과 같은 정도가 되기 때문에, 실시형태 17의 각 IGBT의 단위면적당의 온 저항은 종래의 디바이스의 온 저항보다 작아진다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에 설명을 생략한다. The device pitch of each IGBT of
실시형태 18
도 44 및 도 45는 각각 실시형태 18의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 44 및 도 45에 도시하는 바와 같이, 실시형태 18의 각 IGBT는 실시형태 17의 각 IGBT에 있어서, 상단 트렌치(16a) 및 하단 트렌치(16b) 대신에, 웨이퍼 표면으로부터 트렌치 바닥에 이를 때까지 일정한 폭의 트렌치(16c)를 설치하고, 그 안에 트렌치 매립 절연막(17)을 매립한 것이다. 그 외의 구성은 실시형태 17의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. 44 and 45 are sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
실시형태 19
도 46 및 도 47은 각각 실시형태 19의 n 채널 IGBT 및 p 채널 IGBT를 도시하는 단면도이다. 도 46 및 도 47에 도시하는 바와 같이, 실시형태 19의 n 채널 IGBT는 실시형태 1의 n 채널 IGBT에 있어서, 트렌치 매립 절연막(17)이 n- 드리프트 영역(3a) 및 n 웰 영역(3b)에만 접촉하고 있고, p 베이스 영역(4a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)에는 접촉하지 않는다. 이 때문에 이미터측 필드 플레이트(15)는 필요하지 않다. 46 and 47 are sectional views illustrating the n-channel IGBT and the p-channel IGBT of
또한, 콜렉터측 필드 플레이트(14)를 설치하지 않고, 트렌치(16c)와 n 버퍼 영역(11a)을 분리하여, 그 사이에 n- 드리프트 영역(3a)을 끼우는 것에 의해, n- 버퍼 영역(11a)과 n- 드리프트 영역(3a)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. p+ 콜렉터 영역(12a)으로부터 주입된 캐리어는 n 웰 영역(3b), p 베이스 영역(4a)과 게이트 절연막(9a)과의 계면의 표면 채널, p+ 저저항 영역(5a) 및 p+ 베이스 콘택트 영역(5b)을 통해 이미터 전극(7)에 도달한다. Further, the
마찬가지로, p 채널 IGBT에서는, 트렌치 매립 절연막(17)은 p- 드리프트 영역(3c) 및 p 웰 영역(3d)에만 접촉하고 있고, n 베이스 영역(4b) 및 n+ 베이스 콘택트 영역(5d)에는 접촉하지 않는다. 따라서 이미터측 필드 플레이트(15)는 설치되어 있지 않다. Similarly, in the p-channel IGBT, the trench filling insulating
또한, 콜렉터측 필드 플레이트(14)를 설치하지 않고, 트렌치(16c)와 p 버퍼 영역(11b)을 분리하여, 그 사이에 p- 드리프트 영역(3c)을 끼우는 것에 의해, p 버퍼 영역(11b)과 p- 드리프트 영역(3c)과의 계면의 공핍화에 의한 디바이스의 내압에의 영향을 억제하고 있다. n+ 콜렉터 영역(12b)으로부터 주입된 캐리어는 p 웰 영역(3d), n 베이스 영역(4b)과 게이트 절연막(9a)과의 계면의 표면 채널, n+ 저저항 영역(5c) 및 n+ 베이스 콘택트 영역(5d)을 통해 이미터 전극(7)에 도달한다. The
실시형태 19의 각 IGBT의 디바이스 피치는 실시형태 17 또는 실시형태 18의 각 IGBT의 디바이스 피치보다 다소 길지만, 도 49에 도시하는 종래의 디바이스의 셀 피치보다 짧다. 또한 실시형태 19의 각 IGBT의 단위 셀 디바이스의 전류 구동 능력은 디바이스 구조와 제조 프로세스의 최적화에 의해, 종래의 횡형 디바이스의 전류 구동 능력과 같은 정도가 되기 때문에, 실시형태 19의 각 IGBT의 단위면적당의 온 저항은 종래의 디바이스의 온 저항보다 작아진다. 그 외의 구성은 실시형태 1의 IGBT의 구성과 동일하기 때문에, 설명을 생략한다. The device pitch of each IGBT of
여기서, 본 실시형태 19의 디바이스와 상기 특허문헌 2에 개시된 디바이스와의 상위점에 대해서 설명한다. 실시형태 19의 디바이스에서는 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b))이 절연층(2)과 전체면으로 접하고 있기 때문에, 실시형태 1에서 설명한 접합 공법에 의해 SOI 웨이퍼를 제작하는 경우에 접합 정밀도가 요구되지 않는다. 따라서, 용이하게 제조할 수 있다. 그에 대하여, 상기 특허 문헌 2에 개시된 디바이스에서는 μm 오더의 접합 정밀도가 요구되기 때문에, 제조상, 바람직하지 않은 것은 전술한 바와 같다. Here, the difference between the device of
또한, 도 48은 실시형태 19의 디바이스의 평면 레이아웃의 일례를 도시하는 도면이다. 도 48에 도시하는 바와 같이, 실시형태 19의 디바이스에서는 트렌치 매립 절연막(17)이 n+ 이미터 영역(6a)(p+ 이미터 영역(6b))과 p+ 콜렉터 영역(12a)(n+ 콜렉터 영역(12b)) 사이에서, 웨이퍼 전체면에 배치되어 있기 때문에, 실효적인 드리프트 길이가 길어지고, 웨이퍼 표면에 있어서의 셀 피치가 단축된다. 그에 대하여, 상기 특허 문헌 2에 개시된 디바이스에서는 셀 피치를 단축할 수 없는 것은 전술한 바와 같다. 48 is a figure which shows an example of the planar layout of the device of 19th embodiment. As shown in FIG. 48, in the device of
또한, 본 실시형태 19의 디바이스에서는, 상기 특허문헌 2에 개시된 디바이스와 마찬가지로, 트렌치 매립 절연막(17)과 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b))과의 거리에 의해서, p+ 콜렉터 영역(12a)(n+ 콜렉터 영역(12b))으로부터 주입된 소수 캐리어의 양이 제한된다. 한편, 채널을 흐르는 다수 캐리어의 전도는 방해되지 않기 때문에, 채널측의 다수 캐리어의 농도가 높게 유지되어, 채널 저항이 낮아진다고 하는 효과를 갖는다. 추가로 n 웰 영역(3b)(p 웰 영역(3d))이 설치되어 있는 것에 의해, JFET 효과가 억제되기 때문에, 온 저항의 삭감과 셀 피치의 단축을 도모할 수 있다. 또한 p+ 저저항 영역(5a)(n+ 저저항 영역(5c))이 설치되어 있는 것에 의해, 한층 더 래치업 내량이 향상한다. In the device of the nineteenth embodiment, the distance between the trench filling insulating
이상 설명한 바와 같이, 실시형태 1 내지 19에 의하면, 트렌치를 형성함으로써, 내압을 유지하는 부분이 웨이퍼 표면에 대하여 수직 방향으로 설치되어 있다. 이에 따라, 드리프트 영역이 웨이퍼의 깊이 방향으로 절곡되어 웨이퍼 표면에 인출되어 있기 때문에, 실효적인 드리프트 길이가 증가한다. 이 때문에, 실효적인 드리프트 길이가 종래와 동등한 길이여도, 소자의 소요 표면적이 격감한다. 따라서 단위면적당의 온 저항이 저감한다. As described above, according to
또한, 실시형태 1 내지 19에 의하면, n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b))이 금속 오염에 대한 게터층이 되기 때문에, 금속 오염에 대한 게터링 효과를 얻을 수 있다. 따라서 게이트 절연막(9a, 9b)의 신뢰성이 향상한다. Further, according to
또한, 실시형태 1 내지 19에 의하면, n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b))이 n- 드리프트 영역(3a)(p- 드리프트 영역(3c))과의 계면 및 절연층(2)과의 계면의 각각에 있어서의 결함의 영향을 억제하고, p 지지 기판(1a)(n 지지 기판(1b))으로부터의 공핍화 효과를 억제한다. 이 때문에 n- 드리프트 영역(3a)(p- 드리프트 영역(3c))은 벌크층인 것 같이 행동한다. Further, according to
또한 실시형태 1 내지 19에 의하면, n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b))의 도펀트 농도가 높아, 캐리어의 수명이 짧다. 이 때문에 트렌치 매립 절연막(17)의 바닥과 절연층(2)과 n+ 소수 캐리어 상쇄층(13a)(p+ 소수 캐리어 상쇄층(13b)) 사이의 거리에 따라서, p+ 콜렉터 영역(12a)(n+ 콜렉터 영역(12b))으로부터 주입된 캐리어의 수명이 컨트롤되어, 소자의 역회복 시간과 온 저항과의 밸런스가 유지된다. Furthermore, according to
또한 실시형태 1 내지 8, 17 및 18에 의하면, 콜렉터측 필드 플레이트(14) 및 트렌치 매립 절연막(17)에 의해, 트렌치 매립 절연막(17)의 콜렉터측에 생기는 횡전계가 차폐되고, n- 드리프트 영역(3a)(p- 드리프트 영역(3c))과 p 베이스 영역(4a)(n 베이스 영역(4b))에 의해 형성되는 PN 접합에서 발생하는 전계가 완화된다. 따라서, 전기 파괴가 잘 발생하지 않게 된다. 또한 콜렉터측 필드 플레이트(14)가 콜렉터 전극(10)과 동전위인 것에 의해, n 버퍼 영역(11a)(p 버퍼 영역(11b)), 즉 트렌치 매립 절연막(17)에 접하는 콜렉터측의 드리프트 영역의 계면이 공핍화가 잘 되지 않아, 전압 담지의 역할을 다할 수 있다. Further, according to
따라서, 각 실시형태에 의하면 종래의 SOI 기판을 이용한 횡형 반도체 장치와 동등 이상의 내압과 전류 구동 능력을 가지며, 그 종래의 횡형 반도체 장치보다 래치업 내량이 높고, 또한 단위면적당의 온 저항이 낮은 IGBT를 얻을 수 있다. 또한, SOI 기판을 이용함으로써, 용이하게 CM0S 디바이스와 집적하는 것이 가능해진다. Therefore, according to each embodiment, an IGBT having a withstand voltage and a current driving capability equal to or greater than that of a conventional horizontal semiconductor device using a SOI substrate, and having a higher latch-up resistance and a lower on-resistance per unit area than the conventional horizontal semiconductor device. You can get it. In addition, by using the SOI substrate, it is possible to easily integrate with the CM0S device.
이상에 있어서, 본 발명은 전술한 각 실시형태에 한하지 않고, 여러 가지의 변경이 가능하게 된다. 또한 본 발명의 내압 담지에 관한 구조는 고내압을 필요로 하는 횡형 LDMOS 트랜지스터 등에도 응용 가능하여, 단위면적당의 온 저항의 삭감을 도모할 수 있다. In the above, this invention is not limited to each embodiment mentioned above, A various change is possible. In addition, the structure of the withstand voltage withstand according to the present invention can be applied to horizontal LDMOS transistors and the like requiring high breakdown voltage, and the on-resistance per unit area can be reduced.
이상과 같이, 본 발명에 따른 IGBT는 높은 래치업 내량이 요구되는 고내압 스위칭 소자에 유용하고, 특히 플랫 패널 디스플레이의 드라이버 IC나 차재 IC 등의 출력단에 이용하는 고내압 스위칭 소자에 적합하다. As described above, the IGBT according to the present invention is useful for a high breakdown voltage switching element requiring a high latch-up tolerance, and is particularly suitable for a high breakdown voltage switching element used for an output terminal such as a driver IC or a vehicle IC of a flat panel display.
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