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公開番号2024075884
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-06-05
出願番号2022187126
出願日2022-11-24
発明の名称半導体装置
出願人三菱電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240529BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】埋め込み電極を安定してエミッタ電位に接続できる半導体装置を提供する。
【解決手段】本開示に係る半導体装置は、n型の第1の半導体層、その上の第n型の第2の半導体層、その上のp型の第3の半導体層、第3の半導体層の上層部のn型の第4の半導体層を有する半導体基板と、第4~第2の半導体層を貫通して第1の半導体層内に達する複数の第1のトレンチゲートと、複数第1のトレンチゲートを覆う層間絶縁膜と、第4の半導体層に接する第1の主電極と、第1の主電極とは反対側に設けられた第2の主電極と、を備え、複数の第1のトレンチゲートは、下部側の第1のゲート電極と、上部側の第2のゲート電極とを有して2段構造をなし、複数の第1のトレンチゲートは、主電流が流れる活性領域の中央部に設けられた電極引き出し領域において切断され、当該部分において第1のゲート電極と接続される第1の電極引き出し部で第1の主電極に接続される。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項1】
第1導電型の第1の半導体層、
前記第1の半導体層上の第1導電型の第2の半導体層、
前記第2の半導体層上の第2導電型の第3の半導体層、
および前記第3の半導体層の上層部に設けられた第1導電型の第4の半導体層を少なくとも有する半導体基板と、
前記4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達する複数の第1のトレンチゲートと、
前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれを覆う層間絶縁膜と、
前記第4の半導体層に接する第1の主電極と、
前記第1の主電極とは前記半導体基板の厚み方向反対側に設けられた第2の主電極と、を備え、
前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれは、
前記第2の主電極側となる下部側に設けられた第1のゲート電極と、
前記第1の主電極側となる上部側に設けられた第2のゲート電極とを有して2段構造をなし、
その内面および前記第1のゲート電極の上面は第1のゲート絶縁膜によって覆われ、
前記複数の第1のトレンチゲートは、
主電流が流れる活性領域に長手方向が平行するように互いに間隔を開けて配置され、
前記第2のゲート電極は、
前記複数の第1のトレンチゲートの前記長手方向の両端において、前記活性領域の外周に沿って設けられた配線領域に接続されると共に、前記活性領域の中央部に設けられた電極引き出し領域において切断され、切断された部分において前記第1のゲート電極と接続される第1の電極引き出し部を有し、
前記第1のゲート電極は、
前記第1の電極引き出し部において、前記層間絶縁膜を貫通して設けられた第1のコンタクトを介して前記第1の主電極に電気的に接続され、
前記電極引き出し領域は、
平面視において、前記複数の第1のトレンチゲートのうち、対向する第1のトレンチゲートの間を繋ぐように設けられ、前記対向する第1のトレンチゲートに直交するゲート交差トレンチゲートを有し、
前記ゲート交差トレンチゲートは、
前記複数の第1のトレンチゲートと同じ断面構造を有する、半導体装置。
続きを表示(約 3,300 文字)【請求項2】
前記第1の電極引き出し部は、
前記複数の第1のトレンチゲートのうち、一部の第1のトレンチゲートにおいて設けられる、請求項1記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達する第2のトレンチゲートをさらに備え、
前記第2のトレンチゲートは、
トレンチの内面を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜に接する第3のゲート電極と、を有して前記層間絶縁膜で覆われ、
前記複数の第1のトレンチゲートの何れかと平行するように間隔を開けて配置され、前記活性領域の中央部に設けられた前記電極引き出し領域において、前記層間絶縁膜を貫通して設けられた第2のコンタクトを介して前記第1の主電極に電気的に接続される第2の電極引き出し部を有する、請求項1記載の半導体装置。
【請求項4】
第1導電型の第1の半導体層、
前記第1の半導体層上の第1導電型の第2の半導体層、
前記第2の半導体層上の第2導電型の第3の半導体層、
および前記第3の半導体層の上層部に設けられた第1導電型の第4の半導体層を少なくとも有する半導体基板と、
前記4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達する複数の第1のトレンチゲートおよび第2のトレンチゲートと、
前記複数の第1のトレンチゲートおよび前記第2のトレンチゲートのそれぞれを覆う層間絶縁膜と、
前記第4の半導体層に接する第1の主電極と、
前記第1の主電極とは前記半導体基板の厚み方向反対側に設けられた第2の主電極と、を備え、
前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれは、
前記第2の主電極側となる下部側に設けられた第1のゲート電極と、
前記第1の主電極側となる上部側に設けられた第2のゲート電極とを有して2段構造をなし、
その内面および前記第1のゲート電極の上面は第1のゲート絶縁膜によって覆われ、
前記第1のゲート電極は、前記第1の主電極に電気的に接続され、
前記複数の第1のトレンチゲートは、
主電流が流れる活性領域に長手方向が平行するように互いに間隔を開けて配置され、
前記第2のゲート電極は、
前記活性領域の中央部に設けられた電極引き出し領域を通って前記複数の第1のトレンチゲートの前記長手方向の両端において、前記活性領域の外周に沿って設けられた配線領域に接続され、
前記電極引き出し領域は、
平面視において、前記複数の第1のトレンチゲートに直交するように設けられたゲート交差トレンチゲートを有し、
前記ゲート交差トレンチゲートは、
前記複数の第1のトレンチゲートと同じ断面構造を有し、
前記第2のトレンチゲートは、
トレンチの内面を覆う第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜に接する第3のゲート電極と、を有し、
前記複数の第1のトレンチゲートの何れかと平行して間隔を開けて配置され、前記電極引き出し領域において、前記層間絶縁膜を貫通して設けられたコンタクトを介して前記第1の主電極に電気的に接続される電極引き出し部を有する、半導体装置。
【請求項5】
第1導電型の第1の半導体層、
前記第1の半導体層上の第1導電型の第2の半導体層、
前記第2の半導体層上の第2導電型の第3の半導体層、
および前記第3の半導体層の上層部に設けられた第1導電型の第4の半導体層を少なくとも有する半導体基板と、
前記4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達する複数の第1のトレンチゲートと、
前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれを覆う層間絶縁膜と、
前記第4の半導体層に接する第1の主電極と、
前記第1の主電極とは前記半導体基板の厚み方向反対側に設けられた第2の主電極と、を備え、
前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれは、
前記第2の主電極側となる下部側に設けられた第1のゲート電極と、
前記第1の主電極側となる上部側に設けられた第2のゲート電極とを有して2段構造をなし、
その内面および前記第1のゲート電極の上面は第1のゲート絶縁膜によって覆われ、
前記複数の第1のトレンチゲートは、
主電流が流れる活性領域に長手方向が平行するように互いに間隔を開けて配置され、少なくとも1つが前記活性領域の中央部に設けられた電極引き出し領域において切断され、
前記電極引き出し領域は、
平面視において、切断された第1のトレンチゲートを間に挟んで対向する2つの第1のトレンチゲートの間を繋ぐように設けられ、前記2つの第1のトレンチゲートにそれぞれ直交する2つのゲート交差トレンチゲートと、
前記2つのゲート交差トレンチゲートに平行に設けられ、前記2つの第1のトレンチゲートの間を繋ぐ電極交差トレンチゲートと、を有し、
前記2つのゲート交差トレンチゲートおよび前記電極交差トレンチゲートは前記層間絶縁膜で覆われ、
前記第2のゲート電極は、
前記複数の第1のトレンチゲートの前記長手方向の両端において、前記活性領域の外周に沿って設けられた配線領域に接続され、
前記2つのゲート交差トレンチゲートは、
前記複数の第1のトレンチゲートと同じ断面構造を有し、
前記電極交差トレンチゲートは、
前記4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達するトレンチの内面を覆う第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜に接する第3のゲート電極と、
前記層間絶縁膜を貫通して設けられた第1のコンタクトを介して前記第1の主電極と前記第3のゲート電極とを接続する第1の電極引き出し部を有し、
前記第3のゲート電極は、
前記2つの第1のトレンチゲートの前記第1のゲート電極に接続される、半導体装置。
【請求項6】
前記電極引き出し領域は、
前記第4の半導体層と同層に設けられた第2導電型の第5の半導体層と、
前記2つのゲート交差トレンチゲートと前記電極交差トレンチゲートとの間に、前記層間絶縁膜を貫通して前記第1の主電極と前記第5の半導体層とを接続する第2のコンタクトをさらに有する、請求項5記載の半導体装置。
【請求項7】
前記2つのゲート交差トレンチゲートは、
前記長手方向に間隔を開けて前記対向する2つの第1のトレンチゲートの間に配置される、請求項5記載の半導体装置。
【請求項8】
前記電極引き出し領域は、
前記第2、第3および第4の半導体層の代わりに設けられた、前記第4の半導体層と同層の第2導電型の第5の半導体層と、
前記第5の半導体層の下に設けられた第2導電型の第6の半導体層と、有する、請求項5記載の半導体装置。
【請求項9】
前記ゲート交差トレンチゲートと前記電極交差トレンチゲートとの前記長手方向の間隔は、
前記複数の第1のトレンチゲートの配列間隔よりも狭い、請求項5記載の半導体装置。
【請求項10】
前記電極交差トレンチゲートは、
少なくとも前記第1の電極引き出し部の前記長手方向の長さが、前記複数の第1のトレンチゲートの前記長手方向の長さよりも長い、請求項5記載の半導体装置。
(【請求項11】以降は省略されています)

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本開示は半導体装置に関し、特に、スプリットゲート構造を有する半導体装置に関する。
続きを表示(約 3,100 文字)【背景技術】
【0002】
特許文献1の図2には、スプリットゲート構造を有するIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が開示されている。また、特許文献1では、図1に示されるようにチップ端部周辺において、U字形のゲートトレンチ部に設けられたコンタクトホールを介してゲートスプリット部とエミッタ電極とを接続しており、無効領域が大きい。また、U字形のゲートトレンチ部を構成する2本のアクティブトレンチのうち1本だけにゲートスプリット部とエミッタ電極とを接続するコンタクトホールを設けている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
特開2017-147431号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
特許文献1では、U字形のゲートトレンチ部を構成する2本のアクティブトレンチのうち1本だけにゲートスプリット部とエミッタ電極とを接続するコンタクトホールを設けている。このため、コンタクトホールに形成不良が発生すると、2本のアクティブトレンチにおいて埋め込み電極であるゲートスプリット部がフローティング電位となってしまい、耐圧不良が発生する問題があった。
【0005】
本開示は上記のような問題を解決するためになされたものであり、埋め込み電極を安定してエミッタ電位に接続できる半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本開示に係る半導体装置は、第1導電型の第1の半導体層、前記第1の半導体層上の第1導電型の第2の半導体層、前記第2の半導体層上の第2導電型の第3の半導体層、および前記第3の半導体層の上層部に設けられた第1導電型の第4の半導体層を少なくとも有する半導体基板と、前記4の半導体層、前記第3の半導体層および前記第2の半導体層を厚み方向に貫通して前記第1の半導体層内に達する複数の第1のトレンチゲートと、前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれを覆う層間絶縁膜と、前記第4の半導体層に接する第1の主電極と、前記第1の主電極とは前記半導体基板の厚み方向反対側に設けられた第2の主電極と、を備え、前記複数の第1のトレンチゲートのそれぞれは、前記第2の主電極側となる下部側に設けられた第1のゲート電極と、前記第1の主電極側となる上部側に設けられた第2のゲート電極とを有して2段構造をなし、その内面および前記第1のゲート電極の上面は第1のゲート絶縁膜によって覆われ、前記複数の第1のトレンチゲートは、主電流が流れる活性領域に長手方向が平行するように互いに間隔を開けて配置され、前記第2のゲート電極は、前記複数の第1のトレンチゲートの前記長手方向の両端において、前記活性領域の外周に沿って設けられた配線領域に接続されると共に、前記活性領域の中央部に設けられた電極引き出し領域において切断され、切断された部分において前記第1のゲート電極と接続される第1の電極引き出し部を有し、前記第1のゲート電極は、前記第1の電極引き出し部において、前記層間絶縁膜を貫通して設けられた第1のコンタクトを介して前記第1の主電極に電気的に接続され、前記電極引き出し領域は、平面視において、前記複数の第1のトレンチゲートのうち、対向する第1のトレンチゲートの間を繋ぐように設けられ、前記対向する第1のトレンチゲートに直交するゲート交差トレンチゲートを有し、前記ゲート交差トレンチゲートは、前記複数の第1のトレンチゲートと同じ断面構造を有する。
【発明の効果】
【0007】
本開示に係る半導体装置によれば、ゲート交差トレンチゲートにより、全ての第1のゲート電極が接続されるため、電極引き出し部が1つでも形成されていれば、全ての第1のゲート電極を第1の主電極の電位に安定して接続することができ、耐圧不良を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【0008】
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBT全体の上面構成の一例を模式的に示す平面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBT全体の上面構成の他の例を模式的に示す平面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの変形例の部分断面図である。
本開示に係る実施の形態1の逆導通IGBTの変形例の部分断面図である。
本開示に係る実施の形態2の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態2の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態3の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態3の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態4の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態4の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態5の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態6の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態6の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態7の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態7の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態7の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態8の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態9の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態9の逆導通IGBTの部分断面図である。
本開示に係る実施の形態10の逆導通IGBTの部分平面図である。
本開示に係る実施の形態10の逆導通IGBTの部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
<はじめに>
以下の説明において、n型およびp型は半導体の導電型を示し、本開示においては、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明するが、第1導電型をp型、第2導電型をn型としてもよい。また、n

型は不純物濃度がn型よりも低濃度であることを示し、n

型は不純物濃度がn型よりも高濃度であることを示す。同様に、p

型は不純物濃度がp型よりも低濃度であることを示し、p

型は不純物濃度がp型よりも高濃度であることを示す。
【0010】
また、「上」、「下」、「側」、「おもて」および「裏」などの特定の位置および方向を意味する用語が用いられる場合があるが、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするため便宜上用いられているものであり、実際に実施される際の方向とは関係しない。
(【0011】以降は省略されています)

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