【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及缘绝缘栅晶体管等那样地用栅电压电容耦合式地控制主电流的半导体装置,特别涉及绝缘栅式的电力装置和单片电力IC。在有源半导体装置中,有双极型晶体管(BJT)、结型场效应晶体管(J-FET)、静电感应晶体管(SIT)、MOS型场效应晶体管(MOS-FET)、绝缘栅式双极晶体管(IGBT)、单栅式静电感应可控硅(SGSITH)等等。不论哪一种器件都是三端器件,两个主端子(发射极与集电极,源极和漏极,或阳极和阴极)和一个用于控制的端子。双极型的器件在主端子之间有pn结,电流越过在pn结上形成的电位势垒形成两种电荷流。在场效应晶体管(单极型的器件)的主端于之间仅有同一导电类型的半导体、主电流通路上没有pn结。流以单一的电荷。此外,在近年的低功耗化的倾向中,电压控制型的双极电力装置,例如IGBT(绝缘栅双极晶体管)、MCT(MOS可控晶闸管)、MAGT(MOS辅助栅可触发晶闸管)、EST(发射极开关晶闸管)之类的MOS复合半导体器件,作为大电流所用的装置正被人们开发。这些装置是电压驱动式的电力装置,由于易于使用,也由于来自系统一侧的要求很多,故作为对这些的回答的形式也在急速地被开发着。包括这些复合半导体器件在内,在电力装置中,要求高速大功率的同时。低通导电阻化是一重要的课题。因为降低通导电阻即导通时的电阻对电力装置的低功耗化和高效率化有好处。但是,在现有的单极型半导体器件的情况下,即FET或SIT由于使用单一载流子,故存在着比起用半导体层的载流子密度决定的电阻值来,电导率上不去通导阻抗高的问题。比如说,在图55的JFET的情况下,要想使将成为沟道区n ...
【技术保护点】
一种半导体装置,它是绝缘栅型半导体装置至少具备: 至少具有一个主表面的基板, 具有在该基板的上部或者在表面的至少一部分上形成、且与该主表面实质上平行的主表面的第1半导体区, 在该第1半导体区的一部分上形成的将成为第1主电极区的第2半导体区, 在该第1半导体区的一部分上形成、且与该第2半导体区分开形成的将成为第2主电极区的第3半导体区, 在该第2和第3半导体区之间的该第1半导体区的一部分上形成、并对该主表面实质上具有垂直的侧壁且从第1半导体区的表面向内部形成的栅极凹沟, 在该栅极凹沟的该侧壁部分上形成的栅极绝缘膜, 在该栅极绝缘膜的表面上形成为使得把该栅极凹沟的至少一部分埋填的栅极埋入电极, 其特征是,在该第1和第2主电极之间流动的主电流之中,该栅极埋入电极的最近傍的、用该栅极埋入电极进行控制的成分的方向是与该表面实质上平行的,且该主电流的分布方向是垂直该主表面的方向。
【技术特征摘要】
JP 1995-3-30 073354/951.一种半导体装置,它是绝缘栅型半导体装置至少具备至少具有一个主表面的基板,具有在该基板的上部或者在表面的至少一部分上形成、且与该主表面实质上平行的主表面的第1半导体区,在该第1半导体区的一部分上形成的将成为第1主电极区的第2半导体区,在该第1半导体区的一部分上形成、且与该第2半导体区分开形成的将成为第2主电极区的第3半导体区,在该第2和第3半导体区之间的该第1半导体区的一部分上形成、并对该主表面实质上具有垂直的侧壁且从第1半导体区的表面向内部形成的栅极凹沟,在该栅极凹沟的该侧壁部分上形成的栅极绝缘膜,在该栅极绝缘膜的表面上形成为使得把该栅极凹沟的至少一部分埋填的栅极埋入电极,其特征是,在该第1和第2主电极之间流动的主电流之中,该栅极埋入电极的最近傍的、用该栅极埋入电极进行控制的成分的方向是与该表面实质上平行的,且该主电流的分布方向是垂直该主表面的方向。2.权利要求1所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的底部与该基板的主表面之间还具备底表面绝缘膜。3.权利要求1所述的半导体装置,其特征是上述基板是具备有SOI绝缘膜和在其上边形成的半导体层的SOI基板,上述第1半导体区在该SOI绝缘膜上底部相连接地形成。4.权利要求3所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周边上还具备有被形成为达到上述SOI绝缘膜的器件隔离区。5.权利要求4所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是绝缘隔离区。6.权利要求4所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是pn结隔离区。7.权利要求4所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区实质上是有垂直侧壁的U沟隔离区。8.权利要求1所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述基板是与该第1导电类型不同的第2导电类型的半导体基板。9.权利要求8所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周边,还具有深度达到上述第1半导体区底面的器件隔离区。10.权利要求9所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是绝缘隔离区。11.权利要求9所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是pn结隔离区。12.权利要求9所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区实质上是有垂直侧壁的U沟隔离区。13.权利要求3所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟达到了上述SOI绝缘膜上。14.权利要求8所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟贯通上述第1半导体区达到了上述半导体基板上。15.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2、第3半导体区是杂质密度比上述第1半导体区高的第1导电类型的半导体区。16.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2、第3半导体区是与上述第1导电类型不同的第2导电类型的半导体区。17.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2半导体区是杂质密度比上述第1导电类型的半导体区高的第1导电类型的半导体区,上述第3半导体区是与上述第1导电类型不同的第2导电类型的半导体区。18.权利要求15所述的半导体装置,其特征是在上述第2和第3半导体区之间还具有被形成为一直达到上述SOI绝缘膜的第2导电类型的第4半导体区。19.权利要求15所述的半导体装置,其特征是具有被形成为包含上述第2半导体区的第2导电类型的第4半导体区。20.权利要求17所述的半导体装置,其特征是在上述第2和第3半导体区之间还具备被形成为一直达到上述SOI绝缘膜的第2导电类型的第4半导体区。21.权利要求17所述的半导体装置,其特征是具有被形成为把上述第2半导体区包含起来的第2导电类型的第4半导体区。22.权利要求20所述的半导体装置,其特征是在上述第4和第3半导体区之间还具备第1导电类型的第5半导体区。23.权利要求21所述的半导体装置,其特征是在上述第4和第3半导体区之间还具有第1导电类型的第5半导体区。24.权利要求15所述的半导体装置,其特征是在上述第2和第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。25.权利要求16所述的半导体装置,其特征是在上述第2,第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。26.权利要求17所述的半导体装置,其特征是在上述第2,第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直到达到上述SOI绝缘膜。27.权利要求18所述的半导体装置,其特征是在上述第2,第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。28.权利要求19所述的半导体装置,其特征是在上述第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。29.权利要求20所述的半导体装置,其特征是在上述第2,第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。30.权利要求21所述的半导体装置,其特征是在上述第3半导体区被形成为从上述第1半导体区的表面一直达到上述SOI绝缘膜。31.权利要求18所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。32.权利要求19所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。33.权利要求20所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。34.权利要求21所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。35.权利要求22所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。36.权利要求23所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。37.权利要求3所述的半导体装置,其特征是再形成第4半导体区以把上述第2半导体区包含起来。上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接近、上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并形成于上述第4半导体区的近傍。38.权利要求37所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为比上述第4半导体区深。39.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2,第3半导体区是杂质密度比上述第1半导体区高的第1导电类型的半导体区。40.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2,第3半导体区是与上述第1导电类型不同的第2导电类型的半导体区。41.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述第1半导体区是第1导电类型的半导体区,上述第2半导体区是杂质密度比上述第1半导电类型的半导体区高的第1导电类型的半导体区,上述第3半导体区是与上述第1导电类型不同的第2导电类型的半导体区。42.权利要求39所述的半导体装置,其特征是在上述第2和第3半导之间还具备有被形成为直到达到上述半导体基板的第2导电类型的第4半导体区。43.权利要求39所述的半导体装置,其特征是还形成了第2导电类型的第4半导体区,使把上述第2半导体区包含在里边。44.权利要求41所述的半导体装置,其特征是在上述第2和第3半导之间还形成了直到达到上述半导体基板的第2导电类型的第4半导体区。45.权利要求41所述的半导体装置,特征是还形成了第2导电类型的第4半导体区,使得把上述第2半导体区包含在里边。46.权利要求44所述的半导体装置,其特征是在上述第4和第3半导之间还形成了第1导电类型的第5半导体区。47.权利要求45所述的半导体装置,其特征是在上述第4和第3半导之间还形成了第1导电类型的第5半导体区。48.权利要求42所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。49.权利要求43所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。50.权利要求44所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。51.权利要求45所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。52.权利要求46所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。53.权利要求47所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。54.权利要求8所述的半导体装置,其特征是再形成第4半导体区接连,使之把上述第2半导体区包含在里边,上述栅极凹沟被形成为与上述第4半导体区接连,上述栅极埋入电极应控制在上述第4半导体区流动的电流并被形成于上述第4半导体区的近傍。55.权利要求54所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成得比上述第4半导体区深。56.权利要求4所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的中央部分近傍形成1个上述栅极凹沟,上述栅极凹沟与上述器件隔离区的间隔Ss和上述第1半导体区的密度被选定为使得在加到上述栅极埋入电极上的规定的栅极偏压下,用从上述栅极绝缘延伸的耗尽层把上述第1半导体区夹断。57.权利要求56所述的半导体装置,其特征是用上述第1,第2,第3半导体区、栅极凹沟、栅极绝缘膜和栅极埋入电极构成单元电路,并在上述基板上配置多个单元电路。58.权利要求57所述的半导体装置,其特征是上述单元电路是同一尺寸的单元电路,各单元电路的第2,第3半导体区和栅极埋入电极分别与其它单元电路的第2,第3半导体区和栅极埋入电极电连。59.权利要求9所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的中央部分附近形成1个上述栅极凹沟、上述栅极凹沟与上述器件隔离区的间隔Ss和上述第1半导体区的杂质密度被选择为使得借助于加到上述栅埋入电极上的规定的栅极偏压,用从上述栅极绝缘膜伸展出来的耗尽层把上述第1半导体区夹断。60.权利要求59所述的半导体装置,其特征是用上述第1,第2,第3半导体区、栅极凹沟、栅极绝缘膜和栅极埋入电极构成单元电路,并在上述基板上配置多个该单元电路。61.权利要求60所述的半导体装置,其特征是上述单元电路是同一尺寸的单元电路,各单元电路的第2,第3半导体区和栅极埋入电极分别与其它单元电路的第2,第3半导体区和栅极埋入电极电连。62.权利要求4所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区中形成多个上述栅极凹沟,该多个栅极凹沟彼此的间隔S和上述第1半导体区的杂质密度被选择为使得借助于加到上述栅极埋入电极规定的栅极偏压,用从上述栅极绝缘膜相互面对面地伸展出来的耗尽层把上述第1半导体区夹断。63.权利要求9所述的半导体装置,其特征是用上述第1,第2,第3半导体区,栅极凹沟、栅极绝缘膜和栅极埋入电极构成单元电路,并在上述基板上配置多个该单元电路。64.权利要求62所述的半导体装置,其特征是在上述多个栅极凹沟之中,离上述器件隔离区最近的栅极凹沟与上述器件隔离区的间隔Ss小于上述间隔S的1/2。65.权利要求63所述的半导体装置,其特征是在上述多个栅极凹沟之中,离上述器件隔离区最近的栅极凹沟与上述器件隔离区之间的间隔Ss小于上述间隔S的1/2。66.权利要求64所述的半导体装置,其特征是在上述离器件隔离区最近的栅极凹沟与上述器件隔离区接触,上述Ss=O。67.权利要求65所述的半导体装置,其特征是在上述离器件隔离区最近的栅极凹沟与上述器件隔离区接触,上述Ss=O。68.权利要求62所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为3个以上且间隔S相等。69.权利要求63所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为3个以上且间隔S相等。70.权利要求4所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟应具有第1栅极间隔S1和第2栅极间隔S2,且在上述第1半导体区中形成多个,该第1栅极间隔S1和上述第1半导体区的杂质密度被选定为在加到上述栅极埋入电极上的规定的栅极偏压条件下,用从上述栅极绝缘膜相互面对面伸展的耗尽层把上述第1半导体区夹断,而且S2大于S1。71.权利要求9所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟应具有第1栅极间隔S1和第2栅极间隔S2,且在上述第1半导体区中形成多个,该第1栅极间隔S1和上述第1半导体区的杂质密度被选定了,借助于加到上述栅极埋入电极上的规定的栅极偏压,用从上述栅极绝缘膜相互面对面伸展的耗尽层把上述第1半导体区夹断,而且S2大于S1。72.权利要求62所述的半导体装置,其特征是上述间隔S被选定为用栅极零偏压使其夹断。73.权利要求62所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是由与上述第1半导体区相反的导电类型的半导体区构成的pn结隔离区、上述多个栅极凹沟之中的离该pn结隔离区最近的栅极凹沟与该pn结隔离区之间,在栅极零偏压条件下夹断。74.权利要求63所述的半导体装置,其特征是上述器件隔离区是由与上述第1半导体区相反的导电类型的半导体区构成的pn结隔离区、在上述多个栅极凹沟之中的离该pn结隔离区最近的栅极凹沟与该pn结隔离区之间,在栅极零偏压条件下夹断。75.权利要求4所述的半导体装置,其特征是上述第2和第3半导体区的至少一方被形成为与上述器件隔离区接连。76.权利要求9所述的半导体装置,其特征是上述第2和第3半导体区与上述器件隔离区被形成为分开一个间隔。77.权利要求75所述的半导体装置,其特征是与上述器件间隔区接连的上述第2及第3半导体区的至少一方被形成从上述第1半导体区的表面直到达到上述SOI绝缘膜。78.权利要求77所述的半导体装置,其特征是,被形成为直到达到上述SOI绝缘的半导体区,是由用于形成上述器件隔离区的凹沟的侧壁进行横向扩散的办法,在上述第1半导体区中形成的半导体区。79.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第2半导体区接连。80.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第2半导体区接连。81.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第2和第3半导体区双方都接连。82.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被形成为与上述第2和第3半导体区双方都接连。83.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被配置为偏向上述第2半导体区近傍。84.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟被配置为偏向上述第2半导体区近傍。85.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟在上述第1半导体区中被以交错网格状地配置多个。86.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极凹沟在上述第1半导体区中被以交错网格状地配置多个。87.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极埋入电极把上述栅极凹沟完全埋平。88.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极埋入电极把上述栅极凹沟完全埋平。89.权利要求13所述的半导体装置,其特征是上述栅极埋入电极配置在上述栅极凹沟的内部并被分割成多个。90.权利要求14所述的半导体装置,其特征是上述栅极埋入电极配置在上述栅极凹沟的内部并被分割成多个。91.权利要求89所述的半导体装置,其特征是在上述多个栅极埋入电极之间的上述栅极凹沟的内部还具备埋入绝缘物。92.权利要求90所述的半导体装置,其特征是在上述多个栅极埋入电极之间的上述栅极凹沟的内部还具备埋入绝缘物。93.权利要求91所述的半导体装置,其特征是上述多个栅极埋入电极之间再连接上栅极电阻。94.权利要求92所述的半导体装置,其特征是上述多个栅极埋入电极之间再连接上栅极电阻。95.权利要求85所述的半导体装置,其特征是具备有把上述多个栅极凹沟的内部的多个栅极埋入电极相互连接起来的栅极电阻。96.权利要求86所述的半导体装置,其特征是具备有把上述多个栅极凹沟的内部的各个栅极埋入电极相互连接起来的栅极电阻。97.权利要求19所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周围还形成了由V沟构成的器件隔离区。98.权利要求21所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周围还形成了由V沟构成的器件隔离区。99.权利要求23所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周围还形成了由V沟构成的器件隔离区。100.权利要求43所述的半导体装置,其特征是在上述第1半导体区的周围还形成了由V沟构成的器...
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