(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ドリフト領域と、
前記ドリフト領域の表面に位置するベース領域と、
前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に位置する第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチであって、前記補助トレンチは前記第１の主トレンチと前記第２の主トレンチとの間に位置し、前記第１の主トレンチ、前記第２の主トレンチ及び前記補助トレンチは全て前記ドリフト領域にまで延びており、第１の主ゲート層が前記第１の主トレンチ内に配置され、第２の主ゲート層が前記第２の主トレンチ内に配置され、補助ゲート層が前記補助トレンチ内に配置され、第１のゲート酸化物層が、前記第１の主トレンチの内壁と前記第１の主ゲート層との間と、前記第２の主トレンチの内壁と前記第２の主ゲート層との間と、前記補助トレンチの内壁と前記補助ゲート層との間とに配置されている、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチと、
前記第１の主トレンチと前記第２の主トレンチとの間に位置し、かつ前記補助ゲート層の前記ドリフト領域から離れた側に位置するエミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極であって、前記エミッタ金属電極は前記ベース領域にまで延び、補助ゲート酸化物層が前記エミッタ金属電極と前記補助ゲート層との間に配置されている、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極と、
前記第１の主トレンチと前記エミッタ金属電極との間に位置し、かつ前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に位置する第１のソース領域、及び前記第２の主トレンチと前記エミッタ金属電極との間に位置し、かつ前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に位置する第２のソース領域であって、前記第１のソース領域及び前記第２のソース領域はいずれも前記補助トレンチとは接触していないものである、第１のソース領域及び第２のソース領域と
を備えた少なくとも１つのセルを有し、
前記第１の主ゲート層、前記第２の主ゲート層、前記エミッタ金属電極、前記第１のソース領域、及び前記第２のソース領域の各上面が同一の平面内にあり、該平面の下に前記補助トレンチがある、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項２】
前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に位置し、かつ前記第１の主トレンチの前記補助トレンチから離れた側に位置する少なくとも１つの第１の仮想トレンチと、
前記第１の仮想トレンチ内に配置された第１の仮想ゲート層と、
前記第１の仮想トレンチの内壁と前記第１の仮想ゲート層との間に配置された第２のゲート酸化物層と
を更に備えた請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項３】
前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に位置し、かつ前記第２の主トレンチの前記補助トレンチから離れた側に位置する少なくとも１つの第２の仮想トレンチと、
前記第２の仮想トレンチ内に配置された第２の仮想ゲート層と、
前記第２の仮想トレンチの内壁と前記第２の仮想ゲート層との間に配置された第３のゲート酸化物層と
を更に備えた請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項４】
前記ベース領域と前記ドリフト領域との間に位置するウェル領域を更に備えた請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項５】
前記第１の主トレンチと前記補助トレンチとの間の距離が、前記第２の主トレンチと前記補助トレンチとの間の距離と同じである、請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項６】
前記ドリフト領域にまで延びる前記第１の主トレンチの深さと、前記ドリフト領域にまで延びる前記第２の主トレンチの深さと、前記ドリフト領域にまで延びる前記補助トレンチの深さとが、同じである、請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項７】
前記第１の主トレンチの幅と、前記第２の主トレンチの幅と、前記補助トレンチの幅とが、同じである、請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項８】
前記第１の主ゲート層と、前記第２の主ゲート層と、前記補助ゲート層とが、全てポリシリコンゲート層である、請求項１に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタ。
【請求項９】
ドリフト領域と前記ドリフト領域の表面に位置するベース領域とを備えた基板を設けるステップと、
前記ベース領域の前記ドリフト領域から離れた側に第１の主トレンチと第２の主トレンチと補助トレンチとを作製し、前記第１の主トレンチの内壁と前記第２の主トレンチの内壁と前記補助トレンチの内壁とに第１のゲート酸化物層を作製し、前記第１の主トレンチに第１の主ゲート層を充填し、前記第２の主トレンチに第２の主ゲート層を充填し、前記補助トレンチに補助ゲート層を充填するステップであって、前記補助トレンチは前記第１の主トレンチと前記第２の主トレンチとの間に位置し、前記第１の主トレンチと前記第２の主トレンチと前記補助トレンチとは、全て前記ドリフト領域にまで延びるものである、ステップと、
前記第１の主トレンチと前記補助トレンチとの間に第１のソース領域を作製し、前記第２の主トレンチと前記補助トレンチとの間に第２のソース領域を作製するステップと、
前記第１のソース領域と前記第２のソース領域との間にエミッタ金属電極窓を作製し、前記エミッタ金属電極窓に位置する、前記補助ゲート層の前記ドリフト領域から離れた側の表面に補助ゲート酸化物層を作製し、前記エミッタ金属電極窓内にエミッタ金属電極を作製し、前記エミッタ金属電極窓の外側に位置する、前記補助ゲート層の前記ドリフト領域から離れた側の表面に補助ゲート層引出し電極を作製するステップであって、前記エミッタ金属電極窓の２つの側縁が、前記第１のソース領域及び前記第２のソース領域にそれぞれ接し、前記ベース領域にまで延びるものである、ステップであって、前記第１の主ゲート層、前記第２の主ゲート層、前記エミッタ金属電極、前記第１のソース領域、及び前記第２のソース領域の各上面が同一の平面内にあり、該平面の下に前記補助トレンチがある、ステップと
を含む、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法。
【請求項１０】
前記第１のソース領域と前記第２のソース領域との間にエミッタ金属電極窓を作製する際に、
前記エミッタ金属電極窓の外側に位置する、前記補助ゲート層の前記ドリフト領域から離れた側に補助ゲート層引出し電極窓を作製するステップであって、前記補助ゲート層引出し電極窓が前記補助トレンチを覆い、前記補助ゲート層引出し電極が前記補助ゲート層引出し電極窓に作製される、ステップを更に含む請求項９に記載の絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、中華人民共和国の国家知識産権局へ２０１５年１１月１０日に出願された、「絶縁ゲートバイポーラトランジスタ及びその製造方法」という名称の中国特許出願第２０１５１０７６０３３８．１号に基づく優先権を主張するものである。この中国特許出願を引用することによりその全体が本明細書の一部をなすものとする、
【０００２】
本開示は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（insulated gate bipolar transistor, ＩＧＢＴ）の技術分野、具体的には、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと絶縁ゲートバイポーラトランジスタの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタには、オン状態の電圧降下が小さく、電流容量が大きく、入力インピーダンスが高く、応答速度が高速で、制御が単純であるという利点がある。したがって、絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、産業、情報、新エネルギー、医学、運送等の分野において広く用いられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図１を参照する。図１は、従来技術によるトレンチゲート型ＩＧＢＴチップの構造説明図である。既存のトレンチゲート型ＩＧＢＴチップのセルは、２つの主トレンチゲート１を備えている。２つの主トレンチゲートの間には、ソース領域２及びエミッタ金属電極３が向かい合って配置され、エミッタ金属電極３は、Ｐ型ベース領域にまで延びている。既存のトレンチゲート型ＩＧＢＴチップは、ターンオフ速度が遅いため、ＩＧＢＴチップの性能に影響がある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
これを考慮して、本開示により、絶縁ゲートバイポーラトランジスタが提供される。第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置するエミッタ金属電極の下に補助トレンチゲートを配置することにより、絶縁ゲートバイポーラトランジスタがターンオフするときにキャリア経路が提供される。このように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのターンオフ速度が上昇するだけでなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの逆バイアス安全動作領域特性が改善され、それにより、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能が向上する。
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示により、以下の技術的解決法が提供される。
【０００７】
少なくとも１つのセルを備える絶縁ゲートバイポーラトランジスタが提供される。セルは、
ドリフト領域と、
ドリフト領域の表面に位置するベース領域と、
ベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチであって、補助トレンチは、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチは、全てドリフト領域まで延在し、第１の主ゲート層が第１の主トレンチ内に配置され、第２の主ゲート層が第２の主トレンチ内に配置され、補助ゲート層が補助トレンチ内に配置され、第１のゲート酸化物層が、第１の主トレンチの内壁と第１の主ゲート層との間、第２の主トレンチの内壁と第２の主ゲート層との間、及び補助トレンチの内壁と補助ゲート層との間に配置される、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチと、
第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、かつ補助ゲート層のドリフト領域から離れた側に位置する、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極であって、エミッタ金属電極はベース領域まで延在し、補助ゲート酸化物層が、エミッタ金属電極と補助ゲート層との間に配置される、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極と、
第１の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第１のソース領域、及び第２の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第２のソース領域であって、いずれも補助トレンチとは接触しない、第１のソース領域及び第２のソース領域と、
を備える。
【０００８】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
ベース領域のドリフト領域から離れた側に位置し、かつ第１の主トレンチの補助トレンチから離れた側に位置する、少なくとも１つの第１の仮想トレンチと、
第１の仮想トレンチ内に配置された第１の仮想ゲート層と、
第１の仮想トレンチの内壁と第１の仮想ゲート層との間に配置された第２のゲート酸化物層と、
を更に備えることが好ましい。
【０００９】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
ベース領域のドリフト領域から離れた側に位置し、かつ第２の主トレンチの補助トレンチから離れた側に位置する、少なくとも１つの第２の仮想トレンチと、
第２の仮想トレンチ内に配置された第２の仮想ゲート層と、
第２の仮想トレンチの内壁と第２の仮想ゲート層との間に配置された第３のゲート酸化物層と、
を更に備えることが好ましい。
【００１０】
絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、ベース領域とドリフト領域との間に位置するウェル領域を更に備えることが好ましい。
【００１１】
第１の主トレンチと補助トレンチとの間の距離は、第２の主トレンチと補助トレンチとの間の距離と同じであることが好ましい。
【００１２】
ドリフト領域まで延在する第１の主トレンチの深さ、ドリフト領域まで延在する第２の主トレンチの深さ、及びドリフト領域まで延在する補助トレンチの深さは、同じであることが好ましい。
【００１３】
第１の主トレンチの幅、第２の主トレンチの幅、及び補助トレンチの幅は、同じであることが好ましい。
【００１４】
第１の主ゲート層、第２の主ゲート層及び補助ゲート層は、全てポリシリコンゲート層であることが好ましい。
【００１５】
本開示によれば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法が更に提供される。本方法は、
基板を準備することであって、基板は、ドリフト領域とドリフト領域の表面に位置するベース領域とを備えることと、
ベース領域のドリフト領域から離れた側において、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチを作製し、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチの内壁において第１のゲート酸化物層を作製し、第１の主トレンチに第１の主ゲート層を充填し、第２の主トレンチに第２の主ゲート層を充填し、補助トレンチに補助ゲート層を充填することであって、補助トレンチは、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチは、全てドリフト領域まで延在することと、
第１の主トレンチと補助トレンチとの間に第１のソース領域を作製し、第２の主トレンチと補助トレンチとの間に第２のソース領域を作製することと、
第１のソース領域と第２のソース領域との間にエミッタ金属電極窓を作製し、エミッタ金属電極窓に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側の表面に、補助ゲート酸化物層を作製することであって、エミッタ金属電極窓の２つの側縁は、第１のソース領域及び第２のソース領域とそれぞれ接触し、ベース領域まで延在することと、
エミッタ金属電極窓の内部にエミッタ金属電極を作製し、エミッタ金属電極窓の外側に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側の表面に、補助ゲート層引出し電極を作製することと、
を含む。
【００１６】
第１のソース領域と第２のソース領域との間にエミッタ金属電極窓を作製するとき、本方法は、
エミッタ金属電極窓の外側に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側において、補助ゲート層引出し電極窓を作製することであって、補助ゲート層引出し電極窓は補助トレンチを覆い、補助ゲート層引出し電極は、補助ゲート層引出し電極窓において作製されること、
を更に含むことが好ましい。
【００１７】
従来技術と比較すると、本開示によって提供される技術的解決法には少なくとも以下の利点がある。
【００１８】
本開示によれば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法とが提供される。トランジスタは、少なくとも１つのセルを備える。セルは、ドリフト領域と、ドリフト領域の表面に位置するベース領域と、ベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチであって、補助トレンチは、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチは、全てドリフト領域まで延在し、第１の主ゲート層が第１の主トレンチ内に配置され、第２の主ゲート層が第２の主トレンチ内に配置され、補助ゲート層が補助トレンチ内に配置され、第１のゲート酸化物層が、第１の主トレンチの内壁と第１の主ゲート層との間、第２の主トレンチの内壁と第２の主ゲート層との間、及び補助トレンチの内壁と補助ゲート層との間に配置される、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチと、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、かつ補助ゲート層のドリフト領域から離れた側に位置する、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極であって、エミッタ金属電極はベース領域まで延在し、補助ゲート酸化物層が、エミッタ金属電極と補助ゲート層との間に配置される、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極と、第１の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第１のソース領域、及び第２の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第２のソース領域であって、いずれも補助トレンチとは接触しない、第１のソース領域第２のソース領域とを備える。
【００１９】
したがって、本開示によって提供される技術的解決法によれば、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置するエミッタ金属電極の下に補助トレンチゲート（すなわち、補助トレンチ、補助ゲート層及び対応するゲート酸化物層を備える構造）が配置されて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタがターンオフするときにキャリア経路が提供されることになる。したがって、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのターンオフ速度が上昇するだけでなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの逆バイアス安全動作領域特性が改善され、それにより、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能が向上する。
【００２０】
本開示の実施形態又は従来技術の説明に使用する図面について、以下のように簡単に説明し、それにより、本開示の実施形態又は従来技術による技術的解決法がより明らかとなる可能性がある。明らかに、以下の説明における図面は、単に、本開示の幾つかの実施形態を例示する。当業者であれば、いかなる創造的努力もなしにこれらの図面に基づいて他の図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術によるトレンチゲート型ＩＧＢＴチップの構造説明図である。
【図２】本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの平面図である。
【図３ａ】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図３ｂ】図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図３ｃ】図２の、別のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図３ｄ】図２の、別のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】本開示の一実施形態によるＩＧＢＴチップを製造する方法のフローチャートである。
【図５ａ】本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法に対応する構造的な流れ図である。
【図５ｂ】本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法に対応する構造的な流れ図である。
【図５ｃ】本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法に対応する構造的な流れ図である。
【図５ｄ】本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法に対応する構造的な流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本開示の実施形態による技術的解決法について、本開示の実施形態において添付図面に関連して以下のように明確にかつ完全に説明する。明らかに、説明する実施形態は、本開示による実施形態の全てではなく単に一部である。いかなる創造的努力もなしに本開示の実施形態に基づいて当業者によって得られる全ての他の実施形態は、本開示の保護の範囲内にある。
【００２３】
背景技術において記載したように、既存の絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、ターンオフ速度が遅く、それにより、トランジスタの性能が影響を受ける。
【００２４】
これに基づき、本開示の実施形態によれば、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法とが提供される。第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置するエミッタ金属電極の下に補助トレンチゲートが配置され、絶縁ゲートバイポーラトランジスタがターンオフするときにキャリア経路が提供される。したがって、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのターンオフ速度が増加するだけではなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの逆バイアス安全動作領域特性が改善され、それにより、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能が向上する。この目的を達成するために、本開示の実施形態によって提供される技術的解決法について、以下に説明する。本開示の実施形態による技術的解決方法について、図２〜図５ｄに関連して詳細に説明する。
【００２５】
本開示の以下の実施形態では、Ｎ型ベース材料を例として絶縁ゲートバイポーラトランジスタについて説明するということに留意されたい。すなわち、ドリフト領域はＮ型ドリフト領域であり、ベース領域はＰ型ベース領域であり、ソース領域はＮ＋型ソース領域である。
【００２６】
具体的に、図２、図３ａ及び図３ｂを参照する。図２は、本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタの平面図であり、図３ａは、図２のＡ−Ａ’線断面図であり、図３ｂは、図２のＢ−Ｂ’線断面図である。絶縁ゲートバイポーラトランジスタは少なくとも１つのセルを有する。セルは、
ドリフト領域１００と、
ドリフト領域１００の表面にあるベース領域２００と、
ベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側に位置する第１の主トレンチ３０１、第２の主トレンチ３０２及び補助トレンチ３０３であって、補助トレンチ３０３は、第１の主トレンチ３０１と第２の主トレンチ３０２との間に位置し、第１の主トレンチ３０１、第２の主トレンチ３０２及び補助トレンチ３０３は全てドリフト領域２００にまで延びており、第１の主ゲート層３０１ａが第１の主トレンチ３０１内に配置され、第２の主ゲート層３０２ａが第２の主トレンチ３０２内に配置され、補助ゲート層３０３ａが補助トレンチ３０３内に配置され、第１のゲート酸化物層３０４が、第１の主トレンチ３０１の内壁と第１の主ゲート層３０１ａとの間と、第２の主トレンチ３０２の内壁と第２の主ゲート層３０２ａとの間と、補助トレンチ３０３の内壁と補助ゲート層３０３ａとの間とに配置されている、第１の主トレンチ３０１、第２の主トレンチ３０２及び補助トレンチ３０３と、
第１の主トレンチ３０１と第２の主トレンチ３０２との間であって、補助ゲート層３０３ａのドリフト領域２００から離れた側に位置するエミッタ金属電極４０１及び補助ゲート層引出し電極４０２であって、エミッタ金属電極４０１はベース領域２００にまで延びており、補助ゲート酸化物層３０５が、エミッタ金属電極４０１と補助ゲート層３０３ａとの間に配置されている、エミッタ金属電極４０１及び補助ゲート層引出し電極４０２と、
第１の主トレンチ３０１とエミッタ金属電極４０１との間に位置し、かつベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側に位置する第１のソース領域５０１と、第２の主トレンチ３０２とエミッタ金属電極４０１との間に位置し、かつベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側に位置する第２のソース領域５０２とであって、第１のソース領域５０１及び第２のソース領域５０２はいずれも補助トレンチ３０３と接していないものである、第１のソース領域５０１及び第２のソース領域５０２と
を備えている。
【００２７】
本開示の実施形態によって提供される絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、コレクタ領域と、コレクタ金属電極と、本明細書には記載しない従来技術における構成要素と同じ他の構造とを更に備えることが留意されるべきである。
【００２８】
本開示の上記実施形態によって提供される絶縁ゲートバイポーラトランジスタによれば、補助ゲート層引出し電極は、補助ゲート層と接触して、補助ゲート層の接続電極として機能する。補助ゲート酸化物層は、補助ゲート層とエミッタ金属電極との間の中間面に配置されて、補助ゲート層とエミッタ金属電極との間の接触を回避する。補助ゲート酸化物層は、エミッタ金属電極と補助ゲート層との間の中間面を完全に覆う。代替的に、補助ゲート酸化物層は、エミッタ金属電極と補助ゲート層との間の中間面を完全に覆うだけでなく、補助ゲート層引出し電極の縁を覆うようにも延在する。さらに、エミッタ金属電極、ソース領域及び補助ゲート層引出し電極のサイズと、補助ゲート酸化物層の引出し長さとは、本開示の実施形態によって限定されず、実際の状況に従って具体的に設計することができる。
【００２９】
具体的には、補助ゲート層引出し電極を配置することによる絶縁ゲートバイポーラトランジスタの体積の増加を回避するために、補助トレンチの上方の領域をエッチングすることにより、補助ゲート層引出し電極窓（auxiliary gate layer extraction electrode window）を形成することができ、その後、窓に補助ゲート層引出し電極を作製することができる。図３ｂに示すように、補助ゲート層引出し電極４０２は、ベース領域２００に位置する。あるいは、図３ｃに示すように、補助ゲート層引出し電極４０２はまた、ベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側の外側に位置することもでき、これは、本開示の実施形態によって限定されるものではない。
【００３０】
さらに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能を向上させるために、本開示の実施形態によって提供される絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、複数の仮想ゲート構造（virtual gate structure）を更に備えている。図２〜図３ｂに示すように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
ベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側に位置し、かつ第１の主トレンチ３０１の補助トレンチ３０３から離れた側に位置する少なくとも１つの第１の仮想トレンチ６０１と、
第１の仮想トレンチ６０１内に配置された第１の仮想ゲート層６０１ａと、
第１の仮想トレンチ６０１の内壁と第１の仮想ゲート層６０１ａとの間に配置された第２のゲート酸化物層６０１ｂと
を更に備えている。
【００３１】
図２〜図３ｂに示すように、絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、
ベース領域２００のドリフト領域１００から離れた側に位置し、かつ第２の主トレンチ３０２の補助トレンチ３０３から離れた側に位置する少なくとも１つの第２の仮想トレンチ６０２と、
第２の仮想トレンチ６０２内に配置された第２の仮想ゲート層６０２ａと、
第２の仮想トレンチ６０２の内壁と第２の仮想ゲート層６０２ａとの間に配置された第３のゲート酸化物層６０２ｂと
を更に備えている。
【００３２】
第１の仮想トレンチゲート（すなわち、第１の仮想トレンチ、第１の仮想ゲート層及び第２のゲート酸化物層を備える構造）の数、及び第２の仮想トレンチゲート（すなわち、第２の仮想トレンチ、第２の仮想ゲート層及び第３のゲート酸化物層を備える構造）の数は、本開示の実施形態によって限定されず、実際の状況に従って具体的に設計することができる。
【００３３】
さらに、Ａ−Ａ’方向に沿った図２の別の断面図である図３ｄを参照する。絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能を更に向上させるために、絶縁ゲートバイポーラトランジスタは、以下を更に備えている。
ベース領域２００とドリフト領域１００との間に位置するウェル領域７００。主トレンチ、仮想トレンチ及び補助トレンチは全て、ウェル領域を通過し、ドリフト領域にまで延びている。ドリフト領域がＮ型ドリフト領域であるため、ウェル領域はＮ型ウェル領域である。
【００３４】
図４〜図５ｄに関連して、以下、本開示の実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法について説明する。本開示の一実施形態による絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法のフローチャートである図４を参照する。絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法は、以下のステップＳ１〜Ｓ４を含む。
【００３５】
ステップＳ１において、基板が設けられる。
【００３６】
基板が設けられる。この基板は、ドリフト領域とドリフト領域の表面に位置するベース領域とを備える。
【００３７】
図５ａに示すように、基板は、Ｎ型ドリフト領域１００及びＰ型ベース領域２００を備える。さらに、基板は、ベース領域とドリフト領域との間に位置するウェル領域（図５ａには図示せず）を更に備えることができる。
【００３８】
ステップＳ２において、トレンチゲートを作製する。
【００３９】
ベース領域のドリフト領域から離れた側に、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチを作製する。第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチの内壁に第１のゲート酸化物層を作製した後、第１の主トレンチに第１の主ゲート層を充填し、第２の主トレンチに第２の主ゲート層を充填し、補助トレンチに補助ゲート層を充填する。補助トレンチは、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置する。第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチは、全てドリフト領域まで延在する。
【００４０】
図５ｂに示すように、Ｐ型ベース領域２００において、エッチング、充填等のプロセスによりトレンチゲートを作製する。トレンチゲートは、第１の主トレンチゲート（すなわち、第１の主トレンチ３０１、第１の主ゲート層３０１ａ及び対応する第１のゲート酸化物層３０４）、第２の主トレンチゲート（すなわち、第２の主トレンチ３０２、第２の主ゲート層３０２ａ及び対応する第１のゲート酸化物層３０４）並びに補助トレンチゲート（すなわち、補助トレンチ３０３、補助ゲート層３０３ａ及び対応する第１のゲート酸化物層３０４）を備える。
【００４１】
さらに、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能を向上させるために、第１の仮想トレンチゲート（すなわち、第１の仮想トレンチ６０１、第１の仮想ゲート層６０１ａ及び第２のゲート酸化物層６０１ｂ）並びに第２の仮想トレンチゲート（すなわち、第２の仮想トレンチ６０２、第２の仮想ゲート層６０２ａ及び第３のゲート酸化物層６０２ｂ）を更に作製することができる。
【００４２】
ステップＳ３において、第１のソース領域及び第２のソース領域を作製する。
【００４３】
第１のソース領域は、第１の主トレンチと補助トレンチとの間に作製される。第２のソース領域は、第２の主トレンチと補助トレンチとの間に作製される。
【００４４】
図５ｃに示すように、ドーピング、高温推進等のプロセスを採用することにより、Ｐ型ベース領域の第１の主トレンチゲートと第２の主トレンチゲートとの間に位置する部分において、第１のソース領域５０１及び第２のソース領域５０２を作製する。第１のソース領域は、第２のソース領域に対向して配置される。第１のソース領域は、第１の主トレンチと補助トレンチとの間の領域に配置される。第２のソース領域は、第２の主トレンチと補助トレンチとの間の領域に配置される。
【００４５】
ステップＳ３において作製された第１のソース領域及び第２のソース領域は、絶縁ゲートバイポーラトランジスタにおける最終的な２つのソース領域ではなく、第１のソース領域及び第２のソース領域において部分エッチングの後続プロセスを行って、最終的な第１のソース領域及び最終的な第２のソース領域を得ることが留意されるべきである。
【００４６】
ステップＳ４において、補助ゲート酸化物層、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極を作製する。
【００４７】
第１のソース領域と第２のソース領域との間に、エミッタ金属電極窓を作製する。エミッタ金属電極窓に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側の表面に補助ゲート酸化物層を作製する。エミッタ金属電極窓に、エミッタ金属電極を作製する。エミッタ金属電極窓の外側に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側の表面に補助ゲート層引出し電極を作製する。エミッタ金属電極窓の２つの側縁は、第１のソース領域及び第２のソース領域にそれぞれ接し、ベース領域にまで延在する。
【００４８】
図５ｄに示すように、補助トレンチゲートの上方の領域の一部においてエッチング等のプロセスを行って、エミッタ金属電極窓を作製する。その後、エミッタ金属電極窓に対応する補助ゲート層３０３ａの位置に、補助ゲート酸化物層３０５を形成する。補助ゲート酸化物層３０５は、補助ゲート層引出し電極４０２の縁まで延在するものとすることができる。補助ゲート酸化物層３０５を作製した後、エミッタ金属電極窓においてエミッタ金属電極４０１を作製し、エミッタ金属電極窓の外側に位置する、補助ゲート層３０３ａのドリフト領域から離れた側の表面に、補助ゲート層引出し電極４０２を作製する。エミッタ金属電極４０１及び補助ゲート層引出し電極４０２は、相互に絶縁されている。
【００４９】
さらに、本開示の実施形態によって提供される方法によれば、補助ゲート層の表面に補助ゲート層引出し電極を直接作製するだけでなく、その領域においてエッチングにより、補助ゲート層引出し電極窓を形成して、補助ゲート層引出し電極を作製する。すなわち、第１のソース領域と第２のソース領域との間にエミッタ金属電極窓を作製する際に、本方法は以下を更に含む。
エミッタ金属電極窓の外側に位置する、補助ゲート層のドリフト領域から離れた側に、補助ゲート層引出し電極窓を作製するステップ。ここで、補助ゲート層引出し電極窓は補助トレンチを覆い、補助ゲート層引出し電極は補助ゲート層引出し電極窓に作製される。
【００５０】
任意選択的に、エミッタ金属電極の幅は、補助トレンチの幅の２倍よりも大きい。
【００５１】
上記実施形態の全てにおいて、第１の主トレンチと補助トレンチとの間の距離は、第２の主トレンチと補助トレンチとの間の距離と同じである。絶縁ゲートバイポーラトランジスタが仮想トレンチゲートを更に備える場合、仮想トレンチと主トレンチとの間の距離と、主トレンチと補助トレンチとの間の距離と、同じ側における仮想トレンチの間の距離とは、同じである。さらに、隣接するトレンチの間の距離は、特定の処理機器が具現化することができる最短距離である。
【００５２】
さらに、ドリフト領域にまで延在する第１の主トレンチの深さと、ドリフト領域にまで延在する第２の主トレンチの深さと、ドリフト領域にまで延在する補助トレンチの深さとは、同じである。
【００５３】
さらに、第１の主トレンチの幅、第２の主トレンチの幅、及び補助トレンチの幅は、同じである。
【００５４】
本開示の実施形態によって提供される第１の主ゲート層、第２の主ゲート層及び補助ゲート層は、全て、ポリシリコンゲート層である。第１の仮想ゲート層及び第２の仮想ゲート層は、同様にポリシリコンゲート層とすることができ、又は他の材料から作製することができ、それは、本開示によって限定されない。補助ゲート酸化物層、第１のゲート酸化物層、第２のゲート酸化物層及び第３のゲート酸化物層は、同じ材料から作製され、全て二酸化ケイ素層とすることができる。
【００５５】
本開示の実施形態により、絶縁ゲートバイポーラトランジスタと、絶縁ゲートバイポーラトランジスタを製造する方法とが提供される。トランジスタは、少なくとも１つのセルを備える。セルは、ドリフト領域と、ドリフト領域の表面に位置するベース領域と、ベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチであって、補助トレンチは、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチは、全てドリフト領域まで延在し、第１の主ゲート層が第１の主トレンチ内に配置され、第２の主ゲート層が第２の主トレンチ内に配置され、補助ゲート層が補助トレンチ内に配置され、第１のゲート酸化物層が、第１の主トレンチの内壁と第１の主ゲート層との間、第２の主トレンチの内壁と第２の主ゲート層との間、及び補助トレンチの内壁と補助ゲート層との間にそれぞれ配置される、第１の主トレンチ、第２の主トレンチ及び補助トレンチと、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置し、かつ補助ゲート層のドリフト領域から離れた側に位置する、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極であって、エミッタ金属電極は、補助トレンチを覆いかつベース領域まで延在し、補助ゲート酸化物層が、エミッタ金属電極と補助ゲート層との間に配置される、エミッタ金属電極及び補助ゲート層引出し電極と、第１の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第１のソース領域、及び第２の主トレンチとエミッタ金属電極との間に位置し、かつベース領域のドリフト領域から離れた側に位置する第２のソース領域であって、いずれも補助トレンチとは接触しない、第１のソース領域及び第２のソース領域とを備える。
【００５６】
したがって、本開示の実施形態によって提供される技術的解決法によれば、第１の主トレンチと第２の主トレンチとの間に位置するエミッタ金属電極の下に補助トレンチゲート（すなわち、補助トレンチ、補助ゲート層及び対応するゲート酸化物層を備える構造）が配置されて、絶縁ゲートバイポーラトランジスタがターンオフするときにキャリア経路が提供されることになる。したがって、絶縁ゲートバイポーラトランジスタのターンオフ速度が上昇するだけでなく、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの逆バイアス安全動作領域特性が改善され、それにより、絶縁ゲートバイポーラトランジスタの性能が向上する。
【００５７】
本明細書に開示する実施形態の上記説明により、当業者は、本開示を実施するか又は使用することができる。それらの実施形態に対する多くの変更形態が当業者には明らかであり、本明細書において定義する全体的な原理は、本開示の趣旨又は範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施することができる。したがって、本開示は、本明細書に記載する実施形態に限定されず、本明細書に開示する原理及び新規な特徴と一貫する最も広い範囲に従う。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図３ｃ】
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【図３ｄ】
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【図４】
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【図５ａ】
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【図５ｂ】
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【図５ｃ】
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【図５ｄ】
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