JP2001044430A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2001044430A JP11306012A JP30601299A JP2001044430A JP 2001044430 A JP2001044430 A JP 2001044430A JP 11306012 A JP11306012 A JP 11306012A JP 30601299 A JP30601299 A JP 30601299A JP 2001044430 A JP2001044430 A JP 2001044430A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To make drift regions equipotential, that is bring them into uniform electric fields and attain a high breakdown voltage by forming between a body region and a drain region through lamination thin p-type and n-type drift regions which are completely depleted, when a high voltage close to a rated voltage is applied. SOLUTION: In a SiC field-effect transistor, when a high voltage is applied, so that the potential of the drain electrode 8 is higher than the potential of the source electrode 7, a junction constituted of drift regions 2 and 3 is reverse biased. As a result, a depletion layer extends in both drift regions 2 and 3, and almost the entire drift regions 2 and 3 are depleted completely. The potential distribution in the drift regions 2 and 3 becomes equipotential as it goes from a junction, composed of the drift region 3 and the drain region 6 toward a junction composed of the drift region 2 and the body region 4. In other words, the electric fields become almost uniform throughout the drift regions 2 and 3, and thus the breakdown voltage of the SiC field-effect transistor can be enhanced.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に関
し、特に高耐圧のパワー半導体装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly, to a high withstand voltage power semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】炭化珪素(以下、SiCと記す)に代表
されるワイドギャップ半導体材料は、珪素(以下、Si
と記す)の半導体材料に比べて絶縁破壊電界強度が大き
いためにSiの場合と同じ不純物濃度でより高い耐圧を
実現できる。更に、低損失を保ちつつ高耐圧にでき、且
つ250℃以上の高温でも動作し、熱伝導も良いという
利点があり、次世代のパワー半導体の材料として期待さ
れている。このSiCを用いた、図15に示すような構
造のパワーMOSFETが、1998年出版の論文集で
あるProceedings of the 10th International Symposiu
mon Power Semiconductor Devices & ICs の119頁か
ら122頁に示されている。このパワーMOSFETは
トレンチゲート型MOSFETと呼ばれており、n型S
iC半導体基板101の上にエピタキシャル法でn型ド
リフト層102が形成される。n型ドリフト層102の
上にp型ボディ領域103が形成され、更に、p型ボデ
ィ層の所定領域にn型ソース領域104が形成されてい
る。n型ソース領域104とp型ボディ領域103から
n型ドリフト領域102に達する凹部110が形成さ
れ、凹部110にゲート絶縁膜105を介してゲート電
極106が形成されている。n型ソース領域104の上
にはソース電極107が形成されている。またn型Si
C半導体基板の下面にはドレイン電極108が形成され
ている。
2. Description of the Related Art A wide gap semiconductor material typified by silicon carbide (hereinafter referred to as SiC) is silicon (hereinafter referred to as SiC).
), A higher breakdown voltage can be achieved with the same impurity concentration as in the case of Si. Furthermore, there is an advantage that a high withstand voltage can be maintained while maintaining a low loss, the device can be operated even at a high temperature of 250 ° C. or higher, and heat conduction is good. A power MOSFET using the SiC and having a structure as shown in FIG. 15 is disclosed in Proceedings of the 10th International Symposiu published in 1998.
mon Power Semiconductor Devices & ICs, pp. 119-122. This power MOSFET is called a trench gate type MOSFET, and has an n-type MOSFET.
An n-type drift layer 102 is formed on an iC semiconductor substrate 101 by an epitaxial method. A p-type body region 103 is formed on n-type drift layer 102, and an n-type source region 104 is formed in a predetermined region of the p-type body layer. A recess 110 reaching the n-type drift region 102 from the n-type source region 104 and the p-type body region 103 is formed, and a gate electrode 106 is formed in the recess 110 with a gate insulating film 105 interposed therebetween. On the n-type source region 104, a source electrode 107 is formed. N-type Si
A drain electrode 108 is formed on the lower surface of the C semiconductor substrate.

【0003】ソースSとドレインD間にキャリアを流す
チャネルは以下のようにして形成される。すなわちゲー
ト電極106に電圧を印加し、ゲート電極106と凹部
110の側壁部分のp型ボディ領域103とに挟まれた
ゲート絶縁膜105に電界を与える。これにより、ゲー
ト絶縁膜105に接するp型ボディ領域103の表面付
近の導電型がn型に反転しチャネルが形成される。この
構造により、SiのパワーMOSFETの理論限界を超
えた性能、すなわち、耐圧1400Vで単位面積あたり
311mΩcmの低いオン抵抗が得られる。
A channel for flowing carriers between a source S and a drain D is formed as follows. That is, a voltage is applied to the gate electrode 106 to apply an electric field to the gate insulating film 105 sandwiched between the gate electrode 106 and the p-type body region 103 on the side wall of the recess 110. Thus, the conductivity type near the surface of p-type body region 103 in contact with gate insulating film 105 is inverted to n-type, and a channel is formed. With this structure, performance exceeding the theoretical limit of the Si power MOSFET, that is, a low on-resistance of 311 mΩcm 2 per unit area at a withstand voltage of 1400 V can be obtained.

【0004】近年、高耐圧パワー出力素子に制御回路や
保護回路を組合せて一体化した高耐圧パワーICの開発
・実用化が進められ、高耐圧半導体装置の小型化・イン
テリジェント化に貢献している。高耐圧パワーICの出
力素子の種類としては低損失化の点からIGBTやサイ
リスタに代表されるバイポーラ半導体装置が注目されて
いる。バイポーラ半導体装置は電導度変調の効果によ
り、MOSFETやSITに代表されるモノポーラ半導
体装置に比べて半導体装置の内部抵抗を大幅に低減で
き、大幅な低損失化が図れるという利点がある。高耐圧
パワー出力素子の構造としては縦型構造と横型構造があ
るが、制御回路などとの組合せや集積化が容易な点から
主に横型構造が採用されている。図16はSiを用いて
構成された典型的な横型構造のIGBTであり、199
6年に開催された国際学会の論文集Proceedings of the
8th International Symposium on Power Semiconduct
or Devices & ICs の101頁から104頁に渡って開
示されている。
In recent years, the development and commercialization of a high-withstand-voltage power IC in which a control circuit and a protection circuit are combined with a high-withstand-voltage power output element have been promoted and contributed to the miniaturization and intelligentization of high-withstand-voltage semiconductor devices. . As a type of an output element of a high breakdown voltage power IC, a bipolar semiconductor device typified by an IGBT or a thyristor has been attracting attention from the viewpoint of low loss. The bipolar semiconductor device has the advantage that the internal resistance of the semiconductor device can be greatly reduced and the loss can be significantly reduced as compared with a monopolar semiconductor device typified by MOSFET and SIT due to the effect of conductivity modulation. There are a vertical structure and a horizontal structure as a structure of the high withstand voltage power output element, but a horizontal structure is mainly used in view of easy combination with a control circuit or the like and integration. FIG. 16 shows a typical horizontal structure IGBT made of Si.
Proceedings of the International Academic Conference held in 2006
8th International Symposium on Power Semiconduct
or Devices & ICs, page 101 to page 104.

【0005】前記のIGBTは、Si基板201の上に
SiO絶縁膜213を形成し、ついでn型ドリフト領
域202を積層している。積層されたドリフト領域20
2の右端にp型ボディ領域204が形成され、その内部
にn型エミッタ領域205とp型コンタクト領域214
が形成されている。エミッタ領域205にエミッタ電極
218が形成され、コンタクト領域214にベース電極
220が形成されている。また、ゲート酸化膜210を
介してp型ボディ領域204の上にゲート電極211が
設けられている。ドリフト領域202の左端にはn型バ
ッファー領域206、p型コレクタ領域207及びアノ
ード電極219が順次設けられている。
In the IGBT, an SiO 2 insulating film 213 is formed on a Si substrate 201, and then an n-type drift region 202 is laminated. Stacked drift region 20
2, a p-type body region 204 is formed at the right end, and an n-type emitter region 205 and a p-type contact region 214 are formed therein.
Are formed. An emitter electrode 218 is formed in the emitter region 205, and a base electrode 220 is formed in the contact region 214. Further, a gate electrode 211 is provided on the p-type body region 204 via the gate oxide film 210. At the left end of the drift region 202, an n-type buffer region 206, a p-type collector region 207, and an anode electrode 219 are sequentially provided.

【0006】このIGBTのオフ時の動作は次のとおり
である。アノード電極219の電位がエミッター電極2
18の電位より高い状態になるように高電圧を印加した
時、p型ボディ領域204とn型ドリフト領域202で
形成する接合が逆バイアスされ空乏層が主にn型ドリフ
ト領域202内に拡がる。空乏層内の電界は接合付近で
最大となりn型バッファー領域206に向かって漸減し
ている。印加電圧を更に高くすると空乏層は更にn型バ
ッファー領域206に向かって拡がり上記の接合付近の
最大電界も高くなってゆく。最大電界がSiCの絶縁破
壊電界である約0.3MV/cmに達する印加電圧がこ
のIGBTの降伏耐圧である。
The operation when the IGBT is turned off is as follows. The potential of the anode electrode 219 is
When a high voltage is applied so as to be higher than the potential of 18, the junction formed by the p-type body region 204 and the n-type drift region 202 is reverse-biased, and the depletion layer mainly spreads in the n-type drift region 202. The electric field in the depletion layer becomes maximum near the junction and gradually decreases toward the n-type buffer region 206. When the applied voltage is further increased, the depletion layer further expands toward the n-type buffer region 206, and the maximum electric field near the junction increases. The applied voltage at which the maximum electric field reaches about 0.3 MV / cm, which is the dielectric breakdown electric field of SiC, is the breakdown voltage of this IGBT.

【0007】一方、オン時の動作は次のとおりである。
アノード電極219の電位がエミッタ電極218の電位
より高くなるように電圧を印加した状態でゲート電極2
11にしきい値電圧以上の高い電圧を印加すると、ゲー
ト電極211の下のp型ボディ領域204の表面に電子
が集められ反転層が形成される。その結果、n型エミッ
タ領域205から反転層を経て電子が流れる。この電子
の一部はn型ドリフト領域202を通ってn型バッファ
ー領域206に達し、p型コレクタ領域207からの正
孔の注入を促す。注入された正孔はn型ドリフト領域2
02を通ってp型ボディ領域204に達しエミッタ電極
218から流出する。このとき、n型ドリフト領域20
2内には電子と正孔の両方が存在することになり伝導度
変調が生じる。これによりドリフト領域の抵抗を著しく
低減させることができる。その結果、MOSFETに比
べて高耐圧であるにもかかわらず低オン抵抗すなわち低
損失の半導体装置が実現できる。本従来例の降伏電圧は
340V、電流容量は2Aである。200A/cm
電流密度でのオン電圧は2.0Vであり、ビルトイン電
圧より高い電圧範囲でのオン抵抗は46.6mΩcm
である。
On the other hand, the operation at the time of turning on is as follows.
In a state where a voltage is applied so that the potential of the anode electrode 219 becomes higher than the potential of the emitter electrode 218, the gate electrode 2
When a high voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to 11, electrons are collected on the surface of p-type body region 204 under gate electrode 211, and an inversion layer is formed. As a result, electrons flow from the n-type emitter region 205 through the inversion layer. Some of the electrons reach the n-type buffer region 206 through the n-type drift region 202 and promote the injection of holes from the p-type collector region 207. The injected holes are in the n-type drift region 2
02 and reaches the p-type body region 204 and flows out of the emitter electrode 218. At this time, the n-type drift region 20
Both electrons and holes are present in 2 and conductivity modulation occurs. Thereby, the resistance of the drift region can be significantly reduced. As a result, a semiconductor device having a low on-resistance, that is, a low loss can be realized despite having a higher breakdown voltage than the MOSFET. The breakdown voltage of this conventional example is 340 V, and the current capacity is 2 A. The ON voltage at a current density of 200 A / cm 2 is 2.0 V, and the ON resistance in a voltage range higher than the built-in voltage is 46.6 mΩcm 2.
It is.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】半導体装置を、産業用
の大容量インバータや新幹線及び電車などの電鉄用途の
インバータ、あるいは電力事業用電力変換装置等に用い
るには、更に高耐圧で低損失のものが必要とされる。し
かし、図15のようなトレンチゲート型MOSFETで
高耐圧化を図ろうとすると、ドレイン領域の不純物濃度
を下げて空乏層を拡げ電界を低減させる必要がある。そ
の結果、ドレイン領域の抵抗が大きくなり、半導体装置
をオンさせて電流を流す際のオン抵抗が高くなり低損失
化が困難になる。また、凹部110の底部に電界が集中
しやすく、高耐圧化が難しい。SiCやSiを用いた半
導体装置では、絶縁破壊電界が高いために通常ドリフト
層102の不純物濃度を高くしてオン抵抗を低くする
が、その場合は凹部110の底部のゲート絶縁膜105
の電界が高くなり、高耐圧化が難しい。
In order to use a semiconductor device for a large-capacity inverter for industrial use, an inverter for railway use such as a bullet train or a train, or a power conversion device for an electric power business, a higher withstand voltage and a lower loss are required. Things are needed. However, in order to increase the breakdown voltage with a trench gate type MOSFET as shown in FIG. 15, it is necessary to reduce the impurity concentration in the drain region to expand the depletion layer and reduce the electric field. As a result, the resistance of the drain region is increased, the on-resistance when the semiconductor device is turned on and a current flows is increased, and it is difficult to reduce the loss. Further, the electric field tends to concentrate on the bottom of the concave portion 110, and it is difficult to increase the breakdown voltage. In a semiconductor device using SiC or Si, the on-resistance is lowered by increasing the impurity concentration of the drift layer 102 because the breakdown electric field is high. In this case, the gate insulating film 105 at the bottom of the recess 110 is used.
The electric field of the light is high, and it is difficult to increase the withstand voltage.

【0009】図16に示すSi−IGBTは、降伏電圧
が低く、産業用の高圧インバータや新幹線の電車などの
電鉄用途のインバータ、電力事業用の高圧電力変換装置
等に用いるには耐圧が不足であり、更なる高耐圧が必要
である。図18の構造で高耐圧化を図ろうとすると、ド
リフト領域202の不純物濃度を下げて空乏層を拡げ電
界を低減する必要がある。しかしこのようにするとドリ
フト領域202の抵抗が大きくなり、半導体装置をオン
させて電流を流す際のオン抵抗が高くなり低損失化が困
難になってしまう。例えば、1000V以上の降伏電圧
にするとビルトイン電圧より高い電圧範囲でのオン抵抗
は400mΩcm以上になり、2000V以上の降伏
電圧にすると2500mΩcm以上になる。本発明
は、ドレイン領域の不純物濃度を低減させずにドレイン
領域の電界を緩和し、オン抵抗を低くする一方、耐圧が
高く、また信頼性も高い高耐圧の半導体装置を提供する
ことを目的としている。
The Si-IGBT shown in FIG. 16 has a low breakdown voltage and is insufficient in withstand voltage to be used for a high-voltage inverter for industrial use, an inverter for electric railways such as a Shinkansen train, a high-voltage power converter for a power business, and the like. Yes, even higher withstand voltage is required. In order to increase the breakdown voltage with the structure of FIG. 18, it is necessary to lower the impurity concentration of the drift region 202 to expand the depletion layer and reduce the electric field. However, in this case, the resistance of the drift region 202 increases, and the on-resistance when the semiconductor device is turned on and a current flows is increased, making it difficult to reduce the loss. For example, when the breakdown voltage is 1000 V or more, the on-resistance in a voltage range higher than the built-in voltage is 400 mΩcm 2 or more, and when the breakdown voltage is 2000 V or more, it is 2500 mΩcm 2 or more. SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a high-breakdown-voltage semiconductor device that has a high withstand voltage and a high reliability while reducing the electric field of the drain region and reducing the on-resistance without reducing the impurity concentration of the drain region. I have.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明のワイドギャップ
半導体装置は、高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上
に形成した第1の導電型の第1のドリフト領域、前記第
1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のドリフト
領域と同様の厚さと同様の不純物濃度を有する第2の導
電型の第2のドリフト領域、前記第1及び第2のドリフ
ト領域に接するように形成した第1の導電型の埋込領
域、前記埋込領域に形成した第1の電極、前記埋込領域
から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第2のドリフト
領域の少なくとも一方に接するように形成した第2の導
電型のボディ領域、前記ボディ領域の一部に形成した第
1の導電型の領域、前記ボディ領域及び前記第1の導電
型の領域に設けた第2の電極、及び前記第1のドリフト
領域及び前記ボディ領域に形成した制御電極を備え、前
記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、前記第1の電
極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加したと
き、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全な
空乏層となるように選定したことを特徴とする。
A wide-gap semiconductor device according to the present invention comprises a first drift region of a first conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate; A second drift region of the second conductivity type having the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, and the first drift region formed to be in contact with the first and second drift regions. A buried region of the conductivity type, a first electrode formed in the buried region, a first electrode formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with at least one of the first and second drift regions. A second conductivity type body region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the body region and the first conductivity type region, and the first conductivity type body region. Drift region and the body A control electrode formed in a region, wherein the thickness of the first and second drift regions is reduced by applying a voltage lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. The second drift region is selected to be a substantially complete depletion layer.

【0011】本発明の他の観点のワイドギャップ半導体
装置は、高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上に形成
した第1の導電型の第1のドリフト領域、前記第1のド
リフト領域の上に形成した、前記第1のドリフト領域と
同様の厚さと同様の不純物濃度を有する第2の導電型の
第2のドリフト領域、前記基板、及び前記第1及び第2
のドリフト領域に接するように形成した第1の導電型の
埋込領域、前記埋込領域に形成した第1の電極、前記埋
込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第2のド
リフト領域の少なくとも一方に接するように形成した第
2の導電型のボディ領域、前記ボディ領域の一部に形成
した第1の導電型の領域、前記ボディ領域及び前記第1
の導電型の領域に設けた第2の電極、及び前記基板、第
1のドリフト領域及びボディ領域に絶縁膜を介して形成
した制御電極を備え、前記第1及び第2のドリフト領域
の厚さを、前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧よ
り低い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のドリフ
ト領域が実質的に完全な空乏層となるように選定したこ
とを特徴とする。
A wide gap semiconductor device according to another aspect of the present invention is a first drift region of a first conductivity type formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate, and formed on the first drift region. The second drift region of the second conductivity type having the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, the substrate, and the first and second drift regions.
A first conductivity type buried region formed so as to be in contact with the drift region, a first electrode formed in the buried region, and the first and second drift regions separated by a predetermined distance from the buried region. A second conductivity type body region formed to be in contact with at least one of the regions, a first conductivity type region formed in a part of the body region, the body region and the first region;
A second electrode provided in a region of the conductivity type, and a control electrode formed on the substrate, the first drift region and the body region via an insulating film, and a thickness of the first and second drift regions. Is selected such that when a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions become substantially complete depletion layers. And

【0012】上記の両発明のワイドギャップ半導体装置
では、第1の電極が高電位、第2の電極が低電位になる
ように電圧を印加すると、第1の導電型の領域と第2の
導電型のボディ領域で形成される接合が順バイアスされ
るので、低電位領域が第2の導電型のドリフト領域に拡
がる。また、埋込領域を介して高電位領域が第1の導電
型のドリフト領域に拡がる。その結果、第1及び第2の
ドリフト領域で形成される第1の接合は逆バイアスされ
第1及び第2の両ドリフト領域に空乏層が拡がる。埋込
領域6と第2の導電型ドリフト領域3で構成される第2
の接合も同時に逆バイアスされ、空乏層が第2の導電型
の領域内に拡がる。また第2の導電型のボディ領域と第
1の導電型のドリフト領域で形成される第3の接合も同
時に逆バイアスされ、空乏層が第1の導電型のドリフト
領域内に拡がる。このように、両ドリフト領域には四方
から空乏層が拡がり、第2及び第3の接合が降伏する前
に第1の導電型のドリフト領域と第2の導電型のドリフ
ト領域がほぼ完全に空乏化するように薄くする。少なく
とも、印加電圧が半導体装置の定格電圧に達する前には
ドリフト領域は完全に空乏化する。その結果、少なくと
も定格電圧付近の電圧が印加された際には、ドリフト領
域と埋込領域6で構成される接合から、ドリフト領域2
とボディ領域4で構成される接合までの電位の分布がほ
ぼ等電位分布となり電界が両ドリフト領域全域に渡って
ほぼ均一になる。この電界がワイドギャップ半導体の絶
縁破壊電界Ecに達するまで印加電圧を高くすることが
できるので高耐圧にできる。
In the wide-gap semiconductor devices of the above two inventions, when a voltage is applied so that the first electrode has a high potential and the second electrode has a low potential, the first conductive type region and the second conductive type are applied. Since the junction formed in the body region of the mold is forward-biased, the low potential region extends to the drift region of the second conductivity type. Further, the high potential region extends to the first conductivity type drift region via the buried region. As a result, the first junction formed by the first and second drift regions is reverse-biased, and the depletion layer extends to both the first and second drift regions. A second region composed of the buried region 6 and the second conductivity type drift region 3
Is also reverse-biased at the same time, and the depletion layer extends into the region of the second conductivity type. Further, the third junction formed by the body region of the second conductivity type and the drift region of the first conductivity type is simultaneously reverse-biased, and the depletion layer expands into the drift region of the first conductivity type. As described above, the depletion layers spread from both sides in both drift regions, and the first conductivity type drift region and the second conductivity type drift region are almost completely depleted before the second and third junctions break down. To make it thinner. At least before the applied voltage reaches the rated voltage of the semiconductor device, the drift region is completely depleted. As a result, at least when a voltage near the rated voltage is applied, the drift region 2
The distribution of the potential up to the junction formed by the body region 4 and the body region 4 becomes a substantially equipotential distribution, and the electric field becomes substantially uniform over both the drift regions. The applied voltage can be increased until the electric field reaches the breakdown electric field Ec of the wide gap semiconductor, so that a high breakdown voltage can be achieved.

【0013】更に、前記の構成では、耐圧は最大絶縁破
壊電界と両ドリフト領域の長さできまり、両ドリフト領
域の厚さには依存しない。両ドリフト領域の厚さを薄く
するほど、不純物濃度を高くしても完全な空乏化がで
き、高耐圧が得られる。一般に、空乏層の厚さと不純物
濃度Nの間には、厚さが1/Nの0.5乗にほぼ比例す
るという関係がある。そこで両ドリフト領域の厚さを薄
くし空乏層の厚さをこの範囲にすると、これによる不純
物濃度の増大効果は著しい。すなわち、オン抵抗の低減
効果が著しい。従来の構成の場合、ドリフト領域の厚さ
を薄くし不純物濃度を高くするとオン抵抗は低減できる
が耐圧は非線形的に低下するため、単位面積あたりの抵
抗RonSは耐圧の2.5乗に比例する関係となり、耐
圧が大きくなるとRonSは著しく大きくなる。本発明
の構造では耐圧がドリフト領域の長さに比例するが厚さ
には依存しない。従って厚さを低減して耐圧を損ねるこ
となく不純物濃度を低減させることによりオン抵抗の低
減効果のみを享受でき、RonSは耐圧の1乗に比例す
る関係となる。従って、本発明の構造ではドリフト層の
厚さを限界まで薄くした場合、耐圧1000V以上の半
導体装置では従来構造に比べて原理的にオン抵抗を2桁
以上低減できるという大きな効果が生じる。このドリフ
ト層の厚さの限界は、濃度を上げても第1の接合のビル
トイン・ポテンシャルが存在するので、これによる空乏
層が形成されるためにドリフト層の厚さをこの空乏層厚
さ以下にしてもオン抵抗の低減効果はなくなるというこ
とから生じるものである。また、従来構造に比べて同じ
電圧を印加した際には、本発明の構造の方が電界の局所
集中が少なく最大電界が低いので信頼性が向上できる。
Further, in the above configuration, the breakdown voltage is determined by the maximum breakdown field and the length of both drift regions, and does not depend on the thickness of both drift regions. As the thickness of both drift regions is reduced, complete depletion can be achieved even if the impurity concentration is increased, and a high breakdown voltage can be obtained. Generally, there is a relationship between the thickness of the depletion layer and the impurity concentration N that the thickness is substantially proportional to 1 / N to the 0.5 power. Therefore, when the thickness of both drift regions is reduced and the thickness of the depletion layer is set in this range, the effect of increasing the impurity concentration is remarkable. That is, the effect of reducing the on-resistance is remarkable. In the case of the conventional configuration, if the thickness of the drift region is reduced and the impurity concentration is increased, the on-resistance can be reduced, but the withstand voltage decreases non-linearly. Therefore, the resistance RonS per unit area is proportional to the 2.5th power of the withstand voltage. RonS increases significantly as the breakdown voltage increases. In the structure of the present invention, the breakdown voltage is proportional to the length of the drift region, but does not depend on the thickness. Therefore, only the effect of reducing the on-resistance can be enjoyed by reducing the impurity concentration without reducing the thickness and without deteriorating the breakdown voltage, and RonS has a relationship proportional to the first power of the breakdown voltage. Therefore, in the structure of the present invention, when the thickness of the drift layer is reduced to the limit, there is a great effect that a semiconductor device with a withstand voltage of 1000 V or more can reduce on-resistance by two digits or more in principle compared to the conventional structure. The limit of the thickness of the drift layer is that even if the concentration is increased, the built-in potential of the first junction exists, so that a depletion layer is formed due to the built-in potential. However, this is because the effect of reducing the on-resistance is lost. Further, when the same voltage is applied as compared with the conventional structure, the structure of the present invention can improve the reliability because the local concentration of the electric field is small and the maximum electric field is low.

【0014】本発明の他の観点のワイドギャップ半導体
装置は、高抵抗のワイドギャップ半導体の基板の上に形
成した、複数組の、第1の導電型の第1のドリフト領域
と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、前記複数
組の、前記第1及び第2のドリフト領域の組を貫通して
前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形成した第
1の導電型の埋込領域、前記埋込領域に形成した第1の
電極、前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上
層のドリフト領域内に形成した第2の導電型のボディ領
域、前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領
域、前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に
設けた、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領
域、前記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して
前記基板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶
縁膜、前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介し
て設けた制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設け
た第2の電極を備えている。
A wide gap semiconductor device according to another aspect of the present invention comprises a plurality of sets of a first conductive type first drift region and a second conductive type formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate. A first conductivity type formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through a set of the second drift region and the plurality of sets of the first and second drift regions. Embedded region, a first electrode formed in the embedded region, a body region of a second conductivity type formed in an uppermost drift region of the plurality of sets of first and second drift regions, and the body A first conductivity type region formed in a part of the region, the plurality of sets of the first and second drift regions, the body region, and the first region provided at positions separated by a predetermined distance from the first trench; A first region reaching the substrate through the region of the first conductivity type; Has an inner wall surface formed with an insulating film of the trench, the second control electrode and the provided via an insulating film on the inner wall surface of the trench, and a second electrode provided on the region and the body region.

【0015】本発明の他の観点のワイドギャップ半導体
装置は、高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上に形成
した第2の導電型の第1のドリフト領域、前記第1のド
リフト領域の上に形成した、前記第1のドリフト領域と
実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有する第1の導電
型の第2のドリフト領域、前記基板、及び前記第1及び
第2のドリフト領域に接するように形成した第1の導電
型の埋込領域、前記埋込領域に形成した第1の電極、前
記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記基板及び前記
第1及び第2のドリフト領域に接するように形成した第
2の導電型のボディ領域、前記ボディ領域の一部に形成
した第1の導電型の領域、前記領域及びボディ領域に設
けた第2の電極、及び前記ボディ領域に絶縁膜を介して
設けた制御電極を備え、前記第1及び第2のドリフト領
域の厚さを、前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧
より低い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のドリ
フト領域が実質的に完全な空乏層となるように選定した
ことを特徴とする。
A wide gap semiconductor device according to another aspect of the present invention is a second drift type first drift region formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate and formed on the first drift region. The first drift region is formed to be in contact with the second drift region of the first conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, the substrate, and the first and second drift regions. Buried region of the first conductivity type, the first electrode formed in the buried region, and a predetermined distance from the buried region so as to be in contact with the substrate and the first and second drift regions. A second conductive type body region formed, a first conductive type region formed in part of the body region, a second electrode provided in the region and the body region, and an insulating film interposed between the body region and the body region. Control electrode When the thickness of the first and second drift regions is set to a value lower than the rated voltage between the first and second electrodes, the first and second drift regions are substantially It is characterized in that it is selected so as to have a complete depletion layer.

【0016】本発明の他の観点のワイドギャップ半導体
装置は、高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上に形成
した第1の導電型の第1のドリフト領域、前記第1のド
リフト領域の上に形成した、前記第1のドリフト領域と
実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有する第2の導電
型の第2のドリフト領域、前記第1及び第2のドリフト
領域に接するように形成した第1の導電型の埋込領域、
前記埋込領域に形成した第1の電極、前記埋込領域から
所定の距離だけ離れ、前記第1及び第2のドリフト領域
に接するように前記第1のドリフト領域内に形成した第
2の導電型のボディ領域、前記ボディ領域の、1部分に
形成した第1の導電型の領域、前記領域に設けた第2の
電極、及び前記第1のドリフト領域の第2のボディ領域
及び前記領域上に絶縁膜を介して設けた制御電極を備
え、前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、前記第
1の電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加
したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に
完全な空乏層となるように選定したことを特徴とする。
A wide gap semiconductor device according to another aspect of the present invention is a first drift region of a first conductivity type formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate, and formed on the first drift region. A second drift region of the second conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, and a first drift region formed in contact with the first and second drift regions. Buried area of conductivity type,
A first electrode formed in the buried region, a second conductive layer formed in the first drift region so as to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with the first and second drift regions; Body region, a first conductivity type region formed in a portion of the body region, a second electrode provided in the region, and a second body region of the first drift region and the region A control electrode provided with an insulating film interposed therebetween, the thickness of the first and second drift regions, when a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, The first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers.

【0017】本発明の他の観点のワイドギャップ半導体
装置は、高抵抗の第1の種類の材料を用いたワイドギャ
ップ半導体の基板上に形成した、低抵抗の第2の種類の
材料を用いた第1の導電型の第1のドリフト領域、前記
第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のドリフ
ト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有する第
2の種類の材料を用いた第2の導電型の第2のドリフト
領域、前記第1及び第2のドリフト領域に接するように
形成した第1の導電型の埋込領域、前記埋込領域に形成
した第1の電極、前記埋込領域から所定の距離だけ離
れ、前記第1及び第2のドリフト領域に接するように形
成した第2の導電型のボディ領域、前記ボディ領域の一
部に形成した第1の導電型の領域、前記領域に設けた第
2の電極、及び前記ボディ領域を貫通して、前記第1の
ドリフト領域に達するトレンチの内壁面に絶縁膜を介し
て設けた制御電極を備え、前記第1及び第2のドリフト
領域の厚さを、前記第1の電極と第2の電極間に定格電
圧より低い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のド
リフト領域が実質的に完全な空乏層となるように選定し
たことを特徴とする。
A wide-gap semiconductor device according to another aspect of the present invention uses a low-resistance second-type material formed on a wide-gap semiconductor substrate using a high-resistance first-type material. A first drift region of a first conductivity type, a second type of material formed on the first drift region and having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region is used. A second drift region of the second conductivity type, a buried region of the first conductivity type formed to be in contact with the first and second drift regions, a first electrode formed in the buried region, A second conductivity type body region formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with the first and second drift regions; a first conductivity type body region formed in a part of the body region; Region, a second electrode provided in the region, and A control electrode provided through an insulating film on the inner wall surface of the trench reaching the first drift region through the first region, and the thickness of the first and second drift regions is controlled by the first drift region. When a voltage lower than the rated voltage is applied between the electrode and the second electrode, the first and second drift regions are selected so as to become a substantially complete depletion layer.

【0018】本発明の半導体装置は、高抵抗のワイドギ
ャップ半導体の基板上に形成した第1の導電型の第1の
ドリフト領域、前記第1のドリフト領域の上に形成し
た、前記第1のドリフト領域と同様の厚さと同様の不純
物濃度を有する第2の導電型の第2のドリフト領域、前
記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成した
第1の導電型の埋込領域、前記埋込領域に形成した第1
の電極、前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第
1及び第2のドリフト領域の少なくとも一方に接するよ
うに形成した第2の導電型のボディ領域、前記ボディ領
域の一部に形成した第1の導電型の領域、前記ボディ領
域及び前記第1の導電型の領域に設けた第2の電極、及
び前記第1のドリフト領域及び前記ボディ領域に形成し
た制御電極を備え、前記第1及び第2のドリフト領域の
厚さを、前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧より
低い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のドリフト
領域が実質的に完全な空乏層となるように選定したこと
を特徴とする。
In the semiconductor device according to the present invention, a first drift region of a first conductivity type formed on a substrate of a wide gap semiconductor having a high resistance, the first drift region formed on the first drift region. A second drift region of the second conductivity type having the same thickness and the same impurity concentration as the drift region, a buried region of the first conductivity type formed in contact with the first and second drift regions, A first portion formed in the buried region;
A second conductivity type body region formed so as to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with at least one of the first and second drift regions, and formed in a part of the body region A first conductive type region, a second electrode provided in the body region and the first conductive type region, and a control electrode formed in the first drift region and the body region. And when the thickness of the second drift region is lower than the rated voltage between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions are substantially completely depleted. It is characterized by having been selected so that

【0019】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板上に形成した第1の導電
型の第1のドリフト領域、前記第1のドリフト領域の上
に形成した、前記第1のドリフト領域と同様の厚さと同
様の不純物濃度を有する第2の導電型の第2のドリフト
領域、前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト領域
に接するように形成した第1の導電型の埋込領域、前記
埋込領域に形成した第1の電極、前記埋込領域から所定
の距離だけ離れ、前記第1及び第2のドリフト領域の少
なくとも一方に接するように形成した第2の導電型のボ
ディ領域、前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電
型の領域、前記ボディ領域及び前記第1の導電型の領域
に設けた第2の電極、及び前記基板、第1のドリフト領
域及びボディ領域に絶縁膜を介して形成した制御電極を
備え、前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、前記
第1の電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印
加したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的
に完全な空乏層となるように選定したことを特徴とす
る。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first conductivity type first drift region formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate, wherein the first drift region is formed on the first drift region. A first conductive type second drift region having the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, the substrate, and the first drift region formed so as to be in contact with the first and second drift regions. A buried region of the conductivity type, a first electrode formed in the buried region, a first electrode formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with at least one of the first and second drift regions. A second conductive type body region, a first conductive type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the body region and the first conductive type region, 1 drift region and body region A control electrode formed through an insulating film, wherein the thickness of the first and second drift regions is reduced by applying a voltage lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. The first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers.

【0020】上記の両発明の半導体装置では、第1の電
極が高電位、第2の電極が低電位になるように電圧を印
加すると、第1の導電型の領域と第2の導電型のボディ
領域で形成される接合が順バイアスされるので、低電位
領域が第2の導電型のドリフト領域に拡がる。また、埋
込領域を介して高電位領域が第1の導電型のドリフト領
域に拡がる。その結果、第1及び第2のドリフト領域で
形成される第1の接合は逆バイアスされ第1及び第2の
両ドリフト領域に空乏層が拡がる。埋込領域6と第2の
導電型ドリフト領域3で構成される第2の接合も同時に
逆バイアスされ、空乏層が第2の導電型の領域内に拡が
る。また第2の導電型のボディ領域と第1の導電型のド
リフト領域で形成される第3の接合も同時に逆バイアス
され、空乏層が第1の導電型のドリフト領域内に拡が
る。このように、両ドリフト領域には四方から空乏層が
拡がり、第2及び第3の接合が降伏する前に第1の導電
型のドリフト領域と第2の導電型のドリフト領域がほぼ
完全に空乏化するように薄くする。少なくとも、印加電
圧が半導体装置の定格電圧に達する前にはドリフト領域
は完全に空乏化する。その結果、少なくとも定格電圧付
近の電圧が印加された際には、ドリフト領域と埋込領域
6で構成される接合から、ドリフト領域2とボディ領域
4で構成される接合までの電位の分布がほぼ等電位分布
となり電界が両ドリフト領域全域に渡ってほぼ均一にな
る。この電界がワイドギャップ半導体の絶縁破壊電界E
cに達するまで印加電圧を高くすることができるので高
耐圧にできる。
In the above-described semiconductor devices of the two inventions, when a voltage is applied so that the first electrode has a high potential and the second electrode has a low potential, the region of the first conductivity type and the second conductivity type are applied. Since the junction formed in the body region is forward biased, the low potential region extends to the second conductivity type drift region. Further, the high potential region extends to the first conductivity type drift region via the buried region. As a result, the first junction formed by the first and second drift regions is reverse-biased, and the depletion layer extends to both the first and second drift regions. The second junction formed by the buried region 6 and the drift region 3 of the second conductivity type is also reverse biased at the same time, and the depletion layer extends into the region of the second conductivity type. Further, the third junction formed by the body region of the second conductivity type and the drift region of the first conductivity type is simultaneously reverse-biased, and the depletion layer expands into the drift region of the first conductivity type. As described above, the depletion layers spread from both sides in both drift regions, and the first conductivity type drift region and the second conductivity type drift region are almost completely depleted before the second and third junctions break down. To make it thinner. At least before the applied voltage reaches the rated voltage of the semiconductor device, the drift region is completely depleted. As a result, when at least a voltage near the rated voltage is applied, the potential distribution from the junction formed by the drift region and the buried region 6 to the junction formed by the drift region 2 and the body region 4 is substantially equal. The distribution becomes equipotential and the electric field becomes substantially uniform over the entire area of both drift regions. This electric field is the dielectric breakdown electric field E of the wide gap semiconductor.
Since the applied voltage can be increased until the voltage reaches c, the breakdown voltage can be increased.

【0021】更に、前記の構成では、耐圧は最大絶縁破
壊電界と両ドリフト領域の長さできまり、両ドリフト領
域の厚さには依存しない。両ドリフト領域の厚さを薄く
するほど、不純物濃度を高くしても完全な空乏化がで
き、高耐圧が得られる。一般に、空乏層の厚さと不純物
濃度Nの間には、厚さが1/Nの0.5乗にほぼ比例す
るという関係がある。そこで両ドリフト領域の厚さを薄
くし空乏層の厚さをこの範囲にすると、これによる不純
物濃度の増大効果は著しい。すなわち、オン抵抗の低減
効果が著しい。従来の構成の場合、ドリフト領域の厚さ
を薄くし不純物濃度を高くするとオン抵抗は低減できる
が耐圧は非線形的に低下するため、単位面積あたりの抵
抗RonSは耐圧の2.5乗に比例する関係となり、耐
圧が大きくなるとRonSは著しく大きくなる。本発明
の構造では耐圧がドリフト領域の長さに比例するが厚さ
には依存しない。従って厚さを低減して耐圧を損ねるこ
となく不純物濃度を低減させることによりオン抵抗の低
減効果のみを享受でき、RonSは耐圧の1乗に比例す
る関係となる。従って、本発明の構造ではドリフト層の
厚さを限界まで薄くした場合、耐圧1000V以上の半
導体装置では従来構造に比べて原理的にオン抵抗を2桁
以上低減できるという大きな効果が生じる。このドリフ
ト層の厚さの限界は、濃度を上げても第1の接合のビル
トイン・ポテンシャルが存在するので、これによる空乏
層が形成されるためにドリフト層の厚さをこの空乏層厚
さ以下にしてもオン抵抗の低減効果はなくなるというこ
とから生じるものである。また、従来構造に比べて同じ
電圧を印加した際には、本発明の構造の方が電界の局所
集中が少なく最大電界が低いので信頼性が向上できる。
Further, in the above configuration, the breakdown voltage is determined by the maximum breakdown field and the length of both drift regions, and does not depend on the thickness of both drift regions. As the thickness of both drift regions is reduced, complete depletion can be achieved even if the impurity concentration is increased, and a high breakdown voltage can be obtained. Generally, there is a relationship between the thickness of the depletion layer and the impurity concentration N that the thickness is substantially proportional to 1 / N to the 0.5 power. Therefore, when the thickness of both drift regions is reduced and the thickness of the depletion layer is set in this range, the effect of increasing the impurity concentration is remarkable. That is, the effect of reducing the on-resistance is remarkable. In the case of the conventional configuration, if the thickness of the drift region is reduced and the impurity concentration is increased, the on-resistance can be reduced, but the withstand voltage decreases non-linearly. Therefore, the resistance RonS per unit area is proportional to the 2.5th power of the withstand voltage. RonS increases significantly as the breakdown voltage increases. In the structure of the present invention, the breakdown voltage is proportional to the length of the drift region, but does not depend on the thickness. Therefore, only the effect of reducing the on-resistance can be enjoyed by reducing the impurity concentration without reducing the thickness and without deteriorating the breakdown voltage, and RonS has a relationship proportional to the first power of the breakdown voltage. Therefore, in the structure of the present invention, when the thickness of the drift layer is reduced to the limit, there is a great effect that a semiconductor device with a withstand voltage of 1000 V or more can reduce on-resistance by two digits or more in principle compared to the conventional structure. The limit of the thickness of the drift layer is that even if the concentration is increased, the built-in potential of the first junction exists, so that a depletion layer is formed due to the built-in potential. However, this is because the effect of reducing the on-resistance is lost. Further, when the same voltage is applied as compared with the conventional structure, the structure of the present invention can improve the reliability because the local concentration of the electric field is small and the maximum electric field is low.

【0022】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板の上に形成した、複数組
の、第1の導電型の第1のドリフト領域と第2の導電型
の第2のドリフト領域との組、前記複数組の、前記第1
及び第2のドリフト領域の組を貫通して前記基板に達す
る第1のトレンチの内壁面に形成した第1の導電型の埋
込領域、前記埋込領域に形成した第1の電極、前記複数
組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のドリフト領
域内に形成した第2の導電型のボディ領域、前記ボディ
領域の一部に形成した第1の導電型の領域、前記第1の
トレンチから所定距離だけ離れた位置に設けた、前記複
数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前記ボディ領
域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基板に達する
第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、前記第2の
トレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設けた制御電
極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2の電極を
備えている。
A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second conductivity type formed on a substrate of a high resistance wide gap semiconductor. A set with a second drift region, the plurality of sets,
A buried region of a first conductivity type formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through a pair of second drift regions and a first electrode formed in the buried region; A second conductivity type body region formed in an uppermost drift region of the set of first and second drift regions; a first conductivity type region formed in a part of the body region; A second trench that is provided at a predetermined distance from the trench and that reaches the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions, the body region, and the first conductivity type region; An insulating film formed on an inner wall surface, a control electrode provided on the inner wall surface of the second trench via the insulating film, and a second electrode provided on the region and the body region are provided.

【0023】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板上に形成した第2の導電
型の第1のドリフト領域、前記第1のドリフト領域の上
に形成した、前記第1のドリフト領域と実質的に同じ厚
さと同じ不純物濃度を有する第1の導電型の第2のドリ
フト領域、前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト
領域に接するように形成した第1の導電型の埋込領域、
前記埋込領域に形成した第1の電極、前記埋込領域から
所定の距離だけ離れ、前記基板及び前記第1及び第2の
ドリフト領域に接するように形成した第2の導電型のボ
ディ領域、前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電
型の領域、前記領域及びボディ領域に設けた第2の電
極、及び前記ボディ領域に絶縁膜を介して設けた制御電
極を備え、前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、
前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧
を印加したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実
質的に完全な空乏層となるように選定したことを特徴と
する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a first drift region of a second conductivity type formed on a substrate made of a high-resistance wide gap semiconductor, and formed on the first drift region. A first conductive type second drift region having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, the substrate, and a second conductive region formed in contact with the first and second drift regions. Embedded region of the conductivity type of 1,
A first electrode formed in the buried region, a second conductivity type body region formed so as to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with the substrate and the first and second drift regions; A first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region and the body region, and a control electrode provided in the body region via an insulating film; And the thickness of the second drift region
When a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions are selected so as to be substantially complete depletion layers. .

【0024】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板上に形成した第1の導電
型の第1のドリフト領域、前記第1のドリフト領域の上
に形成した、前記第1のドリフト領域と実質的に同じ厚
さと同じ不純物濃度を有する第2の導電型の第2のドリ
フト領域、前記第1及び第2のドリフト領域に接するよ
うに形成した第1の導電型の埋込領域、前記埋込領域に
形成した第1の電極、前記埋込領域から所定の距離だけ
離れ、前記第1及び第2のドリフト領域に接するように
前記第1のドリフト領域内に形成した第2の導電型のボ
ディ領域、前記ボディ領域の、1部分に形成した第1の
導電型の領域、前記領域に設けた第2の電極、及び前記
第1のドリフト領域の第2のボディ領域及び前記領域上
に絶縁膜を介して設けた制御電極を備え、前記第1及び
第2のドリフト領域の厚さを、前記第1の電極と第2の
電極間に定格電圧より低い電圧を印加したとき、前記第
1及び第2のドリフト領域が実質的に完全な空乏層とな
るように選定したことを特徴とする。
In a semiconductor device according to another aspect of the present invention, a first drift region of a first conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor, and formed on the first drift region. A second drift region of a second conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, a first conductivity type formed to be in contact with the first and second drift regions; Buried region, a first electrode formed in the buried region, a predetermined distance from the buried region, and formed in the first drift region so as to be in contact with the first and second drift regions. Body region of the second conductivity type, a region of the first conductivity type formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region, and a second body of the first drift region Region and an insulating film on the region The first and second drift regions when a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode. The region is selected to be a substantially complete depletion layer.

【0025】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
の第1の種類の材料を用いたワイドギャップ半導体の基
板上に形成した、低抵抗の第2の種類の材料を用いた第
1の導電型の第1のドリフト領域、前記第1のドリフト
領域の上に形成した、前記第1のドリフト領域と実質的
に同じ厚さと同じ不純物濃度を有する第2の種類の材料
を用いた第2の導電型の第2のドリフト領域、前記第1
及び第2のドリフト領域に接するように形成した第1の
導電型の埋込領域、前記埋込領域に形成した第1の電
極、前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及
び第2のドリフト領域に接するように形成した第2の導
電型のボディ領域、前記ボディ領域の一部に形成した第
1の導電型の領域、前記領域に設けた第2の電極、及び
前記ボディ領域を貫通して、前記第1のドリフト領域に
達するトレンチの内壁面に絶縁膜を介して設けた制御電
極を備え、前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、
前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧
を印加したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実
質的に完全な空乏層となるように選定したことを特徴と
する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device formed on a wide-gap semiconductor substrate using a high-resistance first type material and using a low-resistance second type material. A first drift region having the same conductivity type as that of the first drift region and having the same impurity concentration as the first drift region. A second drift region of conductivity type 2;
A first conductivity type buried region formed in contact with the second drift region; a first electrode formed in the buried region; and a predetermined distance from the buried region. A second conductivity type body region formed in contact with the second drift region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region, and the body region And a control electrode provided on the inner wall surface of the trench reaching the first drift region via an insulating film. The thickness of the first and second drift regions is
When a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions are selected so as to be substantially complete depletion layers. .

【0026】本発明の他の観点の半導体装置は、絶縁基
板上に形成した第1の導電型の第1のドリフト領域、前
記第1のドリフト領域の上の一部分に形成した第2の導
電型の第2のドリフト領域、前記第1のドリフト領域の
上の一部分に形成した、第2の導電型の第2のドリフト
領域の不純物濃度以上の不純物濃度を有する第2の導電
型の第3のドリフト領域、前記第3のドリフト領域に形
成した高不純物濃度を有する第1の導電型の第1の領
域、前記第1のドリフト領域及び第2のドリフト領域に
接して形成した、前記第1のドリフト領域及び第2のド
リフト領域よりも高い不純物濃度を有する第1の導電型
の第2の領域、前記第1の導電型の第2の領域に接して
形成した、高不純物濃度を有する第2の導電型の第3の
領域、前記第1の導電型の第1の領域に形成した第1の
電極、前記第2の導電型の第3の領域に形成した第2の
電極、及び前記第1のドリフト領域、第3のドリフト領
域、第1の領域に絶縁膜を介して対向する制御電極、を
備えたバイポーラ半導体装置であって、前記第1のドリ
フト領域と第2のドリフト領域の厚さが実質的に等し
く、それぞれの厚さがそれぞれの長さより小さく、前記
第1の電極と第2の電極間に定格電圧に近い電圧を印加
したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に
空乏層となるように前記第1及び第2のドリフト領域の
厚さを選択したことを特徴とする。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device including a first drift region of a first conductivity type formed on an insulating substrate, and a second conductivity type formed on a portion of the first drift region. The second drift region, the third drift region of the second conductivity type having an impurity concentration equal to or higher than the impurity concentration of the second drift region of the second conductivity type, which is formed in a portion above the first drift region. A drift region, a first region of a first conductivity type having a high impurity concentration formed in the third drift region, and the first drift region formed in contact with the first drift region and the second drift region. A second region of a first conductivity type having a higher impurity concentration than the drift region and the second drift region; and a second region having a high impurity concentration formed in contact with the second region of the first conductivity type. A third region of the conductivity type of A first electrode formed in a first region of the mold, a second electrode formed in a third region of the second conductivity type, and the first drift region, the third drift region, the first A bipolar semiconductor device comprising: a control electrode opposed to a region via an insulating film, wherein the first drift region and the second drift region have substantially the same thickness, and the respective thicknesses are different from each other. When a voltage smaller than the length and close to the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions become substantially depleted layers. 2 is characterized in that the thickness of the drift region is selected.

【0027】前記の半導体装置では、第2の電極が高電
位、第1の電極が低電位になるように高電圧を印加する
と、第1の導電型の第1の領域と第2の導電型の第2の
領域で構成される接合は順方向電圧が印加されるので第
2の導電型のドリフト領域は低電位になる。また第2の
導電型の第3の領域と第1の導電型の第2の領域を介し
て第1の導電型の第1のドリフト領域は高電位になる。
その結果、第1及び第2のドリフト領域で構成される第
1の接合には逆方向の電圧が印加され第1及び第2の両
ドリフト領域に空乏層が拡がる。第1の導電型の第2の
領域と第2の導電型の第2のドリフト領域で構成される
第2の接合も同時に逆バイアスされ空乏層が第2の導電
型の第2のドリフト領域内に拡がる。第2の導電型の第
3ドリフト領域と第1の導電型の第1のドリフト領域で
構成される第3の接合も同時に逆方向の電圧が印加され
空乏層が第1の導電型の第1のドリフト領域内に拡が
る。
In the above-described semiconductor device, when a high voltage is applied so that the second electrode has a high potential and the first electrode has a low potential, the first region of the first conductivity type and the second conductivity type are applied. Since a forward voltage is applied to the junction formed by the second region, the drift region of the second conductivity type has a low potential. The first drift region of the first conductivity type has a high potential via the third region of the second conductivity type and the second region of the first conductivity type.
As a result, a reverse voltage is applied to the first junction formed by the first and second drift regions, and the depletion layer expands in both the first and second drift regions. A second junction composed of the second region of the first conductivity type and the second drift region of the second conductivity type is also reverse-biased at the same time, so that the depletion layer is in the second drift region of the second conductivity type. Spreads out. A reverse junction is simultaneously applied to the third junction formed by the third drift region of the second conductivity type and the first drift region of the first conductivity type, and the depletion layer is formed of the first drift region of the first conductivity type. In the drift region.

【0028】このようにして、第1及び第2のドリフト
領域には上下方向と左右方向から空乏層が拡がるので、
第2及び第3の接合が降伏する前に第1の導電型の第1
のドリフト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域は
印加電圧が半導体装置の定格電圧に達する前に容易に且
つほぼ完全に空乏化される。その結果、少なくとも定格
電圧付近の電圧が印加された際には、第2のドリフト領
域と第2の領域で構成される接合から、第1のドリフト
領域と第3のドリフト領域で構成される接合に至る部分
の電位分布はほぼ等電位分布となり、電界は両ドリフト
領域全域に渡ってほぼ均一になる。この電界が半導体材
料の絶縁破壊電界に達するまで印加高電圧を高くするこ
とができるので、高耐圧にすることができる。
As described above, since the depletion layer expands in the first and second drift regions in the vertical and horizontal directions,
Before the second and third junctions break down, the first of the first conductivity type
And the second drift region of the second conductivity type are easily and almost completely depleted before the applied voltage reaches the rated voltage of the semiconductor device. As a result, when at least a voltage near the rated voltage is applied, the junction composed of the second drift region and the second region is changed from the junction composed of the first drift region and the third drift region. Is substantially equal potential distribution, and the electric field is substantially uniform over the entire drift region. Since the applied high voltage can be increased until the electric field reaches the dielectric breakdown electric field of the semiconductor material, the withstand voltage can be increased.

【0029】従来の構造では、一定の不純物濃度のドリ
フト領域を設けても空乏層内の電界は接合に近づくにつ
れて一定の勾配で増大し、接合部で最大となる。印加電
圧が増大し、この接合部の電界が絶縁破壊電圧Ecに達
すると降伏する。これに対して本発明の構造では、耐圧
は、電界が絶縁破壊電圧に達するときの空乏層内の電界
の積分値となる。降伏時にドリフト領域内で電界が一定
の絶縁破壊電圧になるので原理的に従来構造に比べて高
耐圧にできる。更に、本発明の構造では耐圧は、最大絶
縁破壊電界と第1及び第2のドリフト領域の長さで決ま
り、両ドリフト領域の厚さには依存しない。不純物濃度
を高くしても、両ドリフト領域の厚さを薄くすれば、両
ドリフト領域は容易且つ完全に空乏化し上記と同じよう
に高耐圧化が実現できる。一般に、空乏層の厚さWと不
純物濃度Nの間には、厚さWが1/Nの0.5乗にほぼ
比例するという関係がある。両ドリフト領域の厚さを薄
くするとその2乗に比例して不純物濃度を増やすことが
できるので、オン抵抗の低減効果が著しい。
In the conventional structure, even if a drift region having a constant impurity concentration is provided, the electric field in the depletion layer increases at a constant gradient as approaching the junction, and reaches a maximum at the junction. When the applied voltage increases and the electric field at this junction reaches the breakdown voltage Ec, breakdown occurs. On the other hand, in the structure of the present invention, the breakdown voltage is the integral value of the electric field in the depletion layer when the electric field reaches the breakdown voltage. Since the electric field has a constant breakdown voltage in the drift region at the time of breakdown, the breakdown voltage can be increased in principle compared to the conventional structure. Further, in the structure of the present invention, the breakdown voltage is determined by the maximum breakdown field and the lengths of the first and second drift regions, and does not depend on the thickness of both drift regions. Even if the impurity concentration is increased, if the thickness of both drift regions is reduced, both drift regions are easily and completely depleted, and a high breakdown voltage can be realized in the same manner as described above. Generally, there is a relationship between the thickness W of the depletion layer and the impurity concentration N that the thickness W is approximately proportional to 1 / N to the 0.5 power. If the thickness of both drift regions is reduced, the impurity concentration can be increased in proportion to the square of the drift region, so that the effect of reducing the on-resistance is remarkable.

【0030】従来の構造の場合、ドリフト領域の厚さを
薄くし不純物濃度を高くするとオン抵抗は低減するが、
耐圧も非線形的に低下する。このため、単位面積あたり
の抵抗は耐圧の2.5乗に比例する関係となり、耐圧が
大きくなると前記抵抗は著しく大きくなる。本発明の構
造では、耐圧はドリフト領域の長さに比例し厚さには依
存しないので、厚さを低減して不純物濃度を低減させる
ことにより高い耐圧を保ちつつオン抵抗の低減が計れ
る。すなわち抵抗は耐圧の1乗に比例する関係となる。
従って、本発明の構造ではドリフト層の厚さを限界まで
薄くした場合、耐圧1000V以上の半導体装置で従来
の構造に比べて原理的にオン抵抗を2桁以上低減できる
という大きな効果が生じる。このドリフト層の厚さの限
界が、ドリフト層の不純物濃度を上げても第1の接合の
ビルトイン・ポテンシャルが存在するので、これによる
空乏層が形成される。ドリフト層の厚さをこの空乏層の
厚さ以下にするとオン抵抗の低減効果はなくなる、とい
うことからこのドリフト層の厚さの限界が生じる。同じ
電圧を印加した際には、従来の構造に比べて本発明の構
造の方が電界の局所集中が少なく最大電界が低いので信
頼性が向上できる。
In the case of the conventional structure, when the thickness of the drift region is reduced and the impurity concentration is increased, the on-resistance is reduced.
The breakdown voltage also decreases nonlinearly. For this reason, the resistance per unit area is proportional to the withstand voltage to the power of 2.5, and when the withstand voltage increases, the resistance increases significantly. In the structure of the present invention, since the withstand voltage is proportional to the length of the drift region and does not depend on the thickness, the on-resistance can be reduced while maintaining a high withstand voltage by reducing the thickness and the impurity concentration. That is, the resistance has a relationship proportional to the first power of the breakdown voltage.
Therefore, in the structure of the present invention, when the thickness of the drift layer is reduced to the limit, there is a great effect that the on-resistance can be reduced by two digits or more in principle with a semiconductor device having a withstand voltage of 1000 V or more as compared with the conventional structure. Even if the impurity concentration of the drift layer is increased due to the limit of the thickness of the drift layer, the built-in potential of the first junction exists, and thus a depletion layer is formed. If the thickness of the drift layer is less than the thickness of the depletion layer, the effect of reducing the on-resistance is lost, so that the thickness of the drift layer is limited. When the same voltage is applied, the structure of the present invention has a smaller local concentration of the electric field and a lower maximum electric field than the conventional structure, so that the reliability can be improved.

【0031】本発明の他の観点の半導体装置は、絶縁基
板の上に形成した、複数組の、第1の導電型の第1のド
リフト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との
組、前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域を
貫通して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形
成した第1の導電型の第1の埋込領域、前記第1の埋込
領域に接して形成した第2の導電型の第2の埋込領域、
前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、前記複数組
の第1及び第2のドリフト領域の最上層のドリフト領域
に接して形成した第2の導電型のボディ領域、前記ボデ
ィ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、前記第1
のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設けた、前記
複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前記ボディ
領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基板に達す
る第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、前記第2
のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設けた制御電
極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2の電極を
備える。
A semiconductor device according to another aspect of the present invention includes a plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on an insulating substrate. A first buried region of a first conductivity type formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions and the plurality of sets; A second buried region of a second conductivity type formed in contact with the first buried region;
A first electrode formed in the second buried region, a second conductivity type body region formed in contact with an uppermost one of the plurality of sets of the first and second drift regions, and the body region; A region of a first conductivity type formed in a part of
A second trench, which is provided at a predetermined distance from the trench and reaches the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions, the body region, and the first conductivity type region. An insulating film formed on the inner wall surface of the second
A control electrode provided on the inner wall surface of the trench through the insulating film, and a second electrode provided in the region and the body region.

【0032】本発明の他の観点の半導体装置は、基板の
上に絶縁膜を介して形成した、複数組の、第1の導電型
の第1のドリフト領域と第2の導電型の第2のドリフト
領域との組、前記複数組の、前記第1及び第2のドリフ
ト領域を貫通して前記基板に達する第1のトレンチの内
壁面に形成した第1の導電型の第1の埋込領域、前記第
1の埋込領域に接して形成した第2の導電型の第2の埋
込領域、前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、前
記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のドリ
フト領域に接して形成した第2の導電型のボディ領域、
前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、
前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設け
た、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前
記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基
板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、
前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設け
た制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2
の電極を備える。
In a semiconductor device according to another aspect of the present invention, a plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type are formed on a substrate via an insulating film. A first conductive type first buried formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions and the plurality of sets. A region, a second buried region of a second conductivity type formed in contact with the first buried region, a first electrode formed in the second buried region, a plurality of first and second sets of the plurality of sets. A second conductivity type body region formed in contact with the uppermost drift region of the second drift region;
A first conductivity type region formed in a part of the body region;
A plurality of first and second drift regions, the body region, and a region of the first conductivity type, which are provided at a position separated by a predetermined distance from the first trench, reach the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions. An insulating film formed on the inner wall surface of the second trench,
A control electrode provided on the inner wall surface of the second trench via the insulating film; and a second control electrode provided on the region and the body region.
Electrodes.

【0033】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板の上に形成した、複数組
の、第1の導電型の第1のドリフト領域と第2の導電型
の第2のドリフト領域との組、前記複数組の、前記第1
及び第2のドリフト領域を貫通して前記基板に達する第
1のトレンチの内壁面に形成した第1の導電型の第1の
埋込領域、前記第1の埋込領域に接して形成した第2の
導電型の第2の埋込領域、前記第2の埋込領域に形成し
た第1の電極、前記複数組の第1及び第2のドリフト領
域の最上層のドリフト領域に形成した第2の導電型コン
タクト部、前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた
位置に形成され、前記複数組の前記第1及び第2のドリ
フト領域、前記コンタクト部を貫通して前記基板に達す
る第2のトレンチの内壁面に形成した第2の導電型のベ
ース領域、前記第2のトレンチ内の前記ベース領域に設
けた第2の電極、及び前記コンタクト部に設けた第3の
電極を備える。
In a semiconductor device according to another aspect of the present invention, a plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type are formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor. A set with a second drift region, the plurality of sets,
And a first buried region of a first conductivity type formed on the inner wall surface of the first trench reaching the substrate through the second drift region, and a first buried region formed in contact with the first buried region. A second buried region of the second conductivity type, a first electrode formed in the second buried region, and a second electrode formed in the uppermost drift region of the plurality of sets of the first and second drift regions. A second contact region formed at a predetermined distance from the first trench and reaching the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions and the contact portion. A second conductive type base region formed on the inner wall surface of the trench; a second electrode provided on the base region in the second trench; and a third electrode provided on the contact portion.

【0034】本発明の他の観点の半導体装置は、高抵抗
のワイドギャップ半導体の基板の上に形成した複数組
の、第1の導電型の第1のドリフト領域と第2の導電型
の第2のドリフト領域との組、前記複数組の、前記第1
及び第2のドリフト領域を貫通して前記基板に達する第
1のトレンチの内壁面に形成した第1の導電型の第1の
埋込領域、前記第1の埋込領域に接して形成した第2の
導電型の第2の埋込領域、前記第2の埋込領域に形成し
た第1の電極、前記第1のトレンチから所定距離だけ離
れた位置に形成され、前記複数組の前記第1及び第2の
ドリフト領域を貫通して前記基板に達する第2のトレン
チの内壁面に形成した第2の導電型のベース領域、前記
第2のトレンチ内の前記ベース領域に設けた第2の電
極、及び前記第1の埋込領域及び第2の埋込領域に絶縁
膜を介して対向する第3の電極を備える。
In a semiconductor device according to another aspect of the present invention, there are provided a plurality of sets of a first conductive type first drift region and a second conductive type first drift region formed on a high-resistance wide gap semiconductor substrate. Two drift regions, the plurality of sets,
And a first buried region of a first conductivity type formed on the inner wall surface of the first trench reaching the substrate through the second drift region, and a first buried region formed in contact with the first buried region. 2 buried region of a second conductivity type, a first electrode formed in the second buried region, and a position separated by a predetermined distance from the first trench. A base region of a second conductivity type formed on an inner wall surface of a second trench reaching the substrate through the second drift region, and a second electrode provided on the base region in the second trench And a third electrode facing the first buried region and the second buried region via an insulating film.

【0035】本発明の他の観点の半導体装置は、基板上
に形成した少なくとも1組の、第1の導電型の半導体領
域と第2の導電型の半導体領域の第1の組、前記第1の
組の半導体領域の一方の端部に接する少なくとも1組の
第1の導電型の半導体領域と第2の導電型の半導体領域
の第2の組、前記第1の組の半導体領域の他方の端部に
接する少なくとも1組の、第1の導電型の半導体領域と
第2の導電型の半導体領域の第3の組、及び前記第3の
組の半導体領域に電界を与える制御電極を備え、第2の
組の半導体領域の電位が第3の組の半導体領域の電位よ
り高くなるように両者間に電圧を印加したとき、第1の
組の半導体領域の全域が空乏化され、第2の組の半導体
領域の電位が第3の組の半導体領域の電位より高くなる
ように両者間に電圧を印加するとともに、前記制御電極
にしきい値以上の電圧を印加したとき、第3の組の半導
体領域から電子が流出して第1の組の半導体領域を経て
第2の組の半導体領域に流入し、かつ第2の組の半導体
領域から正孔が流出し、第1の組の半導体領域を経て第
3の組の半導体領域に流入して第1の組の半導体領域に
電子と正孔が共に存在する状態となるように、前記第1
の組の半導体領域の形状と厚さを選定したことを特徴と
する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising at least one set of a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor region formed on a substrate; A second set of at least one set of the first conductivity type semiconductor region and the second conductivity type semiconductor region in contact with one end of the set of semiconductor regions, and the other of the first set of semiconductor regions. At least one set of a first conductive type semiconductor region and a second conductive type semiconductor region, which are in contact with an end portion, and a control electrode for applying an electric field to the third set of semiconductor regions; When a voltage is applied between the second set of semiconductor regions so that the potential of the second set of semiconductor regions is higher than the potential of the third set of semiconductor regions, the entire first set of semiconductor regions is depleted, and the second set of semiconductor regions is depleted. A voltage is applied between the two sets of semiconductor regions so that the potential of the semiconductor regions is higher than the potential of the third set of semiconductor regions. And when a voltage equal to or higher than a threshold is applied to the control electrode, electrons flow out of the third set of semiconductor regions and flow into the second set of semiconductor regions through the first set of semiconductor regions. Then, holes flow out of the second set of semiconductor regions, flow into the third set of semiconductor regions via the first set of semiconductor regions, and electrons and holes are introduced into the first set of semiconductor regions. So that the first state is present.
The shape and thickness of the set of semiconductor regions are selected.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施例につ
いて図1から図14を参照して詳細に説明する。各実施
例の半導体装置は、多数のセグメントが図の左右方向に
隣接して形成されている。各図では、中央部の1個のセ
グメントについて、各要素に符号を付し詳細に説明して
いる。《第1実施例》図1は、本発明の第1実施例の半
導体装置の断面図である。第1実施例はワイドギャップ
半導体装置であり、耐圧6100VのSiC電界効果ト
ランジスタである。図1はそのセグメントの断面構造を
示す。図中の絶縁基板1はバナジュームなどの深いエネ
ルギーレベルを形成する不純物を含んだ極めて高抵抗の
ワイドギャップSiC(炭化珪素)基板であり、抵抗率
は10Ωcm以上であり、厚さ(図の上下方向の寸
法)は約350μmである。SiC基板を用いた半導体
装置を一般的にワイドギャップ半導体装置という。第1
の導電型のn型のドリフト領域2とその上に形成された
第2の導電型のp型の第2のドリフト領域3はほぼ同じ
厚さ(つまり実質的に同様な厚さ)と、同じ不純物濃度
とを有しており、厚さが約0.8μm、不純物濃度が約
8×1016atm/cmである。本実施例の構成で
は耐圧はp型ドリフト領域とn型ドリフト領域の厚さの
差や不純物濃度の差に依存し、これらの差が少ない方
が、耐圧は高くなる。本発明の目的を効果的に達成する
ためには、p型ドリフト領域とn型ドリフト領域の厚さ
の差は±20%以下であり、不純物濃度の差は±250
%以下であるのが望ましい。p型のドリフト領域3の左
側には、約5×1017atm/cmの不純物濃度を
有するp型ボディ領域4が形成され、その中に不純物濃
度1×1019atm/cm、厚さ約0.2μmのn
型ソース領域5が形成されている。右側には埋込領域で
ある1×1019atm/cmの高不純物濃度のn型
ドレイン領域6が基板1、n型ドリフト領域2及びp型
ドリフト領域3に達するように形成されている。ドリフ
ト領域2の長さ、すなわちボディ領域4とドレイン領域
6との間の距離は約52μmである。p型ボディ領域4
には絶縁基板1に達する溝すなわちトレンチ10Aが形
成されている。トレンチ10Aにゲート絶縁膜9として
の酸化膜を介してゲート電極10が設けられている。ま
た、ボディ領域4とソース領域5にはソース電極7が設
けられている。ドレイン領域6にはドレイン電極8が設
けられている。p型ドリフト領域3の表面には表面保護
のためにSi酸化膜またはSi窒化膜11が形成されて
いる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In the semiconductor device of each embodiment, a number of segments are formed adjacent to each other in the left-right direction in the figure. In each of the drawings, each element of the central segment is denoted by a reference numeral and described in detail. << First Embodiment >> FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. The first embodiment is a wide gap semiconductor device, which is a SiC field effect transistor with a withstand voltage of 6100V. FIG. 1 shows a sectional structure of the segment. The insulating substrate 1 in the figure is an extremely high-resistance wide-gap SiC (silicon carbide) substrate containing impurities that form a deep energy level such as vanadium, has a resistivity of 10 9 Ωcm or more, and has a thickness (see FIG. The vertical dimension is about 350 μm. A semiconductor device using an SiC substrate is generally called a wide gap semiconductor device. First
N-type drift region 2 of the same conductivity type and p-type second drift region 3 of the second conductivity type formed thereon have substantially the same thickness (that is, substantially the same thickness). Impurity concentration, the thickness is about 0.8 μm, and the impurity concentration is about 8 × 10 16 atm / cm 3 . In the configuration of the present embodiment, the breakdown voltage depends on the difference in thickness and the difference in impurity concentration between the p-type drift region and the n-type drift region, and the smaller the difference, the higher the breakdown voltage. In order to effectively achieve the object of the present invention, the difference in thickness between the p-type drift region and the n-type drift region is ± 20% or less, and the difference in impurity concentration is ± 250%.
% Is desirable. On the left side of the p-type drift region 3, a p-type body region 4 having an impurity concentration of about 5 × 10 17 atm / cm 3 is formed, in which an impurity concentration of 1 × 10 19 atm / cm 3 and a thickness of 1 × 10 19 atm / cm 3 . About 0.2 μm n
A mold source region 5 is formed. On the right side, an n-type drain region 6 having a high impurity concentration of 1 × 10 19 atm / cm 3 , which is a buried region, is formed so as to reach the substrate 1, the n-type drift region 2 and the p-type drift region 3. The length of drift region 2, that is, the distance between body region 4 and drain region 6 is about 52 μm. p-type body region 4
Is formed with a groove reaching the insulating substrate 1, that is, a trench 10A. Gate electrode 10 is provided in trench 10 </ b> A via an oxide film as gate insulating film 9. A source electrode 7 is provided in the body region 4 and the source region 5. A drain electrode 8 is provided in the drain region 6. On the surface of p-type drift region 3, a Si oxide film or Si nitride film 11 is formed for surface protection.

【0037】本実施例のSiC電界効果トランジスタの
製作方法の一例を以下に示す。最初にSiC絶縁基板1
を用意し、この一方の表面上に5×1015から3×1
atm/cmの間の所定の低不純物濃度で、
0.1から2.0μmの間の所定の厚さのn型ドリフト
層2を形成し、次にほぼ同じ厚さと同じ不純物濃度を持
つp型ドリフト層3を気相成長法等により形成する。更
に6×1017atm/cm程度のp型ボディ領域
4、及び1×1019atm/cm程度のn型ドレイ
ン領域6を窒素等のイオン打ち込み等により形成する。
イオン打ち込みを用いる場合は打ち込みエネルギーを高
エネルギーから低エネルギーへと順次変えて複数回打ち
込み、深さ方向にほぼ均一な不純物濃度分布にするのが
好ましい。続いて1×1019atm/cm程度の不
純物濃度のn型ソース領域5を窒素のイオン打ち込み等
により形成する。次に、トレンチ10Aを形成しその内
壁にゲート酸化膜9を形成する。その後、Si酸化膜や
Si窒化膜等の絶縁膜の表面保護膜11を気相化学堆積
法で形成する。最後に、ソース領域5、ボディ領域4及
びドレイン領域6のコンタクト部分の絶縁膜を取り除
き、Al等の金属膜を所定の領域に形成し、ソース電極
7、ゲート電極10及びドレイン電極8を形成する。
An example of a method for manufacturing the SiC field effect transistor of the present embodiment will be described below. First, SiC insulating substrate 1
And 5 × 10 15 to 3 × 1 on one surface
At a predetermined low impurity concentration between 0 1 7 atm / cm 3,
An n-type drift layer 2 having a predetermined thickness between 0.1 and 2.0 μm is formed, and then a p-type drift layer 3 having substantially the same thickness and the same impurity concentration is formed by a vapor phase growth method or the like. Further, a p-type body region 4 of about 6 × 10 17 atm / cm 3 and an n-type drain region 6 of about 1 × 10 19 atm / cm 3 are formed by ion implantation of nitrogen or the like.
In the case of using ion implantation, it is preferable that the implantation energy is sequentially changed from high energy to low energy, and the implantation is performed a plurality of times to obtain a substantially uniform impurity concentration distribution in the depth direction. Subsequently, an n-type source region 5 having an impurity concentration of about 1 × 10 19 atm / cm 3 is formed by ion implantation of nitrogen or the like. Next, a trench 10A is formed, and a gate oxide film 9 is formed on the inner wall. Thereafter, a surface protective film 11 of an insulating film such as a Si oxide film or a Si nitride film is formed by a vapor phase chemical deposition method. Finally, the insulating film at the contact portions of the source region 5, the body region 4, and the drain region 6 is removed, a metal film such as Al is formed in a predetermined region, and the source electrode 7, the gate electrode 10, and the drain electrode 8 are formed. .

【0038】本実施例の動作を次に説明する。本実施例
のSiC電界効果トランジスタでは、ドレイン電極8の
電位がソース電極7の電位より高くなるように高電圧を
印加すると、ドリフト領域2と3で構成される接合は逆
バイアスされる。その結果両ドリフト領域2と3に空乏
層が拡がりほぼ全ドリフト領域2及び3が完全に空乏化
される。ドリフト領域3とドレイン領域6で形成される
接合からドリフト領域2及びボディ領域4で形成される
接合に向かって、ドリフト領域2と3内の電位分布はほ
ぼ等電位分布となる。すなわち、電界がドリフト領域2
と3の全域においてほぼ均一になり、この電界がSiC
の絶縁破壊電界約3MV/cmに達するまで印加電圧を
高くすることができる。その結果このSiC電界効果ド
ランジスタを高耐圧化できる。本実施例の場合、620
0Vの高耐圧を実現できた。
Next, the operation of this embodiment will be described. In the SiC field effect transistor of this embodiment, when a high voltage is applied so that the potential of the drain electrode 8 is higher than the potential of the source electrode 7, the junction formed by the drift regions 2 and 3 is reverse-biased. As a result, a depletion layer spreads to both drift regions 2 and 3, and almost all drift regions 2 and 3 are completely depleted. From the junction formed by the drift region 3 and the drain region 6 to the junction formed by the drift region 2 and the body region 4, the potential distribution in the drift regions 2 and 3 becomes substantially equipotential. That is, the electric field is in the drift region 2
And 3 are almost uniform over the entire region, and this electric field is
The applied voltage can be increased until the breakdown electric field reaches about 3 MV / cm. As a result, the withstand voltage of the SiC field effect transistor can be increased. In the case of this embodiment, 620
A high withstand voltage of 0 V was realized.

【0039】なお、高電圧を印加した際、ドリフト領域
3とドレイン領域6で形成される接合の表面付近に電界
集中が生じ耐圧が規制される場合がある。この電界集中
の緩和策を施すことが高耐圧化に有効である。本実施例
では、この電界集中を緩和するためにドレイン電極8を
厚い表面保護膜11を介してドリフト領域3の上まで張
り出させる、いわゆるフィールドプレートと呼ばれる電
界緩和技術を適用している。また、トレンチ10Aのコ
ーナー部で電界集中が生じ耐圧が規制される場合がある
ので、この部分にも電界緩和策を施すのが有効である。
本実施例ではトレンチ10Aを絶縁基板1内に進入する
まで深くして、ゲート絶縁膜9と絶縁基板1を接続し、
コーナー部の絶縁膜を実質的に大幅に厚くし電界緩和を
図っている。トレンチ10Aが浅くて絶縁基板1に達し
ない構造の場合にはトレンチ10Aにp型の領域を設け
て電界を緩和すること等が有効であり、これにより本実
施例と同様の目的を達成できる。
When a high voltage is applied, electric field concentration may occur near the surface of the junction formed by the drift region 3 and the drain region 6, and the breakdown voltage may be regulated. Taking measures to alleviate this electric field concentration is effective in increasing the breakdown voltage. In the present embodiment, in order to reduce the electric field concentration, an electric field relaxation technique called a field plate, in which the drain electrode 8 extends over the drift region 3 via the thick surface protection film 11, is applied. In addition, since electric field concentration may occur at the corners of the trench 10A and the withstand voltage may be regulated, it is effective to take measures to alleviate the electric field also in this part.
In this embodiment, the trench 10A is deepened until it enters the insulating substrate 1, and the gate insulating film 9 and the insulating substrate 1 are connected.
The insulating film at the corners is substantially thickened to reduce the electric field. In the case of a structure in which the trench 10A is shallow and does not reach the insulating substrate 1, it is effective to provide a p-type region in the trench 10A to alleviate the electric field and the like, thereby achieving the same object as in the present embodiment.

【0040】ゲート電極10に、しきい値電圧(本実施
例のものでは6V)よりも高い電圧例えば10Vを印加
すると、ゲート絶縁膜9を介する電界効果によりボディ
領域4の表面にチャネルが形成される。その結果、ソー
ス領域5からドレイン領域6へこのチャネルを介して電
流が流れる状態、すなわちオン状態になる。この電流は
ドリフト領域2を通ってドレイン領域6に流れる。本実
施例の場合、ドリフト領域2及び3の不純物濃度を高く
しても両ドリフト領域2、3を完全に空乏化できるの
で、高耐圧が得られる。このように、両ドリフト領域
2、3の不純物濃度が高いのでオン時には低抵抗にな
る。原理的には、耐圧を損ねることなく不純物濃度を約
2桁高くすることができるので、オン抵抗を約2桁低く
できる、という大きな効果が得られる。本実施例の場
合、オン抵抗は140mΩcmと低い値が得られた。
When a voltage higher than the threshold voltage (6 V in this embodiment), for example, 10 V, is applied to the gate electrode 10, a channel is formed on the surface of the body region 4 by the electric field effect via the gate insulating film 9. You. As a result, a state where a current flows from the source region 5 to the drain region 6 through this channel, that is, an ON state is established. This current flows through the drift region 2 to the drain region 6. In the case of this embodiment, even if the impurity concentration of the drift regions 2 and 3 is increased, both the drift regions 2 and 3 can be completely depleted, so that a high breakdown voltage can be obtained. As described above, since the impurity concentration of both the drift regions 2 and 3 is high, the resistance becomes low at the time of ON. In principle, the impurity concentration can be increased by about two orders of magnitude without deteriorating the breakdown voltage, so that a great effect of reducing the on-resistance by about two orders can be obtained. In the case of this example, a low value of 140 mΩcm 2 was obtained.

【0041】本実施例では、n型ドリフト領域2とその
上に形成されるp型ドリフト領域3の厚さを0.8μ
m、不純物濃度を約8×1016atm/cmとした
が、図2及び図3の発明者の実験データに示すように、
厚さが0.1μmから1.2μmの間で不純物濃度が約
5×1015atm/cmから3×1017atm/
cmの間の値であれば高耐圧かつ低損失のSiC電界
効果トランジスタが得られる。なお、厚さが1.4μm
以上、不純物濃度が3×1017atm/cm以上で
耐圧が急減しているのは、両ドリフト領域2、3が完全
に空乏化する前にドリフト領域2とボディ領域4で形成
される接合部で降伏が生じたためである。
In this embodiment, the thickness of the n-type drift region 2 and the p-type drift region 3 formed thereon is 0.8 μm.
m and the impurity concentration were about 8 × 10 16 atm / cm 3 , but as shown in the experimental data of the inventor in FIGS. 2 and 3,
When the thickness is 0.1 μm to 1.2 μm, the impurity concentration is about 5 × 10 15 atm / cm 3 to 3 × 10 17 atm /
If the value is between cm 3 , a SiC field effect transistor having a high withstand voltage and a low loss can be obtained. The thickness is 1.4 μm
As described above, the sudden decrease in the breakdown voltage when the impurity concentration is 3 × 10 17 atm / cm 3 or more is because the junction formed between the drift region 2 and the body region 4 before the two drift regions 2 and 3 are completely depleted. This is because yielding occurred in the part.

【0042】本実施例の図1では、各セグメントの形状
は紙面に垂直な方向のストライプ状であるが、例えば円
形や四角形等であってもかまわない。本実施例ではボデ
ィ領域4をドリフト領域3と同じ厚さにしているが、ボ
ディ領域4を厚くしても薄くしても同等の効果が得られ
る。ボディ領域4を薄くしてボディ領域4とドリフト領
域2との間にドリフト領域3が介在しても同等の効果が
得られる。更にドレイン領域6は絶縁基板1に接するよ
うに深く形成しているが、浅くしてドリフト領域2のみ
に接するようにしても良い。この場合、浅いので制作が
容易になるがドリフト領域2のコーナー部に電界集中が
起こり耐圧が低下する場合がある。
In FIG. 1 of this embodiment, the shape of each segment is a stripe shape in a direction perpendicular to the plane of the paper, but may be, for example, a circle or a square. Although the body region 4 has the same thickness as the drift region 3 in this embodiment, the same effect can be obtained regardless of whether the body region 4 is made thicker or thinner. Even if the body region 4 is thinned and the drift region 3 is interposed between the body region 4 and the drift region 2, the same effect can be obtained. Further, although the drain region 6 is formed deeply so as to be in contact with the insulating substrate 1, it may be made shallower so as to be in contact only with the drift region 2. In this case, the production is easy because of the shallow depth, but electric field concentration occurs at the corner of the drift region 2 and the withstand voltage may decrease.

【0043】《第2実施例》図4は、本発明の第2実施
例のSiC電界効果トランジスタのセグメントの断面図
を示す。第2実施例では、次の3点を除けば第1の実施
例とほぼ同じである。 (1)ドリフト領域2と絶縁基板1との間に、ドリフト
領域3より薄いp型ドリフト領域12を設けたこと。 (2)n型ドレイン領域6を絶縁基板1に達するトレン
チ6Aの内壁に沿って形成し、ドレイン領域6をドリフ
ト領域2、3及び12に接続させ、ドレイン電極8をド
レイン領域6の表面に設けたこと。 (3)ゲート電極10のためのトレンチ9Aを深くして
ドリフト領域12に達するように形成し、このトレンチ
の内壁に沿って酸化膜9とゲート電極10とを形成した
こと。
<< Second Embodiment >> FIG. 4 is a sectional view of a segment of a SiC field effect transistor according to a second embodiment of the present invention. The second embodiment is almost the same as the first embodiment except for the following three points. (1) A p-type drift region 12 thinner than the drift region 3 is provided between the drift region 2 and the insulating substrate 1. (2) The n-type drain region 6 is formed along the inner wall of the trench 6A reaching the insulating substrate 1, the drain region 6 is connected to the drift regions 2, 3 and 12, and the drain electrode 8 is provided on the surface of the drain region 6. Was it. (3) The trench 9A for the gate electrode 10 is formed so as to extend to reach the drift region 12, and the oxide film 9 and the gate electrode 10 are formed along the inner wall of the trench.

【0044】n型ドリフト領域2の厚さは1.3μm、
p型ドリフト領域3及び12の厚さは0.8μmであ
り、各々の不純物濃度は約7×1016atm/cm
でほぼ同じにしてある。トレンチ6Aの深さは約3.5
μm、幅は約8μmである。トレンチ9Aの深さは約
2.5μm、幅は約6μmである。本実施例の電界効果
トランジスタでは、n型ドリフト領域2を二つのp型ド
リフト領域3及び12で挟み込んでいる。その結果、ド
レイン電極8の電位がソース電極7の電位より高い状態
になるように高電圧を印加した時、ドリフト領域2と3
で形成される接合と、ドリフト領域12と2で形成され
る接合とが同時に逆バイアスされ、両ドリフト領域3と
12から空乏層がドリフト領域2に拡がる。ドリフト領
域2の厚さがドリフト領域3の2倍以上の厚さなので、
所定の高電圧でドリフト層3と12が空乏化した時には
ドリフト層2もほぼ完全に空乏化される。その結果、ド
レイン電極8からゲート電極10に向かって、ドリフト
領域2、3及び12の電位分布はほぼ等電位分布とな
る。すなわち、電界がドリフト領域2、3及び12の全
域に渡ってほぼ均一になる。この電界がSiCの絶縁破
壊電界の約3MV/cmに達するまで印加電圧を高くす
ることができるので、高耐圧化ができ、本実施例の場合
では6100Vの高耐圧が実現できた。
The thickness of the n-type drift region 2 is 1.3 μm,
The thickness of the p-type drift regions 3 and 12 is 0.8 μm, and the impurity concentration of each is approximately 7 × 10 16 atm / cm 3.
It is almost the same. The depth of the trench 6A is about 3.5
μm and the width is about 8 μm. The trench 9A has a depth of about 2.5 μm and a width of about 6 μm. In the field-effect transistor of this embodiment, the n-type drift region 2 is sandwiched between two p-type drift regions 3 and 12. As a result, when a high voltage is applied so that the potential of the drain electrode 8 is higher than the potential of the source electrode 7, the drift regions 2 and 3
And the junction formed by the drift regions 12 and 2 are simultaneously reverse-biased, and the depletion layer expands into the drift region 2 from both the drift regions 3 and 12. Since the thickness of the drift region 2 is more than twice the thickness of the drift region 3,
When the drift layers 3 and 12 are depleted at a predetermined high voltage, the drift layer 2 is also almost completely depleted. As a result, from the drain electrode 8 toward the gate electrode 10, the potential distributions of the drift regions 2, 3, and 12 become substantially equal potential distributions. That is, the electric field is substantially uniform over the entire drift regions 2, 3, and 12. Since the applied voltage can be increased until this electric field reaches about 3 MV / cm of the dielectric breakdown electric field of SiC, the withstand voltage can be increased, and in the case of the present embodiment, a high withstand voltage of 6100 V can be realized.

【0045】ゲート電極10にしきい値電圧以上の高い
電圧を印加したオン状態では、領域5から、ボディ領域
4内に形成されるチャネルとドリフト領域2を通ってド
レイン領域6に電流が流れる。ドリフト領域2の厚さが
ドリフト領域3の厚さの約1.6倍になっているので、
ドリフト領域2の上下の接合のビルドイン電圧による空
乏層でドリフト領域の厚さが若干薄くなることを考える
と、ドリフト領域2、3及び12の抵抗は、ドリフト領
域2及び3の厚さが同じ場合に比べて約1/1.6以下
になる。このように抵抗が低減できるので、本実施例の
場合、オン抵抗は90mΩcmという低い値を実現で
きた。以上のごとく、本実施例では高耐圧を維持しつつ
オン抵抗を更に低減できるという効果がある。なお、本
実施例ではゲート電極10のトレンチ9Aの幅と深さ
は、ドレイン領域6のトレンチ6Aと異なっているが、
上記深さをトレンチ6Aの深さとほぼ同じにし絶縁基板
に達するようにしてもよい。この場合はトレンチ9Aの
コーナー部での電界集中が更に緩和されて耐圧や信頼性
が向上する。
In the ON state in which a high voltage equal to or higher than the threshold voltage is applied to gate electrode 10, a current flows from region 5 to drain region 6 through a channel formed in body region 4 and drift region 2. Since the thickness of the drift region 2 is about 1.6 times the thickness of the drift region 3,
Considering that the thickness of the drift region is slightly reduced due to the depletion layer due to the build-in voltage of the upper and lower junctions of the drift region 2, the resistance of the drift regions 2, 3, and 12 is equal to the case where the thickness of the drift regions 2 and 3 is the same. Is about 1 / 1.6 or less. Since the resistance can be reduced in this way, in the case of the present embodiment, the ON resistance can be realized as low as 90 mΩcm 2 . As described above, in this embodiment, there is an effect that the on-resistance can be further reduced while maintaining the high withstand voltage. In this embodiment, the width and depth of the trench 9A of the gate electrode 10 are different from those of the trench 6A of the drain region 6.
The above depth may be substantially the same as the depth of the trench 6A so as to reach the insulating substrate. In this case, the electric field concentration at the corners of trench 9A is further alleviated, and the withstand voltage and reliability are improved.

【0046】《第3実施例》図5は、本発明の第3実施
例のSiC電界効果トランジスタのセグメント断面図で
ある。厚さ320μmのSiC絶縁基板1の上に、n型
ドリフト領域22、22A、22B、22Cのそれぞれ
の間に、p型ドリフト領域23、23A、23B、23
Cのそれぞれを挟んで形成したn型ドリフト領域とp型
ドリフト領域の組を順次5組積層している。積層された
各ドリフト領域22、23の両端にはトレンチ6A、9
Aが絶縁基板1に達するように設けられている。トレン
チ9Aはゲート部用であり、ゲート酸化膜9を介してゲ
ート電極10が設けられている。トレンチ6Aはドレイ
ン部用であり、内壁にドレイン領域16とドレイン電極
8が設けられている。最上層のp型ドリフト領域33の
ゲート部側にはp型ボディ領域34とn型ソース領域
5、及びこれらの領域に接続されたソース電極37が設
けられている。p型ドリフト領域33の表面には保護の
ためにSi酸化膜やSi窒化膜などの表面保護膜11が
設けられている。n型及びp型ドリフト領域22、23
の厚さは共に約0.8μm、不純物濃度は約8×10
16atm/cm、長さは共に約75μmである。p
型ボディ領域34の不純物濃度は約5×1017atm
/cm、厚さは約0.8μmであり、その中に形成さ
れたn型ソース領域5は不純物濃度1×1019atm
/cm、厚さ約0.2μmである。ドレイン領域16
の不純物濃度は1×1019atm/cmであり、ト
レンチ6Aの深さは約10μmである。
<< Third Embodiment >> FIG. 5 is a sectional view of a segment of an SiC field effect transistor according to a third embodiment of the present invention. On the SiC insulating substrate 1 having a thickness of 320 μm, p-type drift regions 23, 23A, 23B, 23 are provided between the n-type drift regions 22, 22A, 22B, 22C.
Five sets of an n-type drift region and a p-type drift region formed sandwiching each of C are sequentially laminated. The trenches 6 </ b> A, 9 are provided at both ends of each of the stacked drift regions 22, 23.
A is provided so as to reach the insulating substrate 1. The trench 9A is for a gate portion, and a gate electrode 10 is provided via a gate oxide film 9. The trench 6A is for a drain portion, and a drain region 16 and a drain electrode 8 are provided on an inner wall. A p-type body region 34, an n-type source region 5, and a source electrode 37 connected to these regions are provided on the gate portion side of the uppermost p-type drift region 33. On the surface of the p-type drift region 33, a surface protective film 11 such as a Si oxide film or a Si nitride film is provided for protection. N-type and p-type drift regions 22, 23
Have a thickness of about 0.8 μm and an impurity concentration of about 8 × 10
16 atm / cm 3 , and both lengths are about 75 μm. p
The impurity concentration of the mold body region 34 is about 5 × 10 17 atm.
/ Cm 3 and a thickness of about 0.8 μm, and the n-type source region 5 formed therein has an impurity concentration of 1 × 10 19 atm.
/ Cm 3 and a thickness of about 0.2 μm. Drain region 16
Is 1 × 10 19 atm / cm 3 , and the depth of the trench 6A is about 10 μm.

【0047】本実施例の電界効果トランジスタでは、n
型ドリフト領域22は二つのp型ドリフト領域23には
さまれている。同様にしてp型ドリフト領域23は二つ
のn型ドリフト領域22にはさまれている。この構成に
より、ドレイン電極8の電位がソース電極37の電位よ
り高い状態になるように高電圧を印加した時、各ドリフ
ト領域22、23には両側から空乏層が拡がりほぼ完全
に空乏化される。その結果、ドレイン電極8からゲート
電極10に向かってドリフト領域22、23の電位の分
布はほぼ等電位分布となり、電界がドリフト領域22、
23の全域に渡ってほぼ均一になる。この電界がSiC
の絶縁破壊電界の約3MV/cmに達するまで印加電圧
を高くすることができるので、高耐圧化ができる。本実
施例では8300Vの高耐圧が実現できた。
In the field effect transistor of this embodiment, n
The drift region 22 is sandwiched between two p-type drift regions 23. Similarly, the p-type drift region 23 is sandwiched between two n-type drift regions 22. With this configuration, when a high voltage is applied so that the potential of the drain electrode 8 is higher than the potential of the source electrode 37, the depletion layers spread from both sides to the respective drift regions 22 and 23 and are almost completely depleted. . As a result, the potential distribution of the drift regions 22 and 23 from the drain electrode 8 toward the gate electrode 10 becomes substantially equal potential distribution, and
23 becomes almost uniform over the entire area. This electric field is SiC
Since the applied voltage can be increased until the breakdown electric field reaches about 3 MV / cm, the breakdown voltage can be increased. In this embodiment, a high withstand voltage of 8300 V was realized.

【0048】一方、ドレイン電極8がソース電極7より
高電位になるように電圧を印加し、ゲートにしきい値以
上の高い電圧を印加したオン状態では、ゲート電極10
に対向するボディ領域4及び各ドリフト領域2及び3の
表面に電子が集まり反転層が形成される。また、各ドリ
フト領域2及び3のゲート電極10に対向する部分の表
面にも電子が集まり蓄積層が形成される。ボディ領域4
の反転層はチャネルとして機能し、ソース領域5からチ
ャネル及び上から2層目のn型ドリフト領域22Dを通
ってドレイン領域16に電流が流れる。電流の一部はn
型ドリフト層22Dの蓄積層と上から3層目のp型ドリ
フト領域23Cの反転層を介して4層目のn型ドリフト
領域22Cに分流しドレイン領域6に流れる。同様にし
て電流の一部がn型ドリフト領域22Cの蓄積層とp型
ドリフト領域23Bの反転層を介して基板1に近いn型
ドリフト領域22Aに分流しドレイン6に流れる。基板
1に近いn型ドリフト層になるほどn型ドリフト領域2
2の蓄積層とp型ドリフト領域23の反転層の抵抗が加
算される。従って若干抵抗が大きくなり分流電流が低減
する傾向にあるが、本実施例の場合は特に問題になるレ
ベルではなかった。n型ドリフト領域2、2A、2B、
2C、2Dの合成抵抗は図1の構成のものの約1/5に
低減し、電界効果トランジスタのオン抵抗が大幅に低減
できる。本実施例の場合は、耐圧を8300Vと高くし
たにもかかわらず、ドリフト領域の単位面積あたりのオ
ン抵抗は47mΩcmと大幅に低減できた。
On the other hand, when a voltage is applied so that the drain electrode 8 has a higher potential than the source electrode 7 and a voltage higher than the threshold is applied to the gate, the gate electrode 10 is turned on.
Electrons gather on the surfaces of the body region 4 and each of the drift regions 2 and 3 opposing to each other to form an inversion layer. Also, electrons accumulate on the surface of each of the drift regions 2 and 3 facing the gate electrode 10 to form an accumulation layer. Body area 4
Functions as a channel, and a current flows from the source region 5 to the drain region 16 through the channel and the second n-type drift region 22D from the top. Part of the current is n
Through the storage layer of the drift layer 22D and the inversion layer of the p-type drift region 23C of the third layer from the top, the current flows to the fourth n-type drift region 22C and flows to the drain region 6. Similarly, a part of the current is shunted to the n-type drift region 22A close to the substrate 1 via the accumulation layer of the n-type drift region 22C and the inversion layer of the p-type drift region 23B, and flows to the drain 6. As the n-type drift layer becomes closer to the substrate 1, the n-type drift region 2
2 and the resistance of the inversion layer of the p-type drift region 23 are added. Therefore, the resistance slightly increases and the shunt current tends to decrease. However, in the case of the present embodiment, this was not at a level that would cause any particular problem. n-type drift regions 2, 2A, 2B,
The combined resistance of 2C and 2D is reduced to about 5 of that of the configuration of FIG. 1, and the on-resistance of the field effect transistor can be greatly reduced. In the case of the present example, the on-resistance per unit area of the drift region was significantly reduced to 47 mΩcm 2 , despite the increase in the withstand voltage to 8300 V.

【0049】以上のごとく、本実施例は耐圧を損ねるこ
となく更に大幅にオン抵抗を低減できるという効果があ
る。n型ドレイン領域22、22A、・・・とp型ドレ
イン領域23、23A、・・・の組の積層数を増やすほ
どこのオン抵抗は低減できる。但し、積層数を増やしす
ぎると上記の各反転層の抵抗が加算されるという現象に
より、下層のn型及びp型ドリフト領域の抵抗が増加す
る。従って上下のn型及びp型ドリフト領域の抵抗をそ
ろえるための工夫が必要となる。例えば図6に示すよう
に、下層のn型及びp型ドリフト領域ほど厚くする構成
が極めて有効であった。最上層のドリフト領域33に対
する、最下層のドリフト領域22の厚さの増大割合は、
各ドリフト領域の図の左右方向の長さとn型ドリフト領
域22とp型ドリフト領域23の組の数に依存するが、
例えば組の数が15の場合を例に取ると約1.3倍程度
が好適である。図6ではp型とn型の両ドリフト領域2
2、23を下層のものほど順次厚くしたが、p型ドリフ
ト領域の厚さは一定にして、n型ドリフト領域の厚さの
み順次増やしても同様の効果が得られる。この場合も最
下層のn型ドリフト領域22の厚さは最上層のn型ドリ
フト領域の厚さの約1.3倍程度が好適である。
As described above, the present embodiment has the effect that the on-resistance can be reduced further without impairing the breakdown voltage. This on-resistance can be reduced as the number of stacked pairs of the n-type drain regions 22, 22A,... and the p-type drain regions 23, 23A,. However, if the number of stacked layers is excessively increased, the resistance of each of the inversion layers described above is added, so that the resistance of the underlying n-type and p-type drift regions increases. Therefore, it is necessary to devise a method for equalizing the resistances of the upper and lower n-type and p-type drift regions. For example, as shown in FIG. 6, a configuration in which the lower n-type and p-type drift regions are thicker is extremely effective. The rate of increase in the thickness of the lowermost drift region 22 with respect to the uppermost drift region 33 is as follows:
Although it depends on the length of each drift region in the left-right direction in the figure and the number of pairs of the n-type drift region 22 and the p-type drift region 23,
For example, when the number of pairs is 15, for example, about 1.3 times is preferable. In FIG. 6, both p-type and n-type drift regions 2
Although the lower layers 2 and 23 are successively thicker, the same effect can be obtained by sequentially increasing only the thickness of the n-type drift region while keeping the thickness of the p-type drift region constant. Also in this case, the thickness of the lowermost n-type drift region 22 is preferably about 1.3 times the thickness of the uppermost n-type drift region.

【0050】《第4実施例》図7は、本発明の第4実施
例のSiC電界効果トランジスタのセグメントの断面図
である。本実施例では、ゲート電極10を含むゲート部
がプレーナ構造であり、絶縁基板1に接するドリフト領
域3がp型であり、その上のドリフト領域2がn型であ
る。このように極性が変わった点と、n型ドレイン領域
6とp型ボディ領域4が絶縁基板1に達している点を除
けば、その他の構造は第1実施例とほぼ同じである。ド
リフト領域2及び3の厚さや長さ及び不純物濃度は第1
実施例とほぼ同じである。n型ソース領域5及びp型ボ
ディ領域4の不純物濃度も第1実施例と同じである。
Fourth Embodiment FIG. 7 is a sectional view of a segment of a SiC field effect transistor according to a fourth embodiment of the present invention. In this embodiment, the gate portion including the gate electrode 10 has a planar structure, the drift region 3 in contact with the insulating substrate 1 is p-type, and the drift region 2 thereover is n-type. Except that the polarity has been changed in this way, and that the n-type drain region 6 and the p-type body region 4 reach the insulating substrate 1, the other structure is almost the same as that of the first embodiment. The thickness, length and impurity concentration of the drift regions 2 and 3 are the first
This is almost the same as the embodiment. The impurity concentrations of the n-type source region 5 and the p-type body region 4 are the same as in the first embodiment.

【0051】高電圧印加時における両ドリフト領域2及
び3の機能は、基本的には第1実施例と同じであり、こ
の構成によっても高耐圧を実現できる。オン動作も基本
的には同じである。ソース電極7とドレイン電極8に電
圧を印加した状態でゲート電極10にしきい値以上の電
圧を印加すると、ゲート電極10の直下のボディ領域4
0の表面電界の極性が反転してチャネルが形成される。
その結果、ソース電極7からこのチャネルを介してn型
ドリフト領域2に電流が流れドレイン8に流入する。本
実施例では 耐圧6100V、オン抵抗130mΩcm
のSiC電界効果トランジスタが実現できた。本実施
例では図4に示すようなトレンチ6A、10Aを形成す
ることなく、硼素などのイオン打ち込みだけでpボディ
領域40を形成し、窒素などのイオン打ち込みでn型ソ
ース領域5を形成することができる、従って製作が非常
に容易であるという特徴がある。
The functions of both drift regions 2 and 3 when a high voltage is applied are basically the same as those of the first embodiment, and a high breakdown voltage can be realized by this configuration. The ON operation is basically the same. When a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the gate electrode 10 with the voltage applied to the source electrode 7 and the drain electrode 8, the body region 4 immediately below the gate electrode 10 is applied.
The channel is formed by reversing the polarity of the surface electric field of 0.
As a result, a current flows from the source electrode 7 to the n-type drift region 2 through the channel, and flows into the drain 8. In this embodiment, the withstand voltage is 6100 V and the on-resistance is 130 mΩcm.
2 SiC field-effect transistors were realized. In this embodiment, the p body region 40 is formed only by ion implantation of boron or the like, and the n-type source region 5 is formed by ion implantation of nitrogen or the like without forming the trenches 6A and 10A as shown in FIG. And therefore it is very easy to manufacture.

【0052】《第5実施例》図8は、本発明の第5実施
例のSiC電界効果トランジスタのセグメントの断面図
である。本実施例ではゲート電極10を含むゲート部が
プレーナ構造であり、n型ドリフト領域2がゲート電極
10の直下の表面にまで延長されている点を除けば、そ
の他の構造は第1実施例とほぼ同じである。ドリフト領
域2及び3の厚さや長さ及び不純物濃度は第1実施例と
ほぼ同じである。nソース領域5及びpボディ領域4の
不純物濃度も第1実施例とほぼ同じである。
<< Fifth Embodiment >> FIG. 8 is a sectional view of a segment of a SiC field effect transistor according to a fifth embodiment of the present invention. In the present embodiment, the gate structure including the gate electrode 10 has a planar structure, and the other structures are the same as those of the first embodiment except that the n-type drift region 2 extends to the surface immediately below the gate electrode 10. Almost the same. The thickness, length, and impurity concentration of the drift regions 2 and 3 are substantially the same as in the first embodiment. The impurity concentrations of the n source region 5 and the p body region 4 are almost the same as in the first embodiment.

【0053】高電圧印加時における両ドリフト領域2及
び3の機能も基本的に第1実施例と同じであり、同様の
高耐圧が実現できる。オン動作も基本的には同じであ
る。ソース電極7とドレイン電極8に電圧を印加した状
態でゲート電極10にしきい値以上の電圧を印加する
と、ゲート電極10の直下のp型ボディ領域4の表面の
電界が反転してチャネルが形成されソース電極7からド
レイン電極8に電流が流れる。この電流はゲート電極1
0の直下のn型ドリフト領域2を通り、ついでp型ドリ
フト領域3の下に存在するnドリフト領域2を通ってド
レイン領域6に至る。本実施例のSiC電界効果トラン
ジスタでは耐圧6200V、オン抵抗150mΩcm
であった。本実施例ではトレンチを形成することなく、
硼素などのイオン打ち込みだけでp型ボディ領域4を形
成でき、窒素などのイオン打ち込みでn型ソース領域5
を形成できるので、製作が非常に容易であるという特徴
がある。
The functions of both drift regions 2 and 3 when a high voltage is applied are basically the same as in the first embodiment, and a similar high breakdown voltage can be realized. The ON operation is basically the same. When a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the gate electrode 10 while a voltage is applied to the source electrode 7 and the drain electrode 8, the electric field on the surface of the p-type body region 4 immediately below the gate electrode 10 is inverted to form a channel. A current flows from the source electrode 7 to the drain electrode 8. This current is applied to the gate electrode 1
It passes through the n-type drift region 2 immediately below 0 and then reaches the drain region 6 through the n-drift region 2 existing below the p-type drift region 3. In the SiC field-effect transistor of this embodiment, the withstand voltage is 6200 V, and the on-resistance is 150 mΩcm 2.
Met. In this embodiment, without forming a trench,
The p-type body region 4 can be formed only by ion implantation of boron or the like, and the n-type source region 5 can be formed by ion implantation of nitrogen or the like.
Can be formed, so that it is very easy to manufacture.

【0054】《第6実施例》図9は、本発明の第6実施
例の窒化ガリウム(以下GaNと記す)電界効果トラン
ジスタのセグメントの断面図である。絶縁基板1はバナ
ジュームなどの不純物を含んだSiC基板であり、抵抗
率は10Ωcm以上、厚さは約350μmである。G
aNのn型ドリフト領域2とその上に形成されたp型ド
リフト領域3はほぼ同じ厚さと不純物濃度を有してお
り、その厚さは約0.8μm、不純物濃度は約8×10
16atm/cmである。p型ドリフト領域3の左端
部には約5×1017atm/cmの不純物濃度を有
するp型ボディ領域4が形成されている。ボディ領域4
の中に不純物濃度1×1019atm/cm、厚さ約
0.2μmのn型ソース領域5が形成されている。右端
部には1×1019atm/cmの高不純物濃度のn
型ドレイン領域6がn型ドリフト領域2に接するように
形成されている。ドリフト領域3の長さ、すなわちボデ
ィ領域4とドレイン領域6との間の距離は約50μmで
ある。p型ボディ領域4を貫通してドリフト領域2に達
するトレンチ9Aが形成されており、トレンチ9Aの内
壁に酸化膜9を介してゲート電極10が形成されてい
る。ボディ領域4とソース領域5にはソース電極7が設
けられ、ドレイン領域6にはドレイン電極8が設けられ
ている。p型ドリフト領域3の表面には表面保護のため
にSi窒化膜11が形成されている。
Sixth Embodiment FIG. 9 is a sectional view of a segment of a gallium nitride (hereinafter referred to as GaN) field effect transistor according to a sixth embodiment of the present invention. The insulating substrate 1 is a SiC substrate containing impurities such as vanadium, and has a resistivity of 10 9 Ωcm or more and a thickness of about 350 μm. G
The n-type drift region 2 of aN and the p-type drift region 3 formed thereon have substantially the same thickness and impurity concentration, the thickness is about 0.8 μm, and the impurity concentration is about 8 × 10
It is 16 atm / cm 3 . At the left end of the p-type drift region 3, a p-type body region 4 having an impurity concentration of about 5 × 10 17 atm / cm 3 is formed. Body area 4
An n-type source region 5 having an impurity concentration of 1 × 10 19 atm / cm 3 and a thickness of about 0.2 μm is formed therein. At the right end, n having a high impurity concentration of 1 × 10 19 atm / cm 3
The drain region 6 is formed so as to be in contact with the n-type drift region 2. The length of drift region 3, that is, the distance between body region 4 and drain region 6 is about 50 μm. A trench 9A is formed to penetrate p-type body region 4 and reach drift region 2, and a gate electrode 10 is formed on the inner wall of trench 9A via oxide film 9. A source electrode 7 is provided in the body region 4 and the source region 5, and a drain electrode 8 is provided in the drain region 6. On the surface of p-type drift region 3, a Si nitride film 11 is formed for surface protection.

【0055】本実施例の動作はほぼ実施例1と同様であ
るが、GaNはSiCよりも優れた物理的電気的特性を
有しているのでパワー半導体装置に好適である。本実施
例では、耐圧6600V、オン抵抗80mΩcmのG
aN電界効果トランジスタが得られた。GaNはSiC
に比べて表面保護膜11のSi窒化膜との相性がよく信
頼性が更に向上する。また、GaNは電子の飽和速度が
SiCよりも大きく高速動作に適している。本実施例で
は6GHzの遮断周波数のものが実現できた。
The operation of this embodiment is almost the same as that of the first embodiment. However, GaN has better physical and electrical characteristics than SiC, and is therefore suitable for a power semiconductor device. In this embodiment, a G with a withstand voltage of 6600 V and an on-resistance of 80 mΩcm 2 is used.
An aN field effect transistor was obtained. GaN is SiC
Compared with the above, the compatibility of the surface protective film 11 with the Si nitride film is good, and the reliability is further improved. GaN has a higher electron saturation speed than SiC and is suitable for high-speed operation. In this embodiment, a cutoff frequency of 6 GHz was realized.

【0056】《第7実施例》図10は、本発明の第7実
施例の半導体装置の断面図であり、耐圧6100Vの絶
縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBTと
記す)のセグメントの断面構造を示す。第7実施例の半
導体装置はSiCを用いて製作されている。SiCに代
表されるワイドギャップ半導体材料は、シリコン(S
i)に比べて絶縁破壊電界強度が高いために、Siを用
いたものと同じ不純物濃度でより高耐圧を実現できる。
すなわち低損失を維持しつつ高耐圧にでき、250℃以
上の高温でも動作でき熱伝導性も良いという利点があ
る。図10において、絶縁基板1はバナジュームなどの
深いエネルギーレベルを形成する不純物を含んだSiC
基板である。その抵抗率は10Ωcm以上であり、厚
さは約350μmである。絶縁基板1の上に形成された
n型の第1のドリフト領域2、とその上に形成されたp
型の第2のドリフト領域3とはほぼ同じ厚さと不純物濃
度を有しており、厚さが約0.8μm、不純物濃度が約
8×1016cmである。
<< Seventh Embodiment >> FIG. 10 is a sectional view of a semiconductor device according to a seventh embodiment of the present invention. Show. The semiconductor device of the seventh embodiment is manufactured using SiC. A wide gap semiconductor material represented by SiC is silicon (S
Since the breakdown electric field strength is higher than in i), a higher breakdown voltage can be realized with the same impurity concentration as that using Si.
That is, there is an advantage that high withstand voltage can be maintained while maintaining low loss, operation can be performed at a high temperature of 250 ° C. or higher, and thermal conductivity is good. In FIG. 10, an insulating substrate 1 is made of SiC containing impurities for forming a deep energy level such as vanadium.
It is a substrate. Its resistivity is 10 9 Ωcm or more and its thickness is about 350 μm. An n-type first drift region 2 formed on an insulating substrate 1 and a p-type drift region 2 formed thereon
The second drift region 3 of the mold has substantially the same thickness and impurity concentration, a thickness of about 0.8 μm, and an impurity concentration of about 8 × 10 16 cm 3 .

【0057】ドリフト領域3の一方の端部に接して、約
5×1017cmの不純物濃度を有するp型ボディ領
域4が形成され、その中に不純物濃度1×1019cm
、厚さ約0.2μmのn型エミッタ領域55が形成さ
れている。ドリフト領域3の他端部には絶縁基板1に達
する溝である第1のトレンチ6Aが形成されている。ト
レンチ6Aの内壁には、ドリフト領域2、3に接する、
1×1018cmの不純物濃度の第1の埋込領域とし
てのn型バッファー領域66が形成されている。n型バ
ッファー領域66の面には1×1020cmの不純物
濃度の第2の埋込領域としてのp型コレクタ領域77が
形成され、コレクタ領域77にはコレクタ電極39が絶
縁基板1に達する深さまで形成されている。ドリフト領
域3の長さ、すなわちボディ領域4とバッファー領域6
6の間の距離は約52μmである。
In contact with one end of drift region 3, p-type body region 4 having an impurity concentration of about 5 × 10 17 cm 3 is formed, and impurity concentration of 1 × 10 19 cm 3 is formed therein.
3. An n-type emitter region 55 having a thickness of about 0.2 μm is formed. A first trench 6 </ b> A, which is a groove reaching the insulating substrate 1, is formed at the other end of the drift region 3. The inner wall of the trench 6A is in contact with the drift regions 2 and 3,
An n-type buffer region 66 as a first buried region having an impurity concentration of 1 × 10 18 cm 3 is formed. A p-type collector region 77 as a second buried region having an impurity concentration of 1 × 10 20 cm 3 is formed on a surface of n-type buffer region 66, and collector electrode 39 reaches insulating substrate 1 in collector region 77. It is formed to the depth. Length of drift region 3, ie, body region 4 and buffer region 6
The distance between 6 is about 52 μm.

【0058】p型ボディ領域4の近傍には絶縁基板1に
達する第2のトレンチ9Aが形成されている。トレンチ
9Aの内壁面には、ゲート絶縁膜38を介してゲート電
極40が設けられている。ボディ領域4とエミッタ領域
55に接してエミッタ電極88が設けられている。ドリ
フト領域3の表面には表面保護のためにSi酸化膜また
はSi窒化膜による保護膜45が設けられている。
In the vicinity of p type body region 4, a second trench 9A reaching insulating substrate 1 is formed. A gate electrode 40 is provided on the inner wall surface of the trench 9A via a gate insulating film 38. An emitter electrode 88 is provided in contact with body region 4 and emitter region 55. A protective film 45 made of a Si oxide film or a Si nitride film is provided on the surface of the drift region 3 for surface protection.

【0059】本実施例のトランジスタの製作方法の一例
は次のとおりである。最初にSiC絶縁基板1を用意
し、この一方の面上に5×1015から3×1017at
m/cmの間の所定の低不純物濃度で0.1から2.0μ
mの間の所定の厚さを持つn型ドリフト領域2を気相成
長法等により形成する。ついでほぼ同じ厚さと不純物濃
度を持つp型ドリフト領域3を気相成長法等により形成
する。p型ドリフト領域3の上にはSiO絶縁酸化膜
を形成して表面保護膜45とする。次に、エッチング等
により第1のトレンチ6Aを形成する。そしてトレンチ
6Aの内壁面に順次n型バッファー領域66とp型コレ
クタ領域77をイオン打ち込み、または拡散により形成
する。更に、ドリフト領域2と3に接するように、p型
ボディ領域4を形成し、p型ボディ領域4の一部分にn
型エミッタ領域55をイオン打ち込み等により形成す
る。イオン打ち込み法を用いる場合は打ち込みエネルギ
ーを高エネルギーから低エネルギーへと順次変えて複数
回打ち込み、深さ方向にほぼ均一な不純物濃度分布にす
るのが好ましい。次に、第2のトレンチ9Aを形成し、
その内壁面を含む上面にゲート絶縁膜38を形成してそ
の上にゲート電極40を形成する。エミッタ電極88及
びコレクタ電極39を形成するためその部分のSiO
絶縁酸化膜を取り除き、Al等の金属膜を形成してエミ
ッタ電極88、コレクタ電極39を形成して完成する。
One example of a method of manufacturing the transistor of this embodiment is as follows. First, an SiC insulating substrate 1 is prepared, and 5 × 10 15 to 3 × 10 17 at
0.1 to 2.0 μm at a predetermined low impurity concentration between m / cm 3
An n-type drift region 2 having a predetermined thickness between m is formed by a vapor phase growth method or the like. Next, a p-type drift region 3 having substantially the same thickness and impurity concentration is formed by a vapor deposition method or the like. An SiO 2 insulating oxide film is formed on the p-type drift region 3 to form a surface protection film 45. Next, the first trench 6A is formed by etching or the like. Then, an n-type buffer region 66 and a p-type collector region 77 are sequentially formed on the inner wall surface of the trench 6A by ion implantation or diffusion. Further, a p-type body region 4 is formed so as to be in contact with drift regions 2 and 3, and n-type body region 4 is partially formed in n-type body region 4.
The mold emitter region 55 is formed by ion implantation or the like. When the ion implantation method is used, it is preferable that the implantation energy is sequentially changed from a high energy to a low energy, and the implantation is performed a plurality of times to obtain a substantially uniform impurity concentration distribution in the depth direction. Next, a second trench 9A is formed,
A gate insulating film 38 is formed on the upper surface including the inner wall surface, and a gate electrode 40 is formed thereon. In order to form the emitter electrode 88 and the collector electrode 39, the portions of SiO 2 are formed.
The insulating oxide film is removed, a metal film such as Al is formed, and the emitter electrode 88 and the collector electrode 39 are formed to complete the process.

【0060】本実施例の動作を次に説明する。本実施例
のSiC―IGBTでは、コレクタ電極39の電位がエ
ミッタ電極88の電位より高い状態になるようにして高
電圧を印加すると、ドリフト領域2と3で構成される接
合は逆バイアスされ両ドリフト領域2、3に空乏層が拡
がりほぼ全領域が完全に空乏化される。このため、バッ
ファー領域66からボディ領域4に向かうドリフト領域
2と3の電位分布はほぼ等電位分布となる。すなわち、
電界がドリフト領域2と3の全域に渡ってほぼ均一にな
る。この電界がSiCの絶縁破壊電界である約3MV/
cmに達するまで印加電圧を高くできるので高耐圧化が
可能となる。本実施例の場合、6100Vの高耐圧を実
現できた。
Next, the operation of this embodiment will be described. In the SiC-IGBT of this embodiment, when a high voltage is applied such that the potential of the collector electrode 39 is higher than the potential of the emitter electrode 88, the junction formed by the drift regions 2 and 3 is reverse-biased and both drifts occur. The depletion layer extends to the regions 2 and 3, and almost the entire region is completely depleted. Therefore, the potential distributions of drift regions 2 and 3 from buffer region 66 toward body region 4 are substantially equal potential distributions. That is,
The electric field becomes substantially uniform over the entire drift regions 2 and 3. This electric field is about 3 MV / which is the dielectric breakdown electric field of SiC.
cm, so that the applied voltage can be increased until the voltage reaches a maximum value. In the case of the present embodiment, a high withstand voltage of 6100 V was realized.

【0061】なお、高電圧を印加した際、ドリフト領域
3とバッファー領域66で構成する接合の表面付近に電
界集中が生じ耐圧が制限される場合がある。この電界集
中に対して電界緩和策を施すのが高耐圧化に有効であ
る。本実施例では、この電界集中を緩和するためにコレ
クタ電極39を、厚い表面保護膜45を介してドリフト
領域3の上方にまで張り出させている、いわゆるフィー
ルドプレートと呼ばれる電界緩和技術を適用している。
また、ゲート電極40のトレンチ9Aのコーナー部21
Aで電界集中が生じ耐圧が規制される場合があるので、
この部分にも電界緩和策を施すのが有効である。本実施
例ではトレンチ9Aを絶縁基板1に達する位置まで深く
して、ゲート絶縁膜38と絶縁基板1を接続し、コーナ
ー部21Aのゲート絶縁膜38を実効的に大幅に厚くし
て電界緩和を図っている。トレンチ9Aが浅くて絶縁基
板1に達しない構造の場合には、トレンチ9Aの底にp
型領域を設けて電界を緩和すること(図示省略)等が有
効であり、これにより本実施例と同様の効果が得られ
る。トレンチ6Aのコーナー部21Bに関しても同様で
ある。
When a high voltage is applied, electric field concentration occurs near the surface of the junction formed by the drift region 3 and the buffer region 66, and the breakdown voltage may be limited. It is effective to take measures to alleviate the electric field concentration to increase the breakdown voltage. In the present embodiment, in order to reduce the electric field concentration, an electric field relaxation technique called a field plate, in which the collector electrode 39 extends over the drift region 3 via the thick surface protection film 45, is applied. ing.
Further, the corner portion 21 of the trench 9A of the gate electrode 40
Since electric field concentration occurs at A and the withstand voltage may be regulated,
It is effective to take an electric field relaxation measure also in this part. In this embodiment, the trench 9A is deepened to the position reaching the insulating substrate 1, the gate insulating film 38 and the insulating substrate 1 are connected, and the gate insulating film 38 at the corner 21A is made substantially thicker to reduce the electric field. I'm trying. In the case of a structure in which the trench 9A is shallow and does not reach the insulating substrate 1, p is formed at the bottom of the trench 9A.
It is effective to provide a mold region to alleviate the electric field (not shown) and the like, whereby the same effect as in the present embodiment can be obtained. The same applies to the corner 21B of the trench 6A.

【0062】次に、ゲート電極40にしきい値電圧(本
実施例では4V)よりも高い電圧の例えば10Vを印加
すると、ゲート絶縁膜38を介して与えられる電界効果
によりボディ領域4の表面にチャネルが形成される。そ
の結果、エミッタ領域55からこのチャネルを経て電子
が流れる状態すなわちオン状態になる。この電子がドリ
フト領域2を通ってバッファー領域66に達すると、コ
レクタ領域77から正孔がドリフト領域2に流れ、ボデ
ィ領域4を経てエミッタ電極88に達する。このように
してドリフト領域2には電子と正孔が共に存在すること
になり、伝導度変調が起ってドリフト領域2の抵抗が激
減する。本実施例の場合、抵抗を小さくするために不純
物濃度を高くすることによってもドリフト領域2と3を
完全に空乏化できるので、高耐圧化できる。また、ドリ
フト領域2で伝導度変調を起こすとともにドリフト領域
2の不純物濃度を従来のものより高くすることもできる
ことから、オン抵抗を大幅に低くすることができる。原
理的には耐圧を損ねることなく不純物濃度を従来のもの
より約2桁高くできるので、オン抵抗を約2桁低くでき
る。本実施例の具体例の場合、SiCのビルトイン電圧
(2.7V)より高い電圧範囲でのオン抵抗は56mΩ
cmとなり従来のものでは得られない低い値を実現で
きた。
Next, when a voltage higher than the threshold voltage (4 V in this embodiment), for example, 10 V, is applied to the gate electrode 40, a channel effect is applied to the surface of the body region 4 by the electric field effect applied through the gate insulating film 38. Is formed. As a result, a state where electrons flow from emitter region 55 through this channel, that is, an ON state is established. When the electrons reach the buffer region 66 through the drift region 2, holes flow from the collector region 77 to the drift region 2 and reach the emitter electrode 88 via the body region 4. In this manner, both electrons and holes are present in the drift region 2, and conductivity modulation occurs to drastically reduce the resistance of the drift region 2. In the case of this embodiment, the drift regions 2 and 3 can be completely depleted by increasing the impurity concentration in order to reduce the resistance, so that the breakdown voltage can be increased. Further, since conductivity modulation is caused in the drift region 2 and the impurity concentration of the drift region 2 can be made higher than that of the conventional one, the on-resistance can be greatly reduced. In principle, the impurity concentration can be increased by about two orders of magnitude without impairing the breakdown voltage, so that the on-resistance can be reduced by about two orders. In the case of the specific example of this embodiment, the ON resistance in a voltage range higher than the built-in voltage (2.7 V) of SiC is 56 mΩ.
cm 2 , which is a low value that cannot be obtained with the conventional device.

【0063】なお、本実施例ではn型ドリフト領域2
と、その上に形成されたp型ドリフト領域3との厚さを
0.8μm、不純物濃度を約8×1016cmとした
が、図2及び図3に示すグラフのデータから明らかなよ
うに、ドリフト領域2及び3の厚さが0.1μmから2
μmの間、不純物濃度が約1×1015cmから3×
1017cmの間の値であれば高耐圧で低損失の半導
体装置が得られる。図2及び3において、厚さが2μm
以上、不純物濃度が3×1017cm以上で耐圧が急
減しているのは両ドリフト領域2と3が完全に空乏化す
る前にドリフト領域2とボディ領域4で構成される接合
部で従来構造と同じような降伏が生じたためである。
In this embodiment, the n-type drift region 2
And the p-type drift region 3 formed thereon has a thickness of 0.8 μm and an impurity concentration of about 8 × 10 16 cm 3 , as apparent from the data of the graphs shown in FIGS. 2 and 3. The thickness of the drift regions 2 and 3 is 0.1 μm to 2 μm.
During μm, the impurity concentration is about 1 × 10 15 cm 3 to 3 ×
If the value is between 10 17 cm 3 , a semiconductor device with high withstand voltage and low loss can be obtained. 2 and 3, the thickness is 2 μm.
As described above, the rapid decrease in the breakdown voltage when the impurity concentration is 3 × 10 17 cm 3 or more is caused by the junction between the drift region 2 and the body region 4 before the two drift regions 2 and 3 are completely depleted. This is because a breakdown similar to the structure has occurred.

【0064】本実施例では、セグメントの形状はストラ
イプ状であるが、例えば円形や四角形等であってもかま
わない。また、本実施例ではp型ボディ領域4をp型ド
リフト領域3と同じ厚さにしている。しかしp型ボディ
領域4をn型ドラフト領域3より厚くしても、また逆の
場合でも同等の効果を実現できる。p型ボディ領域4と
n型ドリフト領域2との間に他p型ドリフト層が介在す
る場合(図示省略)でも同等の効果が得られる。更に、
n型バッファー領域66は絶縁基板1に接するように深
く形成しているが、浅くしてn型ドリフト領域2のみに
接するようにしても良い。この場合、浅いので製作が容
易になるがn型ドリフト領域2のコーナー部21Bに電
界集中が起こり耐圧が低下する場合があるので注意が必
要である。
In the present embodiment, the shape of the segment is a stripe shape, but it may be, for example, a circle or a square. In this embodiment, the p-type body region 4 has the same thickness as the p-type drift region 3. However, even if the p-type body region 4 is made thicker than the n-type draft region 3, or vice versa, the same effect can be realized. The same effect can be obtained when another p-type drift layer is interposed between the p-type body region 4 and the n-type drift region 2 (not shown). Furthermore,
Although the n-type buffer region 66 is formed deeply so as to be in contact with the insulating substrate 1, the n-type buffer region 66 may be made so shallow as to be in contact with only the n-type drift region 2. In this case, the shallowness facilitates the fabrication, but care must be taken because the electric field concentration may occur at the corner 21B of the n-type drift region 2 and the withstand voltage may decrease.

【0065】《第8実施例》図11は本発明の半導体装
置の第8実施例のSiC−IGBTのセグメントの断面
図である。図において、厚さ約320μmのSiC絶縁
基板1の上に、n型ドリフト領域32A〜32Eのそれ
ぞれの間にp型ドリフト領域33A〜33Dをそれぞれ
挟み最上層にp型ドリフト領域3を形成した、n型ドリ
フト領域とp型ドリフト領域の組を5組積層している。
積層された両ドリフト領域32A〜32E、33A〜3
3Dの両端部にはそれぞれ第1のトレンチ6A及び第2
のトレンチ9Aが絶縁基板1に達するように設けられて
いる。第2のトレンチ9Aはゲート部であり、その内壁
にゲート絶縁膜38を介してゲート電極40が設けられ
ている。また、第1のトレンチ6Aにはn型バッファー
領域66、p型コレクタ領域77及びコレクタ電極39
が順次設けられている。最上層のp型ドリフト領域3の
ゲート電極40に近い部分にはp型ボディ領域4とn型
エミッタ領域55が設けられ、更にこれらの領域に接続
されたエミッタ電極88が設けられている。p型ドリフ
ト領域3の表面には保護のためにSi酸化膜やSi窒化
膜などの保護膜45が設けられている。ドリフト領域3
2A〜32Eとドリフト領域33A〜33Dの厚さは共
に約0.8μm、不純物濃度は約8×1016cm
長さは約75μmである。p型ボディ領域4の不純物濃
度は約5×1017cm、厚さは約0.8μmであ
り、その中に形成されたn型エミッタ領域55の不純物
濃度は1×1019cm、厚さは約0.2μmであ
る。トレンチ6A内のn型バッファー領域66の不純物
濃度は1×1018cm、p型コレクタ領域77の不
純物濃度は1×1020cmである。トレンチ6A、
9Aの深さは共に約10μmである。
<< Eighth Embodiment >> FIG. 11 is a sectional view of a segment of an SiC-IGBT according to an eighth embodiment of the semiconductor device of the present invention. In the figure, a p-type drift region 3 is formed on the uppermost layer on a SiC insulating substrate 1 having a thickness of about 320 μm, with p-type drift regions 33A to 33D interposed between n-type drift regions 32A to 32E, respectively. Five pairs of n-type drift regions and p-type drift regions are stacked.
Both drift regions 32A-32E, 33A-3 laminated
The first trench 6A and the second trench 6A are provided at both ends of the 3D, respectively.
Are provided so as to reach the insulating substrate 1. The second trench 9A is a gate portion, and a gate electrode 40 is provided on an inner wall of the second trench 9A via a gate insulating film 38. The first trench 6A has an n-type buffer region 66, a p-type collector region 77 and a collector electrode 39.
Are sequentially provided. A p-type body region 4 and an n-type emitter region 55 are provided in a portion of the uppermost p-type drift region 3 close to the gate electrode 40, and an emitter electrode 88 connected to these regions is provided. A protective film 45 such as a Si oxide film or a Si nitride film is provided on the surface of the p-type drift region 3 for protection. Drift area 3
The thickness of each of the drift regions 2A to 32E and the drift regions 33A to 33D is about 0.8 μm, the impurity concentration is about 8 × 10 16 cm 3 ,
The length is about 75 μm. The impurity concentration of the p-type body region 4 is about 5 × 10 17 cm 3 and the thickness is about 0.8 μm. The impurity concentration of the n-type emitter region 55 formed therein is 1 × 10 19 cm 3 and the thickness is The length is about 0.2 μm. The impurity concentration of the n-type buffer region 66 in the trench 6A is 1 × 10 18 cm 3 , and the impurity concentration of the p-type collector region 77 is 1 × 10 20 cm 3 . Trench 6A,
The depth of each 9A is about 10 μm.

【0066】本実施例のSiC−IGBTでは、最下層
のn型ドリフト領域32Aを除けば各n型ドリフト領域
32B〜32Eはp型ドリフト領域3と33A〜33D
の隣り合うものに挟まれている。この構成により、コレ
クタ電極39の電位がエミッター電極88の電位より高
い状態になるように高電圧を印加した時、各p型ドリフ
ト領域33A〜33Dには上下両側に隣接するn型ドリ
フト領域32A〜32Eから効果的に空乏層が拡がり完
全に空乏化される。又各n型ドリフト領域32A〜32
Eにも上下に隣接するp型ドリフト領域33A〜33D
から効果的に空乏層が拡がり完全に空乏化される。その
結果、バッファー領域66からゲート電極40の間の全
てのドリフト領域32A〜32E、33A〜33Dの電
位の分布はほぼ等電位分布となり、電界がドリフト領域
の全域に渡ってほぼ均一になる。この電界がSiCの絶
縁破壊電界である約3MV/cmに達するまで印加電圧
を高くすることができるので、高耐圧化ができ、本実施
例の場合では5800Vの高い耐圧のものが実現でき
た。
In the SiC-IGBT of this embodiment, each of the n-type drift regions 32B to 32E except for the lowermost n-type drift region 32A is a p-type drift region 3 and 33A to 33D.
It is sandwiched between adjacent objects. With this configuration, when a high voltage is applied so that the potential of the collector electrode 39 is higher than the potential of the emitter electrode 88, the p-type drift regions 33A to 33D have n-type drift regions 32A to From 32E, the depletion layer is effectively expanded and completely depleted. Also, each of the n-type drift regions 32A to 32A
P type drift regions 33A to 33D vertically adjacent to E
The depletion layer is effectively expanded from the above, and is completely depleted. As a result, the potential distribution of all the drift regions 32A to 32E and 33A to 33D between the buffer region 66 and the gate electrode 40 becomes substantially equal potential distribution, and the electric field becomes substantially uniform over the entire drift region. Since the applied voltage can be increased until the electric field reaches about 3 MV / cm, which is the dielectric breakdown electric field of SiC, the withstand voltage can be increased. In the case of the present embodiment, a high withstand voltage of 5800 V can be realized.

【0067】一方、コレクタ電極39の電位がエミッタ
電極88の電位より高くなるように高電圧を印加すると
ともにゲート電極40にしきい値以上の高い電圧を印加
してオン状態にすると、ゲート電極40近傍のp型ボデ
ィ領域4及び各p型ドリフト領域33A〜33Dの表面
に電子が集められ反転層が形成される。一方、各n型ド
リフト領域32A〜32Eのゲート電極40近傍の表面
にも電子が集められ蓄積層が形成される。p型ボディ領
域4の反転層はチャネルとして機能し、n型エミッタ領
域55から、チャネルとして機能するp型ボディ領域4
と上から2層目のn型ドリフト領域32Eを通ってバッ
ファー領域66に電子が流入する。電子の一部はn型ド
リフト領域32Eの蓄積層と上から3層目のp型ドリフ
ト領域33Dの反転層を経て4層目のn型ドリフト領域
32Dに分流しバッファー領域66に流入する。同様に
して電子の一部がn型ドリフト領域32Dの蓄積層とp
型ドリフト領域33Cの反転層を経て上から6、8、1
0層目のn型ドリフト領域32C、32B、32Aに分
流しバッファー領域66に流れる。電子がバッファー領
域66に達するとp型コレクタ領域77から正孔がn型
ドリフト領域32A〜32Eに流入し、p型ドリフト領
域33A〜33Dの反転層とn型ドリフト領域32A〜
32Eの蓄積層を経てp型ボディ領域4を通りエミッタ
電極88に達する。これによりn型ドリフト領域32A
〜32Eには電子と正孔が共に存在することになり、伝
導度変調が生じてn型ドリフト領域32A〜32Eの抵
抗が激減する。この過程で、各p型ドリフト領域33A
〜33Dにも隣接するn型ドリフト領域から電子が注入
されるために伝導度変調が生じp型ドリフト領域の抵抗
が低減する。下層のn型ドリフト領域32Aに近くなる
ほどn型ドリフト領域32A〜32Eの蓄積層とp型ド
リフト領域33A〜33Dの反転層の抵抗が加算される
ので若干抵抗値が大きくなり分流電流が減少する傾向に
あるが、本実施例の場合は特に問題になる程ではなかっ
た。これによりn型ドリフト領域32A〜32E及びp
型ドリフト領域33A〜33Eの抵抗は伝導度変調が生
じない場合の約1/3に低減し、SiC−IGBTのオ
ン抵抗を大幅に低減できる。本実施例の場合は、耐圧が
5800Vと高いにもかかわらず単位面積あたりのオン
抵抗は18mΩcmと大幅に低減できた。
On the other hand, when a high voltage is applied so that the potential of the collector electrode 39 becomes higher than the potential of the emitter electrode 88 and a high voltage equal to or higher than the threshold is applied to the gate electrode 40 to turn on the gate electrode 40, the vicinity of the gate electrode 40 Electrons are collected on the surface of the p-type body region 4 and the respective p-type drift regions 33A to 33D to form an inversion layer. On the other hand, electrons are also collected on the surface of each of the n-type drift regions 32A to 32E near the gate electrode 40 to form a storage layer. The inversion layer of the p-type body region 4 functions as a channel, and the p-type body region 4
Then, electrons flow into the buffer region 66 through the n-type drift region 32E of the second layer from the top. Some of the electrons flow through the storage layer of the n-type drift region 32E and the inversion layer of the third p-type drift region 33D from the top to the fourth n-type drift region 32D and flow into the buffer region 66. Similarly, a part of the electrons is stored in the storage layer of the n-type drift region 32D and p
6, 8, 1 from above through the inversion layer of the drift region 33C.
The current is diverted to the n-type drift regions 32C, 32B, and 32A of the 0th layer and flows to the buffer region 66. When the electrons reach the buffer region 66, holes flow from the p-type collector region 77 into the n-type drift regions 32A to 32E, and the inversion layers of the p-type drift regions 33A to 33D and the n-type drift regions 32A to 32E.
After reaching the emitter electrode 88 through the p-type body region 4 through the accumulation layer of 32E. Thereby, n-type drift region 32A
Since electrons and holes are present in .about.32E, conductivity modulation occurs, and the resistance of the n-type drift regions 32A to 32E sharply decreases. In this process, each p-type drift region 33A
Since electrons are injected from the adjacent n-type drift region also to .about.33D, conductivity modulation occurs and the resistance of the p-type drift region decreases. Since the resistances of the storage layers of the n-type drift regions 32A to 32E and the inversion layers of the p-type drift regions 33A to 33D are added closer to the lower n-type drift region 32A, the resistance value slightly increases and the shunt current tends to decrease. However, in the case of the present embodiment, the problem was not particularly problematic. Thereby, the n-type drift regions 32A to 32E and p
The resistance of the mold drift regions 33A to 33E is reduced to about 3 of the case where the conductivity modulation does not occur, and the ON resistance of the SiC-IGBT can be significantly reduced. In the case of the present embodiment, the on-resistance per unit area could be significantly reduced to 18 mΩcm 2 despite the high withstand voltage of 5800 V.

【0068】以上のように、本実施例によれば、高い耐
圧を保ちつつ大幅にオン抵抗を低減できるという効果が
得られる。各n型ドリフト領域32A〜32Eと各p型
ドリフト領域33A〜33Dの組の積層数を増やすほど
オン抵抗を低減することができる。但し、積層数を増や
しすぎると前記のように下層のn型ドリフト領域32A
に近いものほど抵抗が増加するので、上下のn型ドリフ
ト領域32Eと32Aの抵抗をそろえるような工夫が必
要となる。例えば下層になるほどn型ドリフト領域32
A〜32Eとp型ドリフト領域33A〜33Eの厚さを
少しづつ厚くしてゆくことなどが極めて有効であった。
最下層のドリフト領域33Aの厚さの増加割合は、各ド
リフト領域の長さと、n型ドリフト領域とp型ドリフト
領域の対の積層数に依存するが、例えば層数が15層の
場合には、最上層のp型ドリフト領域3に比べて最下層
のp型ドリフト領域33Aの厚さを約1.3倍程度に増
やすのが好適である。耐圧が5200Vに低減してしま
うがp型ドリフト領域33A〜33Dの厚さを一定にし
て、n型ドリフト領域32A〜32Eの厚さのみ順次増
やしてもオン抵抗に対しては同様の効果が得られる。こ
の場合も最下層のn型ドリフト領域32Aの厚さは最上
層のn型ドリフト領域32Eの厚さの約1.3倍程度が
好適である。本半導体装置を1個の基板内に複数個形成
し、これらの各半導体装置の同種の電極をそれぞれ共通
に接続することにより並列接続して電力容量を増大でき
る。例えば、本実施例の場合並列接続によりチップ面積
1cm当たり40Aの電流容量にできるので、チップ
面積を25cmにすることにより1000Aの電流容
量のものができる。
As described above, according to the present embodiment, the effect that the on-resistance can be greatly reduced while maintaining a high withstand voltage can be obtained. As the number of stacked pairs of the n-type drift regions 32A to 32E and the p-type drift regions 33A to 33D increases, the on-resistance can be reduced. However, if the number of layers is excessively increased, as described above, the lower n-type drift region 32A is formed.
Since the resistance increases as the distance between the upper and lower n-type drift regions 32E and 32A increases, it is necessary to take measures to make the resistances of the upper and lower n-type drift regions 32E and 32A uniform. For example, the lower the layer, the more the n-type drift region 32
It was extremely effective to gradually increase the thicknesses of A to 32E and p-type drift regions 33A to 33E.
The rate of increase in the thickness of the lowermost drift region 33A depends on the length of each drift region and the number of stacked pairs of an n-type drift region and a p-type drift region. It is preferable to increase the thickness of the lowermost p-type drift region 33A to about 1.3 times that of the uppermost p-type drift region 3. Although the withstand voltage is reduced to 5200 V, the same effect can be obtained on the on-resistance even if the thicknesses of the p-type drift regions 33A to 33D are kept constant and only the thicknesses of the n-type drift regions 32A to 32E are sequentially increased. Can be Also in this case, the thickness of the lowermost n-type drift region 32A is preferably approximately 1.3 times the thickness of the uppermost n-type drift region 32E. The power capacity can be increased by forming a plurality of the present semiconductor devices on one substrate and connecting the same kind of electrodes of each of these semiconductor devices in common by connecting them in parallel. For example, in the case of the present embodiment, a current capacity of 40 A per 1 cm 2 of chip area can be obtained by parallel connection, and a current capacity of 1000 A can be obtained by making the chip area 25 cm 2 .

【0069】《第9実施例》図12は本発明の半導体装
置の第9実施例のシリコンIGBT(以下Si−IGB
Tと記す)のセグメントの断面図である。厚さ約400
μmのSi基板41の上にSiOの絶縁膜13を形成
し、ついで順次n型ドリフト領域42A〜42Cのそれ
ぞれとp型ドリフト領域43A〜43Cとのそれぞれの
組を3組積層している。積層されたドリフト領域42A
〜42C、43A〜43Cの両端部近傍には深さ約10
μmの第1及び第2のトレンチ6A、9Aが絶縁膜13
に達するように設けられている。第2のトレンチ9Aは
ゲート電極40用であり、トレンチ9Aの内壁にゲート
絶縁膜38を介してゲート電極40が設けられている。
また、第1のトレンチ6A内にはn型バッファー領域6
6とp型コレクタ領域77、コレクタ電極39が順次設
けられている。最上層のp型ドリフト領域43Cのゲー
ト電極40に近い側にはp型ボディ領域4とn型エミッ
タ領域55が設けられ、これらの領域に接続されるよう
にエミッタ電極88が設けられている。p型ドリフト領
域43Cの表面には保護のためにSi酸化膜やSi窒化
膜などの保護膜45が設けられている。n型及びp型ド
リフト領域42A〜42C、43A〜43Cの厚さは共
に約1.5μm、不純物濃度は約2.8×1015cm
、長さは約320μmである。p型ボディ領域4の不
純物濃度は約5×1017cm、厚さは約0.5μm
であり、その中に形成されたn型エミッタ領域55の不
純物濃度は1×1019cm、厚さは約0.2μmで
ある。トレンチ6A内のn型バッファー領域66の不純
物濃度は1×1018cm、p型コレクタ領域77の
不純物濃度は1×1020cmである。
<< Ninth Embodiment >> FIG. 12 shows a silicon IGBT (hereinafter referred to as Si-IGB) according to a ninth embodiment of the semiconductor device of the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view of a segment denoted by T). About 400 thick
An insulating film 13 of SiO 2 is formed on a μm Si substrate 41, and three sets of each of n-type drift regions 42A to 42C and p-type drift regions 43A to 43C are sequentially laminated. Drift region 42A stacked
~ 42C, 43A ~ 43C in the vicinity of both ends
The first and second trenches 6A and 9A having a thickness of .mu.m
It is provided to reach. The second trench 9A is for the gate electrode 40, and the gate electrode 40 is provided on the inner wall of the trench 9A via the gate insulating film 38.
Further, the n-type buffer region 6 is provided in the first trench 6A.
6, a p-type collector region 77, and a collector electrode 39 are sequentially provided. A p-type body region 4 and an n-type emitter region 55 are provided on the side of the uppermost p-type drift region 43C near the gate electrode 40, and an emitter electrode 88 is provided so as to be connected to these regions. On the surface of the p-type drift region 43C, a protective film 45 such as a Si oxide film or a Si nitride film is provided for protection. Each of the n-type and p-type drift regions 42A to 42C and 43A to 43C has a thickness of about 1.5 μm and an impurity concentration of about 2.8 × 10 15 cm.
3. The length is about 320 μm. The impurity concentration of the p-type body region 4 is about 5 × 10 17 cm 3 and the thickness is about 0.5 μm
The n-type emitter region 55 formed therein has an impurity concentration of 1 × 10 19 cm 3 and a thickness of about 0.2 μm. The impurity concentration of the n-type buffer region 66 in the trench 6A is 1 × 10 18 cm 3 , and the impurity concentration of the p-type collector region 77 is 1 × 10 20 cm 3 .

【0070】本実施例のSi−IGBTでは、各n型ド
リフト領域42B、42Cはp型ドリフト領域43A〜
43Cの内のそれぞれ隣接するもので挟まれている。ま
たp型ドリフト領域43Aは二つのn型ドリフト領域4
2A、42Bに挟まれている。この状態でコレクタ電極
39の電位がエミッタ電極88の電位より高い状態にな
るように高電圧を印加した時、各ドリフト領域42A〜
42C、43A〜43Cには上下両側から効果的に空乏
層が拡がり完全に空乏化される。その結果、バッファー
領域66からゲート電極40に向かってドリフト領域4
2A〜42C、43A〜43Cの電位分布はほぼ等電位
分布となり、電界がドリフト領域の全域に渡ってほぼ均
一になる。この電界がSiの絶縁破壊電界の約0.3M
V/cmに達するまで印加電圧を高くすることができる
ので、高耐圧化ができる。本実施例の場合では4100
Vの高耐圧が実現できた。
In the Si-IGBT of this embodiment, each of n-type drift regions 42B and 42C is formed with p-type drift regions 43A to 43A.
43C are sandwiched between adjacent ones. Also, the p-type drift region 43A has two n-type drift regions 4
2A and 42B. In this state, when a high voltage is applied so that the potential of the collector electrode 39 is higher than the potential of the emitter electrode 88, each of the drift regions 42A to
In 42C, 43A to 43C, a depletion layer is effectively spread from both upper and lower sides, and is completely depleted. As a result, the drift region 4 moves from the buffer region 66 toward the gate electrode 40.
The potential distributions of 2A to 42C and 43A to 43C become substantially equipotential distributions, and the electric field becomes substantially uniform over the entire drift region. This electric field is about 0.3 M of the dielectric breakdown electric field of Si.
Since the applied voltage can be increased until the voltage reaches V / cm, the withstand voltage can be increased. In the case of this embodiment, 4100
High withstand voltage of V was realized.

【0071】一方、コレクタ電極39の電位がエミッタ
電極88の電位より高くなるように高電圧を印加すると
ともにゲート電極40にしきい値以上の電圧を印加した
オン状態では、ゲート電極40近傍のp型ボディ領域4
及び各p型ドリフト領域43A〜43Cの表面には電子
が集められ反転層が形成される。また、各n型ドリフト
領域42A〜42Cのゲート電極40近傍の表面にも電
子が集められ蓄積層が形成される。p型ドリフト領域4
3A〜43Cの反転層はチャネルとして機能し、エミッ
タ領域55から前記のチャネルと、上から2層目のn型
ドリフト領域42Cを通ってバッファー領域66に電子
が流入する。電子の一部はn型ドリフト領域42Cの蓄
積層と、上から3層目のp型ドリフト領域43Bの反転
層を経て4層目のn型ドリフト領域42Bを通りバッフ
ァー領域66に流入する。同様にして電子の一部がn型
ドリフト領域42Bの蓄積層とp型ドリフト領域43B
の反転層を経て6層目のn型ドリフト領域42Aを通り
バッファー領域66に流入する。電子がバッファー領域
66に達するとp型エミッタ領域77から正孔がn型ド
リフト領域42A〜42Cに流入し、p型ドリフト領域
43A〜43C、n型ドリフト領域42A〜42Cの蓄
積層を経てp型ボディ領域4を通ってエミッタ電極88
に達する。このようにしてn型ドリフト領域42A〜4
2Cには電子と正孔が共に存在することになり、伝導度
変調が起こってn型ドリフト領域42A〜42Cの抵抗
が激減する。この過程で、各p型ドリフト領域33A〜
33Dにも隣接するn型ドリフト領域から電子が注入さ
れるために伝導度変調が生じp型ドリフト領域の抵抗が
低減する。下層のn型ドリフト領域42Aに近いものほ
どn型ドリフト領域42A〜42Cの蓄積層とp型ドリ
フト領域43A〜43Cの反転層の抵抗が加算されるの
で若干抵抗が大きくなり分流電流が低減する傾向にある
が、本実施例の場合は特に問題になる程ではなかった。
本実施例では、n型ドリフト領域42A〜42Cの抵抗
は伝導度変調がない場合の約1/5に低減し、電界効果
トランジスタのオン抵抗を大幅に低減できる。本実施例
の場合は、耐圧を4100Vと高く保ちつつ単位面積あ
たりのビルトイン電圧より高い電圧範囲でのオン抵抗を
710mΩcmと大幅に低減できた。
On the other hand, when a high voltage is applied so that the potential of the collector electrode 39 becomes higher than the potential of the emitter electrode 88 and a voltage equal to or higher than the threshold is applied to the gate electrode 40, the p-type near the gate electrode 40 is turned off. Body area 4
Electrons are collected on the surface of each of the p-type drift regions 43A to 43C to form an inversion layer. Electrons are also collected on the surface of each of the n-type drift regions 42A to 42C near the gate electrode 40 to form a storage layer. p-type drift region 4
The inversion layers 3A to 43C function as channels, and electrons flow from the emitter region 55 into the buffer region 66 through the channel and the n-type drift region 42C in the second layer from the top. Some of the electrons flow into the buffer region 66 through the storage layer of the n-type drift region 42C and the inversion layer of the third p-type drift region 43B from the top through the fourth n-type drift region 42B. Similarly, a part of the electrons is accumulated in the storage layer of the n-type drift region 42B and the p-type drift region 43B.
Flows through the n-type drift region 42A of the sixth layer into the buffer region 66 through the inversion layer. When the electrons reach the buffer region 66, holes flow from the p-type emitter region 77 into the n-type drift regions 42A to 42C and pass through the accumulation layers of the p-type drift regions 43A to 43C and the n-type drift regions 42A to 42C. The emitter electrode 88 passes through the body region 4
Reach Thus, n-type drift regions 42A-4A
Since both electrons and holes are present in 2C, conductivity modulation occurs, and the resistance of the n-type drift regions 42A to 42C sharply decreases. In this process, each p-type drift region 33A-
Electrons are injected from the adjacent n-type drift region to 33D, so that conductivity modulation occurs and the resistance of the p-type drift region is reduced. The closer to the lower n-type drift region 42A, the more the resistance of the storage layers of the n-type drift regions 42A to 42C and the resistance of the inversion layer of the p-type drift regions 43A to 43C are added. However, in the case of this embodiment, it was not so much as to cause a problem.
In the present embodiment, the resistance of the n-type drift regions 42A to 42C is reduced to about 1 / of the case where there is no conductivity modulation, and the on-resistance of the field effect transistor can be greatly reduced. In the case of this example, the on-resistance in a voltage range higher than the built-in voltage per unit area could be significantly reduced to 710 mΩcm 2 while keeping the breakdown voltage high at 4100 V.

【0072】以上のごとく、本実施例では耐圧を損ねる
ことなく大幅にオン抵抗を低減できる。n型ドリフト領
域42A〜42Cとp型ドリフト領域43A〜43Cの
組の積層数を増やすほどこのオン抵抗は低減できる。但
し、積層数を増やしすぎると前記のように下層のn型ド
リフト領域42Aに近いものほど抵抗が増加するので、
上下のn型及びp型ドリフト領域の抵抗をそろえるよう
な工夫が必要となる。例えば下層になるほどn型及びp
型ドリフト領域を少しづつ厚くしてゆくことが極めて有
効であった。最下層のドリフト領域42Aの厚さの増大
割合はドリフト領域の長さとn型ドリフト領域42A〜
42Cとp型ドリフト領域43A〜43Cの組の積層数
に依存するが、例えば積層数が15層の場合を例に取る
と、最上層のp型ドリフト領域43Cに対する最下層の
p型ドリフト領域43Aの厚さは約1.3倍程度が好適
である。このほか耐圧は若干低くなるがp型ドリフト領
域の厚さを一定にしてn型ドリフト領域の厚さのみ順次
増やしてもオン抵抗に関しては同様の効果が得られ、こ
の場合も最下層のn型ドリフト領域42Aの厚さは最上
層のn型ドリフト領域42Cの厚さの約1.3倍程度が
好適である。
As described above, in this embodiment, the on-resistance can be greatly reduced without deteriorating the breakdown voltage. This on-resistance can be reduced by increasing the number of stacked pairs of the n-type drift regions 42A to 42C and the p-type drift regions 43A to 43C. However, if the number of stacked layers is excessively increased, as described above, the resistance increases as the layer is closer to the lower n-type drift region 42A.
It is necessary to take measures to make the resistances of the upper and lower n-type and p-type drift regions uniform. For example, n-type and p
It was extremely effective to gradually increase the mold drift region. The rate of increase in the thickness of the lowermost drift region 42A depends on the length of the drift region and the n-type drift regions 42A to 42A.
Although it depends on the number of laminations of the set of 42C and the p-type drift regions 43A to 43C, for example, when the number of laminations is 15, for example, the lowermost p-type drift region 43A with respect to the uppermost p-type drift region 43C. Is preferably about 1.3 times. In addition, although the withstand voltage is slightly lowered, the same effect can be obtained with respect to the on-resistance even if the thickness of the p-type drift region is made constant and only the thickness of the n-type drift region is sequentially increased. The thickness of the drift region 42A is preferably about 1.3 times the thickness of the uppermost n-type drift region 42C.

【0073】《第10実施例》図13は本発明の第10
実施例のSiCターンオフサイリスタ(以下、SiC−
GTOと記す)のセグメントの断面図である。厚さ約3
20μmのSiC絶縁基板51の上に順次、n型ドリフ
ト領域52A〜52Cのそれぞれとp型ドリフト領域5
3A〜53Cのそれぞれとの組を3組積層している。積
層されたn型ドリフト領域52A〜52Cとp型ドリフ
ト領域53A〜53Cの両端部近傍にはトレンチ6A、
9Aが絶縁基板51に達するように設けられている。ト
レンチ9Aの内壁にはp型ベース領域94、n型エミッ
タ領域95、カソード電極58が順次設けられている。
また、トレンチ6Aの内壁には、n型ベース領域86、
p型エミッタ領域87、コレクタ電極69が順次設けら
れている。最上層のp型ドリフト領域53Cのn型エミ
ッタ領域95に近い部分には、p型ベース領域94に接
続されたp型コンタクト部14が設けられている。コン
タクト部14はゲート電極40に接続されている。p型
ドリフト領域53Cの表面には保護のためにSi酸化膜
やSi窒化膜などの保護膜45が設けられている。n型
及びp型ドリフト領域52A〜52C、53A〜53C
の厚さは共に約0.8μm、不純物濃度は約8×10
16cm、長さは約75μmである。p型及びn型ベ
ース領域94、86の不純物濃度は約7×1017cm
、厚さは約1.2μmである。n型及びp型エミッタ
領域95、87の不純物濃度は1×1020cm、厚
さは約0.4μmである。トレンチ6A、9Aの深さは
共に約6μmである。
<< Tenth Embodiment >> FIG. 13 shows a tenth embodiment of the present invention.
Example SiC turn-off thyristor (hereinafter referred to as SiC-thyristor)
FIG. 4 is a cross-sectional view of a segment (referred to as GTO). About 3 thickness
Each of n-type drift regions 52A to 52C and p-type drift region 5 are sequentially formed on 20 μm SiC insulating substrate 51.
Three sets of each of 3A to 53C are stacked. Trench 6A is provided near both ends of stacked n-type drift regions 52A to 52C and p-type drift regions 53A to 53C.
9A is provided so as to reach the insulating substrate 51. A p-type base region 94, an n-type emitter region 95, and a cathode electrode 58 are sequentially provided on the inner wall of the trench 9A.
Further, an n-type base region 86,
A p-type emitter region 87 and a collector electrode 69 are sequentially provided. A p-type contact portion 14 connected to a p-type base region 94 is provided in a portion of the uppermost p-type drift region 53C near the n-type emitter region 95. The contact portion 14 is connected to the gate electrode 40. On the surface of the p-type drift region 53C, a protective film 45 such as a Si oxide film or a Si nitride film is provided for protection. N-type and p-type drift regions 52A to 52C, 53A to 53C
Have a thickness of about 0.8 μm and an impurity concentration of about 8 × 10
16 cm 3 , and the length is about 75 μm. The impurity concentration of the p-type and n-type base regions 94 and 86 is about 7 × 10 17 cm.
3. The thickness is about 1.2 μm. The n-type and p-type emitter regions 95 and 87 have an impurity concentration of 1 × 10 20 cm 3 and a thickness of about 0.4 μm. The depth of each of the trenches 6A and 9A is about 6 μm.

【0074】本実施例のSiC−GTOでは、n型ドリ
フト領域52B、52Cはp型ドリフト領域53A〜5
3Cの内のそれぞれ隣接するものに挟まれている。また
p型ドリフト領域53Aは隣接するn型ドリフト領域5
2Aと52Bに挟まれている。この状態で、アノード電
極69の電位がカソード電極58の電位より高い状態に
なるように高電圧を印加した時、n型ドリフト領域52
A〜52Cにはp型ベース領域94及び隣接するp型ド
リフト領域53A〜53Cから効果的に空乏層が拡がり
完全に空乏化される。同時にp型ドリフト領域53A〜
53Cにはn型ベース領域86及び隣接するn型ドリフ
ト領域52A〜53Cから効果的に空乏層が拡がり完全
に空乏化される。その結果、p型ベース領域94とn型
ベース領域86の間のドリフト領域52A〜52C、5
3A〜53Cの電位分布はほぼ等電位分布となり、電界
がドリフト領域52A〜52C、53A〜53Cの全域
に渡ってほぼ均一になる。この電界がSiCの絶縁破壊
電界の約3MV/cmに達するまで前記印加電圧を高く
することができるので、高耐圧化ができ、本実施例の場
合では4500Vの高耐圧を実現できた。
In the SiC-GTO of this embodiment, n-type drift regions 52B and 52C are replaced by p-type drift regions 53A to 53A.
3C, it is sandwiched between adjacent ones. Further, p-type drift region 53A is adjacent to n-type drift region 5A.
It is sandwiched between 2A and 52B. In this state, when a high voltage is applied so that the potential of the anode electrode 69 is higher than the potential of the cathode electrode 58, the n-type drift region 52
In A to 52C, a depletion layer effectively spreads from the p-type base region 94 and the adjacent p-type drift regions 53A to 53C, and is completely depleted. At the same time, p-type drift regions 53A-
In 53C, the depletion layer effectively spreads from the n-type base region 86 and the adjacent n-type drift regions 52A to 53C, and is completely depleted. As a result, drift regions 52A to 52C, 5D between p-type base region 94 and n-type base region 86 are formed.
The potential distributions of 3A to 53C are substantially equal potential distributions, and the electric field is substantially uniform over the entire drift regions 52A to 52C and 53A to 53C. Since the applied voltage can be increased until the electric field reaches about 3 MV / cm of the dielectric breakdown electric field of SiC, the withstand voltage can be increased. In the case of this embodiment, a high withstand voltage of 4500 V can be realized.

【0075】通電電流の制御においては、アノード電極
69の電位がカソード電極58の電位より高くなるよう
に高電圧を印加するとともにゲート電極40からゲート
電流を流すことによりオンにでき、またゲート電流を引
き抜くことによりオフにできる。p型ベース領域94の
抵抗は絶縁基板51に近いほど若干大きくなり分流ゲー
ト電流が低減する傾向にあるが、本実施例の場合は特に
問題になる程ではなかった。この結果、アノード電極6
9とカソード電極58間の抵抗は従来のGTOの約1/
5に低減できる。本実施例の場合は、耐圧を4500V
に高くしたにもかかわらずビルトイン電圧より高い電圧
範囲での単位面積あたりのオン抵抗は17mΩcm
あり大幅に低減できた。
In controlling the supplied current, a high voltage is applied so that the potential of the anode electrode 69 becomes higher than the potential of the cathode electrode 58, and the gate current can be turned on by flowing a gate current from the gate electrode 40. It can be turned off by pulling it out. The resistance of the p-type base region 94 tends to slightly increase as the position is closer to the insulating substrate 51, and the shunt gate current tends to decrease. As a result, the anode electrode 6
9 and the cathode electrode 58 are about 1/1 of the conventional GTO.
5 can be reduced. In the case of this embodiment, the withstand voltage is 4500 V
Despite this, the on-resistance per unit area in the voltage range higher than the built-in voltage was 17 mΩcm 2 , which was significantly reduced.

【0076】以上のごとく、本実施例は耐圧を保ちつつ
更に大幅にオン抵抗を低減できるという効果が得られ
る。n型ドリフト領域とp型ドリフト領域の対の積層数
を増やすほどこのオン抵抗は更に低減できる。但し、積
層数を増やしすぎると前記のようにp型ベース領域94
の抵抗が増加するためターンオフ時に基板51側のドリ
フト領域52Aを流れる電流を効果的に引き抜けないと
いう不都合が生じることがある。そのような場合にはp
型ベース領域94の基板51に近い部分の不純物濃度を
若干増加させればよい。
As described above, this embodiment has an effect that the on-resistance can be further greatly reduced while maintaining the breakdown voltage. This on-resistance can be further reduced as the number of stacked pairs of the n-type drift region and the p-type drift region is increased. However, if the number of layers is excessively increased, as described above,
, The current flowing through the drift region 52A on the substrate 51 side may not be effectively extracted at the time of turn-off. In such a case, p
The impurity concentration in the portion of the mold base region 94 near the substrate 51 may be slightly increased.

【0077】《第11実施例》図14は、本発明の半導
体装置の第11実施例のSiC−MOS電界効果サイリ
スタのセグメントの断面図である。厚さ約320μmの
SiC絶縁基板61の上に、n型ドリフト領域62A〜
62Eのそれぞれの間にp型ドリフト領域63A〜63
Eをそれぞれ挟んで形成したn型ドリフト領域とp型ド
リフト領域の組を5組積層している。積層されたドリフ
ト領域62A〜62E、63A〜63Eの両端部にはト
レンチ6A、9Aが絶縁基板61に達するように設けら
れている。一方のトレンチ9Aの内壁には、p型ベース
領域94、n型エミッタ領域95、カソード電極58が
順次設けられている。また、他方のトレンチ6Aの内壁
にはn型ベース領域86とp型エミッタ領域87、アノ
ード電極69が順次設けられている。最上層のp型ドリ
フト領域63Eの表面及びn型ベース領域86とp型エ
ミッタ領域87の端部にゲート酸化膜11Aを介してゲ
ート電極70が対向するよう形成されており、その他の
表面には保護のためにSi酸化膜やSi窒化膜などの保
護膜45が設けられている。ドリフト領域62A〜63
E、エミッタ領域87、95、ベース領域86、94の
各領域の導電型を前記のものと逆にする場合には、ゲー
ト電極70はp型ベース領域94とn型エミッタ領域9
5の端部にゲート酸化膜11Aを介して対向するように
形成してもよい。n型及びp型ドリフト領域62A〜6
2E、63A〜63Eの厚さは約0.8μm、不純物濃
度は約8×1016cm、長さは約75μmである。
p型及びn型ベース領域94、86の不純物濃度は共に
約7×1017cm、厚さは約1.2μmである。n
型及びp型エミッタ領域95、87の不純物濃度は1×
1020cm、厚さは約0.4μmである。トレンチ
6A、9Aの深さは共に約10μmである。
<< Eleventh Embodiment >> FIG. 14 is a sectional view of a segment of a SiC-MOS field effect thyristor of an eleventh embodiment of the semiconductor device of the present invention. On an SiC insulating substrate 61 having a thickness of about 320 μm, n-type drift regions
62E, the p-type drift regions 63A-63
Five pairs of an n-type drift region and a p-type drift region formed sandwiching E are stacked. The trenches 6A and 9A are provided at both ends of the drift regions 62A to 62E and 63A to 63E which are stacked so as to reach the insulating substrate 61. On the inner wall of one trench 9A, a p-type base region 94, an n-type emitter region 95, and a cathode electrode 58 are sequentially provided. An n-type base region 86, a p-type emitter region 87, and an anode electrode 69 are sequentially provided on the inner wall of the other trench 6A. A gate electrode 70 is formed on the surface of the uppermost p-type drift region 63E and on the ends of the n-type base region 86 and the end of the p-type emitter region 87 via the gate oxide film 11A. A protection film 45 such as a Si oxide film or a Si nitride film is provided for protection. Drift regions 62A to 63
In the case where the conductivity types of the E, emitter regions 87 and 95, and base regions 86 and 94 are reversed from those described above, the gate electrode 70 includes the p-type base region 94 and the n-type emitter region 9.
5 may be formed so as to face the end portion via the gate oxide film 11A. N-type and p-type drift regions 62A-6
2E and 63A to 63E have a thickness of about 0.8 μm, an impurity concentration of about 8 × 10 16 cm 3 , and a length of about 75 μm.
Both the p-type and n-type base regions 94 and 86 have an impurity concentration of about 7 × 10 17 cm 3 and a thickness of about 1.2 μm. n
And p-type emitter regions 95 and 87 have an impurity concentration of 1 ×
It is 10 20 cm 3 and the thickness is about 0.4 μm. The depth of each of the trenches 6A and 9A is about 10 μm.

【0078】本実施例のSiC−MOS電界効果サイリ
スタでは、n型ドリフト領域62B〜62Eはそれぞれ
p型ドリフト領域63A〜63Eの内の隣接するものに
挟まれている。またp型ドリフト領域63Aはn型ドリ
フト領域62A、62Bにより挟まれている。これによ
り、アノード電極69の電位がカソード電極58の電位
より高い状態になるように高電圧を印加した時、n型ド
リフト領域62A〜62Eにはp型ベース領域94とp
型ドリフト領域63A〜63Eから効果的に空乏層が拡
がり完全に空乏化される。また、p型ドリフト領域63
A〜63Eにはn型ベース領域86とn型ドリフト領域
62A〜62Eから効果的に空乏層が拡がり完全に空乏
化される。その結果、p型ベース領域94とn型ベース
領域86の間のドリフト領域62A〜62E、63A〜
63Eの電位分布はほぼ等電位分布となり、電界がドリ
フト領域の全域に渡ってほぼ均一になる。この電界がS
iCの絶縁破壊電界の約3MV/cmに達するまで印加
電圧を高くすることができるので、高耐圧化ができる。
本実施例の場合では4700Vの高耐圧を実現できた。
In the SiC-MOS field effect thyristor of this embodiment, the n-type drift regions 62B to 62E are sandwiched between adjacent ones of the p-type drift regions 63A to 63E. The p-type drift region 63A is sandwiched between the n-type drift regions 62A and 62B. Thus, when a high voltage is applied so that the potential of the anode electrode 69 is higher than the potential of the cathode electrode 58, the p-type base regions 94 and p
The depletion layer effectively spreads from the mold drift regions 63A to 63E, and is completely depleted. Also, the p-type drift region 63
In A to 63E, the depletion layer effectively spreads from the n-type base region 86 and the n-type drift regions 62A to 62E, and is completely depleted. As a result, drift regions 62A to 62E and 63A to 63A to 62D between p-type base region 94 and n-type base region 86 are formed.
The potential distribution of 63E is substantially equal potential distribution, and the electric field is substantially uniform over the entire drift region. This electric field is S
Since the applied voltage can be increased until the breakdown electric field of iC reaches about 3 MV / cm, the withstand voltage can be increased.
In the case of the present embodiment, a high withstand voltage of 4700 V was realized.

【0079】通電電流の制御においては、アノード電極
69がカソード電極58より高い電位になるように高電
圧を印加する。またゲート電極70にはその電位がアノ
ード電極69の電位よりも低くなるように電圧を印加す
る。この電圧がゲート電極70の下のn型ベース領域8
6の表面のしきい値電圧以上になると、n型ベース領域
86の表面にチャネルが形成され正孔がp型エミッタ領
域87からp型ドリフト領域63Eに流入する。この正
孔はp型ベース領域94に達するとn型エミッタ領域9
5からの電子の注入を促し、電子がまず最上層のp型ド
リフト領域63Eに流入する。この電子は、n型エミッ
タ領域95、p型ベース領域94と最上層のp型ドリフ
ト領域63E及びn型ベース領域86で構成されるnp
nトランジスタをオンにし、p型エミッタ領域87から
n型ベース領域86への正孔の注入を促進する。この正
孔の注入によりp型エミッタ領域87、n型ベース領域
86、p型ドリフト領域63Eで構成されるpnpトラ
ンジスタをオンにし、ついには最上層のp型ドリフト領
域63Eを含むpnppnサイリスタをオンにする。こ
の過程で、最上層のp型ドリフト領域63Eの下のn型
ドリフト領域62Eの電位は最上層のp型ドリフト領域
63Eよりも高いので、n型エミッタ領域95からp型
ドリフト領域63Eに注入された電子の一部はn型ドリ
フト領域62Eに流れてn型ベース領域86に至り、p
型エミッタ領域87からn型ベース領域86、n型ドリ
フト領域62Eへの正孔の注入を促す。これにより、p
型エミッタ領域87、n型ベース領域86、n型ドリフ
ト領域62E、p型ベース領域94で構成されるpnp
トランジスタがオンとなり多量の正孔が前記pnpトラ
ンジスタを流れ、n型エミッタ領域95からの多量の電
子の注入を促す。その結果n型エミッタ領域95、p型
ベース領域94、n型ドリフト領域62E、n型ベース
領域86で構成されるnpnトランジスタがオンとな
り、更に多量の正孔のn型ベース領域86への注入を促
進させることになる。これは、pnpトランジスタとn
pnトランジスタによる正帰還の増幅動作を招き、つい
にはpnnpnサイリスタがオンする。また、この過程
で、3層目のp型ドリフト領域63Dの電位が2層目の
n型ドリフト領域62Eよりも低いので、p型エミッタ
領域87からn型ドリフト領域62Eに注入された正孔
の一部は、p型ドリフト領域63Dを流れ、p型ベース
領域94に至る。これによりn型エミッタ領域95から
p型ベース領域94、p型ドリフト領域63Dへの電子
の注入を促し、3層目のnpnトランジスタをオンに
し、ついで3層目のpnpトランジスタをオンにする。
その結果3層目のnpnトランジスタとpnpトランジ
スタで構成される3層目のpnppnサイリスタがオン
になる。このようにして、順次n型及びp型ドリフト領
域62D、63C、62C、63B,62B、63A及
び62Aを含む第4、5、6、7、8、9及び10層目
のサイリスタがオンになり、ついにはSiC−MOS電
界効果サイリスタ全体がオンになる。
In controlling the supplied current, a high voltage is applied so that the anode electrode 69 has a higher potential than the cathode electrode 58. In addition, a voltage is applied to the gate electrode 70 so that the potential is lower than the potential of the anode electrode 69. This voltage is applied to the n-type base region 8 under the gate electrode 70.
When the threshold voltage is equal to or higher than the threshold voltage of the surface of No. 6, a channel is formed on the surface of n-type base region 86 and holes flow from p-type emitter region 87 into p-type drift region 63E. When the holes reach the p-type base region 94, the n-type emitter region 9
Injection of electrons from No. 5 is promoted, and electrons flow first into the uppermost p-type drift region 63E. These electrons are supplied to an np-type emitter region 95, a p-type base region 94, an uppermost p-type drift region 63E and an n-type base region 86.
Turn on the n-transistor to promote the injection of holes from p-type emitter region 87 into n-type base region 86. This injection of holes turns on a pnp transistor composed of a p-type emitter region 87, an n-type base region 86, and a p-type drift region 63E, and finally turns on a pnpn thyristor including the uppermost p-type drift region 63E. I do. In this process, since the potential of the n-type drift region 62E below the uppermost p-type drift region 63E is higher than that of the uppermost p-type drift region 63E, the potential is injected from the n-type emitter region 95 into the p-type drift region 63E. Some of the electrons that have flowed into the n-type drift region 62E reach the n-type base region 86, where p
The injection of holes from the type emitter region 87 to the n-type base region 86 and the n-type drift region 62E is promoted. This gives p
Pnp composed of an n-type emitter region 87, an n-type base region 86, an n-type drift region 62E, and a p-type base region 94
When the transistor is turned on, a large amount of holes flow through the pnp transistor to promote injection of a large amount of electrons from the n-type emitter region 95. As a result, the npn transistor composed of the n-type emitter region 95, the p-type base region 94, the n-type drift region 62E, and the n-type base region 86 is turned on, and more holes are injected into the n-type base region 86. Will be promoted. This is because the pnp transistor and n
This causes a positive feedback amplification operation by the pn transistor, and finally the pnpn thyristor is turned on. In this process, since the potential of the third layer p-type drift region 63D is lower than that of the second layer n-type drift region 62E, the potential of holes injected from the p-type emitter region 87 into the n-type drift region 62E is reduced. A part flows through the p-type drift region 63D and reaches the p-type base region 94. This promotes the injection of electrons from the n-type emitter region 95 into the p-type base region 94 and the p-type drift region 63D, turning on the third-layer npn transistor, and then turning on the third-layer pnp transistor.
As a result, the third-layer pnppn thyristor composed of the third-layer npn transistor and the pnp transistor is turned on. Thus, the thyristors of the fourth, fifth, sixth, seventh, eighth, ninth, and tenth layers including the n-type and p-type drift regions 62D, 63C, 62C, 63B, 62B, 63A, and 62A are sequentially turned on. Eventually, the entire SiC-MOS field effect thyristor is turned on.

【0080】本実施例の場合は、耐圧を4700Vと高
くできたにもかかわらず、ビルトイン電圧以上の高い電
圧範囲での単位面積あたりのオン抵抗は11mΩcm
となり大幅に低減できた。また、MOSゲート型の半導
体装置なのでゲート電極70を含むゲート回路の消費電
力は第10の実施例のSiC−GTOに比べて大幅に低
減できる。以上のごとく、本実施例は耐圧を高く保ちつ
つ大幅にオン抵抗を低減できるという効果があり、半導
体装置の消費電力を大幅に低減できるとともに、ゲート
電極70につながるゲート駆動回路の消費電力も低減で
きる。なお、n型ドリフト領域62A〜62Eとp型ド
リフト領域63A〜63Eの組の積層数を増やすほどこ
のオン抵抗は低減できる。
In the case of this embodiment, the on-resistance per unit area in a high voltage range equal to or higher than the built-in voltage is 11 mΩcm 2 even though the withstand voltage can be increased to 4700 V.
And could be greatly reduced. Further, since the semiconductor device is a MOS gate type semiconductor device, the power consumption of the gate circuit including the gate electrode 70 can be significantly reduced as compared with the SiC-GTO of the tenth embodiment. As described above, the present embodiment has an effect that the on-resistance can be greatly reduced while keeping the breakdown voltage high, and the power consumption of the semiconductor device can be significantly reduced, and the power consumption of the gate drive circuit connected to the gate electrode 70 is also reduced. it can. The on-resistance can be reduced by increasing the number of stacked pairs of the n-type drift regions 62A to 62E and the p-type drift regions 63A to 63E.

【0081】以上、第1から第11の実施例について詳
細に説明したが、本発明は更に多くの適用範囲あるいは
派生構造を包含するものである。例えば同一基板上に形
成した基本となる素子を多数並列に接続することによ
り、大電流・大容量化を実現できる。また、SiC絶縁
基板としてはバナジュウムを含んだSiC基板に限定さ
れるものではなく、サファイア絶縁基板やクロムを含ん
だガリウム砒素絶縁基板等を使用してもよい。前記各実
施例では、SiとSiCを用いた素子の場合について説
明したが、本発明は、ダイヤモンド、ガリウムナイトラ
イド、アルミニュウムナイトライド、硫化亜鉛など他の
半導体材料を用いた素子にも有効である。前記各実施例
のトレンチ6A、9Aは内壁面が垂直に近いが内壁面を
すり鉢状のゆるやかな傾斜にした溝状(グルーブ)に形
成してもよい。このようにすると、n型及びp型ドリフ
ト層の組の数が10組以上と多いときの埋込領域や電極
の形成が容易になり、コスト低減と歩留りの向上に有利
となる。また、前記の各実施例において、n型領域をp
型領域に、p型領域をn型領域に置き変えた場合でも本
発明の構成を適用できる。
As described above, the first to eleventh embodiments have been described in detail. However, the present invention covers a wider range of applications or derivative structures. For example, by connecting a large number of basic elements formed on the same substrate in parallel, a large current and a large capacity can be realized. Further, the SiC insulating substrate is not limited to the SiC substrate containing vanadium, but may be a sapphire insulating substrate, a gallium arsenide insulating substrate containing chromium, or the like. In each of the embodiments described above, the case of the device using Si and SiC has been described. However, the present invention is also effective for devices using other semiconductor materials such as diamond, gallium nitride, aluminum nitride, and zinc sulfide. . Although the inner walls of the trenches 6A and 9A in the above embodiments are nearly vertical, the inner wall may be formed in a mortar-like gently sloped groove. This facilitates the formation of the buried region and the electrode when the number of sets of the n-type and p-type drift layers is as large as 10 or more, which is advantageous for cost reduction and improvement in yield. In each of the above embodiments, the n-type region is defined as p
The configuration of the present invention can be applied to the case where the p-type region is replaced with the n-type region in the mold region.

【0082】本発明の半導体装置の耐圧は、p型ドリフ
ト領域とn型ドリフト領域の厚さの差や不純物濃度の差
に影響を受ける。従って本発明の目的を効果的に達成す
るためには、p型ドリフト領域とn型ドリフト領域の厚
さの差は±20%以下に、不純物濃度の差は±250%
以下にするのが好適である。
The breakdown voltage of the semiconductor device of the present invention is affected by the difference in thickness between the p-type drift region and the n-type drift region and the difference in impurity concentration. Therefore, in order to effectively achieve the object of the present invention, the difference in thickness between the p-type drift region and the n-type drift region is ± 20% or less, and the difference in impurity concentration is ± 250%.
It is preferred that:

【0083】[0083]

【発明の効果】本発明の各実施例において詳細に説明し
たように、半導体装置を絶縁性のワイドギャップ半導体
基板上に形成し、ボディ領域とドレイン領域の間に、定
格電圧付近の高電圧を印加した際に完全に空乏化する薄
いp型とn型のドリフトを積層して設ける。これによ
り、不純物濃度を高くしても高電圧印加時にp型及びn
型の両ドリフト領域で構成する接合から拡がる空乏層で
ドリフト領域を完全に空乏化できる。その結果、ドリフ
ト領域が等電位分布すなわち一定電界になり高耐圧が実
現できる。不純物濃度を高くしているので低オン抵抗化
も同時に図れ、高電圧を印加した際の電界の局所集中が
少なく最大電界が低いので信頼性が向上する。
As described in detail in each embodiment of the present invention, a semiconductor device is formed on an insulating wide gap semiconductor substrate, and a high voltage near a rated voltage is applied between a body region and a drain region. Thin p-type and n-type drifts that are completely depleted when applied are stacked. Thereby, even when the impurity concentration is increased, the p-type and n-type
The drift region can be completely depleted by the depletion layer extending from the junction formed by both the drift regions of the mold. As a result, the drift region has an equipotential distribution, that is, a constant electric field, and a high breakdown voltage can be realized. Since the impurity concentration is increased, the on-resistance can be reduced at the same time, and the local concentration of the electric field when a high voltage is applied is small and the maximum electric field is low, so that the reliability is improved.

【0084】また、ボディ領域とバッファー領域の間、
もしくはn型ベース領域とp型ベース領域の間に、定格
電圧付近の高電圧を印加した際に両者間が完全に空乏化
するような厚さの薄いp型とn型の両極性のドリフト領
域を積層して設ける。これにより、両ドリフト領域の不
純物濃度が高い場合でも、高電圧印加時に、主にp型、
n型両ドリフト領域で構成する接合から拡がる空乏層で
両ドリフト領域を完全に空乏化できる。その結果前記両
者間が等電位分布すなわち一定電界になり高耐圧化が実
現できる。不純物濃度が高いのでオン抵抗も低くなる。
更に高電圧を印加した際に電界の局所集中が減少すると
ともに最大電界が低いので信頼性が向上する。
Further, between the body region and the buffer region,
Alternatively, between the n-type base region and the p-type base region, a thin p-type and n-type bipolar drift region having a thickness such that when a high voltage near the rated voltage is applied, the two are completely depleted. Are laminated and provided. Thereby, even when the impurity concentration of both drift regions is high, the p-type and
Both drift regions can be completely depleted by a depletion layer extending from the junction formed by both n-type drift regions. As a result, an equipotential distribution, that is, a constant electric field is generated between the two, and a high breakdown voltage can be realized. Since the impurity concentration is high, the on-resistance is also low.
Furthermore, when a high voltage is applied, the local concentration of the electric field is reduced and the maximum electric field is low, so that the reliability is improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の電界効果トランジスタの第1実施例を
示す断面図
FIG. 1 is a sectional view showing a first embodiment of a field effect transistor according to the present invention.

【図2】本発明の第1実施例の電界効果トランジスタの
耐圧とドリフト領域の不純物濃度との関係を示すグラフ
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the breakdown voltage of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention and the impurity concentration of the drift region.

【図3】本発明の第1実施例の電界効果トランジスタの
耐圧とドリフト領域の厚さの関係を示すグラフ
FIG. 3 is a graph showing the relationship between the withstand voltage and the thickness of the drift region of the field effect transistor according to the first embodiment of the present invention.

【図4】本発明の電界効果トランジスタの第2実施例を
示す断面図
FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the field-effect transistor of the present invention.

【図5】本発明の電界効果トランジスタの第3実施例を
示す断面図
FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the field-effect transistor of the present invention.

【図6】本発明の電界効果トランジスタの第3実施例の
他の例を示す断面図
FIG. 6 is a sectional view showing another example of the third embodiment of the field effect transistor of the present invention.

【図7】本発明の電界効果トランジスタの第4実施例を
示す断面図
FIG. 7 is a sectional view showing a fourth embodiment of the field-effect transistor of the present invention.

【図8】本発明の電界効果トランジスタの第5実施例を
示す断面図
FIG. 8 is a sectional view showing a fifth embodiment of the field effect transistor of the present invention.

【図9】本発明の電界効果トランジスタの第6実施例を
示す断面図
FIG. 9 is a sectional view showing a sixth embodiment of the field-effect transistor of the present invention.

【図10】本発明の第7実施例のSiC−IGBTの断
面図
FIG. 10 is a sectional view of a SiC-IGBT according to a seventh embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第8実施例のSiC−IGBTの断
面図
FIG. 11 is a sectional view of an SiC-IGBT according to an eighth embodiment of the present invention.

【図12】本発明の第9実施例のSi−IGBTの断面
FIG. 12 is a sectional view of a Si-IGBT according to a ninth embodiment of the present invention.

【図13】本発明の第10実施例のSiC−GTOの断
面図
FIG. 13 is a sectional view of a SiC-GTO according to a tenth embodiment of the present invention.

【図14】本発明の第11実施例のSiC−MOSサイ
リスタの断面図
FIG. 14 is a sectional view of an SiC-MOS thyristor according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図15】従来のトレンチ型電界効果半導体装置の断面
FIG. 15 is a cross-sectional view of a conventional trench-type field-effect semiconductor device.

【図16】従来の高耐圧半導体装置の断面図FIG. 16 is a sectional view of a conventional high breakdown voltage semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 絶縁基板 2 n型ドリフト領域 3 p型ドリフト領域 4 p型ボディ領域 5 ソース領域 6、16 ドレイン領域 6A トレンチ 7 ソース電極 8 ドレイン電極 9、19 酸化膜 9A トレンチ 10 ゲート電極 11 表面保護膜 12 p型ドリフト領域 14 p型コンタクト部 22、22A、22B、22C、22D n型ドリフト
領域 23、23A、23B、22C p型ドリフト
領域 32A〜32E n型ドリフト領域 33 p型ドリフト領域 33A〜33D p型ドリフト領域 34 ボディ領域 37 ソース電極 39 コレクタ電極 40 ゲート電極 41 Si基板 42A〜42C n型ドリフト領域 43A〜43C p型ドリフト領域 51 絶縁基板 52A〜52C n型ドリフト領域 53A〜53C p型ドリフト領域 55 エミッタ領域 58 カソード電極 62A〜62E n型ドリフト領域 63A〜63E p型ドリフト領域 66 バッファー領域 68 ゲート電極 69 アノード電極 70 ゲート電極 77 コレクタ領域 86 n型ベース領域 87 p型エミッタ領域 88 エミッタ電極 94 p型ベース領域 95 n型エミッタ領域 101 ドレイン領域 102 ドリフト領域 103 ボディ領域 104 ソース領域 105 ゲート絶縁膜 106 ゲート電極 107 ソース電極 108 ドレイン電極 110 凹部
Reference Signs List 1 insulating substrate 2 n-type drift region 3 p-type drift region 4 p-type body region 5 source region 6, 16 drain region 6A trench 7 source electrode 8 drain electrode 9, 19 oxide film 9A trench 10 gate electrode 11 surface protective film 12 p Drift region 14 p-type contact portion 22, 22A, 22B, 22C, 22D n-type drift region 23, 23A, 23B, 22C p-type drift region 32A to 32E n-type drift region 33 p-type drift region 33A to 33D p-type drift Region 34 body region 37 source electrode 39 collector electrode 40 gate electrode 41 Si substrate 42A to 42C n-type drift region 43A to 43C p-type drift region 51 insulating substrate 52A to 52C n-type drift region 53A to 53C p-type drift region 55 emitter region 58 Sword electrodes 62A to 62E n-type drift region 63A to 63E p-type drift region 66 buffer region 68 gate electrode 69 anode electrode 70 gate electrode 77 collector region 86 n-type base region 87 p-type emitter region 88 emitter electrode 94 p-type base region 95 n-type emitter region 101 drain region 102 drift region 103 body region 104 source region 105 gate insulating film 106 gate electrode 107 source electrode 108 drain electrode 110 recess

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 29/78 652G 653A 655A ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/78 652G 653A 655A

Claims (39)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上
に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のドリ
フト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同様の厚さと同様の不純物濃度を
有する少なくとも1つの第2の導電型の第2のドリフト
領域、 前記第1及び第2のドリフト領域に共に接するように形
成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域の少なくとも一方に接するように形成
した少なくとも1つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記ボディ領域及び前記第1の導電型の領域に設けた第
2の電極、及び前記第1のドリフト領域及び前記ボディ
領域に形成した制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とするワイ
ドギャップ半導体装置。
1. A first drift region of at least one first conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate; and a first drift region formed on the first drift region. At least one second conductivity type second drift region having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first conductivity type formed so as to be in contact with both the first and second drift regions; A buried region, a first electrode formed in the buried region, at least one first electrode formed to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with at least one of the first and second drift regions A second conductivity type body region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the body region and the first conductivity type region, and the first conductivity type body region. Drift area and And a control electrode formed in the body region, wherein a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage when applied between the first electrode and the second electrode. A wide-gap semiconductor device, wherein the first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers.
【請求項2】 前記制御電極が絶縁膜を介して前記第1
のドリフト領域、前記ボディ領域及び前記第1の導電型
の領域に当接するように設けられたことを特徴とする請
求項1記載のワイドギャップ半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein the control electrode is connected to the first electrode via an insulating film.
2. The wide-gap semiconductor device according to claim 1, wherein said wide-gap semiconductor device is provided so as to contact said drift region, said body region, and said first conductivity type region.
【請求項3】 前記基板と第1のドリフト領域の間に設
けられ、前記埋込領域に接する第3のドリフト領域を更
に有する請求項1記載のワイドギャップ半導体装置。
3. The wide gap semiconductor device according to claim 1, further comprising a third drift region provided between said substrate and said first drift region and in contact with said buried region.
【請求項4】 前記第1のドリフト領域の厚さが、前記
第2のドリフト領域及び第3のドリフト領域の厚さより
厚いことを特徴とする請求項3記載のワイドギャップ半
導体装置。
4. The wide gap semiconductor device according to claim 3, wherein the thickness of the first drift region is larger than the thicknesses of the second drift region and the third drift region.
【請求項5】 前記埋込領域が基板に接していることを
特徴とする請求項1、3又は4記載のワイドギャップ半
導体装置。
5. The wide gap semiconductor device according to claim 1, wherein the buried region is in contact with a substrate.
【請求項6】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板上
に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のドリ
フト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同様の厚さと同様の不純物濃度を
有する少なくとも1つの第2の導電型の第2のドリフト
領域、 前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト領域に接す
るように形成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域の少なくとも一方に接するように形成
した少なくとも1つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記ボディ領域及び前記第1の導電型の領域に設けた第
2の電極、及び前記基板、第1のドリフト領域及びボデ
ィ領域に絶縁膜を介して形成した制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とするワイ
ドギャップ半導体装置。
6. A first drift region of at least one first conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor, and the first drift region formed on the first drift region. A second drift region of at least one second conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first, the substrate, and the first drift region formed so as to be in contact with the first and second drift regions; A buried region of conductivity type, a first electrode formed in the buried region, at least a predetermined distance from the buried region and at least one formed to be in contact with at least one of the first and second drift regions. One second conductivity type body region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the body region and the first conductivity type region, and Substrate, 1st A control electrode formed in the drift region and the body region via an insulating film, wherein a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. Wherein the first and second drift regions are selected so as to become a substantially complete depletion layer when voltage is applied.
【請求項7】 前記制御電極が、前記第1及び第2のド
リフト領域を貫通して前記基板に達するトレンチの内壁
に絶縁膜を介して形成されたことを特徴とする請求項1
又は6記載のワイドギャップ半導体装置。
7. The control electrode according to claim 1, wherein the control electrode is formed on an inner wall of a trench reaching the substrate through the first and second drift regions via an insulating film.
Or the wide gap semiconductor device according to 6.
【請求項8】 前記ボディ領域を、前記第1及び第2の
ドリフト領域に接するように形成した、請求項1記載の
ワイドギャップ半導体装置。
8. The wide gap semiconductor device according to claim 1, wherein said body region is formed so as to be in contact with said first and second drift regions.
【請求項9】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板の
上に形成した、複数組の、第1の導電型の第1のドリフ
ト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域の組を
貫通して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形
成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のド
リフト領域内に形成した第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設け
た、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前
記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基
板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、 前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設け
た制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2
の電極を備えたワイドギャップ半導体装置。
9. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor; A first conductivity type buried region formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions; formed in the buried region; A first electrode, a second conductivity type body region formed in an uppermost drift region of the plurality of sets of first and second drift regions, and a first conductivity formed in a part of the body region. The plurality of sets of the first and second drift regions, the body region, and the first conductivity type region provided at a position separated by a predetermined distance from the first trench. An insulating film formed on an inner wall surface of the second trench reaching the substrate, A control electrode provided on the inner wall surface of the second trench via the insulating film; and a second control electrode provided on the region and the body region.
Wide-gap semiconductor device provided with the electrodes of FIG.
【請求項10】 前記第1及び第2のドリフト領域の厚
さが、前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧より低
い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のドリフト領
域が完全に空乏層となるように選定されたことを特徴と
する請求項9記載のワイドギャップ半導体装置。
10. The first and second drift regions when a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage between the first and second electrodes. 10. The wide-gap semiconductor device according to claim 9, wherein is selected so as to completely form a depletion layer.
【請求項11】 前記複数の、第1のドリフト領域と第
2のドリフト領域との組において、各ドリフト領域の厚
さが、前記基板に近いものが厚く基板から離れるに従っ
て漸減することを特徴とする請求項9記載のワイドギャ
ップ半導体装置。
11. In the plurality of pairs of the first drift region and the second drift region, a thickness of each drift region gradually decreases as a portion closer to the substrate becomes thicker and further away from the substrate. The wide gap semiconductor device according to claim 9, wherein
【請求項12】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した第2の導電型の第1のドリフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る第1の導電型の第2のドリフト領域、 前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト領域に接す
るように形成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記基板及び前
記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成した
第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記領域及びボディ領域に設けた第2の電極、及び 前記ボディ領域に絶縁膜を介して設けた制御電極を備
え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とするワイ
ドギャップ半導体装置。
12. A first drift region of a second conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor, substantially the same as the first drift region formed on the first drift region. A second drift region of the first conductivity type having the same thickness and the same impurity concentration as above, a buried region of the first conductivity type formed in contact with the substrate, and the first and second drift regions, A first electrode formed in the buried region; a second conductivity type body region formed to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with the substrate and the first and second drift regions; A first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region and the body region, and a control electrode provided in the body region via an insulating film; And the second drift region Is selected such that when a voltage lower than the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions become substantially complete depletion layers. A wide gap semiconductor device characterized by the following.
【請求項13】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のド
リフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る少なくとも1つの第2の導電型の第2のドリフト領
域、 前記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成し
た第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域に接するように前記第1のドリフト領
域内に形成した少なくとも1つの第2の導電型のボディ
領域、 前記ボディ領域の1部分に形成した第1の導電型の領
域、 前記領域に設けた第2の電極、及び前記第1のドリフト
領域の第2のボディ領域及び前記領域上に絶縁膜を介し
て設けた制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定したことを特徴とするワイド
ギャップ半導体装置。
13. A first drift region of at least one first conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate, wherein the first drift region is formed on the first drift region. At least one second drift region of the second conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first, and the first conductivity type buried formed in contact with the first and second drift regions. A first electrode formed in the buried region, at least one electrode formed in the first drift region so as to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with the first and second drift regions Two second conductivity type body regions, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region, and a second body region of the first drift region And the territory A control electrode provided on the region with an insulating film interposed therebetween, wherein the thickness of the first and second drift regions is reduced by applying a voltage lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. A wide-gap semiconductor device, wherein the first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers.
【請求項14】 高抵抗の第1の種類の材料を用いたワ
イドギャップ半導体の基板上に形成した、低抵抗の第2
の種類の材料を用いた少なくとも1つの第1の導電型の
第1のドリフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る第2の種類の材料を用いた少なくとも1つの第2の導
電型の第2のドリフト領域、 前記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成し
た第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域に接するように形成した少なくとも1
つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記領域に設けた第2の電極、及び前記ボディ領域を貫
通して前記第1のドリフト領域に達するトレンチの内壁
面に絶縁膜を介して設けた制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とするワイ
ドギャップ半導体装置。
14. A low-resistance second semiconductor formed on a wide-gap semiconductor substrate using a high-resistance first-type material.
At least one first drift region of the first conductivity type using a material of the type described above, and formed on the first drift region and having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region. At least one second drift region of a second conductivity type using a second type of material having: a buried region of a first conductivity type formed in contact with the first and second drift regions; A first electrode formed in the buried region, at least one electrode formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with the first and second drift regions;
Two second conductivity type body regions, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region, and the first drift through the body region A control electrode provided on an inner wall surface of the trench reaching the region via an insulating film, wherein a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. A wide-gap semiconductor device, wherein the first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers when a voltage is applied.
【請求項15】 前記第1の種類の材料が、バナジュー
ムを含んだSiC、サファイア及びクロムを含んだガリ
ウム砒素から選択した1種の材料であり、 前記第2の種類の材料が、SiC、ダイヤモンド、ガリ
ウムナイトライド、アルミニュウムナイトライド及び硫
化亜鉛から選択した1種の材料である請求項14記載の
ワイドギャップ半導体装置。
15. The material of the first type is one material selected from SiC containing vanadium, sapphire, and gallium arsenide containing chromium, and the second type of material is SiC, diamond. 15. The wide-gap semiconductor device according to claim 14, wherein the wide-gap semiconductor device is a material selected from the group consisting of gallium nitride, aluminum nitride, and zinc sulfide.
【請求項16】 前記ワイドギャップ半導体基板の材料
が、バナジュームを含んだSiC、サファイア及びクロ
ムを含んだガリウム砒素から選択した1種の材料であ
り、 前記第1及び第2のドリフト領域及びボディ領域の材料
が、SiC、ダイヤモンド、ガリウムナイトライド、ア
ルミニュウムナイトライド及び硫化亜鉛から選択した1
種の材料である請求項1、6、9、12又は13記載の
ワイドギャップ半導体装置。
16. The material of the wide gap semiconductor substrate is one material selected from SiC containing vanadium, sapphire and gallium arsenide containing chromium, and the first and second drift regions and the body region are provided. Is selected from SiC, diamond, gallium nitride, aluminum nitride and zinc sulfide.
The wide gap semiconductor device according to claim 1, 6, 9, 12, or 13, which is a kind of material.
【請求項17】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のド
リフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同様の厚さと同様の不純物濃度を
有する少なくとも1つの第2の導電型の第2のドリフト
領域、 前記第1及び第2のドリフト領域に共に接するように形
成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域の少なくとも一方に接するように形成
した少なくとも1つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記ボディ領域及び前記第1の導電型の領域に設けた第
2の電極、及び前記第1のドリフト領域及び前記ボディ
領域に形成した制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とする半導
体装置。
17. A first drift region of at least one first conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate, and the first drift region formed on the first drift region. At least one second conductivity type second drift region having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first conductivity type formed so as to be in contact with both the first and second drift regions; A buried region, a first electrode formed in the buried region, at least one first electrode formed to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with at least one of the first and second drift regions A second conductivity type body region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the body region and the first conductivity type region, and the first conductivity type body region. Drift area And a control electrode formed in the body region, wherein a thickness of the first and second drift regions is applied when a voltage lower than a rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode. A semiconductor device, wherein the first and second drift regions are selected so as to be substantially complete depletion layers.
【請求項18】 前記制御電極が絶縁膜を介して前記第
1のドリフト領域、前記ボディ領域及び前記第1の導電
型の領域に当接するように設けられたことを特徴とする
請求項17記載の半導体装置。
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein the control electrode is provided so as to contact the first drift region, the body region, and the first conductivity type region via an insulating film. Semiconductor device.
【請求項19】 前記基板と第1のドリフト領域の間に
設けられ、前記埋込領域に接する第3のドリフト領域を
更に有する請求項17記載の半導体装置。
19. The semiconductor device according to claim 17, further comprising a third drift region provided between said substrate and said first drift region and in contact with said buried region.
【請求項20】 前記第1のドリフト領域の厚さが、前
記第2のドリフト領域及び第3のドリフト領域の厚さよ
り厚いことを特徴とする請求項19記載の半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 19, wherein the thickness of the first drift region is larger than the thicknesses of the second drift region and the third drift region.
【請求項21】 前記埋込領域が基板に接していること
を特徴とする請求項17、19又は20記載の半導体装
置。
21. The semiconductor device according to claim 17, wherein said buried region is in contact with a substrate.
【請求項22】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のド
リフト領域、前記第1のドリフト領域の上に形成した、
前記第1のドリフト領域と実質的に同様の厚さと同様の
不純物濃度を有する少なくとも1つの第2の導電型の第
2のドリフト領域、 前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト領域に接す
るように形成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域の少なくとも一方に接するように形成
した少なくとも1つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記ボディ領域及び前記第1の導電型の領域に設けた第
2の電極、及び前記基板、第1のドリフト領域及びボデ
ィ領域に絶縁膜を介して形成した制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とする半導
体装置。
22. A first drift region of at least one first conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor, formed on the first drift region.
At least one second conductivity type second drift region having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region, in contact with the substrate, and the first and second drift regions; A first conductivity type buried region formed as described above, a first electrode formed in the buried region, a predetermined distance from the buried region and at least one of the first and second drift regions. At least one second conductive type body region formed so as to be in contact with the first conductive type region formed in a part of the body region; And a control electrode formed on the substrate, the first drift region and the body region via an insulating film, wherein the thicknesses of the first and second drift regions are equal to the first electrode and the second drift region. Rated voltage between two electrodes Upon application of a low voltage Ri, semiconductor device, wherein the first and second drift regions is selected such that substantially complete depletion.
【請求項23】 前記制御電極が、前記第1及び第2の
ドリフト領域を貫通して前記基板に達するトレンチの内
壁に絶縁膜を介して形成されたことを特徴とする請求項
17又は22記載の半導体装置。
23. The control electrode according to claim 17, wherein the control electrode is formed on an inner wall of a trench reaching the substrate through the first and second drift regions via an insulating film. Semiconductor device.
【請求項24】 前記ボディ領域を、前記第1及び第2
のドリフト領域に接するように形成した、請求項17記
載の半導体装置。
24. The method according to claim 24, wherein the body region is formed by the first and second bodies.
18. The semiconductor device according to claim 17, wherein said semiconductor device is formed so as to be in contact with said drift region.
【請求項25】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
の上に形成した、複数組の、第1の導電型の第1のドリ
フト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域の組を
貫通して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形
成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のド
リフト領域内に形成した第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設け
た、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前
記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基
板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、 前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設け
た制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2
の電極を備えた半導体装置。
25. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type, formed on a substrate of a high-resistance wide-gap semiconductor; A first conductivity type buried region formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions; formed in the buried region; A first electrode, a second conductivity type body region formed in an uppermost drift region of the plurality of sets of first and second drift regions, and a first conductivity formed in a part of the body region. The plurality of sets of the first and second drift regions, the body region, and the first conductivity type region provided at a position separated by a predetermined distance from the first trench. An insulating film formed on the inner wall surface of the second trench reaching the substrate; A control electrode provided on the inner wall surface of the second trench via the insulating film, and a second electrode provided on the region and the body region.
A semiconductor device provided with the electrodes described above.
【請求項26】 前記第1及び第2のドリフト領域の厚
さが、前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧より低
い電圧を印加したとき、前記第1及び第2のドリフト領
域が完全に空乏層となるように選定されたことを特徴と
する請求項25記載の半導体装置。
26. The first and second drift regions when a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. 26. The semiconductor device according to claim 25, wherein is selected to be a complete depletion layer.
【請求項27】 前記複数の、第1のドリフト領域と第
2のドリフト領域との組において、各ドリフト領域の厚
さが、前記基板に近いものが厚く基板から離れるに従っ
て漸減することを特徴とする請求項25記載の半導体装
置。
27. In the plurality of pairs of the first drift region and the second drift region, a thickness of each drift region gradually decreases as a portion closer to the substrate becomes thicker and further away from the substrate. 26. The semiconductor device according to claim 25, wherein:
【請求項28】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第2の導電型の第1のド
リフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る少なくとも1つの第1の導電型の第2のドリフト領
域、 前記基板、及び前記第1及び第2のドリフト領域に接す
るように形成した第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記基板及び前
記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成した
少なくとも1つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記領域及びボディ領域に設けた第2の電極、及び前記
ボディ領域に絶縁膜を介して設けた制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とする半導
体装置。
28. A first drift region of at least one second conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate, and the first drift region formed on the first drift region. At least one second drift region of the first conductivity type having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first conductive type formed in contact with the substrate, and the first and second drift regions; A buried region of a mold, a first electrode formed in the buried region, at least one formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with the substrate and the first and second drift regions A second conductivity type body region, a first conductivity type region formed in part of the body region, a second electrode provided in the region and the body region, and a second electrode provided in the body region via an insulating film System A control electrode, wherein when a voltage lower than a rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, the first and second drift regions have thicknesses of the first and second drift regions. Is selected to be a substantially complete depletion layer.
【請求項29】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のド
リフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る少なくとも1つの第2の導電型の第2のドリフト領
域、 前記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成し
た第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域に接するように前記第1のドリフト領
域内に形成した少なくとも1つの第2の導電型のボディ
領域、 前記ボディ領域の1部分に形成した第1の導電型の領
域、 前記領域に設けた第2の電極、及び前記第1のドリフト
領域の第2のボディ領域及び前記領域上に絶縁膜を介し
て設けた制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さを、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定したことを特徴とする半導体
装置。
29. at least one first drift region of a first conductivity type formed on a high-resistance wide-gap semiconductor substrate; and the first drift region formed on the first drift region. At least one second conductivity type second drift region having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first conductivity type buried formed in contact with the first and second drift regions A first electrode formed in the buried region, at least one electrode formed in the first drift region so as to be separated from the buried region by a predetermined distance and to be in contact with the first and second drift regions Two second conductivity type body regions, a first conductivity type region formed in a portion of the body region, a second electrode provided in the region, and a second body region of the first drift region And the territory A control electrode provided on the region via an insulating film, wherein the thickness of the first and second drift regions is reduced by applying a voltage lower than the rated voltage between the first electrode and the second electrode. A semiconductor device wherein the first and second drift regions are selected to be substantially complete depletion layers.
【請求項30】 高抵抗の第1の種類の材料を用いたワ
イドギャップ半導体の基板上に形成した、低抵抗の第2
の種類の材料を用いた少なくとも1つの第1の導電型の
第1のドリフト領域、 前記第1のドリフト領域の上に形成した、前記第1のド
リフト領域と実質的に同じ厚さと同じ不純物濃度を有す
る第2の種類の材料を用いた少なくとも1つの第2の導
電型の第2のドリフト領域、 前記第1及び第2のドリフト領域に接するように形成し
た第1の導電型の埋込領域、 前記埋込領域に形成した第1の電極、 前記埋込領域から所定の距離だけ離れ、前記第1及び第
2のドリフト領域に接するように形成した少なくとも1
つの第2の導電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記領域に設けた第2の電極、及び前記ボディ領域を貫
通して前記第1のドリフト領域に達するトレンチの内壁
面に絶縁膜を介して設けた制御電極を備え、 前記第1及び第2のドリフト領域の厚さが、前記第1の
電極と第2の電極間に定格電圧より低い電圧を印加した
とき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質的に完全
な空乏層となるように選定されたことを特徴とする半導
体装置。
30. A low-resistance second semiconductor formed on a wide-gap semiconductor substrate using a high-resistance first-type material.
At least one first drift region of the first conductivity type using a material of the type described above, and formed on the first drift region and having substantially the same thickness and the same impurity concentration as the first drift region. At least one second drift region of a second conductivity type using a second type of material having: a buried region of a first conductivity type formed in contact with the first and second drift regions; A first electrode formed in the buried region, at least one electrode formed at a predetermined distance from the buried region and in contact with the first and second drift regions;
Two second conductivity type body regions, a first conductivity type region formed in a part of the body region, a second electrode provided in the region, and the first drift through the body region A control electrode provided on an inner wall surface of the trench reaching the region via an insulating film, wherein a thickness of the first and second drift regions is lower than a rated voltage between the first electrode and the second electrode. A semiconductor device, wherein the first and second drift regions are selected so as to become a substantially complete depletion layer when a voltage is applied.
【請求項31】 前記第1の種類の材料が、バナジュー
ムを含んだSiC、サファイア及びクロムを含んだガリ
ウム砒素から選択した1種の材料であり、 前記第2の種類の材料が、SiC、ダイヤモンド、ガリ
ウムナイトライド、アルミニュウムナイトライド及び硫
化亜鉛から選択した1種の材料である請求項30記載の
半導体装置。
31. The first type of material is one selected from SiC containing vanadium, sapphire, and gallium arsenide containing chromium, and the second type of material is SiC, diamond. 31. The semiconductor device according to claim 30, wherein the semiconductor device is one material selected from the group consisting of gallium nitride, aluminum nitride, and zinc sulfide.
【請求項32】 前記ワイドギャップ半導体基板の材料
が、バナジュームを含んだSiC、サファイア及びクロ
ムを含んだガリウム砒素から選択した1種の材料であ
り、 前記第1及び第2のドリフト領域及びボディ領域の材料
が、SiC、ダイヤモンド、ガリウムナイトライド、ア
ルミニュウムナイトライド及び硫化亜鉛から選択した1
種の材料である請求項17、22、25、28又は29
記載の半導体装置。
32. The material of the wide gap semiconductor substrate is one material selected from SiC containing vanadium, sapphire and gallium arsenide containing chromium, and the first and second drift regions and the body region Is selected from SiC, diamond, gallium nitride, aluminum nitride and zinc sulfide.
30. A material of claim 17, 22, 25, 28 or 29.
13. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項33】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
上に形成した少なくとも1つの第1の導電型の第1のド
リフト領域、 前記第1のドリフト領域の上の一部分に形成した少なく
とも1つの第2の導電型の第2のドリフト領域、 前記第1のドリフト領域の上の一部分に形成した、第2
の導電型の第2のドリフト領域の不純物濃度に等しいか
高い不純物濃度を有する少なくとも1つの第2の導電型
のボディ領域、 前記ボディ領域に形成した高不純物濃度を有する第1の
導電型の領域、 前記第1のドリフト領域及び第2のドリフト領域に接し
て形成した、前記第1のドリフト領域及び第2のドリフ
ト領域よりも高い不純物濃度を有する少なくとも1つの
第1の導電型の第1の埋込領域、 前記第1の導電型の第1の埋込領域に接して形成した、
高不純物濃度を有する少なくとも1つの第2の導電型の
第2の埋込領域、 前記第1の導電型の領域に形成した第1の電極、 前記第2の導電型の第2の埋込領域に形成した第2の電
極、及び前記第1のドリフト領域、ボディ領域、第1の
領域に絶縁膜を介して対向する制御電極、 を備えたバイポーラ半導体装置であって、 前記第1のドリフト領域と第2のドリフト領域の厚さが
実質的に等しく、それぞれの厚さがそれぞれの長さより
小さく、 前記第1の電極と第2の電極間に定格電圧に近い電圧を
印加したとき、前記第1及び第2のドリフト領域が実質
的に空乏層となるように前記第1及び第2のドリフト領
域の厚さが選定されたことを特徴とするワイドギャップ
半導体装置。
33. at least one first conductivity type first drift region formed on a high resistance wide gap semiconductor substrate; at least one second drift region formed on a portion of the first drift region; A second drift region having a conductivity type of: a second drift region formed in a portion above the first drift region;
At least one body region of the second conductivity type having an impurity concentration equal to or higher than the impurity concentration of the second drift region of the conductivity type, and a region of the first conductivity type having a high impurity concentration formed in the body region. At least one first conductive type first formed in contact with the first drift region and the second drift region and having a higher impurity concentration than the first drift region and the second drift region; A buried region, formed in contact with the first buried region of the first conductivity type;
At least one second buried region of a second conductivity type having a high impurity concentration, a first electrode formed in the region of the first conductivity type, a second buried region of the second conductivity type And a control electrode facing the first drift region, the body region, and the first region via an insulating film, wherein the first drift region And the thickness of the second drift region are substantially equal, each thickness is smaller than the respective length, and when a voltage close to the rated voltage is applied between the first electrode and the second electrode, A wide-gap semiconductor device, wherein the thicknesses of the first and second drift regions are selected such that the first and second drift regions are substantially depletion layers.
【請求項34】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
の上に形成した複数組の、第1の導電型の第1のドリフ
ト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域を貫通
して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形成し
た少なくとも1つの第1の導電型の第1の埋込領域、 前記第1の埋込領域に接して形成した少なくとも1つの
第2の導電型の第2の埋込領域、 前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、 前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のド
リフト領域に接して形成した少なくとも1つの第2の導
電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設け
た、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前
記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基
板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、 前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設け
た制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2
の電極を備えた半導体装置。
34. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor. A plurality of sets of at least one first buried region of a first conductivity type formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions; At least one second conductivity type second buried region formed in contact with the buried region, a first electrode formed in the second buried region, the plurality of sets of first and second sets At least one body region of the second conductivity type formed in contact with the uppermost drift region of the drift region; a region of the first conductivity type formed in a part of the body region; a predetermined distance from the first trench , The plurality of sets of the first and An insulating film formed on an inner wall surface of a second trench reaching the substrate through the drift region, the body region, and the first conductivity type region; and an insulating film formed on an inner wall surface of the second trench. And a second control electrode provided in the region and the body region.
A semiconductor device provided with the electrodes described above.
【請求項35】 基板の上に絶縁膜を介して形成した複
数組の、第1の導電型の第1のドリフト領域と第2の導
電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域を貫通
して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形成し
た少なくとも1つの第1の導電型の第1の埋込領域、 前記第1の埋込領域に接して形成した少なくとも1つの
第2の導電型の第2の埋込領域、 前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、 前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のド
リフト領域に接して形成した少なくとも1つの第2の導
電型のボディ領域、 前記ボディ領域の一部に形成した第1の導電型の領域、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に設け
た、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、前
記ボディ領域及び第1の導電型の領域を貫通して前記基
板に達する第2のトレンチの内壁面に形成した絶縁膜、 前記第2のトレンチの内壁面に前記絶縁膜を介して設け
た制御電極、及び前記領域及びボディ領域に設けた第2
の電極を備えた半導体装置。
35. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on a substrate via an insulating film. At least one first buried region of a first conductivity type formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions; At least one second buried region of the second conductivity type formed in contact with the buried region; a first electrode formed in the second buried region; the plurality of sets of first and second drift regions At least one second conductivity type body region formed in contact with the uppermost drift region, a first conductivity type region formed in a part of the body region, and a predetermined distance from the first trench The plurality of sets of the first and second drift regions provided at different positions An insulating film formed on an inner wall surface of a second trench reaching the substrate through the body region and the first conductivity type region; and an insulating film provided on an inner wall surface of the second trench via the insulating film. A control electrode, and a second electrode provided in the region and the body region.
A semiconductor device provided with the electrodes described above.
【請求項36】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
の上に形成した、複数組の、第1の導電型の第1のドリ
フト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域を貫通
して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形成し
た少なくとも1つの第1の導電型の第1の埋込領域、 前記第1の埋込領域に接して形成した少なくとも1つの
第2の導電型の第2の埋込領域、 前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、 前記複数組の第1及び第2のドリフト領域の最上層のド
リフト領域に形成した第2の導電型のコンタクト部、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に形成
され、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域、
前記コンタクト部を貫通して前記基板に達する第2のト
レンチの内壁面に形成した少なくとも1つの第2の導電
型のベース領域、 前記ベース領域に設けた少なくとも1つの第1の導電型
のエミッタ領域、 前記エミッタ領域に設けた第2の電
極、及び前記コンタクト部に設けた第3の電極を備えた
半導体装置。
36. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide gap semiconductor; The plurality of sets of at least one first conductivity type first buried region formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions; At least one second buried region of the second conductivity type formed in contact with one buried region; a first electrode formed in the second buried region; a plurality of first and second sets of the plurality of sets. A second conductivity type contact portion formed in the uppermost drift region of the drift region, formed at a position separated by a predetermined distance from the first trench, and the plurality of sets of the first and second drift regions. ,
At least one base region of the second conductivity type formed on the inner wall surface of the second trench reaching the substrate through the contact portion; at least one emitter region of the first conductivity type provided in the base region A semiconductor device comprising: a second electrode provided in the emitter region; and a third electrode provided in the contact portion.
【請求項37】 高抵抗のワイドギャップ半導体の基板
の上に形成した、複数組の、第1の導電型の第1のドリ
フト領域と第2の導電型の第2のドリフト領域との組、 前記複数組の、前記第1及び第2のドリフト領域を貫通
して前記基板に達する第1のトレンチの内壁面に形成し
た少なくとも1つの第1の導電型の第1の埋込領域、 前記第1の埋込領域に接して形成した少なくとも1つの
第2の導電型の第2の埋込領域、 前記第2の埋込領域に形成した第1の電極、 前記第1のトレンチから所定距離だけ離れた位置に形成
され、前記複数組の前記第1及び第2のドリフト領域を
貫通して前記基板に達する第2のトレンチの内壁面に形
成した少なくとも1つの第2の導電型のベース領域、 前記ベース領域に設けた少なくとも1つの第1の導電型
のエミッタ領域、 前記第2のトレンチ内の前記ベース領域に設けた第2の
電極、及び前記第1の埋込領域及び第2の埋込領域に絶
縁膜を介して対向する第3の電極、 を備えた半導体装置。
37. A plurality of sets of a first drift region of a first conductivity type and a second drift region of a second conductivity type formed on a substrate of a high-resistance wide-gap semiconductor; The plurality of sets of at least one first conductivity type first buried region formed on an inner wall surface of a first trench reaching the substrate through the first and second drift regions; At least one second buried region of the second conductivity type formed in contact with one buried region, a first electrode formed in the second buried region, a predetermined distance from the first trench At least one base region of the second conductivity type formed at a remote position and formed on an inner wall surface of a second trench reaching the substrate through the plurality of sets of the first and second drift regions; At least one first conductive layer provided in the base region An emitter region, a second electrode provided in the base region in the second trench, and a third electrode opposed to the first buried region and the second buried region via an insulating film; A semiconductor device comprising:
【請求項38】 基板上に形成した少なくとも1組の、
第1の導電型の半導体領域と第2の導電型の半導体領域
の第1の組、 前記第1の組の半導体領域の一方の端部に接する少なく
とも1組の第1の導電型の半導体領域と第2の導電型の
半導体領域の第2の組、 前記第1の組の半導体領域の他方の端部に接する少なく
とも1組の、第1の導電型の半導体領域と第2の導電型
の半導体領域の第3の組、及び 前記第3の組の半導体領域に電界を与える制御電極を備
え、 第2の組の半導体領域の電位が第3の組の半導体領域の
電位より高くなるように両者間に電圧を印加したとき、
第1の組の半導体領域の全域が空乏化され、 第2の組の半導体領域の電位が第3の組の半導体領域の
電位より高くなるように両者間に電圧を印加するととも
に、前記制御電極にしきい値以上の電圧を印加したと
き、第3の組の半導体領域から電子が流出して第1の組
の半導体領域を経て第2の組の半導体領域に流入し、か
つ第2の組の半導体領域から正孔が流出し、第1の組の
半導体領域を経て第3の組の半導体領域に流入して第1
の組の半導体領域に電子と正孔が共に存在する状態とな
るように、 前記第1の組の半導体領域の形状と厚さを選定したこと
を特徴とする半導体装置。
38. at least one set formed on a substrate,
A first set of a semiconductor region of a first conductivity type and a semiconductor region of a second conductivity type; at least one set of semiconductor regions of the first conductivity type in contact with one end of the first set of semiconductor regions; And a second set of semiconductor regions of the second conductivity type, at least one set of semiconductor regions of the first conductivity type and the second conductivity type which are in contact with the other end of the first set of semiconductor regions. A third set of semiconductor regions, and a control electrode for applying an electric field to the third set of semiconductor regions, such that a potential of the second set of semiconductor regions is higher than a potential of the third set of semiconductor regions. When a voltage is applied between them,
A voltage is applied between the first set of semiconductor regions so that the entire region is depleted, and the potential of the second set of semiconductor regions is higher than the potential of the third set of semiconductor regions. When a voltage equal to or higher than the threshold value is applied, electrons flow out of the third set of semiconductor regions, flow into the second set of semiconductor regions through the first set of semiconductor regions, and Holes flow out of the semiconductor region, flow into the third set of semiconductor regions via the first set of semiconductor regions, and
The semiconductor device according to claim 1, wherein the shape and thickness of the first set of semiconductor regions are selected so that both electrons and holes are present in the set of semiconductor regions.
【請求項39】 前記半導体装置が1個の基板に複数個
形成され、各半導体装置の同種の電極がそれぞれ共通に
接続されたことを特徴とする請求項1、6、9、12、
13、14、17、22、25、28、29、30、3
3、34、35、36、37又は38に記載の半導体装
置。
39. The semiconductor device according to claim 1, wherein a plurality of the semiconductor devices are formed on one substrate, and the same type of electrodes of each semiconductor device are connected in common.
13, 14, 17, 22, 25, 28, 29, 30, 3
39. The semiconductor device according to 3, 34, 35, 36, 37 or 38.
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