JP2002100783A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device which has high dielectric strength and reduced on resistance, by improving the structure of a drift area depleted in an off-state. SOLUTION: This semiconductor device has a p-type channel diffusion region 77 formed on an insulating film 6 on a semiconductor base 5, a trench gate electrode 111 formed on its sidewall across a gate insulating film 10, an n+-type source region 88 formed along its upper edge, an n+ drain region 99 formed at a distance from the electrode 111, a drain drift region 290 extending between the drain and gate, and a thick insulating film 12 formed thereupon. The drift region 290 is in superposition structure formed by laminating a plate type n-type divided drift path region 1 and a plate type p-type partition region 2 repeatedly by turns; and a p-type side end region 2a is formed directly below the bottom n-type divided drift path region 1 and a p-type side end region 2a is also formed above the top n-type divided drift path region 1.

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、MOSFET(絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ),IGBT(伝導度
変調型トランジスタ),バイポーラトランジスタ,ダイ
オード等に適用可能の高耐圧且つ大電流容量の半導体装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device having a high breakdown voltage and a large current capacity applicable to MOSFETs (insulated gate type field effect transistors), IGBTs (conductivity modulation type transistors), bipolar transistors, diodes and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に半導体素子は片面に電極部を持つ
横型構造と両面に電極部を持つ縦型構造に大別できる。
例えば、図10は横型構造のSOI(silicon
oninsulator)−MOSFETを示す。この
SOI−MOSFETの構造はnチャネルMOSFET
のオフセット・ゲート構造であり、半導体基体5上の絶
縁膜6の上に形成されたp型のチャネル拡散層7と、チ
ャネル拡散層7の上にゲート絶縁膜10を介して形成さ
れたフィールドプレート付きゲート電極11と、チャネ
ル拡散層7のうちゲート電極11の一端側に形成された
型のソース領域8と、ゲート電極11の他端から
離間した位置に形成されたn型のドレイン領域9
と、ドレイン・ゲート間に延在するn型低濃度ドレイン
領域(ドレイン・ドリフト領域)90と、この低濃度ド
レイン領域90上に形成された厚い絶縁膜12とを有す
る。
2. Description of the Related Art Generally, semiconductor elements can be roughly classified into a horizontal structure having an electrode portion on one side and a vertical structure having an electrode portion on both surfaces.
For example, FIG. 10 shows an SOI (silicon) having a horizontal structure.
on-insulator-MOSFET. The structure of this SOI-MOSFET is an n-channel MOSFET
A p-type channel diffusion layer 7 formed on an insulating film 6 on a semiconductor substrate 5 and a field plate formed on the channel diffusion layer 7 with a gate insulating film 10 interposed therebetween. Gate electrode 11, an n + -type source region 8 formed at one end of the gate electrode 11 in the channel diffusion layer 7, and an n + -type drain formed at a position separated from the other end of the gate electrode 11. Area 9
And an n-type low concentration drain region (drain / drift region) 90 extending between the drain and the gate, and a thick insulating film 12 formed on the low concentration drain region 90.

【0003】低濃度ドレイン領域90の部分は、MOS
FETがオン状態のときはキャリアを電界によって流す
ドリフト領域として働き、オフ状態のときは空乏化して
電界強度を緩和し耐圧を高める。低濃度ドレイン領域9
0の不純物濃度を高くすることと、その領域90の電流
経路長を短くすることは、ドリフト抵抗が低くなるので
MOSFETの実質的なオン抵抗(ドレイン−ソース抵
抗)を下げる効果に繋がるものの、逆に、p型のチャネ
ル拡散層7とn型低濃度ドレイン領域90とのpn接合
Jaから進行するドレイン−チャネル間空乏層が広がり
難く、シリコンの最大(臨界)電界強度に早く達するた
め、耐圧(ドレイン−ソース電圧)が低下してしまう。
即ち、オン抵抗(電流容量)と耐圧間にはトレードオフ
関係がある。このトレードオフ関係はIGBT,バイポ
ーラトランジスタ,ダイオード等の半導体素子において
も同様に成立することが知られている。
The low-concentration drain region 90 is formed by a MOS
When the FET is in the ON state, it functions as a drift region in which carriers flow by an electric field. When the FET is in the OFF state, it depletes to reduce the electric field strength and increase the breakdown voltage. Low concentration drain region 9
Increasing the impurity concentration of 0 and shortening the current path length in the region 90 leads to an effect of lowering the substantial on-resistance (drain-source resistance) of the MOSFET because the drift resistance becomes lower. In addition, the depletion layer between the drain and the channel that progresses from the pn junction Ja between the p-type channel diffusion layer 7 and the n-type low-concentration drain region 90 does not easily spread, and reaches the maximum (critical) electric field strength of silicon quickly. (Drain-source voltage) is reduced.
That is, there is a trade-off relationship between the on-resistance (current capacity) and the withstand voltage. It is known that this trade-off relationship is similarly established in semiconductor devices such as IGBTs, bipolar transistors, and diodes.

【0004】図11は横型構造のMOSFETの別の構
造を示す。図11(a)はpチャネルMOSFETであ
り、p型半導体層4上に形成されたn型チャネル拡
散層3と、チャネル拡散層3の上にゲート絶縁膜10を
介して形成されたフィールドプレート付きゲート電極1
1と、チャネル拡散層3のうちゲート電極11の一端側
に形成されたp型のソース領域18と、ゲート電極
11の他端側真下にウェル端が位置するp型低濃度ドレ
イン領域(ドレイン・ドリフト領域)14と、ゲート電
極11の他端から離間した位置に形成されたp型の
ドレイン領域19と、p型のソース領域18に隣接
するn型のコンタクト領域71と、p型低濃度ドレ
イン14上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。こ
のような構造においてもウェル状のp型低濃度ドレイン
領域14の電流経路長さと不純物濃度とによりオン抵抗
と耐圧がトレードオフの関係で決定される。
FIG. 11 shows another structure of a lateral MOSFET. FIG. 11A shows a p-channel MOSFET, which includes an n-type channel diffusion layer 3 formed on a p type semiconductor layer 4 and a field plate formed on the channel diffusion layer 3 via a gate insulating film 10. With gate electrode 1
1, a p + -type source region 18 formed on one end side of the gate electrode 11 in the channel diffusion layer 3, and a p-type low-concentration drain region (drain) where the well end is located immediately below the other end side of the gate electrode 11. A drift region 14, ap + -type drain region 19 formed at a position separated from the other end of the gate electrode 11, an n + -type contact region 71 adjacent to the p + -type source region 18, and p And a thick insulating film 12 formed on the low-concentration drain 14. Also in such a structure, the on-resistance and the withstand voltage are determined in a trade-off relationship by the current path length and the impurity concentration of the well-shaped p-type low-concentration drain region 14.

【0005】図11(b)は2重拡散型nチャネルMO
SFETであり、p型半導体層4上に形成されたn
型低濃度ドレイン層(ドレイン・ドリフト層)22と、
低濃度ドレイン層22の上にゲート絶縁膜10を介して
形成されたフィールドプレート付きゲート電極11と、
低濃度ドレイン層22のうちゲート電極11の一端側に
形成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17と、p
型チャネル拡散領域17内にウェル状に形成されたn
型のソース領域8と、ゲート電極11とこれに離間
したn型ドレイン領域9との間の表面層に形成され
たウェル状のp型トップ層24と、n型のソース領
域8に隣接するp型のコンタクト領域72と、p型
トップ層24上に形成された厚い絶縁膜12とを有す
る。このような構造においてもn型低濃度ドレイン層域
22の電流経路長さと不純物濃度とによりオン抵抗と耐
圧がトレードオフの関係で決定される。
FIG. 11B shows a double diffusion type n-channel MO.
SFET, and n formed on the p type semiconductor layer 4
Type low concentration drain layer (drain / drift layer) 22;
A gate electrode 11 with a field plate formed on the low-concentration drain layer 22 via the gate insulating film 10;
A well-type p-type channel diffusion region 17 formed at one end of the gate electrode 11 in the low-concentration drain layer 22;
Formed in a well shape in the channel diffusion region 17
+ -Type source region 8, a well-like p-type top layer 24 formed on the surface layer between the gate electrode 11 and the n + -type drain region 9 spaced thereto, the n + -type source region 8 It has an adjacent p + -type contact region 72 and a thick insulating film 12 formed on the p-type top layer 24. Even in such a structure, the on-resistance and the breakdown voltage are determined in a trade-off relationship by the current path length and the impurity concentration in the n-type low-concentration drain layer region 22.

【0006】ただし、図11(b)の構造では、n型低
濃度ドレイン層22が下側のp型半導体層4と上側の
p型トップ層24とに挟まれているので、MOSFET
のオフ状態のときにはp型チャネル拡散領域17とのp
n接合Jaからだけでは無く、n型低濃度ドレイン層2
2の上下のpn接合Jb,Jbからも空乏層が広がる。
このため、低濃度ドレイン層22が早く空乏化するの
で、高耐圧構造となっている。その分、低濃度ドレイン
層22の不純物濃度を高くでき、オン抵抗の低減により
電流容量の増大を図ることが可能である。
However, in the structure of FIG. 11B, the n-type low-concentration drain layer 22 is sandwiched between the lower p - type semiconductor layer 4 and the upper p-type top layer 24.
Is in the off state, p-type channel diffusion region 17 and p
Not only from the n-junction Ja, but also the n-type low concentration drain layer 2
The depletion layer also extends from the upper and lower pn junctions Jb, Jb.
As a result, the low-concentration drain layer 22 is depleted quickly, so that a high breakdown voltage structure is obtained. To that extent, the impurity concentration of the low-concentration drain layer 22 can be increased, and the current capacity can be increased by reducing the on-resistance.

【0007】他方、縦型構造の半導体素子としては、例
えば図12に示すトレンチゲート型のnチャネルMOS
FETが知られている。この構造は、裏面電極(図示せ
ず)が導電接触したn型ドレイン層29の上に形成
されたn型低濃度ドレイン層39と、低濃度ドレイン層
39の表面側に堀り込まれたトレンチ溝内にゲート絶縁
膜10を介して埋め込まれたトレンチゲート電極21
と、低濃度ドレイン層39の表層にトレンチゲート電極
21の深さ程度に浅く形成されたp型チャネル拡散層2
7と、トレンチゲート電極21の上縁に沿って形成され
たn型ソース領域18と、ゲート電極21を覆う厚
い絶縁膜12とを有する。なお、単層のn型ドレイ
ン層29に代えて、n型上層とp型下層から成
る2層構造とすると、n型のIGBT構造を得ることが
できる。このような縦型構造においても、低濃度ドレイ
ン層39の部分は、MOSFETがオン状態のときは縦
方向にドリフト電流を成すドリフト領域として働き、オ
フ状態のときは空乏化して耐圧を高めるが、やはり、オ
ン抵抗と耐圧とは低濃度ドレイン層39の厚さと不純物
濃度の如何に支配され、両者間にはトレードオフの関係
にある。
On the other hand, as a semiconductor device having a vertical structure, for example, a trench gate type n-channel MOS shown in FIG.
FETs are known. This structure is dug into the n-type low-concentration drain layer 39 formed on the n + -type drain layer 29 to which the back electrode (not shown) is in conductive contact, and the surface side of the low-concentration drain layer 39. Trench gate electrode 21 buried in trench groove via gate insulating film 10
And a p-type channel diffusion layer 2 formed on the surface of the low-concentration drain layer 39 so as to be as shallow as the depth of the trench gate electrode 21.
7, an n + -type source region 18 formed along the upper edge of the trench gate electrode 21, and a thick insulating film 12 covering the gate electrode 21. Note that an n-type IGBT structure can be obtained by using a two-layer structure including an n + -type upper layer and a p + -type lower layer instead of the single n + -type drain layer 29. Even in such a vertical structure, the portion of the low-concentration drain layer 39 functions as a drift region forming a drift current in the vertical direction when the MOSFET is on, and depletes and increases the breakdown voltage when the MOSFET is off. Again, the on-resistance and the withstand voltage are governed by the thickness and the impurity concentration of the low-concentration drain layer 39, and there is a trade-off between the two.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】図13はシリコンのn
チャネルMOSFETの理想耐圧と理想オン抵抗との関
係を示すグラフである。理想耐圧は形状効果によるpn
接合耐圧の低下がないと仮定した。理想オン抵抗は低濃
度ドレイン領域以外の部分の抵抗を無視できるほど小さ
いと仮定した。図13のは図12に示す縦型のnチャ
ネルMOSFETの理想耐圧と理想オン抵抗との関係を
示す。縦型素子はオン時にドリフト電流が流れる方向と
オフ時の逆バイアスによる空乏層が延びて広がる方向と
が同じである。図12の低濃度ドレイン層39のみに着
目すると、オフ時の理想耐圧BVは次式により近似的に
求まる。 BV=E εεSiα(2−α)/2qN (1) E:E(N),不純物濃度Nでのシリ
コンの最大電界強度 ε:真空の誘電率 εSi:シリコンの比誘電率 q:単位電荷 N:低濃度ドレイン領域の不純物濃度 α:係数 (0<α<1) また、オン時の単位面積当たりの理想オン抵抗は次式に
より近似的に求まる。 R=αW/μqN μ:μ(N),不純物濃度Nでの電子の移動度 ここで、W=EεεSi/qNであるの
で、Rは、 R=EεεSiα/μq (2) となる。(1),(2)式よりqNを消去し、αの
最適値として例えば2/3を用いると、 R=BV(27/8E εεSiμ) (3) が得られる。ここに、オン抵抗Rは耐圧BVの二乗に比
例するように見えるが、EやμがNに依存して
いるので、図13のは実際にはBVの2.4〜2.6
乗程度に比例している。
FIG. 13 shows n of silicon.
4 is a graph illustrating a relationship between an ideal withstand voltage and an ideal on-resistance of a channel MOSFET. Ideal breakdown voltage is pn due to shape effect
It was assumed that there was no reduction in junction breakdown voltage. It is assumed that the ideal on-resistance is so small that the resistance of the portion other than the low concentration drain region can be ignored. FIG. 13 shows the relationship between the ideal breakdown voltage and the ideal on-resistance of the vertical n-channel MOSFET shown in FIG. In the vertical element, the direction in which the drift current flows when turned on is the same as the direction in which the depletion layer extends and spreads due to the reverse bias when turned off. Paying attention only to the low-concentration drain layer 39 in FIG. 12, the ideal withstand voltage BV in the off state is approximately obtained by the following equation. BV = E c 2 ε 0 ε Si α (2-α) / 2qN D (1) E c: E c (N D), the maximum electric field intensity of the silicon in the impurity concentration N D ε 0: dielectric constant of vacuum epsilon Si : relative dielectric constant of silicon q: unit charge N D : impurity concentration of low concentration drain region α: coefficient (0 <α <1) In addition, the ideal on-resistance per unit area at the time of on is approximately obtained by the following equation. I get it. R = αW / μqN D μ: μ (N D), where the mobility of electrons in the impurity concentration N D, since it is W = E c ε 0 ε Si / qN D, R is, R = E c ε 0 becomes ε Si α / μq 2 N D 2 (2). (1) is obtained (2) erases the qN D from equation, using the optimal value as for example 2/3 of the α, R = BV 2 (27 / 8E c 3 ε 0 ε Si μ) (3) . Here, although the ON resistance R appears to be proportional to the square of the withstand voltage BV, since E c and μ is dependent on N D, 2.4 to 2.6 of the fact 13 of the BV
It is proportional to the power.

【0009】図13のは図11(a)に示す横型のM
OSFETの構造をnチャネル型に置き換えたMOSF
ETの理想耐圧と理想オン抵抗との関係を示す。このn
チャネル型のMOSFETにおいて、オン時にドリフト
電流の流れる方向は横方向であるのに対し、オフ時に空
乏層の延びる方向はウェル端から横方向ではなく実質的
にウェル底から縦方向(上方向)の方が早い。縦方向に
延びる空乏層で高耐圧を得るには、低濃度ドレイン領域
14とチャネル拡散層3とのpn接合面(ウェル底)か
ら低濃度ドレイン層14の表面(ウェル表面)まで空乏
化されなければならない。従って、低濃度ドレイン領域
14のネットのドーピング量の最大値は、 S=EεεSi/q (4) に制限される。低濃度ドレイン領域14の横方向の長さ
をLとしたとき、理想耐圧BVは、 BV=ELβ (5) となる。ただし、βは未知の係数(0<β<1)であ
る。また、単位面積当たりの理想オン抵抗Rは、 R=L/μqS (6) で近似的に求まる。従って、(5),(6)式からLを
消去して(4)式を代入すると、 R=BV/β εεSiμ (7)
FIG. 13 shows a horizontal type M shown in FIG.
MOSF with OSFET structure replaced with n-channel type
The relationship between the ideal withstand voltage of ET and the ideal on-resistance is shown. This n
In the channel type MOSFET, the direction in which the drift current flows in the on-state is the horizontal direction, while the direction in which the depletion layer extends in the off-state is not the horizontal direction from the well end but substantially the vertical direction (upward) from the well bottom. Is faster. In order to obtain a high breakdown voltage with the depletion layer extending in the vertical direction, the depletion must be performed from the pn junction surface (well bottom) between the low-concentration drain region 14 and the channel diffusion layer 3 to the surface of the low-concentration drain layer 14 (well surface). Must. Therefore, the maximum value of the doping amount of the net of the low-concentration drain region 14 is limited to S D = E c ε 0 ε Si / q (4). When the lateral length of the low-concentration drain region 14 is L, the ideal breakdown voltage BV is BV = E c Lβ (5). Here, β is an unknown coefficient (0 <β <1). Further, the ideal on-resistance R per unit area, obtained in approximately by R = L 2 / μqS D ( 6). Thus, (5), (6) to clear the L from equation (4) Substituting equation, R = BV 2 / β 2 E c 3 ε 0 ε Si μ (7)

【0010】図13のは図11(b)に示す横型の2
重拡散型のnチャネルMOSFETの構造の理想耐圧と
理想オン抵抗との関係を示す。図11(b)の構造にお
いては、図11(a)の構造にp型トップ層24が設け
られており、上下両側から延びる空乏層により低濃度ド
レイン層22がピンチ的に早期空乏化する。低濃度ドレ
イン領域22のネットドーピング量Sは図11
(a)のそれに比して2倍程度まで高めることが可能で
ある。 S=2EεεSi/q (8) かかる場合の理想オン抵抗Rと理想耐圧BVとの関係
は、 R=BV/2β εεSiμ (9) となる。
FIG. 13 shows a horizontal type 2 shown in FIG.
The relationship between the ideal withstand voltage and the ideal on-resistance of the structure of the heavy diffusion type n-channel MOSFET is shown. In the structure of FIG. 11B, a p-type top layer 24 is provided in the structure of FIG. 11A, and the low-concentration drain layer 22 is pinched and depleted early by a depletion layer extending from both upper and lower sides. The net doping amount SD of the low concentration drain region 22 is shown in FIG.
It can be increased to about twice as much as that of (a). Relationship between S D = 2E c ε 0 ε Si / q (8) ideal on-resistance R and the ideal breakdown voltage BV when such becomes R = BV 2 / 2β 2 E c 3 ε 0 ε Si μ (9) .

【0011】図13のはに比べオン抵抗と耐圧のト
レードオフ関係が多少改善されているものの、高々2倍
の濃度にまでしか設定することができず、半導体素子の
電流容量と耐圧の設計自由度は依然として、低いものと
なっている。
Although the trade-off relationship between the on-resistance and the breakdown voltage is somewhat improved as compared with FIG. 13, the concentration can be set only up to twice as high, and the current capacity and the breakdown voltage of the semiconductor element can be freely designed. Degrees are still low.

【0012】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の第1
の課題は、ドリフト領域の構造を改善することにより、
オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係を大幅に緩和させ
て、高耐圧でありながら、オン抵抗の低減化による電流
容量の増大が可能の半導体装置を提供することにある。
本発明の第2の課題をその半導体装置を量産性良く製造
し得る製造方法を提供することにある。
In view of the above problems, the first aspect of the present invention
The challenge is to improve the structure of the drift region,
It is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which a trade-off relationship between on-resistance and withstand voltage is greatly relaxed, and a high withstand voltage can be used to increase current capacity by reducing on-resistance.
A second object of the present invention is to provide a manufacturing method capable of manufacturing the semiconductor device with good mass productivity.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の講じた手段は、例えばMOSFETの低濃
度ドレイン領域の如く、オン状態でドリフト電流を流す
と共にオフ状態で空乏化するドリフト領域を有する半導
体装置において、そのドリフト領域を図1に模式的に示
す如く、層状構造,繊維状構造ないし蜂の巣構造等の並
行分割構造とすると共に、第1導電型分割ドリフト経路
域1の相隣る同士の側面間(境界)に介在してpn接合
分離する第2導電型仕切領域2を設けたところにある。
In order to solve the above-mentioned problems, a means taken by the present invention is to provide a drift region in which a drift current flows in an on state and is depleted in an off state, such as a lightly doped drain region of a MOSFET. 1, the drift region has a parallel divisional structure such as a layered structure, a fibrous structure, or a honeycomb structure, and is adjacent to the first conductivity type divided drift path region 1, as schematically shown in FIG. The second conductivity type partition region 2 is provided between the side surfaces (boundary) of each other to separate the pn junction.

【0014】即ち、図1(a)に示す如く、ドリフト領
域は、少なくとも端部において互いに並列接続する2枚
以上のプレート状の第1導電型(例えばn型)分割ドリ
フト経路域1を持つ層状構造の並行ドリフト経路群(分
割ドリフト経路集合体)100と、分割ドリフト経路域
1,1間に介在してpn接合分離するプレート状の第2
導電型(例えばp型)仕切領域2とを有して成る。複数
枚の第2導電型仕切領域2は少なくとも端部において互
いに並列接続している。
That is, as shown in FIG. 1A, the drift region is a layered structure having two or more plate-shaped first conductivity type (for example, n-type) divided drift path regions 1 which are connected in parallel at least at their ends. A second parallel plate-shaped drift path group (divided drift path aggregate) 100 having a structure and a plate-shaped second part interposed between the divided drift path areas 1 and 1 and separated by a pn junction.
And a conductive type (for example, p-type) partition region 2. The plurality of second conductivity type partition regions 2 are connected in parallel to each other at least at the ends.

【0015】また、図1(b)に示すドリフト領域の構
造は繊維状構造であり、筋状の第1導電型(n型)分割
ドリフト経路域1と、筋状の第2導電型(p型)仕切領
域2とは集合体断面で市松状に配置されている。
The structure of the drift region shown in FIG. 1 (b) is a fibrous structure, and has a streak-like first conductivity type (n-type) divided drift path region 1 and a streak-like second conductivity type (p-type). (Type) The partition areas 2 are arranged in a checkered pattern in the cross section of the aggregate.

【0016】更に、図1(c)に示す第1導電型(n
型)分割ドリフト経路域1は四隅に連結部位1aを有し
ている。
Further, the first conductivity type (n) shown in FIG.
(Type) The divided drift path region 1 has connection portions 1a at four corners.

【0017】図1(a)で良く判るように、並行ドリフ
ト経路群100の最側端(最上端又は最下端)の第1導
電型分割ドリフト経路域1の外側に沿ってpn接合分離
する第2導電型側端領域2aを設けても良い。
As can be clearly understood from FIG. 1A, the pn junction is separated along the outer side of the first conductive type split drift path region 1 at the outermost end (the uppermost end or the lowermost end) of the parallel drift path group 100. A two-conductivity-type end region 2a may be provided.

【0018】半導体装置がオン状態のときは、複数の並
列接続した分割ドリフト経路域1,1を介してドリフト
電流が流れるが、他方、オフ状態のときは第1導電型分
割ドリフト経路域1と第2導電型仕切領域2とのpn接
合からそれぞれ空乏層が第1導電型分割ドリフト経路1
内に広がってこれが空乏化される。一筋の第2導電型仕
切領域2の両側面から空乏端が側方へ広がるので空乏化
が非常に早まる。また第2導電型仕切領域2も同時に空
乏化される。このため、半導体装置は高耐圧となり、n
型分割ドリフト経路域1の不純物濃度を高めることが可
能であるので、オン抵抗の低減を実現できる。特に、本
発明では、一筋の第2導電型仕切領域2の両側面から隣
接する第1導電型分割ドリフト経路域1,1の双方へ空
乏端が進入するようになっており、双方へ広がる空乏端
が分割ドリフト経路域1,1へ有効的に作用しているの
で、空乏層形成のための第2導電型仕切領域2の総占有
幅を半減でき、その分、第1導電型分割ドリフト経路域
1の断面積の拡大を図ることができ、従前に比してオン
抵抗が頗る低減する。第2導電型仕切領域2の占有幅は
僅少であることが好ましい。また、第2導電型仕切領域
2の不純物濃度は低い方が望ましい。第1導電型分割ド
リフト経路域1の単位面積当たりの本数(分割数)を増
やすにつれ、オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係を大
幅に緩和できる。
When the semiconductor device is in an on state, a drift current flows through a plurality of divided drift path regions 1 and 1 connected in parallel. On the other hand, when the semiconductor device is in an off state, the first conductive type divided drift path region 1 and 1 are connected. A depletion layer is formed from the pn junction with the second conductivity type partition region 2 by the first conductivity type divided drift path 1.
It spreads inside and is depleted. Since the depletion ends spread laterally from both sides of the single second conductivity type partition region 2, depletion is greatly accelerated. Also, the second conductivity type partition region 2 is simultaneously depleted. Therefore, the semiconductor device has a high withstand voltage, and n
Since the impurity concentration in the mold-dividing drift path region 1 can be increased, the on-resistance can be reduced. In particular, in the present invention, the depletion end enters both of the first conductivity type divided drift path regions 1 and 1 from both side surfaces of the single second conductivity type partition region 2, and the depletion spreads to both. Since the end effectively acts on the divided drift path regions 1 and 1, the total occupied width of the second conductivity type partition region 2 for forming the depletion layer can be halved, and the first conductivity type divided drift path is correspondingly reduced. The cross-sectional area of the region 1 can be increased, and the on-resistance is significantly reduced as compared with the related art. It is preferable that the occupied width of the second conductivity type partition region 2 is small. It is desirable that the impurity concentration of the second conductivity type partition region 2 is low. As the number (the number of divisions) of the first conductivity type divided drift path region 1 per unit area is increased, the trade-off relationship between the on-resistance and the withstand voltage can be greatly reduced.

【0019】本発明において一筋の第1導電型分割ドリ
フト経路域1に関する理想オン抵抗rと理想耐圧BVと
のトレードオフ関係式は、第2導電型仕切領域2の幅を
無限小と仮定すれば、一筋の理想オン抵抗rは(9)式
の理想オン抵抗RのN倍に相当しているので、 r=NR=BV/2β εεSiμ (10) であり、並行ドリフト経路群全体の理想オン抵抗Rと理
想耐圧BVの関係は、 R=BV/2Nβ εεSiμ (11) となる。従って、ドリフト領域の分割数Nを多ければ多
い程、オン抵抗の頗る低減した半導体装置を実現できる
ことが判る。
In the present invention, the trade-off relation between the ideal on-resistance r and the ideal withstand voltage BV with respect to the first conductive type divided drift path region 1 is as follows, assuming that the width of the second conductive type partition region 2 is infinitely small. since the ideal oN resistance r of a ray is equivalent to N times the ideal on-resistance R of the formula (9), a r = NR = BV 2 / 2β 2 E c 3 ε 0 ε Si μ (10), relationship of the ideal on the whole parallel drift path group resistor R and the ideal breakdown voltage BV becomes R = BV 2 / 2Nβ 2 E c 3 ε 0 ε Si μ (11). Therefore, it is understood that the larger the number of divisions N of the drift region, the more a semiconductor device with significantly reduced on-resistance can be realized.

【0020】即ち、本発明は、オン状態で横方向にドリ
フト電流を流すと共にオフ状態で空乏化するドリフト領
域を有する半導体装置において、ドリフト領域は、並列
接続した複数の第1導電型分割ドリフト経路域を持つ並
行ドリフト経路群と、第1導電型分割ドリフト経路域の
相隣る同士の間に介在する第2導電型仕切領域とを有す
る構造であって、ドリフト領域は半導体層上の絶縁膜と
表面側絶縁膜との間に挟まれていることを特徴とする。
斯かる構成により斯かる構成により、オン抵抗の低減と
共に高耐圧化を図ることができる。
That is, according to the present invention, in a semiconductor device having a drift region in which a drift current flows in a lateral direction in an on state and is depleted in an off state, the drift region includes a plurality of first conductivity type divided drift paths connected in parallel. Having a parallel drift path group having a region and a second conductivity type partition region interposed between adjacent ones of the first conductivity type divided drift path region, wherein the drift region is an insulating film on a semiconductor layer. And a surface side insulating film.
According to such a configuration, the on-resistance can be reduced and the withstand voltage can be increased.

【0021】ここで、半導体層上の絶縁膜を表面側絶縁
膜よりも厚く形成することが望ましい。ドリフト領域と
しては、層状の第1導電型分割ドリフト経路域と層状の
第2導電型仕切領域とを交互に繰り返し積み重ねて積層
された重畳並行構造とすることができ、この重畳並行構
造が半導体層上の絶縁膜と表面側絶縁膜との間に挟まれ
ている。また、ドリフト領域としては、ストライプ状の
第1導電型分割ドリフト経路域とストライプ状の第2導
電型仕切領域とを半導体層上の絶縁膜の表面に沿って交
互に配置した構造とすることができる。
Here, it is desirable that the insulating film on the semiconductor layer be formed thicker than the surface-side insulating film. The drift region may have a superimposed parallel structure in which a layered first conductivity type divided drift path region and a layered second conductivity type partition region are alternately and repeatedly stacked. It is sandwiched between the upper insulating film and the front-side insulating film. The drift region may have a structure in which stripe-shaped first conductivity type divided drift path regions and stripe-shaped second conductivity type partition regions are alternately arranged along the surface of the insulating film on the semiconductor layer. it can.

【0022】更に、本発明では、並行ドリフト経路群の
最外側の第1導電型分割ドリフト経路域の外側に第2導
電型側端領域を有して成り、この第2導電型側端領域の
長さ及び幅が第2導電型仕切領域の長さ及び幅に略等し
いことを特徴とする。また、並行ドリフト経路群の最外
側の第1導電型分割ドリフト経路域の外側に第2導電型
側端領域を有して成り、この第2導電型側端領域の長さ
及び幅が最外側の第1導電型分割ドリフト経路域の長さ
及び幅に略等しいことを特徴とする。斯かる構成によ
り、オン抵抗の低減と共に高耐圧化を図ることができ
る。
Further, according to the present invention, a second conductivity type side end region is provided outside the outermost first conductivity type divided drift path region of the parallel drift path group, and the second conductivity type side end region is formed. The length and width are substantially equal to the length and width of the second conductivity type partition region. Further, a second conductivity type side end region is provided outside the outermost first conductivity type split drift path region of the parallel drift path group, and the length and width of the second conductivity type side end region are outermost. The first conductive type divided drift path region is substantially equal in length and width. With this configuration, it is possible to reduce the on-resistance and increase the withstand voltage.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。
Next, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

【0024】〔実施形態1〕図2(a)は本発明の実施
形態1に係る横型構造のSOI−MOSFETを示す平
面図、図2(b)は図2(a)中のA−A′線で切断し
た状態を示す切断図、図2(c)は図2(a)中のB−
B′線で切断した状態を示す切断図である。
[Embodiment 1] FIG. 2A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a horizontal structure according to Embodiment 1 of the present invention, and FIG. 2B is a sectional view taken along the line AA 'in FIG. 2A. FIG. 2C is a cross-sectional view showing a state cut along a line, and FIG.
It is a sectional view showing the state where it was cut by the B 'line.

【0025】本例のSOI−MOSFETの構造は、図
10に示す構造と同様に、nチャネルMOSFETのオ
フセット・ゲート構造であり、半導体基体5上の絶縁膜
6の上に形成されたp型のチャネル拡散領域7と、チャ
ネル拡散領域7の上にゲート絶縁膜10を介して形成さ
れたフィールドプレート付きゲート電極11と、チャネ
ル拡散領域7のうちゲート電極11の一端側に形成され
たn型のソース領域8と、ゲート電極11の他端か
ら離間した位置に形成されたn型のドレイン領域9
と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン・ドリフト
領域190と、このドレイン・ドリフト領域190上に
形成された厚い絶縁膜12とを有する。
The structure of the SOI-MOSFET of this example is an offset gate structure of an n-channel MOSFET, similar to the structure shown in FIG. 10, and is a p-type MOSFET formed on an insulating film 6 on a semiconductor substrate 5. A channel diffusion region 7, a gate electrode 11 with a field plate formed on the channel diffusion region 7 via a gate insulating film 10, and an n + type formed on one end side of the gate electrode 11 in the channel diffusion region 7. Source region 8 and n + -type drain region 9 formed at a position separated from the other end of gate electrode 11.
And a drain drift region 190 extending between the drain and the gate, and a thick insulating film 12 formed on the drain drift region 190.

【0026】本例におけるドレイン・ドリフト領域19
0は、短冊状のn型分割ドリフト経路域1と短冊状のp
型仕切領域2とが平面上で交互に繰り返し配列されたス
トライプ状並行構造となっている。複数のn型分割ドリ
フト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散領域7にp
n接合し、それらの他端はn型のドレイン領域9に
接続しており、n型のドレイン領域9側から分岐し
て並列接続のドリフト経路群100を形成している。並
行ドリフト経路群100の最側端の分割ドリフト経路域
1の外側にはストライプ状のp型側端領域2aが設けら
れており、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿っ
てp型半導体領域2(2a)に挟まれている。また、複
数のp型仕切領域2の一方端はp型のチャネル拡散領域
7に接続し、それらの他端はn型のドレイン領域9
にpn接合しており、p型のチャネル拡散領域7側から
分岐して並列接続となっている。
The drain drift region 19 in this embodiment
0 indicates a strip-shaped n-type divided drift path region 1 and a strip-shaped p
It has a striped parallel structure in which the mold partition areas 2 are alternately and repeatedly arranged on a plane. One end of the plurality of n-type divided drift path regions 1 is connected to p-type channel diffusion region 7 by p-type.
and n junction, the other ends thereof are formed an n + -type are connected to the drain region 9 of, n + -type drift path group 100 connected in parallel branched from the drain region 9 side. Outside the divided drift path region 1 at the outermost end of the parallel drift path group 100, a striped p-type end region 2a is provided, and all the divided drift path regions 1 are p-type semiconductor regions along the side surfaces. 2 (2a). One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is connected to a p-type channel diffusion region 7, and the other end is connected to an n + -type drain region 9.
Pn junction, and are branched and connected in parallel from the p-type channel diffusion region 7 side.

【0027】MOSFETがオン状態のときは、ゲート
絶縁膜10直下のチャネル反転層13を介してn
のソース領域8から複数のn型分割ドリフト経路域1に
キャリア(電子)が流れ込み、ドレイン・ソース間電圧
による電界でドリフト電流が流れる。他方、オフ状態の
ときはゲート絶縁膜10直下のチャネル反転層13が消
失し、ドレイン・ソース間電圧により、n型分割ドリフ
ト経路域1とp型のチャネル拡散領域7とのpn接合J
a,n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2とのp
n接合Jbからそれぞれ空乏層がn型分割ドリフト経路
域1内に広がってこれが空乏化される。pn接合Jaか
らの空乏端はn型分割ドリフト経路域1内の経路長さ方
向に広がるが、pn接合Jbからの空乏端eはn型分割
ドリフト経路域1内の経路幅方向に広がり、しかも両側
面から空乏端が広がるので空乏化が非常に早まる。また
p型仕切領域2も同時に空乏化される。このため、電界
強度が緩和され、高耐圧となり、その分、n型分割ドリ
フト経路域1の不純物濃度を高めることが可能であるの
で、オン抵抗が低減する。特に、本例では、p型仕切領
域2の両側面から隣接するn型分割ドリフト経路域1,
1の双方へ空乏端eが進入するようになっているので、
空乏層形成のためのp型仕切領域2の総占有幅を半減で
き、その分、n型分割ドリフト経路域1の断面積の拡大
を図ることができ、従前に比してオン抵抗が低減する。
n型分割ドリフト経路域1の単位面積当たりの本数(分
割数)Nを増やすにつれ、オン抵抗と耐圧とのトレード
オフ関係を大幅に緩和できる。2本より3本以上の方が
顕著となる。なお、p型仕切領域2の占有幅は僅少であ
ることが好ましい。
When the MOSFET is on, carriers (electrons) flow from the n + -type source region 8 into the plurality of n-type divided drift path regions 1 via the channel inversion layer 13 immediately below the gate insulating film 10, and the drain・ Drift current flows in the electric field due to the voltage between the sources. On the other hand, in the off state, the channel inversion layer 13 immediately below the gate insulating film 10 disappears, and the pn junction J between the n-type divided drift path region 1 and the p-type channel diffusion region 7 is caused by the drain-source voltage.
a, n-type drift path region 1 and p-type partition region 2
From the n-junction Jb, a depletion layer spreads into the n-type split drift path region 1 and is depleted. The depletion end from the pn junction Ja spreads in the path length direction in the n-type split drift path region 1, while the depletion end e from the pn junction Jb spreads in the path width direction in the n-type split drift path region 1, and Since the depletion edge extends from both sides, depletion is greatly accelerated. Also, the p-type partition region 2 is simultaneously depleted. As a result, the electric field intensity is reduced, the breakdown voltage becomes high, and the impurity concentration of the n-type divided drift path region 1 can be increased accordingly, so that the on-resistance is reduced. In particular, in this example, the n-type split drift path regions 1 and 1 adjacent from both side surfaces of the p-type partition region 2
Since the depletion end e enters both sides of 1
The total occupied width of the p-type partition region 2 for forming the depletion layer can be reduced by half, and the sectional area of the n-type divided drift path region 1 can be increased accordingly, and the on-resistance is reduced as compared with the conventional case. .
As the number (the number of divisions) N of the n-type divided drift path region 1 per unit area is increased, the trade-off relationship between the on-resistance and the withstand voltage can be greatly reduced. Three or more are more remarkable than two. Preferably, the occupied width of the p-type partition region 2 is small.

【0028】ここで、理想耐圧BVを例えば100Vと
仮定し、n型分割ドリフト経路域1の不純物濃度N
=3×1015(cm−3),シリコンの最大電界強度
=3×10(V/cm),電子の移動度μ=1
000(cm/V・sec),真空の誘電率ε
=8.8×10−12 (C/V・m),シリコンの比
誘電率εSi=12,単位電荷q=1.6×10
−19 (C)とする。図10に示す低濃度ドレイン領
域90では、長さ6.6μm,厚さ1μmのとき、理想
オン抵抗Rは9.1(mオーム・cm)である。こ
れに対して本例では、n型分割ドリフト経路域1とp型
仕切領域2の幅を例えば10μm,1μm,0.1μm
の値として理想オン抵抗Rを計算すると(β=2/3,
n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の長さを5μ
mと仮定)、 幅10μm,のとき、7.9(mオーム・cm) 幅1μm,のとき、0.8(mオーム・cm) 幅0.1μm,のとき、0.08(mオーム・c
) となり、幅1μm以下になると劇的な低オン抵抗化が可
能である。p型仕切領域2の幅をn型分割ドリフト経路
域1の幅よりも僅少にすれば、なおその効果が顕著とな
る。n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の幅はフ
ォトリソグラフィとイオン注入により現在0.5μm程
度までが量産レベルの限界であるが、微細加工技術の着
実な進展により今後更なる幅寸法の縮小化が可能となる
ので、オン抵抗を顕著に低減できる。
Here, the ideal withstand voltage BV is, for example, 100V.
Assuming that the impurity concentration N in the n-type split drift path region 1D
= 3 × 10Fifteen(Cm-3) 、 Maximum electric field strength of silicon
Ec = 3 × 105(V / cm), electron mobility μ = 1
000 (cm2/ V · sec), dielectric constant ε in vacuum0
= 8.8 × 10-12(C / V · m), ratio of silicon
Dielectric constant εSi= 12, unit charge q = 1.6 × 10
-19(C). Low concentration drain region shown in FIG.
In the region 90, when the length is 6.6 μm and the thickness is 1 μm, the ideal
The on-resistance R is 9.1 (m ohm-cm)2). This
In contrast, in this example, the n-type split drift path region 1 and the p-type
The width of the partition area 2 is, for example, 10 μm, 1 μm, 0.1 μm
When the ideal on-resistance R is calculated as the value of (β = 2/3,
The length of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region is 5 μm.
m), width 10 μm, 7.9 (m ohm-cm2) When the width is 1 μm, 0.8 (m ohm · cm)2) For a width of 0.1 μm, 0.08 (m ohm-c
m2) When the width is 1 μm or less, dramatic reduction in on-resistance is possible.
Noh. n-type divided drift path
If the width is smaller than the width of region 1, the effect is still remarkable.
You. The width of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region is
Currently about 0.5μm by photolithography and ion implantation
Temperature is the limit of the mass production level,
Substantial progress will enable further width reductions in the future
Therefore, the on-resistance can be significantly reduced.

【0029】特に、本例のドリフト領域の構造は、平面
上のストライプ状のpnの繰り返し構造であるため、1
回のフォトリソグラフィーで形成可能であるので、製造
プロセスの簡易化により素子の低コスト化も図ることが
できる。
In particular, the structure of the drift region of this embodiment is a pn repeating structure having a stripe shape on a plane, so that 1
Since it can be formed by photolithography one time, the cost of the element can be reduced by simplifying the manufacturing process.

【0030】〔実施形態2〕図3(a)は本発明の実施
形態2に係る2重拡散型nチャネルMOSFETを示す
平面図、図3(b)は図3(a)中のA−A′線で切断
した状態を示す切断図、図3(c)は図3(a)中のB
−B′線で切断した状態を示す切断図である。
[Embodiment 2] FIG. 3A is a plan view showing a double diffusion type n-channel MOSFET according to Embodiment 2 of the present invention, and FIG. 3 (c) is a cross-sectional view showing a state cut along line ′, and FIG.
It is a sectional view showing the state where it was cut by the -B 'line.

【0031】本例の2重拡散型nチャネルMOSFET
の構造は図11(b)に示す構造を改善したものであ
り、p型又はn型の半導体層4上に形成された
ドレイン・ドリフト領域122と、ドレイン・ドリフト
領域122の上にゲート絶縁膜10を介して形成された
フィールドプレート付きゲート電極11と、ドレイン・
ドリフト領域122のうちゲート電極11の一端側に形
成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17と、p型
チャネル拡散領域17内にウェル状に形成されたn
型のソース領域8と、ゲート電極11に離間したn
型ドレイン領域9と、ドレイン・ドリフト領域122上
に形成された厚い絶縁膜12とを有する。
The double diffusion type n-channel MOSFET of the present embodiment
11B is an improvement of the structure shown in FIG. 11B, and includes a drain drift region 122 formed on a p type or n type semiconductor layer 4 and a gate on the drain drift region 122. A gate electrode 11 with a field plate formed via an insulating film 10;
Well-shaped p-type channel diffusion region 17 formed on one end side of gate electrode 11 in drift region 122 and n + formed in p-type channel diffusion region 17 in a well shape
-Type source region 8 and n +
And a thick insulating film 12 formed on the drain drift region 122.

【0032】本例におけるドレイン・ドリフト領域12
2も、図2に示す実施例1と同様に、短冊状のn型分割
ドリフト経路域1と短冊状のp型仕切領域2とが平面上
で交互に繰り返し配列されたストライプ状の並行構造と
なっている。そして、複数のn型分割ドリフト経路域1
の一方端はp型のチャネル拡散領域17にpn接合し、
それらの他端はn型のドレイン領域9に接続してお
り、n型のドレイン9側から分岐して並列接続の並
行ドリフト経路群100を形成している。並行ドリフト
経路群100の最側端の分割ドリフト経路域1の外側に
はこれを挟み込むためのp型側端領域2aが設けられて
おり、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿ってp
型領域2(2a)に挟まれている。また、複数のp型仕
切領域2の一方端はp型のチャネル拡散領域7に接続
し、それらの他端はn型のドレイン領域9にpn接
合しており、p型のチャネル拡散領域7側から分岐して
並列接続となっている。
The drain drift region 12 in this embodiment
2, a strip-shaped parallel structure in which strip-shaped n-type divided drift path regions 1 and strip-shaped p-type partition regions 2 are alternately arranged on a plane, similarly to the first embodiment shown in FIG. Has become. And a plurality of n-type split drift path regions 1
Has a pn junction with a p-type channel diffusion region 17,
The other ends thereof are connected to the n + -type drain region 9 and branch off from the n + -type drain 9 side to form a parallel drift path group 100 connected in parallel. Outside the divided drift path region 1 at the outermost end of the parallel drift path group 100, a p-type side end region 2a for sandwiching the divided drift path region 1 is provided.
It is sandwiched between the mold regions 2 (2a). One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is connected to a p-type channel diffusion region 7, and the other ends thereof are pn-junction with an n + -type drain region 9. It branches from the side and is connected in parallel.

【0033】本例においても、オフ状態のときは、pn
接合Jbからの空乏端がn型分割ドリフト経路域1内の
経路幅方向に広がり、しかも両側面から空乏端が広がる
ので空乏化が非常に早まる。また同時にp型仕切領域2
も空乏化される。このため、実施例1と同様に、高耐圧
となり、n型分割ドリフト経路域1の不純物濃度を高め
ることが可能であるので、オン抵抗の低減を実現でき
る。
Also in this example, when in the off state, pn
Since the depletion edge from the junction Jb extends in the width direction of the n-type split drift path region 1, and the depletion edge extends from both sides, depletion is greatly accelerated. At the same time, the p-type partition region 2
Is also depleted. For this reason, similarly to the first embodiment, the breakdown voltage becomes high, and the impurity concentration of the n-type divided drift path region 1 can be increased, so that the on-resistance can be reduced.

【0034】ここで、図11(b)に示す従来構造と理
想耐圧100Vで比較してみると、図11(b)に示す
従来構造ではオン抵抗が約0.5(mオーム・c
)であるのに対して、本例の構造では実施例1と
同様に分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2の厚さが
1μm,幅が0.5μmであるとき、オン抵抗が0.4
(mオーム・cm)である。分割ドリフト経路域1
とp型仕切領域2の幅を更に僅少化することによりオン
抵抗の大幅低減が可能である。なお、分割ドリフト経路
域1とp型仕切領域2の厚さを厚くすることで、分割ド
リフト経路1の抵抗断面積を大きくしてオン抵抗の低減
を図ることができる。例えば10μmにすればオン抵抗
は1/10、100μmにすればオン抵抗は1/100
にすることができる。このような厚い領域のドーピング
のためには、同じ部位に複数の(若しくは連続的に異な
る)エネルギーで不純物イオン注入を行えば良い。
Here, comparing the conventional structure shown in FIG. 11B with an ideal withstand voltage of 100 V, the on-resistance of the conventional structure shown in FIG. 11B is about 0.5 (m ohm · c).
m 2 ), on the other hand, in the structure of this example, when the thickness of the divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 is 1 μm and the width is 0.5 μm, as in the first embodiment, the on-resistance is reduced. 0.4
(M ohm · cm 2 ). Split drift path area 1
By further reducing the width of the p-type partition region 2, the on-resistance can be significantly reduced. By increasing the thickness of the divided drift path region 1 and the p-type partition region 2, the resistance cross-sectional area of the divided drift path 1 can be increased and the on-resistance can be reduced. For example, if it is 10 μm, the on-resistance is 1/10, and if it is 100 μm, the on-resistance is 1/100.
Can be In order to dope such a thick region, impurity ions may be implanted into the same site with a plurality of (or continuously different) energies.

【0035】〔実施形態3〕図4(a)は本発明の実施
形態3に係る横型構造のSOI−MOSFETを示す平
面図、図4(b)は図4(a)中のA−A′線で切断し
た状態を示す切断図、図4(c)は図4(a)中のB−
B′線で切断した状態を示す切断図である。
[Embodiment 3] FIG. 4A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a horizontal structure according to Embodiment 3 of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken on line AA 'in FIG. FIG. 4C is a cutaway view showing a state cut along a line, and FIG.
It is a sectional view showing the state where it was cut by the B 'line.

【0036】本例のSOI−MOSFETの構造は、半
導体基体5上の絶縁膜6の上に形成されたp型のチャネ
ル拡散層77と、チャネル拡散層77の側壁上にゲート
絶縁膜10を介して形成されたトレンチゲート電極11
1と、トレンチゲート電極111の上縁に沿って形成さ
れたn型のソース領域88と、トレンチゲート電極
111から離間した位置に形成されたn型のドレイ
ン領域99と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン
・ドリフト領域290と、このドレイン・ドリフト領域
290上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。
The structure of the SOI-MOSFET of this embodiment is such that a p-type channel diffusion layer 77 formed on the insulating film 6 on the semiconductor substrate 5 and a gate insulating film 10 on the side wall of the channel diffusion layer 77. Gate electrode 11 formed
1, an n + -type source region 88 formed along the upper edge of the trench gate electrode 111, an n + -type drain region 99 formed at a position separated from the trench gate electrode 111, and a drain-gate , And a thick insulating film 12 formed on the drain drift region 290.

【0037】本例におけるドレイン・ドリフト領域29
0は、実施形態1の場合とは異なり、プレート状のn型
分割ドリフト経路域1とプレート状のp型仕切領域2と
が交互に繰り返し積み重ねて積層された重畳並行構造と
なっている。最下位のn型分割ドリフト経路域1の真下
にはp型側端領域2aが形成されており、また最上位の
n型分割ドリフト経路域1の上にもp型側端領域2aが
形成されている。このp型側端領域2aのネットドーピ
ング量は2×1012/cm以下とする。複数のn
型分割ドリフト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散
層77にpn接合し、それらの他端はn型のドレイ
ン領域99に接続しており、n型のドレイン99側
から分岐して並列接続の並行ドリフト経路群100を形
成している。また、複数のp型仕切領域2の一方端はp
型のチャネル拡散層77に接続し、それらの他端はn
型のドレイン領域99にpn接合しており、p型の
チャネル拡散層77側から分岐して並列接続となってい
る。
The drain drift region 29 in this embodiment
Numeral 0 is a superimposed parallel structure in which a plate-shaped n-type divided drift path region 1 and a plate-shaped p-type partition region 2 are alternately and repeatedly stacked. A p-type side end region 2a is formed immediately below the lowermost n-type divided drift path region 1, and a p-type side end region 2a is also formed on the uppermost n-type divided drift path region 1. ing. The net doping amount of the p-type side end region 2a is set to 2 × 10 12 / cm 2 or less. Multiple n
One end of the type-divided drift path region 1 is pn-juncted with a p-type channel diffusion layer 77, and the other end thereof is connected to an n + -type drain region 99, and branches off from the n + -type drain 99 side. Thus, a parallel drift path group 100 connected in parallel is formed. One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is p-type.
Type channel diffusion layer 77, the other end of which is n
It has a pn junction with the + type drain region 99 and is branched from the p type channel diffusion layer 77 side to be connected in parallel.

【0038】この層状構造においても、理想オン抵抗は
前述の(11)式で与えられ、Nはn型分割ドリフト経
路域1の積み重ね枚数である。理想耐圧100Vとした
とき、従来構造(N=1)では、理想オン抵抗R=0.
5(mオーム・cm)であるが、本例ではN=10
の場合、R=0.05(mオーム・cm)となり、
分割数Nに逆比例してオン抵抗が激減する。
Also in this layered structure, the ideal on-resistance is given by the above equation (11), and N is the number of stacked n-type divided drift path regions 1. When the ideal withstand voltage is 100 V, in the conventional structure (N = 1), the ideal on-resistance R = 0.
5 (m ohm · cm 2 ), but in this example, N = 10
In the case of, R = 0.05 (m ohm · cm 2 ),
The on-resistance drastically decreases in inverse proportion to the division number N.

【0039】ところで、図2及び図3に示す実施形態の
キーテクノロジーはフォトリソグラフィーとイオン注入
であったのに対し、図4に示す本例のキーテクノロジー
は、プレート状のn型分割ドリフト経路域1とプレート
状のp型仕切領域2とを交互に繰り返し積層するための
結晶成長法である。積層数を増やして行くと総厚が厚く
なり、また結晶成長に要する時間が長くなるため、不純
物の拡散による不純物分布の乱れが無視できなくなる。
理想的には、n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域
2を可能な限り薄く形成し、不純物分布の乱れが無視で
きる位の低温で結晶成長させることが好ましい。そのた
めには、シリコン技術で多用されているエピタキシャル
成長法よりも、ガリウム−砒素等の化合物半導体で用い
られるMOCVD(有機金属気相分解結晶成長法)やM
BE(分子線結晶成長法)が適している。これによれ
ば、層状のn型分割ドリフト経路域1と層状のp型仕切
領域2の層厚を微細化でき、オン抵抗の頗る低減が可能
となる。
The key technology of the embodiment shown in FIGS. 2 and 3 is photolithography and ion implantation, whereas the key technology of the present embodiment shown in FIG. 4 is a plate-shaped n-type split drift path region. This is a crystal growth method for alternately and repeatedly laminating 1 and a p-type partition region 2 in a plate shape. As the number of stacked layers increases, the total thickness increases, and the time required for crystal growth increases, so that the impurity distribution disorder due to impurity diffusion cannot be ignored.
Ideally, it is preferable that the n-type split drift path region 1 and the p-type partition region 2 are formed as thin as possible, and the crystal is grown at such a low temperature that disorder of the impurity distribution can be ignored. For this purpose, MOCVD (metal organic chemical vapor deposition crystal growth) used for compound semiconductors such as gallium arsenide and M are used rather than epitaxial growth often used in silicon technology.
BE (molecular beam crystal growth method) is suitable. According to this, the layer thickness of the layered n-type divided drift path region 1 and the layered p-type partition region 2 can be reduced, and the on-resistance can be significantly reduced.

【0040】なお、本例の場合、n型分割ドリフト経路
域1とp型仕切領域2を薄く形成し、不純物濃度を高め
ると、チャネル反転層13が形成し難くなり、チャネル
抵抗が下げ難く、結果としてオン抵抗が下げ難い。これ
を改善するためには、n型分割ドリフト経路域1とp型
仕切領域2のうちゲート絶縁膜10に接する部分を局部
的に低濃度領域とすることが有効である。
In this embodiment, when the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 are formed thin and the impurity concentration is increased, the channel inversion layer 13 is hardly formed, and the channel resistance is hardly reduced. As a result, it is difficult to lower the on-resistance. In order to improve this, it is effective to locally reduce the portion of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 which is in contact with the gate insulating film 10 to a low concentration region.

【0041】〔実施形態4〕図5(a)は本発明の実施
形態4に係る横型構造のMOSFETを示す平面図、図
5(b)は図5(a)中のA−A′線で切断した状態を
示す切断図、図5(c)は図5(a)中のB−B′線で
切断した状態を示す切断図である。
[Fourth Embodiment] FIG. 5A is a plan view showing a lateral MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG. 5B is a sectional view taken along line AA 'in FIG. 5A. FIG. 5C is a cut-away view showing a cut-off state, and FIG. 5C is a cut-away view showing a state cut along the line BB ′ in FIG. 5A.

【0042】本例のMOSFETの構造は、p型又
はn型の半導体層4上に形成されたp型のチャネル
拡散層77と、チャネル拡散層77の側壁上にゲート絶
縁膜10を介して形成されたトレンチゲート電極111
と、トレンチゲート電極111の上縁に沿って形成され
たn型のソース領域88と、トレンチゲート電極1
11から離間した位置に形成されたn型のドレイン
領域99と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン・
ドリフト領域290と、このドレイン・ドリフト領域2
90上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。
The structure of the MOSFET of this embodiment is such that a p-type channel diffusion layer 77 formed on the p - type or n - type semiconductor layer 4 and a gate insulating film 10 on the side wall of the channel diffusion layer 77 are provided. Formed gate electrode 111
An n + -type source region 88 formed along the upper edge of trench gate electrode 111;
11 and an n + -type drain region 99 formed at a position separated from
Drift region 290 and drain / drift region 2
90 and a thick insulating film 12 formed thereon.

【0043】本例におけるドレイン・ドリフト領域29
0は、実施形態3の場合と同様であり、プレート状のn
型分割ドリフト経路域1とプレート状のp型仕切領域2
とが交互に繰り返し積層された並行構造となっている。
最下位のn型分割ドリフト経路域1の真下にはp型側端
領域2aが形成されており、また最上位のn型分割ドリ
フト経路域1の上にもp型側端領域2aが形成されてい
る。このp型側端領域2aのネットドーピング量は2×
1012/cm以下とする。複数のn型分割ドリフ
ト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散層77にpn
接合し、それらの他端はn型のドレイン領域99に
接続しており、n型のドレイン99側から分岐して
並列接続の並行ドリフト経路群100を形成している。
また、複数のp型仕切領域2の一方端はp型のチャネル
拡散層77に接続し、それらの他端はn型のドレイ
ン領域99にpn接合しており、p型のチャネル拡散層
77側から分岐して並列接続となっている。
The drain drift region 29 in this example
0 is the same as that of the third embodiment, and the plate-like n
Drift path region 1 and plate-shaped p-type partition region 2
Are alternately and repeatedly laminated.
A p-type side end region 2a is formed immediately below the lowermost n-type divided drift path region 1, and a p-type side end region 2a is also formed on the uppermost n-type divided drift path region 1. ing. The net doping amount of this p-type side end region 2a is 2 ×
10 12 / cm 2 or less. One end of the plurality of n-type divided drift path regions 1 is connected to the p-type channel diffusion layer 77 by pn.
The other ends thereof are connected to the n + -type drain region 99, and branch from the n + -type drain 99 side to form a parallel-connected parallel drift path group 100.
One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is connected to a p-type channel diffusion layer 77, and the other end thereof is pn-junction with an n + -type drain region 99. It branches from the side and is connected in parallel.

【0044】本例は実施形態3と同様にオン抵抗の低減
と高耐圧化を図ることができる。なお、本例と図4に示
す実施形態3との関係は、図3に示す実施形態2と図2
に示す実施形態1との関係に相当している。図2の実施
形態に対する図3の実施形態と同じく、本例はSOIで
はない点で低コスト化を図ることができる。
In this embodiment, the on-resistance can be reduced and the withstand voltage can be increased as in the third embodiment. Note that the relationship between this example and the third embodiment shown in FIG.
Corresponds to the first embodiment shown in FIG. As in the embodiment of FIG. 3 with respect to the embodiment of FIG. 2, the present example is not SOI, and can reduce the cost.

【0045】〔実施形態5〕図6(a)は本発明の実施
形態5に係る横型構造のpチャネルMOSFETを示す
断面図であり、図11(a)の改善例に相当している。
[Fifth Embodiment] FIG. 6A is a sectional view showing a p-channel MOSFET having a horizontal structure according to a fifth embodiment of the present invention, and corresponds to an improved example of FIG. 11A.

【0046】本例の構造は、p型半導体層4上に形
成されたn型チャネル拡散層3と、チャネル拡散層3の
上にゲート絶縁膜10を介して形成されたフィールドプ
レート付きゲート電極11と、チャネル拡散層3のうち
ゲート電極11の一端側に形成されたp型のソース
領域18と、ゲート電極11の他端側真下にウェル端が
位置するp型ドレイン・ドリフト領域14と、このp型
ドレイン・ドリフト領域14の表層に形成されたn型側
端領域2bと、ゲート電極11の他端から離間した位置
に形成されたp型のドレイン領域19と、p
のソース領域18に隣接するn型のコンタクト領域
71と、p型ドレイン・ドリフト14上に形成された厚
い絶縁膜12とを有する。
The structure of the present embodiment comprises an n-type channel diffusion layer 3 formed on a p type semiconductor layer 4 and a gate electrode with a field plate formed on the channel diffusion layer 3 via a gate insulating film 10. 11, a p + -type source region 18 formed at one end of the gate electrode 11 in the channel diffusion layer 3, and a p-type drain drift region 14 whose well end is located immediately below the other end of the gate electrode 11. An n-type end region 2b formed in the surface layer of the p-type drain drift region 14, a p + -type drain region 19 formed at a position separated from the other end of the gate electrode 11, and a p + -type It has an n + -type contact region 71 adjacent to the source region 18 and a thick insulating film 12 formed on the p-type drain drift 14.

【0047】本例の場合、ドレイン領域の分割数は1
で、p型ドレイン・ドリフト領域14は断面上では一筋
の分割ドレイン経路域1に相当している。このp型ドレ
イン・ドリフト領域14の上のn型側端領域2bの厚さ
は空乏化を早めるため薄く形成されている。図11
(a)の構造と比べると、本例ではn型側端領域2bが
形成されており、p型ドレイン・ドリフト領域14の下
側のチャネル拡散層3からの空乏層と上側のn型側端領
域2aからの空乏層とで空乏化を促進するようにしてい
る。図11(a)のドレイン・ドリフト領域14のネッ
トドーピング量は1×1012/cm程度であるの
に対し、本例では約2×1012/cm程度と2倍
になっている。従って、高耐圧化を実現できる分、ドレ
イン・ドリフト領域14の不純物濃度を高めることがで
き、低オン抵抗化が可能である。
In the case of this example, the number of divisions of the drain region is one.
The cross section of the p-type drain drift region 14 corresponds to a single split drain path region 1 on the cross section. The thickness of the n-type end region 2b above the p-type drain drift region 14 is formed thin to accelerate depletion. FIG.
Compared with the structure of FIG. 7A, in this example, the n-type end region 2b is formed, and the depletion layer from the channel diffusion layer 3 below the p-type drain drift region 14 and the upper n-type end region are formed. The depletion from the region 2a promotes depletion. While the net doping amount of the drain drift region 14 in FIG. 11A is about 1 × 10 12 / cm 2 , in the present example, it is about 2 × 10 12 / cm 2, which is twice as large. Therefore, the impurity concentration of the drain / drift region 14 can be increased by the amount that the withstand voltage can be increased, and the on-resistance can be reduced.

【0048】〔実施形態6〕図6(b)は本発明の実施
形態6に係る横型構造のnチャネルMOSFETを示す
断面図であり、図11(b)の改善例に相当している。
[Embodiment 6] FIG. 6B is a sectional view showing an n-channel MOSFET having a horizontal structure according to Embodiment 6 of the present invention, and corresponds to an improved example of FIG. 11B.

【0049】本例は2重拡散型nチャネルMOSFET
であり、p型半導体層4(p型側端領域2a)上に
形成されたドレイン・ドリフト領域22(第1のn型分
割ドリフト経路域1)と、ゲート絶縁膜10を介して形
成されたフィールドプレート付きゲート電極11と、ド
レイン・ドリフト領域22のうちゲート電極11の一端
側に形成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17
と、p型チャネル拡散領域17内にウェル状に形成され
たn型のソース領域8と、ゲート電極11とこれに
離間したn型ドレイン領域9との間の表面層に形成
されたp型トップ層24(p型仕切領域2)と、p型仕
切領域2の表層に形成された第2のn型分割ドリフト経
路域1と、n型のソース領域8に隣接するp
のコンタクト領域72と、p型仕切領域2上に形成され
た厚い絶縁膜12とを有する。
This example is a double diffusion type n-channel MOSFET.
The drain drift region 22 (first n-type split drift path region 1) formed on the p type semiconductor layer 4 (p-type side end region 2a) and the gate insulating film 10 are formed. And a well-shaped p-type channel diffusion region 17 formed at one end of the gate electrode 11 in the drain drift region 22.
And an n + -type source region 8 formed in a well shape in the p-type channel diffusion region 17, and a p-type layer formed on a surface layer between the gate electrode 11 and the n + -type drain region 9 separated therefrom. -type top layer 24 (p-type partition regions 2), and a second n-type drift regions 1 formed in the surface layer of the p-type partition regions 2, the p + -type adjacent to the n + -type source region 8 It has a contact region 72 and a thick insulating film 12 formed on the p-type partition region 2.

【0050】下層のドレイン・ドリフト領域22と上層
の分割ドリフト経路域1はp型仕切領域2を挟んで並列
接続している。図11(b)の構造と比べると、本例で
はp型仕切領域2の上に分割ドリフト経路域1を並設し
た点にある。前述したように、p型仕切領域2から下層
のドレイン・ドリフト領域22と上層の分割ドリフト経
路域1の双方に空乏層が広がるようになっているため、
高耐圧化を図ることができ、その分、オン抵抗を低減さ
せることができる。図11(b)のドリフト領域22の
ネットドーピング量は2×1012/cm程度であ
るのに対し、本例では下層のドレイン・ドリフト領域2
2と上層の分割ドリフト経路域1とのドーピング量を合
わせて、約3×1012/cm程度と1.5倍にす
ることができる。本例の構造によれば、図13中のに
示す理想耐圧と理想オン抵抗とのトレードオフ関係を得
ることができる。明らかに、従来構造に比して理想耐圧
と理想オン抵抗のトレードオフ関係を緩和できることが
判明した。
The lower drain / drift region 22 and the upper divided drift path region 1 are connected in parallel with a p-type partition region 2 interposed therebetween. Compared to the structure shown in FIG. 11B, the present embodiment is different from the structure shown in FIG. As described above, since the depletion layer extends from the p-type partition region 2 to both the lower drain drift region 22 and the upper divided drift path region 1,
High breakdown voltage can be achieved, and accordingly, on-resistance can be reduced. While the net doping amount of the drift region 22 in FIG. 11B is about 2 × 10 12 / cm 2 , in the present example, the lower drain / drift region 2
The total doping amount of the upper drift layer region 2 and the upper divided drift path region 1 can be increased to about 3 × 10 12 / cm 2, that is, 1.5 times. According to the structure of this example, a trade-off relationship between the ideal withstand voltage and the ideal on-resistance shown in FIG. 13 can be obtained. Clearly, it has been found that the trade-off relationship between the ideal withstand voltage and the ideal on-resistance can be relaxed as compared with the conventional structure.

【0051】なお、実施形態5,6の構造を得るための
製造方法としては、まず、p型半導体層4へのリン
のイオン注入と熱処理(熱拡散)によりn型半導体層3
(22)を形成した後、このn型半導体層3(22)表
面への選択的な硼素のイオン注入と熱処理(熱拡散)に
よってp型領域14(24)を形成し、しかる後、熱酸
化処理を施し、シリコン表面でのリンの偏析による高濃
度化と硼素の酸化膜中への偏析による低濃度化を利用し
て表層に薄いn型側端領域2b(n型分割ドリフト経路
域1)を形成する。n型側端領域2bやn型分割ドリフ
ト経路域1の上層には逆導電型層が隣接していないた
め、空乏化し易くするには薄層であればある程よい。従
って、熱酸化処理工程だけでn型側端領域2b(n型分
割ドリフト経路1)を形成できる利益は、工程数の削減
に寄与し、量産化を可能とする。
As a manufacturing method for obtaining the structures of the fifth and sixth embodiments, first, phosphorus ions are implanted into the p type semiconductor layer 4 and heat treatment (thermal diffusion) is performed.
After the formation of (22), the p-type region 14 (24) is formed by selective ion implantation of boron on the surface of the n-type semiconductor layer 3 (22) and heat treatment (thermal diffusion), and thereafter, thermal oxidation A thin n-type side end region 2b (n-type split drift path region 1) is formed on the surface layer by applying a treatment to increase the concentration by segregation of phosphorus on the silicon surface and reduce the concentration by segregation of boron into the oxide film. To form Since the opposite conductivity type layer is not adjacent to the n-type side end region 2b or the upper layer of the n-type split drift path region 1, the thinner the layer, the easier it is to deplete. Therefore, the advantage that the n-type side end region 2b (the n-type divided drift path 1) can be formed only by the thermal oxidation process contributes to the reduction in the number of processes and enables mass production.

【0052】実施形態5においては、n型側端領域2b
がゲート絶縁膜10とドレイン・ドリフト領域14と隔
てているが、これは上記の製造方法を用いているため、
シリコン表層に全面的にn型側端領域2bが形成されて
しまうからである。しかし、n型側端領域2bが薄けれ
ば、ゲート10直下に形成されるチャネル反転層によっ
てドレイン・ドリフト領域14が導通するので問題は起
こらない。
In the fifth embodiment, the n-type side end region 2b
Is separated from the gate insulating film 10 and the drain / drift region 14.
This is because the n-type side end region 2b is formed on the entire surface of the silicon. However, if the n-type side end region 2b is thin, no problem occurs because the drain / drift region 14 is conducted by the channel inversion layer formed immediately below the gate 10.

【0053】〔実施形態7〕図7(a)は本発明の実施
形態7に係る縦型構造のトレンチゲート型のnチャネル
MOSFETを示す平面図、図7(b)は図7(a)中
のA−A′線に沿って切断した状態を示す切断図、図8
(a)は図7(a)中のB−B′線に沿って切断した状
態を示す切断図、図8(b)は図7(b)中のC−C′
線に沿って切断した状態を示す切断図、図9(a)は図
7(a)中のD−D′線に沿って切断した状態を示す切
断図、図9(b)は図7(a)中のE−E′線に沿って
切断した状態を示す切断図である。
[Seventh Embodiment] FIG. 7A is a plan view showing a trench gate type n-channel MOSFET having a vertical structure according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. FIG. 8 is a sectional view showing a state cut along the line AA ′ of FIG.
7A is a sectional view showing a state cut along the line BB 'in FIG. 7A, and FIG. 8B is a sectional view taken along CC' in FIG. 7B.
9A is a cross-sectional view showing a state cut along a line, FIG. 9A is a cross-sectional view showing a state cut along a DD ′ line in FIG. 7A, and FIG. It is a sectional view showing the state where it cut | disconnected along EE 'line in a).

【0054】本例の構造は、裏面電極(図示せず)が導
電接触したn型ドレイン層29と、この上に形成さ
れたドレイン・ドリフト層139と、ドレイン・ドリフ
ト層139の表面側に堀り込まれたトレンチ溝内にゲー
ト絶縁膜10を介して埋め込まれたトレンチゲート電極
21と、ドレイン・ドリフト層139の表層にトレンチ
ゲート電極21の深さ程度に浅く形成されたp型チャネ
ル層27と、トレンチゲート電極21の上縁に沿って形
成されたn型ソース領域18と、ゲート電極21を
覆う厚い絶縁膜12とを有する。なお、単層のn
ドレイン層29に代えて、n型上層とp型下層
から成る2層構造又はp型層とすると、n型のIGBT
構造を得ることができる。
The structure of this embodiment is such that the n + -type drain layer 29 with which the back electrode (not shown) is in conductive contact, the drain drift layer 139 formed thereon, and the surface side of the drain drift layer 139 A trench gate electrode 21 buried in the dug trench via the gate insulating film 10, and a p-type channel layer formed as shallow as the depth of the trench gate electrode 21 on the surface of the drain drift layer 139. 27, an n + -type source region 18 formed along the upper edge of the trench gate electrode 21, and a thick insulating film 12 covering the gate electrode 21. It should be noted that if a single-layer n + -type drain layer 29 is replaced with a two-layer structure composed of an n + -type upper layer and a p + -type lower layer or a p-type layer, an n-type IGBT
Structure can be obtained.

【0055】本例におけるドレイン・ドリフト層139
は、図8(b)及び図9に示す如く、縦方向にプレート
状のn型分割ドリフト経路域1と縦方向にプレート状の
p型仕切領域2とが交互に繰り返し隣接した横並び並行
構造となっている。複数枚のn型分割ドリフト経路域1
の上端はp型のチャネル拡散層27にpn接合し、それ
らの下端はn型のドレイン層29に接続しており、
型のドレイン層29側から分岐して並列接続の並
行ドリフト経路群100を形成している。図示されてい
ないが、並行ドリフト経路群100の最側端の分割ドリ
フト経路域1の外側にはp型側端領域が設けられてお
り、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿ってp型
仕切領域2又はp型側端領域に挟まれている。また、複
数のp型仕切領域2の上方端はp型のチャネル拡散層2
7に接続し、それらの下端はn型のドレイン層29に
pn接合しており、p型のチャネル拡散層27側から分
岐して並列接続となっている。
The drain drift layer 139 in this embodiment
As shown in FIGS. 8 (b) and 9, a plate-shaped n-type divided drift path region 1 in the vertical direction and a plate-shaped p-type partition region 2 in the vertical direction are alternately and repeatedly adjacent to each other. Has become. A plurality of n-type split drift path regions 1
Have a pn junction with a p-type channel diffusion layer 27, and their lower ends are connected to an n + -type drain layer 29.
A parallel drift path group 100 connected in parallel is formed by branching from the n + type drain layer 29 side. Although not shown, a p-type side end region is provided outside the outermost divided drift path region 1 of the parallel drift path group 100, and all the divided drift path regions 1 are p-type along side surfaces. It is sandwiched by the partition region 2 or the p-type side end region. The upper ends of the plurality of p-type partition regions 2 are p-type channel diffusion layers 2.
7, and their lower ends are pn-junction with the n + -type drain layer 29, and are branched and connected in parallel from the p-type channel diffusion layer 27 side.

【0056】オフ状態のときはゲート絶縁膜10直下の
チャネル反転層13が消失し、ドレイン・ソース間電圧
により、n型分割ドリフト経路域1とp型のチャネル拡
散層27とのpn接合Ja,n型分割ドリフト経路域1
とp型仕切領域2とのpn接合Jbからそれぞれ空乏層
がn型分割ドリフト経路域1内に広がってこれが空乏化
される。pn接合Jaからの空乏端はn型分割ドリフト
経路域1内の経路長さ方向に広がるが、pn接合Jbか
らの空乏端はn型分割ドリフト経路域1内の経路幅方向
に広がり、しかも両側面から空乏端が広がるので空乏化
が非常に早まる。またp型仕切領域2も同時に空乏化さ
れる。特に、p型仕切領域2の両側面から隣接するn型
分割ドリフト経路1,1の双方へ空乏端が進入するよう
になっているので、空乏層形成のためのp型仕切領域2
の総占有幅を半減でき、その分、n型分割ドリフト経路
域1の断面積の拡大を図ることができ、従前に比してオ
ン抵抗が低減する。n型分割ドリフト経路1の単位面積
当たりの本数(分割数)を増やすにつれ、オン抵抗と耐
圧とのトレードオフ関係を大幅に緩和できる。
In the off state, the channel inversion layer 13 immediately below the gate insulating film 10 disappears, and the pn junction Ja, Ja of the n-type split drift path region 1 and the p-type channel diffusion layer 27 is caused by the drain-source voltage. n-type split drift path region 1
A depletion layer spreads from the pn junction Jb between the p-type partition region 2 and the p-type partition region 2 into the n-type split drift path region 1 and is depleted. The depletion end from the pn junction Ja spreads in the path length direction in the n-type split drift path region 1, but the depletion end from the pn junction Jb spreads in the path width direction in the n-type split drift path region 1 and both sides. Since the depletion edge extends from the surface, depletion is greatly accelerated. Also, the p-type partition region 2 is simultaneously depleted. In particular, since the depletion ends enter both the n-type divided drift paths 1 and 1 from both sides of the p-type partition region 2, the p-type partition region 2 for forming the depletion layer is formed.
Can be reduced by half, the cross-sectional area of the n-type divided drift path region 1 can be increased accordingly, and the on-resistance can be reduced as compared with the conventional case. As the number of the n-type divided drift paths 1 per unit area (the number of divisions) is increased, the trade-off relationship between the on-resistance and the withstand voltage can be greatly reduced.

【0057】理想耐圧100VのnチャネルMOSFE
T(図12に示す従来構造)での理想オン抵抗と比較す
ると、従来構造の場合、図13のにより、理想オン抵
抗R=約0.6(mオーム・cm)であるが、本例
の場合は、n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2
の深さ(経路長)を約5μm、β=2/3と仮定し、n
型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2の積層方向の
厚さを例えば10μm,1μm,0.1μmの値として
計算すると、 厚さ10μm,のとき、1.6(mオーム・cm) 厚さ1μm,のとき、0.16(mオーム・cm) 厚さ0.1μm,のとき、0.016(mオーム・cm
) となり、μmオーダでも劇的な低オン抵抗化が可能であ
る。p型仕切領域2の幅をn型分割ドリフト経路域1の
幅よりも僅少にすれば、なおその効果が顕著となる。n
型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の幅はフォトリ
ソグラフィとイオン注入により現在0.5μm程度まで
が量産レベルの限界であるが、微細加工技術の着実な進
展により今後更なる幅寸法の縮小化が可能となるので、
オン抵抗を顕著に低減できる。
An n-channel MOSFE having an ideal withstand voltage of 100 V
Compared to the ideal on-resistance at T (conventional structure shown in FIG. 12), in the case of the conventional structure, the ideal on-resistance R = about 0.6 (m ohm · cm 2 ) according to FIG. , The n-type split drift path region 1 and the p-type partition region 2
Is assumed to be about 5 μm and β = 2, and n
When the thickness in the stacking direction of the mold-divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 is calculated as a value of, for example, 10 μm, 1 μm, and 0.1 μm, 1.6 (m ohm · cm 2 ) is obtained when the thickness is 10 μm. When the thickness is 1 μm, 0.16 (m ohm · cm 2 ) When the thickness is 0.1 μm, 0.016 (m ohm · cm 2 )
2 ) Dramatically lower on-resistance is possible even on the order of μm. If the width of the p-type partition region 2 is made smaller than the width of the n-type divided drift path region 1, the effect will be more remarkable. n
The width of the mold-dividing drift path region 1 and the width of the p-type partition region are currently limited to about 0.5 μm by photolithography and ion implantation at the limit of mass production level. Is possible,
ON resistance can be significantly reduced.

【0058】本例のように、縦方向に配列したn型分割
ドリフト経路域1とp型仕切領域2の繰り返し構造は、
横型半導体構造の場合に比して製法上難しい面もある
が、例えば、ドレイン層29の上にエピタキシャル成長
によりn型層を形成した後、そのn型層をストライプ状
に間隔を空けてエッチング除去し、そのエッチング溝を
p型のエピタキシャル成長により埋め、不要部分を研磨
除去する方法を採用することができる。また、中性子線
や飛程の大きい高エネルギー粒子の選択的打ち込みとこ
れによる核変換を利用して選択的に逆導電型領域を深く
形成する方法も考えられる。
As in the present example, the repetitive structure of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 arranged in the vertical direction is as follows.
Although there are some difficulties in the manufacturing method as compared with the case of the lateral semiconductor structure, for example, after forming an n-type layer on the drain layer 29 by epitaxial growth, the n-type layer is removed by etching at intervals in a stripe shape. Alternatively, a method of filling the etching groove by p-type epitaxial growth and polishing and removing unnecessary portions can be adopted. Also, a method of selectively forming a reverse conductivity type region deeply by selectively implanting neutron beams or high-energy particles having a large range and using the resulting transmutation can be considered.

【0059】なお、本発明に係る構造は、MOSFET
のドレイン・ドリフト領域に限らず、オン時にドリフト
領域となり、オフ時に空乏化領域となる半導体領域に適
用でき、IGBT,バイポラーラトランジスタ,ダイオ
ード,JFET、サイリスタ,MESFET,HEMT
等の殆ど総ての半導体素子に適用可能である。また、導
電型は逆導電型に適宜変更できる。また、図1では並行
分割ドリフト群として層状、繊維状、網状又は蜂の巣状
を示してあるが、これに限らず、他の繰り返し形状を採
用可能である。
The structure according to the present invention is based on MOSFET
IGBTs, bipolar transistors, diodes, JFETs, thyristors, MESFETs, HEMTs.
And so on can be applied to almost all semiconductor devices. Further, the conductivity type can be appropriately changed to a reverse conductivity type. Although FIG. 1 shows a layer-shape, fiber-shape, net-shape or honeycomb shape as the parallel division drift group, the present invention is not limited to this, and other repetitive shapes can be adopted.

【0060】[0060]

【発明の効果】以上説明したように、本発明におけるド
リフト領域は、並列接続した複数の第1導電型分割ドリ
フト経路域を持つ並行ドリフト経路群と、第1導電型分
割ドリフト経路域の相隣る同士の間に介在する第2導電
型仕切領域とを有する構造であって、ドリフト領域は半
導体層上の絶縁膜と表面側絶縁膜との間に挟まれている
ことを特徴とする。斯かる構成により斯かる構成によ
り、オン抵抗の低減と共に高耐圧化を図ることができ
る。
As described above, the drift region according to the present invention is composed of a parallel drift path group having a plurality of first conductivity type divided drift path areas connected in parallel, and a drift area adjacent to the first conductivity type divided drift path area. And a second conductivity type partition region interposed between the semiconductor layers, wherein the drift region is sandwiched between an insulating film on the semiconductor layer and a surface-side insulating film. According to such a configuration, the on-resistance can be reduced and the withstand voltage can be increased.

【0061】更に、本発明では、並行ドリフト経路群の
最外側の第1導電型分割ドリフト経路域の外側に第2導
電型側端領域を有して成り、この第2導電型側端領域の
長さ及び幅が第2導電型仕切領域の長さ及び幅に略等し
いことを特徴とする。また、並行ドリフト経路群の最外
側の第1導電型分割ドリフト経路域の外側に第2導電型
側端領域を有して成り、この第2導電型側端領域の長さ
及び幅が最外側の第1導電型分割ドリフト経路域の長さ
及び幅に略等しいことを特徴とする。斯かる構成によ
り、オン抵抗の低減と共に高耐圧化を図ることができ
る。
Further, according to the present invention, a second conductivity type side end region is provided outside the outermost first conductivity type split drift path region of the parallel drift path group, and the second conductivity type side end region is formed. The length and width are substantially equal to the length and width of the second conductivity type partition region. Further, a second conductivity type side end region is provided outside the outermost first conductivity type split drift path region of the parallel drift path group, and the length and width of the second conductivity type side end region are outermost. The first conductive type divided drift path region is substantially equal in length and width. With this configuration, it is possible to reduce the on-resistance and increase the withstand voltage.

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

【図1】(a)乃至(c)は本発明に係る半導体装置に
おけるドリフト領域の構造をそれぞれ示す模式図であ
る。
FIGS. 1A to 1C are schematic views respectively showing the structure of a drift region in a semiconductor device according to the present invention.

【図2】(a)は本発明の実施形態1に係る横型構造の
SOI−MOSFETを示す平面図、(b)は(a)中
のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。
FIG. 2A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a lateral structure according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cutaway view showing a state cut along a line AA ′ in FIG. (C) is a cut-away view showing a state cut along the line BB 'in (a).

【図3】(a)は本発明の実施形態2に係る2重拡散型
nチャネルMOSFETを示す平面図、(b)は(a)
中のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。
FIG. 3A is a plan view showing a double diffusion type n-channel MOSFET according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3C is a sectional view showing a state cut along a line AA ′ in FIG. 4C, and FIG. 4C is a sectional view showing a state cut along a line BB ′ in FIG.

【図4】(a)は本発明の実施形態3に係る横型構造の
SOI−MOSFETを示す平面図、(b)は(a)中
のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。
FIG. 4A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a horizontal structure according to a third embodiment of the present invention, FIG. 4B is a sectional view showing a state cut along line AA ′ in FIG. (C) is a cut-away view showing a state cut along the line BB 'in (a).

【図5】(a)は本発明の実施形態例4に係る横型構造
のMOSFETを示す平面図、(b)は(a)中のA−
A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は(a)中
のB−B′線で切断した状態を示す切断図である。
FIG. 5A is a plan view showing a MOSFET having a lateral structure according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cutaway view showing a state cut along line A ′, and FIG. 3 (c) is a cutaway view showing a state cut along line BB ′ in FIG.

【図6】(a)は本発明の実施形態5に係る横型構造の
pチャネルMOSFETを示す断面図、(b)は本発明
の実施形態6に係る横型構造のnチャネルMOSFET
を示す断面図である。
FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a lateral p-channel MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a lateral n-channel MOSFET according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG.

【図7】(a)は本発明の実施形態例7に係る縦型構造
のトレンチゲート型のnチャネルMOSFETを示す平
面図、(b)は(a)中のA−A′線に沿って切断した
状態を示す切断図である。
FIG. 7A is a plan view illustrating a trench gate type n-channel MOSFET having a vertical structure according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a view taken along line AA ′ in FIG. FIG. 4 is a cutaway view showing a cut state.

【図8】(a)は図7(a)中のB−B′線に沿って切
断した状態を示す切断図、(b)は図7(b)中のC−
C′線に沿って切断した状態を示す切断図である。
8A is a sectional view showing a state cut along the line BB 'in FIG. 7A, and FIG. 8B is a sectional view taken along line C-B in FIG. 7B.
It is a sectional view showing the state where it was cut along the line C '.

【図9】(a)は図7(a)中のD−D′線に沿って切
断した状態を示す切断図、(b)は図7(a)中のE−
E′線に沿って切断した状態を示す切断図である。
9 (a) is a cross-sectional view showing a state cut along the line DD ′ in FIG. 7 (a), and FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along line E-
It is a sectional view showing the state where it was cut along the E 'line.

【図10】(a)は従来の横型構造のSOI−MOSF
ETを示す平面図、(b)はその断面図である。
FIG. 10 (a) is a conventional SOI-MOSF having a horizontal structure.
FIG. 2B is a plan view showing ET, and FIG.

【図11】(a)は従来の横型構造のMOSFETの別
の構造を示す断面図、(b)は従来の2重拡散型nチャ
ネルMOSFETの構造を示す断面図である。
11A is a cross-sectional view showing another structure of a conventional MOSFET having a lateral structure, and FIG. 11B is a cross-sectional view showing the structure of a conventional double-diffusion n-channel MOSFET.

【図12】従来のトレンチゲート型のnチャネルMOS
FETを示す断面図である。
FIG. 12 shows a conventional trench gate type n-channel MOS.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an FET.

【図13】各種のシリコンnチャネルMOSFETの理
想耐圧と理想オン抵抗とのトレードオフ関係を示すグラ
フである。
FIG. 13 is a graph showing a trade-off relationship between ideal withstand voltage and ideal on-resistance of various silicon n-channel MOSFETs.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n型分割ドリフト経路域 1a…連結部位 2…p型仕切領域 2a…p型側端領域 3…n型チャネル拡散層 4…p型半導体層 5…半導体基体 6…絶縁膜 7…p型チャネル拡散層 8…n型ソース領域 9…n型ドレイン領域 10…ゲート絶縁膜 11…フィールドプレート付きゲート電極 12…厚い絶縁膜 13…チャネル反転層 14…p型低濃度領域 17…p型チャネル拡散領域 18,28…p型ソース領域 19…p型ドレイン領域 21…トレンチゲート電極 22…n型低濃度ドレイン層 24…p型トップ層 27…p型チャネル層 29…n型ドレイン層 39…n型低濃度ドレイン層 71…n型コンタクト領域 72…p型コンタクト領域 77…p型チャネル拡散層 88…n型ソース領域 90…n型低濃度ドレイン領域(ドレイン・ドリフト領
域) 99…p型ドレイン領域 100…並行ドリフト経路群 111…トレンチゲート電極 90,122,139,290…ドレイン・ドリフト領
域 e…空乏端 Ja,Jb…pn接合。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N-type split drift path area 1a ... Connection part 2 ... P-type partition area 2a ... P-type side end area 3 ... N-type channel diffusion layer 4 ... p - type semiconductor layer 5 ... Semiconductor base 6 ... Insulating film 7 ... p Type channel diffusion layer 8 n + type source region 9 n + type drain region 10 gate insulating film 11 gate electrode with field plate 12 thick insulating film 13 channel inversion layer 14 p-type low concentration region 17 p type channel diffusion region 18, 28 ... p + -type source region 19 ... p + -type drain region 21 ... trench gate electrode 22 ... n-type low-concentration drain layer 24 ... p-type top layer 27 ... p-type channel layer 29 ... n + -type drain layer 39 ... n-type low-concentration drain layer 71 ... n + -type contact region 72 ... p + -type contact region 77 ... p-type channel diffusion layer 88 ... n + -type source region 90 ... n-type low concentrated Drain regions (drain drift region) 99 ... p-type drain region 100 ... parallel drift path group 111 ... trench gate electrode 90,122,139,290 ... drain drift region e ... depletion end Ja, Jb ... pn junction.

───────────────────────────────────────────────────── 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 29/786 H01L 29/78 622 617K 301D 301X ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 29/786 H01L 29/78 622 617K 301D 301X

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 オン状態で横方向にドリフト電流を流す
と共にオフ状態で空乏化するドリフト領域を有する半導
体装置において、前記ドリフト領域は、並列接続した複
数の第1導電型分割ドリフト経路域を持つ並行ドリフト
経路群と、前記第1導電型分割ドリフト経路域の相隣る
同士の間に介在する第2導電型仕切領域とを有する構造
であって、前記ドリフト領域は半導体層上の絶縁膜と表
面側絶縁膜との間に挟まれていることを特徴とする半導
体装置。
1. A semiconductor device having a drift region in which a drift current flows in a lateral direction in an on state and is depleted in an off state, wherein the drift region has a plurality of first conductivity type divided drift path regions connected in parallel. A structure having a parallel drift path group and a second conductivity type partition region interposed between adjacent ones of the first conductivity type split drift path region, wherein the drift region is formed by an insulating film on a semiconductor layer. A semiconductor device, which is interposed between a front-side insulating film and the insulating film.
【請求項2】 請求項1において、前記半導体層上の絶
縁膜が前記表面側絶縁膜よりも厚く形成されていること
を特徴とする半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the insulating film on the semiconductor layer is formed to be thicker than the surface-side insulating film.
【請求項3】 請求項1又は請求項2において、前記ド
リフト領域は、層状の前記第1導電型分割ドリフト経路
域と層状の前記第2導電型仕切領域とを交互に繰り返し
積み重ねて積層された重畳並行構造であって、この重畳
並行構造は前記半導体層上の絶縁膜と表面側絶縁膜との
間に挟まれていることを特徴とする半導体装置。
3. The drift region according to claim 1, wherein the drift region is formed by alternately repeatedly stacking the layered first conductivity type divided drift path region and the layered second conductivity type partition region. A semiconductor device having a superimposed parallel structure, wherein the superimposed parallel structure is interposed between an insulating film on the semiconductor layer and a surface-side insulating film.
【請求項4】 請求項1又は請求項2において、前記ド
リフト領域は、ストライプ状の前記第1導電型分割ドリ
フト経路域とストライプ状の前記第2導電型仕切領域と
を前記半導体層上の絶縁膜の表面に沿って交互に配置し
た構造であることを特徴とする半導体装置。
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein the drift region insulates the striped first conductivity type drift path region from the striped second conductivity type partition region on the semiconductor layer. A semiconductor device having a structure alternately arranged along a surface of a film.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
おいて、前記並行ドリフト経路群の最外側の前記第1導
電型分割ドリフト経路域の外側に第2導電型側端領域を
有して成り、この第2導電型側端領域の長さ及び幅が前
記第2導電型仕切領域の長さ及び幅に略等しいことを特
徴とする半導体装置。
5. The second conductivity type side end region according to claim 1, wherein the second conductivity type side drift region is provided outside the outermost first conductivity type divided drift path region of the parallel drift path group. And a length and a width of the second conductivity type side end region are substantially equal to a length and a width of the second conductivity type partition region.
【請求項6】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
おいて、前記並行ドリフト経路群の最外側の前記第1導
電型分割ドリフト経路域の外側に第2導電型側端領域を
有して成り、この第2導電型側端領域の長さ及び幅が前
記最外側の第1導電型分割ドリフト経路域の長さ及び幅
に略等しいことを特徴とする半導体装置。
6. The second conductivity type side end region according to any one of claims 1 to 4, wherein the second conductivity type side end region is provided outside the first conductivity type divided drift path region on the outermost side of the parallel drift path group. And a length and a width of the second conductivity type side end region are substantially equal to a length and a width of the outermost first conductivity type split drift path region.
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