JP2003069018A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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JP2003069018A
JP2003069018A JP2001259486A JP2001259486A JP2003069018A JP 2003069018 A JP2003069018 A JP 2003069018A JP 2001259486 A JP2001259486 A JP 2001259486A JP 2001259486 A JP2001259486 A JP 2001259486A JP 2003069018 A JP2003069018 A JP 2003069018A
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JP
Japan
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region
electrode
gate
regions
fixed potential
Prior art date
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Pending
Application number
JP2001259486A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tetsuya Hayashi
林  哲也
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Nissan Motor Co Ltd
Original Assignee
Nissan Motor Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Nissan Motor Co Ltd filed Critical Nissan Motor Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which a sustaining voltage is enhanced without changing the cell size of a fundamental structure, whose turn-off time is shortened and which can be operated at high speed. SOLUTION: A plurality of first grooves 9 arranged in parallel to each other are formed on the surface (one main face) of an n-type drain region 2 formed on an n<+> substrate region 1. First insulating films 5 and first MOS electrodes 4 composed of p<+> polysilicon are formed inside the first grooves 9 so as to be insulated from the drain region 2. Respective p-type gate regions 8 are formed so as to come into contact with respective ends in the longitudinal direction of the first grooves 9. Second grooves 12 which make the first adjacent grooves 9 communicate with each other make the first grooves 9 alternately communicate with each other in positions displaced to the direction of any end from the center in the longitudinal direction of the first grooves 9. Source regions 3 as heavily doped n<+> regions are formed in parts coming into contact with the second grooves 12 in near parts from the gate regions 8.

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、単位セルを複数個
並列に配置した縦型パワー素子に好適な半導体装置に関
する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device suitable for a vertical power device having a plurality of unit cells arranged in parallel.

【0002】[0002]

【従来の技術】本発明の背景となる従来技術として、本
出願人が出願した特開平8−46192号公報を引用す
る。図5及び図6は前記公報から引用した半導体装置の
構造図である。なお、図中符号および部位の名称などは
説明のため適宜変更して記載する。図5は基本構造を説
明する表面図、図6は断面図である。
2. Description of the Related Art As a background art of the present invention, Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-46192 filed by the present applicant is cited. 5 and 6 are structural views of the semiconductor device cited from the above publication. It should be noted that reference numerals and names of parts and the like in the drawings are appropriately changed for description. FIG. 5 is a surface view for explaining the basic structure, and FIG. 6 is a sectional view.

【0003】上記の図中符号51はn+型の基板領域、
52はn型のドレイン領域、53はn+型のソース領
域、54はMOS型電極、55は絶縁膜である。MOS
型電極54は高濃度のp+型ポリシリコンよりなる。6
1はドレイン電極で、基板領域51とオーミックコンタ
クトしている。63はソース電極で、ソース領域53と
さらにMOS型電極54とオーミックコンタクトしてい
る。すなわち、MOS型電極54はソース電位に固定さ
れている。よって、このMOS型電極54と絶縁膜55
を合わせて固定電位絶縁電極56と呼ぶ。
Reference numeral 51 in the above-mentioned drawing indicates an n + type substrate region,
52 is an n-type drain region, 53 is an n + type source region, 54 is a MOS type electrode, and 55 is an insulating film. MOS
The mold electrode 54 is made of high-concentration p + type polysilicon. 6
A drain electrode 1 is in ohmic contact with the substrate region 51. Reference numeral 63 denotes a source electrode which makes ohmic contact with the source region 53 and further with the MOS electrode 54. That is, the MOS electrode 54 is fixed at the source potential. Therefore, the MOS electrode 54 and the insulating film 55
Are collectively referred to as a fixed potential insulated electrode 56.

【0004】この固定電位絶縁電極56の断面構造は、
例えば「U」の字のように側壁がほぼ垂直な溝の中に形
成されていて、これらの溝が平行に配置されストライプ
状に形成されている。図6中の「破線」は図5との関係
から分かるように紙面の奥行き方向にある固定電位絶縁
電極56の存在を示したものである。さらに固定電位絶
縁電極56の間に挟まれたドレイン領域52をチャネル
領域57と呼ぶ。
The cross-sectional structure of the fixed potential insulated electrode 56 is
For example, the side walls are formed in substantially vertical grooves like a letter "U", and these grooves are arranged in parallel and formed in a stripe shape. The "dashed line" in FIG. 6 indicates the presence of the fixed potential insulated electrode 56 in the depth direction of the paper surface, as can be seen from the relationship with FIG. Further, the drain region 52 sandwiched between the fixed potential insulating electrodes 56 is called a channel region 57.

【0005】また、絶縁膜55に接してソース領域53
とは離れたところに、p型のゲート領域58が存在す
る。図6中、符号68はこのゲート領域58とオーミッ
クコンタクトする電極でゲート電極と呼ぶ。また、2つ
のゲート領域58と2つの固定電位絶縁電極56に囲ま
れた単位セル領域においては、ソース領域53が2つ形
成されている。これら2つのソース領域53は、2つの
ゲート領域58から等距離となる部分から、それぞれ所
定の距離となるように対称に配置されている。なお、符
号60は層間絶縁膜である。
In addition, the source region 53 is in contact with the insulating film 55.
A p-type gate region 58 is present apart from. In FIG. 6, reference numeral 68 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 58 and is called a gate electrode. Further, two source regions 53 are formed in the unit cell region surrounded by the two gate regions 58 and the two fixed potential insulating electrodes 56. These two source regions 53 are symmetrically arranged so as to have a predetermined distance from the portions that are equidistant from the two gate regions 58. Reference numeral 60 is an interlayer insulating film.

【0006】この素子は、例えばソース電極63を接地
電位(0V)にし、ドレイン電極61には例えばモータ
等の誘導負荷を介してしかるべき正の電位を与えて使用
する。ゲート電極68に正電位を印加し、素子が導通し
ている状態から、遮断状態に転ずる機構について説明す
る。
In this device, for example, the source electrode 63 is set to the ground potential (0 V), and the drain electrode 61 is used by applying an appropriate positive potential via an inductive load such as a motor. A mechanism in which a positive potential is applied to the gate electrode 68 to change the element from the conductive state to the cutoff state will be described.

【0007】導通状態では、ソース電位より高いゲート
電位が与えられ、p型ゲート領域58と周辺のn型のド
レイン領域52並びにチャネル領域57からなるpn接
合が順バイアスされる。この順バイアスにより、ゲート
領域58からドレイン領域52並びにチャネル領域57
に正孔が注入されドレイン領域52並びにチャネル領域
57は伝導度が高められ、ドレイン電流の成分である電
子流はソース領域53から基板領域51へと低い抵抗で
流れる。
In the conductive state, a gate potential higher than the source potential is applied, and the pn junction composed of the p-type gate region 58, the peripheral n-type drain region 52 and the channel region 57 is forward biased. This forward bias causes the gate region 58 to drain region 52 and channel region 57.
The holes are injected into the drain region 52 and the channel region 57 to increase the conductivity, and the electron current which is a component of the drain current flows from the source region 53 to the substrate region 51 with low resistance.

【0008】この導通状態からターンオフすべく、ゲー
ト電極68の電位を接地(0V)もしくは負電位にする
と、ドレイン領域52並びにチャネル領域57内にあっ
た過剰な正孔はゲート領域58へと流れ込み、正孔濃度
はゲート領域58近傍から順々に減少していく。そし
て、ドレイン領域52のうち、ゲート領域58から比較
的離れた位置にいた過剰な正孔も、電位が低いチャネル
領域57へと移動し、ドレイン領域52の正孔は枯渇し
ていく。
When the potential of the gate electrode 68 is set to ground (0 V) or a negative potential in order to turn off from this conductive state, excess holes in the drain region 52 and the channel region 57 flow into the gate region 58, The hole concentration gradually decreases from the vicinity of the gate region 58. Then, in the drain region 52, excess holes that are located relatively far from the gate region 58 also move to the channel region 57 having a low potential, and the holes in the drain region 52 are depleted.

【0009】すると、次第にドレイン領域52の抵抗は
上昇していくが、ドレイン電極61にモータ等の誘導負
荷が接続されている場合には、誘導負荷自身が電流値を
保持しようとする性質を持っているため、そのドレイン
領域52の抵抗の上昇に応じて、ドレイン電極61の電
位も上昇する。
Then, the resistance of the drain region 52 gradually increases, but when an inductive load such as a motor is connected to the drain electrode 61, the inductive load itself has the property of holding a current value. Therefore, as the resistance of the drain region 52 increases, the potential of the drain electrode 61 also increases.

【0010】そして、ドレイン領域52には空乏領域が
広がり、ドレイン領域52にて高い電界がかかる中をキ
ャリアが走行すると、新たにキャリアの対発生が生じ
る。このドレイン領域52で発生したキャリアのうち、
電子はそのまま電子流を構成する。一方、正孔は電子流
の経路とは逆向きに、チャネル領域57へと移動し、固
定電位絶縁電極56界面を通って、ゲート領域58に排
出される。このとき、ドレイン電位の上昇に応じて増加
するドレイン領域52中で対発生する正孔の量が、ゲー
ト領域58へと排出される正孔の量と等しくなると、そ
のドレイン電位においてサステイン動作が生じる。
Then, when a depletion region spreads in the drain region 52 and carriers travel in a high electric field applied to the drain region 52, a new pair of carriers is generated. Of the carriers generated in this drain region 52,
The electrons make up the electron flow as they are. On the other hand, the holes move to the channel region 57 in the opposite direction to the electron flow path, pass through the interface of the fixed potential insulating electrode 56, and are discharged to the gate region 58. At this time, if the amount of holes generated in the drain region 52, which increases with the increase of the drain potential, becomes equal to the amount of holes discharged to the gate region 58, a sustain operation occurs at the drain potential. .

【0011】ただし、上記従来の素子構造においては、
通常のバイポーラトランジスタで知られるようなサステ
イン動作による破壊は生じない。なぜなら、上記従来の
素子構造においては電子流が流れるソース領域53から
基板領域51の間にはP型領域がないため、例えば、ひ
とつのソース領域53に電子流が集中しようとしても、
その部分の温度上昇により抵抗が高くなることから、電
子流が流れにくくなり、相対的に温度が低く抵抗の低い
別のソース領域53から電子流が流れ、結局、電子流が
任意のソース領域53に集中しないという、いわゆる負
帰還がかかるからである。
However, in the above conventional element structure,
The breakdown due to the sustain operation that is known in a normal bipolar transistor does not occur. This is because there is no P-type region between the source region 53 through which the electron flow flows and the substrate region 51 in the above-described conventional element structure. Therefore, even if the electron flow is concentrated on one source region 53,
Since the resistance increases due to the temperature increase in that portion, the electron flow becomes difficult to flow, the electron flow flows from another source region 53 having a relatively low temperature and low resistance, and eventually the electron flow is an arbitrary source region 53. This is because the so-called negative feedback is applied, which means that you do not concentrate on the.

【0012】つまり、従来の素子構造を複数形成した半
導体チップにおいては、サステイン動作時には、従来の
素子構造が形成された全領域で電子流が流れる性質を有
する。この性質は、この従来素子構造をモータ等を駆動
する誘導負荷回路に使用した場合に、ターンオフ時の誘
導起電力で発生するドレイン電圧の上昇による、同じ半
導体チップ内に形成されるガードリング等の耐圧構造へ
の負担を回避できるという利点になる。
That is, in a semiconductor chip having a plurality of conventional element structures formed, during a sustain operation, an electron current flows in the entire region where the conventional element structure is formed. When this conventional element structure is used in an inductive load circuit for driving a motor or the like, this property is due to an increase in drain voltage generated by an induced electromotive force at the time of turn-off, such as a guard ring formed in the same semiconductor chip. This is an advantage that the burden on the pressure resistant structure can be avoided.

【0013】さらに、従来構造の単位セルサイズを適当
に設定することで、サステイン電圧は、従来の素子が遮
断状態の際にドレイン電極61に印加している所定の電
圧から、ガードリング等の耐圧構造の耐圧までの間の任
意の電圧に設計できる。例えば、従来の素子構造におい
て、単位セルサイズを小さくした場合、単位面積当たり
のソース領域53密度が大きくなるため、1個あたりの
ソース領域53に流れる電子流密度は小さくなり、か
つ、ドレイン領域52のうち、ゲート領域58から最も
離れた部分までの距離が短くなるため、正孔の引き抜き
速度が速くなる。つまり、単位セルサイズを小さくした
場合、キャリアの対発生を抑制し、発生した正孔につい
ては排出を促進するため、サステイン電圧はより高くな
る。
Further, by appropriately setting the unit cell size of the conventional structure, the sustain voltage is changed from the predetermined voltage applied to the drain electrode 61 when the conventional element is in the cutoff state to the breakdown voltage of the guard ring or the like. It can be designed to any voltage up to the breakdown voltage of the structure. For example, in the conventional device structure, when the unit cell size is reduced, the density of the source regions 53 per unit area is increased, so that the density of electron flow flowing in each source region 53 is decreased and the drain region 52 is also reduced. Of these, the distance from the gate region 58 to the most distant portion is short, so that the hole extraction speed is high. That is, when the unit cell size is reduced, the generation of pairs of carriers is suppressed and the generated holes are expelled, so that the sustain voltage becomes higher.

【0014】[0014]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
素子構造においてサステイン電圧を高めるため単位セル
サイズを小さくしすぎると、導通状態において、ゲート
領域58から注入された正孔がソース領域53に飛び込
む割合が高くなり、ドレイン領域52の伝導度の向上に
寄与せず、電流利得が低下してしまう。このように、従
来構造においては、他の特性を維持したまま、サステイ
ン電圧を高めることができないという問題点があった。
However, if the unit cell size is made too small in order to increase the sustain voltage in the conventional device structure, the proportion of holes injected from the gate region 58 into the source region 53 in the conductive state. Becomes higher, the conductivity of the drain region 52 is not improved, and the current gain is reduced. As described above, the conventional structure has a problem in that the sustain voltage cannot be increased while maintaining other characteristics.

【0015】上記のように、従来の素子において、ドレ
イン電極61がモータ等の誘導負荷に接続している場合
には、誘導負荷自身が電流値を保持しようとする性質を
持っているため、ドレイン領域52の抵抗の上昇に応じ
て、ドレイン電極61の電位が上昇する。この誘導負荷
によって電流値が維持されているソース領域53から基
板領域51に流れる電子流は、常に抵抗が小さい経路で
流れようとするため、ゲート領域58近傍から正孔が排
出されていく過渡状態においては、ドレイン領域52の
うち、最後まで正孔が残る2つのゲート領域58からも
っとも離れた部分、すなわち、2つのゲート領域58か
ら等距離となる部分を流れる。
As described above, in the conventional element, when the drain electrode 61 is connected to an inductive load such as a motor, the inductive load itself has a property of holding a current value, and therefore the drain The potential of the drain electrode 61 rises as the resistance of the region 52 rises. The electron flow flowing from the source region 53 to the substrate region 51, whose current value is maintained by this inductive load, always tries to flow in a path having a small resistance, so that a transient state in which holes are discharged from the vicinity of the gate region 58. In the above, in the drain region 52, a portion farthest from the two gate regions 58 where holes remain until the end, that is, a portion equidistant from the two gate regions 58 flows.

【0016】このことから、導通状態では、2つのゲー
ト領域58と2つの固定電位絶縁電極56に囲まれた2
つのソース領域から、それぞれ別の経路で電子流が基板
領域51へと流れていたのが、ターンオフ時の過渡状態
においては、共に2つのゲート領域58から等距離とな
る部分へと電流経路が集中するため、この時点での電流
密度は定常の導通時に比べて高くなる。つまり、従来の
素子においては、高電界がかかるドレイン領域52を流
れる電子流の密度が高くなるため、新たなキャリアの対
発生が起こりやすかった。
From this, in the conductive state, the two gate regions 58 and the two fixed potential insulated electrodes 56 surrounded by the two gate regions 58 are formed.
The electron flow was flowing from one source region to the substrate region 51 through different routes, but in the transient state at the time of turn-off, the current routes are concentrated to the portions equidistant from the two gate regions 58. Therefore, the current density at this time is higher than that during steady conduction. In other words, in the conventional device, the density of the electron flow flowing through the drain region 52 to which a high electric field is applied is high, so that a new pair of carriers is easily generated.

【0017】さらに、キャリアの対発生によって生じた
正孔は電子流の経路と逆向きに、表面のチャネル領域5
7へと移動し、固定電位絶縁電極56界面を通って、ゲ
ート領域58に排出される。このとき、従来の構造で
は、ドレイン領域52のうち、2つのゲート領域58か
ら最も離れている部分で正孔が生じるため、この部分か
ら正孔を引き抜く際の引き抜き経路の抵抗が大きかっ
た。
Further, the holes generated by the pair generation of carriers are opposite to the path of the electron flow in the channel region 5 on the surface.
7 and is discharged to the gate region 58 through the interface of the fixed potential insulating electrode 56. At this time, in the conventional structure, holes are generated in the part of the drain region 52 that is farthest from the two gate regions 58, and therefore the resistance of the extraction path when extracting holes from this part is large.

【0018】以上のことから、従来の素子においては、
オフ直前の電子流の経路集中によって電流密度が高くな
ることから、キャリアが対発生しやすく、かつ、正孔の
引き抜き経路の抵抗が大きいことから、発生した正孔が
排出されにくく、ターンオフ時間が伸延するという問題
点があった。
From the above, in the conventional element,
Since the current density is increased due to the concentration of the electron flow path immediately before turning off, carriers are likely to be generated, and the resistance of the hole extraction path is large. There was a problem of being delayed.

【0019】以上の問題点に鑑み本発明の目的は、基本
構造のセルサイズを変えずにサステイン電圧を向上させ
た半導体装置を提供することである。
In view of the above problems, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device in which the sustain voltage is improved without changing the cell size of the basic structure.

【0020】また、本発明の目的は、ターンオフ時間を
短縮し高速動作が可能な半導体装置を提供することであ
る。
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device which can reduce turn-off time and operate at high speed.

【0021】[0021]

【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
上記目的を達成するために、ドレイン領域である第一導
電型の半導体基体の一主面に、互いに平行に配置された
第一の溝を複数有し、第一の溝に挟まれた前記主面に、
第一導電型のソース領域を有し、第一の溝の内部には、
絶縁膜によって前記ドレイン領域とは絶縁され、かつ、
前記ソース領域と同電位に保たれた固定電位絶縁電極を
有し、前記固定電位絶縁電極は、前記絶縁膜を介して隣
接する前記ドレイン領域に空乏領域を形成するような仕
事関数の導電性材料から成り、前記ソース領域に接する
前記ドレイン領域の一部であるとともに前記固定電位絶
縁電極によって挟み込まれたチャネル領域を有し、該チ
ャネル領域には前記固定電位絶縁電極の周囲に形成され
た前記空乏領域によって多数キャリアの移動を阻止する
ポテンシャル障壁が形成されていて、前記固定電位絶縁
電極を取り囲む前記絶縁膜の界面に少数キャリアを導入
して反転層を形成し、前記固定電位絶縁電極から前記ド
レイン領域への電界を遮蔽して前記チャネル領域に形成
されたポテンシャル障壁を減少もしくは消滅させてチャ
ネルを開くべく、前記主面ならびに前記絶縁膜ならびに
前記ドレイン領域に接して、前記ソース領域には接しな
い、第二導電型のゲート領域を一定の間隔を置いて複数
有し、前記主面のうち、対向する2つの前記ゲート領域
と隣合う2つの第一の溝とに囲まれた主領域には対向す
る2つの前記ゲート領域から不均等な距離に位置する1
つの前記ソース領域を有し、該ソース領域と該ソース領
域から遠い方の前記ゲート領域との間の前記主領域にお
いて、該ソース領域に隣接し、かつ、隣り合う第一の溝
同士を連通するとともに前記主面に接する第二の溝を有
することを要旨とする。
The invention according to claim 1 is
In order to achieve the above object, a plurality of first grooves arranged in parallel to each other are provided on one main surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type which is a drain region, and the main grooves sandwiched by the first grooves are provided. On the surface
It has a source region of the first conductivity type, and inside the first groove,
Is insulated from the drain region by an insulating film, and
It has a fixed potential insulating electrode kept at the same potential as the source region, and the fixed potential insulating electrode is a conductive material having a work function so as to form a depletion region in the drain region adjacent to the drain region through the insulating film. And a channel region which is a part of the drain region in contact with the source region and is sandwiched by the fixed potential insulating electrodes, and the channel region has the depletion formed around the fixed potential insulating electrode. A region forms a potential barrier that blocks the movement of majority carriers, minority carriers are introduced into the interface of the insulating film surrounding the fixed potential insulating electrode to form an inversion layer, and the drain from the fixed potential insulating electrode is formed. In order to shield the electric field to the region and reduce or eliminate the potential barrier formed in the channel region to open the channel, A plurality of second-conductivity-type gate regions, which are in contact with the main surface, the insulating film, and the drain region and are not in contact with the source region, are arranged at regular intervals, and are opposed to each other on the main surface. The main region surrounded by the two gate regions adjacent to each other and the two first trenches located at unequal distances from the two opposing gate regions 1
A plurality of the source regions, and in the main region between the source region and the gate region remote from the source region, the first trenches adjacent to the source region and adjacent to each other are communicated with each other. In addition, the gist is to have a second groove that is in contact with the main surface.

【0022】請求項2記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項1に記載の半導体装置において、2つ
の前記ゲート領域に挟まれた、隣接する2つの前記主領
域において、それぞれの前記主領域にある前記ソース領
域にとって、最も近い前記ゲート領域が別々の前記ゲー
ト領域であることを要旨とする。
According to a second aspect of the present invention, in order to achieve the above object, in the semiconductor device according to the first aspect, in each of the two adjacent main regions sandwiched by the two gate regions, the two adjacent main regions are provided. The gist is that the gate region closest to the source region in the main region is the separate gate region.

【0023】請求項3記載の発明は、上記目的を達成す
るために、請求項1または請求項2に記載の半導体装置
において、第二の溝の内部に前記固定電位絶縁電極を有
することを要旨とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 3 is the semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the fixed potential insulating electrode is provided inside the second groove. And

【0024】次に、請求項1記載の発明の構成による作
用について説明する。例えばソース領域を接地して、ド
レイン領域に誘導負荷を介してしかるべき正の電位を印
加して使用した場合、導通状態からターンオフすべく、
ゲート領域を接地もしくは負電位にすると、ドレイン領
域並びにチャネル領域内にあった過剰な少数キャリアは
ゲート領域へと流れ込み、少数キャリア濃度はゲート領
域近傍から順々に減少していく。また、ドレイン領域の
うち、ゲート領域から比較的離れた位置にいた過剰な少
数キャリアも、電位が低い主面にあるチャネル領域へと
移動し、ドレイン領域の少数キャリアは枯渇していく。
Next, the operation of the structure according to the first aspect of the invention will be described. For example, when the source region is grounded and an appropriate positive potential is applied to the drain region through an inductive load to use, in order to turn off the conductive state,
When the gate region is grounded or at a negative potential, excess minority carriers in the drain region and the channel region flow into the gate region, and the minority carrier concentration gradually decreases from the vicinity of the gate region. Further, in the drain region, excess minority carriers located relatively far from the gate region also move to the channel region on the main surface having a low potential, and the minority carriers in the drain region are depleted.

【0025】このとき、2つのゲート領域と2つの固定
電位絶縁電極に囲まれた主領域が、第二の溝で分割され
ており、分割された主領域のうち、ソース領域が有る側
の主領域に移動した少数キャリアは、ソース領域に近い
方のゲート領域へと移動し、ソース領域がない側の主領
域に移動した少数キャリアは、ソース領域から遠い方の
ゲート領域へと移動する。つまり、ソース領域がない側
の主領域に移動した少数キャリアは、ソース領域から流
れる多数キャリアのターンオフ動作には影響しない。
At this time, the main region surrounded by the two gate regions and the two fixed potential insulated electrodes is divided by the second groove, and the main region on the side having the source region in the divided main regions is divided. The minority carriers that have moved to the region move to the gate region closer to the source region, and the minority carriers that have moved to the main region on the side where the source region does not exist move to the gate region further away from the source region. That is, the minority carriers that have moved to the main region on the side without the source region do not affect the turn-off operation of the majority carriers flowing from the source region.

【0026】このことから、ソース領域が有る側の主領
域に移動した少数キャリアは、ゲート領域近傍から引き
抜かれ、ソース領域直下にいた少数キャリアは最後に引
き抜かれるため、ソース領域からドレイン領域へと流れ
る多数キャリアの経路は、導通状態と同様に、ソース領
域直下に維持される。つまり、本構成においては、ドレ
イン領域における多数キャリアの密度は、ターンオフ時
の過渡状態においても変わらない。
From this, the minority carriers that have moved to the main region on the side where the source region is located are extracted from the vicinity of the gate region, and the minority carriers immediately below the source region are finally extracted, so that the source region is drained to the drain region. The path of the majority carriers flowing is maintained just below the source region, as in the conductive state. That is, in this configuration, the majority carrier density in the drain region does not change even in the transient state at the time of turn-off.

【0027】そして、ドレイン領域中の少数キャリアが
枯渇するに従い、ドレイン電位が上昇し、ドレイン領域
に高い電界がかかると、ドレイン領域にて対発生した少
数キャリアは多数キャリアの経路とは逆向きに、主領域
へと移動し、第一の固定電位絶縁電極界面を通って、ゲ
ート領域に排出される。本構成では、少数キャリアの発
生する位置が、ソース領域直下ということでゲート領域
から近いため、発生した少数キャリアは滞留せずに、短
い時間で速やかに排出される。
Then, as the minority carriers in the drain region are exhausted, the drain potential rises, and when a high electric field is applied to the drain region, the minority carriers generated in the drain region are opposite to the majority carrier path. , Move to the main region, pass through the first fixed potential insulated electrode interface, and are discharged to the gate region. In this configuration, the position where the minority carriers are generated is close to the gate region because it is immediately below the source region, so the generated minority carriers are not accumulated and are quickly discharged in a short time.

【0028】以上のことから、ドレイン領域で対発生す
る少数キャリアの量が低減され、かつ、ゲート領域へと
排出される少数キャリアの量が増えることから、それら
の量が等しくなるサステイン電圧は高められる。
From the above, the amount of minority carriers generated in the drain region is reduced, and the amount of minority carriers discharged to the gate region is increased. Therefore, the sustain voltage at which the amounts are equal is increased. To be

【0029】次に、請求項2記載の発明の構成による作
用について説明する。前記導通状態において、前記ゲー
ト領域の電位を上げていくと、前記ゲート領域と前記ド
レイン領域並びに前記チャネル領域からなるpn接合が
順バイアスされ、少数キャリアは直接前記ドレイン領域
ならびに前記チャネル領域へと注入される。すると、前
記多数キャリアは前記ソース領域から前記ドレイン領域
へと低い抵抗で流れるようになる。前記ソース領域から
流れる多数キャリアは、前記ドレイン領域中を移動する
に従い、前記ドレイン領域の厚みに応じて放射状に広が
るため、前記多数キャリアの流れる経路は、ちょうど前
記ソース領域を頂点として前記ドレイン領域の前記主面
に対面する一面を底面とした円錐形状となる。
Next, the operation of the structure according to the second aspect of the present invention will be described. When the potential of the gate region is increased in the conductive state, the pn junction composed of the gate region, the drain region and the channel region is forward biased, and minority carriers are directly injected into the drain region and the channel region. To be done. Then, the majority carriers flow from the source region to the drain region with low resistance. As the majority carriers flowing from the source region spread radially according to the thickness of the drain region as they move in the drain region, the path of the majority carriers flows from the drain region with the source region as an apex. It has a conical shape with one surface facing the main surface as a bottom surface.

【0030】このとき、前記構成によって、前記ソース
領域が互い違いの2列でまばらに配置されているため、
前記ドレイン領域中の前記多数キャリアの経路はほぼ重
ならない。つまり、前記ドレイン領域中での前記多数キ
ャリアの密度は、隣接して配置していた場合とほぼ変わ
らず、かつ、前記ソース領域の密度が減らせるため、前
記ゲート領域から注入された前記少数キャリアが前記ソ
ース領域に飛び込む割合が低減される。
At this time, since the source regions are sparsely arranged in two staggered rows due to the above configuration,
The majority carrier paths in the drain region do not substantially overlap. That is, the density of the majority carriers in the drain region is almost the same as that in the case where they are arranged adjacent to each other, and since the density of the source region can be reduced, the minority carriers injected from the gate region are reduced. Is less likely to jump into the source region.

【0031】さらに、ターンオフ時の過渡状態において
も、前記ソース領域がまばらに配置されているため、前
記ドレイン領域での前記多数キャリアの経路がほぼ重な
らず、前記多数キャリアの電流密度が上昇しないため、
ドレイン電界の上昇に伴う前記少数キャリアの対発生が
さらに低減される。
Further, even in the transient state at the time of turn-off, since the source regions are sparsely arranged, the paths of the majority carriers in the drain region do not substantially overlap with each other, and the current density of the majority carriers does not increase. For,
The minority carrier pair generation associated with the increase of the drain electric field is further reduced.

【0032】次に、請求項3記載の発明の構成による作
用について説明する。このような構成にすることによ
り、前記第二の溝が前記第一の溝と同一の工程で同時に
製造されるので、従来の製造製造装置を使用して従来と
同様の製造工程で容易に本発明の半導体装置を製造する
ことができる。
Next, the operation of the structure according to the third aspect of the invention will be described. With such a configuration, the second groove is simultaneously manufactured in the same step as the first groove, so that the conventional manufacturing apparatus can be used to easily manufacture the second groove in the same manufacturing step. The semiconductor device of the invention can be manufactured.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上説明したように請求項1記載の発明
によれば、前記ドレイン領域で対発生する前記少数キャ
リアの量を低減し、かつ、前記ゲート領域に排出される
前記少数キャリアの量を増せるため、素子のセルサイズ
を変えることなく、ターンオフ時のサステイン電圧を容
易に高めることができるという効果がある。また、ター
ンオフ速度を向上させることができるという効果があ
る。
As described above, according to the invention of claim 1, the amount of the minority carriers generated in the drain region is reduced, and the amount of the minority carriers discharged to the gate region is reduced. Therefore, the sustain voltage at turn-off can be easily increased without changing the cell size of the device. Further, there is an effect that the turn-off speed can be improved.

【0034】また、請求項2記載の発明によれば、請求
項1記載の発明の効果に加えて、2つの前記ゲート領域
に挟まれた、隣接する2つの前記主領域において、それ
ぞれの前記主領域にある前記ソース領域にとって、最も
近い前記ゲート領域が別々の前記ゲート領域であるよう
にしたので、定常の導通状態においては、電流利得を向
上させ半導体装置の駆動を容易にすることができるとい
う効果がある。またターンオフ時の過渡状態において
は、さらに少数キャリアの対発生を抑制することができ
るため、サステイン電圧をさらに高めることができると
いう効果がある。
According to the invention described in claim 2, in addition to the effect of the invention described in claim 1, in each of the two main regions adjacent to each other sandwiched between the two gate regions, each of the main regions is adjacent. Since the gate region closest to the source region in the region is the separate gate region, it is possible to improve the current gain and facilitate the driving of the semiconductor device in the steady conduction state. effective. Further, in the transient state at the time of turn-off, the generation of minority carrier pairs can be further suppressed, so that the sustain voltage can be further increased.

【0035】さらに、請求項3記載の発明によれば、請
求項1または請求項2記載の発明の効果に加えて、第二
の溝の内部に前記固定電位絶縁電極を有するようにした
ので、従来の製造プロセスを変更することなく容易に本
発明の半導体装置を実現することができるという効果が
ある。
Further, according to the invention of claim 3, in addition to the effect of the invention of claim 1 or claim 2, the fixed potential insulated electrode is provided inside the second groove. There is an effect that the semiconductor device of the present invention can be easily realized without changing the conventional manufacturing process.

【0036】[0036]

【発明の実施の形態】次に図面を参照して、本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図1〜図4は、本発明に係
る半導体装置の一実施形態を示す図面である。図1は素
子の基本構造を説明する斜視図であり、図2は図1の表
面と同じ部分を示す平面図であり、図3は図1の側面と
同じ断面図である。また、図4は図2の平面図中の線分
A−Aに沿って紙面に垂直に切った断面図である。ま
た、図1と図2においては、説明のため表面の電極であ
る金属膜ならびに表面保護膜を除去した様子を描いてい
る。なお、特に限定されないが、本実施の形態では半導
体をシリコンとし、第1導電型をn型、第2導電型をp
型として説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will now be described in detail with reference to the drawings. 1 to 4 are drawings showing an embodiment of a semiconductor device according to the present invention. 1 is a perspective view for explaining the basic structure of the element, FIG. 2 is a plan view showing the same portion as the surface of FIG. 1, and FIG. 3 is a sectional view of the same side surface of FIG. Further, FIG. 4 is a cross-sectional view taken along a line segment AA in the plan view of FIG. Further, in FIGS. 1 and 2, for the sake of explanation, a state in which the metal film which is an electrode on the surface and the surface protective film are removed is drawn. Although not particularly limited, in the present embodiment, the semiconductor is silicon, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type.
Described as a type.

【0037】初めに素子構造を説明する。まず図1〜図
4中において、n+型の基板領域1の上に形成されたn
型のドレイン領域2の表面(一主面)に、互いに平行に
配置された複数の第1の溝9が形成されている。第1の
溝9の内部は、第1の絶縁膜5が形成され、ドレイン領
域2とは絶縁されている。また第1の溝9は、高濃度の
p+型ポリシリコンよりなる第1のMOS電極4で埋め
られている。第1の溝9の長手方向のそれぞれの端部に
接するようにp型のゲート領域8がそれぞれ設けられて
いる。隣り合う第1の溝9同士を連通する第2の溝12
は、第1の溝9の長手方向の中心からいずれかの端の方
向にずれた位置で第1の溝9同士を連通している。即
ち、隣り合う第1の溝9で挟まれた領域は、第2の溝1
2により不均等に分割されている。そして、隣り合う第
1の溝9で挟まれた領域の内、短い方の領域の第2の溝
12に接する部分には、高濃度のn+型領域であるソー
ス領域3が設けられている。
First, the device structure will be described. First, in FIGS. 1 to 4, n formed on the n + type substrate region 1 is formed.
A plurality of first trenches 9 arranged in parallel to each other are formed on the surface (one main surface) of the drain region 2 of the mold. A first insulating film 5 is formed inside the first groove 9 and is insulated from the drain region 2. The first trench 9 is filled with the first MOS electrode 4 made of high-concentration p + type polysilicon. P-type gate regions 8 are provided so as to contact the respective ends of the first trenches 9 in the longitudinal direction. Second groove 12 that connects adjacent first grooves 9 to each other
Connect the first grooves 9 to each other at a position displaced from the center of the first grooves 9 in the longitudinal direction toward either end. That is, the area sandwiched between the adjacent first grooves 9 is the second groove 1
It is unevenly divided by two. A source region 3 that is a high-concentration n + type region is provided in a portion of the region sandwiched by the adjacent first trenches 9 that is in contact with the second trench 12 in the shorter region.

【0038】ドレイン電極11は、n+型基板領域1の
他の主面とオーミックコンタクトしている。ソース電極
13は、ソース領域3とさらにMOS型電極4とオーミ
ックコンタクトしている。すなわち、第1のMOS型電
極4はソース電位に固定されている。よって、この第1
のMOS型電極4と第1の絶縁膜5を合わせて第1の固
定電位絶縁電極6と呼ぶ。
The drain electrode 11 is in ohmic contact with the other main surface of the n + type substrate region 1. The source electrode 13 is in ohmic contact with the source region 3 and further with the MOS electrode 4. That is, the first MOS electrode 4 is fixed to the source potential. Therefore, this first
The MOS type electrode 4 and the first insulating film 5 are collectively referred to as a first fixed potential insulating electrode 6.

【0039】この第1の固定電位絶縁電極6の断面構造
は、図2に示すように例えば「U」の字のように側壁が
ほぼ垂直な第1の溝9の中に形成されている。また図
中、ソース領域3は第1の絶縁膜5に接しているように
描いているが、ソース領域3が第1の固定電位絶縁電極
6に挟み込まれるように配置されていれば接していなく
てもよい。
The sectional structure of the first fixed potential insulated electrode 6 is formed in a first groove 9 whose side wall is substantially vertical like a letter "U" as shown in FIG. Further, in the drawing, the source region 3 is drawn so as to be in contact with the first insulating film 5, but if the source region 3 is arranged so as to be sandwiched by the first fixed potential insulating electrode 6, it does not contact. May be.

【0040】さらに図2において第1の固定電位絶縁電
極6の間に挟まれたドレイン領域2をチャネル領域7と
呼ぶ。さらに図1ならびに図3に示すように、第1の絶
縁膜5に接してソース領域3とは離れたところに、p型
のゲート領域8が存在する。図3中、18はこのゲート
領域8とオーミックコンタクトする電極でゲート電極と
呼ぶ。なお、10は層間絶縁膜である。
Further, in FIG. 2, the drain region 2 sandwiched between the first fixed potential insulating electrodes 6 is called a channel region 7. Further, as shown in FIGS. 1 and 3, a p-type gate region 8 exists in a position in contact with the first insulating film 5 and away from the source region 3. In FIG. 3, reference numeral 18 denotes an electrode which makes ohmic contact with the gate region 8 and is called a gate electrode. Incidentally, 10 is an interlayer insulating film.

【0041】本発明の特徴は、ソース領域3が、2つの
ゲート領域8と2つの第1の固定電位絶縁電極6に囲ま
れた単位セル領域に1つだけ形成しており、かつ、2つ
のゲート領域8から不均等となる距離に配置している。
また、ソース領域3を挟む2つのゲート領域8のうち、
ソース領域3から遠い方のゲート領域3に対面するよう
に、ソース領域3に隣接し、かつ、第1の固定電位絶縁
電極6に接するように、第2の固定電位絶縁電極16が
配置されている。
A feature of the present invention is that only one source region 3 is formed in a unit cell region surrounded by two gate regions 8 and two first fixed potential insulating electrodes 6, and two source regions 3 are formed. It is arranged at an unequal distance from the gate region 8.
In addition, of the two gate regions 8 that sandwich the source region 3,
A second fixed potential insulating electrode 16 is arranged so as to face the gate region 3 farther from the source region 3 and be adjacent to the source region 3 and in contact with the first fixed potential insulating electrode 6. There is.

【0042】第2の固定電位絶縁電極16は第2の絶縁
膜15並びに第2のMOS型電極14から構成されてお
り、本実施の形態においては、第2の絶縁膜15は第1
の絶縁膜5と、第2のMOS型電極14は第1のMOS
型電極4と、同一の材質の場合を示している。
The second fixed potential insulating electrode 16 is composed of the second insulating film 15 and the second MOS type electrode 14. In the present embodiment, the second insulating film 15 is the first insulating film 15.
Of the insulating film 5 and the second MOS type electrode 14 of the first MOS
The case of the same material as the mold electrode 4 is shown.

【0043】本実施の形態においては、一例として製造
方法が容易に実現できる構造を例示しているが、第2の
固定電位絶縁電極16の部分は、例えば、第2の溝12
だけが形成されているだけでも構わないし、第2の絶縁
膜15や第2のMOS型電極14が一部だけ形成されて
いても構わない。また、本実施の形態においては、一例
として第2の固定電位絶縁電極16の幅が第1の固定電
位絶縁電極6の幅と同じ幅の場合を示しているが、第2
の固定電位絶縁電極16の幅は第1の固定電位絶縁電極
6の幅より太くても細くても構わない。また、第2の絶
縁膜15はソース領域3に接しているように描いている
が、ソース領域3が第1の固定電位絶縁電極6と第2の
固定電位絶縁電極16に挟み込まれるように配置されて
いれば接していなくてもよい。
In the present embodiment, a structure in which the manufacturing method can be easily realized is illustrated as an example, but the portion of the second fixed potential insulating electrode 16 is, for example, the second groove 12.
Only the second insulating film 15 or the second MOS type electrode 14 may be partially formed. In the present embodiment, as an example, the width of the second fixed potential insulating electrode 16 is the same as the width of the first fixed potential insulating electrode 6, but the second fixed potential insulating electrode 16 has the same width.
The width of the fixed potential insulating electrode 16 may be larger or smaller than the width of the first fixed potential insulating electrode 6. Although the second insulating film 15 is drawn so as to be in contact with the source region 3, it is arranged so that the source region 3 is sandwiched between the first fixed potential insulating electrode 6 and the second fixed potential insulating electrode 16. You don't have to be in contact with them if they are done.

【0044】さらに本実施の形態においては、例えば、
2つのゲート領域8に挟まれた、隣り合う2つの単位セ
ル領域にあるそれぞれのソース領域3にとって、最も近
いゲート領域8がそれぞれ別々のゲート領域8となるよ
うに、互い違いに配置された構造において説明する。な
お、2つのゲート領域8に挟まれた隣り合う各単位セル
領域のソース領域3の配置に関しては、複数個おきに互
い違いに配置していても構わないし、一方のゲート領域
8側に対面するように並んでいても構わない。
Further, in the present embodiment, for example,
In the structure in which the source regions 3 in the two adjacent unit cell regions sandwiched between the two gate regions 8 are staggered so that the closest gate regions 8 become different gate regions 8. explain. Regarding the arrangement of the source regions 3 of the adjacent unit cell regions sandwiched between the two gate regions 8, a plurality of source regions 3 may be arranged alternately, and one source region 3 may face the other. It doesn't matter if they are lined up.

【0045】次に、本実施形態の半導体装置の動作を説
明する。この素子は、例えばソース電極13は接地(0
V)され、ドレイン電極11は例えばモータ等の誘導負
荷を介してしかるべき正の電位を印加して使用する。
Next, the operation of the semiconductor device of this embodiment will be described. In this element, for example, the source electrode 13 is grounded (0
V) and the drain electrode 11 is used by applying an appropriate positive potential through an inductive load such as a motor.

【0046】まず、ゲート電極18が接地されていると
き、素子は遮断状態にある。図4を使って説明すると、
第1の固定電位絶縁電極6の周囲には第1のMOS型電
極4のビルトイン電位に伴う空乏層が形成されている
が、チャネル領域7内で対向する2つの第1の固定電位
絶縁電極6間の距離(以下、これをチャネル厚みHと呼
ぶことにする)が充分狭ければ、チャネル領域7にはこ
の空乏領域によって伝導電子に対する充分なポテンシャ
ル障壁が形成される。例えば第1の絶縁膜5の厚さを1
00nm程度、チャネル領域7の不純物濃度を1×10
14cm-3程度、チャネル厚みHを2μm以下に設定すれ
ば、ソース領域3の伝導電子がチャネル領域7を通って
ドレイン領域2側へ移動することを阻むに充分なポテン
シャル障壁を形成することができ、前記距離が狭ければ
狭いほど(チャネル厚みHが薄いほど)、その遮断性能
は向上する。
First, when the gate electrode 18 is grounded, the device is in the cutoff state. To explain using FIG. 4,
A depletion layer associated with the built-in potential of the first MOS-type electrode 4 is formed around the first fixed potential insulating electrode 6, but the two first fixed potential insulating electrodes 6 facing each other in the channel region 7 are formed. If the distance between them (hereinafter referred to as the channel thickness H) is sufficiently small, a sufficient potential barrier for conduction electrons is formed in the channel region 7 by this depletion region. For example, if the thickness of the first insulating film 5 is 1
The channel region 7 has an impurity concentration of about 1 × 10
If the channel thickness H is set to about 14 cm −3 and the channel thickness H is set to 2 μm or less, a potential barrier sufficient to prevent the conduction electrons of the source region 3 from moving through the channel region 7 to the drain region 2 side can be formed. If the distance is narrower (the channel thickness H is thinner), the barrier performance is improved.

【0047】次に導通状態であるが、ゲート電極18の
電位すなわちp型ゲート領域8の電位をたとえば+0.
5Vの正電位を印加すると、正孔は上記とは逆にp型ゲ
ート領域8から、第1の絶縁膜5の界面へと流れ込んで
反転層を形成し、ポテンシャル障壁を作っている第1の
MOS型電極4からチャネル領域7への電気力線を遮蔽
し、チャネル領域7中の伝導電子に対するポテンシャル
障壁を低下させる。すなわち、ドレイン領域2とソース
領域3は導通状態となる。
Next, in the conductive state, the potential of the gate electrode 18, that is, the potential of the p-type gate region 8 is set to +0.
When a positive potential of 5 V is applied, holes flow into the interface of the first insulating film 5 from the p-type gate region 8 contrary to the above to form an inversion layer and form a potential barrier. The lines of electric force from the MOS electrode 4 to the channel region 7 are shielded, and the potential barrier for conduction electrons in the channel region 7 is lowered. That is, the drain region 2 and the source region 3 are brought into conduction.

【0048】さらに、ゲート電極18の電位を上げてい
くと、p型ゲート領域8と周辺のn型領域からなるpn
接合が順バイアスされ、正孔は直接ドレイン領域2なら
びにチャネル領域7へと注入される。すると、素子耐圧
を保つために不純物濃度を薄く、高抵抗に作られていた
これらn型の領域は伝導度が高められ、ドレイン電流の
成分である電子流はソース領域3から基板領域1へと低
い抵抗で流れるようになる。このソース領域3から流れ
る電子流は、基板領域1へと近づくに従って、ドレイン
領域2の厚みに応じて放射状に広がるため、電子流の経
路は、ちょうどソース領域3を頂点として基板領域1を
底面とした円錐形状となる。
When the potential of the gate electrode 18 is further increased, the pn formed of the p-type gate region 8 and the peripheral n-type region is formed.
The junction is forward biased and holes are directly injected into the drain region 2 as well as the channel region 7. Then, the conductivity is increased in these n-type regions, which have been made to have a low impurity concentration and a high resistance in order to maintain the device breakdown voltage, and the electron current which is a component of the drain current flows from the source region 3 to the substrate region 1. It comes to flow with low resistance. The electron flow flowing from the source region 3 spreads radially according to the thickness of the drain region 2 as it approaches the substrate region 1. Therefore, the electron flow path has the source region 3 as the apex and the substrate region 1 as the bottom surface. It becomes a conical shape.

【0049】本実施の形態においては、2つのゲート領
域8と2つの第1の固定電位絶縁電極6に囲まれた単位
セル領域にソース領域3を1つだけ形成しており、か
つ、隣り合った単位セル領域中の各ソース領域3を、ソ
ース領域3から最も近いゲート領域8がそれぞれ別のゲ
ート領域8となるように互い違いに配置しているため、
導通状態におけるドレイン領域2での電子流の経路はほ
ぼ重ならない効率的な配置となっている。
In this embodiment, only one source region 3 is formed in the unit cell region surrounded by the two gate regions 8 and the two first fixed potential insulating electrodes 6, and they are adjacent to each other. Since the source regions 3 in the unit cell region are alternately arranged so that the gate region 8 closest to the source region 3 is a different gate region 8.
The paths of the electron currents in the drain region 2 in the conductive state are arranged so as not to substantially overlap with each other.

【0050】このことから、ソース領域3の主面上の密
度が従来技術に比較して半分になっているにもかかわら
ず、ドレイン領域2中での電子流の密度は従来とほぼ変
わらないため、オン抵抗は従来と同等となる。さらに、
本実施の形態においては、従来に比べソース領域3の密
度が減り、ゲート領域8から注入された正孔がソース領
域3に飛び込む割合が低減されることから、ある一定の
ドレイン電流値を駆動するのに必要なゲート電流値が低
減され、いわゆる電流利得が向上し、本発明による半導
体装置の駆動が容易となる。
From this fact, the density of the electron flow in the drain region 2 is almost the same as the conventional one, although the density on the main surface of the source region 3 is half that in the prior art. , The on-resistance becomes the same as the conventional one. further,
In the present embodiment, the density of the source region 3 is reduced and the ratio of holes injected from the gate region 8 jumping into the source region 3 is reduced as compared with the prior art, so that a certain drain current value is driven. The gate current value necessary for this is reduced, so-called current gain is improved, and the semiconductor device according to the present invention can be easily driven.

【0051】次に、この素子をターンオフさせるため
に、ゲート電極18を接地(0V)もしくは負電位にす
ると、ドレイン領域2並びにチャネル領域7内にあった
過剰な正孔はゲート領域8へと流れ込み、正孔濃度はゲ
ート領域8近傍から順々に減少していく。また、ドレイ
ン領域2のうちゲート領域8から離れている部分にあっ
た過剰な正孔も、電位が低い表面のチャネル領域7へと
移動し、ドレイン領域2の正孔は枯渇していく。
Next, in order to turn off this element, the gate electrode 18 is set to ground (0 V) or a negative potential, and excess holes in the drain region 2 and the channel region 7 flow into the gate region 8. , The hole concentration gradually decreases from the vicinity of the gate region 8. In addition, the excess holes in the part of the drain region 2 which is distant from the gate region 8 also move to the channel region 7 on the surface where the potential is low, and the holes in the drain region 2 are depleted.

【0052】このとき、本実施の形態においては、2つ
のゲート領域8と第1の固定電位絶縁電極6に囲まれた
単位セル領域が、第2の固定電位絶縁電極16で分割さ
れている。分割された単位セル領域のうち、ソース領域
8が有る側の表面に移動した正孔は、ソース領域3から
近いゲート領域8へと、ソース領域3が無い側の表面に
移動した正孔は、もう一方のゲート領域8へと移動す
る。
At this time, in the present embodiment, the unit cell region surrounded by the two gate regions 8 and the first fixed potential insulating electrode 6 is divided by the second fixed potential insulating electrode 16. Of the divided unit cell regions, the holes that have moved to the surface on the side where the source region 8 is present move from the source region 3 to the closer gate region 8 and the holes that move to the surface on the side where the source region 3 is absent. It moves to the other gate region 8.

【0053】つまり、ソース領域3が無い側の表面に移
動した正孔は、ソース領域3から流れる電子流のターン
オフ動作には影響しない。このことから、ソース領域3
が有る側の表面に移動した正孔に関しては、ゲート領域
8近傍から排出され、ソース領域3直下にいた正孔は最
後に排出されるため、ソース領域3から基板領域1へと
流れる電子流の経路は、導通状態と同様に、ソース領域
3直下に維持される。つまり、定常の導通状態と同様
に、ドレイン領域2での電子流の経路はほぼ重ならない
ため、過渡状態においてもドレイン領域2における電子
流の密度は高くない。
That is, the holes that have moved to the surface where the source region 3 is not present do not affect the turn-off operation of the electron flow flowing from the source region 3. From this, the source region 3
Regarding the holes that have moved to the surface on the side where there is, the holes that were directly under the source region 3 are discharged from the vicinity of the gate region 8, and the holes that were immediately below the source region 3 are discharged finally. The path is maintained right below the source region 3 as in the conductive state. That is, as in the steady conduction state, the electron flow paths in the drain region 2 do not substantially overlap with each other, so that the electron flow density in the drain region 2 is not high even in the transient state.

【0054】また、ドレイン電極11の電位が上昇し、
ドレイン領域2に空乏層が広がることで、ドレイン領域
2における高電界中をキャリアが走行することで、新た
にキャリアの対発生が起こる。このドレイン領域2で発
生したキャリアのうち、電子はそのまま電子流を構成す
る。一方、正孔は電子流の経路とは逆向きに、表面のチ
ャネル領域7へと移動し、第1の固定電位絶縁電極6界
面を通って、ゲート領域8に排出される。このとき、本
実施の形態においては、正孔が対発生する位置がソース
領域3直下のドレイン領域2であるため、正孔の発生位
置がゲート領域8に近く、従来に比べて、ゲート領域8
への正孔の引き抜き経路の抵抗が小さくなっている。
Further, the potential of the drain electrode 11 rises,
When the depletion layer spreads in the drain region 2, carriers travel in a high electric field in the drain region 2, so that a new pair of carriers is generated. Of the carriers generated in the drain region 2, the electrons directly constitute the electron flow. On the other hand, the holes move to the channel region 7 on the surface in the direction opposite to the path of the electron flow, and are discharged to the gate region 8 through the interface of the first fixed potential insulating electrode 6. At this time, in the present embodiment, since the position where holes are pair-generated is the drain region 2 immediately below the source region 3, the position where holes are generated is closer to the gate region 8 and thus the gate region 8 is different from the conventional one.
The resistance of the hole extraction path to the hole is small.

【0055】以上のことにより、本実施の形態では、タ
ーンオフ時の過渡状態において、正孔の対発生を抑え、
かつ、発生した正孔の排出経路の抵抗が小さい構造をし
ているため、ドレイン領域2で対発生する正孔の量と、
ゲート領域8に引き抜かれる正孔の量とが等しくなるサ
ステイン電圧を、従来に比べて向上することができる。
As described above, in the present embodiment, generation of pairs of holes is suppressed in the transient state at turn-off,
Further, since the resistance of the generated hole discharge path is small, the amount of holes generated in the drain region 2 is
The sustain voltage at which the amount of holes extracted to the gate region 8 becomes equal can be improved compared to the conventional case.

【0056】なお、本実施の形態においては、従来の素
子構造と同様に、通常のバイポーラトランジスタで知ら
れるようなサステイン動作による破壊は生じない。なぜ
なら、本実施の形態においては電子流が流れるソース領
域3から基板領域1の間にはP型領域がないため、例え
ば、ひとつのソース領域3に電子流が集中しようとして
も、その部分の温度が高くなり抵抗が高くなることか
ら、電子流が流れにくくなり、相対的に温度が低く抵抗
の低い別のソース領域3から電子流が流れ、結局、電子
流が任意のソース領域3に集中しないという、いわゆる
負帰還がかかるからである。
In the present embodiment, like the conventional element structure, the breakdown due to the sustain operation which is known in the normal bipolar transistor does not occur. This is because, in the present embodiment, since there is no P-type region between the source region 3 through which the electron flow flows and the substrate region 1, even if the electron flow concentrates on one source region 3, the temperature of that part Becomes higher and the resistance becomes higher, so that the electron flow becomes difficult to flow, the electron flow flows from another source region 3 having a relatively low temperature and low resistance, and eventually the electron flow does not concentrate on any source region 3. That is because the so-called negative feedback is applied.

【0057】つまり、本実施の形態の素子構造を複数形
成した半導体チップにおいては、サステイン動作時に
は、本実施の形態の素子構造が形成された全領域で電子
流が流れる性質を有する。この性質は、この本実施の形
態をモータ等を駆動する誘導負荷回路に使用した場合
に、ターンオフ時の誘導起電力で発生するドレイン電圧
の上昇による、同じ半導体チップ内に形成されるガード
リング等の耐圧構造への負担を回避できるという利点に
なる。
That is, in a semiconductor chip having a plurality of device structures according to the present embodiment formed, during the sustain operation, the electron flow has the property of flowing in the entire region where the device structure according to the present embodiment is formed. This property is due to the fact that, when this embodiment is used in an inductive load circuit for driving a motor or the like, a guard ring, etc. formed in the same semiconductor chip due to an increase in drain voltage generated by an induced electromotive force at turn-off. This is an advantage that the burden on the pressure resistant structure can be avoided.

【0058】また、本実施の形態においては、チャネル
領域7からの正孔の引き抜き経路が短く、かつ正孔が滞
留しにくい構造であるため、チャネル領域7の遮断速
度、つまり、ターンオフ速度も従来に比べて向上し、従
来より高速動作が要求される用途にも利用範囲が拡大す
る。
Further, in the present embodiment, since the hole extraction path from the channel region 7 is short and the holes are less likely to stay, the blocking speed of the channel region 7, that is, the turn-off speed is also conventionally. Compared with the above, the range of use is expanded to applications requiring higher speed operation than before.

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

【図1】本発明に係る半導体装置の実施形態を説明する
斜視図である。
FIG. 1 is a perspective view illustrating an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図2】本発明に係る半導体装置の実施形態における表
面構造を示す断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view showing a surface structure in an embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

【図3】本発明に係る半導体装置の実施形態を他の角度
から見た断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view of an embodiment of a semiconductor device according to the present invention seen from another angle.

【図4】本発明に係る半導体装置の実施形態の別の断面
図である。
FIG. 4 is another sectional view of the embodiment of the semiconductor device according to the present invention.

【図5】従来例の半導体装置の斜視図である。FIG. 5 is a perspective view of a conventional semiconductor device.

【図6】従来例の半導体装置の断面図である。FIG. 6 is a sectional view of a conventional semiconductor device.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…基板領域 2…ドレイン領域 3…ソース領域 4…第1のMOS型電極 5…第1の絶縁膜 6…第1の固定電位絶縁電極 7…チャネル領域 8…ゲート領域 9…第1の溝 10…層間絶縁膜 11…ドレイン電極 12…第2の溝 13…ソース電極 14…第2のMOS型電極 15…第2の絶縁膜 16…第2の固定電位絶縁電極 18…ゲート電極 1 ... Substrate area 2 ... Drain region 3 ... Source area 4 ... First MOS type electrode 5 ... First insulating film 6 ... First fixed potential insulated electrode 7 ... Channel area 8 ... Gate area 9 ... First groove 10 ... Interlayer insulating film 11 ... Drain electrode 12 ... second groove 13 ... Source electrode 14 ... Second MOS type electrode 15 ... Second insulating film 16 ... Second fixed potential insulated electrode 18 ... Gate electrode

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ドレイン領域である第一導電型の半導体
基体の一主面に、互いに平行に配置された第一の溝を複
数有し、 第一の溝に挟まれた前記主面に、第一導電型のソース領
域を有し、 第一の溝の内部には、絶縁膜によって前記ドレイン領域
とは絶縁され、かつ、前記ソース領域と同電位に保たれ
た固定電位絶縁電極を有し、 前記固定電位絶縁電極は、前記絶縁膜を介して隣接する
前記ドレイン領域に空乏領域を形成するような仕事関数
の導電性材料から成り、 前記ソース領域に接する前記ドレイン領域の一部であっ
て、前記固定電位絶縁電極によって挟み込まれたチャネ
ル領域を有し、 該チャネル領域には前記固定電位絶縁電極の周囲に形成
された前記空乏領域によって多数キャリアの移動を阻止
するポテンシャル障壁が形成されていて、前記固定電位
絶縁電極を取り囲む前記絶縁膜の界面に少数キャリアを
導入して反転層を形成し、 前記固定電位絶縁電極から前記ドレイン領域への電界を
遮蔽して前記チャネル領域に形成されたポテンシャル障
壁を減少もしくは消滅させてチャネルを開くべく、前記
主面ならびに前記絶縁膜ならびに前記ドレイン領域に接
して、前記ソース領域には接しない、第二導電型のゲー
ト領域を一定の間隔を置いて複数有し、 前記主面のうち、対向する2つの前記ゲート領域と隣合
う2つの第一の溝とに囲まれた主領域には対向する2つ
の前記ゲート領域から不均等な距離に位置する1つの前
記ソース領域を有し、 該ソース領域と該ソース領域から遠い方の前記ゲート領
域との間の前記主領域において、該ソース領域に隣接
し、かつ、隣り合う第一の溝同士を連通するとともに前
記主面に接する第二の溝を有することを特徴とする半導
体装置。
1. A plurality of first grooves arranged parallel to each other are formed on one main surface of a semiconductor substrate of the first conductivity type which is a drain region, and the main surface sandwiched by the first grooves is provided. A source region of the first conductivity type is provided, and a fixed potential insulating electrode insulated from the drain region by an insulating film and kept at the same potential as the source region is provided inside the first groove. The fixed potential insulating electrode is made of a conductive material having a work function that forms a depletion region in the drain region that is adjacent to the drain region through the insulating film, and is a part of the drain region in contact with the source region. A fixed potential insulated electrode sandwiched between the fixed potential insulated electrodes, and a depletion region formed around the fixed potential insulated electrode to form a potential barrier for blocking movement of majority carriers. , A minority carrier is introduced into an interface of the insulating film surrounding the fixed potential insulating electrode to form an inversion layer, and an electric field from the fixed potential insulating electrode to the drain region is shielded to form a potential formed in the channel region. A plurality of second-conductivity-type gate regions, which are in contact with the main surface, the insulating film, and the drain region and are not in contact with the source region, are formed at regular intervals in order to reduce or eliminate the barrier and open the channel. 1 of the main surface, which is located at an unequal distance from the two facing gate regions in a main region surrounded by the two facing gate regions and two adjacent first trenches. A plurality of the source regions, the main region between the source region and the gate region remote from the source region is adjacent to and adjacent to the source region. Wherein a has a second groove in contact with the main surface communicated with the grooves with each other.
【請求項2】 2つの前記ゲート領域に挟まれた、隣接
する2つの前記主領域において、それぞれの前記主領域
にある前記ソース領域にとって、最も近い前記ゲート領
域が別々の前記ゲート領域であることを特徴とする請求
項1に記載の半導体装置。
2. In two adjacent main regions sandwiched between the two gate regions, the gate region closest to the source region in each of the main regions is a separate gate region. The semiconductor device according to claim 1, wherein:
【請求項3】 第二の溝の内部に前記固定電位絶縁電極
を有することを特徴とする請求項1または請求項2に記
載の半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the fixed potential insulating electrode is provided inside the second groove.
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