JP2003101022A - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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JP2003101022A
JP2003101022A JP2001298311A JP2001298311A JP2003101022A JP 2003101022 A JP2003101022 A JP 2003101022A JP 2001298311 A JP2001298311 A JP 2001298311A JP 2001298311 A JP2001298311 A JP 2001298311A JP 2003101022 A JP2003101022 A JP 2003101022A
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semiconductor layer
semiconductor
power
impurity concentration
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Wataru Saito
渉 齋藤
Ichiro Omura
一郎 大村
Shoichi Yamaguchi
正一 山口
Satoshi Aida
聡 相田
Shotaro Ono
昇太郎 小野
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Original Assignee
Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power MOS-FET whose ON-resistance is lowered in a superjunction structure and whose built-in diode has inverse recovery characteristics in a soft recovery waveform. SOLUTION: This power MOS-FET has an n-type drift layer 2 inserted on the drain side of its vertical superjunction structure comprising an n-type layer 3 and a p-type resurf layer 4. When a high voltage is applied to the MOS-FET, the n-type layer 3 and the p-type resurf layer 4 are completely depleted, and the impurity concentration of the n-type drift layer 2 is lower than the impurity concentration of the n-type layer 3.

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、電力用半導体素子
に係り、特に伝導層(ドリフト層)部分にリサーフ構造
を有する電力用半導体素子に関するもので、例えば縦形
パワーMOSFET、SBD(ショッキーバリアダイオ
ード)やSIT(静電誘導型トランジスタ)、IGBT
(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)などに使用さ
れるものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a power semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device having a resurf structure in a conductive layer (drift layer) portion, for example, a vertical power MOSFET and an SBD (Shocky barrier diode). And SIT (static induction transistor), IGBT
(Insulated gate bipolar transistor) and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】縦形パワーMOSFETにおいて、その
オン抵抗は、伝導層(ドリフト層)部分の電気抵抗に大
きく依存する。このドリフト層の電気抵抗を決定するド
ープ濃度は、ベースとドリフト層が形成するpn接合の
耐圧に応じて限界以上には上げられない。このため、素
子耐圧とオン抵抗にはトレードオフの関係が存在し、こ
のトレードオフを改善することが低消費電力素子には重
要となる。このトレードオフには素子材料により決まる
限界があり、この限界を越えることが既存のパワー素子
を越える低オン抵抗素子の実現への道である。
2. Description of the Related Art In a vertical power MOSFET, its on-resistance largely depends on the electric resistance of a conductive layer (drift layer). The doping concentration that determines the electrical resistance of the drift layer cannot be increased beyond the limit depending on the breakdown voltage of the pn junction formed by the base and the drift layer. Therefore, there is a trade-off relationship between the element breakdown voltage and the on-resistance, and it is important for the low power consumption element to improve this trade-off. This trade-off has a limit determined by the element material, and exceeding this limit is the way to realize a low on-resistance element that exceeds existing power elements.

【0003】この問題を解決するパワーMOSFETの
一例として、ドリフト層にスーパージャンクション(超
接合)構造と呼ばれるリサーフ構造を埋め込んだ構造が
知られている。
As an example of a power MOSFET that solves this problem, there is known a structure in which a resurf structure called a super junction (super junction) structure is embedded in a drift layer.

【0004】図18は、従来のパワーMOSFETの構
成を模式的に示す断面図である。
FIG. 18 is a sectional view schematically showing the structure of a conventional power MOSFET.

【0005】このMOSFETは、n−型ドリフト層1
03の一方の表面にn+型ドレイン層101が形成さ
れ、このn+型ドレイン層101上にはドレイン電極1
05が形成されている。また、n−型ドリフト層103
の他方の表面には複数のp型ベース層106が選択的
(横方向に周期的)に形成され、この各p型ベース層1
06表面にはn+型ソース層107が選択的に形成され
ている。
This MOSFET has an n--type drift layer 1
N + type drain layer 101 is formed on one surface of the drain electrode 03, and the drain electrode 1 is formed on the n + type drain layer 101.
05 is formed. In addition, the n − type drift layer 103
A plurality of p-type base layers 106 are selectively formed (periodically in the lateral direction) on the other surface of each of the p-type base layers 1.
An n + type source layer 107 is selectively formed on the surface of 06.

【0006】さらに、n+型ソース層107およびp型
ベース層106からn−型ドリフト層103を介して隣
りのp型ベース層106およびn+型ソース層107に
至る領域上、つまり、横方向に隣り合うn+型ソース層
107相互間でp型ベース層106の表面上およびn−
型ドリフト層103の表面上にゲート絶縁膜109を介
してゲート電極110が形成されている。また、ゲート
絶縁膜109を介してゲート電極110を両側から挟む
ように、p型ベース層106およびn+型ソース層10
7の表面に接合するソース電極108が形成されてい
る。
Further, on the region from the n + type source layer 107 and the p type base layer 106 to the adjacent p type base layer 106 and the n + type source layer 107 through the n− type drift layer 103, that is, in the lateral direction. On the surface of the p-type base layer 106 between the matching n + -type source layers 107 and n−.
A gate electrode 110 is formed on the surface of the mold drift layer 103 via a gate insulating film 109. Further, the p-type base layer 106 and the n + -type source layer 10 are sandwiched so as to sandwich the gate electrode 110 from both sides with the gate insulating film 109 interposed therebetween.
A source electrode 108 is formed so as to be joined to the surface of 7.

【0007】そして、n−型ドリフト層103の中に
は、p型ベース層106に接続されたp型リサーフ層1
04が所定の深さで縦方向に形成されており、このp型
リサーフ層104とn−層103の一部が交互に横方向
に繰り返す縦型リサーフ構造が形成されている。この場
合、リサーフ間隔(セル幅)を狭くすることにより、n
−層103の不純物濃度を増やすことが可能となり、オ
ン抵抗が下がる。
In the n-type drift layer 103, the p-type RESURF layer 1 connected to the p-type base layer 106 is provided.
04 is formed in a vertical direction at a predetermined depth, and a part of the p-type RESURF layer 104 and the n-layer 103 are alternately repeated in the horizontal direction to form a vertical RESURF structure. In this case, by narrowing the RESURF interval (cell width), n
-It becomes possible to increase the impurity concentration of the layer 103, and the on-resistance decreases.

【0008】ところで、MOSFETをスイッチング電
源やインバータなどに応用する場合、MOSFETと並
列に高速ダイオードを接続せずに、n−型ドリフト層1
03とp型ベース層106で形成される内蔵ダイオード
を動作させることがある。
By the way, when the MOSFET is applied to a switching power supply or an inverter, the n-type drift layer 1 is not connected to the MOSFET in parallel with the high speed diode.
03 and the p-type base layer 106 may operate the built-in diode.

【0009】この場合には、MOSFETのオン特性や
スイッチング特性に加えて、内蔵ダイオードの回復特性
も重要な特性の一つとなる。中でも内蔵ダイオードのオ
ン状態からオフ状態に移る逆回復特性が重要な特性とな
る。通常のMOSFETの内蔵ダイオード逆回復特性
は、通常の高速ダイオードと逆回復電流や逆回復時間の
大小はあるものの、電流波形が滑らかなソフトなリカバ
リー波形となる。
In this case, the recovery characteristics of the built-in diode are one of the important characteristics in addition to the on characteristics and switching characteristics of the MOSFET. Among them, the reverse recovery characteristic in which the built-in diode shifts from the ON state to the OFF state is an important characteristic. The built-in diode reverse recovery characteristic of a normal MOSFET has a soft recovery waveform with a smooth current waveform, although the reverse recovery current and the reverse recovery time are different from those of a normal high speed diode.

【0010】しかし、ドリフト層にスーパージャンクシ
ョン構造を有するMOSFETの内蔵ダイオード逆回復
特性は、電流が急激に変化するハードなリカバリー波形
となり、ノイズの原因となる。
However, the built-in diode reverse recovery characteristic of the MOSFET having a super junction structure in the drift layer causes a hard recovery waveform in which the current changes abruptly, which causes noise.

【0011】この原因は、ドリフト層空乏化の様子の違
いにある。通常のMOSFETのドリフト層は、印加電
圧が大きくなると徐々に空乏化が進むが、スーパージャ
ンクション構造は、少しの印加電圧で完全に空乏するの
で、ドリフト層103内のキャリアが速やかになくな
る。このため、内蔵ダイオードの逆回復時には、流れて
いる電流が急激に零となるハードなリカバリー波形とな
ってしまう。
The cause is the difference in the state of depletion of the drift layer. The drift layer of a normal MOSFET is gradually depleted as the applied voltage increases, but the superjunction structure is completely depleted with a small applied voltage, so that carriers in the drift layer 103 disappear quickly. Therefore, at the time of reverse recovery of the built-in diode, the flowing current becomes a hard recovery waveform in which the current suddenly becomes zero.

【0012】[0012]

【発明が解決しようとする課題】上記したように従来の
スーパージャンクション構造を有するMOSFETの内
蔵ダイオード逆回復特性は、電流が急激に変化するハー
ドなリカバリー波形となり、ノイズの原因となるという
問題があった。
As described above, the built-in diode reverse recovery characteristic of the MOSFET having the conventional super junction structure has a problem that it causes a hard recovery waveform in which the current changes rapidly and causes noise. It was

【0013】本発明は上記の問題点を解決すべくなされ
たもので、スーパージャンクション構造によりオン抵抗
を下げつつ、内蔵ダイオードの逆回復特性がソフトなリ
カバリー波形となる電力用半導体素子を提供することを
目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, and provides a power semiconductor element in which the reverse recovery characteristic of a built-in diode is a soft recovery waveform while reducing the on-resistance by a super junction structure. With the goal.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】本発明の電力用半導体素
子は、第1導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導
体層上に形成され、深さ方向とは直交する方向の面内で
周期的に配置された第1導電型の第2の半導体層および
第2導電型の第3の半導体層と、前記第1の半導体層に
電気的に接続された第1の主電極と、前記第2の半導体
層と第3の半導体層表面に選択的に形成された第2導電
型の第4の半導体層と、前記第4の半導体層の表面に選
択的に形成された第1導電型の第5の半導体層と、前記
第4の半導体層および第5の半導体層の各表面に接合す
るように形成された第2の主電極と、前記第4の半導体
層と、第5の半導体層、第2の半導体層のそれぞれにゲ
ート絶縁膜を介して形成された制御電極とを具備し、前
記第1の主電極と第2の主電極との間に所定の電圧を加
えた時に前記第2の半導体層と第3の半導体層が完全に
空乏化し、前記第1の半導体層の不純物濃度が第2の半
導体層の不純物濃度よりも低いことを特徴とする。
A power semiconductor device of the present invention is formed on a first conductive type first semiconductor layer and the first semiconductor layer, and is formed in a direction orthogonal to a depth direction. A second semiconductor layer of a first conductivity type and a third semiconductor layer of a second conductivity type, which are periodically arranged in a plane, and a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer. A second conductive type fourth semiconductor layer selectively formed on the surfaces of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer, and a fourth semiconductor layer selectively formed on the surface of the fourth semiconductor layer. A fifth semiconductor layer of one conductivity type, a second main electrode formed so as to be bonded to each surface of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer, the fourth semiconductor layer, 5 semiconductor layers, and a control electrode formed on each of the second semiconductor layers via a gate insulating film, the first main electrode and When a predetermined voltage is applied between the second semiconductor layer and the second main electrode, the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are completely depleted, and the impurity concentration of the first semiconductor layer is the impurity of the second semiconductor layer. It is characterized by being lower than the concentration.

【0015】[0015]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。なお、以下の実施形態で
は、第1導電型をn型、第2導電型をp型としている。
また、図面中の同一名称の部分には同一番号を付してい
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the following embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
Moreover, the same number is attached to the part of the same name in the drawings.

【0016】<第1の実施形態>図1は、本発明の第1
の実施形態に係るパワーMOSFETの構成を模式的に
示す断面図である。
<First Embodiment> FIG. 1 shows a first embodiment of the present invention.
3 is a cross-sectional view schematically showing the configuration of the power MOSFET according to the embodiment of FIG.

【0017】このパワーMOSFETは、第1の半導体
層であるn−型ドリフト層(以下、n−層と記す)2の
一方の表面には、縦型のリサーフ構造(スーパージャン
クション構造)が形成されている。つまり、第2の半導
体層であるn層3と第3の半導体層であるp型リサーフ
層4が、それぞれ深さ方向(縦方向)に形成されるとと
もに深さ方向とは直交する方向(横方向)の面内で交互
に繰り返すように形成されている。このように、ドリフ
ト層は、スーパージャンクション構造とn−層2の二つ
の領域で形成されている。
In this power MOSFET, a vertical RESURF structure (super junction structure) is formed on one surface of an n-type drift layer (hereinafter referred to as an n-layer) 2 which is a first semiconductor layer. ing. That is, the n-layer 3 that is the second semiconductor layer and the p-type RESURF layer 4 that is the third semiconductor layer are formed in the depth direction (vertical direction), respectively, and at the same time (in the horizontal direction). Direction) in a plane. Thus, the drift layer is formed of two regions, the super junction structure and the n− layer 2.

【0018】前記n−層2の他方の表面には、高濃度半
導体層であるn+型ドレイン層1が形成され、このn+
型ドレイン層1上には第1の主電極としてドレイン電極
5が形成されている。
On the other surface of the n-layer 2, an n + type drain layer 1 which is a high concentration semiconductor layer is formed.
A drain electrode 5 is formed on the mold drain layer 1 as a first main electrode.

【0019】なお、前記n−層2とn+型ドレイン層1
の形成方法は、n−層2の片面に不純物拡散をして形成
しても、n+型ドレイン層1を基板としてn−層2を結
晶成長しても良い。
The n-layer 2 and the n + type drain layer 1
The method of forming the n-layer 2 may be formed by diffusing impurities on one surface of the n-layer 2, or the n-layer 2 may be crystal-grown using the n + type drain layer 1 as a substrate.

【0020】前記スーパージャンクション構造の表面に
は、第4の半導体層であるp型ベース層6が選択的(横
方向に周期的、平面ストライプ形状)に形成され、この
p型ベース層6の表面には第5の半導体層であるn+型
ソース層7が選択的、且つ、平面ストライプ形状に拡散
形成されている。この場合、p型ベース層6の中央部の
下部に前記p型リサーフ層4が形成されている。
On the surface of the super junction structure, a p-type base layer 6 which is a fourth semiconductor layer is selectively formed (periodically in the lateral direction, in a plane stripe shape), and the surface of the p-type base layer 6 is formed. The n + type source layer 7 which is the fifth semiconductor layer is selectively diffused in a plane stripe shape. In this case, the p-type RESURF layer 4 is formed below the central portion of the p-type base layer 6.

【0021】ここで、p型ベース層6は、一例として、
約3×1017cm-3の不純物濃度で、約2.0μmの深
さに形成され、n+型ソース層7は、一例として、約1
×1020cm-3の不純物濃度で、約0.2μmの深さに
形成されている。
Here, the p-type base layer 6 is, for example,
The n + type source layer 7 is formed with an impurity concentration of about 3 × 10 17 cm −3 to a depth of about 2.0 μm.
The impurity concentration is × 10 20 cm -3 and the depth is about 0.2 μm.

【0022】さらに、n+型ソース層7およびp型ベー
ス層6からn層3を介して隣りのp型ベース層6および
n+型ソース層7に至る領域上、つまり、横方向に隣り
合うn+型ソース層7相互間でp型ベース層6の表面上
およびn層3の表面上に、膜厚約0.1μmのゲート絶
縁膜(例えばSi酸化膜)9を介して第1の制御電極と
してゲート電極10が平面ストライプ形状に形成されて
いる。
Further, on the region extending from the n + type source layer 7 and the p type base layer 6 to the adjacent p type base layer 6 and the n + type source layer 7 through the n layer 3, that is, the n + type adjacent in the lateral direction. A gate as a first control electrode is formed between the source layers 7 on the surface of the p-type base layer 6 and the surface of the n layer 3 with a gate insulating film (for example, a Si oxide film) 9 having a film thickness of about 0.1 μm interposed. The electrode 10 is formed in a plane stripe shape.

【0023】また、ゲート絶縁膜9を介してゲート電極
10を両側から挟み、p型ベース層6およびn+型ソー
ス層7の表面に接合するように第2の主電極としてソー
ス電極8が平面ストライプ形状に形成されている。
Further, the source electrode 8 as a second main electrode is a planar stripe so as to sandwich the gate electrode 10 from both sides with the gate insulating film 9 interposed therebetween and to be bonded to the surfaces of the p-type base layer 6 and the n + type source layer 7. It is formed in a shape.

【0024】600V系素子の設計の一例として、n+
型ドレイン層1は、不純物濃度が約6×1018cm-3
厚さが200μm、n−型層2は、不純物濃度5×10
14cm-3、厚さ26μmとする。
As an example of the design of a 600V system element, n +
The type drain layer 1 has an impurity concentration of about 6 × 10 18 cm −3 ,
The thickness of the n − type layer 2 is 200 μm, and the impurity concentration is 5 × 10 5.
The thickness is 14 cm −3 and the thickness is 26 μm.

【0025】また、スーパージャンクション構造を形成
するn層3とp型リサーフ層4は、不純物濃度2×10
15cm-3、厚さ20μm、幅8μmとする。この設計例
では、スーパージャンクション部とn−層2部でそれぞ
れ300Vづつの耐圧を分担している。n−層2の厚さ
を厚くすれば、n−層2での耐圧分担は多くなり、オン
抵抗は増加し、n−層2の厚さを薄くすれば、オン抵抗
は低くなる。
The n layer 3 and the p-type RESURF layer 4 forming the super junction structure have an impurity concentration of 2 × 10.
The thickness is 15 cm −3 , the thickness is 20 μm, and the width is 8 μm. In this design example, the breakdown voltage of 300 V is shared by the super junction part and the n− layer 2 part. When the thickness of the n-layer 2 is increased, the breakdown voltage sharing in the n-layer 2 is increased and the on-resistance is increased, and when the thickness of the n-layer 2 is decreased, the on-resistance is decreased.

【0026】図2は、図1中のn−層2の厚さLn- とド
リフト層全体の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に対
するオン抵抗Ron の変化を示す。
FIG. 2 shows changes in the on-resistance Ron with respect to the ratio Ln-/ (Lsj + Ln-) of the thickness Ln- of the n-layer 2 and the total thickness (Lsj + Ln-) of the drift layer in FIG. Indicates.

【0027】図3は、図1中のn−層2の厚さLn- がド
リフト層全体の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に占
める割合が変化した場合の内蔵ダイオード逆回復特性を
示す。
FIG. 3 shows that the ratio of the thickness Ln- of the n-layer 2 in FIG. 1 to the ratio Ln-/ (Lsj + Ln-) of the total thickness (Lsj + Ln-) of the drift layer changes. The reverse recovery characteristics of the built-in diode in the case of

【0028】図2において、厚さの比Ln-/(Lsj+Ln-) が
零ならば、ドリフト層の全てがスーパージャンクション
構造であることとなり、厚さの比Ln-/(Lsj+Ln-) が1な
らば、通常のMOSFET構造である。
In FIG. 2, if the thickness ratio Ln-/ (Lsj + Ln-) is zero, it means that all of the drift layers have a super junction structure, and the thickness ratio Ln-/ (Lsj + Ln-). ) Is 1, it is a normal MOSFET structure.

【0029】図3において、スーパージャンクション構
造の場合の逆回復特性は、電流が急激に零となるハード
なリカバリー波形になっているのに対して、通常のMO
S構造では緩やかに電流が減少するソフトなリカバリー
波形になっている。
In FIG. 3, the reverse recovery characteristic in the case of the super junction structure has a hard recovery waveform in which the current suddenly becomes zero, whereas the normal MO
The S structure has a soft recovery waveform in which the current gradually decreases.

【0030】図2に示すように、厚さの比Ln-/(Lsj+Ln
-) が小さいほどオン抵抗Ron は低くなる。つまり、オ
ン抵抗Ron のみに注目すると、n−層2の占める割合を
小さくする程良い。
As shown in FIG. 2, the thickness ratio Ln-/ (Lsj + Ln
The lower the-), the lower the on-resistance Ron. That is, if attention is paid only to the on-resistance Ron, it is better to reduce the proportion occupied by the n − layer 2.

【0031】しかし、図3に示すように、内蔵ダイオー
ドの逆回復特性は、n−層2の占める割合が大きいほ
ど、通常のMOS構造の場合の特性に近づき、ソフトな
リカバリー波形となる。
However, as shown in FIG. 3, the reverse recovery characteristic of the built-in diode becomes closer to the characteristic of the normal MOS structure as the ratio of the n-layer 2 increases, and becomes a soft recovery waveform.

【0032】図4は、図1中のn−層2の厚さLn- がド
リフト層全体の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に占
める割合が変化した場合の図3に示した逆回復時電流特
性(ソフトなリカバリー波形)の傾斜の変化を示す。
FIG. 4 shows that the ratio of the thickness Ln- of the n-layer 2 in FIG. 1 to the ratio Ln-/ (Lsj + Ln-) of the total thickness (Lsj + Ln-) of the drift layer changes. In the case of FIG. 3, the change of the inclination of the reverse recovery current characteristic (soft recovery waveform) shown in FIG.

【0033】n−層2の厚さLn- が占める割合が0.2
1を越えると、スーパージャンクション構造のみのMO
SFETよりも逆回復電流の傾斜が小さくなり、n−層
2の厚さLn- が占める割合が0.8程度で通常のMOS
FETとほぼ同等なる。
The ratio of the thickness Ln- of the n-layer 2 is 0.2.
If it exceeds 1, MO with super junction structure only
The slope of the reverse recovery current is smaller than that of the SFET, and the ratio of the thickness Ln- of the n- layer 2 is about 0.8.
It is almost the same as FET.

【0034】これより、オン抵抗Ron を下げつつ、ソフ
トなリカバリー波形となる内蔵ダイオードの実現には、
n−層2の厚さLn- の割合を0.21から0.8の範囲
内とすることが望ましい。
From this, in order to realize a built-in diode having a soft recovery waveform while lowering the on-resistance Ron,
It is desirable that the ratio of the thickness Ln- of the n-layer 2 be within the range of 0.21 to 0.8.

【0035】また、本実施形態のようなn−層2の挿入
は、順方向安全動作領域の拡大にも効果があることにつ
いて、以下に説明する。
Further, it will be described below that the insertion of the n-layer 2 as in this embodiment is also effective in expanding the forward safe operation area.

【0036】図5は、図1に示したパワーMOSFET
のゲート電圧Vgを閾値電圧Vth +3Vとした場合の電流−
電圧特性を示す。
FIG. 5 shows the power MOSFET shown in FIG.
Current when the gate voltage Vg of the threshold voltage is Vth + 3V −
The voltage characteristics are shown.

【0037】スーパージャンクション構造のMOSFE
Tでは600V程度で電流が急激に増加するのに対し
て、通常のMOSFETでは700V程度で電流が増加
し、通常のMOS構造の方が安全動作領域は100V程
度広い。この理由は、高電圧印加時のドレイン近傍の層
電界が、スーパージャンクション構造では通常のMOS
FET構造に比べて高くなるからである。
Superjunction structure MOSFE
In T, the current sharply increases at about 600V, whereas in the normal MOSFET, the current increases at about 700V, and the safe operation area of the normal MOS structure is wider by about 100V. The reason for this is that the layer electric field near the drain when a high voltage is applied is a normal MOS in the super junction structure.
This is because the cost is higher than that of the FET structure.

【0038】n−層2を挿入することにより、高電圧印
加時のドレイン近傍の層電界を減少することができるの
で、安全動作領域を広げることが可能となる。n−層2
が占める割合を多くすると、通常のMOS構造に近づ
き、安全動作領域は広がっていく。
By inserting the n-layer 2, the layer electric field in the vicinity of the drain when a high voltage is applied can be reduced, so that the safe operation area can be widened. n-layer 2
When the ratio occupied by is increased, it approaches a normal MOS structure and the safe operation area is expanded.

【0039】また、本実施形態のようなn−層2の挿入
は、製造上も効果があることについて、以下に説明す
る。
The fact that the insertion of the n-layer 2 as in this embodiment is also effective in manufacturing will be described below.

【0040】n−層2が占める割合が多い程、複雑な構
造であるスーパージャンクション構造の厚さが減るの
で、製造も容易となる。例えば、スーパージャンクショ
ン構造の厚みが同じであってn−層2の厚みの違うウェ
ハを用意すれば、異なる耐圧の素子を同じ製造工程で実
現することが可能となる。
As the proportion of the n-layer 2 increases, the thickness of the super junction structure, which is a complicated structure, decreases, and the manufacturing becomes easier. For example, if wafers having the same superjunction structure and different n-layer 2 thicknesses are prepared, it becomes possible to realize devices having different breakdown voltages in the same manufacturing process.

【0041】即ち、本実施形態のパワーMOSFETに
よれば、スーパージャンクション構造の一部をなすn層
3の不純物濃度よりも、スーパージャンクション構造の
下層のn−層2の不純物濃度が低い。これにより、ドレ
イン電極5とソース電極8との間に高電圧を加えた時に
は、スーパージャンクション構造をなすn層3とp型リ
サーフ層4が完全に空乏化した後も、空乏層がn−層2
内に徐々に伸びるので、内蔵ダイオードの逆回復特性を
通常ダイオードに近いソフトな特性に近づけることが可
能となる。
That is, according to the power MOSFET of this embodiment, the impurity concentration of the n − layer 2 below the super junction structure is lower than the impurity concentration of the n layer 3 forming a part of the super junction structure. As a result, when a high voltage is applied between the drain electrode 5 and the source electrode 8, even after the n layer 3 and the p-type RESURF layer 4 forming the super junction structure are completely depleted, the depletion layer is an n-layer. Two
Since it gradually extends inward, the reverse recovery characteristic of the built-in diode can be approximated to a soft characteristic close to that of a normal diode.

【0042】<第2の実施形態>図6(a)乃至(d)
は、本発明の第2の実施形態に係るパワーMOSFET
の断面構造の一部とドリフト層深さ方向における不純物
プロファイルと高電圧印加時の電界強度分布を示してい
る。
<Second Embodiment> FIGS. 6A to 6D.
Is a power MOSFET according to the second embodiment of the present invention.
7 shows a part of the cross-sectional structure of the semiconductor device, an impurity profile in the depth direction of the drift layer, and an electric field intensity distribution when a high voltage is applied.

【0043】図6(a)に示す第2の実施形態に係るパ
ワーMOSFETにおいても、図1に示した第1の実施
形態に係るパワーMOSFETと同様に、ドリフト層は
スーパージャンクション構造とn−層2の二つの領域で
形成されている。
Also in the power MOSFET according to the second embodiment shown in FIG. 6A, as in the power MOSFET according to the first embodiment shown in FIG. 1, the drift layer has a super junction structure and an n-layer. It is formed by two regions of 2.

【0044】そして、ドリフト層の不純物濃度は、第1
の実施形態に係るパワーMOSFETと同様に、例えば
図6(b)に示すように、n−層2よりもスーパージャ
ンクション構造部の方が高くなっている。
The impurity concentration of the drift layer is the first
Similar to the power MOSFET according to the embodiment, the super junction structure portion is higher than the n − layer 2 as shown in FIG. 6B, for example.

【0045】スーパージャンクション構造とn−層2と
では電界強度分布が異なる。スーパージャンクション構
造では、低電圧で完全に空乏化してしまうので、等価的
に不純物濃度が低い層となり、電界強度分布は平坦とな
る。
The electric field intensity distribution is different between the super junction structure and the n-layer 2. Since the super junction structure is completely depleted at a low voltage, the layer equivalently has a low impurity concentration and the electric field intensity distribution becomes flat.

【0046】これに対して、n−層2では、空乏化がス
ーパージャンクション構造側から徐々に進むので、電界
強度は傾斜する。この場合、n−層2の不純物濃度が低
ければ、n−層2の空乏化が速やかに起こるので、n−
層2の電界強度分布はスーパージャンクション構造部と
同様に平坦に近くなる。これに対して、n−層2の不純
物濃度が高ければ、n−層2の空乏化が進まなくなるの
で、n−層2の電界強度分布の傾斜がきつくなる。
On the other hand, in the n-layer 2, the depletion gradually progresses from the side of the super junction structure, so that the electric field strength is inclined. In this case, if the impurity concentration of the n-layer 2 is low, depletion of the n-layer 2 occurs quickly, so that n-
The electric field intensity distribution of the layer 2 becomes nearly flat as in the super junction structure portion. On the other hand, if the impurity concentration of the n-layer 2 is high, depletion of the n-layer 2 does not proceed, so that the gradient of the electric field intensity distribution of the n-layer 2 becomes sharp.

【0047】内蔵ダイオードの逆回復特性をソフトなリ
カバリー波形にするためには、通常のMOSFETと同
様に、n−層2の空乏化が徐々に進むようにn−層2の
濃度を設計する必要がある。
In order to make the reverse recovery characteristic of the built-in diode a soft recovery waveform, it is necessary to design the concentration of the n-layer 2 so that the depletion of the n-layer 2 proceeds gradually as in the case of a normal MOSFET. There is.

【0048】この場合、n−層2の濃度を低くしすぎる
と、空乏層がn+層1にすぐに到達してしまうので、n
−層2を挿入した効果がなく、n−層2での抵抗が大き
くなり、オン抵抗Ron が増加してしまう。これに対し
て、n−層2の不純物濃度を高くすると、空乏層が伸び
難くなるので、n−層2を挿入した効果が薄くなるが、
オン抵抗Ron は低い。
In this case, if the concentration of the n-layer 2 is too low, the depletion layer reaches the n + layer 1 immediately, so that n
There is no effect of inserting the layer 2, and the resistance in the n-layer 2 increases, and the on-resistance Ron increases. On the other hand, when the impurity concentration of the n-layer 2 is increased, the depletion layer becomes difficult to expand, so that the effect of inserting the n-layer 2 is reduced.
ON resistance Ron is low.

【0049】600V系素子の設計例を挙げると、スー
パージャンクション部の厚さを10μmとし、n−層2
の厚さを39μm、n−層2の不純物濃度を3.3×1
14cm-3とすると、オン抵抗Ron は72mΩcm
2 (通常のMOSFETより低い)となり、内蔵ダイオ
ードの特性は通常のMOSFETとほぼ同様な特性を得
ることが可能である。
To give an example of designing a 600V system element, the thickness of the super junction part is set to 10 μm, and the n-layer 2
Has a thickness of 39 μm, and the impurity concentration of the n− layer 2 is 3.3 × 1.
0 14 cm -3 , the on-resistance Ron is 72 mΩcm
2 (lower than that of a normal MOSFET), and the characteristics of the built-in diode can be almost the same as those of a normal MOSFET.

【0050】また、スーパージャンクション部の厚さを
30μmとし、n−層2の厚さを13μm、n−層2の
不純物濃度を1×1015cm-3とすると、オン抵抗Ron
は35mΩcm2 となり、スーパージャンクションMO
SFETとほぼ同等なオン抵抗Ron を保ちながら、内蔵
ダイオードのリカバリー特性をソフトにすることが可能
である。
When the thickness of the super junction portion is 30 μm, the thickness of the n− layer 2 is 13 μm, and the impurity concentration of the n− layer 2 is 1 × 10 15 cm −3 , the on-resistance Ron is
Is 35 mΩcm 2 and Super Junction MO
It is possible to soften the recovery characteristics of the built-in diode while maintaining the on-resistance Ron almost equal to that of the SFET.

【0051】オン抵抗Ron を低く保ちつつソフトなリカ
バリー波形を実現するには、n−層2の不純物濃度とし
て、2つの主電極間に定格電圧を加えた時に図6(d)
に示すようにドリフト層が完全に空乏化するように設定
することが望ましい。そして、素子耐圧をスーパージャ
ンクション構造とn−層2で分担する様に設計を行う。
In order to realize a soft recovery waveform while keeping the on-resistance Ron low, the impurity concentration of the n-layer 2 is set as shown in FIG. 6 (d) when a rated voltage is applied between the two main electrodes.
It is desirable to set so that the drift layer is completely depleted as shown in FIG. The device breakdown voltage is designed to be shared by the super junction structure and the n − layer 2.

【0052】n−層2の部分の抵抗と耐圧の関係は通常
のMOSFETのオン抵抗/耐圧トレードオフと同様で
あるので、n−層2の最適な不純物濃度は、定格電圧を
印加した時にドリフト層が完全に空乏化する程度の不純
物濃度となる。そして、このような濃度とすれば、定格
電圧まで徐々に空乏化が進むので、内蔵ダイオードのリ
カバリー波形もソフトなものとなる。
Since the relationship between the resistance and the breakdown voltage of the n-layer 2 is similar to the on-resistance / breakdown voltage trade-off of a normal MOSFET, the optimum impurity concentration of the n-layer 2 is drift when a rated voltage is applied. The impurity concentration is such that the layer is completely depleted. With such a concentration, depletion gradually progresses up to the rated voltage, so that the recovery waveform of the built-in diode becomes soft.

【0053】なお、前記した定格電圧印加時にn−層2
が完全に空乏化していないことが望ましいが、通常、電
源電圧を定格電圧の半分程度として使用すると、素子に
は定格電圧の半分程度の電圧しか加わらないので、定格
電圧の半分が加わった時点でn−層2が完全に空乏化し
なければ、前記とほぼ同様の効果が得られる。
When the rated voltage is applied, the n-layer 2
Is not completely depleted, but normally, when the power supply voltage is used as about half the rated voltage, only half the rated voltage is applied to the element, so when half the rated voltage is applied, If the n-layer 2 is not completely depleted, the same effect as described above can be obtained.

【0054】また、n−層2の裏面からの拡散によりn
+層1を形成した場合やn−層2の表面からの拡散によ
りスーパージャンクション構造を形成した場合などに
は、n−層2の不純物濃度の分布は、図6(b)に示す
ような矩形状の分布でなく、図6(c)に示すような緩
やかな分布となるが、不純物濃度の大小関係が、n+層
1>スーパージャンクション部のn層3>n−層2とな
っていれば、前記とほぼ同様な効果が得られる。
Further, the n-layer 2 is diffused from the back surface thereof to n.
When the + layer 1 is formed or when the super junction structure is formed by diffusion from the surface of the n− layer 2, the impurity concentration distribution of the n− layer 2 has a rectangular shape as shown in FIG. The distribution is not a shape distribution but a gentle distribution as shown in FIG. 6C. However, if the magnitude relation of the impurity concentrations is n + layer 1> n layer 3 of super junction part> n− layer 2, The same effect as described above can be obtained.

【0055】この場合、スーパージャンクション構造の
pリサーフ層4との接合からn+層1に近づいてスーパ
ージャンクション部と同等な不純物濃度まで上がったと
ころまでをn−層2の厚さとし、この厚さ部分の平均濃
度をn−層2の不純物濃度として設計すれば、n−層2
の不純物濃度の分布を矩形状とした場合とほぼ同等の効
果が得られる。
In this case, the thickness from the junction with the p-resurf layer 4 of the super junction structure to the point where the impurity concentration equivalent to that at the super junction portion is increased from the junction with the p RESURF layer 4 to the n + layer 1 is defined as this thickness portion. If the average concentration of n-layer 2 is designed as the impurity concentration of n-layer 2,
The same effect can be obtained as when the impurity concentration distribution is rectangular.

【0056】<第3の実施形態>図7(A)乃至(F)
は、本発明の第3の実施形態に係わるパワーMOSFE
Tの製造工程を模式的に示すプロセスフローである。
<Third Embodiment> FIGS. 7A to 7F.
Is a power MOSFE according to the third embodiment of the present invention.
It is a process flow which shows the manufacturing process of T typically.

【0057】ここでは、図1中と同一部分の詳しい説明
は省略し、異なる部分についてのみ説明する。n+基板
1上にn−層2とn層3が形成されたウェハ上に例えば
ボロンイオンの注入を行い、選択的にp層を形成する。
その後、p層を埋め込むエピタキシャル成長を行い、再
度イオン注入により選択的にp層を形成する。そして、
先に埋め込まれたp層と上部のp層とを接続させるよう
にアニールにより拡散を行い、pリサーフ層4を形成す
る。その後、表面にMOS構造を形成するプロセスなど
を行い、図1に示した第1の実施形態に係るパワーMO
SFETとほぼ同様の構造のMOSFETを完成する。
Here, detailed description of the same parts as those in FIG. 1 will be omitted, and only different parts will be described. Boron ions, for example, are implanted into the wafer in which the n− layer 2 and the n layer 3 are formed on the n + substrate 1 to selectively form the p layer.
After that, epitaxial growth is performed to embed the p layer, and the p layer is selectively formed by ion implantation again. And
Diffusion is performed by annealing so as to connect the previously buried p layer and the upper p layer, and the p RESURF layer 4 is formed. Then, a process of forming a MOS structure on the surface is performed, and the power MO according to the first embodiment shown in FIG.
A MOSFET having substantially the same structure as the SFET is completed.

【0058】このような工程によりスーパージャンクシ
ョン構造を形成すると、不純物濃度が深さ方向に一定で
なく分布する。
When the super junction structure is formed by such a process, the impurity concentration is not constant and distributed in the depth direction.

【0059】なお、前記p層の埋め込み工程を複数回繰
り返すことによりスーパージャンクション構造を厚くす
ることが可能である。また、n+基板1上にn−層2が
形成されたウェハ上に、pリサーフ層4と同様にイオン
注入によりn層3を形成することも可能である。
The super junction structure can be thickened by repeating the step of filling the p layer a plurality of times. It is also possible to form the n layer 3 by ion implantation in the same manner as the p RESURF layer 4 on the wafer in which the n− layer 2 is formed on the n + substrate 1.

【0060】<第4の実施形態>図8は、本発明の第4
の実施形態に係わるパワーMOSFETの断面構造を模
式的に示したものである。
<Fourth Embodiment> FIG. 8 shows a fourth embodiment of the present invention.
2 schematically shows the cross-sectional structure of the power MOSFET according to the embodiment of FIG.

【0061】第4の実施形態に係るパワーMOSFET
は、図1に示した第1の実施形態に係るパワーMOSF
ETと比べて、スーパージャンクション構造の基本単位
となるpリサーフ層4とn層3の間に絶縁物11がn−
層2に達する深さで挿入されている点が異なり、ドリフ
ト層がスーパージャンクション構造とn−層2の二つの
領域で形成されているなどの基本構造は同じである。
Power MOSFET According to Fourth Embodiment
Is a power MOSF according to the first embodiment shown in FIG.
Compared to ET, the insulator 11 is n− between the p RESURF layer 4 and the n layer 3 which are basic units of the super junction structure.
The basic structure is the same except that the drift layer is inserted at a depth reaching the layer 2, and the drift layer is formed of two regions of the super junction structure and the n− layer 2.

【0062】図9(A)乃至(F)は、図8の構造を形
成するプロセスフローを示す。
FIGS. 9A-9F show the process flow for forming the structure of FIG.

【0063】まず、n+基板1上にn−層2とn層3が
形成されたウェハ表面からエッチングを行ってトレンチ
溝を形成する。その後、斜め方向から例えばボロンイオ
ンの注入を行い、トレンチ溝側壁にpリサーフ層4を形
成する。その後、トレンチ溝内を絶縁物11で埋め込
み、表面にMOS構造を形成するプロセスなどを行い、
図8に示したパワーMOSFETを完成する。
First, a trench groove is formed by etching the surface of the wafer on which the n− layer 2 and the n layer 3 are formed on the n + substrate 1. After that, for example, boron ions are implanted from an oblique direction to form the p RESURF layer 4 on the side wall of the trench groove. Then, the trench groove is filled with an insulator 11, and a process of forming a MOS structure on the surface is performed.
The power MOSFET shown in FIG. 8 is completed.

【0064】このような工程によりスーパージャンクシ
ョン構造を形成すると、絶縁物11が横方向に周期的に
形成されているので、不純物濃度が横方向に一定でなく
分布する。なお、トレンチ溝の埋め込み材に低濃度半導
体もしくは、絶縁物と半導体を組み合わせても電気的に
問題はない。埋め込み材に用いる半導体は、単結晶半導
体でも多結晶半導体でもよい。
When the super junction structure is formed by such a process, since the insulators 11 are periodically formed in the lateral direction, the impurity concentration is not uniformly distributed in the lateral direction. There is no electrical problem even if a low-concentration semiconductor or an insulator and a semiconductor are combined in the trench groove filling material. The semiconductor used for the filling material may be a single crystal semiconductor or a polycrystalline semiconductor.

【0065】また、図8に示したパワーMOSFETの
トレンチ溝は、n−層2に到達する程度に形成されてい
るが、n+層1に到達する深さまで形成してもよい。
Although the trench groove of the power MOSFET shown in FIG. 8 is formed to reach the n− layer 2, it may be formed to a depth reaching the n + layer 1.

【0066】なお、n+基板1上にn−層2が形成され
たウェハ上に、pリサーフ層4と同様にイオン注入によ
りn層3を形成することも可能である。
It is also possible to form the n layer 3 by ion implantation in the same manner as the p RESURF layer 4 on the wafer in which the n− layer 2 is formed on the n + substrate 1.

【0067】<第4の実施形態の変形例1>図10は、
本発明の第4の実施形態の変形例に係わるパワーMOS
FETの断面構造を模式的に示したものである。
<Modification 1 of Fourth Embodiment> FIG.
Power MOS According to Modification of Fourth Embodiment of the Present Invention
1 schematically shows a cross-sectional structure of an FET.

【0068】このパワーMOSFETは、図8に示した
第4の実施形態に係るパワーMOSFETと比べて、絶
縁物11が各pリサーフ層4の横方向中心部に形成され
ている点が異なり、その他の基本構造は同じである。
This power MOSFET is different from the power MOSFET according to the fourth embodiment shown in FIG. 8 in that an insulator 11 is formed at the lateral center of each p RESURF layer 4, and the other points. Have the same basic structure.

【0069】図10に示す構造では、スーパージャンク
ション構造のセル幅が図8に示す構造の半分となり、ス
ーパージャンクション部のオン抵抗を半分とすることが
可能となる。
In the structure shown in FIG. 10, the cell width of the super junction structure is half that of the structure shown in FIG. 8, and the ON resistance of the super junction portion can be halved.

【0070】図10の構造を形成するプロセスフロー
は、前述した図8の構造を形成するプロセスフローのう
ちで図9(C)に示したトレンチ溝側壁に対する斜め方
向からのイオン注入を、トレンチ溝側壁の両面に対応し
て両方向から行ってトレンチ溝側壁の両面にpリサーフ
層4を形成するように変更すればよい。
The process flow for forming the structure of FIG. 10 is the same as the process flow for forming the structure of FIG. 8 described above, except that the ion implantation from the oblique direction to the side wall of the trench groove shown in FIG. It may be changed so that the p RESURF layer 4 is formed on both sides of the trench groove side wall in both directions corresponding to both sides of the side wall.

【0071】<第4の実施形態の変形例2>図9に示し
たプロセスフローにおいて、トレンチ溝を形成した後、
エピタキシャル成長によりpリサーフ層4を溝内に形成
してスーパージャンクション構造を形成することも可能
である。pリサーフ層4の埋め込み成長を溝内が完全に
埋め込まれる前に止め、その後絶縁物で溝内を完全に埋
め込むことにより結晶成長界面を安定化させることも可
能である。
<Modification 2 of Fourth Embodiment> In the process flow shown in FIG. 9, after forming the trench groove,
It is also possible to form the p-resurf layer 4 in the groove by epitaxial growth to form a super junction structure. It is possible to stabilize the crystal growth interface by stopping the buried growth of the p-resurf layer 4 before the groove is completely filled and then completely filling the groove with an insulator.

【0072】また、斜め方向からのイオン注入とトレン
チ溝内の埋め込み成長を組み合わせたプロセスでもスー
パージャンクション構造は形成可能である。
The super junction structure can also be formed by a process combining ion implantation from an oblique direction and burying growth in the trench groove.

【0073】<第5の実施形態>図11(a)乃至
(c)は、本発明の第5の実施形態に係わるパワーMO
SFETの断面構造の一部とドリフト層深さ方向におけ
る不純物プロファイルを示している。
<Fifth Embodiment> FIGS. 11A to 11C show a power MO according to a fifth embodiment of the present invention.
The partial profile of the SFET and the impurity profile in the depth direction of the drift layer are shown.

【0074】この実施形態に係るパワーMOSFET
は、図6に示した第2の実施形態に係るパワーMOSF
ETと比べて、スーパージャンクション構造の下層が二
段階の濃度のn−層2とn層2aで構成されている(n
−層2の下部がn層2aとなっている)、つまり、n−
層2とn層2aとn+ドレイン層1の不純物濃度が段階
的に変化している点が異なり、その他の構造は同じであ
る。
Power MOSFET according to this embodiment
Is a power MOSF according to the second embodiment shown in FIG.
Compared with ET, the lower layer of the super junction structure is composed of n-layer 2 and n layer 2a having two-stage concentration (n
-The lower part of the layer 2 is the n-layer 2a), that is, n-
The other structures are the same, except that the impurity concentrations of the layer 2, the n layer 2a, and the n + drain layer 1 are changed stepwise.

【0075】この場合、n−層2の濃度は、スーパージ
ャンクション構造のn層3の濃度より低いことが望まし
く、n層2aの濃度は、n−層2の濃度とn+層1の濃
度との中間であって、スーパージャンクション構造のn
層3の濃度と同程度から3倍程度がよい。
In this case, the concentration of the n− layer 2 is preferably lower than the concentration of the n layer 3 of the super junction structure, and the concentration of the n layer 2a is the concentration of the n− layer 2 and the concentration of the n + layer 1. N in the middle and having a super junction structure
The concentration is preferably about the same as the concentration of the layer 3 or about 3 times.

【0076】このようにn層2aを有することにより、
製造時に空乏層の広がる領域の制御が容易であり、か
つ、n層2aはn+ドレイン層1に比べて濃度が低いの
で、内蔵ダイオードのリカバリー特性をソフトにするこ
とに寄与する。
By thus having the n layer 2a,
It is easy to control the region where the depletion layer spreads during manufacturing, and the n layer 2a has a lower concentration than the n + drain layer 1, which contributes to softening the recovery characteristics of the built-in diode.

【0077】なお、上記例では、スーパージャンクショ
ン構造の下層のn−層2の濃度を2段階に変化させた
が、それ以上の段階に変化させてもよく、また、不純物
濃度が徐々に変化していくように濃度勾配を持たせるよ
うにしてもよい。
In the above example, the concentration of the lower n-layer 2 of the super junction structure is changed in two steps, but it may be changed in two or more steps, and the impurity concentration is gradually changed. You may make it give a density gradient so that it may go.

【0078】<第6の実施形態>図12(a)乃至
(c)は、本発明の第6の実施形態に係わるパワーMO
SFETの断面構造の一部とドリフト層深さ方向におけ
る不純物プロファイルを示している。
<Sixth Embodiment> FIGS. 12A to 12C show a power MO according to a sixth embodiment of the present invention.
The partial profile of the SFET and the impurity profile in the depth direction of the drift layer are shown.

【0079】この実施形態に係るパワーMOSFET
は、図6に示した第2の実施形態に係るパワーMOSF
ETと比べて、スーパージャンクション構造の下層が二
段階の濃度のn層2aとn−層2で構成されている(n
−層2の上部がn層2aとなっている)、つまり、n層
2aとn−層2とn+ドレイン層1の不純物濃度が段階
的に変化している点が異なり、その他の構造は同じであ
る。
Power MOSFET According to This Embodiment
Is a power MOSF according to the second embodiment shown in FIG.
Compared with ET, the lower layer of the super junction structure is composed of n layer 2a and n- layer 2 having two-stage concentration (n
− The upper part of the layer 2 is the n layer 2a), that is, the impurity concentrations of the n layer 2a, the n− layer 2 and the n + drain layer 1 are changed stepwise, and the other structures are the same. Is.

【0080】この場合、n−層2の濃度は、スーパージ
ャンクション構造のn層3の濃度より低いことが望まし
く、n層2aの濃度は、n−層2の濃度とn+層1の濃
度との中間であって、スーパージャンクション構造のn
層3の濃度と同程度から3倍程度がよい。
In this case, the concentration of the n− layer 2 is preferably lower than the concentration of the n layer 3 of the super junction structure, and the concentration of the n layer 2a is the concentration of the n− layer 2 and the concentration of the n + layer 1. N in the middle and having a super junction structure
The concentration is preferably about the same as the concentration of the layer 3 or 3 times.

【0081】このようにn層2aを有することにより、
スーパージャンクション構造部より広がる空乏層がn層
2aへ広がり難くなる。そして、n層2aの下部のn−
層2を緩やかに空乏化させることができるので、内蔵ダ
イオードのリカバリー特性をソフトにすることに寄与す
る。
By having the n layer 2a in this way,
It is difficult for the depletion layer that spreads from the super junction structure to spread to the n layer 2a. Then, n− under the n layer 2a
Since the layer 2 can be depleted gently, it contributes to softening the recovery characteristic of the built-in diode.

【0082】なお、上記例では、スーパージャンクショ
ン構造の下層のn−層2の濃度を2段階に変化させた
が、それ以上の段階に変化させてもよく、また、不純物
濃度が徐々に変化していくように濃度勾配を持たせるよ
うにしてもよい。
In the above example, the concentration of the n-layer 2 which is the lower layer of the super junction structure is changed in two steps, but it may be changed in two or more steps, and the impurity concentration is gradually changed. You may make it give a density gradient so that it may go.

【0083】<第7の実施形態>図13は、本発明の第
7の実施形態に係わるパワーMOSFETの断面構造を
模式的に示したものである。
<Seventh Embodiment> FIG. 13 schematically shows a sectional structure of a power MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.

【0084】この実施形態に係るパワーMOSFET
は、図1に示した第1の実施形態に係るパワーMOSF
ETと比べて、n−層2の下部に、n−層2より不純物
濃度が高いn+層17が横方向に間欠的に配置されてい
る、つまり、n−層2の下部に、n−層2およびn+層
17が横方向に交互に配置されており、n+層17はn
+ドレイン層1と高濃度で接している点が異なり、その
他の構造は同じである。
Power MOSFET according to this embodiment
Is a power MOSF according to the first embodiment shown in FIG.
An n + layer 17 having an impurity concentration higher than that of the n− layer 2 is intermittently arranged in the lateral direction below the n− layer 2, that is, below the n− layer 2, that is, below the n− layer 2, an n− layer is formed. 2 and n + layers 17 are alternately arranged in the lateral direction, and the n + layers 17 are n
The difference is that the + drain layer 1 is in high-concentration contact, and the other structures are the same.

【0085】このようにn+層17を有することによ
り、n−層2とn+ドレイン層1との界面領域に凹凸形
状が設けられ、凹部には内蔵ダイオードのリカバリー電
流に寄与する正孔キャリアが多く蓄積され、逆回復後に
緩やかに空乏層を流れるようになるので、リカバリー特
性をソフトにすることが可能になる。また、n−層2の
厚さが同じ場合には、その深さ方向に占めるn+層17
の割合が大きい方が、オン抵抗を低くすることが可能に
なる。
Since the n + layer 17 is provided in this manner, a concavo-convex shape is provided in the interface region between the n- layer 2 and the n + drain layer 1, and many hole carriers that contribute to the recovery current of the built-in diode are present in the recess. It is accumulated and gradually flows through the depletion layer after reverse recovery, so that the recovery characteristic can be softened. If the n− layer 2 has the same thickness, the n + layer 17 occupies the depth direction thereof.
The higher the ratio of, the lower the on-resistance can be.

【0086】図14(A)乃至(D)は、図13の構造
を形成するプロセスフローを示す。
FIGS. 14A-14D show a process flow for forming the structure of FIG.

【0087】n+基板1上にn−層2が形成されたウェ
ハ上に例えばリンイオンの注入を行い、選択的にn+層
を形成する。その後、上記n+層を埋め込むエピタキシ
ャル成長を行い、アニール処理を行ってn+基板1と接
続させることにより、n+層17が形成される。この
後、第3の実施形態あるいは第4の実施形態で示したよ
うなプロセスフローを用いることにより、ウェハ表面に
スーパージャンクション構造を形成し、さらに、MOS
構造を形成するプロセスなどを行い、図13に示した第
7の実施形態に係るパワーMOSFETを完成する。
For example, phosphorus ions are implanted into the wafer having the n-layer 2 formed on the n + substrate 1 to selectively form the n + layer. After that, epitaxial growth for embedding the n + layer is performed, and annealing treatment is performed to connect to the n + substrate 1, whereby the n + layer 17 is formed. After that, a super junction structure is formed on the wafer surface by using the process flow as shown in the third embodiment or the fourth embodiment.
A process of forming a structure and the like are performed to complete the power MOSFET according to the seventh embodiment shown in FIG.

【0088】なお、n−層2とn+層17を横方向に交
互に配置して形成する工程は、上記例に限らず、n+基
板1に選択的にトレンチ溝を形成し、それにn−層を埋
め込むようにしても可能である。
The step of alternately arranging the n-layer 2 and the n + layer 17 in the lateral direction is not limited to the above example, but a trench groove is selectively formed in the n + substrate 1 and the n- layer is formed therein. It is also possible to embed.

【0089】また、n+層17を横方向に配置する周期
は、スーパージャンクション構造の周期と同じでなくて
もよく、n+層17の横方向の幅もスーパージャンクシ
ョン構造のピッチと無関係でもよい。
Further, the cycle of arranging the n + layers 17 in the lateral direction need not be the same as the cycle of the super junction structure, and the lateral width of the n + layers 17 may be independent of the pitch of the super junction structure.

【0090】<第8の実施形態>図15は、本発明の第
8の実施形態に係わるパワーMOSFETの構成を模式
的に示す断面図である。
<Eighth Embodiment> FIG. 15 is a sectional view schematically showing the structure of a power MOSFET according to an eighth embodiment of the present invention.

【0091】このMOSFETは、素子中央部は前記各
実施形態に係わるパワーMOSFETと同様に形成され
ており、素子終端部は、素子中央部と同様にスーパージ
ャンクション構造が形成され、その上に絶縁膜12を介
して金属もしくは導電性膜からなるフィールドプレート
13が形成された構造を有する。そして、素子最外周に
は、空乏化を止めるフィールドストッパn層14が形成
されている。
In this MOSFET, the central portion of the element is formed in the same manner as the power MOSFET according to each of the above-mentioned embodiments, and the element termination portion is formed with a super junction structure as in the central portion of the element, and an insulating film is formed thereon. It has a structure in which a field plate 13 made of a metal or a conductive film is formed via 12 A field stopper n layer 14 that stops depletion is formed on the outermost periphery of the element.

【0092】このような構成によれば、高電圧印加時に
は、フィールドプレート13の作用により、素子終端部
のスーパージャンクション構造部が速やかに空乏化して
等価的に低不純物濃度層となるので、素子終端部の電界
集中が抑制され、耐圧が保持される。また、終端部表面
にリサーフ層4を形成しても、フィールドプレート13
と同様にスーパージャンクション部が速やかに空乏化
し、上記と同様な効果が得られる。
With such a structure, when a high voltage is applied, the superjunction structure portion of the element termination portion is quickly depleted by the action of the field plate 13 to become an equivalently low impurity concentration layer. The electric field concentration in the area is suppressed and the breakdown voltage is maintained. Even if the RESURF layer 4 is formed on the surface of the end portion, the field plate 13
Similar to the above, the super junction portion is quickly depleted, and the same effect as above can be obtained.

【0093】<第9の実施形態>図16は、本発明の第
9の実施形態に係わるパワーMOSFETの構成を模式
的に示す断面図である。
<Ninth Embodiment> FIG. 16 is a sectional view schematically showing the structure of a power MOSFET according to a ninth embodiment of the present invention.

【0094】このMOSFETは、素子中央部は前記各
実施形態に係わるパワーMOSFETと同様に形成され
ており、素子終端部は、スーパージャンクション構造が
形成されないでn−層15が形成されており、その表面
にはガードリング16が形成されている。
In this MOSFET, the central part of the element is formed in the same manner as the power MOSFET according to each of the above-mentioned embodiments, and the n-layer 15 is formed in the terminal part of the element without forming the super junction structure. A guard ring 16 is formed on the surface.

【0095】このような構成によれば、n−層15の不
純物濃度を充分に低く設定することにより、横方向の電
界が緩和され、素子終端部での耐圧低下が抑制される。
n−層15を速やかに空乏化させるためには、その不純
物濃度をn−層2の不純物濃度よりも低くすることが望
ましい。
According to such a structure, by setting the impurity concentration of n − layer 15 to be sufficiently low, the electric field in the lateral direction is alleviated and the breakdown voltage at the element termination portion is suppressed.
In order to quickly deplete n-layer 15, it is desirable that its impurity concentration be lower than that of n-layer 2.

【0096】<第10の実施形態>図17は、本発明の
第10の実施形態に係わるパワーMOSFETの構成を
模式的に示す断面図である。
<Tenth Embodiment> FIG. 17 is a sectional view schematically showing a structure of a power MOSFET according to a tenth embodiment of the present invention.

【0097】このMOSFETは、横型素子にスーパー
ジャンクション構造を適用したものである。図17にお
いて、n+ドレイン層1上に低不純物濃度層15が形成
され、この低不純物濃度層15の表面に選択的(横方向
に周期的)にp型リサーフ層4およびn−ドリフト層2
が形成されている。
This MOSFET is a lateral device to which a super junction structure is applied. 17, a low impurity concentration layer 15 is formed on the n + drain layer 1, and the p-type RESURF layer 4 and the n− drift layer 2 are selectively (laterally periodically) formed on the surface of the low impurity concentration layer 15.
Are formed.

【0098】前記p型リサーフ層4の表面にn層3が形
成されることによりスーパージャンクション構造が形成
されている。このスーパージャンクション構造の表面に
は、p型ベース層6が選択的に形成され、このp型ベー
ス層6の表面にはn+型ソース層7が選択的に拡散形成
されている。
A super junction structure is formed by forming the n layer 3 on the surface of the p-type RESURF layer 4. A p-type base layer 6 is selectively formed on the surface of this super junction structure, and an n + -type source layer 7 is selectively diffused on the surface of this p-type base layer 6.

【0099】さらに、n+型ソース層7からp型ベース
層6を介してn層3に至る表面上にはゲート絶縁膜9を
介して第1の制御電極としてゲート電極10が形成され
ている。
Further, a gate electrode 10 is formed as a first control electrode via the gate insulating film 9 on the surface from the n + type source layer 7 to the n layer 3 via the p type base layer 6.

【0100】また、n+ドレイン層1の表面に接合する
ように、前記ゲート電極10との間の領域(n層3の表
面の一部からn+ドレイン層1の表面の一部に至る領
域)に絶縁膜9aを介して第1の主電極としてドレイン
電極5が形成されている。
Further, in a region between the gate electrode 10 and a region (a region from a part of the surface of the n layer 3 to a part of the surface of the n + drain layer 1) so as to be bonded to the surface of the n + drain layer 1. A drain electrode 5 is formed as a first main electrode via the insulating film 9a.

【0101】また、p型ベース層6およびn+型ソース
層7の表面に接合するように、前記ゲート電極10との
間にゲート絶縁膜9を介して第2の主電極としてソース
電極8が形成されている。
A source electrode 8 is formed as a second main electrode so as to be bonded to the surfaces of the p-type base layer 6 and the n + -type source layer 7 with the gate insulating film 9 interposed between the source electrode 8 and the gate electrode 10. Has been done.

【0102】上記したように横型素子にドリフト層にス
ーパージャンクション構造を用いた場合にも、縦型素子
と同様にオン抵抗を低減できるが、内蔵ダイオードのリ
カバリー特性がハードとなる。そこで、n+ドレイン層
1とスーパージャンクション構造の間にn−層2を挿入
することで、低オン抵抗を保ちつつ、ソフトなリカバリ
ー特性とすることが可能となる。
As described above, even when the super junction structure is used for the drift layer in the lateral element, the on resistance can be reduced as in the vertical element, but the recovery characteristic of the built-in diode becomes hard. Therefore, by inserting the n− layer 2 between the n + drain layer 1 and the superjunction structure, it becomes possible to obtain a soft recovery characteristic while maintaining low on-resistance.

【0103】図17では、スーパージャンクション構造
のp/nセルを1段で形成しているが、2段以上で形成
して実施することも可能である。また、図17では、ス
ーパージャンクション構造のp/nセルを積層して形成
しているが、p/nセルを平面方向に形成して実施する
ことも可能である。
In FIG. 17, the p / n cell of the super junction structure is formed in one stage, but it is also possible to form it in two or more stages. Further, in FIG. 17, p / n cells having a super junction structure are formed by stacking, but it is also possible to form and implement the p / n cells in the plane direction.

【0104】また、図17では、n+ドレイン層1をウ
ェハ下部に形成しているが、n+ドレイン層1は無くと
も実施可能である。また、ウェハをSOI(Silicon on
insulator)ウェハとしても実施可能であり、この場合
は、低不純物濃度層15が不要となる。
Further, in FIG. 17, the n + drain layer 1 is formed in the lower part of the wafer, but it can be implemented without the n + drain layer 1. In addition, the wafer is SOI (Silicon on
It can also be implemented as an (insulator) wafer, and in this case, the low impurity concentration layer 15 becomes unnecessary.

【0105】また、MOSゲート構造をトレンチゲート
とし、スーパージャンクション構造を複数段積み重ねる
ことで層面積を増やすことにより、オン抵抗を低減する
ことが可能となる。
Further, the on-resistance can be reduced by increasing the layer area by stacking a plurality of superjunction structures with a trench gate as the MOS gate structure.

【0106】なお、本発明は前記各実施形態に限定され
るものではなく、各種の変形実施が可能である。即ち、
第1の導電型をp型、第2の導電型をn型としても実施
することも可能である。
The present invention is not limited to the above-mentioned embodiments, and various modifications can be made. That is,
The first conductivity type may be p-type and the second conductivity type may be n-type.

【0107】また、縦型リサーフ構造のp層の平面パタ
ーンは、前記ストライプ状に限らず、格子状や千鳥状に
形成してもよい。また、p型ベース層およびn+型ソー
ス層の平面パターンも、前記ストライプ状に限らず、格
子状および千鳥状に形成してもよく、ストライプ状に形
成する場合には、スーパージャンクション構造と平行に
限らず、直交するように形成してもよい。また、MOS
ゲート構造は、前記プレナー構造に限らず、トレンチ構
造でも実施可能である。
Further, the plane pattern of the p layer of the vertical RESURF structure is not limited to the stripe shape, but may be formed in a lattice shape or a zigzag shape. Further, the plane patterns of the p-type base layer and the n + -type source layer are not limited to the stripe shape, but may be formed in a lattice shape or a zigzag shape. In the case of forming the stripe shape, the plane pattern is parallel to the super junction structure. Not limited to this, they may be formed so as to be orthogonal to each other. Also, MOS
The gate structure is not limited to the planar structure, but may be a trench structure.

【0108】また、前記各実施形態では半導体としてシ
リコン(Si)を用いたMOSFETを説明したが、半
導体としては、例えばシリコンカーバイト(SiC)や
窒化ガリウム(GaN)等の化合物半導体を用いること
ができる。
In each of the above embodiments, the MOSFET using silicon (Si) as the semiconductor has been described. However, as the semiconductor, a compound semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) may be used. it can.

【0109】また、前記各実施形態ではスーパージャン
クション構造を有するMOSFETで説明したが、縦型
リサーフ構造を有する素子であれば、SBDやSIT、
IGBTなどの素子でも本発明を適用可能である。
In each of the above embodiments, the MOSFET having the super junction structure has been described, but if the device has the vertical RESURF structure, the SBD, SIT,
The present invention can be applied to an element such as an IGBT.

【0110】[0110]

【発明の効果】上述したように本発明の電力用半導体素
子によれば、低オン抵抗を保持しつつ、内蔵ダイオード
がソフトなリカバリー特性を持つようにすることができ
る。
As described above, according to the power semiconductor device of the present invention, the built-in diode can have a soft recovery characteristic while maintaining a low on-resistance.

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

【図1】本発明の第1の実施形態に係るスーパージャン
クション構造を有する縦形パワーMOSFETの断面構
造を模式的に示した図。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a cross-sectional structure of a vertical power MOSFET having a super junction structure according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1中のn−層2の厚さLn- とドリフト層全体
の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に対するオン抵抗
Ron の変化を示す特性図。
FIG. 2 is an on-resistance with respect to the ratio Ln − / (Lsj + Ln−) of the thickness Ln− of the n− layer 2 and the total thickness (Lsj + Ln−) of the drift layer in FIG.
A characteristic diagram showing changes in Ron.

【図3】図1中のn−層2の厚さLn- がドリフト層全体
の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に占める割合が変
化した場合の内蔵ダイオード逆回復特性を示す特性図。
FIG. 3 shows a case where the ratio of the thickness Ln− of the n− layer 2 in FIG. 1 to the ratio Ln − / (Lsj + Ln−) of the total thickness (Lsj + Ln−) of the drift layer changes. The characteristic view which shows a diode reverse recovery characteristic.

【図4】図1中のn−層2の厚さLn- がドリフト層全体
の厚さ(Lsj+Ln-) の比Ln-/(Lsj+Ln-) に占める割合が変
化した場合の図3に示した逆回復時電流特性(ソフトな
リカバリー波形)の傾斜の変化を示す特性図。
FIG. 4 is a diagram when the ratio of the thickness Ln− of the n− layer 2 in FIG. 1 to the ratio Ln − / (Lsj + Ln−) of the total thickness (Lsj + Ln−) of the drift layer changes. FIG. 4 is a characteristic diagram showing a change in slope of the reverse recovery current characteristic (soft recovery waveform) shown in FIG.

【図5】図1に示したパワーMOSFETのゲート電圧
Vgを閾値電圧Vth +3Vとした場合の電流−電圧特性を示
す。
5 is a gate voltage of the power MOSFET shown in FIG.
The current-voltage characteristic when Vg is the threshold voltage Vth + 3V is shown.

【図6】本発明の第2の実施形態に係るパワーMOSF
ETの断面構造の一部とドリフト層深さ方向における不
純物プロファイルと高電圧印加時の電界強度分布を示す
図。
FIG. 6 is a power MOSF according to a second embodiment of the present invention.
The figure which shows a part of ET sectional structure, the impurity profile in the drift layer depth direction, and the electric field strength distribution at the time of high voltage application.

【図7】本発明の第3の実施形態に係わるパワーMOS
FETの製造工程を模式的に示す断面図。
FIG. 7 is a power MOS according to a third embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the manufacturing process of FET typically.

【図8】本発明の第4の実施形態に係わるパワーMOS
FETの構造を模式的に示す断面図。
FIG. 8 is a power MOS according to a fourth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of FET typically.

【図9】図8の構造の製造工程を模式的に示す断面図。FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing the manufacturing process of the structure of FIG.

【図10】本発明の第4の実施形態の変形例に係わるパ
ワーMOSFETの構造を模式的に示す断面図。
FIG. 10 is a sectional view schematically showing the structure of a power MOSFET according to a modified example of the fourth embodiment of the present invention.

【図11】本発明の第5の実施形態に係わるパワーMO
SFETの断面構造の一部とドリフト層深さ方向におけ
る不純物プロファイルを示す図。
FIG. 11 is a power MO according to a fifth embodiment of the present invention.
The figure which shows a part of cross-section of SFET, and the impurity profile in the drift layer depth direction.

【図12】本発明の第6の実施形態に係わるパワーMO
SFETの断面構造の一部とドリフト層深さ方向におけ
る不純物プロファイルを示す図。
FIG. 12 is a power MO according to a sixth embodiment of the present invention.
The figure which shows a part of cross-sectional structure of SFET, and the impurity profile in the depth direction of a drift layer.

【図13】本発明の第7の実施形態に係わるパワーMO
SFETの断面構造を模式的に示す断面図。
FIG. 13 is a power MO according to the seventh embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the cross-sectional structure of SFET typically.

【図14】図13の構造を形成するプロセスフローを示
す断面図。
14 is a sectional view showing a process flow for forming the structure of FIG.

【図15】本発明の第8の実施形態に係わるパワーMO
SFETの構成を模式的に示す断面図。
FIG. 15 is a power MO according to the eighth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of SFET typically.

【図16】本発明の第9の実施形態に係わるパワーMO
SFETの構成を模式的に示す断面図。
FIG. 16 is a power MO according to a ninth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of SFET typically.

【図17】本発明の第10の実施形態に係わるパワーM
OSFETの構成を模式的に示す断面図。
FIG. 17 is a power M according to the tenth embodiment of the present invention.
Sectional drawing which shows the structure of OSFET typically.

【図18】従来のパワーMOSFETの構成を模式的に
示す断面図。
FIG. 18 is a sectional view schematically showing the configuration of a conventional power MOSFET.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n+型ドレイン層、 2…n−型層(第1の半導体層) 3…n層(第2の半導体層) 4…p型リサーフ層(第3の半導体層)、 5…ドレイン電極(第1の主電極)、 6…p型ベース層(第4の半導体層)、 7…n+ソース層(第5の半導体層) 8…ソース電極(第2の主電極) 9…Si酸化膜(ゲート絶縁膜)、 10…ゲート電極(第1の制御電極)。 1 ... n + type drain layer, 2 ... N-type layer (first semiconductor layer) 3 ... n layer (second semiconductor layer) 4 ... p-type RESURF layer (third semiconductor layer), 5 ... drain electrode (first main electrode), 6 ... p-type base layer (fourth semiconductor layer), 7 ... n + source layer (fifth semiconductor layer) 8 ... Source electrode (second main electrode) 9 ... Si oxide film (gate insulating film), 10 ... Gate electrode (first control electrode).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大村 一郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 山口 正一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 相田 聡 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 (72)発明者 小野 昇太郎 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝マイクロエレクトロニクスセン ター内 Fターム(参考) 5F140 AA00 AA30 AC21 AC23 AC24 BA02 BA06 BF43 BH01 BH12 BH13 BH30 BH34    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Ichiro Omura             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Shoichi Yamaguchi             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Satoshi Aida             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside (72) Inventor Shotaro Ono             1st Komukai Toshiba-cho, Sachi-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa             Ceremony Company Toshiba Microelectronics Sen             Inside F-term (reference) 5F140 AA00 AA30 AC21 AC23 AC24                       BA02 BA06 BF43 BH01 BH12                       BH13 BH30 BH34

Claims (12)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の第1の半導体層と、 前記第1の半導体層上に形成され、深さ方向とは直交す
る方向の面内で周期的に配置された第1導電型の第2の
半導体層および第2導電型の第3の半導体層と、 前記第1の半導体層に電気的に接続された第1の主電極
と、 前記第2の半導体層と第3の半導体層表面に選択的に形
成された第2導電型の第4の半導体層と、 前記第4の半導体層の表面に選択的に形成された第1導
電型の第5の半導体層と、 前記第4の半導体層および第5の半導体層の各表面に接
合するように形成された第2の主電極と、 前記第4の半導体層と、第5の半導体層、第2の半導体
層のそれぞれにゲート絶縁膜を介して形成された制御電
極とを具備し、 前記第1の主電極と第2の主電極との間に所定の電圧を
加えた時に前記第2の半導体層と第3の半導体層が完全
に空乏化し、前記第1の半導体層の不純物濃度が第2の
半導体層の不純物濃度よりも低いことを特徴とする電力
用半導体素子。
1. A first semiconductor layer of a first conductivity type, and a first conductivity type formed on the first semiconductor layer and periodically arranged in a plane orthogonal to the depth direction. Second semiconductor layer and a third semiconductor layer of a second conductivity type, a first main electrode electrically connected to the first semiconductor layer, the second semiconductor layer and a third semiconductor A fourth semiconductor layer of a second conductivity type selectively formed on the surface of the layer, a fifth semiconductor layer of a first conductivity type selectively formed on the surface of the fourth semiconductor layer, A second main electrode formed so as to be bonded to the respective surfaces of the fourth semiconductor layer and the fifth semiconductor layer; and the fourth semiconductor layer, the fifth semiconductor layer, and the second semiconductor layer A control electrode formed via a gate insulating film, and a predetermined voltage is applied between the first main electrode and the second main electrode. Wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer completely depleted, the impurity concentration of the first semiconductor layer is a power semiconductor device characterized by lower than the impurity concentration of the second semiconductor layer.
【請求項2】 前記第1の半導体層の厚さと、前記第1
の半導体層の厚さおよび前記第2の半導体層の厚さの和
との比が、0.21から0.8の範囲内であることを特
徴とする請求項1記載の電力用半導体素子。
2. The thickness of the first semiconductor layer and the first semiconductor layer
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the ratio of the thickness of the semiconductor layer to the sum of the thicknesses of the second semiconductor layers is in the range of 0.21 to 0.8.
【請求項3】 前記第1の半導体層は、前記第1の主電
極と第2の主電極との間に定格電圧以上の電圧が加わっ
た時に完全に空乏化することを特徴とする請求項1また
は2記載の電力用半導体素子。
3. The first semiconductor layer is completely depleted when a voltage higher than a rated voltage is applied between the first main electrode and the second main electrode. 1. The power semiconductor device according to 1 or 2.
【請求項4】 前記第1の半導体層は、前記第1の主電
極と第2の主電極との間に定格電圧の半分以上の電圧が
加わった時に完全に空乏化することを特徴とする請求項
1または2記載の電力用半導体素子。
4. The first semiconductor layer is completely depleted when a voltage more than half the rated voltage is applied between the first main electrode and the second main electrode. The power semiconductor device according to claim 1 or 2.
【請求項5】 前記第2の半導体層および前記第3半導
体層の片方もしくは両方は、深さ方向において不純物濃
度が一定でなく分布していることを特徴とする請求項1
乃至4のいずれか1項に記載の電力用半導体素子。
5. The impurity concentration in one or both of the second semiconductor layer and the third semiconductor layer is not constant and distributed in the depth direction.
5. The power semiconductor device according to any one of items 1 to 4.
【請求項6】 前記第2の半導体層と前記第3の半導体
層の間に周期的に絶縁物が挿入されていることを特徴と
する請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力用半導
体素子。
6. The power according to claim 1, wherein an insulator is periodically inserted between the second semiconductor layer and the third semiconductor layer. Semiconductor device.
【請求項7】 前記第2の半導体層もしくは前記第3の
半導体層の中に絶縁物が挿入されていることを特徴とす
る請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電力用半導体
素子。
7. The power semiconductor device according to claim 1, wherein an insulator is inserted in the second semiconductor layer or the third semiconductor layer. .
【請求項8】 前記第2の半導体層もしくは前記第3の
半導体層の不純物濃度が横方向に一定でなく分布してい
ることを特徴とする請求項6または7記載の電力用半導
体素子。
8. The power semiconductor device according to claim 6, wherein the impurity concentration of the second semiconductor layer or the third semiconductor layer is not laterally constant but distributed.
【請求項9】 前記第2の半導体層および前記第3の半
導体層は、素子終端部においても素子中央部と同様に形
成されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれ
か1項に記載の電力用半導体素子。
9. The device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer and the third semiconductor layer are formed in the element termination portion similarly to the element central portion. The semiconductor element for electric power according to 1.
【請求項10】 前記第2の半導体層よりも不純物濃度
が低い第1導電型の第6の半導体層が素子終端部に形成
されていることを特徴とする請求項1乃至8のいずれか
1項に記載の電力用半導体素子。
10. The sixth semiconductor layer of the first conductivity type having a lower impurity concentration than that of the second semiconductor layer is formed at the device termination portion. The semiconductor element for electric power according to the item.
【請求項11】 前記第1の半導体層は、深さ方向にお
いて不純物濃度が一定でないことを特徴とする請求項1
乃至8のいずれか1項に記載の電力用半導体素子。
11. The impurity concentration of the first semiconductor layer is not constant in the depth direction.
9. The power semiconductor device according to any one of items 1 to 8.
【請求項12】 前記第1の半導体層の下部に、前記第
1の半導体層およびそれより不純物濃度が高い第1導電
型の第6の半導体層が横方向に交互に配置されているこ
とを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の
電力用半導体素子。
12. The first semiconductor layer and the sixth semiconductor layer of the first conductivity type having a higher impurity concentration than that of the first semiconductor layer are laterally alternately arranged below the first semiconductor layer. 9. The power semiconductor device according to claim 1, wherein the power semiconductor device is a power semiconductor device.
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