JP2005191263A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is used as a high breakdown voltage driver hard to cause malfunction and breakage of the device, and easily manufactured. <P>SOLUTION: A low-density p epitaxial layer 27 is deposited on a p<SP>+</SP>semiconductor substrate 1, and an n semiconductor region 2 which becomes a floating potential reference circuit forming region 21, an n semiconductor region 202 which becomes a GND reference circuit forming region 22, and an n semiconductor region 8 which contacts and surrounds the n semiconductor region 2 as a high breakdown voltage bonded terminal structure 23 are formed on the surface layer of the p epitaxial layer 27. A trench structure 7 that reaches the p<SP>+</SP>semiconductor substrate 1 is formed to surround the n semiconductor region 2 and n semiconductor region 202. A high-density trench wall p<SP>+</SP>semiconductor region 51 is formed along the side and the bottom of the trench, and an electrode 16 is formed inside the trench. An earth potential GND is applied to the electrode 16, with the potential of the trench wall p<SP>+</SP>semiconductor region 51 being assumed as the earth potential GND. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

この発明は、高電位部と低電位部を有する集積回路を構成する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device constituting an integrated circuit having a high potential portion and a low potential portion.

従来より、電源装置等の制御駆動用の高耐圧ドライバとして使用される集積回路では、高電位部と低電位部とを分離したレイアウトが採用されている。高電位部と低電位部との分離構造としては、pn接合を用いたもの(接合分離構造)と、SiO2等の誘電体を用いたもの(誘電体分離構造)が一般的である。 Conventionally, in an integrated circuit used as a high-voltage driver for control driving such as a power supply device, a layout in which a high potential portion and a low potential portion are separated is employed. As the separation structure of the high potential portion and the low potential portion, those using a pn junction (junction separation structure) and those using a dielectric such as SiO 2 (dielectric separation structure) are generally used.

接合分離構造では、たとえば、p型半導体基板の表面に低濃度のn型エピタキシャル層を積層した構成のウエハが用いられている。そして、n型エピタキシャル層に拡散により深いp型半導体層を形成してできたpn接合によって、3次元的にn型半導体層の島が形成されており、このn型半導体層の島の中に、CMOS回路よりなるドライバ回路などが造り込まれている。n型半導体層の島とp型半導体基板との間には逆バイアス電圧が印加されており、接合容量によってn型半導体層の島が電気的に分離され、高耐圧が実現されている。   In the junction isolation structure, for example, a wafer having a configuration in which a low-concentration n-type epitaxial layer is stacked on the surface of a p-type semiconductor substrate is used. An island of the n-type semiconductor layer is three-dimensionally formed by a pn junction formed by forming a deep p-type semiconductor layer by diffusion in the n-type epitaxial layer. A driver circuit composed of a CMOS circuit is built in. A reverse bias voltage is applied between the island of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor substrate, and the island of the n-type semiconductor layer is electrically separated by the junction capacitance, thereby realizing a high breakdown voltage.

また、接合分離構造では、分離されたn型半導体領域とp型半導体基板との間に逆バイアス電圧が印加されると、プレーナ接合の底部に当たる平行平板接合では、基板面に対して平行に空乏層が広がるが、n型半導体領域の端部では、一般的に空乏層が広がりにくく、電界が集中し易い。この電界集中を緩和するため、RESURF(REduced SURface electric field:リデュースト・サーフィス・エレクトリック・フィールド)構造やダブルRESURF構造が用いられている。   In the junction isolation structure, when a reverse bias voltage is applied between the separated n-type semiconductor region and the p-type semiconductor substrate, the parallel plate junction corresponding to the bottom of the planar junction is depleted in parallel to the substrate surface. Although the layer spreads, the depletion layer is generally difficult to spread at the end of the n-type semiconductor region, and the electric field tends to concentrate. In order to alleviate this electric field concentration, a RESURF (Reduced SURface electric field) structure or a double RESURF structure is used.

RESURF構造は、分離されたn型半導体領域の濃度を低めに設定することにより、その端部を空乏化し易くしたものである。ダブルRESURF構造は、分離されたn型半導体領域の端部の表面に低濃度のp-半導体領域を追加し、n型半導体領域の端部においてその表面側のp-半導体領域とp-半導体基板の両方の界面から空乏層が広がるようにしたものである。なお、本明細書および添付図面において、nまたはpを冠記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。 In the RESURF structure, the concentration of the separated n-type semiconductor region is set to be low so that the end portion is easily depleted. In the double RESURF structure, a low-concentration p semiconductor region is added to the surface of the end portion of the separated n-type semiconductor region, and the p semiconductor region and the p semiconductor substrate on the surface side of the end portion of the n-type semiconductor region are added. The depletion layer spreads from both interfaces. Note that in this specification and the accompanying drawings, a layer or region with n or p is a sign that electrons or holes are carriers. Further, + or attached to n or p represents a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively.

一方、誘電体分離構造では、たとえば、シリコン基板上に選択的に形成したSiO2によって電気的に分離されたシリコン領域内に、回路が作製されている。分離されたシリコン領域毎に異なる基準電位で回路を動作させることにより、高耐圧が実現されている。また、接合分離構造において、上述したようなエピタキシャルウエハを用いずに、通常のシリコンウエハを用いて、プレーナ接合のみによって接合分離をおこなう、一種の自己分離構造とみなせる分離構造が公知である(たとえば、特許文献1参照。)。また、接合分離構造とトレンチ分離構造とを組み合わせた分離構造が公知である(たとえば、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5参照。)。 On the other hand, in the dielectric isolation structure, for example, a circuit is fabricated in a silicon region electrically isolated by SiO 2 selectively formed on a silicon substrate. High breakdown voltage is realized by operating the circuit with different reference potentials for each separated silicon region. Also, in the junction isolation structure, an isolation structure that is regarded as a kind of self-isolation structure is known in which a normal silicon wafer is used instead of the epitaxial wafer as described above, and the junction isolation is performed only by planar bonding (for example, , See Patent Document 1). Also, an isolation structure combining a junction isolation structure and a trench isolation structure is known (see, for example, Patent Document 2, Patent Document 3, Patent Document 4, and Patent Document 5).

以下に、従来のダブルRESURF構造を有する集積回路の構成および動作について説明する。図15は、従来のダブルRESURF構造を有する集積回路よりなる高耐圧ドライバの構成を示す平面図である。図15に示すように、高耐圧ICチップ90には、U相、V相およびW相の各上アーム分の浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cと、GND基準回路形成領域902が形成されている。GND基準回路形成領域902は、接地電位GNDを基準電位としている。浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cは、接地電位GNDとは異なる電位(後述するVUL、VVL、VWL)を基準電位としている。各浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cは、それぞれ高耐圧接合終端構造903a,903b,903cにより囲まれている。 The structure and operation of an integrated circuit having a conventional double RESURF structure will be described below. FIG. 15 is a plan view showing a configuration of a high voltage driver composed of an integrated circuit having a conventional double RESURF structure. As shown in FIG. 15, in the high voltage IC chip 90, floating potential reference circuit forming regions 901a, 901b and 901c for the upper arms of the U phase, V phase and W phase and a GND reference circuit forming region 902 are formed. Has been. The GND reference circuit formation region 902 uses the ground potential GND as a reference potential. The floating potential reference circuit formation regions 901a, 901b, and 901c have potentials different from the ground potential GND (V UL , V VL , and V WL described later) as reference potentials. Each floating potential reference circuit formation region 901a, 901b, 901c is surrounded by high voltage junction termination structures 903a, 903b, 903c, respectively.

図16は、図15のU相の浮遊電位基準回路形成領域901aおよびGND基準回路形成領域902を横切る切断線C−C’における構成を示す断面図である。図17は、図15のU相とV相の浮遊電位基準回路形成領域901a,901bを横切る切断線D−D’における構成を示す断面図である。図16に示すように、p-半導体基板910の表面層に、浮遊電位基準回路形成領域901aとなるn半導体領域92aと、GND基準回路形成領域902となるn半導体領域702とが、離れて形成されている。高耐圧接合終端構造903aは、n半導体領域92aに接し、かつn半導体領域702から離れたn半導体領域98aに形成されている。 FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration at section line CC ′ across U-phase floating potential reference circuit formation region 901a and GND reference circuit formation region 902 in FIG. FIG. 17 is a cross-sectional view showing a configuration taken along section line DD ′ across U-phase and V-phase floating potential reference circuit forming regions 901a and 901b in FIG. As shown in FIG. 16, an n semiconductor region 92a to be a floating potential reference circuit formation region 901a and an n semiconductor region 702 to be a GND reference circuit formation region 902 are formed on the surface layer of a p semiconductor substrate 910 apart from each other. Has been. The high breakdown voltage junction termination structure 903 a is formed in the n semiconductor region 98 a that is in contact with the n semiconductor region 92 a and is separated from the n semiconductor region 702.

また、図17に示すように、p-半導体基板910の表面層に、U相の浮遊電位基準回路形成領域901aとなるn半導体領域92aと、V相の浮遊電位基準回路形成領域901bとなるn半導体領域92bとが、離れて形成されている。U相およびV相の各n半導体領域92a,92bは、それぞれ高耐圧接合終端構造903a,903bが形成されたn半導体領域98a,98bに接している。U相のn半導体領域98aとV相のn半導体領域98bとは離れて形成されており、n半導体領域92a,92bと同一プロセスで同時に形成されることがある。 In addition, as shown in FIG. 17, an n semiconductor region 92 a to be a U-phase floating potential reference circuit formation region 901 a and an n semiconductor region to be a V-phase floating potential reference circuit formation region 901 b are formed on the surface layer of the p semiconductor substrate 910. The semiconductor region 92b is formed apart from the semiconductor region 92b. The U-phase and V-phase n semiconductor regions 92a and 92b are in contact with the n semiconductor regions 98a and 98b in which the high-breakdown-voltage junction termination structures 903a and 903b are formed, respectively. The U-phase n semiconductor region 98a and the V-phase n semiconductor region 98b are formed apart from each other, and may be formed at the same time in the same process as the n semiconductor regions 92a and 92b.

各n半導体領域92a,92b,702には、それぞれ、制御回路を構成するための種々の半導体素子が形成されている。図示例では、1個のPチャネルMOS(金属−酸化膜−半導体)トランジスタと1個のNチャネルMOSトランジスタがそれぞれ形成されている。各NチャネルMOSトランジスタは、各n半導体領域92a,92b,702内のp半導体領域93a,93b,703に形成されている。以下、PチャネルMOSトランジスタをP−MOSとし、NチャネルMOSトランジスタをN−MOSとする。   In each of the n semiconductor regions 92a, 92b, and 702, various semiconductor elements for forming a control circuit are formed. In the illustrated example, one P-channel MOS (metal-oxide-semiconductor) transistor and one N-channel MOS transistor are formed. Each N channel MOS transistor is formed in p semiconductor regions 93a, 93b, 703 in each n semiconductor region 92a, 92b, 702. Hereinafter, the P-channel MOS transistor is a P-MOS, and the N-channel MOS transistor is an N-MOS.

-半導体基板910の電位は、接地電位GNDとなる。GND基準回路形成領域902のn半導体領域702の電位は、図示しない下アームの電源電位Vccとなる。n半導体領域702内のp半導体領域703の電位は、GND基準回路形成領域902の基準電位である接地電位GNDとなる。接地電位GNDに対する下アームの電源電位Vcc、すなわち下アームの電源電圧は、任意であり、たとえば10〜20V程度に設定される。 The potential of the p semiconductor substrate 910 becomes the ground potential GND. The potential of the n semiconductor region 702 in the GND reference circuit formation region 902 becomes the power supply potential Vcc of the lower arm (not shown). The potential of the p semiconductor region 703 in the n semiconductor region 702 becomes the ground potential GND that is the reference potential of the GND reference circuit formation region 902. The power supply potential Vcc of the lower arm with respect to the ground potential GND, that is, the power supply voltage of the lower arm is arbitrary, and is set to about 10 to 20 V, for example.

一方、浮遊電位基準回路形成領域901a,901bのn半導体領域92a,92bの電位は、浮遊電位基準回路の電源電位VUH,VVHとなる。n半導体領域92a,92b内のp半導体領域93a,93bの電位は、浮遊電位基準回路の基準電位VUL,VVLとなる。上アームの電源電圧は、浮遊電位基準回路の電源電位VUH,VVHと基準電位VUL,VVLとの電位差([VUH−VUL]、[VVH−VVL])で与えられ、任意であり、たとえば10〜20V程度に設定される。 On the other hand, the potentials of the n semiconductor regions 92a and 92b in the floating potential reference circuit forming regions 901a and 901b become the power supply potentials V UH and V VH of the floating potential reference circuit. The potentials of the p semiconductor regions 93a and 93b in the n semiconductor regions 92a and 92b become the reference potentials V UL and V VL of the floating potential reference circuit. The power supply voltage of the upper arm is given by the potential difference ([V UH −V UL ], [V VH −V VL ]) between the power supply potentials V UH and V VH of the floating potential reference circuit and the reference potentials V UL and V VL. , And is set to about 10 to 20 V, for example.

高耐圧接合終端構造903a,903bのn半導体領域98a,98bの表面層には、p-半導体領域が設けられている。このp-半導体領域の電位は、接地電位GNDである。なお、V相またはW相の各浮遊電位基準回路形成領域901b,901cとGND基準回路形成領域902とを横切る断面の構成は、図16と同様である。また、V相とW相の浮遊電位基準回路形成領域901b,901cを横切る断面の構成は、図17と同様である。 A p semiconductor region is provided in the surface layer of the n semiconductor regions 98a and 98b of the high breakdown voltage junction termination structures 903a and 903b. The potential of the p semiconductor region is the ground potential GND. Note that the cross-sectional configuration across the V-phase or W-phase floating potential reference circuit formation regions 901b and 901c and the GND reference circuit formation region 902 is the same as that in FIG. Further, the cross-sectional configuration across the V-phase and W-phase floating potential reference circuit forming regions 901b and 901c is the same as that in FIG.

U相の浮遊電位基準回路の基準電位VULが印加される配線は、この高耐圧ドライバが駆動する図示しないU相の上アームIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)のエミッタと下アームIGBTのコレクタとの接続ノードに接続されている。したがって、基準電位VULは、上下アームのIGBTのスイッチングに応じて、たとえば600V仕様では0〜600V程度、また1200V仕様では0〜1200V程度まで激しく変動する。V相およびW相についても同様であり、V相およびW相の浮遊電位基準回路の基準電位VVL,VWLは、それぞれV相およびW相の上下アームのIGBTのスイッチングに応じて、激しく変動する。これら基準電位VUL,VVL,VWLの変化率dV/dtは、10000〜20000V/μs程度にまで達することがある。 The wiring to which the reference potential V UL of the U-phase floating potential reference circuit is applied includes the emitter of the U-phase upper arm IGBT (insulated gate bipolar transistor) (not shown) driven by the high voltage driver and the collector of the lower arm IGBT. Connected to the connection node. Therefore, the reference potential V UL varies greatly depending on switching of the IGBTs of the upper and lower arms, for example, about 0 to 600 V in the 600 V specification and about 0 to 1200 V in the 1200 V specification. The same applies to the V-phase and the W-phase, and the reference potentials V VL and V WL of the floating-phase reference circuit for the V-phase and the W-phase fluctuate greatly according to the switching of the IGBTs of the upper and lower arms of the V-phase and the W-phase, respectively To do. The rate of change dV / dt of these reference potentials V UL , V VL , V WL may reach about 10,000 to 20000 V / μs.

ところで、上述した集積回路に形成されているpn接合のそれぞれには、接合容量が存在する。つまり、各pn接合にコンデンサが形成されているのと同じである。一つのコンデンサの容量値をCとすると、そのコンデンサに急峻な変化(dV/dt)波形を伴う電圧が印加されたときに、[C×(dV/dt)]で表される充電電流(変位電流)がpn接合の接合面全面に流れる。それによって、図16および図17に示すように、p半導体領域93a、n半導体領域92aおよびp-半導体基板910よりなる寄生トランジスタ911、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域702よりなる寄生トランジスタ912、並びにn半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域92bよりなる寄生トランジスタ913を動作させ、回路の誤動作や素子破壊を引き起こすことがある。 Incidentally, each of the pn junctions formed in the above-described integrated circuit has a junction capacitance. That is, it is the same as that a capacitor is formed at each pn junction. When the capacitance value of one capacitor is C, when a voltage with a steep change (dV / dt) waveform is applied to the capacitor, the charging current (displacement) represented by [C × (dV / dt)] Current) flows over the entire junction surface of the pn junction. As a result, as shown in FIGS. 16 and 17, a parasitic transistor 911 made of p semiconductor region 93a, n semiconductor region 92a and p semiconductor substrate 910, n semiconductor region 92a, p semiconductor substrate 910 and n semiconductor region 702 The parasitic transistor 912 and the parasitic transistor 913 including the n semiconductor region 92a, the p semiconductor substrate 910, and the n semiconductor region 92b may be operated to cause malfunction of the circuit and element destruction.

図18および図19は、それぞれ図16および図17に示す断面構成において流れるラッチアップ電流を示す断面図である。図18および図19に示すように、従来の自己分離構造の場合には、p半導体領域93a、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域702よりなる寄生サイリスタによるラッチアップ電流915や、p半導体領域93a、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域92bよりなる寄生サイリスタによるラッチアップ電流916が流れる可能性がある。V相およびW相についても同様である。 18 and 19 are cross-sectional views showing latch-up currents flowing in the cross-sectional configurations shown in FIGS. 16 and 17, respectively. As shown in FIGS. 18 and 19, in the case of the conventional self-isolation structure, a latch-up current 915 by a parasitic thyristor including a p semiconductor region 93a, an n semiconductor region 92a, a p semiconductor substrate 910, and an n semiconductor region 702, , There is a possibility that a latch-up current 916 caused by a parasitic thyristor including the p semiconductor region 93a, the n semiconductor region 92a, the p semiconductor substrate 910, and the n semiconductor region 92b flows. The same applies to the V phase and the W phase.

そこで、ラッチアップ電流が流れるのを防ぐため、図20に示すように、素子が形成されている拡散層の周囲に、イオン注入および熱拡散により深いガードリング917を形成した集積回路が公知である。しかし、ガードリング917を形成する際に拡散層が横方向にも広がるため、素子が形成される拡散層の間隔を広げておく必要がある。これは、チップサイズの拡大を招くため、好ましくない。なお、図20は、図15の切断線C−C’に相当する断面における構成を示している。   Therefore, in order to prevent a latch-up current from flowing, an integrated circuit in which a deep guard ring 917 is formed by ion implantation and thermal diffusion around a diffusion layer in which an element is formed is known as shown in FIG. . However, when the guard ring 917 is formed, the diffusion layer also spreads in the lateral direction, so it is necessary to widen the interval between the diffusion layers in which the elements are formed. This is not preferable because it increases the chip size. Note that FIG. 20 illustrates a configuration in a cross section corresponding to the cutting line C-C ′ of FIG. 15.

一方、誘電体分離構造では、寄生サイリスタや寄生トランジスタが存在しないので、上述したような寄生動作が起こらないという利点があるが、ウエハの製造コストが高いという欠点がある。また、特許文献2〜5に開示されている接合分離構造とトレンチ分離構造とを組み合わせた構造は、1チップ上で、高電位部と低電位部の間で600〜1200Vクラスの分離が必要な高耐圧ICに適用することはできない。そこで、本発明者らは、トレンチ分離構造を用いて高耐圧ICの寄生素子の動作を抑制した半導体デバイスについて先に提案している(たとえば、特許文献6参照。)。   On the other hand, the dielectric isolation structure has an advantage that the parasitic operation as described above does not occur because there is no parasitic thyristor or parasitic transistor, but there is a disadvantage that the manufacturing cost of the wafer is high. Moreover, the structure combining the junction isolation structure and the trench isolation structure disclosed in Patent Documents 2 to 5 requires 600-1200 V class isolation between the high potential portion and the low potential portion on one chip. It cannot be applied to high voltage ICs. Therefore, the present inventors have previously proposed a semiconductor device in which the operation of a parasitic element of a high breakdown voltage IC is suppressed using a trench isolation structure (see, for example, Patent Document 6).

図21は、特許文献6に開示された半導体デバイスの構成を説明するための断面図である。図21に示すように、図20のガードリング917の代わりに、素子が形成されている拡散層の周囲に、その拡散層よりも深いトレンチ構造918が形成されている。このトレンチ構造918の内部には、接地電位GNDとなる電極919が設けられている。また、トレンチ壁に沿ってp+半導体領域920が設けられている。このような構成とすることによって、チップ面積の増大を抑えつつ、寄生素子の動作を抑制することが可能になる。 FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor device disclosed in Patent Document 6. In FIG. As shown in FIG. 21, instead of the guard ring 917 of FIG. 20, a trench structure 918 deeper than the diffusion layer is formed around the diffusion layer where the element is formed. In the trench structure 918, an electrode 919 having a ground potential GND is provided. A p + semiconductor region 920 is provided along the trench wall. With such a configuration, it is possible to suppress the operation of the parasitic element while suppressing an increase in the chip area.

特開平9−55498号公報JP-A-9-55498 特開昭57−143843号公報Japanese Patent Laid-Open No. 57-143843 特開昭60−97661号公報JP-A-60-97661 特開平8−148553号公報JP-A-8-148553 特開2001−135719号公報JP 2001-135719 A 米国特許出願公開第2002/0195659号明細書US Patent Application Publication No. 2002/0195659

しかしながら、図21に示すトレンチ分離構造では、つぎのような問題点がある。すなわち、浮遊電位基準回路形成領域901aのn半導体領域92aに形成されるMOSトランジスタの特性(耐圧、闘値等)を所望のレベルにするため、そのn半導体領域92aの濃度をあまり高くすることができない。GND基準回路形成領域902のn半導体領域702についても同様であり、たとえば、それらn半導体領域92aおよびn半導体領域702の濃度は、1×1017/cm3以下である。また、高耐圧接合終端構造903aでの電界集中を防ぐため、p-半導体基板910の濃度もあまり高くすることができず、たとえば1200V品の比抵抗は200Ωcm程度(不純物濃度にして6×1013/cm3程度)である。 However, the trench isolation structure shown in FIG. 21 has the following problems. That is, in order to bring the characteristics (breakdown voltage, threshold value, etc.) of the MOS transistor formed in the n semiconductor region 92a of the floating potential reference circuit formation region 901a to a desired level, the concentration of the n semiconductor region 92a may be made too high. Can not. The same applies to the n semiconductor region 702 in the GND reference circuit formation region 902. For example, the concentrations of the n semiconductor region 92a and the n semiconductor region 702 are 1 × 10 17 / cm 3 or less. Further, in order to prevent electric field concentration in the high voltage junction termination structure 903a, the concentration of the p semiconductor substrate 910 cannot be made too high. For example, the specific resistance of a 1200 V product is about 200 Ωcm (impurity concentration is 6 × 10 13). / Cm 3 ).

このような濃度の場合、高温環境下で浮遊電位基準回路に特に高いdV/dtが印加されると、寄生素子が動作してしまう可能性がある。これを防ぐためには、n半導体領域92aおよびn半導体領域702を、たとえば20μm以上の深さに形成する必要がある。しかし、n半導体領域92a,702を深くすると、それに対応してトレンチ構造918も深くしなければならないため、高度な製造技術を要するという問題点がある。   In the case of such a concentration, when a particularly high dV / dt is applied to the floating potential reference circuit in a high temperature environment, the parasitic element may be operated. In order to prevent this, it is necessary to form the n semiconductor region 92a and the n semiconductor region 702 to a depth of, for example, 20 μm or more. However, when the n semiconductor regions 92a and 702 are deepened, the trench structure 918 has to be deepened correspondingly, so that there is a problem that an advanced manufacturing technique is required.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、誤動作や素子破壊が生じにくい高耐圧ドライバとして使用することができる製造性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in manufacturability that can be used as a high breakdown voltage driver that is less prone to malfunction and element destruction in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された、前記半導体基板よりも低濃度の第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に積層された第2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層および前記エピタキシャル層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備えることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the invention of claim 1 includes a first conductivity type semiconductor substrate and a lower concentration than the semiconductor substrate stacked on the semiconductor substrate. A first conductive type epitaxial layer; a second conductive type semiconductor layer stacked on the epitaxial layer; and the semiconductor layer and the epitaxial layer penetrating from the surface of the second conductive type semiconductor layer to the semiconductor An element isolation region having a trench structure reaching the substrate, a second conductivity type first semiconductor region and a second conductivity type second formed by separating the second conductivity type semiconductor layer from each other by the element isolation region. A first conductivity type first insulated gate half having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in the first semiconductor region, respectively. A body element, a third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the first semiconductor region, and a second conductivity type selectively provided in the third semiconductor region, respectively. A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a drain region and a second conductivity type source region.

請求項2の発明にかかる半導体装置は、請求項1に記載の発明において、前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、をさらに備えることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, wherein the first conductive type drain region and the first conductive type source region are provided selectively in the second semiconductor region, respectively. A third insulated gate semiconductor element of the first conductivity type, a fourth semiconductor region of the first conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor region, and the fourth semiconductor region And a second conductive type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductive type drain region and a second conductive type source region, each of which is selectively provided.

請求項1または2の発明によれば、トレンチ構造により分離された第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域をエミッタおよびコレクタとし、かつ第1導電型のエピタキシャル層および第1導電型の半導体基板をベースとする寄生トランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生トランジスタや寄生サイリスタの動作を抑制することができる。   According to the first or second aspect of the present invention, the second conductive type first semiconductor region and the second conductive type second semiconductor region separated by the trench structure are used as the emitter and collector, and the first conductive type Since the base concentration of the parasitic transistor based on the epitaxial layer and the first conductivity type semiconductor substrate can be increased, the operation of the parasitic transistor and the parasitic thyristor can be suppressed.

請求項3の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記第1の半導体領域と前記エピタキシャル層との間、および前記第2の半導体領域と前記エピタキシャル層との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有することを特徴とする。   A semiconductor device according to a third aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first or second aspect, wherein the semiconductor device is between the first semiconductor region and the epitaxial layer, and between the second semiconductor region and the epitaxial layer. In addition, each of the first and second semiconductor regions has a second conductivity type buried layer having a higher concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region.

この請求項3の発明によれば、第1導電型の第3の半導体領域をエミッタとし、第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の埋め込み層をベースとし、かつ第1導電型のエピタキシャル層および第1導電型の半導体基板をコレクタとする寄生トランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生トランジスタや寄生サイリスタの動作を抑制することができる。   According to the third aspect of the present invention, the first conductive type third semiconductor region is used as the emitter, the second conductive type first semiconductor region and the second conductive type buried layer are used as a base, and the first conductive type is used. Since the base concentration of the parasitic transistor using the type epitaxial layer and the first conductivity type semiconductor substrate as the collector can be increased, the operation of the parasitic transistor and the parasitic thyristor can be suppressed.

また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された、前記半導体基板よりも低濃度の第1導電型のエピタキシャル層と、前記エピタキシャル層の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、前記エピタキシャル層の、前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との間の表面から同エピタキシャル層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備えることを特徴とする。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first conductive type semiconductor substrate; a first conductive type epitaxial layer having a lower concentration than the semiconductor substrate; and the epitaxial layer stacked on the semiconductor substrate. A second conductivity type first semiconductor region and a second conductivity type second semiconductor region selectively provided on a surface layer of the layer; the first semiconductor region of the epitaxial layer; and the second semiconductor region. An element isolation region having a trench structure that reaches the semiconductor substrate through the same epitaxial layer from the surface between the semiconductor region and a drain region of a first conductivity type that is selectively provided in the first semiconductor region, respectively And a first conductivity type first insulated gate semiconductor element having a first conductivity type source region, and a first conductivity type third semiconductor selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region Territory And a second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in the third semiconductor region, respectively. It is characterized by that.

請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項4に記載の発明において、前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、をさらに備えることを特徴とする。   According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the fourth aspect, the first conductivity type drain region and the first conductivity type source region selectively provided in the second semiconductor region, respectively. A third insulated gate semiconductor element of the first conductivity type, a fourth semiconductor region of the first conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor region, and the fourth semiconductor region And a second conductive type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductive type drain region and a second conductive type source region, each of which is selectively provided.

請求項4または5の発明によれば、第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域をエミッタおよびコレクタとし、かつ第1導電型のエピタキシャル層および第1導電型の半導体基板をベースとする寄生トランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生トランジスタや寄生サイリスタの動作を抑制することができる。   According to the invention of claim 4 or 5, the first conductive type first semiconductor region and the second conductive type second semiconductor region are used as an emitter and a collector, and the first conductive type epitaxial layer and the first conductive type are used. Since the base concentration of the parasitic transistor based on the type semiconductor substrate can be increased, the operation of the parasitic transistor and the parasitic thyristor can be suppressed.

また、請求項6の発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備え、前記第1の半導体領域と前記半導体基板との間、および前記第2の半導体領域と前記半導体基板との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有することを特徴とする。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a first conductive type semiconductor substrate; a second conductive type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate; and a surface of the second conductive type semiconductor layer. An element isolation region having a trench structure that penetrates the semiconductor layer and reaches the semiconductor substrate, and a second conductivity type first semiconductor formed by separating the second conductivity type semiconductor layer from each other by the element isolation region A first conductivity type having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in the first semiconductor region, respectively, and a second conductivity type second semiconductor region; A first insulated gate semiconductor element, a first conductivity type third semiconductor region selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region, and a third semiconductor region selectively provided Second conductivity type drain A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a region and a source region of the second conductivity type, and between the first semiconductor region and the semiconductor substrate, and the second semiconductor region And a buried layer of a second conductivity type having a higher concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region, respectively, between the semiconductor substrate and the semiconductor substrate.

請求項7の発明にかかる半導体装置は、請求項6に記載の発明において、前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、をさらに備えることを特徴とする。   According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the sixth aspect, wherein the first conductivity type drain region and the first conductivity type source region are provided selectively in the second semiconductor region, respectively. A third insulated gate semiconductor element of the first conductivity type, a fourth semiconductor region of the first conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor region, and the fourth semiconductor region And a second conductive type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductive type drain region and a second conductive type source region, each of which is selectively provided.

請求項6または7の発明によれば、第1導電型の第3の半導体領域をエミッタとし、第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の埋め込み層をベースとし、かつ第1導電型の半導体基板をコレクタとする寄生トランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生トランジスタや寄生サイリスタの動作を抑制することができる。   According to the invention of claim 6 or 7, the first conductive type third semiconductor region is used as an emitter, the second conductive type first semiconductor region and the second conductive type buried layer are used as a base, and the first conductive type is used. Since the base concentration of the parasitic transistor using the conductive semiconductor substrate as the collector can be increased, the operation of the parasitic transistor or the parasitic thyristor can be suppressed.

また、請求項8の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜7のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチ構造は、その内部に導電膜を有しており、該導電膜は、前記半導体基板に電気的に接続されていることを特徴とする。請求項9の発明にかかる半導体装置は、請求項8に記載の発明において、前記導電膜には、半導体装置の最低電位が印加されることを特徴とする。請求項10の発明にかかる半導体装置は、請求項8に記載の発明において、前記導電膜は、高濃度にドープされた第1導電型のポリシリコンでできていることを特徴とする。請求項11の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜7のいずれか一つに記載の発明において、前記第1の半導体領域の基準電位は、前記第2の半導体領域の基準電位と異なることを特徴とする。   The semiconductor device according to an eighth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the trench structure has a conductive film inside the conductive film, It is electrically connected to the semiconductor substrate. According to a ninth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the eighth aspect, the lowest potential of the semiconductor device is applied to the conductive film. According to a tenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the eighth aspect, the conductive film is made of a first conductivity type polysilicon doped at a high concentration. The semiconductor device according to an eleventh aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, wherein a reference potential of the first semiconductor region is different from a reference potential of the second semiconductor region. It is characterized by.

また、請求項12の発明にかかる半導体装置は、請求項1、2、3、6または7に記載の発明において、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、浮遊電位を基準とする半導体領域の周囲に、高耐圧接合終端構造が前記トレンチ構造と接して設けられていることを特徴とする。請求項13の発明にかかる半導体装置は、請求項4または5に記載の発明において、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、浮遊電位を基準とする半導体領域の周囲に、高耐圧接合終端構造が前記トレンチ構造から離れ、かつ前記浮遊電位を基準とする半導体領域と接して設けられていることを特徴とする。請求項14の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜7のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチ構造は、絶縁体により埋め込まれていることを特徴とする。   A semiconductor device according to a twelfth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the first, second, third, sixth, or seventh aspect, wherein a floating potential is used as a reference in the first semiconductor region and the second semiconductor region. A high-voltage junction termination structure is provided in contact with the trench structure around the semiconductor region. A semiconductor device according to a thirteenth aspect of the present invention is the semiconductor device according to the fourth or fifth aspect, wherein the first semiconductor region and the second semiconductor region are surrounded by a semiconductor region based on a floating potential. A high voltage junction termination structure is provided apart from the trench structure and in contact with a semiconductor region based on the floating potential. According to a fourteenth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, the trench structure is buried with an insulator.

また、請求項15の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜7のいずれか一つに記載の発明において、前記トレンチ構造の底部に、前記半導体基板よりも高濃度の第1導電型の半導体領域が設けられていることを特徴とする。請求項15の発明によれば、トレンチ構造の電位を半導体装置の最低電位とする場合でも、トレンチが絶縁体で埋め込まれている場合でも、トレンチ構造の底部に半導体基板よりも高濃度の第1導電型の半導体領域が設けられていることによって、この第1導電型の高濃度半導体領域および半導体基板をベースとする寄生トランジスタの動作をより一層、抑制することができる。   A semiconductor device according to a fifteenth aspect of the present invention is the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, wherein the first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the semiconductor substrate is formed at the bottom of the trench structure. A region is provided. According to the fifteenth aspect of the present invention, even when the potential of the trench structure is set to the lowest potential of the semiconductor device or when the trench is buried with an insulator, the first concentration having a higher concentration than the semiconductor substrate is formed at the bottom of the trench structure. By providing the conductive type semiconductor region, the operation of the first conductive type high concentration semiconductor region and the parasitic transistor based on the semiconductor substrate can be further suppressed.

本発明にかかる半導体装置によれば、高度な製造技術を要する深いトレンチを形成しなくても、半導体装置内に寄生的に形成されてしまう寄生トランジスタや寄生サイリスタが、IGBT等の大容量電源半導体のスイッチング動作による急峻な電圧変化によってバイポーラ動作やラッチアップ動作などの寄生動作を起こすのをより効果的に抑制することができる。したがって、誤動作や素子破壊が生じにくい高耐圧ドライバを、従来よりも容易に実現することができるという効果を奏する。   According to the semiconductor device of the present invention, a parasitic transistor or a parasitic thyristor that is parasitically formed in the semiconductor device without forming a deep trench that requires advanced manufacturing technology is a large-capacity power supply semiconductor such as an IGBT. It is possible to more effectively suppress a parasitic operation such as a bipolar operation or a latch-up operation due to a steep voltage change due to the switching operation. Therefore, there is an effect that it is possible to easily realize a high voltage driver that is unlikely to cause malfunctions and element destruction.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の説明および添付図面において、nまたはpを冠記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。なお、図1〜図14において同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, a layer or region with n or p is a sign that electrons or holes are carriers. Further, + or attached to n or p represents a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively. 1 to 14, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

実施の形態1.
図2は、本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す平面図である。図2に示すように、高耐圧ICチップ10には、U相、V相およびW相の各上アーム分の浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cと、GND基準回路形成領域22が形成されている。各浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cは、それぞれ高耐圧接合終端構造23a,23b,23cにより囲まれている。高耐圧接合終端構造23a,23b,23cおよびGND基準回路形成領域22は、素子分離領域となるトレンチ構造7により囲まれている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the high voltage IC chip 10 is formed with floating potential reference circuit forming regions 21a, 21b, and 21c for the upper arms of the U phase, V phase, and W phase, and a GND reference circuit forming region 22. Has been. The floating potential reference circuit forming regions 21a, 21b, and 21c are surrounded by high-voltage junction termination structures 23a, 23b, and 23c, respectively. The high breakdown voltage junction termination structures 23a, 23b, 23c and the GND reference circuit formation region 22 are surrounded by a trench structure 7 serving as an element isolation region.

GND基準回路形成領域22は、接地電位GNDを基準電位としている。浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cは、それぞれ接地電位GNDとは異なる電位VUL、VVL、VWLを基準電位としている。この高耐圧ICチップ10よりなる高耐圧ドライバは、高耐圧接合終端構造23a,23b,23cをダブルRESURF構造とすることが可能である。 The GND reference circuit formation region 22 uses the ground potential GND as a reference potential. The floating potential reference circuit forming regions 21a, 21b, and 21c have potentials V UL , V VL , and V WL that are different from the ground potential GND as reference potentials. In the high voltage driver composed of the high voltage IC chip 10, the high voltage junction termination structures 23a, 23b, and 23c can have a double RESURF structure.

つぎに、図2に示す集積回路の断面構成について説明するが、U相の浮遊電位基準回路形成領域21aおよびGND基準回路形成領域22を横切る切断線A−A’における断面構成と、V相およびW相のそれぞれについて切断線A−A’に相当する断面における構成とは同じであるので、ここでは、U相、V相およびW相を代表してU相に対する切断線A−A’における断面構成について説明し、V相およびW相のそれぞれについて切断線A−A’に相当する断面における構成についての説明は省略する。また、以下の説明では、浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cの符号を21で代表し、高耐圧接合終端構造23a,23b,23cの符号を23で代表して表す。これらのことは、他の実施の形態においても同じである。   Next, the cross-sectional configuration of the integrated circuit shown in FIG. 2 will be described. The cross-sectional configuration along the cutting line AA ′ across the U-phase floating potential reference circuit formation region 21a and the GND reference circuit formation region 22, Since each of the W phases has the same configuration in the cross section corresponding to the cutting line AA ′, here, the cross section in the cutting line AA ′ for the U phase on behalf of the U phase, the V phase, and the W phase. The configuration will be described, and the description of the configuration in the cross section corresponding to the cutting line AA ′ for each of the V phase and the W phase will be omitted. In the following description, the reference numerals of the floating potential reference circuit forming regions 21a, 21b, and 21c are represented by 21, and the reference numerals of the high-voltage junction termination structures 23a, 23b, and 23c are represented by 23. These are the same in other embodiments.

図1は、本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22を横切る切断線A−A’における構成を示す断面図である。図1に示すように、p+半導体基板1の上に、p+半導体基板1よりも不純物濃度の低いpエピタキシャル層27が積層されている。そして、このpエピタキシャル層27の表面層に、浮遊電位基準回路形成領域21となる第1の半導体領域としてのn半導体領域2と、GND基準回路形成領域22となる第2の半導体領域としてのn半導体領域202とが、離れて形成されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration at a cutting line AA ′ across a floating potential reference circuit formation region 21 and a GND reference circuit formation region 22 of a semiconductor device including an integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. It is. As shown in FIG. 1, p + on the semiconductor substrate 1, p + p epitaxial layer 27 of low impurity concentration than the semiconductor substrate 1 are laminated. Then, on the surface layer of the p epitaxial layer 27, an n semiconductor region 2 as a first semiconductor region that becomes the floating potential reference circuit formation region 21 and an n semiconductor region as a second semiconductor region that becomes the GND reference circuit formation region 22. The semiconductor region 202 is formed apart from the semiconductor region 202.

高耐圧接合終端構造23は、n半導体領域2を囲み、かつn半導体領域202から離れたn半導体領域8に形成されている。また、pエピタキシャル層27の表面からpエピタキシャル層27を貫通してp+半導体基板1に達するトレンチ構造7が、n半導体領域2およびn半導体領域202の周囲を囲むように形成されている。図1には、n半導体領域2およびn半導体領域202を囲むトレンチ構造7のうち、n半導体領域2とn半導体領域202との間の部分のみが示されている。 The high breakdown voltage junction termination structure 23 is formed in the n semiconductor region 8 that surrounds the n semiconductor region 2 and is separated from the n semiconductor region 202. A trench structure 7 that reaches the p + semiconductor substrate 1 from the surface of the p epitaxial layer 27 through the p epitaxial layer 27 is formed so as to surround the periphery of the n semiconductor region 2 and the n semiconductor region 202. FIG. 1 shows only a portion between the n semiconductor region 2 and the n semiconductor region 202 in the trench structure 7 surrounding the n semiconductor region 2 and the n semiconductor region 202.

浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2には、制御回路を構成するための種々の半導体素子が形成されており、一例として、1個の第1の絶縁ゲート型半導体素子であるP−MOS401と、1個の第2の絶縁ゲート型半導体素子であるN−MOS402がそれぞれ形成されている。N−MOS402は、n半導体領域2の表面層に設けられた第3の半導体領域であるp半導体領域3に形成されている。ここで、pエピタキシャル層27とn半導体領域2との間のpn接合を第1のpn接合とすると、この第1のpn接合に逆バイアス電圧が印加されたときに、第1のpn接合からn半導体領域2に広がる第1の空乏層の先端がp半導体領域3に達しないように、n半導体領域2の厚さおよび不純物濃度を選定するのが望ましい。   Various semiconductor elements for forming a control circuit are formed in the n semiconductor region 2 of the floating potential reference circuit formation region 21. As an example, P− which is one first insulated gate semiconductor element. A MOS 401 and an N-MOS 402 which is one second insulated gate semiconductor element are formed. The N-MOS 402 is formed in the p semiconductor region 3 which is a third semiconductor region provided in the surface layer of the n semiconductor region 2. Here, when the pn junction between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 2 is a first pn junction, when a reverse bias voltage is applied to the first pn junction, the first pn junction It is desirable to select the thickness and impurity concentration of the n semiconductor region 2 so that the tip of the first depletion layer extending in the n semiconductor region 2 does not reach the p semiconductor region 3.

GND基準回路形成領域22のn半導体領域202には、制御回路を構成するための種々の半導体素子の一例として、1個の第3の絶縁ゲート型半導体素子であるP−MOS403と、1個の第4の絶縁ゲート型半導体素子であるN−MOS404が形成されている。N−MOS404は、n半導体領域202の表面層に設けられた第4の半導体領域であるp半導体領域203に形成されている。なお、各n半導体領域2,202内にそれぞれ複数のP−MOSが形成されていてもよいし、各p半導体領域3,203内にそれぞれ複数のN−MOSが形成されていてもよい。   In the n semiconductor region 202 of the GND reference circuit formation region 22, as an example of various semiconductor elements for constituting a control circuit, one P-MOS 403 that is a third insulated gate semiconductor element, and one An N-MOS 404, which is a fourth insulated gate semiconductor element, is formed. The N-MOS 404 is formed in the p semiconductor region 203 which is a fourth semiconductor region provided in the surface layer of the n semiconductor region 202. A plurality of P-MOSs may be formed in each of the n semiconductor regions 2 and 202, and a plurality of N-MOSs may be formed in each of the p semiconductor regions 3 and 203.

図1において、各P−MOS401,403および各N−MOS402,404のD、GおよびSは、それぞれドレイン電極、ゲート電極およびソース電極を表す。ドレイン電極Dは、ドレイン領域となるp+半導体領域(P−MOSの場合)またはn+半導体領域(N−MOSの場合)に、金属電極17を介して電気的に接続されている。ソース電極Sは、ソース領域となるp+半導体領域(P−MOSの場合)またはn+半導体領域(N−MOSの場合)に、金属電極17を介して電気的に接続されている。各ゲート電極Gは、それぞれ所定の半導体領域の表面上に、図示省略した絶縁膜を介して形成されている。 In FIG. 1, D, G, and S of each P-MOS 401 and 403 and each N-MOS 402 and 404 represent a drain electrode, a gate electrode, and a source electrode, respectively. The drain electrode D is electrically connected via a metal electrode 17 to a p + semiconductor region (in the case of P-MOS) or an n + semiconductor region (in the case of N-MOS) serving as a drain region. The source electrode S is electrically connected via a metal electrode 17 to a p + semiconductor region (in the case of P-MOS) or an n + semiconductor region (in the case of N-MOS) serving as a source region. Each gate electrode G is formed on the surface of a predetermined semiconductor region via an insulating film (not shown).

+半導体基板1には、基板裏面に設けられたp+半導体層301にオーミック接触する金属電極18を介して、接地電位GNDが印加される。浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2には、その表面に設けられたn+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、浮遊電位基準回路の電源電位VUH(U相の場合)が印加される。n半導体領域2内のp半導体領域3には、その表面に設けられたp+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、浮遊電位基準回路の基準電位VUL(U相の場合)が印加される。 A ground potential GND is applied to the p + semiconductor substrate 1 through the metal electrode 18 that is in ohmic contact with the p + semiconductor layer 301 provided on the back surface of the substrate. The n semiconductor region 2 of the floating potential reference circuit forming region 21 is connected to the power supply potential V UH (in the case of U phase) of the floating potential reference circuit via a metal electrode 17 that is in ohmic contact with the n + semiconductor region provided on the surface. ) Is applied. The p semiconductor region 3 in the n semiconductor region 2 receives the reference potential V UL (in the case of the U phase) of the floating potential reference circuit via the metal electrode 17 that is in ohmic contact with the p + semiconductor region provided on the surface thereof. Applied.

UHおよびVULは、それぞれ、V相の場合にはVVHおよびVVLとなり、W相の場合にはVWHおよびVWLとなる。通常、U相のVUHとV相のVVHとW相のVWHは同じであり、またU相のVULとV相のVVLとW相のVWLも同じであるので、以下の説明では、各相の浮遊電位基準回路の電源電位および基準電位をそれぞれVUHおよびVULで代表する(他の実施の形態においても同じ)。 V UH and V UL are V VH and V VL in the case of the V phase, and V WH and V WL in the case of the W phase. Normally, U phase V UH , V phase V VH, and W phase V WH are the same, and U phase V UL , V phase V VL, and W phase V WL are the same. In the description, the power supply potential and the reference potential of the floating potential reference circuit of each phase are represented by V UH and V UL , respectively (the same applies to other embodiments).

通常使用時の上アームの電源電圧は、浮遊電位基準回路の電源電位VUHと基準電位VULとの電位差([VUH−VUL])で与えられる。この電位差は、任意であり、たとえば+10〜20V程度に設定される。浮遊電位基準回路の基準電位VULが印加される配線は、この高耐圧ドライバが駆動する図示しない上アームIGBTのエミッタと下アームIGBTのコレクタとの接続ノードに接続され得る。 The power supply voltage of the upper arm during normal use is given by the potential difference ([V UH −V UL ]) between the power supply potential V UH of the floating potential reference circuit and the reference potential V UL . This potential difference is arbitrary and is set to about +10 to 20V, for example. The wiring to which the reference potential V UL of the floating potential reference circuit is applied can be connected to a connection node between the emitter of the upper arm IGBT and the collector of the lower arm IGBT (not shown) driven by the high voltage driver.

GND基準回路形成領域22のn半導体領域202には、その表面に設けられたn+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、図示しない下アームの電源電位Vccが印加される。n半導体領域202内のp半導体領域203には、その表面に設けられたp+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、GND基準回路形成領域22の基準電位である接地電位GNDが印加される。接地電位GNDに対する下アームの電源電位Vcc、すなわち下アームの電源電圧は、任意であり、たとえば+10〜20V程度に設定される。 The power supply potential V cc of the lower arm (not shown) is applied to the n semiconductor region 202 of the GND reference circuit forming region 22 through the metal electrode 17 that is in ohmic contact with the n + semiconductor region provided on the surface thereof. A ground potential GND that is a reference potential of the GND reference circuit formation region 22 is applied to the p semiconductor region 203 in the n semiconductor region 202 through the metal electrode 17 that is in ohmic contact with the p + semiconductor region provided on the surface thereof. Is done. The power supply potential V cc of the lower arm with respect to the ground potential GND, that is, the power supply voltage of the lower arm is arbitrary, and is set to about +10 to 20 V, for example.

高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8は、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2に接して設けられている。そのため、n半導体領域8の電位は、n半導体領域2と同じ浮遊電位基準回路の電源電位VUHとなる。n半導体領域8を、n半導体領域2と同一プロセスで同時に形成してもよい。n半導体領域8の表面層には、p半導体領域とそれよりも不純物濃度の低いp-半導体領域とが接して形成されている。このn半導体領域8に形成されたp半導体領域には、このp半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、接地電位GNDが印加される。 The n semiconductor region 8 of the high breakdown voltage junction termination structure 23 is provided in contact with the n semiconductor region 2 of the floating potential reference circuit forming region 21. Therefore, the potential of the n semiconductor region 8 becomes the power supply potential V UH of the same floating potential reference circuit as that of the n semiconductor region 2. The n semiconductor region 8 may be formed simultaneously by the same process as the n semiconductor region 2. On the surface layer of the n semiconductor region 8, a p semiconductor region and a p semiconductor region having a lower impurity concentration are formed in contact with each other. The ground potential GND is applied to the p semiconductor region formed in the n semiconductor region 8 through the metal electrode 17 that is in ohmic contact with the p semiconductor region.

したがって、pエピタキシャル層27とn半導体領域8との間のpn接合を第2のpn接合とし、n半導体領域8に形成されたp半導体領域およびp-半導体領域とn半導体領域8との間のpn接合を第3のpn接合とすると、これら第2および第3のpn接合は、ともに逆バイアスが印加された状態となる。このような逆バイアス状態において、第2のpn接合の両側に広がる第2の空乏層と、第3のpn接合の両側に広がる第3の空乏層とが、n半導体領域8で結合し、かつ第3の空乏層が、n半導体領域8内のp半導体領域およびp-半導体領域の表面に達するように、n半導体領域8内のp半導体領域およびp-半導体領域を形成するとよい。なお、高耐圧接合終端構造23の構造は、上述した構成の他にも種々変更可能である。 Therefore, the pn junction between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 8 is the second pn junction, and the p semiconductor region and the p semiconductor region formed in the n semiconductor region 8 and the n semiconductor region 8 are connected. When the pn junction is the third pn junction, both the second and third pn junctions are in a state where a reverse bias is applied. In such a reverse bias state, the second depletion layer extending on both sides of the second pn junction and the third depletion layer extending on both sides of the third pn junction are coupled by the n semiconductor region 8, and third depletion layer, p semiconductor region in the n semiconductor region 8 and p - to reach the surface of the semiconductor region, p semiconductor region in the n semiconductor region 8 and p - may be formed the semiconductor region. The structure of the high withstand voltage junction termination structure 23 can be variously changed in addition to the above-described configuration.

トレンチ構造7は、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51と、アルミニウム等の金属材料を含む導電膜よりなる電極16を備えている。トレンチ壁p+半導体領域51は、トレンチの側面および底面に沿って設けられている。トレンチ壁p+半導体領域51のトレンチ底面部分は、p+半導体基板1に接しており、トレンチ壁p+半導体領域51はp+半導体基板1に電気的に接続されている。電極16は、トレンチ内に設けられており、トレンチ壁p+半導体領域51にオーミック接触している。電極16には、接地電位GNDが印加される。したがって、トレンチの側面においてトレンチ壁p+半導体領域51を介して電極16に電気的に接続されるpエピタキシャル層27の電位は、接地電位GNDとなる。 The trench structure 7 includes a trench wall p + semiconductor region 51 having a concentration higher than that of the p + semiconductor substrate 1 and an electrode 16 made of a conductive film containing a metal material such as aluminum. The trench wall p + semiconductor region 51 is provided along the side surface and the bottom surface of the trench. Trench bottom portion of the trench wall p + semiconductor region 51 is in contact with the p + semiconductor substrate 1, the trench wall p + semiconductor region 51 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1. The electrode 16 is provided in the trench and is in ohmic contact with the trench wall p + semiconductor region 51. A ground potential GND is applied to the electrode 16. Therefore, the potential of the p epitaxial layer 27 electrically connected to the electrode 16 via the trench wall p + semiconductor region 51 on the side surface of the trench becomes the ground potential GND.

トレンチ構造7を形成するにあたっては、pエピタキシャル層27の表面からp+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そのトレンチの側面および底面に沿ってp+型半導体基板1に、p型不純物としてたとえばボロンをイオン注入して高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51を形成する。そして、トレンチ内に、アルミニウム等の金属を材料に含む電極16をスパッタリングにより形成し、電極16をトレンチ壁p+半導体領域51にオーミック接触させる。 In forming the trench structure 7, a trench reaching the p + semiconductor substrate 1 from the surface of the p epitaxial layer 27 is formed. For example, boron is ion-implanted as a p-type impurity into the p + type semiconductor substrate 1 along the side and bottom surfaces of the trench to form a high concentration trench wall p + semiconductor region 51. In the trench, an electrode 16 containing a metal such as aluminum is formed by sputtering, and the electrode 16 is brought into ohmic contact with the trench wall p + semiconductor region 51.

このように、トレンチ壁p+半導体領域51がp+半導体基板1に電気的に接続しているので、トレンチ壁p+半導体領域51は、p+半導体基板1と同電位、すなわち接地電位GNDとなる。上述したように、GND基準回路形成領域22のn半導体領域202の電位は、GND基準回路の電源電位Vccであるので、トレンチ壁p+半導体領域51の電位は、n半導体領域202の電位よりも低く保たれる。 Thus, since trench wall p + semiconductor region 51 is electrically connected to p + semiconductor substrate 1, trench wall p + semiconductor region 51 has the same potential as p + semiconductor substrate 1, that is, ground potential GND. Become. As described above, since the potential of the n semiconductor region 202 in the GND reference circuit formation region 22 is the power supply potential Vcc of the GND reference circuit, the potential of the trench wall p + semiconductor region 51 is higher than the potential of the n semiconductor region 202. Is kept low.

ここで、pエピタキシャル層27とGND基準回路形成領域22のn半導体領域202との間のpn接合を第4のpn接合とする。また、pエピタキシャル層27とn半導体領域202との間の内蔵電位をVbiとする。第4のpn接合に電圧値Vccの逆バイアス電圧が印加された状態で、第4のpn接合からpエピタキシャル層27に広がる第4の空乏層の先端におけるpエピタキシャル層27の電位V1が、動作時において常につぎの不等式を成立させるように、トレンチ構造7を形成するのが望ましい。 Here, the pn junction between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 202 of the GND reference circuit formation region 22 is a fourth pn junction. Further, the built-in potential between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 202 is set to V bi . In a state where a reverse bias voltage of the voltage value V cc to a fourth pn junction is applied, the potential V 1 of the p epitaxial layer 27 in a fourth depletion layer tip extending p epitaxial layer 27 from the fourth pn junction It is desirable to form the trench structure 7 so that the following inequality is always satisfied during operation.

1<Vcc+Vbi V 1 <V cc + V bi

つぎに、トレンチ構造7にトレンチ壁p+半導体領域51が設けられていることによって得られる効果について説明する。図1に示す構成において、p半導体領域3、n半導体領域2、pエピタキシャル層27およびp+半導体基板1、並びにn半導体領域202からなるpnpn構造の寄生サイリスタが存在する。 Next, effects obtained by providing the trench structure 7 with the trench wall p + semiconductor region 51 will be described. In the configuration shown in FIG. 1, there is a parasitic thyristor having a pnpn structure including a p semiconductor region 3, an n semiconductor region 2, a p epitaxial layer 27 and a p + semiconductor substrate 1, and an n semiconductor region 202.

したがって、p半導体領域3に急峻な変化(dV/dt)波形を伴う電圧が印加されると、pエピタキシャル層27とn半導体領域2とのpn接合部には、その接合容量Cに比例した変位電流[C×(dV/dt)]が流れる。その際、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27中には、上記変位電流に対応した充電電流が流れる。そのため、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27に、その電位が接地電位GNDレベル以上となる部分が発生する。 Therefore, when a voltage with a steep change (dV / dt) waveform is applied to the p semiconductor region 3, the pn junction between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 2 is displaced in proportion to its junction capacitance C. A current [C × (dV / dt)] flows. At that time, a charging current corresponding to the displacement current flows in the p + semiconductor substrate 1 and the p epitaxial layer 27. As a result, a portion of p + semiconductor substrate 1 and p epitaxial layer 27 whose potential is equal to or higher than the ground potential GND level is generated.

トレンチ壁p+半導体領域51がない場合には、p半導体領域3の印加電圧の変化(dV/dt)が大きくなると、上記充電電流が大きくなるため、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27の電位上昇が増加する。その結果、pエピタキシャル層27の電位が高くなり、pエピタキシャル層27とn半導体領域202の間が順バイアス状態になると、寄生サイリスタのゲート電流が流れることになる。このゲート電流値が増加して所定の値に達すると、寄生サイリスタのアノードに相当するp半導体領域3と、カソードに相当するn半導体領域202との間の電位差が、寄生サイリスタのブレークオーバ電圧より低くても、サイリスタがオン状態となってラッチアップ現象が発生する。ラッチアップ現象の発生により過電流が流れ、半導体装置は破壊に至る。 In the absence of the trench wall p + semiconductor region 51, when the change in applied voltage (dV / dt) of the p semiconductor region 3 increases, the charging current increases, so that the p + semiconductor substrate 1 and the p epitaxial layer 27 The potential rise increases. As a result, when the potential of the p epitaxial layer 27 becomes high and a forward bias state is established between the p epitaxial layer 27 and the n semiconductor region 202, the gate current of the parasitic thyristor flows. When the gate current value increases and reaches a predetermined value, the potential difference between the p semiconductor region 3 corresponding to the anode of the parasitic thyristor and the n semiconductor region 202 corresponding to the cathode is greater than the breakover voltage of the parasitic thyristor. Even if it is low, the thyristor is turned on and a latch-up phenomenon occurs. Overcurrent flows due to the occurrence of the latch-up phenomenon, and the semiconductor device is destroyed.

しかし、本実施の形態のようにトレンチ壁p+半導体領域51がある場合には、トレンチ壁p+半導体領域51上の電極16がゲート電極の役割を果たすことになる。上述したように、この電極16を接地点に接続してその電位を接地電位GNDレベルに固定することにより、上記充電電流のうちトレンチ構造7ヘ流れ込む電流の割合が増加する。それによって、n半導体領域202周辺のpエピタキシャル層27中に流れる電流が減り、n半導体領域202周辺のpエピタキシャル層27の電位上昇を抑えることができるので、pエピタキシャル層27とn半導体領域202との間が順バイアスされて寄生サイリスタのゲート電流が流れるのを抑えることができる。つまり、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造となる。 However, if there is a trench wall p + semiconductor region 51 as in this embodiment, the electrodes 16 on the trench walls p + semiconductor region 51 is the role of the gate electrode. As described above, by connecting the electrode 16 to the ground point and fixing the potential at the ground potential GND level, the ratio of the current flowing into the trench structure 7 in the charging current is increased. Thereby, the current flowing in the p epitaxial layer 27 around the n semiconductor region 202 is reduced, and the potential increase of the p epitaxial layer 27 around the n semiconductor region 202 can be suppressed. It is possible to prevent the gate current of the parasitic thyristor from flowing by being forward-biased. In other words, the parasitic thyristor is difficult to latch up.

実施の形態1によれば、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2、pエピタキシャル層27およびp+半導体基板1、GND基準回路形成領域22のn半導体領域202よりなる寄生npnトランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生npnトランジスタが非常に動作しにくい構造となる。したがって、n半導体領域2,202およびトレンチ構造7を深くしなくてもよいので、プロセスコストを低減することができる。また、上述したように、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造が得られる。 According to the first embodiment, the base of the parasitic npn transistor including the n semiconductor region 2 in the floating potential reference circuit formation region 21, the p epitaxial layer 27 and the p + semiconductor substrate 1, and the n semiconductor region 202 in the GND reference circuit formation region 22. Since the concentration can be increased, the structure of the parasitic npn transistor is extremely difficult to operate. Therefore, since the n semiconductor regions 2 and 202 and the trench structure 7 do not have to be deepened, the process cost can be reduced. Further, as described above, a structure in which the parasitic thyristor is difficult to latch up is obtained.

なお、図3に示すように、高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8に、横型の高耐圧MIS(金属−絶縁膜−半導体)トランジスタ405を形成してもよい。図3に示す構成は、図2の切断線B−B’における断面構成に相当する。このMISトランジスタ405のD、GおよびSは、それぞれドレイン電極、ゲート電極およびソース電極を表す。ドレイン電極Dは、n半導体領域8の表面層においてp-半導体領域9により囲まれたドレイン領域となるn半導体領域に、金属電極17を介して電気的に接続されている。ソース電極S、ソース電極Sが金属電極17を介して電気的に接続されたソース領域、およびゲート電極Gは、n半導体領域8の表面層においてp-半導体領域9のトレンチ構造側の外側に設けられている。 As shown in FIG. 3, a lateral high voltage MIS (metal-insulating film-semiconductor) transistor 405 may be formed in the n semiconductor region 8 of the high voltage junction termination structure 23. The configuration shown in FIG. 3 corresponds to the cross-sectional configuration along the cutting line BB ′ in FIG. D, G, and S of the MIS transistor 405 represent a drain electrode, a gate electrode, and a source electrode, respectively. The drain electrode D is electrically connected to the n semiconductor region serving as the drain region surrounded by the p semiconductor region 9 in the surface layer of the n semiconductor region 8 through the metal electrode 17. The source electrode S, the source region where the source electrode S is electrically connected via the metal electrode 17, and the gate electrode G are provided outside the p semiconductor region 9 on the trench structure side in the surface layer of the n semiconductor region 8. It has been.

実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図4に示すように、実施の形態2は、図1に示す実施の形態1に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 4, the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the trench structure 7, and the other configurations are the same as those shown in FIG. It is. Therefore, the other processes are the same as those in the first embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7.

実施の形態2では、トレンチ構造7は、トレンチ壁p+半導体領域51の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。埋め込みp+半導体領域41には、この埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触する金属電極17を介して、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDが印加される。 In the second embodiment, the trench structure 7 has a structure in which the inside of the trench wall p + semiconductor region 51 is buried with a buried p + semiconductor region 41 made of polysilicon. The buried p + semiconductor region 41 through the metal electrode 17 in ohmic contact with the buried p + semiconductor region 41, the same ground potential GND and p + semiconductor substrate 1 is applied.

実施の形態2のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成し、ボロン等のp型不純物のイオン注入により高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51を形成する。ついで、トレンチ内に、p型不純物を高濃度にドープしたポリシリコンをCVD(化学気相成長)法等により埋め込むことによって、埋め込みp+半導体領域41を形成する。そして、埋め込みp+半導体領域41の表面上に金属電極17を形成し、金属電極17を埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触させる。 In forming the trench structure 7 of the second embodiment, a trench reaching the p + semiconductor substrate 1 is formed in the same manner as in the first embodiment, and a high concentration trench wall is formed by ion implantation of p-type impurities such as boron. A p + semiconductor region 51 is formed. Next, a buried p + semiconductor region 41 is formed in the trench by burying polysilicon doped with a p-type impurity at a high concentration by a CVD (chemical vapor deposition) method or the like. Then, the metal electrode 17 is formed on the surface of the buried p + semiconductor region 41, and the metal electrode 17 is brought into ohmic contact with the buried p + semiconductor region 41.

実施の形態2によれば、実施の形態1の効果に加えて、つぎのような効果が得られる。実施の形態1では、トレンチ内に金属の電極16をスパッタリングにより形成するため、電極16となる金属膜の被覆性を考慮して、トレンチの幅はトレンチ深さと同程度、たとえば5〜10μm程度である、それに対して、実施の形態2では、トレンチ内部をポリシリコンで埋めるので、トレンチの幅をたとえば3μm程度にすることができる。したがって、より小型の半導体装置を実現することができる。   According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained. In the first embodiment, since the metal electrode 16 is formed in the trench by sputtering, the width of the trench is about the same as the trench depth, for example, about 5 to 10 μm in consideration of the covering property of the metal film to be the electrode 16. On the other hand, in the second embodiment, since the trench is filled with polysilicon, the width of the trench can be set to about 3 μm, for example. Therefore, a smaller semiconductor device can be realized.

実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図5に示すように、実施の形態3は、図1に示す実施の形態1に対して、トレンチ構造7およびその周辺部の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7およびその周辺部を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the third embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 5, the third embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the structure of the trench structure 7 and its peripheral part, and the other structure is shown in FIG. It is the same as the structure shown. Therefore, the other processes are the same as those of the first embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7 and its peripheral part.

実施の形態3では、トレンチ構造7は、トレンチが絶縁体61で埋め込まれているとともに、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。このトレンチ底p+半導体領域52は、p+半導体基板1に電気的に接続している。また、実施の形態3では、トレンチ構造7の周囲において、pエピタキシャル層27には、金属電極17およびこの金属電極17がオーミック接触するp+半導体領域を介して、接地電位GNDが印加される。 In the third embodiment, the trench structure 7 has a trench embedded with an insulator 61 and a trench bottom p + semiconductor region 52 having a higher concentration than the p + semiconductor substrate 1 is provided at the bottom of the trench structure 7. It becomes the composition. The trench bottom p + semiconductor region 52 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1. In the third embodiment, the ground potential GND is applied to the p epitaxial layer 27 around the trench structure 7 through the metal electrode 17 and the p + semiconductor region in which the metal electrode 17 is in ohmic contact.

実施の形態3のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そして、トレンチ底部にボロン等のp型不純物をイオン注入して高濃度のトレンチ底p+半導体領域52を形成する。ついで、トレンチ内に絶縁体61を埋め込む。その後、pエピタキシャル層27の表面の、絶縁体61を埋め込んだトレンチ構造7の周囲に、高濃度のp+半導体領域を形成し、このp+半導体領域の表面上に金属電極17を形成し、金属電極17をp+半導体領域にオーミック接触させる。 In forming the trench structure 7 of the third embodiment, a trench reaching the p + semiconductor substrate 1 is formed in the same manner as in the first embodiment. Then, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the trench bottom to form a high concentration trench bottom p + semiconductor region 52. Next, an insulator 61 is embedded in the trench. Thereafter, a high-concentration p + semiconductor region is formed on the surface of the p epitaxial layer 27 around the trench structure 7 in which the insulator 61 is buried, and the metal electrode 17 is formed on the surface of the p + semiconductor region. The metal electrode 17 is brought into ohmic contact with the p + semiconductor region.

実施の形態3によれば、実施の形態1と同様に、pエピタキシャル層27の電位上昇を抑制することができるので、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造が得られる。   According to the third embodiment, as in the first embodiment, since the potential increase of the p epitaxial layer 27 can be suppressed, a structure in which the parasitic thyristor is difficult to latch up is obtained.

実施の形態4.
図6は、本発明の実施の形態4にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図6に示すように、実施の形態4は、図1に示す実施の形態1に対して、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2、高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8およびGND基準回路形成領域22のn半導体領域202の構成、トレンチ構造7の構成、並びに高耐圧接合終端構造23の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、n半導体領域2,8,202、トレンチ構造7および高耐圧接合終端構造23を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 6, the fourth embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the n semiconductor region 2 in the floating potential reference circuit formation region 21, the n semiconductor region 8 in the high breakdown voltage junction termination structure 23, and The configuration of the n semiconductor region 202 in the GND reference circuit formation region 22, the configuration of the trench structure 7, and the configuration of the high voltage junction termination structure 23 are different, and the other configurations are the same as those shown in FIG. 1. is there. Therefore, the other processes are the same as those in the first embodiment except for the process of manufacturing the n semiconductor regions 2, 8, 202, the trench structure 7 and the high breakdown voltage junction termination structure 23.

n半導体領域2,8およびn半導体領域202は、pエピタキシャル層27上に積層されたnエピタキシャル層2aを、その表面からnエピタキシャル層2aおよびpエピタキシャル層27を貫通してp+半導体基板1に達するトレンチ構造7で分離することにより、形成されている。したがって、n半導体領域8およびn半導体領域202は、ともにトレンチ構造7に隣接している。 The n semiconductor regions 2 and 8 and the n semiconductor region 202 pass through the n epitaxial layer 2a stacked on the p epitaxial layer 27 from the surface thereof to the p + semiconductor substrate 1 through the n epitaxial layer 2a and the p epitaxial layer 27. It is formed by separating with a trench structure 7 that reaches. Therefore, both n semiconductor region 8 and n semiconductor region 202 are adjacent to trench structure 7.

実施の形態4では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁に絶縁膜25が設けられ、その絶縁膜25の内側およびトレンチ底面に沿って電極16が設けられ、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。電極16は、トレンチ側壁の絶縁膜25により、n半導体領域8およびn半導体領域202から絶縁されている。また、電極16は、トレンチ底p+半導体領域52を介して、p+半導体基板1に電気的に接続している。電極16には接地電位GNDが印加されるので、トレンチ底p+半導体領域52の電位は、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDとなる。 In the fourth embodiment, the trench structure 7 is provided with an insulating film 25 on the sidewall of the trench, an electrode 16 is provided along the inside of the insulating film 25 and along the bottom of the trench, and a p + semiconductor substrate is formed at the bottom of the trench structure 7. The trench bottom p + semiconductor region 52 having a concentration higher than 1 is provided. The electrode 16 is insulated from the n semiconductor region 8 and the n semiconductor region 202 by the insulating film 25 on the trench sidewall. The electrode 16 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1 through the trench bottom p + semiconductor region 52. Since the ground potential GND is applied to the electrode 16, the potential of the trench bottom p + semiconductor region 52 becomes the same ground potential GND as that of the p + semiconductor substrate 1.

実施の形態4のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そして、トレンチの側壁および底部に熱酸化膜などの絶縁膜25を形成した後、異方性の酸化膜エッチャーにより、絶縁膜25のトレンチ底部分をエッチングしてコンタクト部を形成する。ついで、トレンチ底部にボロン等のp型不純物をイオン注入して高濃度のトレンチ底p+半導体領域52を形成する。その後、トレンチ内部に電極16となる金属膜をスパッター等で成膜し、電極16をトレンチ底p+領域52にオーミック接触させる。 In forming the trench structure 7 of the fourth embodiment, a trench reaching the p + semiconductor substrate 1 is formed in the same manner as in the first embodiment. Then, after an insulating film 25 such as a thermal oxide film is formed on the sidewall and bottom of the trench, the bottom of the trench of the insulating film 25 is etched by an anisotropic oxide film etcher to form a contact portion. Next, a p-type impurity such as boron is ion-implanted into the bottom of the trench to form a high concentration trench bottom p + semiconductor region 52. Thereafter, a metal film to be the electrode 16 is formed inside the trench by sputtering or the like, and the electrode 16 is brought into ohmic contact with the trench bottom p + region 52.

実施の形態4では、高耐圧接合終端構造23は、n半導体領域8の表面層に、金属電極17を介して接地電位GNDが印加されるp半導体領域46と、このp半導体領域46に接してそれよりも不純物濃度の低いp-半導体領域9a,9bが設けられた構成となっている。一方のp-半導体領域9aは、p半導体領域46と浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域8との間に設けられている。もう一方のp-半導体領域9bは、p半導体領域46とトレンチ構造7との間に設けられている。 In the fourth embodiment, the high withstand voltage junction termination structure 23 is in contact with the p semiconductor region 46 and the p semiconductor region 46 to which the ground potential GND is applied via the metal electrode 17 to the surface layer of the n semiconductor region 8. The p semiconductor regions 9a and 9b having a lower impurity concentration are provided. One p semiconductor region 9 a is provided between the p semiconductor region 46 and the n semiconductor region 8 of the floating potential reference circuit forming region 21. The other p semiconductor region 9 b is provided between the p semiconductor region 46 and the trench structure 7.

-半導体領域9bによって、n半導体領域8の、p-半導体領域9bの下側の部分が空乏化しやすくなっている。なお、p-半導体領域9a,9bのうち、浮遊電位基準回路形成領域21側のp-半導体領域9aにより高い電位がかかるので、このp-半導体領域9aの幅は、トレンチ構造7側のp-半導体領域9bの幅よりも大きい。 The p semiconductor region 9b facilitates depletion of the portion of the n semiconductor region 8 below the p semiconductor region 9b. Of the p semiconductor regions 9a and 9b, a higher potential is applied to the p semiconductor region 9a on the floating potential reference circuit formation region 21 side, so the width of the p semiconductor region 9a is p on the trench structure 7 side. It is larger than the width of the semiconductor region 9b.

実施の形態5.
図7は、本発明の実施の形態5にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図7に示すように、実施の形態5は、図6に示す実施の形態4に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図6に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態4と同じである。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 7, the fifth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in the configuration of the trench structure 7, and the other configurations are the same as those shown in FIG. It is. Therefore, the other processes are the same as those in the fourth embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7.

実施の形態5では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁の絶縁膜25の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。埋め込みp+半導体領域41は、トレンチ底p+半導体領域52を介して、p+半導体基板1に電気的に接続している。埋め込みp+半導体領域41には、この埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触する金属電極17を介して、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDが印加されるので、トレンチ底p+半導体領域52の電位は、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDとなる。 In the fifth embodiment, the trench structure 7 has a configuration in which the inner side of the insulating film 25 on the sidewall of the trench is buried with a buried p + semiconductor region 41 made of polysilicon. The buried p + semiconductor region 41 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1 via the trench bottom p + semiconductor region 52. The buried p + semiconductor region 41 through the metal electrode 17 in ohmic contact with the buried p + semiconductor regions 41, since the same ground potential GND and p + semiconductor substrate 1 is applied, the trench bottom p + semiconductor regions 52 Is the same ground potential GND as that of the p + semiconductor substrate 1.

実施の形態6.
図8は、本発明の実施の形態6にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図8に示すように、実施の形態6は、図6に示す実施の形態4に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図6に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態4と同じである。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the section line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 8, the sixth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in the configuration of the trench structure 7, and the other configurations are the same as those shown in FIG. It is. Therefore, the other processes are the same as those in the fourth embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7.

実施の形態6では、トレンチ構造7は、トレンチが絶縁体61で埋め込まれているとともに、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。このトレンチ構造7は、実施の形態3のトレンチ構造と同じである。 In the sixth embodiment, the trench structure 7 has a trench embedded with an insulator 61 and a trench bottom p + semiconductor region 52 having a higher concentration than the p + semiconductor substrate 1 is provided at the bottom of the trench structure 7. It becomes the composition. This trench structure 7 is the same as the trench structure of the third embodiment.

実施の形態7.
図9は、本発明の実施の形態7にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図9に示すように、実施の形態7は、図6に示す実施の形態4に対して、pエピタキシャル層27を設けずに、p+半導体基板1の代わりに低濃度のp-半導体基板101を用いたものである。したがって、トレンチ底p+半導体領域52は、p-半導体基板101に電気的に接続することになる。
Embodiment 7 FIG.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to a seventh embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 9, the seventh embodiment differs from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in that the p epitaxial layer 27 is not provided and the low concentration p semiconductor substrate 101 is used instead of the p + semiconductor substrate 1. Is used. Therefore, trench bottom p + semiconductor region 52 is electrically connected to p semiconductor substrate 101.

また、実施の形態7では、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とp-半導体基板101との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24が設けられている。GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。 Further, in the seventh embodiment, the n semiconductor regions 2, 202 are located near the boundary between the n semiconductor regions 2, 202 and the p semiconductor substrate 101 in the floating potential reference circuit formation region 21 and the GND reference circuit formation region 22, respectively. A higher concentration n + buried layer 24 is provided. The n + buried layer 24 provided in the GND reference circuit formation region 22 is in contact with the trench structure 7.

+埋め込み層24がトレンチ構造7に接する構成において、仮に、トレンチ構造7が、図1に示すように、トレンチの周囲にトレンチ壁p+半導体領域51を有する構成である場合、n+埋め込み層24とトレンチ壁p+半導体領域51とが接すると、その接合耐圧が低いため、問題が生じる。それを回避するため、実施の形態7では、トレンチ壁p+半導体領域51を設けずに、トレンチ側壁に絶縁膜25を形成し、それによって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の電極16とp-半導体基板101とを絶縁し、トレンチ底部においてのみトレンチ底p+半導体領域52を介してp-半導体基板101に電極16を電気的に接続している。その他の構成は、図6に示す構成と同じである。 n + in the structure buried layer 24 is in contact with the trench structure 7, if a trench structure 7, as shown in FIG. 1, when a structure having a trench wall p + semiconductor region 51 around the trench, n + buried layer When 24 and the trench wall p + semiconductor region 51 are in contact with each other, a problem arises because the junction breakdown voltage is low. In order to avoid this, in the seventh embodiment, the trench wall p + semiconductor region 51 is not provided, and the insulating film 25 is formed on the trench side wall, whereby the electrodes 16 and p in the trench structure 7 are formed on the trench side wall. The semiconductor substrate 101 is insulated and the electrode 16 is electrically connected to the p semiconductor substrate 101 via the trench bottom p + semiconductor region 52 only at the trench bottom. Other configurations are the same as those shown in FIG.

実施の形態7によれば、浮遊電位基準回路形成領域21のp半導体領域3、n半導体領域2およびn+埋め込み層24、p-半導体基板101よりなる寄生pnpトランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生pnpトランジスタが動作しにくくなる。したがって、n半導体領域2とn半導体領域202を従来ほど深く形成しなくてもよいので、トレンチ構造7の形成が容易になり、プロセスコストを低減することができる。 According to the seventh embodiment, the base concentration of the parasitic pnp transistor including the p semiconductor region 3, the n semiconductor region 2 and the n + buried layer 24, and the p semiconductor substrate 101 in the floating potential reference circuit formation region 21 can be increased. As a result, the parasitic pnp transistor becomes difficult to operate. Therefore, it is not necessary to form the n semiconductor region 2 and the n semiconductor region 202 as deeply as in the prior art. Therefore, the trench structure 7 can be easily formed, and the process cost can be reduced.

実施の形態8.
図10は、本発明の実施の形態8にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図10に示すように、実施の形態8は、図9に示す実施の形態7に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図9に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態7と同じである。
Embodiment 8 FIG.
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the eighth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the section line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 10, the eighth embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 9 in the configuration of the trench structure 7, and the other configurations are the same as those shown in FIG. It is. Therefore, the other processes are the same as those in the seventh embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7.

実施の形態8では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁の絶縁膜25の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。このトレンチ構造7は、実施の形態5のトレンチ構造と同じである。トレンチ構造7は、GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24に接している。そのため、実施の形態8でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の埋め込みp+半導体領域41とp-半導体基板101とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ埋め込みp+半導体領域41がトレンチ底p+半導体領域52を介してp-半導体基板101に電気的に接続するようにしている。 In the eighth embodiment, the trench structure 7 has a configuration in which the inside of the insulating film 25 on the trench sidewall is buried with a buried p + semiconductor region 41 made of polysilicon. This trench structure 7 is the same as the trench structure of the fifth embodiment. The trench structure 7 is in contact with the n + buried layer 24 provided in the GND reference circuit formation region 22. Therefore, in the eighth embodiment, as in the seventh embodiment, the buried p + semiconductor region 41 and the p semiconductor substrate 101 in the trench structure 7 are insulated on the trench sidewall by the insulating film 25 on the trench sidewall, The buried p + semiconductor region 41 is electrically connected to the p semiconductor substrate 101 through the trench bottom p + semiconductor region 52 only at the bottom.

実施の形態9.
図11は、本発明の実施の形態9にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図11に示すように、実施の形態9は、図9に示す実施の形態7に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図9に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態7と同じである。実施の形態9では、トレンチ構造7は、実施の形態3と同様に、トレンチが絶縁体61で埋め込まれた構成となっている。
Embodiment 9 FIG.
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the ninth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 11, the ninth embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 9 in the configuration of the trench structure 7, and the other configurations are the same as those shown in FIG. It is. Therefore, the other processes are the same as those in the seventh embodiment except for the process of manufacturing the trench structure 7. In the ninth embodiment, the trench structure 7 has a structure in which a trench is embedded with an insulator 61 as in the third embodiment.

実施の形態10.
図12は、本発明の実施の形態10にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図12に示すように、実施の形態10は、図6に示す実施の形態4に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。
Embodiment 10 FIG.
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the tenth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 12, the tenth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in that each of the n semiconductor regions 2 and 202 of the floating potential reference circuit formation region 21 and the GND reference circuit formation region 22 is p-epitaxial. In the vicinity of the boundary with the layer 27, an n + buried layer 24 having a higher concentration than the n semiconductor regions 2 and 202 is provided.

GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。そのため、実施の形態10でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の電極16とp+半導体基板1とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ電極16がトレンチ底p+半導体領域52を介してp+半導体基板1に電気的に接続するようにしている。その他の構成は、図6に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態4よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。 The n + buried layer 24 provided in the GND reference circuit formation region 22 is in contact with the trench structure 7. Therefore, in the tenth embodiment as well as in the seventh embodiment, the insulating film 25 on the trench side wall insulates the electrode 16 in the trench structure 7 from the p + semiconductor substrate 1 on the trench side wall and the electrode only on the bottom of the trench. 16 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1 through the trench bottom p + semiconductor region 52. Other configurations are the same as those shown in FIG. By providing the n + buried layer 24, the operation of the parasitic element can be further suppressed as compared with the fourth embodiment.

実施の形態11.
図13は、本発明の実施の形態11にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図13に示すように、実施の形態11は、図7に示す実施の形態5に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。
Embodiment 11 FIG.
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the eleventh embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 13, the eleventh embodiment is different from the fifth embodiment shown in FIG. 7 in that each of the n semiconductor regions 2 and 202 of the floating potential reference circuit formation region 21 and the GND reference circuit formation region 22 is p-epitaxial. In the vicinity of the boundary with the layer 27, an n + buried layer 24 having a higher concentration than the n semiconductor regions 2 and 202 is provided.

GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。そのため、実施の形態11でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の埋め込みp+半導体領域41とp+半導体基板1とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ埋め込みp+半導体領域41がトレンチ底p+半導体領域52を介してp+半導体基板1に電気的に接続するようにしている。その他の構成は、図7に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態5よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。 The n + buried layer 24 provided in the GND reference circuit formation region 22 is in contact with the trench structure 7. Therefore, in the eleventh embodiment, as in the seventh embodiment, the buried p + semiconductor region 41 and the p + semiconductor substrate 1 in the trench structure 7 are insulated on the trench side wall by the insulating film 25 on the trench side wall. The buried p + semiconductor region 41 is electrically connected to the p + semiconductor substrate 1 through the trench bottom p + semiconductor region 52 only at the bottom. Other configurations are the same as those shown in FIG. By providing the n + buried layer 24, the operation of the parasitic element can be further suppressed as compared with the fifth embodiment.

実施の形態12.
図14は、本発明の実施の形態12にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図14に示すように、実施の形態12は、図8に示す実施の形態6に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。その他の構成は、図8に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態6よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。
Embodiment 12 FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the twelfth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 14, the twelfth embodiment is different from the sixth embodiment shown in FIG. 8 in that each of the n semiconductor regions 2 and 202 of the floating potential reference circuit formation region 21 and the GND reference circuit formation region 22 is p-epitaxial. In the vicinity of the boundary with the layer 27, an n + buried layer 24 having a higher concentration than the n semiconductor regions 2 and 202 is provided. Other configurations are the same as those shown in FIG. By providing the n + buried layer 24, the operation of the parasitic element can be further suppressed as compared with the sixth embodiment.

以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、n+埋め込み層のない構成に対して、図9に示すようなトレンチ側壁に絶縁膜を形成したトレンチ構造を適用してもよい。また、上述した各実施の形態では、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としたが、本発明は第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としても同様に成り立つ。 In the above, this invention is not restricted to each embodiment mentioned above, A various change is possible. For example, a trench structure in which an insulating film is formed on the trench sidewall as shown in FIG. 9 may be applied to a configuration without an n + buried layer. In each of the embodiments described above, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. However, in the present invention, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. The same holds true.

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、高電位部と低電位部を有する集積回路に有用であり、特に、電源装置等の制御駆動用の高耐圧ドライバとして使用される集積回路に適している。   As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful for an integrated circuit having a high-potential portion and a low-potential portion, and particularly suitable for an integrated circuit used as a high-voltage driver for control drive such as a power supply device. ing.

本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す平面図である。1 is a plan view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態4にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 4 of this invention. 本発明の実施の形態5にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 5 of this invention. 本発明の実施の形態6にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 6 of this invention. 本発明の実施の形態7にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 7 of this invention. 本発明の実施の形態8にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 8 of this invention. 本発明の実施の形態9にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 9 of this invention. 本発明の実施の形態10にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 10 of this invention. 本発明の実施の形態11にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 11 of this invention. 本発明の実施の形態12にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device provided with the integrated circuit concerning Embodiment 12 of this invention. 従来のダブルRESURF構造を有する集積回路の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the integrated circuit which has the conventional double RESURF structure. 図15の切断線C−C’における構成を示す断面図である。FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration taken along section line C-C ′ of FIG. 15. 図15の切断線D−D’における構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure in the cutting line D-D 'of FIG. 図16に示す断面構成において流れるラッチアップ電流を示す断面図である。FIG. 17 is a cross-sectional view illustrating a latch-up current that flows in the cross-sectional configuration illustrated in FIG. 16. 図17に示す断面構成において流れるラッチアップ電流を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing a latch-up current flowing in the cross-sectional configuration shown in FIG. 17. 従来のガードリングを有する集積回路の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the integrated circuit which has the conventional guard ring. 従来のトレンチ分離構造を有する集積回路の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the integrated circuit which has the conventional trench isolation structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 第1導電型の半導体基板(p+半導体基板)
2 第2導電型の第1の半導体領域(n半導体領域)
2a 第2導電型の半導体層(nエピタキシャル層)
3 第1導電型の第3の半導体領域(p半導体領域)
7 トレンチ構造
16 導電膜(電極)
21 浮遊電位基準回路形成領域
22 GND基準回路形成領域
23 高耐圧接合終端構造
24 第2導電型の埋め込み層(n+埋め込み層)
27 第1導電型のエピタキシャル層(pエピタキシャル層)
41 第1導電型のポリシリコン(埋め込みp+半導体領域)
51 高濃度の第1導電型の半導体領域(トレンチ壁p+半導体領域)
52 高濃度の第1導電型の半導体領域(トレンチ底p+半導体領域)
61 絶縁体
101 第1導電型の半導体基板(p-半導体基板)
202 第2導電型の第2の半導体領域(n半導体領域)
203 第1導電型の第4の半導体領域(p半導体領域)
401 第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子(P−MOS)
402 第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子(N−MOS)
403 第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子(P−MOS)
404 第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子(N−MOS)
1 First conductivity type semiconductor substrate (p + semiconductor substrate)
2 First semiconductor region of second conductivity type (n semiconductor region)
2a Second conductivity type semiconductor layer (n epitaxial layer)
3 Third semiconductor region of first conductivity type (p semiconductor region)
7 Trench structure 16 Conductive film (electrode)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21 Floating potential reference circuit formation area 22 GND reference circuit formation area 23 High voltage | pressure-resistant junction termination structure 24 Embedded layer (n + embedded layer) of 2nd conductivity type
27 First conductivity type epitaxial layer (p epitaxial layer)
41 First conductivity type polysilicon (buried p + semiconductor region)
51 High-concentration first conductivity type semiconductor region (trench wall p + semiconductor region)
52 High concentration first conductivity type semiconductor region (trench bottom p + semiconductor region)
61 Insulator 101 Semiconductor substrate of first conductivity type (p - semiconductor substrate)
202 Second conductivity type second semiconductor region (n semiconductor region)
203 4th semiconductor region of 1st conductivity type (p semiconductor region)
401 1st conductivity type 1st insulated gate semiconductor element (P-MOS)
402 Second conductivity type second insulated gate semiconductor element (N-MOS)
403 Third conductivity type third insulated gate semiconductor element (P-MOS)
404 Second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element (N-MOS)

Claims (15)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に積層された、前記半導体基板よりも低濃度の第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層上に積層された第2導電型の半導体層と、
前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層および前記エピタキシャル層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、
前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
An epitaxial layer of a first conductivity type having a lower concentration than the semiconductor substrate, laminated on the semiconductor substrate;
A second conductivity type semiconductor layer stacked on the epitaxial layer;
An element isolation region having a trench structure that reaches the semiconductor substrate through the semiconductor layer and the epitaxial layer from the surface of the semiconductor layer of the second conductivity type;
A second conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region formed by separating the second conductive type semiconductor layer from each other by the element isolation region;
A first conductivity type first insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the first semiconductor regions;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the third semiconductor regions;
A semiconductor device comprising:
前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A first conductivity type third insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the second semiconductor regions;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor region;
A second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the fourth semiconductor regions;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
前記第1の半導体領域と前記エピタキシャル層との間、および前記第2の半導体領域と前記エピタキシャル層との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有することを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   The first semiconductor region and the epitaxial layer, and the second semiconductor region and the epitaxial layer between the first semiconductor region and the epitaxial layer have a higher concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region, respectively. 3. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a two-conductivity type buried layer. 第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に積層された、前記半導体基板よりも低濃度の第1導電型のエピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、
前記エピタキシャル層の、前記第1の半導体領域と前記第2の半導体領域との間の表面から同エピタキシャル層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、
前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
An epitaxial layer of a first conductivity type having a lower concentration than the semiconductor substrate, laminated on the semiconductor substrate;
A second conductivity type first semiconductor region and a second conductivity type second semiconductor region selectively provided on a surface layer of the epitaxial layer;
An isolation region having a trench structure that reaches the semiconductor substrate from the surface between the first semiconductor region and the second semiconductor region of the epitaxial layer through the epitaxial layer;
A first conductivity type first insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the first semiconductor regions;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the third semiconductor regions;
A semiconductor device comprising:
前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。
A first conductivity type third insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the second semiconductor regions;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor region;
A second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the fourth semiconductor regions;
The semiconductor device according to claim 4, further comprising:
第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に積層された第2導電型の半導体層と、
前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、
前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備え、
前記第1の半導体領域と前記半導体基板との間、および前記第2の半導体領域と前記半導体基板との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有することを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductive type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate;
An element isolation region having a trench structure that penetrates the semiconductor layer from the surface of the second conductivity type semiconductor layer and reaches the semiconductor substrate;
A second conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region formed by separating the second conductive type semiconductor layer from each other by the element isolation region;
A first conductivity type first insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the first semiconductor regions;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in the third semiconductor region, respectively.
The first semiconductor region and the semiconductor substrate, and the second semiconductor region and the semiconductor substrate, each having a higher concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region, respectively. A semiconductor device having a two-conductive type buried layer.
前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項6に記載の半導体装置。
A first conductivity type third insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the second semiconductor regions;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor region;
A second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the fourth semiconductor regions;
The semiconductor device according to claim 6, further comprising:
前記トレンチ構造は、その内部に導電膜を有しており、該導電膜は、前記半導体基板に電気的に接続されていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。   8. The trench structure according to claim 1, wherein the trench structure has a conductive film therein, and the conductive film is electrically connected to the semiconductor substrate. Semiconductor device. 前記導電膜には、半導体装置の最低電位が印加されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein a minimum potential of the semiconductor device is applied to the conductive film. 前記導電膜は、高濃度にドープされた第1導電型のポリシリコンでできていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 8, wherein the conductive film is made of polysilicon of a first conductivity type that is highly doped. 前記第1の半導体領域の基準電位は、前記第2の半導体領域の基準電位と異なることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein a reference potential of the first semiconductor region is different from a reference potential of the second semiconductor region. 前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、浮遊電位を基準とする半導体領域の周囲に、高耐圧接合終端構造が前記トレンチ構造と接して設けられていることを特徴とする請求項1、2、3、6または7に記載の半導体装置。   The high-voltage junction termination structure is provided in contact with the trench structure around the semiconductor region based on the floating potential of the first semiconductor region and the second semiconductor region. Item 8. The semiconductor device according to Item 1, 2, 3, 6, or 7. 前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、浮遊電位を基準とする半導体領域の周囲に、高耐圧接合終端構造が前記トレンチ構造から離れ、かつ前記浮遊電位を基準とする半導体領域と接して設けられていることを特徴とする請求項4または5に記載の半導体装置。   Of the first semiconductor region and the second semiconductor region, a high-voltage junction termination structure is separated from the trench structure around the semiconductor region based on the floating potential, and the semiconductor region is based on the floating potential. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is provided in contact with the semiconductor device. 前記トレンチ構造は、絶縁体により埋め込まれていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the trench structure is embedded with an insulator. 前記トレンチ構造の底部に、前記半導体基板よりも高濃度の第1導電型の半導体領域が設けられていることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。

8. The semiconductor device according to claim 1, wherein a first conductivity type semiconductor region having a concentration higher than that of the semiconductor substrate is provided at a bottom of the trench structure. 9.

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