JP2007294556A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2007294556A
JP2007294556A JP2006118666A JP2006118666A JP2007294556A JP 2007294556 A JP2007294556 A JP 2007294556A JP 2006118666 A JP2006118666 A JP 2006118666A JP 2006118666 A JP2006118666 A JP 2006118666A JP 2007294556 A JP2007294556 A JP 2007294556A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
main surface
conductivity type
semiconductor
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2006118666A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5309427B2 (en
Inventor
Isao Yoshikawa
功 吉川
Hiroki Wakimoto
博樹 脇本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Device Technology Co Ltd filed Critical Fuji Electric Device Technology Co Ltd
Priority to JP2006118666A priority Critical patent/JP5309427B2/en
Publication of JP2007294556A publication Critical patent/JP2007294556A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5309427B2 publication Critical patent/JP5309427B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)
  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To further shorten a termination structure region and a transition region in a semiconductor device, having the termination structure region and the transition region, that is, to place a gate electrode only in an intrinsically necessary region, without elongating a total gate length more than needed. <P>SOLUTION: A trench embedded region 5, having an electrode 20 embedded in a trench slot 19, is provided in the transition region 2 between an active region 1 and the termination structure region 3. A first p-type bypass region 23 is provided along a sidewall and the bottom of the trench slot 19. A second bypass region 6, connected to both the first bypass region 23 and a source electrode 17, is provided on the side of the termination structure region 3 of the slot 19. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

この発明は、大電力用縦型絶縁ゲート半導体素子を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a vertical insulated gate semiconductor element for high power.

従来、大電力用縦型絶縁ゲート半導体素子として、金属−酸化物−半導体構造を有する絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(以下、MOSFETとする)や絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(以下、IGBTとする)が公知である。これらの半導体素子は、高電力出力用途のために単独で形成されたり、他の高電圧出力用途のために並列に接続された構造として形成される。   Conventionally, as a vertical insulated gate semiconductor element for high power, an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as MOSFET) and an insulated gate bipolar transistor (hereinafter referred to as IGBT) having a metal-oxide-semiconductor structure are known. It is. These semiconductor elements can be formed alone for high power output applications or as a structure connected in parallel for other high voltage output applications.

このような縦型半導体素子を有する半導体装置では、主電流が流れる活性領域の外側で、かつMOSゲート構造が形成された側(以下、上側とする)の主面に、PN接合を終端させるためのプレーナ型終端構造領域を設ける必要がある。この終端構造領域を設けない場合には、活性領域の外側に、PN接合部の曲率部分が存在することになる。この曲率部分では、活性領域内の平面状のPN接合部よりも、電界の集中が起こりやすい。そのため、活性領域の外側の方が、活性領域よりも高電界となり、活性領域よりも先に臨界電界強度に到達するため、耐圧が低くなってしまう。   In a semiconductor device having such a vertical semiconductor element, the PN junction is terminated on the main surface on the side where the MOS gate structure is formed (hereinafter referred to as the upper side) outside the active region where the main current flows. It is necessary to provide a planar type termination structure region. When this termination structure region is not provided, the curvature portion of the PN junction exists outside the active region. In this curvature portion, the electric field is more likely to be concentrated than the planar PN junction in the active region. Therefore, the outside of the active region has a higher electric field than the active region, and the critical electric field strength is reached before the active region, resulting in a lower breakdown voltage.

また、一般的に、プレーナ型終端構造領域を有する縦型デバイスでは、主電流を流すために半導体層に接している電極のうち、上側の電極の方が、反対側の電極よりも小さい。そのため、上側の電極の端部には、電流が集中しやすい。この対策として、活性領域から終端構造領域に遷移する領域(以下、遷移領域とする)を設けることが公知である。   In general, in a vertical device having a planar termination structure region, the upper electrode is smaller than the opposite electrode among the electrodes in contact with the semiconductor layer for flowing a main current. Therefore, current tends to concentrate on the end of the upper electrode. As a countermeasure, it is known to provide a region (hereinafter referred to as a transition region) that transitions from the active region to the termination structure region.

プレーナ型終端構造の例としては、フローティングガードリング構造、フィールドプレート構造、リサーフ構造等、またはそれらを組み合わせた終端構造が公知である。また、プレーナ型終端構造領域においてトレンチ溝同士をループ状につなぎ合わせることにより、トレンチ溝の端面をなくし、トレンチ溝端面への電界集中による耐圧低下を防ぐようにした構造が公知である(例えば、特許文献1参照。)。   As examples of the planar termination structure, a floating guard ring structure, a field plate structure, a RESURF structure, or the like, or a termination structure that combines them is known. Further, a structure in which trench grooves are connected in a loop shape in a planar termination structure region so as to eliminate the end face of the trench groove and prevent a decrease in breakdown voltage due to electric field concentration on the end face of the trench groove is known (for example, (See Patent Document 1).

また、トレンチ溝よりも深いP型拡散領域を設けることにより、トレンチ溝端面への電界集中による耐圧低下を防ぐようにした構造が公知である(例えば、特許文献2参照。)。この特許文献2には、活性セル領域を囲む不活性セル領域と、不活性セル領域を囲むターミネーション領域を設けることによって、寄生NPNトランジスタが形成されるのを防ぎ、電流集中に起因する破壊を防ぐようにした構造も開示されている。   Also, a structure is known in which a P-type diffusion region deeper than the trench groove is provided to prevent a breakdown voltage drop due to electric field concentration on the end face of the trench groove (see, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, by providing an inactive cell region surrounding the active cell region and a termination region surrounding the inactive cell region, formation of a parasitic NPN transistor is prevented, and destruction due to current concentration is prevented. Such a structure is also disclosed.

また、活性領域において、トレンチ溝内に誘電体膜を介して、エミッタ電極に接続された電極を形成することにより、半導体基板領域内に空間電荷領域を形成し、チャネル領域と半導体基板領域との接合に発生する空間電荷領域との結合により、半導体基板領域内の空間電荷領域における電界集中を緩和させるようにした構造が公知である(例えば、特許文献3参照。)。この公知例は、高耐圧を維持しつつ、オン抵抗を低減できる程度に半導体基板の不純物濃度を高くするものである。   In the active region, an electrode connected to the emitter electrode is formed in the trench groove through the dielectric film, thereby forming a space charge region in the semiconductor substrate region, and the channel region and the semiconductor substrate region. A structure in which electric field concentration in a space charge region in a semiconductor substrate region is relaxed by coupling with a space charge region generated at a junction is known (see, for example, Patent Document 3). This known example increases the impurity concentration of the semiconductor substrate to such an extent that the on-resistance can be reduced while maintaining a high breakdown voltage.

また、活性領域を完全に囲む縁部終端構造を備えたパワーMOS素子が公知である(例えば、特許文献4参照。)。この縁部終端構造は、ソース領域、ドレイン領域およびチャンネル領域とは反対側の縁部に、絶縁体によって絶縁されている導電材料を有する終端トレンチの一部を含む。この縁部終端構造の導電材料は、接続孔、上面メタライゼーションおよび接続孔を介してソース領域およびドレイン領域に導電可能に接続されている。   Also, a power MOS element having an edge termination structure that completely surrounds the active region is known (see, for example, Patent Document 4). The edge termination structure includes a portion of a termination trench having a conductive material insulated by an insulator at the edge opposite the source region, drain region, and channel region. The conductive material of the edge termination structure is conductively connected to the source region and the drain region through the connection hole, the upper surface metallization, and the connection hole.

また、第1導電型の半導体基板と、半導体基板上に設けられた第2導電型のエピタキシャル層と、エピタキシャル層の上面からエピタキシャル層の中に延在する第1導電型の第1の領域と、第1の領域を取り囲みかつ第1の領域から離間するようにエピタキシャル層の上面からエピタキシャル層の中に延在する第2の領域と、エピタキシャル層の上面から第2の領域およびエピタキシャル層を通って基板の中まで延在する傾斜した側壁と、第1の領域および第2の領域とエピタキシャル層との間に形成されたそれぞれのPN接合と、傾斜した側壁中に設けられて、第2の領域を基板に電気的に接続する低抵抗路を構成する第1導電型の不純物の薄い注入層と、を有し、第1の領域と第2の領域との間に、降伏電圧特性を制御する手段が設けられている半導体デバイスが公知である。降伏電圧特性を制御する手段は、第1の領域から第2の領域に向かって横方向に延在する第1の接合終端延在領域と、第2の領域から第1の接合終端延在領域に向かって横方向に延在する第2の接合終端延在領域とを有している(例えば、特許文献5参照。)。   A first conductivity type semiconductor substrate; a second conductivity type epitaxial layer provided on the semiconductor substrate; and a first conductivity type first region extending from the upper surface of the epitaxial layer into the epitaxial layer; A second region extending from the upper surface of the epitaxial layer into the epitaxial layer so as to surround the first region and away from the first region; and from the upper surface of the epitaxial layer through the second region and the epitaxial layer Inclined sidewalls extending into the substrate, respective PN junctions formed between the first region and the second region and the epitaxial layer, and provided in the inclined sidewalls, And a thin implanted layer of a first conductivity type impurity that constitutes a low resistance path that electrically connects the region to the substrate, and controls the breakdown voltage characteristics between the first region and the second region Provided with means to And are semiconductor devices are known. The means for controlling the breakdown voltage characteristics includes a first junction termination extending region extending in the lateral direction from the first region toward the second region, and a first junction termination extending region from the second region. And a second junction terminal extension region extending in the lateral direction toward the surface (see, for example, Patent Document 5).

また、N+エミッタ領域が配置されるセルエリアと、当該セルエリア以外の領域である非セルエリアとの間にトレンチを形成し、Pベース層を分離した構造が公知である(例えば、特許文献6参照。)。トレンチ内にはゲート電極が埋設される。この公知例は、非セルエリアからセルエリアへ正孔が流れ込むことを防ぎ、ラッチアップ現象が生じることを回避することができる。 Further, a structure in which a trench is formed between a cell area where an N + emitter region is disposed and a non-cell area which is a region other than the cell area and a P base layer is separated is known (for example, Patent Documents). 6). A gate electrode is embedded in the trench. This known example can prevent holes from flowing from the non-cell area to the cell area, and can avoid the occurrence of a latch-up phenomenon.

特開2001−168329号公報(図3、図4)JP 2001-168329 A (FIGS. 3 and 4) 特開2005−19734号公報(図9、図10、図14)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-19734 (FIGS. 9, 10, and 14) 特開2001−85688号公報(図9、図18)JP 2001-85688 A (FIGS. 9 and 18) 特表2003−515915号公報(図4のD参照)Japanese translation of PCT publication No. 2003-515915 (see D in FIG. 4) 特開平2−22869号公報JP-A-2-22869 特開2001−168324号公報(図3、段落0029〜0032)JP 2001-168324 A (FIG. 3, paragraphs 0029 to 0032)

しかしながら、上述した不活性セル領域を設ける場合には、不活性セル領域がMOSFET動作をしない領域であるため、単位面積あたりのオン抵抗の上昇を招くという問題点がある。また、終端構造領域と不活性セル領域に挟まれたトレンチ溝には、絶縁膜を介してゲート電極が埋め込まれているため、総ゲート長が長くなり、容量が増加するという問題点や、ゲートの信頼性が損なわれるという問題点がある。   However, in the case where the above-described inactive cell region is provided, there is a problem in that the on-resistance per unit area is increased because the inactive cell region is a region where the MOSFET does not operate. In addition, since the gate electrode is embedded in the trench groove sandwiched between the termination structure region and the inactive cell region via an insulating film, the total gate length becomes long and the capacity increases. There is a problem that the reliability of the system is impaired.

特に、半導体装置の角部には、ゲート電極が埋め込まれたトレンチ溝に曲率部分がある。この曲率部分と、他のトレンチ溝が直線状に形成されている領域とでは、絶縁膜の成長速度が異なるため、ゲートの信頼性が低下するという問題点がある。また、ゲート電極とソース電極を分離するために一定以上のスペースを設ける必要があるため、トランジスタの動作領域が狭くなるという問題点もある。   In particular, a corner portion of the semiconductor device has a curved portion in a trench groove in which a gate electrode is embedded. The curvature portion and the region where the other trench grooves are formed in a straight line have a problem that the reliability of the gate is lowered because the growth rate of the insulating film is different. In addition, since it is necessary to provide a certain space or more in order to separate the gate electrode and the source electrode, there is a problem that an operation region of the transistor becomes narrow.

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、終端構造領域および遷移領域を有する半導体装置であって、終端構造領域および遷移領域をより一層短くすることができる半導体装置を提供することを目的とする。また、この発明は、終端構造領域および遷移領域を有する半導体装置であって、総ゲート長を必要以上に長くすることなく、本来必要な領域にのみゲート電極を設置することができる半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention provides a semiconductor device having a termination structure region and a transition region in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art, and which can further shorten the termination structure region and the transition region. With the goal. The present invention also provides a semiconductor device having a termination structure region and a transition region, in which a gate electrode can be installed only in a region that is originally necessary without making the total gate length longer than necessary. The purpose is to do.

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、活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域と前記ドリフト領域の間の前記チャネル領域に沿って設けられたゲート絶縁膜、および該ゲート絶縁膜に沿って設けられたゲート電極を有する活性領域と、前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達するトレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第1導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域に接続された第2電極と、終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、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 a first aspect of the present invention is a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region. A drift region of a first conductivity type having a surface and a second main surface, a channel region of a second conductivity type selectively provided along the first main surface, and selectively provided in the channel region A first semiconductor region of a first conductivity type, a first electrode connected to both the first semiconductor region and the channel region, and provided along the channel region between the first semiconductor region and the drift region An active region having a gate insulating film and a gate electrode provided along the gate insulating film; and embedded in a trench groove reaching deeper than the channel region from the first main surface; and on the first electrode Connected A transition region having a second conductivity type bypass region provided along an electrode and a sidewall and a bottom of the trench groove; and a first conductivity type second provided along a second main surface of the drift region. A semiconductor region; a second electrode connected to the second semiconductor region; and a cut surface extending from the first main surface to the second main surface along an outer peripheral edge of the termination structure region. To do.

また、請求項2の発明にかかる半導体装置は、活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域と前記ドリフト領域の間の前記チャネル領域に沿って設けられたゲート絶縁膜、および該ゲート絶縁膜に沿って設けられたゲート電極を有する活性領域と、前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達するトレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域に接続された第2電極と、終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、を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 having a first main surface and a second main surface in a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region. A drift region of a type, a channel region of a second conductivity type selectively provided along the first main surface, a first semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in the channel region, A first electrode connected to both the first semiconductor region and the channel region, a gate insulating film provided along the channel region between the first semiconductor region and the drift region, and along the gate insulating film An active region having a gate electrode, an electrode embedded in a trench groove extending deeper than the channel region from the first main surface and connected to the first electrode, and a sidewall of the trench groove Oh A transition region having a second conductivity type bypass region provided along the bottom, a second conductivity type second semiconductor region provided along a second main surface of the drift region, and the second semiconductor A second electrode connected to the region; and a cut surface extending from the first main surface to the second main surface along an outer peripheral edge of the termination structure region.

また、請求項3の発明にかかる半導体装置は、活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域に隣接して前記第1主面から前記チャネル領域を貫通して前記ドリフト領域に達する第1トレンチ溝の内周面に沿って設けられたゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記第1トレンチ溝内に埋め込まれたゲート電極を有する活性領域と、前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達する第2トレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記第2トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第1導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域に接続された第2電極と、終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、を備えることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region, the first conductive surface having a first main surface and a second main surface. A drift region of a type, a channel region of a second conductivity type selectively provided along the first main surface, a first semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in the channel region, A first electrode connected to both the first semiconductor region and the channel region; a first trench groove adjacent to the first semiconductor region and penetrating from the first main surface through the channel region to the drift region; An active region having a gate insulating film provided along an inner peripheral surface, a gate electrode embedded in the first trench groove through the gate insulating film, and deeper than the channel region from the first main surface 2nd trench reaching to A transition region having an electrode embedded in and connected to the first electrode, and a second conductivity type bypass region provided along a sidewall and a bottom of the second trench groove, and a first region of the drift region A second semiconductor region of a first conductivity type provided along two main surfaces; a second electrode connected to the second semiconductor region; and the first main surface along an outer peripheral edge of a termination structure region. And a cut surface that reaches the second main surface.

また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域に隣接して前記第1主面から前記チャネル領域を貫通して前記ドリフト領域に達する第1トレンチ溝の内周面に沿って設けられたゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記第1トレンチ溝内に埋め込まれたゲート電極を有する活性領域と、前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達する第2トレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記第2トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第2導電型の第2半導体領域と、前記第2半導体領域に接続された第2電極と、終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、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 having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region, the first conductive surface having a first main surface and a second main surface. A drift region of a type, a channel region of a second conductivity type selectively provided along the first main surface, a first semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in the channel region, A first electrode connected to both the first semiconductor region and the channel region; a first trench groove adjacent to the first semiconductor region and penetrating from the first main surface through the channel region to the drift region; An active region having a gate insulating film provided along an inner peripheral surface, a gate electrode embedded in the first trench groove through the gate insulating film, and deeper than the channel region from the first main surface 2nd trench reaching to A transition region having an electrode embedded in and connected to the first electrode, and a second conductivity type bypass region provided along a sidewall and a bottom of the second trench groove, and a first region of the drift region A second conductive type second semiconductor region provided along two main surfaces; a second electrode connected to the second semiconductor region; and the first main surface along the outer periphery of a termination structure region. And a cut surface that reaches the second main surface.

また、請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項3または4に記載の発明において、前記第1トレンチ溝の深さと前記第2トレンチ溝の深さが同じであることを特徴とする。また、請求項6の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜5のいずれか一つに記載の発明において、前記バイパス領域の不純物プロファイルと前記チャネル領域の不純物プロファイルが同じであ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 third or fourth aspect, the depth of the first trench groove and the depth of the second trench groove are the same. According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the impurity profile of the bypass region and the impurity profile of the channel region are the same. To do.

また、請求項7の発明にかかる半導体装置は、請求項1〜5のいずれか一つに記載の発明において、前記チャネル領域内に選択的に第2導電型のボディ領域が設けられており、前記バイパス領域の不純物プロファイルと前記ボディ領域の不純物プロファイルが同じであることを特徴とする。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、前記活性領域のMOSゲート構造が直線状に形成されていることを特徴とする。   A semiconductor device according to a seventh aspect of the invention is the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, wherein a second conductivity type body region is selectively provided in the channel region, The impurity profile of the bypass region and the impurity profile of the body region are the same. According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, the MOS gate structure of the active region is formed linearly.

この発明によれば、遷移領域に設けたトレンチ溝により、終端構造領域の少数キャリアが活性領域に流れ込むのを防ぐとともに、その少数キャリアをバイパス領域から引き抜くことにより、終端構造領域の近傍でターンオフ破壊やアバランシェ破壊が起こるのを回避できる。つまり、遷移領域のトレンチ溝に電流障壁および電圧障壁としての機能を付与することによって、動的な耐量を向上させることができる。   According to the present invention, the trench groove provided in the transition region prevents the minority carriers in the termination structure region from flowing into the active region, and pulls out the minority carriers from the bypass region, thereby turning off in the vicinity of the termination structure region. And avalanche destruction can be avoided. That is, by providing the trench groove in the transition region with a function as a current barrier and a voltage barrier, dynamic tolerance can be improved.

また、遷移領域のトレンチ溝の内部に電極を埋め込み、かつその電極の電位をゲート電極とは異なる電位に固定することによって、ゲート電極面積の増加を防ぐとともに、ゲート電位との絶縁に必要な領域を短くするか、なくすことができる。従って、高いゲート信頼性と幅の狭い遷移領域の両方を同時に実現することができる。さらに、遷移領域のトレンチ溝の深さを活性領域のトレンチ溝の深さと同じにしたり、バイパス領域の不純物プロファイルをチャネル領域やボディ領域の不純物プロファイルと同じにすることによって、プロセスを追加しないで遷移領域の構造を作製できるので、半導体製造プロセスを簡略化できる。   In addition, by embedding an electrode inside the trench groove in the transition region and fixing the potential of the electrode to a potential different from the gate electrode, an area necessary for insulation from the gate potential is prevented while preventing an increase in the gate electrode area. Can be shortened or eliminated. Therefore, both high gate reliability and a narrow transition region can be realized simultaneously. Furthermore, by making the trench groove depth in the transition region the same as the trench groove depth in the active region, or by making the impurity profile in the bypass region the same as the impurity profile in the channel region or body region, the transition can be performed without adding a process. Since the structure of the region can be manufactured, the semiconductor manufacturing process can be simplified.

ところで、上記特許文献3に開示された半導体装置は、オン抵抗を低減できる程度に半導体基板の不純物濃度を高くするものである。そのため、活性領域のほぼ全面にわたって、トレンチ溝を形成し、そのトレンチ溝内に誘電体膜を介して電極を形成する必要がある。それに対して、本発明は、活性領域と終端構造領域の間の遷移領域にトレンチ溝を形成し、そのトレンチ溝を電極で埋めるものであるから、上記特許文献3に開示された半導体装置とは、その機構および構造が異なる。   Incidentally, the semiconductor device disclosed in Patent Document 3 increases the impurity concentration of the semiconductor substrate to such an extent that the on-resistance can be reduced. Therefore, it is necessary to form a trench groove over almost the entire surface of the active region, and to form an electrode in the trench groove via a dielectric film. On the other hand, the present invention forms a trench groove in the transition region between the active region and the termination structure region, and fills the trench groove with an electrode. The mechanism and structure are different.

本発明にかかる半導体装置によれば、終端構造領域および遷移領域をより一層短くすることができるという効果を奏する。また、総ゲート長を必要以上に長くすることなく、本来必要な領域にのみゲート電極を設置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, the termination structure region and the transition region can be further shortened. In addition, the gate electrode can be provided only in a necessary region without making the total gate length longer than necessary.

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。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、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. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

実施の形態1.
本発明を600VプレーナゲートMOSFETに適用した例について説明する。図1は、実施の形態1の半導体装置の第1主面側の平面レイアウトを示す図であり、第1主面上に形成されている電極や絶縁膜等を省略した図である。図1に示すように、活性領域1は、半導体装置の中央部に配置されている。遷移領域2は、活性領域1を囲むように、活性領域1の外側に配置されている。終端構造領域3は、遷移領域2を囲むように、遷移領域2の外側に配置されている。
Embodiment 1 FIG.
An example in which the present invention is applied to a 600 V planar gate MOSFET will be described. FIG. 1 is a diagram showing a planar layout on the first main surface side of the semiconductor device according to the first embodiment, in which an electrode, an insulating film, and the like formed on the first main surface are omitted. As shown in FIG. 1, the active region 1 is disposed in the central portion of the semiconductor device. The transition region 2 is arranged outside the active region 1 so as to surround the active region 1. The termination structure region 3 is disposed outside the transition region 2 so as to surround the transition region 2.

遷移領域2には、チャネル領域4、トレンチ埋込領域5およびバイパス領域6が、活性領域1から終端構造領域3へ向かってこの順で、それぞれ半導体チップを一周するように配置されている。半導体チップの四隅の角部では、トレンチ埋込領域5は、約200μm程度の曲率で直角に曲がるように形成されている。終端構造領域3の外周縁は、半導体装置の第1主面から第2主面まで達する切断面7a,7bとなっている。図示省略したが、終端構造領域3には、フィールドリミッティングリング等の終端構造が形成されている。   In the transition region 2, a channel region 4, a trench buried region 5, and a bypass region 6 are arranged so as to go around the semiconductor chip in this order from the active region 1 to the termination structure region 3. At the corners of the four corners of the semiconductor chip, the trench buried region 5 is formed to be bent at a right angle with a curvature of about 200 μm. The outer peripheral edge of the termination structure region 3 is cut surfaces 7a and 7b extending from the first main surface to the second main surface of the semiconductor device. Although not shown, the termination structure region 3 is formed with a termination structure such as a field limiting ring.

図示省略したが、活性領域1には、MOSゲート構造を構成するソース領域、チャネル領域およびボディ領域等が形成されている。特に限定しないが、例えば、活性領域1には、直線状に形成された複数のMOSゲート構造がストライプ状に平行に配置されている。ここでは、図1の一点鎖線A−A’に垂直な方向(一点鎖線B−B’に平行な方向)に各MOSゲート構造が伸びているとする。また、活性領域1には、ゲートパッド8が設けられている。例えば、ゲートパッド8は、金属でできている。   Although not shown, the active region 1 is formed with a source region, a channel region, a body region, and the like constituting a MOS gate structure. Although not particularly limited, for example, in the active region 1, a plurality of linearly formed MOS gate structures are arranged in parallel in a stripe shape. Here, it is assumed that each MOS gate structure extends in a direction perpendicular to the alternate long and short dash line A-A ′ in FIG. 1 (a direction parallel to the alternate long and short dash line B-B ′). A gate pad 8 is provided in the active region 1. For example, the gate pad 8 is made of metal.

次に、実施の形態1の半導体装置の断面の構成について説明する。図2および図3は、それぞれ図1の切断線A−A’およびB−B’における断面の構成を示す図である。活性領域1の構成は、次の通りである。例えば、N型のドリフト領域11の濃度および厚さは、それぞれ約2.5×1014cm-3および50μm程度である。P型のチャネル領域12は、ドリフト領域11の第1主面に沿って選択的に設けられている。例えば、チャネル領域12の深さは、3μm程度である。N型の第1半導体領域であるソース領域13は、チャネル領域12内に選択的に設けられている。 Next, a cross-sectional configuration of the semiconductor device of First Embodiment will be described. FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along section lines AA ′ and BB ′ in FIG. 1, respectively. The configuration of the active region 1 is as follows. For example, the concentration and thickness of the N-type drift region 11 are about 2.5 × 10 14 cm −3 and about 50 μm, respectively. The P-type channel region 12 is selectively provided along the first main surface of the drift region 11. For example, the depth of the channel region 12 is about 3 μm. The source region 13 which is an N-type first semiconductor region is selectively provided in the channel region 12.

ゲート絶縁膜14は、チャネル領域12の、ソース領域13とドリフト領域11の間の領域に沿って、第1主面上に設けられている。例えば、ゲート絶縁膜14は、酸化シリコンでできている。ゲート電極15は、ゲート絶縁膜14に沿ってその上に設けられている。例えば、ゲート電極15は、高濃度ドープドポリシリコンでできている。   The gate insulating film 14 is provided on the first main surface along the region of the channel region 12 between the source region 13 and the drift region 11. For example, the gate insulating film 14 is made of silicon oxide. The gate electrode 15 is provided along the gate insulating film 14. For example, the gate electrode 15 is made of highly doped polysilicon.

また、P型のボディ領域16が、チャネル領域12内に選択的に設けられている。第1電極であるソース電極17は、ソース領域13に接続されているとともに、ボディ領域16を介してチャネル領域12に電気的に接続されている。例えば、ソース電極17は、金属でできている。ソース電極17とゲート電極15は、層間絶縁膜18により絶縁されている。上述したMOSゲート構造は、一般的なDMOS(Double−Diffused−MOS)プロセスにより形成される。   A P-type body region 16 is selectively provided in the channel region 12. The source electrode 17 as the first electrode is connected to the source region 13 and is electrically connected to the channel region 12 through the body region 16. For example, the source electrode 17 is made of metal. The source electrode 17 and the gate electrode 15 are insulated by an interlayer insulating film 18. The above-described MOS gate structure is formed by a general DMOS (Double-Difused-MOS) process.

遷移領域2の構成は、次の通りである。チャネル領域4およびバイパス領域6の導電型は、P型である。チャネル領域4およびバイパス領域6は、ドリフト領域11の第1主面に沿って選択的に設けられている。チャネル領域4の幅については、自由に設計できる。チャネル領域4の深さおよび不純物プロファイルを活性領域1のチャネル領域12の深さおよび不純物プロファイルと同じにして、両チャネル領域4,12を同一のプロセスで形成するとよい。   The configuration of the transition region 2 is as follows. The conductivity type of channel region 4 and bypass region 6 is P-type. The channel region 4 and the bypass region 6 are selectively provided along the first main surface of the drift region 11. The width of the channel region 4 can be designed freely. The channel region 4 and the impurity profile may be the same as the channel region 12 in the active region 1 and the channel region 4 and 12 may be formed by the same process.

バイパス領域6の深さは、トレンチ溝19の深さよりも浅い。バイパス領域6の深さおよび不純物プロファイルを活性領域1のチャネル領域12の深さおよび不純物プロファイルと同じにし、バイパス領域6を活性領域1のチャネル領域12と同一のプロセスで形成してもよい。そうすれば、バイパス領域6を形成する工程を追加する必要がなくなり、好ましい。例えば、2×1013〜2×1014cm-2程度のドーズ量でボロンイオンを注入し、その後に1100℃で200分程度の熱処理を行うことによって、活性領域1のチャネル領域12とバイパス領域6を同時に形成することができる。 The depth of the bypass region 6 is shallower than the depth of the trench groove 19. The depth and impurity profile of the bypass region 6 may be the same as the depth and impurity profile of the channel region 12 of the active region 1, and the bypass region 6 may be formed by the same process as the channel region 12 of the active region 1. This is preferable because it is not necessary to add a step of forming the bypass region 6. For example, by implanting boron ions at a dose of about 2 × 10 13 to 2 × 10 14 cm −2 and then performing heat treatment at 1100 ° C. for about 200 minutes, the channel region 12 and the bypass region of the active region 1 6 can be formed simultaneously.

あるいは、バイパス領域6の深さおよび不純物プロファイルをボディ領域16の深さおよび不純物プロファイルと同じにして、すなわちボディ領域22をバイパス領域6として機能させ、ボディ領域22をボディ領域16と同一のプロセスで形成するようにしてもよい。トレンチ埋込領域5は、トレンチ溝19に電極20を充填した構成となっている。トレンチ溝19は、ドリフト領域11の第1主面から遷移領域2のチャネル領域4よりも深くまで達するように形成されている。例えば、トレンチ溝19の幅および深さは、それぞれ約1μmおよび約5μmである。また、例えば、電極20は、高ドープドポリシリコンでできている。   Alternatively, the depth and impurity profile of the bypass region 6 are made the same as the depth and impurity profile of the body region 16, that is, the body region 22 functions as the bypass region 6, and the body region 22 is processed in the same process as the body region 16. You may make it form. The trench buried region 5 has a configuration in which the trench 20 is filled with the electrode 20. Trench groove 19 is formed so as to reach deeper than channel region 4 of transition region 2 from the first main surface of drift region 11. For example, the width and depth of the trench groove 19 are about 1 μm and about 5 μm, respectively. For example, the electrode 20 is made of highly doped polysilicon.

遷移領域2のチャネル領域4には、P型のボディ領域21が選択的に設けられている。また、バイパス領域6には、P型のボディ領域22が選択的に設けられている。また、P型のバイパス領域23がトレンチ溝19の側壁および底部に沿って設けられている。便宜上、このバイパス領域23を第1バイパス領域23とし、これと区別するため、遷移領域2の第1主面に沿って設けられたバイパス領域6を第2バイパス領域6とする。第1バイパス領域23は、第2バイパス領域6および遷移領域2のチャネル領域4に接続している。   A P-type body region 21 is selectively provided in the channel region 4 of the transition region 2. The bypass region 6 is selectively provided with a P-type body region 22. A P-type bypass region 23 is provided along the side wall and bottom of the trench groove 19. For convenience, the bypass region 23 is referred to as a first bypass region 23, and the bypass region 6 provided along the first main surface of the transition region 2 is referred to as a second bypass region 6 in order to be distinguished from the first bypass region 23. The first bypass region 23 is connected to the second bypass region 6 and the channel region 4 of the transition region 2.

例えば、トレンチ溝形成用酸化膜マスクを用いてトレンチ溝19を形成した後、その酸化膜マスクをイオン注入マスクとしてボロンの斜めイオン注入を行うことによって、第1バイパス領域23を形成することができる。その際、ボロンイオンのドーズ量は、例えば2×1013cm-2程度であり、第1主面の法線方向に対するボロンイオンの注入角度は、例えば±7度程度であり、加速電圧は、例えば45keVであるのが適当である。また、イオン注入後、例えば1100℃で30分程度の熱拡散処理等を行う。 For example, the first bypass region 23 can be formed by forming the trench groove 19 using an oxide film mask for forming a trench groove and then performing oblique ion implantation of boron using the oxide film mask as an ion implantation mask. . At this time, the dose amount of boron ions is, for example, about 2 × 10 13 cm −2 , the implantation angle of boron ions with respect to the normal direction of the first main surface is, for example, about ± 7 degrees, and the acceleration voltage is For example, 45 keV is appropriate. Moreover, after ion implantation, for example, thermal diffusion treatment is performed at 1100 ° C. for about 30 minutes.

トレンチ溝19内の電極20は、ソース電極17に接続されている。また、ソース電極17は、ボディ領域21,22を介して遷移領域2のチャネル領域4および第2バイパス領域6に電気的に接続されている。   The electrode 20 in the trench 19 is connected to the source electrode 17. The source electrode 17 is electrically connected to the channel region 4 and the second bypass region 6 in the transition region 2 through the body regions 21 and 22.

終端構造領域3の構成は、次の通りである。P型のフィールドリミッティングリング24は、半導体チップを一周するように、ドリフト領域11の第1主面に沿って選択的に設けられている。フィールドリミッティングリング24と遷移領域2の間、およびフィールドリミッティングリング24と切断面7a,7bの間には、フィールド酸化膜25,26が設けられている。フィールド酸化膜25,26上には層間絶縁膜27,28が設けられている。   The configuration of the termination structure region 3 is as follows. The P-type field limiting ring 24 is selectively provided along the first main surface of the drift region 11 so as to go around the semiconductor chip. Field oxide films 25 and 26 are provided between the field limiting ring 24 and the transition region 2 and between the field limiting ring 24 and the cut surfaces 7a and 7b. Interlayer insulating films 27 and 28 are provided on the field oxide films 25 and 26.

フィールドプレート29は、P型のボディ領域30を介してフィールドリミッティングリング24に電気的に接続されている。例えば、フィールドプレート29は、金属でできている。例えば、層間絶縁膜18,27,28は、BPSG(Borophospho Silicate Glass)でできている。上述した終端構造は、一般的なDMOSプロセスにより形成される。   The field plate 29 is electrically connected to the field limiting ring 24 through a P-type body region 30. For example, the field plate 29 is made of metal. For example, the interlayer insulating films 18, 27, and 28 are made of BPSG (Borophospho Silicate Glass). The termination structure described above is formed by a general DMOS process.

N型の第2半導体領域であるドレイン領域31は、活性領域1、遷移領域2および終端構造領域3にわたって、ドリフト領域11の第2主面に沿って設けられている。例えば、ドレイン領域31の濃度および厚さは、それぞれ約2.0×1018cm-3および300μmである。第2電極であるドレイン電極32は、ドレイン領域31に電気的に接続されている。例えば、ドレイン電極32は、金属でできている。 The drain region 31, which is an N-type second semiconductor region, is provided along the second main surface of the drift region 11 across the active region 1, the transition region 2, and the termination structure region 3. For example, the concentration and thickness of the drain region 31 are about 2.0 × 10 18 cm −3 and 300 μm, respectively. The drain electrode 32 as the second electrode is electrically connected to the drain region 31. For example, the drain electrode 32 is made of metal.

実施の形態2.
実施の形態2は、実施の形態1の変形例である。図4は、実施の形態2の半導体装置の第1主面側の平面レイアウトの要部を示す図であり、第1主面上に形成されている電極や絶縁膜等を省略した図である。図5および図6は、それぞれ図4の切断線C−C’およびD−D’における断面の構成を示す図である。これら切断線C−C’およびD−D’は、それぞれ図1の切断線A−A’およびB−B’に相当する。図4〜図6に示すように、実施の形態2が実施の形態1と異なるのは、活性領域1のMOSゲート構造が、トレンチ溝41、ゲート絶縁膜42およびゲート電極43からなるトレンチゲート構造44になっていることである。
Embodiment 2. FIG.
The second embodiment is a modification of the first embodiment. FIG. 4 is a diagram illustrating a main part of a planar layout on the first main surface side of the semiconductor device of the second embodiment, and is a diagram in which an electrode, an insulating film, and the like formed on the first main surface are omitted. . 5 and FIG. 6 are diagrams showing the configurations of cross sections taken along section lines CC ′ and DD ′ of FIG. 4, respectively. These cutting lines CC ′ and DD ′ correspond to the cutting lines AA ′ and BB ′ in FIG. 1, respectively. As shown in FIGS. 4 to 6, the second embodiment is different from the first embodiment in that the MOS gate structure in the active region 1 is a trench gate structure including a trench groove 41, a gate insulating film 42 and a gate electrode 43. 44.

トレンチ溝41は、ソース領域13に隣接して、半導体装置の第1主面からチャネル領域12を貫通してドリフト領域11に達している。ゲート絶縁膜42は、トレンチ溝41の内周面に沿って設けられている。ゲート電極43は、ゲート絶縁膜42を介してトレンチ溝41内に埋め込まれている。ゲート電極43は、層間絶縁膜45によりソース電極17から絶縁されている。例えば、この層間絶縁膜45は、BPSGでできており、他の層間絶縁膜27,28と同時に形成される。その他の構成は、実施の形態1と同じである。   The trench 41 is adjacent to the source region 13 and reaches the drift region 11 through the channel region 12 from the first main surface of the semiconductor device. The gate insulating film 42 is provided along the inner peripheral surface of the trench groove 41. The gate electrode 43 is embedded in the trench groove 41 via the gate insulating film 42. The gate electrode 43 is insulated from the source electrode 17 by the interlayer insulating film 45. For example, the interlayer insulating film 45 is made of BPSG and is formed simultaneously with the other interlayer insulating films 27 and 28. Other configurations are the same as those of the first embodiment.

例えば、活性領域1のトレンチ溝41と遷移領域2のトレンチ溝19の深さを同じにし、ゲート絶縁膜42およびゲート電極43をそれぞれ酸化シリコンおよび高濃度ドープドポリシリコンで構成すれば、活性領域1内のトレンチゲート構造44と、遷移領域2のトレンチ溝19およびその中の電極20を同一のプロセスで形成することができる。そうすれば、新たな工程を追加しなくても、遷移領域2の構造を形成することができるので、好ましい。   For example, if the trench groove 41 in the active region 1 and the trench groove 19 in the transition region 2 have the same depth, and the gate insulating film 42 and the gate electrode 43 are made of silicon oxide and highly doped polysilicon, respectively, The trench gate structure 44 in 1 and the trench groove 19 in the transition region 2 and the electrode 20 therein can be formed by the same process. This is preferable because the structure of the transition region 2 can be formed without adding a new process.

実施の形態1または2によれば、遷移領域2のトレンチ溝19にMOSゲート電極が形成されていないので、オン状態のときに、電流パスが形成されない。また、遷移領域2のトレンチ溝19が電流障壁として機能するので、横方向の電流の流れを制限することができる。従って、活性領域1から終端構造領域3に電流が広がるのを抑制することができる。また、ターンオフ時には、遷移領域2のトレンチ溝19が電位障壁として機能するので、第1バイパス領域23に流れ込む電流によって上昇するトレンチ溝19の底部の電位が、チャネル領域4に流れ込む電流によって発生するトレンチ溝19の底部の電位上昇を上回るまで、活性領域1側のチャネル領域4に電流が流れ込まないようにすることができる。   According to the first or second embodiment, since no MOS gate electrode is formed in the trench groove 19 in the transition region 2, no current path is formed in the on state. In addition, since the trench groove 19 in the transition region 2 functions as a current barrier, the current flow in the lateral direction can be limited. Therefore, it is possible to suppress the current from spreading from the active region 1 to the termination structure region 3. Further, at the time of turn-off, since the trench groove 19 in the transition region 2 functions as a potential barrier, the potential at the bottom of the trench groove 19 that rises due to the current flowing into the first bypass region 23 is generated by the current flowing into the channel region 4. The current can be prevented from flowing into the channel region 4 on the active region 1 side until the potential rise at the bottom of the groove 19 is exceeded.

従って、動的(スイッチング)耐量を向上させることができる。なお、遷移領域2のトレンチ溝19と第1バイパス領域23によって動的耐量を向上させているので、第2バイパス領域6を省略しても、同様の動的耐量の向上効果が得られる。第2バイパス領域6を省略する場合には、遷移領域2のトレンチ溝19の終端構造領域3側において、第1バイパス領域23がトレンチ溝19の側壁に沿って第1主面に達し、ソース電極17に接続される。   Therefore, dynamic (switching) tolerance can be improved. In addition, since the dynamic tolerance is improved by the trench groove 19 and the first bypass region 23 in the transition region 2, even if the second bypass region 6 is omitted, the same effect of improving the dynamic tolerance can be obtained. When the second bypass region 6 is omitted, the first bypass region 23 reaches the first main surface along the sidewall of the trench groove 19 on the side of the termination structure region 3 of the trench groove 19 in the transition region 2, and the source electrode 17 is connected.

ここで、特許文献2に開示されているように、トレンチ溝よりも深い拡散層が形成されている場合には、トレンチ溝の電位障壁としての機能が失われてしまう。従って、その場合には、活性領域1側のチャネル領域4の幅を広げる必要があるので、遷移領域2の幅が広くなり、その分、活性領域1の面積が小さくなってしまうため、オン抵抗の上昇を招く、という不都合がある。   Here, as disclosed in Patent Document 2, when a diffusion layer deeper than the trench groove is formed, the function of the trench groove as a potential barrier is lost. Therefore, in that case, since the width of the channel region 4 on the active region 1 side needs to be widened, the width of the transition region 2 is widened, and the area of the active region 1 is correspondingly reduced. There is an inconvenience of inviting a rise.

また、実施の形態1または2によれば、遷移領域2のトレンチ溝19の内部にゲート電極が埋め込まれていないので、トレンチ溝19の内部にゲート電極が埋め込まれている場合にその埋め込まれたゲート電極とソース電極との絶縁のために必要な領域が不要であるので、遷移領域2の幅を狭くすることができる。また、MOSゲート面積を広げずに済むので、MOSゲートの信頼性を損ねることがない。   Further, according to the first or second embodiment, since the gate electrode is not embedded in the trench groove 19 in the transition region 2, the gate electrode is embedded in the trench groove 19 when the gate electrode is embedded. Since a region necessary for insulation between the gate electrode and the source electrode is unnecessary, the width of the transition region 2 can be reduced. Further, since it is not necessary to increase the MOS gate area, the reliability of the MOS gate is not impaired.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態ではバイパス領域6とバイパス領域22の組み合わせを有する構成を主に説明したが、いずれの実施の形態においても、この組み合わせに替えてバイパス領域6のみ、あるいはバイパス領域22のみを有する構成としてもよい。また、実施の形態中に記載した寸法や濃度などは一例であり、本発明はそれらの値に限定されるものではない。また、活性領域1および終端構造領域3については、自由に構成することができる。さらに、上述した各例は、MOSFETの例であるが、本発明は、IGBTにも適用可能である。IGBTの場合には、第2半導体領域の導電型がP型となる。さらに、上述した各例では、第1導電型をN型とし、第2導電型をP型としたが、本発明は、第1導電型をP型とし、第2導電型をN型としても同様に成り立つ。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the embodiment, the configuration having the combination of the bypass region 6 and the bypass region 22 has been mainly described. However, in any embodiment, only the bypass region 6 or only the bypass region 22 is provided instead of this combination. It is good also as a structure. Moreover, the dimension, density | concentration, etc. which were described in embodiment are examples, and this invention is not limited to those values. The active region 1 and the termination structure region 3 can be freely configured. Furthermore, although each example mentioned above is an example of MOSFET, this invention is applicable also to IGBT. In the case of IGBT, the conductivity type of the second semiconductor region is P-type. Further, in each of the above-described examples, the first conductivity type is N-type and the second conductivity type is P-type. However, the present invention may be configured such that the first conductivity type is P-type and the second conductivity type is N-type. The same holds true.

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、絶縁ゲート構造を有する半導体装置に有用であり、特に、パワーMOSFETやIGBTに適している。   As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful for a semiconductor device having an insulated gate structure, and is particularly suitable for a power MOSFET and an IGBT.

実施の形態1の第1主面側の平面レイアウトを示す図である。3 is a diagram showing a planar layout on the first main surface side in the first embodiment. FIG. 図1の切断線A−A’における断面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cross section in sectional line A-A 'of FIG. 図1の切断線B−B’における断面の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the cross section in the cutting line B-B 'of FIG. 実施の形態2の第1主面側の平面レイアウトの要部を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a main part of a planar layout on the first main surface side in the second embodiment. 図4の切断線C−C’における断面の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a cross-sectional configuration along a cutting line C-C ′ in FIG. 4. 図4の切断線D−D’における断面の構成を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing a cross-sectional configuration along a cutting line D-D ′ in FIG. 4.

符号の説明Explanation of symbols

1 活性領域
2 遷移領域
3 終端構造領域
6,23 バイパス領域
7a,7b 切断面
11 ドリフト領域
4,12 チャネル領域
13 第1半導体領域
14,42 ゲート絶縁膜
15,43 ゲート電極
16,21 ボディ領域
17 第1電極
19,41 トレンチ溝
20 電極
31 第2半導体領域
32 第2電極

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Active region 2 Transition region 3 Termination structure region 6, 23 Bypass region 7a, 7b Cut surface 11 Drift region 4, 12 Channel region 13 First semiconductor region 14, 42 Gate insulating film 15, 43 Gate electrode 16, 21 Body region 17 First electrode 19, 41 Trench groove 20 Electrode 31 Second semiconductor region 32 Second electrode

Claims (8)

活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、
第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、
前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域と前記ドリフト領域の間の前記チャネル領域に沿って設けられたゲート絶縁膜、および該ゲート絶縁膜に沿って設けられたゲート電極を有する活性領域と、
前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達するトレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、
前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第1導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域に接続された第2電極と、
終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region,
A first conductivity type drift region having a first main surface and a second main surface;
A second conductivity type channel region selectively provided along the first main surface; a first conductivity type first semiconductor region selectively provided in the channel region; the first semiconductor region; A first electrode connected to both of the channel regions; a gate insulating film provided along the channel region between the first semiconductor region and the drift region; and a gate electrode provided along the gate insulating film An active region having
The second conductivity type embedded in the trench groove reaching deeper than the channel region from the first main surface and connected to the first electrode, and the second conductivity type provided along the side wall and bottom of the trench groove A transition region having a bypass region of
A second semiconductor region of the first conductivity type provided along the second main surface of the drift region;
A second electrode connected to the second semiconductor region;
A cutting surface extending from the first main surface to the second main surface along the outer peripheral edge of the termination structure region;
A semiconductor device comprising:
活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、
第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、
前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域と前記ドリフト領域の間の前記チャネル領域に沿って設けられたゲート絶縁膜、および該ゲート絶縁膜に沿って設けられたゲート電極を有する活性領域と、
前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達するトレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、
前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域に接続された第2電極と、
終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region,
A first conductivity type drift region having a first main surface and a second main surface;
A second conductivity type channel region selectively provided along the first main surface; a first conductivity type first semiconductor region selectively provided in the channel region; the first semiconductor region; A first electrode connected to both of the channel regions; a gate insulating film provided along the channel region between the first semiconductor region and the drift region; and a gate electrode provided along the gate insulating film An active region having
The second conductivity type embedded in the trench groove reaching deeper than the channel region from the first main surface and connected to the first electrode, and the second conductivity type provided along the side wall and bottom of the trench groove A transition region having a bypass region of
A second semiconductor region of a second conductivity type provided along the second main surface of the drift region;
A second electrode connected to the second semiconductor region;
A cutting surface extending from the first main surface to the second main surface along the outer peripheral edge of the termination structure region;
A semiconductor device comprising:
活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、
第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、
前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域に隣接して前記第1主面から前記チャネル領域を貫通して前記ドリフト領域に達する第1トレンチ溝の内周面に沿って設けられたゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記第1トレンチ溝内に埋め込まれたゲート電極を有する活性領域と、
前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達する第2トレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記第2トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、
前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第1導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域に接続された第2電極と、
終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region,
A first conductivity type drift region having a first main surface and a second main surface;
A second conductivity type channel region selectively provided along the first main surface; a first conductivity type first semiconductor region selectively provided in the channel region; the first semiconductor region; A first electrode connected to both of the channel regions, along the inner peripheral surface of the first trench groove that reaches the drift region through the channel region from the first main surface adjacent to the first semiconductor region An active region having a gate insulating film provided, a gate electrode embedded in the first trench groove through the gate insulating film;
An electrode embedded in the second trench groove reaching deeper than the channel region from the first main surface and connected to the first electrode, and provided along the side wall and the bottom of the second trench groove A transition region having a bypass region of a second conductivity type;
A second semiconductor region of the first conductivity type provided along the second main surface of the drift region;
A second electrode connected to the second semiconductor region;
A cutting surface extending from the first main surface to the second main surface along the outer peripheral edge of the termination structure region;
A semiconductor device comprising:
活性領域と該活性領域を囲む終端構造領域との間に遷移領域を有する半導体装置において、
第1主面と第2主面を有する第1導電型のドリフト領域と、
前記第1主面に沿って選択的に設けられた第2導電型のチャネル領域、該チャネル領域内に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域、該第1半導体領域と前記チャネル領域の両方に接続された第1電極、前記第1半導体領域に隣接して前記第1主面から前記チャネル領域を貫通して前記ドリフト領域に達する第1トレンチ溝の内周面に沿って設けられたゲート絶縁膜、該ゲート絶縁膜を介して前記第1トレンチ溝内に埋め込まれたゲート電極を有する活性領域と、
前記第1主面から前記チャネル領域よりも深くまで達する第2トレンチ溝内に埋め込まれ、かつ前記第1電極に接続された電極、並びに前記第2トレンチ溝の側壁および底部に沿って設けられた第2導電型のバイパス領域を有する遷移領域と、
前記ドリフト領域の第2主面に沿って設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域に接続された第2電極と、
終端構造領域の外周縁に沿って前記第1主面から前記第2主面まで達する切断面と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having a transition region between an active region and a termination structure region surrounding the active region,
A first conductivity type drift region having a first main surface and a second main surface;
A second conductivity type channel region selectively provided along the first main surface; a first conductivity type first semiconductor region selectively provided in the channel region; the first semiconductor region; A first electrode connected to both of the channel regions, along the inner peripheral surface of the first trench groove that reaches the drift region through the channel region from the first main surface adjacent to the first semiconductor region An active region having a gate insulating film provided, a gate electrode embedded in the first trench groove through the gate insulating film;
An electrode embedded in the second trench groove reaching deeper than the channel region from the first main surface and connected to the first electrode, and provided along the side wall and the bottom of the second trench groove A transition region having a bypass region of a second conductivity type;
A second semiconductor region of a second conductivity type provided along the second main surface of the drift region;
A second electrode connected to the second semiconductor region;
A cutting surface extending from the first main surface to the second main surface along the outer peripheral edge of the termination structure region;
A semiconductor device comprising:
前記第1トレンチ溝の深さと前記第2トレンチ溝の深さが同じであることを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 3, wherein a depth of the first trench groove and a depth of the second trench groove are the same. 6. 前記バイパス領域の不純物プロファイルと前記チャネル領域の不純物プロファイルが同じであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。   6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity profile of the bypass region and the impurity profile of the channel region are the same. 前記チャネル領域内に選択的に第2導電型のボディ領域が設けられており、前記バイパス領域の不純物プロファイルと前記ボディ領域の不純物プロファイルが同じであることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。   6. The body region of the second conductivity type is selectively provided in the channel region, and the impurity profile of the bypass region and the impurity profile of the body region are the same. The semiconductor device as described in any one. 前記活性領域のMOSゲート構造が直線状に形成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 semiconductor device according to claim 1, wherein the MOS gate structure of the active region is formed linearly.

JP2006118666A 2006-04-24 2006-04-24 Semiconductor device Expired - Fee Related JP5309427B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006118666A JP5309427B2 (en) 2006-04-24 2006-04-24 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006118666A JP5309427B2 (en) 2006-04-24 2006-04-24 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2007294556A true JP2007294556A (en) 2007-11-08
JP5309427B2 JP5309427B2 (en) 2013-10-09

Family

ID=38764897

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006118666A Expired - Fee Related JP5309427B2 (en) 2006-04-24 2006-04-24 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5309427B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064686A (en) * 2010-09-15 2012-03-29 Toshiba Corp Semiconductor device
WO2015156024A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06151728A (en) * 1992-10-30 1994-05-31 Nec Corp Semiconductor integrated circuit device
JPH0945899A (en) * 1995-07-27 1997-02-14 Sony Corp Manufacture of semiconductor device equipped with vertical transistor
JPH09275212A (en) * 1996-04-04 1997-10-21 Hitachi Ltd Voltage-driven semiconductor device
JPH10107280A (en) * 1996-10-01 1998-04-24 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit and fabrication thereof
JPH11307785A (en) * 1998-04-21 1999-11-05 Toshiba Corp Power semiconductor device
JP2002222952A (en) * 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp High withstand voltage semiconductor device
JP2003115590A (en) * 2001-10-05 2003-04-18 Toshiba Corp Semiconductor device

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06151728A (en) * 1992-10-30 1994-05-31 Nec Corp Semiconductor integrated circuit device
JPH0945899A (en) * 1995-07-27 1997-02-14 Sony Corp Manufacture of semiconductor device equipped with vertical transistor
JPH09275212A (en) * 1996-04-04 1997-10-21 Hitachi Ltd Voltage-driven semiconductor device
JPH10107280A (en) * 1996-10-01 1998-04-24 Hitachi Ltd Semiconductor integrated circuit and fabrication thereof
JPH11307785A (en) * 1998-04-21 1999-11-05 Toshiba Corp Power semiconductor device
JP2002222952A (en) * 2001-01-26 2002-08-09 Toshiba Corp High withstand voltage semiconductor device
JP2003115590A (en) * 2001-10-05 2003-04-18 Toshiba Corp Semiconductor device

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012064686A (en) * 2010-09-15 2012-03-29 Toshiba Corp Semiconductor device
CN102403358A (en) * 2010-09-15 2012-04-04 株式会社东芝 Semiconductor device
US9029918B2 (en) 2010-09-15 2015-05-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
US9293548B2 (en) 2010-09-15 2016-03-22 Kabushiki Kaisha Toshiba Semiconductor device
WO2015156024A1 (en) * 2014-04-09 2015-10-15 トヨタ自動車株式会社 Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method

Also Published As

Publication number Publication date
JP5309427B2 (en) 2013-10-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11610884B2 (en) Semiconductor device
JP3395473B2 (en) Horizontal trench MISFET and manufacturing method thereof
US8264033B2 (en) Semiconductor device having a floating semiconductor zone
US6833585B2 (en) High voltage lateral DMOS transistor having low on-resistance and high breakdown voltage
JP5641131B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4070485B2 (en) Semiconductor device
JP5458809B2 (en) Semiconductor device
JP4289123B2 (en) Semiconductor device
JP6668798B2 (en) Semiconductor device
JP7230969B2 (en) semiconductor equipment
JP6561611B2 (en) Semiconductor device
JP2010056510A (en) Semiconductor device
JP5687582B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
KR20080095768A (en) Semiconductor device
JP7090073B2 (en) Semiconductor device
JP4952042B2 (en) Semiconductor device
JP5309427B2 (en) Semiconductor device
JP5309428B2 (en) Semiconductor device
KR101366982B1 (en) Trench gate-type power semiconductor device
JP3659195B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2009277956A (en) Semiconductor device
JP2010225748A (en) Semiconductor device
KR102030463B1 (en) Lateral typed power semiconductor device
US10199491B2 (en) Vertical transistor with improved robustness
KR101130019B1 (en) Power semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090313

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20091112

RD03 Notification of appointment of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7423

Effective date: 20091112

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20091112

A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712

Effective date: 20110422

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120502

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120515

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20120713

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121127

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130128

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130604

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20130617

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees