JP2013069783A - Power semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施の形態は、電力用半導体装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a power semiconductor device.
ノート型パソコンなどの電源部(例えばDC−DCコンバータなど)のスイッチング素子として電力用半導体装置が用いられる。これらの電力用半導体装置は、高耐圧、低消費電力及び高速応答性が求められる。また、これらの電力用半導体装置は、縦方向に電流が流れるように半導体素子が設けられた素子領域と、この素子領域を外側で囲む終端領域を有する。電力用半導体装置のアバランシェ耐量を高くするために、終端領域は、素子領域に比べて耐圧が高くなるように形成される。終端領域での耐圧を向上するために、p形ベース層の終端にp形ガードリング層が形成される。これにより、p形ベース層端での電界集中が緩和されて高耐圧が得られる。しかしながら、高耐圧を得るためには、ガードリング層から空乏層を広げるために、終端領域の面積を増大させる必要がある。このため、半導体チップの収益性が損なわれる。高耐圧で終端領域が縮小された電力用半導体装置が望まれる。 A power semiconductor device is used as a switching element of a power supply unit (eg, a DC-DC converter) of a notebook personal computer or the like. These power semiconductor devices are required to have high breakdown voltage, low power consumption, and high-speed response. Further, these power semiconductor devices have an element region in which a semiconductor element is provided so that a current flows in the vertical direction, and a termination region that surrounds the element region on the outside. In order to increase the avalanche resistance of the power semiconductor device, the termination region is formed to have a higher breakdown voltage than the element region. In order to improve the breakdown voltage in the termination region, a p-type guard ring layer is formed at the termination of the p-type base layer. Thereby, the electric field concentration at the end of the p-type base layer is relaxed, and a high breakdown voltage is obtained. However, in order to obtain a high breakdown voltage, it is necessary to increase the area of the termination region in order to expand the depletion layer from the guard ring layer. For this reason, the profitability of the semiconductor chip is impaired. A power semiconductor device having a high withstand voltage and a reduced termination region is desired.
終端領域の耐圧が高く、終端領域の面積が小さい半導体装置を提供する。 Provided is a semiconductor device in which a termination region has a high breakdown voltage and a small termination region.
本発明の実施形態の半導体装置は、第1導電形の第1の半導体層と、複数の第1のトレンチと、第2導電形の第2の半導体層と、第1導電形の第3の半導体層と、第2導電形のガードリング層と、第2のトレンチと、第1のFP絶縁膜と、第2のFP絶縁膜と、第1のFP電極と、第2のFP電極と、第1の層間絶縁膜と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、第2の層間絶縁膜と、第1の電極と、第2の電極と、を備える。 The semiconductor device according to the embodiment of the present invention includes a first conductivity type first semiconductor layer, a plurality of first trenches, a second conductivity type second semiconductor layer, and a first conductivity type third semiconductor layer. A semiconductor layer, a second conductivity type guard ring layer, a second trench, a first FP insulating film, a second FP insulating film, a first FP electrode, a second FP electrode, A first interlayer insulating film, a gate insulating film, a gate electrode, a second interlayer insulating film, a first electrode, and a second electrode are provided.
複数の第1のトレンチは、第1の半導体層の第1の表面から第1の半導体層中に形成され、第1の表面と平行な第1の方向に延伸し、第1の表面において第1の方向と直交する第2の方向に配列される。第2導電形の第2の半導体層は、複数の第1のトレンチのうちの1つの第1のトレンチに隣接し、第1の半導体層の第1の表面に選択的に設けられる。第1導電形の第3の半導体層は、第2の半導体層の表面に選択的に設けられ第1のトレンチと隣接し、第1の半導体層の第1導電形不純物の濃度よりも高い第1導電形不純物の濃度を有する。第2導電形のガードリング層は、第1の方向における第2の半導体層の両端に隣接し、第2の半導体層の第2導電形不純物の濃度よりも低い第2導電形不純物の濃度を有する。 The plurality of first trenches are formed in the first semiconductor layer from the first surface of the first semiconductor layer, and extend in a first direction parallel to the first surface. They are arranged in a second direction orthogonal to the direction of one. The second semiconductor layer of the second conductivity type is selectively provided on the first surface of the first semiconductor layer adjacent to one of the plurality of first trenches. The third semiconductor layer of the first conductivity type is selectively provided on the surface of the second semiconductor layer, is adjacent to the first trench, and is higher in concentration than the first conductivity type impurity of the first semiconductor layer. It has a concentration of one conductivity type impurity. The second conductivity type guard ring layer is adjacent to both ends of the second semiconductor layer in the first direction and has a second conductivity type impurity concentration lower than the second conductivity type impurity concentration of the second semiconductor layer. Have.
第2のトレンチは、第1の半導体層の第1の表面から第1の半導体層中に延伸し、複数の第1のトレンチを囲み、第1のトレンチの第2の方向における幅よりも広い幅を有し、ガードリング層の第2の半導体層とは反対側の端を終端する。 The second trench extends from the first surface of the first semiconductor layer into the first semiconductor layer, surrounds the plurality of first trenches, and is wider than the width of the first trench in the second direction. It has a width and terminates the end of the guard ring layer opposite to the second semiconductor layer.
第1のFP絶縁膜は、第1のトレンチの第2の半導体層と接触する部分より第1のトレンチの底側の部分において、内側表面上に設けられる。第2のFP絶縁膜は、ガードリング層上、及び第2のトレンチの内側全表面上を覆うように設けられ、第1のFP絶縁膜と接続される。 The first FP insulating film is provided on the inner surface in a portion on the bottom side of the first trench from a portion in contact with the second semiconductor layer of the first trench. The second FP insulating film is provided so as to cover the guard ring layer and the entire inner surface of the second trench, and is connected to the first FP insulating film.
第1のFP電極は、第1のトレンチ内に第1のFP絶縁膜を介して設けられる。第2のFP電極は、第1のFP電極と電気的に接続され、第2のFP絶縁膜を介して、ガードリング層上から、第2のトレンチの第1のトレンチ側の側壁上を経て、第2のトレンチの底部上を第1のトレンチとは反対側に向かって延伸するように設けられる。 The first FP electrode is provided in the first trench via the first FP insulating film. The second FP electrode is electrically connected to the first FP electrode, and passes through the second FP insulating film and from the guard ring layer to the first trench side sidewall of the second trench. The second trench is provided so as to extend on the side opposite to the first trench on the bottom of the second trench.
第1の層間絶縁膜は、第1のFP電極の第1のFP絶縁膜から露出した部分上、及び第2のFP電極の第2のFP絶縁膜とは反対側の部分上を覆うように設けられる。ゲート絶縁膜は、第1のトレンチの側壁に露出した第1の半導体層、第2の半導体層、及び第3の半導体層上に、設けられる。ゲート電極は、ゲート絶縁膜及び第1の層間絶縁膜を介して第1のトレンチ内に設けられる。 The first interlayer insulating film covers a portion of the first FP electrode exposed from the first FP insulating film and a portion of the second FP electrode opposite to the second FP insulating film. Provided. The gate insulating film is provided on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer exposed on the sidewall of the first trench. The gate electrode is provided in the first trench through the gate insulating film and the first interlayer insulating film.
第2の層間絶縁膜は、ゲート電極上に設けられ、第1の層間絶縁膜を介して、第1のFP電極上、及び前記第2のFP電極上に設けられる。第1の電極は、第1の半導体層の第1の表面とは反対側の第2の表面に電気的に接続される。第2の電極は、第2の半導体層、第3の半導体層、及び第2のFP電極と電気的に接続される。 The second interlayer insulating film is provided on the gate electrode, and is provided on the first FP electrode and the second FP electrode via the first interlayer insulating film. The first electrode is electrically connected to a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer. The second electrode is electrically connected to the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the second FP electrode.
以下、本発明の実施形態について図を参照しながら説明する。実施例中の説明で使用する図は、説明を容易にするための模式的なものであり、図中の各要素の形状、寸法、大小関係などは、実際の実施においては必ずしも図に示されたとおりとは限らず、本発明の効果が得られる範囲内で適宜変更可能である。第1導電形をn形で、第2導電形をp形で説明するが、それぞれこの逆の導電形とすることも可能である。半導体としては、シリコンを一例に説明するが、炭化シリコン(SiC)や窒化ガリウム(GaN)などの化合物半導体にも適用可能である。絶縁膜としては、酸化シリコンを一例に説明するが、窒化シリコン(SiN)、酸窒化シリコン(SiNO)、アルミナ(Al2O3)などの他の絶縁体を用いることも可能である。n形の導電形をn+、n、n−で表記した場合は、この順にn形不純物濃度が低いものとする。p形においても同様に、p+、p、p−の順にp形不純物濃度が低いものとする。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings used in the description in the embodiments are schematic for ease of description, and the shape, size, magnitude relationship, etc. of each element in the drawings are not necessarily shown in the drawings in actual implementation. The present invention is not limited to the above, and can be appropriately changed within a range in which the effect of the present invention can be obtained. Although the first conductivity type is described as n-type and the second conductivity type is described as p-type, the opposite conductivity types may be used. As a semiconductor, silicon will be described as an example, but it can also be applied to a compound semiconductor such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN). As the insulating film, silicon oxide is described as an example, but other insulators such as silicon nitride (SiN), silicon oxynitride (SiNO), and alumina (Al 2 O 3 ) can also be used. When n-type conductivity is expressed by n + , n, and n − , the n-type impurity concentration is assumed to be lower in this order. Similarly, in the p-type, the p-type impurity concentration is low in the order of p + , p, and p − .
(第1の実施形態)
図1〜図3を用いて、第1の実施形態に係る電力用半導体装置について説明する。図1は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100の模式的上面図である。図2は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100の(a)図1のA−A線における要部模式断面図、及び(b)(a)のゲートトレンチ部分の拡大図である。図3は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100の、(a)図2(a)のB−B線における要部模式断面図、及び(b)図2(a)のC−C線における要部模式断面図である。
(First embodiment)
The power semiconductor device according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a schematic top view of a
図1〜図3に示したように、本実施形態に係る電力用半導体装置は、n+形ドレイン層1、n−形ドリフト層2(第1導電形の第1の半導体層)と、複数のゲートトレンチ6(第1のトレンチ)と、p形ベース層3(第2導電形の第2の半導体層)と、n+形ソース層(第1導電形の第3の半導体層)と、p+形コンタクト層15と、p−形のガードリング層5と、終端トレンチ7(第2のトレンチ)と、p−形半導体層5aと、p形の第1のチャネルストッパ層3aと、n+形の第2のチャネルストッパ層4aと、p+形の第3のチャネルストッパ層15aと、第1のFP絶縁膜8と、第2のFP絶縁膜8aと、第1のFP電極9と、第2のFP電極9aと、チャネルストッパ電極10と、第1の層間絶縁膜12と、ゲート絶縁膜11と、ゲート電極13と、ゲート配線層18と、第2の層間絶縁膜14と、ドレイン電極16(第1の電極)と、ソース電極17(第2の電極)と、ゲートメタル19と、チャネルストッパメタル20と、を備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the power semiconductor device according to the present embodiment includes an n + -
n−形ドリフト層2は、n+形ドレイン層1の上に設けられる。n+形ドレイン層1は、例えばn+形シリコン基板が用いられる。n−形ドリフト層2は、シリコンのエピタキシャル成長によりn+形シリコン基板の上に形成される。n+形シリコン基板は、後の工程で所望の厚さに研磨されることによって、n+形ドレイン層1となる。なお、n+形ドレイン層1とn−形ドリフト層2との積層構造は、n−形シリコン基板の上にn+形ドレイン層をエピタキシャル成長することによっても用意することができる。又は、n−形シリコン基板の表面にn形不純物をイオン注入及び熱核酸させることによっても用意することができる。
The n − type drift layer 2 is provided on the n + type drain layer 1. For the n + -
複数のゲートトレンチ6は、n−形ドリフト層2のn+形ドレイン層1とは反対側の第1の表面からn−形ドリフト層中に形成され、第1の表面と平行であり図2(a)中の紙面に垂直なY方向(第1の方向)に延伸し、第1の表面においてY方向と直交する図中のX方向(第2の方向)に配列される。p形ベース層3は、複数のゲートトレンチ6のうちの1つのゲートトレンチ6に隣接し、n−形ドリフト層2の第1の表面に選択的に設けられる。言い換えると、p形ベース層3は、複数のゲートトレンチ6の隣り合うゲートトレンチ6の間に設けられ、これら隣り合うゲートトレンチと隣接する。p形ベース層3は、例えば、p形不純物をn−形ドリフト層2の第1の表面にイオン注入及びその後の熱処理により形成されたp形拡散層である。
The plurality of
n+形ソース層4は、p形ベース層3の表面に選択的に設けられゲートトレンチ6と隣接し、n−形ドリフト層2のn形不純物の濃度よりも高いn形不純物の濃度を有する。n+形ソース層は、例えば、n形不純物をp形ベース層3の表面にイオン注入及びその後の熱処理により形成されたn形拡散層である。
The n + -type source layer 4 is selectively provided on the surface of the p-
p形ガードリング層5は、図3(a)に示したように、Y方向におけるp形半導体層3の外側両端に隣接してn−形ドリフト層2の第1の表面に設けられ、p形ベース層3のp形不純物の濃度よりも低いp形不純物の濃度を有する。また、p形ガードリング層5は、図3(b)に示したように、Y方向におけるゲートトレンチ6の外側両端に隣接し、ゲートトレンチ6と後述の終端トレンチ7との間にこれらと隣接して設けられる。さらに、p形ガードリング層5は、図2(a)に示したように、X方向において、複数のゲートトレンチ6のうち最も外側のゲートトレンチ6と後述の終端トレンチ7との間にこれらと隣接して設けられる。
As shown in FIG. 3A, the p-type
p+形コンタクト層15は、n+形ソース層4と隣接しn+形ソース層4の表面からn+形ソース層4を通り抜け、p形ベース層3に至るように設けられる。すなわち、P+形コンタクト層15は、n+形ソース層4を貫通してp形ベース層に至り、p形ベース層と電気的に接続される。p+形コンタクト層15もまた、例えば、p形不純物をn+形ソース層4の表面にイオン注入及びその後の熱処理により形成されたp形拡散層である。p+形コンタクト層15は、p形ベース層3よりも高いp形不純物の濃度を有する。
p + -
終端トレンチ7は、n−形ドリフト層の第1の表面からn−形ドリフト層中に延伸し、X方向に沿った2つの辺とY方向に沿った2つの辺により複数のゲートトレンチ6を取り囲む。終端トレンチ7のこれら4つの辺は、ゲートトレンチのX方向における幅よりも広い幅を有する。
終端トレンチ7のX方向に沿った2つの辺は、Y方向において、ガードリング層5のp形ベース層3とは反対側の端を終端する。さらに、Y方向において、ガードリング層5は、終端トレンチのX方向に沿った辺とゲートトレンチ6とにより隣接して挟まれる。
Two sides along the X direction of the
また、終端トレンチ7のY方向に沿った2つの辺は、X方向において、ガードリング層5のゲートトレンチ6とは反対側の端を終端する。すなわち、X方向において、ガードリング層5は、終端トレンチのY方向に沿った辺とゲートトレンチ6の最も外側のゲートトレンチ6とにより隣接して挟まれる。
The two sides along the Y direction of the
ゲートトレンチ6と終端トレンチ7は、同一工程において一体的に形成することができる。この場合、n−形ドリフト層2の第1の表面からn−形ドリフト層2中に延伸する深さは、ゲートトレンチ6と終端トレンチ7とで同じである。すなわち、ゲートトレンチ6と終端トレンチ7のそれぞれの底部は、n−形ドリフト層2の第1の表面から同じ深さに位置する。
The
また、X方向において複数のゲートトレンチ6のうちの終端トレンチと隣り合うゲートトレンチ6と、終端トレンチ7と、の間隔は、隣り合うゲートトレンチ6の間隔と、同じ又は狭くなるように形成される。
In addition, the distance between the
p形の第1のチャネルストッパ層3aは、n−形ドリフト層2の第1の表面の外周端に隣接して設けられる。p形の第1のチャネルストッパ層3aは、p形ベース層3と同一のp形不純物の濃度を有し、同一工程においてp形ベース層3と一体的に形成されたp形拡散層である。
The p-type first
n+形の第2のチャネルストッパ層4aは、p形の第1のチャネルストッパ層3aの表面に選択的に設けられ、p形第1のチャネルストッパ層のゲートトレンチ6側の端から離間している。n+形の第2のチャネルストッパ層4aは、n+形ソース層4と同一のn形不純物の濃度を有し、同一工程においてn+形ソース層4と一体的に形成されたn形拡散層である。
The n + -type second
p+形の第3のチャネルストッパ層15aは、p形の第1のチャネルストッパ層3aの表面に選択的に設けられ、n−形ドリフト層2の第1の表面の外周端に隣接して設けられ、n+形の第2のチャネルストッパ層4aとゲートトレンチ6とは反対側の端で隣接する。言い換えると、p+形の第3のチャネルストッパ層15aは、n+形の第2のチャネルストッパ層4aの表面からn+形の第2のチャネルストッパ層4aを貫通し(又は通り抜けて)p形の第1のチャネルストッパ層3aに至り、p形の第1のチャネルストッパ層3aと電気的に接続される。p+形の第3のチャネルストッパ層15aは、p+形コンタクト層15と同一のp形不純物の濃度を有し、同一の工程においてp+形コンタクト層と一体的に形成されたp形拡散層である。
The p + -type third
p−形半導体層5aは、n−形ドリフト層2の第1の表面において、終端トレンチ7とp形の第1のチャネルストッパ層3aとの間にこれらに隣接して設けられる。p−形半導体層5aは、p−形ガードリング層5と同一のp形不純物の濃度を有し、同一工程においてp−形ガードリング層5と一体的に形成されたp形半導体層である。
The p − -
第1のFP絶縁膜8は、ゲートトレンチ6のp形ベース層3と接触する部分、すなわち、ゲートトレンチ6の側壁においてp形ベース層3が露出した部分、より下側の部分において、ゲートトレンチ6の内側表面上を全て覆う。言い換えると、第1のFP絶縁膜8は、ゲートトレンチ6の下部であって、n−形ドリフト層2がゲートトレンチ6の内表面に露出した部分上を覆うように設けられる。第1のFP絶縁膜8は、酸化シリコンであり、熱酸化又はCVD(Chemical Vapor Deposition)法により形成される。酸化シリコンの替わりに、窒化シリコン、酸窒化シリコン、又はアルミナなどを用いることも可能である。
The first
第2のFP絶縁膜8aは、p形ガードリング層5上、終端トレンチ7の内側全表面上、p−形半導体層5a、及びp形の第1のチャネル層3a上を覆うように設けられ、第1のFP絶縁膜8と接続される。第2のFP絶縁膜8aは、酸化シリコンであり、第1のFP絶縁膜8と同一工程で一体的に形成される。なお、第1のFP絶縁膜9及び第2のFP絶縁膜9aは、ゲートトレンチ6の先端及び終端トレンチ7の先端での絶縁破壊を防ぐため、後述のゲート絶縁膜11と比べて厚く形成される。
The second
第1のFP電極9は、ゲートトレンチ6内にY方向に沿って第1のFP絶縁膜を介して設けられる。第1のFP電極9は、ゲートトレンチ6内の内側表面がn−形ドリフト層2で露出した部分に設けられているだけでなく、ゲートトレンチ6内の内側表面がp形ベース層3で露出した部分にも設けられる。第1のFP電極は、例えば、導電性のポリシリコンより形成される。
The
第2のFP電極9aは、第2のFP絶縁膜8aを介して、p−形ガードリング層5上から、終端トレンチ7のゲートトレンチ6側の側壁上を経て、終端トレンチ7の底部上をp形の第1のチャネル層3a(またはゲートトレンチ6とは反対側)に向かって延伸するように設けられる。第2のFP電極9aは、第1のFP電極8と電気的に接続される。また、第2のFP電極9aは、導電性のポリシリコンより形成され、同一工程で第1のFP電極9と一体的に形成される。
The
チャネルストッパ電極10は、第2のFP絶縁膜を介して、p形の第1のチャネルストッパ層3a上から、終端トレンチ7のゲートトレンチ6とは反対側の側壁上を経て、終端トレンチ7の底部上をゲートトレンチ6に向かって延伸するように設けられる。チャネルストッパ電極10は、終端トレンチ7の底部上において、第2のFP電極と離間する。また、チャネルストッパ電極10は、p形の第1のチャネルストッパ層3aと電気的に接続される。後述するように、チャネルストッパ電極10は、チャネルストッパメタル20及びp+形の第3のチャネルストッパ層を介して、p形の第1のチャネルストッパ層3aと電気的に接続される。チャネルストッパ電極10もまた、導電性のポリシリコンより形成され、同一工程で第1のFP電極9及び第2のFP電極と一体的に形成される。
The
第1の層間絶縁膜12は、第1のFP電極9の第1のFP絶縁膜8から露出した部分、すなわち、ゲートトレンチ6の内側表面でp形ベース層3が露出した部分に対して対向する第1のFP電極9の部分、の表面を覆うように設けられる。第1の層間絶縁膜12は、第1のFP絶縁膜と接続され第1のFP絶縁膜と共に、第1のFP電極9を周囲から絶縁する。また、第1の層間絶縁膜12は、第2のFP電極の第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上、及びチャネルストッパ電極10の第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上、を覆うように設けられる。第1の層間絶縁膜は、第1のFP絶縁膜同様に酸化シリコンである。
The first
ゲート絶縁膜11は、ゲートトレンチ6の側壁に露出した、n−形ドリフト層2、p形ベース層3、及びn+形ソース層4上に設けられ、第1のFP絶縁膜と接続される。ゲート絶縁膜11は、酸化シリコンであり、第1の層間絶縁膜12と同一の工程で、例えば熱酸化により第1の層間絶縁膜と一体的に形成される。酸化シリコンは、熱酸化以外にCVDにより形成されることが可能である。第1のFP絶縁膜8及び第2のFP絶縁膜8aと同様に、酸化シリコンに替えて、窒化シリコン、酸窒化シリコン、アルミナなどの誘電率の高い絶縁膜を用いることも可能である。
The
ゲート電極13は、ゲート絶縁膜11及び第1の層間絶縁膜を介して、ゲートトレンチ6内に設けられる。ゲート電極13は、ゲート絶縁膜11を介して、ゲートトレンチ6の側壁に露出したn−形ドリフト層2、p形ベース層3、及びn+形ソース層4に対向するように設けられる。また、ゲート電極13は、X方向において、第1のFP電極9とp形ベース層3との間に挟まれて設けられ、第1の層間絶縁膜12を介して第1のFP電極9と対向する。さらに、ゲート電極13は、第1のFP絶縁膜8の上に設けられる。ゲート電極13は、例えば、導電性のポリシリコンにより形成される。
The
ゲート配線層18は、第2のFP電極9aの上に第1の層間絶縁膜12を介して設けられ、p形ガードリング層5上、終端トレンチ7のゲートトレンチ6側の側壁上、及び終端トレンチ7の底部上を覆いながら、X方向に向かって延伸する。また、ゲート配線層18は、複数のゲートトレンチ6内に設けられた第1のFP電極9の終端トレンチ側の端部上を第1の層間絶縁膜12を介して、X方向に向かって延伸する。ゲート配線層18は、p形ベース層3上に層間絶縁膜11aを介して配置される。層間絶縁膜11aは、ゲート絶縁膜11と同一工程により一体的に形成される。ゲート配線層18は、ゲートトレンチ6のY方向における端部でゲート電極13と電気的に接続される。ゲート配線層18は、導電性のポリシリコンから形成され、同一工程にてゲート電極13と一体的に形成される。
The
第2の層間絶縁膜14は、ゲート電極13上に設けられゲート電極13をゲートトレンチ6の外部から絶縁する。第2の層間絶縁膜14は、第1の層間絶縁膜12を介して、第1のFP電極9上に設けられる。また、第2の層間絶縁膜14は、第1の層間絶縁膜12を介して、第2のFP電極9a上及びチャネルストッパ電極10上を覆うように設けられる。さらに、第2の層間絶縁膜14は、ゲート配線層18上を覆うように設けられる。第2の層間絶縁膜は、第1の層間絶縁膜同様に酸化シリコンにより形成される。酸化シリコンは、熱酸化又はCVDにより形成することができる。
The second
ドレイン電極16は、n+形ドレイン層1のn−形ドリフト層2とは反対側の表面に電気的に接続される。
The
ソース電極17は、第2の層間絶縁膜14の開口部を介してn+形ソース電極4及びp+形コンタクト層15と電気的に接続される。ソース電極17は、p形ベース層3にp+形コンタクト層15を介して電気的に接続される。また、ソース電極17は、終端トレンチ7内において第2の層間絶縁膜14の開口部を介して第2のFP電極と電気的に接続される。この結果、第1のFP電極9及び第2のFP電極9aは、ソース電極17と同電位に保たれる。
The
ゲートメタル19は、ゲート配線層18上を第2の層間絶縁膜14を介してゲート配線層18に沿ってX方向に延伸するように設けられる。ゲートメタル19は、終端トレンチ7内において第2の層間絶縁膜14のX方向に延伸する開口部を介して、ゲート配線層18と電気的に接続される。これにより、ゲートトレンチ6内のゲート電極13は、ゲート配線層18を介してゲートパッドに引き出される。
The
チャネルストッパメタル20は、終端トレンチ7の外側で、第2の層間絶縁膜14の開口部を介して、チャネルストッパ電極10及びp+形の第3のチャネルストッパ層15aと電気的に接続される。従って、チャネルストッパ電極10は、チャネルストッパメタル20及びp+形の第3のチャネルストッパ層15aを介してp形の第1のチャネルストッパ層と電気的に接続される。p形の第1のチャネルストッパ層3a及びp+形の第3のチャネルストッパ層15aは、チップの側端部を介してドレイン電極と同電位になる。
The
ドレイン電極16、ソース電極17、ゲートメタル19、及びチャネルストッパメタル20は、通常用いられる金属であればよく、例えば、銅やアルミニウムなどが用いられる。
The
次に、本実施形態に係る電力用半導体装置100の動作について説明する。本実施形態に係る電力用半導体装置100は、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)である。ドレン電極16に、ソース電極17に対して正の電圧が印加された状態で、ゲート電極13にソース電極17に対して閾値を超える正の電圧が印加されると、p形ベース層3のゲート電極13に対向する部分にチャネル層が形成される。この結果、ドレイン電極16からソース電極17に向かって電流が流れて、本実施形態に係る電力用半導体装置100はオン状態になる。
Next, the operation of the
ゲート電極13に閾値以下の電圧が印加されると、p形ベース層3に形成されていたチャネル層が消失し、ドレイン電極16からソース電極17に流れていた電流は遮断されて、本実施形態に係る電力用半導体装置100はオフ状態になる。電力用半導体装置100がオフ状態になると、p形ベース層3とn−形ドリフト層2との接合部からn−形ドリフト層2へ向かって空乏層が伸びる。
When a voltage lower than the threshold value is applied to the
一般に従来のMOSFETでは、p形ベース層3の終端部では、p形ベース層3とn−形ドリフト層2との接合部が曲率を有するために、この接合部で電界集中を起こす。このため、p形ベース層3の終端部では、空乏層が十分に伸びる前にブレークダウンがおこり、他の部分と比べて耐圧が低くなってしまう。そこで、p形ベース層3の終端部には、p形ベース層3よりも低いp形不純物濃度を有するp−形ガードリング層5が隣接して設けられる。これにより、電界集中が起こる部分がp形ベース層3の終端部からp形ガードリング層5の終端部に移動する。また、p形ガードリング層5のp形不純物の濃度がp形ベース層3よりも低いので、p形ガードリング層5の終端部での電界集中が緩和されている。
In general, in the conventional MOSFET, since the junction between the p-
しかしながら、耐圧が高くなるほど終端部において空乏層が十分に伸びるだけの領域が必要となる。すなわち、p−形ガードリング層5からn−形ドリフト層2の表面に沿って空乏層がのびる終端領域が必要になる。これは、MOSFETの動作中に電流が流れない無効領域となるため、耐圧が向上するほど、MOSFETのチップの生産性または収益性が損なわれる。
However, the higher the breakdown voltage, the more the region where the depletion layer sufficiently extends at the terminal end is required. That is, a termination region in which a depletion layer extends from the p − type
本実施形態に係る電力用半導体装置100では、p−形ガードリング層5がp形ベース層3とは反対側の端で終端トレンチ7により終端される。第2のFP電極9aは、第2のFP絶縁膜8aを介して、p−形ガードリング層5上から、終端トレンチ7のゲートトレンチ6側の側壁上を経て、終端トレンチ7の底部上をp形の第1のチャネル層3a(またはゲートトレンチ6とは反対側)に向かって延伸するように設けられている。
In the
第2のFP電極9aは、ソース電極と同電位になっているので、フィールドプレート効果により、p−形ガードリング層5から終端トレンチ7の底部に沿ってn−形ドリフト層2中を空乏層が伸びる。終端トレンチ7によりp−形ガードリング層5が終端されていない従来の終端構造に比べて、本実施形態の終端構造では、曲率を有するp−n接合部がないので、空乏層が広がる際に電界集中が発生しにくい。このため、従来の終端構造と比べて、空乏層を伸ばす終端領域が小さくても同等の耐圧を得ることができる。すなわち、終端トレンチ7のX方向及びY方向における幅を狭くすることが可能となる。従って、本実施形態に係る電力用半導体装置100は、高耐圧を維持しつつ終端領域の面積を小さくすることができ、生産性が向上する。
Since the
また、本実施形態に係る電力用半導体装置100では、チャネルストッパ電極10は、第2のFP絶縁膜を介して、p形の第1のチャネルストッパ層3a上から、終端トレンチ7のゲートトレンチ6とは反対側の側壁上を経て、終端トレンチ7の底部上をゲートトレンチ6に向かって延伸するように設けられる。チャネルストッパ電極10は、チャネルストッパメタル20及びp+形の第3のチャネルストッパ層15aを介して、p形の第1のチャネルストッパ層3aと電気的に接続される。このため、チャネルストッパ電極10の終端トレンチ7上の端部は、前述のようにドレイン電極16と同電位になる。
In the
これにより、p−形ガードリング層5から終端トレンチ7の底部に沿ってn−形ドリフト層2中を伸びてきた空乏層は、チャネルストッパ電極10の終端トレンチ7上の端部よりもp形の第1のチャネルストッパ層側に広がることがない。つまり、電力用半導体装置100が、終端領域で耐圧に達しても(ブレークダウンしても)、p−形ガードリング層5から伸びた空乏層が、チップの端部に達することがないので、信頼性が高い。
Thus, the depletion layer extending from the p − -type
ゲートトレンチ6の下側に設けられた第1のFP電極は、ゲート電極13とドレイン電極16との間に配置され、ソース電極と同電位である。このため、第1のFP電極は、フィールドプレート電極として機能し、ゲート−ドレイン間容量が低減されるため、電力用半導体装置100のスイッチング応答性が高い。
The first FP electrode provided below the
また、第1のFP絶縁膜は、ゲート絶縁膜11よりも厚く形成される。これは、ゲートトレンチ底部での絶縁破壊を防ぐためである。第2のFP絶縁膜も同様の理由で厚く形成される。
The first FP insulating film is formed thicker than the
ゲートメタル19が、ゲート配線層18の上にX方向に沿って設けられている。これは、ゲート配線層18に起因するゲート抵抗を金属材料を用いることにより低減するためである。
A
ゲート配線層18は、第1の層間絶縁膜12を介して第2のFP電極9aの上に設けられる。これにより、ゲート配線層18と第2のFP電極9aは、終端トレンチ7内で積層構造となっている。このようにすることにより、第1のFP電極9と同様に、ゲート配線層18に起因するゲート−ドレイン間容量を低減することができる。また、電力用半導体装置100の表面の平坦性が向上する。さらに、ゲート配線層18と第2のFP電極9aを積層することにより、終端領域の面積を低減することができる。
The
隣り合うゲートトレンチ6のそれぞれからn−形ドリフト2中を伸びる空乏層が繋がりやすくなるように、ゲートトレンチ6の隣り合う間隔は十分に狭く設けられる。これにより、ゲートトレンチ6が形成されている素子領域において耐圧を向上させている。同様にして、複数のゲートトレンチ6のうち終端トレンチ7と隣り合うゲートトレンチ6と、終端トレンチ6と、の間隔も、上記隣り合うゲートトレンチ6の間隔と同じか、またはそれより狭くなるように設けられる。このようにすることにより、終端トレンチ7と隣り合うゲートトレンチ6との間における耐圧(すなわち終端領域の耐圧)が、隣り合うゲートトレンチ6との間の耐圧(すなわち素子領域の耐圧)より低くならないようにできる。
Adjacent intervals between the
(第2の実施形態)
第2の実施形態に係る電力用半導体装置について図4を用いて説明する。図4は、本実施形態に係る電力用半導体装置200の図2(b)に相当するゲートトレンチ部分の拡大図である。なお、第1の実施形態で説明した構成と同じ構成の部分には同じ参照番号または記号を用いその説明は省略する。第1の実施形態との相異点について主に説明する。本実施形態に係る電力用半導体装置200は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100と、ゲートトレンチ部分の構造を除いて同じである。このため、本実施形態における第1の実施形態の図1、図2(a)、及び図3に相当する図は省略する。
(Second Embodiment)
A power semiconductor device according to a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is an enlarged view of a gate trench portion corresponding to FIG. 2B of the
本実施形態に係る電力用半導体装置200は、第1の実施形態同様にMOSFETであり、以下の点で相異する。図4に示したとおり、本実施形態に係る電力用半導体装置では、第1のFP電極9が、ゲートトレンチ6内の側壁がp形ベース層3で露出された部分に突出している量が少ない。すなわち本実施形態に係る電力用半導体装置200では、第1のFP電極9がゲートトレンチ6内でp形ベース層3に対向する部分が、第1の実施形態の電力用半導体装置100と比べてほとんど無い。また、ゲート電極13が、ゲートトレンチ6内で、第1のFP電極9とp形ベース層3との間に挟まれていない。ゲート電極13は、ゲートトレンチ6内で、積層方向(n−形ドリフト層の第1の表面に垂直な方向)において、第1の層間絶縁膜12を介して第1のFP電極の直上に設けられる。第2の層間絶縁膜14は、第1の層間絶縁膜12及びゲート電極13を介して第1のFP電極9上に設けられる。
The
本実施形態に係る電力用半導体装置200においても、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100において得られた効果が同様に得られる。また、本実施形態に係る電力用半導体装置200は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100と比べて、Y方向に延伸するゲート電極13の断面積が大きい。このため、本実施形態に係る電力用半導体装置200は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置100と比べてゲート抵抗が低く、ゲート信号の遅延が少ないので、スイッチング応答性が高い。
Also in the
以上、MOSFETを例にして、本発明の実施形態について説明した。IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)は、MOSFETにおいてn+形ドレイン層1とドレイン電極16との間にp+形コレクタ層をさらに設けた構造と同じ構造である。従って、上記各実施形態は、IGBTに対しても適用することが可能である。
The embodiment of the present invention has been described above using the MOSFET as an example. An IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) has the same structure as a structure in which a p + type collector layer is further provided between the n + type drain layer 1 and the
また、ゲートトレンチ6が形成された素子領域は、p−nダイオード領域又はSBD(Schottky Barrier Diode)領域が形成されることも可能である。従って、上記各実施形態は、p−n接合ダイオード又はSBDなどに対しても適用が可能である。
Further, in the element region in which the
上記各実施形態では、MOSFETがn−形ドリフト層2とドレイン電極16との間に、n+形ドレイン層を備える場合で説明したが、n−形ドリフト層2とドレイン電極16とが直接接合した構造とすることも勿論可能である。
In the embodiments described above, MOSFET the n - between the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
1 n+形ドレイン層
2 n−形ドリフト層(第1の半導体層)
3 p形ベース層(第2の半導体層)
3a p形の第1のチャネルストッパ層
4 n+形ソース層(第3の半導体層)
4a n+形の第2のチャネルストッパ層
5 p−形ガードリング層
5a p−形半導体層
6 ゲートトレンチ(第1のトレンチ)
7 終端トレンチ(第2のトレンチ)
8、8a 第1、第2のFP絶縁膜
9、9a 第1、第2のFP電極
10 チャネルストッパ電極
11 ゲート絶縁膜
12 第1の層間絶縁膜
13 ゲート電極
14 第2の層間絶縁膜
15 p+形コンタクト層
15a p+形の第3のチャネルストッパ層
16 ドレイン電極(第1の電極)
17 ソース電極(第2の電極)
18 ゲート配線層
19 ゲートメタル
20 チャネルストッパメタル
100、200 MOSFET
1 n + type drain layer 2 n − type drift layer (first semiconductor layer)
3 p-type base layer (second semiconductor layer)
3a p-type first channel stopper layer 4 n + -type source layer (third semiconductor layer)
4a n + type second channel stopper layer 5 p − type
7 Termination trench (second trench)
8, 8a First and second
17 Source electrode (second electrode)
18
Claims (15)
前記第1の半導体層の第1の表面から前記第1の半導体層中に形成され、前記第1の表面と平行な第1の方向に延伸し、前記第1の表面において前記第1の方向と直交する第2の方向に配列された複数の第1のトレンチと、
前記複数の第1のトレンチのうちの1つの第1のトレンチに隣接し、前記第1の半導体層の前記第1の表面に選択的に設けられた第2導電形の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に選択的に設けられ前記第1のトレンチと隣接し、前記第1の半導体層の第1導電形不純物の濃度よりも高い第1導電形不純物の濃度を有する第1導電形の第3の半導体層と、
前記第1の方向における前記第2の半導体層の両端に隣接し、前記第2の半導体層の第2導電形不純物の濃度よりも低い第2導電形不純物の濃度を有する第2導電形のガードリング層と、
前記第1の半導体層の第1の表面から前記第1の半導体層中に延伸し、前記複数の第1のトレンチを囲み、前記第1のトレンチの前記第2の方向における幅よりも広い幅を有し、前記ガードリング層の前記第2の半導体層とは反対側の端を終端する第2のトレンチと、
前記第1の半導体層の前記第1の表面の外周端に隣接して設けられた第2導電形の第1のチャネルストッパ層と、
前記第1のトレンチの前記第2の半導体層と接触する部分より前記第1のトレンチの底側の部分において、内側表面上に設けられた第1のFP絶縁膜と、
前記ガードリング層上、前記第2のトレンチの内側全表面上、及び前記第1のチャネルストッパ層上を覆うように設けられ、前記第1のFP絶縁膜と接続された第2のFP絶縁膜と、
前記第1のトレンチ内に前記第1のFP絶縁膜を介して設けられた第1のFP電極と、
前記第1のFP電極と電気的に接続され、前記第2のFP絶縁膜を介して、前記ガードリング層上から、前記第2のトレンチの前記第1のトレンチ側の側壁上を経て、前記第2のトレンチの底部上を前記第1のチャネルストッパ層に向かって延伸するように設けられた第2のFP電極と、
前記第1のチャネルストッパ層と電気的に接続され、前記第2のFP絶縁膜を介して、前記第1のチャネルストッパ層上から、前記第2のトレンチの前記第1のトレンチとは反対側の側壁上を経て、前記第2のトレンチの前記底部上を前記第1のトレンチに向かって延伸し、前記第2のFP電極とは離間するように設けられたチャネルストッパ電極と、
前記第1のFP電極の前記第1のFP絶縁膜から露出した部分上、前記第2のFP電極の前記第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上、及び前記チャネルストッパ電極の前記第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上を覆うように設けられた第1の層間絶縁膜と、
前記第1のトレンチの側壁に露出した前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、及び前記第3の半導体層上に、設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜及び前記第1の層間絶縁膜を介して前記第1のトレンチ内に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられ、前記第1の層間絶縁膜を介して、前記第1のFP電極上、前記第2のFP電極上、及び前記チャネルストッパ電極上に設けられた第2の層間絶縁膜と、
前記第1の半導体層の前記第1の表面とは反対側の第2の表面に電気的に接続された第1の電極と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、及び前記第2のFP電極と電気的に接続された第2の電極と、
前記第1の方向に沿って且つ前記第1の層間絶縁膜を介して前記第2のFP電極の上に設けられ、前記ゲート電極と電気的に接続されたゲート配線層と、
を備え、
前記ゲート配線層は、前記第2のトレンチ内に形成されており、
前記第1のFP絶縁膜及び前記第2のFP絶縁膜は、前記ゲート絶縁膜よりも厚く形成され、
前記第1のFP絶縁膜及び前記第2のFP絶縁膜は、一体的に形成された同一の絶縁体からなり、
前記第1のFP電極、前記第2のFP電極、及び前記チャネルストッパ電極は、一体的に形成された同一の導電性材料からなり、
前記ゲート電極及び前記ゲート配線層は、一体的に形成された同一の導電性材料からなり、
前記第1のトレンチ及び前記第2のトレンチは、一体的に形成され、前記第1の半導体層の前記第1の表面から前記第2の半導体層を通り抜けて前記第1の半導体層中に同一深さで形成されており、
前記第2の方向において、前記複数の第1のトレンチのうち前記第2のトレンチと隣り合うものと、前記第2のトレンチと、の間隔は、前記複数の第1のトレンチの隣り合う間隔と、同じまたは狭く、
前記ゲート電極は、前記第2の方向において、前記第1のFP電極と前記第2の半導体層との間に挟まれており、
前記第2の半導体層の前記第2導電形不純物の前記濃度よりも高い第2導電形不純物の濃度を有し、前記第3の半導体層の表面から前記第3の半導体層を貫通し前記第2の半導体層に至る第2導電形のコンタクト層と、
前記第3の半導体層と一体的に前記第1のチャネルストッパ層の表面に形成された第1導電形の第2のチャネルストッパ層と、
前記コンタクト層と一体的に前記第1のチャネルストッパ層の表面に形成された第2導電形の第3のチャネルストッパ層と、
をさらに備え、
前記第3のチャネルストッパ層は、前記第1の半導体層の前記外周端に隣接し、前記第2のチャネルストッパ層と、前記第1のトレンチとは反対側の端で隣接している電力用半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
Formed in the first semiconductor layer from the first surface of the first semiconductor layer, extending in a first direction parallel to the first surface, and in the first direction on the first surface A plurality of first trenches arranged in a second direction orthogonal to
A second semiconductor layer of a second conductivity type adjacent to the first trench of the plurality of first trenches and selectively provided on the first surface of the first semiconductor layer; ,
A first conductivity type impurity selectively provided on a surface of the second semiconductor layer and adjacent to the first trench and having a first conductivity type impurity concentration higher than a concentration of the first conductivity type impurity of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of one conductivity type;
A second conductivity type guard adjacent to both ends of the second semiconductor layer in the first direction and having a second conductivity type impurity concentration lower than the concentration of the second conductivity type impurity of the second semiconductor layer. A ring layer,
A width that extends from the first surface of the first semiconductor layer into the first semiconductor layer, surrounds the plurality of first trenches, and is wider than a width of the first trench in the second direction A second trench that terminates an end of the guard ring layer opposite to the second semiconductor layer;
A first channel stopper layer of a second conductivity type provided adjacent to an outer peripheral edge of the first surface of the first semiconductor layer;
A first FP insulating film provided on an inner surface in a portion on the bottom side of the first trench from a portion in contact with the second semiconductor layer of the first trench;
A second FP insulating film provided to cover the guard ring layer, the entire inner surface of the second trench, and the first channel stopper layer, and connected to the first FP insulating film; When,
A first FP electrode provided in the first trench via the first FP insulating film;
Electrically connected to the first FP electrode, through the second FP insulating film, from the guard ring layer, through the side wall of the second trench on the first trench side, and A second FP electrode provided on the bottom of the second trench so as to extend toward the first channel stopper layer;
The second trench is opposite to the first trench from above the first channel stopper layer, electrically connected to the first channel stopper layer and via the second FP insulating film. A channel stopper electrode extending on the bottom of the second trench toward the first trench through the side wall of the second trench and spaced from the second FP electrode;
A portion of the first FP electrode exposed from the first FP insulating film, a surface of the second FP electrode opposite to the second FP insulating film, and the first of the channel stopper electrode A first interlayer insulating film provided to cover the surface opposite to the FP insulating film of 2;
A gate insulating film provided on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer exposed on a sidewall of the first trench;
A gate electrode provided in the first trench via the gate insulating film and the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating layer provided on the gate electrode and provided on the first FP electrode, the second FP electrode, and the channel stopper electrode via the first interlayer insulating film. A membrane,
A first electrode electrically connected to a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the second FP electrode;
A gate wiring layer provided on the second FP electrode along the first direction and via the first interlayer insulating film and electrically connected to the gate electrode;
With
The gate wiring layer is formed in the second trench;
The first FP insulating film and the second FP insulating film are formed thicker than the gate insulating film,
The first FP insulating film and the second FP insulating film are made of the same insulator formed integrally,
The first FP electrode, the second FP electrode, and the channel stopper electrode are made of the same conductive material formed integrally,
The gate electrode and the gate wiring layer are made of the same conductive material formed integrally,
The first trench and the second trench are integrally formed and pass through the second semiconductor layer from the first surface of the first semiconductor layer and are identical in the first semiconductor layer. Formed in depth,
In the second direction, an interval between the second trench among the plurality of first trenches and the second trench is an interval between the adjacent first trenches. The same or narrow,
The gate electrode is sandwiched between the first FP electrode and the second semiconductor layer in the second direction;
The second semiconductor layer has a second conductivity type impurity concentration higher than the concentration of the second conductivity type impurity of the second semiconductor layer, penetrates the third semiconductor layer from the surface of the third semiconductor layer, and passes through the third semiconductor layer. A second conductivity type contact layer leading to two semiconductor layers;
A second channel stopper layer of the first conductivity type formed on the surface of the first channel stopper layer integrally with the third semiconductor layer;
A third channel stopper layer of the second conductivity type formed on the surface of the first channel stopper layer integrally with the contact layer;
Further comprising
The third channel stopper layer is adjacent to the outer peripheral end of the first semiconductor layer, and is adjacent to the second channel stopper layer at an end opposite to the first trench. Semiconductor device.
前記第1の半導体層の第1の表面から前記第1の半導体層中に形成され、前記第1の表面と平行な第1の方向に延伸し、前記第1の表面において前記第1の方向と直交する第2の方向に配列された複数の第1のトレンチと、
前記複数の第1のトレンチのうちの1つの第1のトレンチに隣接し、前記第1の半導体層の前記第1の表面に選択的に設けられた第2導電形の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に選択的に設けられ前記第1のトレンチと隣接し、前記第1の半導体層の第1導電形不純物の濃度よりも高い第1導電形不純物の濃度を有する第1導電形の第3の半導体層と、
前記第1の方向における前記第2の半導体層の両端に隣接し、前記第2の半導体層の第2導電形不純物の濃度よりも低い第2導電形不純物の濃度を有する第2導電形のガードリング層と、
前記第1の半導体層の第1の表面から前記第1の半導体層中に延伸し、前記複数の第1のトレンチを囲み、前記第1のトレンチの前記第2の方向における幅よりも広い幅を有し、前記ガードリング層の前記第2の半導体層とは反対側の端を終端する第2のトレンチと、
前記第1のトレンチの前記第2の半導体層と接触する部分より前記第1のトレンチの底側の部分において、内側表面上に設けられた第1のFP絶縁膜と、
前記ガードリング層上、及び前記第2のトレンチの内側全表面上を覆うように設けられ、前記第1のFP絶縁膜と接続された第2のFP絶縁膜と、
前記第1のトレンチ内に前記第1のFP絶縁膜を介して設けられた第1のFP電極と、
前記第1のFP電極と電気的に接続され、前記第2のFP絶縁膜を介して、前記ガードリング層上から、前記第2のトレンチの前記第1のトレンチ側の側壁上を経て、前記第2のトレンチの底部上を前記第1のトレンチとは反対側に向かって延伸するように設けられた第2のFP電極と、
前記第1のFP電極の前記第1のFP絶縁膜から露出した部分上、及び前記第2のFP電極の前記第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上を覆うように設けられた第1の層間絶縁膜と、
前記第1のトレンチの側壁に露出した前記第1の半導体層、前記第2の半導体層、及び前記第3の半導体層上に、設けられたゲート絶縁膜 と、
前記ゲート絶縁膜及び前記第1の層間絶縁膜を介して前記第1のトレンチ内に設けられたゲート電極と、
前記ゲート電極上に設けられ、前記第1の層間絶縁膜を介して、前記第1のFP電極上、及び前記第2のFP電極上に設けられた第2の層間絶縁膜と、
前記第1の半導体層の前記第1の表面とは反対側の第2の表面に電気的に接続された第1の電極と、
前記第2の半導体層、前記第3の半導体層、及び前記第2のFP電極と電気的に接続された第2の電極と、
を備えた電力用半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type;
Formed in the first semiconductor layer from the first surface of the first semiconductor layer, extending in a first direction parallel to the first surface, and in the first direction on the first surface A plurality of first trenches arranged in a second direction orthogonal to
A second semiconductor layer of a second conductivity type adjacent to the first trench of the plurality of first trenches and selectively provided on the first surface of the first semiconductor layer; ,
A first conductivity type impurity selectively provided on a surface of the second semiconductor layer and adjacent to the first trench and having a first conductivity type impurity concentration higher than a concentration of the first conductivity type impurity of the first semiconductor layer. A third semiconductor layer of one conductivity type;
A second conductivity type guard adjacent to both ends of the second semiconductor layer in the first direction and having a second conductivity type impurity concentration lower than the concentration of the second conductivity type impurity of the second semiconductor layer. A ring layer,
A width that extends from the first surface of the first semiconductor layer into the first semiconductor layer, surrounds the plurality of first trenches, and is wider than a width of the first trench in the second direction A second trench that terminates an end of the guard ring layer opposite to the second semiconductor layer;
A first FP insulating film provided on an inner surface in a portion on the bottom side of the first trench from a portion in contact with the second semiconductor layer of the first trench;
A second FP insulating film provided on the guard ring layer and over the entire inner surface of the second trench and connected to the first FP insulating film;
A first FP electrode provided in the first trench via the first FP insulating film;
Electrically connected to the first FP electrode, through the second FP insulating film, from the guard ring layer, through the side wall of the second trench on the first trench side, and A second FP electrode provided on the bottom of the second trench so as to extend toward the side opposite to the first trench;
A first FP electrode provided so as to cover a portion of the first FP electrode exposed from the first FP insulating film and a surface of the second FP electrode opposite to the second FP insulating film; 1 interlayer insulating film;
A gate insulating film provided on the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the third semiconductor layer exposed on a sidewall of the first trench;
A gate electrode provided in the first trench via the gate insulating film and the first interlayer insulating film;
A second interlayer insulating film provided on the gate electrode and provided on the first FP electrode and on the second FP electrode via the first interlayer insulating film;
A first electrode electrically connected to a second surface opposite to the first surface of the first semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second semiconductor layer, the third semiconductor layer, and the second FP electrode;
A power semiconductor device comprising:
前記第1のチャネルストッパ層と電気的に接続され、前記第2のFP絶縁膜を介して、前記第1のチャネルストッパ層上から、前記第2のトレンチの前記第1のトレンチとは反対側の側壁上を経て、前記第2のトレンチの前記底部上を前記第1のトレンチに向かって延伸し、前記第2のFP電極とは離間するように設けられたチャネルストッパ電極と、
をさらに備え、
前記第1の層間絶縁膜は、前記チャネルストッパ電極の前記第2のFP絶縁膜とは反対側の表面上を覆うように設けられ、
前記第2の層間絶縁膜は、前記第1の層間絶縁膜を介して、前記チャネルストッパ電極上に設けられ、
た請求項2記載の電力用半導体装置。 A first channel stopper layer of a second conductivity type provided adjacent to an outer peripheral edge of the first surface of the first semiconductor layer;
The second trench is opposite to the first trench from above the first channel stopper layer, electrically connected to the first channel stopper layer and via the second FP insulating film. A channel stopper electrode extending on the bottom of the second trench toward the first trench through the side wall of the second trench and spaced from the second FP electrode;
Further comprising
The first interlayer insulating film is provided so as to cover a surface of the channel stopper electrode opposite to the second FP insulating film,
The second interlayer insulating film is provided on the channel stopper electrode via the first interlayer insulating film,
The power semiconductor device according to claim 2.
前記第3の半導体層と一体的に前記第1のチャネルストッパ層の表面に形成された第1導電形の第2のチャネルストッパ層と、
前記コンタクト層と一体的に前記第1のチャネルストッパ層の表面に形成された第2導電形の第3のチャネルストッパ層と、
をさらに備え、
前記第3のチャネルストッパ層は、前記第1の半導体層の前記外周端に隣接し、前記第2のチャネルストッパ層と、前記第1のトレンチとは反対側の端で隣接している請求項2〜12、14、及び15のいずれか1つに記載の電力用半導体装置。 The second semiconductor layer has a second conductivity type impurity concentration higher than the concentration of the second conductivity type impurity of the second semiconductor layer, penetrates the third semiconductor layer from the surface of the third semiconductor layer, and passes through the third semiconductor layer. A second conductivity type contact layer leading to two semiconductor layers;
A second channel stopper layer of the first conductivity type formed on the surface of the first channel stopper layer integrally with the third semiconductor layer;
A third channel stopper layer of the second conductivity type formed on the surface of the first channel stopper layer integrally with the contact layer;
Further comprising
The third channel stopper layer is adjacent to the outer peripheral end of the first semiconductor layer, and is adjacent to the second channel stopper layer at an end opposite to the first trench. The power semiconductor device according to any one of 2 to 12, 14, and 15.
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