JP2014060345A - 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.
電力用半導体装置として、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)またはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等の絶縁ゲート型トランジスタが用いられる。これらの電力用半導体装置は、低オン抵抗化による低消費電力化が求められる。耐圧が数十V〜300V程度の中高耐圧の絶縁ゲート型トランジスタでは、オン抵抗Ronはチャネル層の密度に支配される。例えばMOSFETの場合は、チャネル層は、ソース層とドリフト層との間のベース層の表面において、ゲート絶縁膜を介してゲート電極に向かい合った領域に形成される。ソース層とドリフト層との間隔は、チャネル長といい、電流の流れる経路の長さである。チャネル長に垂直なチャネル層の幅は、チャネル幅といい、電流経路の断面に相当する。同一チップ内にチャネル幅を多く形成するほど、チャネル層の抵抗を下げることができる。そのため、微細化により絶縁ゲート型トランジスタの低オン抵抗化が行われてきたが、微細化によるさらなる低オン抵抗化は限界がある。 As a power semiconductor device, an insulated gate transistor such as a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) or an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. These power semiconductor devices are required to have low power consumption by low on-resistance. In an insulated gate transistor having a medium to high withstand voltage of about several tens of V to 300 V, the on-resistance R on is governed by the density of the channel layer. For example, in the case of MOSFET, the channel layer is formed in a region facing the gate electrode through the gate insulating film on the surface of the base layer between the source layer and the drift layer. The distance between the source layer and the drift layer is called a channel length, which is the length of a path through which current flows. The width of the channel layer perpendicular to the channel length is called the channel width and corresponds to the cross section of the current path. As the channel width is increased in the same chip, the resistance of the channel layer can be lowered. Therefore, although the on-resistance of the insulated gate transistor has been reduced by miniaturization, there is a limit to further lowering the on-resistance by miniaturization.
そこで、チャネル幅の延伸する方向がチップに水平な方向ではなく、垂直な方向に延伸する絶縁ゲート形トランジスタが開発されている。このような絶縁ゲート形トランジスタでは、チャネル幅がチップの垂直方向に延伸し、チャネル長がチップの水平方向に延伸するように、ソース層、ベース層、ドリフト層、ドレイン層、及びゲート電極が設けられる。チャネル幅が増加するほど、さらなるオン抵抗の低減が期待できる。 Thus, an insulated gate transistor has been developed in which the direction in which the channel width extends is not in the direction horizontal to the chip but in the direction perpendicular to the chip. In such an insulated gate transistor, a source layer, a base layer, a drift layer, a drain layer, and a gate electrode are provided so that the channel width extends in the vertical direction of the chip and the channel length extends in the horizontal direction of the chip. It is done. As the channel width increases, further reduction in on-resistance can be expected.
しかしながら、チャネル幅が増加するほどベース層の底部からソース電極までのチップに垂直な方向の長さが増加する。ベース層の底部のベース層とドリフト層とのp−n接合においてアバランシェ降伏が発生すると、アバランシェ降伏により生成された正孔は、上記ベース層の底部からベース層をチップに垂直な方向に走行し、ベース層の上端でソース電極に排出される。このため、チャネル幅が増加するほど、アバランシェ降伏により生じた正孔がソース電極へ排出される際の電流による電圧降下が大きくなる。ベース層の底部の電位がソース層に対して上昇して、ソース層、ベース層、及びドリフト層によって構成された寄生トランジスタがオン状態になりやすくなる。寄生トランジスタがオン状態になると、電力用半導体装置中を大電流が流れ、この結果、電力用半導体装置は破壊される。すなわち、チャネル幅がチップに垂直方向に延伸する電力用半導体装置では、ベース層のチップに垂直方向の深さを増加してチャネル幅を増加するほど、アバランシェ耐量が低下する虞がある。オン抵抗が低く、アバランシェ耐量が高い電力用半導体装置が望まれる。 However, the length in the direction perpendicular to the chip from the bottom of the base layer to the source electrode increases as the channel width increases. When an avalanche breakdown occurs at the pn junction between the base layer and the drift layer at the bottom of the base layer, holes generated by the avalanche breakdown travel in the direction perpendicular to the chip from the bottom of the base layer to the base layer. , And discharged to the source electrode at the upper end of the base layer. For this reason, as the channel width increases, the voltage drop due to current when holes generated by avalanche breakdown are discharged to the source electrode increases. The potential at the bottom of the base layer rises with respect to the source layer, and the parasitic transistor constituted by the source layer, the base layer, and the drift layer is likely to be turned on. When the parasitic transistor is turned on, a large current flows through the power semiconductor device, and as a result, the power semiconductor device is destroyed. That is, in a power semiconductor device in which the channel width extends in the direction perpendicular to the chip, the avalanche resistance may decrease as the channel width is increased by increasing the depth in the direction perpendicular to the chip of the base layer. A power semiconductor device with low on-resistance and high avalanche resistance is desired.
オン抵抗が低くアバランシェ耐量が高い電力用半導体装置の提供。 Providing power semiconductor devices with low on-resistance and high avalanche resistance.
本発明の実施形態に係る電力用半導体装置は、第1導電形の第1の半導体層と、第1導電形の第2の半導体層と、第2導電形の第3の半導体層と、第1導電形の第4の半導体層と、第1導電形の第5の半導体層と、ゲート電極と、第1の電極と、第2の電極と、を備える。 A power semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a first conductivity type first semiconductor layer, a first conductivity type second semiconductor layer, a second conductivity type third semiconductor layer, A fourth semiconductor layer of one conductivity type, a fifth semiconductor layer of the first conductivity type, a gate electrode, a first electrode, and a second electrode are provided.
第1導電形の第1の半導体層は、第1の面と第1の面とは反対側の第2の面とを有する。第1導電形の第2の半導体層は、第1の半導体層の第1の面から第1の面に垂直な第1の方向に沿って第1の半導体層中を延伸し、且つ第1の面に平行な第2の方向に沿って第1の半導体層中を延伸する。第1導電形の第2の半導体層は、第1の半導体層より第1導電形不純物濃度が低い。第2導電形の第3の半導体層は、第2の半導体層の表面から第1の方向に沿って第2の半導体層中を延伸し、且つ第2の方向に沿って第2の半導体層中を延伸する。第1導電形の第4の半導体層は、第3の半導体層の表面から第1の方向に沿って第3の半導体層中を延伸し、且つ第2の方向に沿って第3の半導体層中を延伸し、第2の半導体層よりも第1導電形不純物濃度が高い。第1導電形の第5の半導体層は、第2の半導体層の表面に第2の方向に沿って延伸し、且つ、第1の半導体層と第2の半導体層とに接するように設けられ、第2の半導体層より第1導電形不純物濃度が高い。 The first semiconductor layer of the first conductivity type has a first surface and a second surface opposite to the first surface. The second semiconductor layer of the first conductivity type extends in the first semiconductor layer from the first surface of the first semiconductor layer along a first direction perpendicular to the first surface, and the first semiconductor layer The first semiconductor layer is stretched along a second direction parallel to the first surface. The second conductivity layer of the first conductivity type has a lower first conductivity type impurity concentration than the first semiconductor layer. The third semiconductor layer of the second conductivity type extends from the surface of the second semiconductor layer in the second semiconductor layer along the first direction, and extends along the second direction. Stretch inside. The fourth semiconductor layer of the first conductivity type extends in the third semiconductor layer along the first direction from the surface of the third semiconductor layer, and the third semiconductor layer along the second direction. The inside is stretched and the first conductivity type impurity concentration is higher than that of the second semiconductor layer. The fifth semiconductor layer of the first conductivity type is provided on the surface of the second semiconductor layer so as to extend along the second direction and to be in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The first conductivity type impurity concentration is higher than that of the second semiconductor layer.
ゲート電極は、第3の方向に沿って、第4の半導体層中から第3の半導体層中を通り抜け第2の半導体層中に延伸し、且つ第1の方向に沿って第4の半導体層中、第3の半導体層中、及び第2の半導体層中を延伸するゲートトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介して設けられる。第1の電極は、第3の半導体層と第4の半導体層に電気的に接続される。第2の電極は、第1の半導体層の第2の面に電気的に接続される。 The gate electrode extends from the fourth semiconductor layer through the third semiconductor layer along the third direction into the second semiconductor layer, and extends along the first direction into the second semiconductor layer. The gate insulating film is provided in the third semiconductor layer and in the gate trench extending in the second semiconductor layer. The first electrode is electrically connected to the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer. The second electrode is electrically connected to the second surface of the first semiconductor layer.
以下、本発明の実施の形態について図を参照しながら説明する。実施形態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)や窒化物半導体(AlGaN)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、酸窒化シリコン、アルミナ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 nitride semiconductor (AlGaN). As the insulating film, silicon oxide is described as an example, but other insulators such as silicon nitride, silicon oxynitride, and alumina can 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及び図2を用いて、本発明の第1の実施形態に係る電力用半導体装置を説明する。電力用半導体装置は、MOSFETを例に説明するが、IGBTに対しても適用可能である。以後の実施例においても同様である。図1は、第1の実施形態に係る電力用半導体装置の要部模式斜視図である。図2は、図1のA−Aの平面より上部を省略した要部模式斜視図である。なお、図1の斜視図では、ソース電極、及びドレイン電極は、図示を省略した。
(First embodiment)
A power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. The power semiconductor device will be described by taking a MOSFET as an example, but can also be applied to an IGBT. The same applies to the following embodiments. FIG. 1 is a schematic perspective view of a main part of the power semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a schematic perspective view of a main part in which an upper part is omitted from the plane AA in FIG. 1. Note that the source electrode and the drain electrode are not shown in the perspective view of FIG.
図1及び図2に示したように、本発明の第1の実施形態に係る電力用半導体装置は、n+形ドレイン層1(第1導電形の第1の半導体層)と、n−形ドリフト層2(第1導電形の第2の半導体層)と、p型ベース層3(第2導電形の第3の半導体層)と、n+形ソース層4(第1導電形の第4の半導体層)と、n+形半導体層8(第1導電形の第5の半導体層)と、p+形コンタクト層9(第2導電形の第6の半導体層)と、ゲート電極7と、ソース電極(第1の電極)と、ドレイン電極(第2の電極)と、を備える。n+形ドレイン層1、n−形ドリフト層2、p型ベース層3、n+形ソース層4、n+形半導体層8、及びp+形コンタクト層9は、例えば、シリコンからなる半導体層である。n型不純物は、例えば、リン(P)である。p型不純物は、例えば、ホウ素(B)である。
As shown in FIGS. 1 and 2, the power semiconductor device according to the first embodiment of the present invention includes an n + -type drain layer 1 (a first semiconductor layer of a first conductivity type), an n − -type, and Drift layer 2 (first conductivity type second semiconductor layer), p-type base layer 3 (second conductivity type third semiconductor layer), and n + -type source layer 4 (first conductivity type fourth semiconductor layer). Semiconductor layer), an n + type semiconductor layer 8 (first conductivity type fifth semiconductor layer), a p + type contact layer 9 (second conductivity type sixth semiconductor layer), a
n+形ドレイン層1は、第1の面と第1の面とは反対側の第2の面とを有する。n+形ドレン層1のn形不純物濃度は、1×1019/cm3以上である。
The n + -
n−形ドリフト層2は、n+形ドレイン層1の第1の面から第1の面に垂直なZ方向(第1の方向)に沿ってn+形ドレイン層中を延伸し、且つ第1の面に平行なY方向(第2の方向)に沿ってn+形ドレイン層1中を延伸する。n−形ドリフト層2は、n+形ドレイン層1よりn型不純物濃度が低い。n−形ドリフト層2のn形不純物濃度は、例えば、1×1017/cm3以下である。また、n−形ドリフト層2のZ方向における厚さは、例えば、10〜50μmである。n−形ドリフト層2のZ方向における厚さは、Z方向に沿って形成されるチャネル幅に応じて設定される。
The n − -
p形ベース層3は、n−形ドリフト層2の表面からZ方向に沿ってn−形ドリフト層2中を延伸し、且つY方向に沿ってn−形ドリフト層2中を延伸する。p形ベース層3のp形不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1018/cm3である。Z方向においてp形ベース層3及びn+形ドレイン層1に挟まれたn−形ドリフト層2の部分(底部)のZ方向の厚さは、例えば、3μmである。また、Z方向及びY方向に垂直なX方向においてp形ベース層3及びn+形ドレイン層1に挟まれたn−形ドリフト層2の部分(側部)のX方向の厚さは、n−形ドリフト層2の底部と同様に、3μmである。
p-
n+形ソース層4は、p形ベース層3の表面からZ方向に沿ってp形ベース層3中を延伸し、且つY方向に沿ってp形ベース層3中を延伸し、n−形ドリフト層2よりもn形不純物濃度が高い。n+形ソース層4のn形不純物濃度は、例えば、1×1019/cm3以上である。Z方向においてn+形ソース層4及びn−形ドリフト層2に挟まれたp形ベース層3の部分(底部)のZ方向の厚さは、例えば、0.2〜1.0μmである。また、X方向においてn+形ソース層4及びn−形ドリフト層2に挟まれたp形ベース層3の部分(側部)のX方向の厚さは、p形ベース層の底部と同様に、0.2〜1.0μmである。n+形ソース層4のX方向における厚さは、例えば、1.0〜2.0μmである。
n + -
n+形半導体層8は、n−形ドリフト層2の表面にY方向に沿って延伸するように設けられ、X方向においてn+形ドレイン層に隣接し、n−形ドリフト層2よりもn形不純物濃度が高い。n+形半導体層8のn形不純物濃度は、例えば、1×1019/cm3以上である。n+形半導体層8のn形不純物濃度は、n+形ドレイン層1のn形不純物濃度以上であってもよければ、n+形ドレイン層1のn形不純物濃度以下であってもよい。また、n+形半導体層8は、X方向に沿って延伸する。
The n + -type semiconductor layer 8 is provided on the surface of the n − -
p+形コンタクト層9は、p形ベース層3の表面においてY方向に沿って延伸し、X方向においてn+形ソース層4と隣接する。p+形コンタクト層9は、p形ベース層3よりもp形不純物濃度が高い。p+形コンタクト層9のp形不純物濃度は、例えば、1×1018/cm3以上である。p+形コンタクト層9は、X方向においてn−形ドリフト層2とはp形ベース層3を介して離間する。なお、本実施形態ではp+形コンタクト層9は、X方向においてn+形ソース層4と隣接している。しかしながら、p+形コンタクト層9は、後述のソース電極とのコンタクトが良好であれば、p形ベース層3を介してn+形ソース層4とは離間してもよい。
The p + -type contact layer 9 extends along the Y direction on the surface of the p-
ゲートトレンチ5が、X方向に沿ってn+形ソース層4中からp形ベース層3中を通り抜けてn−形ドリフト層2中へ延伸し、且つ、Z方向に沿ってn+形ソース層4中、p形ベース層3中、及びn−形ドリフト層2中を延伸する。また、ゲートトレンチ5は、X方向に沿ってp+形コンタクト層9を通り抜ける。ゲートトレンチ5は、Y方向に沿って複数設けられる。p+形コンタクト層9は、Y方向において両端でゲートトレンチ5と隣接する。すなわち、p+形コンタクト層9は、ゲートトレンチ5の側壁に露出する。
A
ゲートトレンチ5の底は、Z方向において、p形ベース層3の底部内またはp形ベース層3の底部よりも上のn+形ソース層4中にあればよい。ゲートトレンチ5の底が浅すぎるとチャネル幅が小さくなり、逆に、深すぎると、ゲートトレンチ5の底の周囲で電界集中が発生して、アバランシェ降伏が発生しやすくなる。
The bottom of the
ゲート絶縁膜6が、ゲートトレンチ5の側壁の全体及び底面の全体を覆うように設けられる。ゲート絶縁膜6は、例えば、酸化シリコンである。酸化シリコンに替えて、酸窒化シリコンまたは窒化シリコンとすることも可能である。
A
ゲート電極7は、ゲート絶縁膜6を介してゲートトレンチ5内に設けられる。ゲート電極は導電性材料であればよく、例えば、導電性ポリシリコンである。
The
第1の層間絶縁膜10は、n+形ドレイン層1上、n−形ドリフト層2上、p形ベース層3上、n+形ソース層4上、n+形半導体層8上、及びp+形コンタクト層9上に設けられる。第1の層間絶縁膜10は、例えば、酸化シリコンである。酸化シリコンに替えて、窒化シリコンまたは酸窒化シリコン等とすることも可能である。
The first
ゲート配線層11が、所定のパターンを有し、第1の層間絶縁膜10上に設けられ、第1の層間絶縁膜10の開口部を介してゲート電極7と電気的に接続される。ゲート配線層11は、各ゲート電極を図示しないゲートパッドまで配線する。
The
第2の層間絶縁膜12が、ゲート配線層11を覆うように第1の層間絶縁膜上に設けられる。第2の層間絶縁膜12は、例えば、酸化シリコンである。酸化シリコンに替えて、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンとすることも可能である。
A second
第2の層間絶縁膜12及び第1の層間絶縁膜10を貫通するソースコンタクト開口部13が設けられる。図示しないソース電極が第2の層間絶縁膜12上に設けられ、ソースコンタクト開口部13を介して、n+形ソース層4及びp+形コンタクト層9と電気的に接続される。ソース電極は、p+形コンタクト層9を介してp形ベース層3と電気的に接続される。図示しないドレイン電極は、n+形ドレイン層1の第2の面に電気的に接続される。ソース電極及びドレイン電極は、例えば、銅またはアルミニウムなど、通常半導体の電極として用いられるものである。
A
次に、本実施形態に係る電力用半導体装置の動作及び特徴について説明する。ゲート電極7にソース電極に対して閾値を超える電圧が印加されると、ゲート絶縁膜6と接合するp形ベース層3の表面に反転分布によるチャネル層が形成され、電力用半導体装置はオン状態になる。チャネル層のX方向における幅がチャネル長であり、チャネル層のZ方向における幅がチャネル幅となる。
Next, the operation and characteristics of the power semiconductor device according to this embodiment will be described. When a voltage exceeding a threshold value is applied to the
ドレイン電極にソース電極に対して正の電圧が印加されると、ソース電極からn+形ソース層4へ供給された電子は、X方向に沿って、n+形ソース層4からp形ベース層3のチャネル層及びn−形ドリフト層2を通り、n+形ドレイン層1へと流れる。この結果、電流が、ドレイン電極からソース電極へ向かって流れる。ゲート電極に印加された電圧が閾値以下となると、チャネル層は消失し、電力用半導体装置はオフ状態となる。ドレイン−ソース間の電流は遮断され、ドレイン−ソース間電圧が上昇する。これと同時に、p形ベース層3とn−形ドリフト層2間のp−n接合からn−形ドリフト層に向かって空乏層が広がり始める。
When a positive voltage is applied to the drain electrode relative to the source electrode, electrons supplied from the source electrode to the n + -type source layer 4 are transferred from the n + -type source layer 4 to the p-type base layer along the X direction. 3 channel layer and n − -
チャネル幅がチップに垂直方向に延伸する電力用半導体装置では、一般に、p形ベース層3の底部においてコーナー部を有する。このため、このコーナー部のところでp形ベース層3とn−形ドリフト層2との間のp−n接合から空乏層が伸びにくくなり、電界集中が起こる。この電界集中により、コーナー部では、他の部分よりも、n+形ドレイン層1及びp形ベース層3間の耐圧が低くなり、アバランシェ降伏が発生してしまう。
In the power semiconductor device in which the channel width extends in the direction perpendicular to the chip, the p-
このアバランシェ降伏により発生した正孔が、p形ベース層3をZ方向に沿って流れて、ソース電極へ排出される。この正孔の電流による電圧降下により、p形ベース層3の電位がn+形ソース層4に対して上昇する。チャネル幅を大きくしてオン抵抗を低減するほど、この電圧降下が大きい。この結果、n+形ソース層4、p形ベース層3、及びn−形ドリフト層2により形成される寄生トランジスタがオン状態となり、大電流がドレイン−ソース間に流れ、電力用半導体装置は破壊される。
Holes generated by this avalanche breakdown flow through the p-
しかしながら、本実施形態に係る電力用半導体装置では、n−形ドリフト層2の表面(上面)においてY方向に延伸し、X方向においてn+形ドレイン層1と隣接するn+形半導体層8を備える。このn+形半導体層8は、さらに、p形ベース層3の表面においてn+形ドレイン層1からp形ベース層3に向かって延伸する。すなわち、n+形半導体層8のX方向における幅を変えることにより、n−形ドリフト層2の表面におけるn−形ドリフト層2のX方向の幅を調節することができる。
However, in the power semiconductor device according to this embodiment, n - in the
n−形ドリフト層2のX方向における幅を小さくするほど、この部分での耐圧が低減される。従って、n+形半導体層8がn−形ドリフト層2の表面に存在することにより、p形ベース層3の底部よりもp形ベース層3の表面における耐圧を低くすることができる。すなわち、X方向において、p形ベース層3、n−形ドリフト層2、及びn+形半導体層8は、クランプダイオードを構成する。
As the width of the n − -
このため、本実施形態に係る電力用半導体装置では、アバランシェ降伏は、p形ベース層3の表面において起こるので、アバランシェ降伏により発生した正孔は、効率よくソース電極に排出される、すなわち、正孔の排出抵抗が非常に小さい。これにより、寄生トランジスタがオン状態になることを抑制できるので、本実施形態に係る電力用半導体装置ではアバランシェ耐量が向上される。
For this reason, in the power semiconductor device according to the present embodiment, since avalanche breakdown occurs on the surface of the p-
また、上記n+形半導体層8を用いずに、n−形ドリフト層2の表面においてX方向におけるn−形ドリフト層2の幅を小さくする別の方法として、p形ベース層3の表面(上面)に設けたp+形コンタクト層9をp形ベース3からn−形ドリフト層へ突き出す方法がある(比較例)。すなわち、p+形コンタクト層9、n−形ドリフト層2、及びn+形ドレイン層1がクランプダイオードを構成する。この比較例に係る電力用半導体装置では、n+形ドレイン層1からn−形ドリフト層2へのn形不純物のプロセス中の拡散が問題となる。
As another method of reducing the width of the n − type drift layer 2 in the X direction on the surface of the n − type drift layer 2 without using the n + type semiconductor layer 8, the surface of the p type base layer 3 ( There is a method of protruding the p + -type contact layer 9 provided on the upper surface) from the p-
電力用半導体装置の製造工程は、n−形ドリフト層2、p形ベース層3、及びn+形ソース層4のエピタキシャル成長の工程、または酸化膜の工程などの、高温プロセスを有する工程を含む。このような高温プロセスにおいて、n形不純物が、n+形ドレイン層1からn−形ドリフト層2へ熱拡散する。このn形不純物の熱拡散は、バラツキが大きい。このため、比較例に係る電力用半導体装置では、X方向においてp+形コンタクト層9とn+形ドレイン層1に挟まれたn−形ドリフト層2の幅はバラツキが大きいので、クランプダイオードの耐圧のバラツキが大きくなる。
The manufacturing process of the power semiconductor device includes a process having a high-temperature process such as an epitaxial growth process of the n − -
これに対して、本実施形態に係る電力用半導体装置では、X方向においてn+形ドレイン層1からn−形ドリフト層2へn形不純物が拡散する距離の最大値よりも、n+形半導体層8のX方向における幅が十分に大きくなるように、n+形半導体層8が形成される。n+形半導体層8は、イオン注入及びその後の熱処理により形成されるので、n+形半導体層8のX方向における幅のバラツキは、n+形ドレイン層1からn−形ドリフト層2へのn形不純物が拡散したバラツキよりも小さくできる。この結果、本実施形態に係る電力用半導体装置では、比較例に係る電力用半導体装置よりも、耐圧のバラツキが低減される。
On the other hand, in the power semiconductor device according to the present embodiment, the n + type semiconductor is larger than the maximum distance in which the n type impurity diffuses from the n + type drain layer 1 to the n − type drift layer 2 in the X direction. The n + -type semiconductor layer 8 is formed so that the width of 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を図3を用いて説明する。図3は第2の実施形態に係る電力用半導体装置の図2に相当する要部模式斜視図である。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。
(Second Embodiment)
A power semiconductor device according to the second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a schematic perspective view of a main part corresponding to FIG. 2 of the power semiconductor device according to the second embodiment. Note that the same reference numerals or symbols are used for portions having the same configurations as those described in the first embodiment, and description thereof is omitted. Differences from the first embodiment will be mainly described.
本実施形態に係る電力用半導体装置では、図3に示したように、p+形コンタクト層9は、Y方向においてその両端は、それぞれ、ゲート絶縁膜6とはp形ベース層3を介して離間する。図示は、省略するが、本実施形態に係る電力用半導体装置は、図1と同様の第1の層間絶縁膜10、ゲート配線層11、第2の層間絶縁膜12、及びソースコンタクト開口部13を備える。ここで、p+形コンタクト層9は、第2の層間絶縁膜12をマスクに用いて、ソースコンタクト開口部13に露出したp形ベース層3及び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を実施することによって形成される。p+形コンタクト層9のp形不純物濃度は、例えば、1×1018〜1×1019/cm3である。p形不純物は、n+形ソース層4の表面にもイオン注入によって注入されるが、n+形ソース層4のn形不純物濃度は、1×1019/cm3以上である。不純物補償後でもn形不純物濃度が1×1019/cm3以上となるように、p+形コンタクト層9が形成される。
In the power semiconductor device according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the p + -type contact layer 9 has both ends in the Y direction via the p-
本実施形態に係る電力用半導体装置は、上記の点で、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と相異する。本実施形態に係る電力用半導体装置では、上記p+形コンタクト層9を備えることにより、p+形コンタクト層9形成のためのリソグラフィー工程を省略することができる。すなわち、第1の実施形態に係る電力用半導体装置のp+形コンタクト層9を形成する工程では、Y方向にストライプ状に延伸する開口部を有するマスクを、リソグラフィー工程により形成し、その後、イオン注入が実施される。これに対して、本実施形態に係る電力用半導体装置のp+形コンタクト層9の形成する工程では、第1の層間絶縁膜10、ゲート配線層11、及び第2の層間絶縁膜12が、マスクとして機能し、ソースコンタクト開口部13を介して、p形不純物がイオン注入により注入される。これにより、本実施形態に係る電力用半導体装置では、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と比較して、リソグラフィーでマスクを形成する工程が削減される。
The power semiconductor device according to the present embodiment is different from the power semiconductor device according to the first embodiment in the above points. In the power semiconductor device according to this embodiment, by providing the p + -
本実施形態に係る電力用半導体装置においても、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と同様に、n+形半導体層8がn−形ドリフト層2の表面に存在することにより、p形ベース層3の底部よりもp形ベース層3の表面における耐圧を低くすることができる。このため、アバランシェ耐量が向上する。また、その耐圧のバラツキが低減される。
Also in the power semiconductor device according to the present embodiment, the n + -type semiconductor layer 8 is present on the surface of the n − -
(第3の実施形態)
第3の実施形態に係る電力用半導体装置を図4を用いて説明する。図4は、第3の実施形態に係る電力用半導体装置の図2に相当する要部模式斜視図である。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。
(Third embodiment)
A power semiconductor device according to a third embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 4 is a schematic perspective view of a main part corresponding to FIG. 2 of the power semiconductor device according to the third embodiment. Note that the same reference numerals or symbols are used for portions having the same configurations as those described in the first embodiment, and description thereof is omitted. Differences from the first embodiment will be mainly described.
図4に示したように、本実施形態にかかる電力用半導体装置は、n形半導体層14をn+形半導体層8とn−形ドリフト層2との間に備える。n形半導体層14は、Y方向に沿ってn−形ドリフト層2の表面(上面)を延伸し、X方向においてn+形ドレイン層1と隣接する。n形半導体層14は、X方向に沿ってn−形ドリフト層2の表面を延伸する。n形半導体層のX方向における幅は、n+形半導体層のX方向における幅よりも大きい。n形半導体層14のn形不純物濃度は、n+形半導体層8のn形不純物濃度より低く、n−形ドリフト層2のn形不純物濃度より高い。n形半導体層14のn形不純物濃度は、例えば、1×1017〜1×1018/cm3である。
As shown in FIG. 4, the power semiconductor device according to the present embodiment includes an n-
n形半導体層14は、例えば、n−形ドリフト層2の表面にn形不純物をイオン注入しその後熱処理を実施することにより形成される。n+形半導体層8は、n形半導体層14の表面に、さらにn形不純物をイオン注入しその後熱処理を実施することによって形成される。
The n-
第1の実施形態に係る電力用半導体装置の、n−形ドリフト層2の表面におけるX方向に沿ったn形不純物濃度のプロファイルでは、n形不純物濃度は、n+形半導体層8の不純物濃度からn−形ドリフト層2のn形不純物濃度に変化する。これに対して、本実施形態に係る電力用半導体装置では、n形不純物濃度は、n+形半導体層8の不純物濃度から、一度n形半導体層14のn形不純物濃度となり、その後、n−形ドリフト層4のn形不純物濃度に変化する。すなわち、本実施形態に係る電力用半導体装置では、n−形ドリフト層2の表面では、n形不純物の濃度は、n+形半導体層8のn形不純物濃度からn−形ドリフト層2のn形不純物濃度に二段階に減少する。
In the power semiconductor device according to the first embodiment, in the profile of the n-type impurity concentration along the X direction on the surface of the n − -
本実施形態に係る電力用半導体装置は、上記の点で、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と相異する。第1の実施形態に係る電力用半導体装置では、クランプダイオードにアバランシェ降伏が発生して大電流が流れると、素子の保持電圧が一端低下し元の電圧に戻る現象(スナップバック)が発生する。これは、クランプダイオードのn+形半導体層8のn形不純物濃度とn−形ドリフト層4のn形不純物濃度との差が大きいときに顕著となる。
The power semiconductor device according to the present embodiment is different from the power semiconductor device according to the first embodiment in the above points. In the power semiconductor device according to the first embodiment, when an avalanche breakdown occurs in the clamp diode and a large current flows, a phenomenon (snapback) occurs in which the holding voltage of the element decreases and returns to the original voltage. This becomes remarkable when the difference between the n-type impurity concentration of the n + -type semiconductor layer 8 of the clamp diode and the n-type impurity concentration of the n − -
本実施形態に係る電力用半導体装置では、n+形半導体層8とn−形ドリフト層2との間に、両者のn形不純物濃度の間のn形不純物濃度を有するn形半導体層14を備える。これによって、本実施形態に係る電力用半導体装置では、n+形半導体層8のn形不純物濃度からn−形ドリフト層2のn形不純物濃度に二段階に減少するので、スナップバックが抑制される。
In the power semiconductor device according to the present embodiment, an n-
本実施形態に係る電力用半導体装置においても、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と同様に、n+形半導体層8がn−形ドリフト層2の表面に存在することにより、p形ベース層3の底部よりもp形ベース層3の表面における耐圧を低くすることができる。このため、アバランシェ耐量が向上する。また、その耐圧のバラツキが低減される。
Also in the power semiconductor device according to the present embodiment, the n + -type semiconductor layer 8 is present on the surface of the n − -
(第4の実施形態)
第4の実施形態に係る電力用半導体装置を図5を用いて説明する。図5は第4の実施形態に係る電力用半導体装置の要部模式斜視図である。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。
(Fourth embodiment)
A power semiconductor device according to a fourth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a schematic perspective view of a main part of a power semiconductor device according to the fourth embodiment. Note that the same reference numerals or symbols are used for portions having the same configurations as those described in the first embodiment, and description thereof is omitted. Differences from the first embodiment will be mainly described.
本実施形態に係る電力用半導体装置は、X方向においてゲート電極7とn+形ドレイン層1との間でn−形ドリフト層2中をZ方向に沿って延伸するフィールドトレンチ15内に、フィールド絶縁膜16を介して設けられたフィールド電極17をさらに備える。フィールド絶縁膜16は、例えば、酸化シリコンであり、ゲート絶縁膜6よりも厚い。酸化シリコンに替えて、窒化シリコンまたは酸窒化シリコンとすることも可能である。フィールド電極17は、導電性材料であればよく、例えば、導電性のポリシリコンである。フィールドトレンチ15の底は、本実施形態では、n+形ドレイン層1中に達するが、ゲートトレンチ5の底よりも、n+形ドレイン層1の第2の面側に達していればよい。
Power semiconductor device according to this embodiment, n between the
以上より、フィールドプレート電極17は、X方向においてゲート電極7とn+形ドレイン層1との間に設けられる。また、フィールドプレート電極17は、ゲート電極7よりもn−形ドリフト層中に深く形成される。複数のフィールドプレート電極17は、ゲート電極7とX方向において隣合いながら、Y方向に沿ってn−形ドリフト層2中に配列される。
As described above, the
第1の実施形態に係る電力用半導体装置同様に、第1の層間絶縁膜10が、n+形ドレイン層1上、n−形ドリフト層2上、p形ベース層3上、n+形ソース層4上、n+形半導体層8上、及びp+形コンタクト層9上に設けられる。フィールドプレート配線層18が、所定のパターンを有し、第1の層間絶縁膜10上に設けられ、第1の層間絶縁膜10の開口部を介してフィールドプレート電極17と電気的に接続される。フィールドプレート配線層18は、図示しない領域でソース電極と電気的に接続される。これによりフィールドプレート電極はソース電位に保持される。
Similar to the power semiconductor device according to the first embodiment, the first
第2の層間絶縁膜12が、フィールドプレート配線層18を覆うように第1の層間絶縁膜12上に設けられる。ゲート配線層11が、所定のパターンを有し、第2の層間絶縁膜12上に設けられ、第2の層間絶縁膜12の開口部を介してゲート電極7と電気的に接続される。
The second
第3の層間絶縁膜19が、ゲート配線層11を覆うように第2の層間絶縁膜上に設けられる。第3の層間絶縁膜19、第2の層間絶縁膜12、及び第1の層間絶縁膜10を貫通するソースコンタクト開口部13が設けられる。図示しないソース電極が、第3の層間絶縁膜19上に設けられ、ソースコンタクト開口部13を介して、n+形ソース層4及びp+形コンタクト層9と電気的に接続される。ソース電極は、p+形コンタクト層9を介してp形ベース層3と電気的に接続される。図示しないドレイン電極は、n+形ドレイン層1の第2の面に電気的に接続される。
A third
本実施形態に係る電力用半導体装置では、ゲート電極7とn+形ドレイン層1との間に、フィールドプレート電極17を備える。Y方向に沿って隣合うフィールドプレート電極17の間隔を小さくすることにより、オフ状態の時に、Y方向において隣合うフィールドプレート電極17のそれぞれからn−形ドリフト層1中へ伸びた空乏層が結合するため、n−形ドリフト層1は容易に完全に空乏化しやすくなる。この結果、電力用半導体装置の耐圧低下を起こすことなく、n−形ドリフト層1のn形不純物濃度を高くすることができる。この結果、電力用半導体装置のオン抵抗が低減される。
In the power semiconductor device according to the present embodiment, the
また、ゲート電極7は、ソース電位のフィールドプレート電極17により、n+形ドレイン層1からシールドされる。このため、ゲート−ドレイン間容量CGDが大きく低減される。
Further, the
本実施形態に係る電力用半導体装置においても、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と同様に、n+形半導体層8がn−形ドリフト層2の表面に存在することにより、p形ベース層3の底部よりもp形ベース層3の表面における耐圧を低くすることができる。このため、アバランシェ耐量が向上する。また、その耐圧のバラツキが低減される。
Also in the power semiconductor device according to the present embodiment, the n + -type semiconductor layer 8 is present on the surface of the n − -
(第5の実施形態)
第5の実施形態に係る電力用半導体装置を図6を用いて説明する。図6は第5の実施形態に係る電力用半導体装置の要部模式斜視図である。なお、第4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4の実施形態との相異点について主に説明する。
(Fifth embodiment)
A power semiconductor device according to a fifth embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a schematic perspective view of a main part of a power semiconductor device according to the fifth embodiment. Note that the same reference numerals or symbols are used for portions having the same configurations as those described in the fourth embodiment, and description thereof is omitted. Differences from the fourth embodiment will be mainly described.
本実施形態に係る電力用半導体装置では、Z方向においてn−形ドリフト層2とn+形ドレイン層1との間に、さらにn−形電界緩和層20を備える。n−形電界緩和層20はシリコンからなる半導体層である。n−形電界緩和層20のn形不純物濃度は、n−形ドリフト層2のn形不純物濃度よりも低い。p形ベース層3は、n−形ドリフト層2をZ方向において貫通しn−形電界緩和層20に達する。フィールドプレートトレンチ15は、n−形ドリフト層2及びn−形電界緩和層20を貫通しn+形ドレイン層1に達する。
In the power semiconductor device according to the present embodiment, an n − type electric
上記の点において、本実施形態に係る電力用半導体装置は、第4の実施形態に係る電力用半導体装置と相異する。 In the above point, the power semiconductor device according to the present embodiment is different from the power semiconductor device according to the fourth embodiment.
本実施形態に係る電力用半導体装置では、n−形電界緩和層20のn形不純物濃度は、n−形ドリフト層2のn形不純物濃度よりも低い。このため、空乏層は、p形ベース層3からn−形電界緩和層20へさらに容易に伸びやすくなるので、n−形電界緩和層20は、n−形ドリフト層2よりも完全に空乏化しやすくなる。従って、p形ベース層3の底部におけるp形ベース層3とn−形電界緩和層20とのp−n接合の耐圧は、p形ベース層3の側部おけるp形ベース層3とn−形ドリフト層2とのp−n接合の耐圧よりも高くなる。この結果、本実施形態に係る電力用半導体装置では、p形ベース層3の底部におけるアバランシェ降伏の発生がさらに抑制されるため、第4の実施形態に係る電力用半導体装置よりもさらにアバランシェ耐量が高い。
In the power semiconductor device according to the present embodiment, n - n-type impurity concentration of the form
本実施形態に係る電力用半導体装置においても、第1の実施形態に係る電力用半導体装置と同様に、n+形半導体層8がn−形ドリフト層2の表面に存在することにより、p形ベース層3の底部よりもp形ベース層3の表面における耐圧を低くすることができる。このため、アバランシェ耐量が向上する。また、その耐圧のバラツキが低減される。
Also in the power semiconductor device according to the present embodiment, the n + -type semiconductor layer 8 is present on the surface of the n − -
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
3 p形ベース層
4 n+形ソース層
5 ゲートトレンチ
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
8 n+形半導体層
9 p+形コンタクト層
10 第1の層間絶縁膜
11 ゲート配線層
12 第2の層間絶縁膜
13 ソースコンタクト開口部
14 n形半導体層
15 フィールドプレートトレンチ
16 フィールドプレート絶縁膜
17 フィールドプレート電極
18 フィールドプレート配線層
19 第3の層間絶縁膜
20 n−形電界緩和層
1 n + type drain layer 2 n − type drift layer 3 p type base layer 4 n + type source layer 5
Claims (12)
前記第1の半導体層の前記第1の面から前記第1の面に垂直な第1の方向に沿って前記第1の半導体層中を延伸し、且つ前記第1の面に平行な第2の方向に沿って前記第1の半導体層中を延伸し、前記第1の半導体層より第1導電形不純物濃度が低い第1導電形の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面から前記第1の方向に沿って前記第2の半導体層中を延伸し、且つ前記第2の方向に沿って前記第2の半導体層中を延伸する第2導電形の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の表面から前記第1の方向に沿って前記第3の半導体層中を延伸し、且つ前記第2の方向に沿って前記第3の半導体層中を延伸し、前記第2の半導体層よりも第1導電形不純物濃度が高い第1導電形の第4の半導体層と、
前記第2の半導体層の前記表面に前記第2の方向に沿って延伸し、且つ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とに接するように設けられ、前記第2の半導体層より第1導電形不純物濃度が高い第1導電形の第5の半導体層と、
前記第3の方向に沿って、前記第4の半導体層中から前記第3の半導体層中を通り抜け前記第2の半導体層中に延伸し、且つ前記第1の方向に沿って前記第4の半導体層中、前記第3の半導体層中、及び前記第2の半導体層中を延伸するゲートトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記第1の半導体層の前記第2の面に電気的に接続された第2の電極と、
前記第3の半導体層の前記表面に前記第2の方向に沿って延伸し、前記第3の半導体層よりも第2導電形不純物濃度が高い第2導電形の第6の半導体層と、
前記第2の半導体層と前記第5の半導体層との間に設けられ、前記第2の方向に沿って延伸する第1導電形の第7の半導体層と、
前記第1の方向において、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に設けられ、前記第2の半導体層よりも第1導電形不純物濃度が低い第1導電形の第8の半導体層と、
前記第2の半導体層中を前記第1の方向に沿って延伸し、前記第3の方向において、前記ゲート電極と前記第1の半導体層との間に設けられたフィールドプレートトレンチ内に、フィールドプレート絶縁膜を介して設けられたフィールドプレート電極と、
を備え、
前記第6の半導体層は、前記第2の方向において前記ゲート絶縁膜と前記第3の半導体層を介して離間し、
前記第6の半導体層は、前記第3の方向において、前記第3の半導体層を介して前記第2の半導体層と離間し、
前記第7の半導体層は、前記第2の半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が高く、前記第5の半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が低く、
前記フィールドプレート電極は、前記第1の電極と電気的に接続され、
前記フィールドプレート電極は、前記ゲート電極よりも前記第1の半導体層の前記第2の面側まで延伸し、
前記フィールドプレート電極は、前記第1の半導体層中に至る、電力用半導体装置。 A first semiconductor layer of a first conductivity type having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A second semiconductor layer extending from the first surface of the first semiconductor layer in the first semiconductor layer along a first direction perpendicular to the first surface and parallel to the first surface; A first conductivity type second semiconductor layer having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer, extending in the first semiconductor layer along the direction of
Second conductivity extending from the surface of the second semiconductor layer in the second semiconductor layer along the first direction and extending in the second semiconductor layer along the second direction. A third semiconductor layer of the shape;
Extending from the surface of the third semiconductor layer in the third semiconductor layer along the first direction and extending in the third semiconductor layer along the second direction; A first conductivity type fourth semiconductor layer having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer;
The second semiconductor layer is provided on the surface of the second semiconductor layer so as to extend along the second direction and in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A fifth semiconductor layer of a first conductivity type having a higher first conductivity type impurity concentration;
Along the third direction, the fourth semiconductor layer extends through the third semiconductor layer and into the second semiconductor layer, and the fourth direction extends along the first direction. A gate electrode provided through a gate insulating film in a gate trench extending in the semiconductor layer, in the third semiconductor layer, and in the second semiconductor layer;
A first electrode electrically connected to the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second surface of the first semiconductor layer;
A sixth semiconductor layer of a second conductivity type extending along the second direction on the surface of the third semiconductor layer and having a second conductivity type impurity concentration higher than that of the third semiconductor layer;
A seventh semiconductor layer of a first conductivity type provided between the second semiconductor layer and the fifth semiconductor layer and extending along the second direction;
In the first direction, an eighth of the first conductivity type provided between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the second semiconductor layer. A semiconductor layer of
The second semiconductor layer extends in the first direction, and in the third direction, a field plate trench provided between the gate electrode and the first semiconductor layer has a field. A field plate electrode provided via a plate insulating film;
With
The sixth semiconductor layer is spaced apart from the gate insulating film via the third semiconductor layer in the second direction;
The sixth semiconductor layer is spaced apart from the second semiconductor layer via the third semiconductor layer in the third direction;
The seventh semiconductor layer has a higher impurity concentration of the first conductivity type than the second semiconductor layer, and a lower impurity concentration of the first conductivity type than the fifth semiconductor layer,
The field plate electrode is electrically connected to the first electrode;
The field plate electrode extends to the second surface side of the first semiconductor layer from the gate electrode,
The power semiconductor device, wherein the field plate electrode extends into the first semiconductor layer.
前記第1の半導体層の前記第1の面から前記第1の面に垂直な第1の方向に沿って前記第1の半導体層中を延伸し、且つ前記第1の面に平行な第2の方向に沿って前記第1の半導体層中を延伸し、前記第1の半導体層より第1導電形不純物濃度が低い第1導電形の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面から前記第1の方向に沿って前記第2の半導体層中を延伸し、且つ前記第2の方向に沿って前記第2の半導体層中を延伸する第2導電形の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の表面から前記第1の方向に沿って前記第3の半導体層中を延伸し、且つ前記第2の方向に沿って前記第3の半導体層中を延伸し、前記第2の半導体層よりも第1導電形不純物濃度が高い第1導電形の第4の半導体層と、
前記第2の半導体層の前記表面に前記第2の方向に沿って延伸し、且つ、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とに接するように設けられ、前記第2の半導体層より第1導電形不純物濃度が高い第1導電形の第5の半導体層と、
前記第3の方向に沿って、前記第4の半導体層中から前記第3の半導体層中を通り抜け前記第2の半導体層中に延伸し、且つ前記第1の方向に沿って前記第4の半導体層中、前記第3の半導体層中、及び前記第2の半導体層中を延伸するゲートトレンチ内に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第3の半導体層と前記第4の半導体層に電気的に接続された第1の電極と、
前記第1の半導体層の前記第2の面に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 having a first surface and a second surface opposite to the first surface;
A second semiconductor layer extending from the first surface of the first semiconductor layer in the first semiconductor layer along a first direction perpendicular to the first surface and parallel to the first surface; A first conductivity type second semiconductor layer having a first conductivity type impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer, extending in the first semiconductor layer along the direction of
Second conductivity extending from the surface of the second semiconductor layer in the second semiconductor layer along the first direction and extending in the second semiconductor layer along the second direction. A third semiconductor layer of the shape;
Extending from the surface of the third semiconductor layer in the third semiconductor layer along the first direction and extending in the third semiconductor layer along the second direction; A first conductivity type fourth semiconductor layer having a first conductivity type impurity concentration higher than that of the second semiconductor layer;
The second semiconductor layer is provided on the surface of the second semiconductor layer so as to extend along the second direction and in contact with the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. A fifth semiconductor layer of a first conductivity type having a higher first conductivity type impurity concentration;
Along the third direction, the fourth semiconductor layer extends through the third semiconductor layer and into the second semiconductor layer, and the fourth direction extends along the first direction. A gate electrode provided through a gate insulating film in a gate trench extending in the semiconductor layer, in the third semiconductor layer, and in the second semiconductor layer;
A first electrode electrically connected to the third semiconductor layer and the fourth semiconductor layer;
A second electrode electrically connected to the second surface of the first semiconductor layer;
A power semiconductor device comprising:
前記第7の半導体層は、前記第2の半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が高く、前記第5の半導体層よりも第1導電形の不純物濃度が低い請求項2〜6のいずれか1つに記載の電力用半導体装置。 A seventh semiconductor layer of a first conductivity type provided between the second semiconductor layer and the fifth semiconductor layer and extending along the second direction;
7. The semiconductor device according to claim 2, wherein the seventh semiconductor layer has a higher impurity concentration of the first conductivity type than that of the second semiconductor layer and a lower impurity concentration of the first conductivity type than that of the fifth semiconductor layer. The power semiconductor device according to claim 1.
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