JP2016207876A

JP2016207876A - Semiconductor device

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Publication number: JP2016207876A
Application number: JP2015089006A
Authority: JP
Inventors: 大西　泰彦; Yasuhiko Onishi; 泰彦大西
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2015-04-24
Filing date: 2015-04-24
Publication date: 2016-12-08
Anticipated expiration: 2035-04-24
Also published as: JP6578724B2

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of reducing on-resistance.SOLUTION: A semiconductor device includes, in a surface layer of a parallel pn layer 5, a source part and a drain part of a planar gate structure, which are provided at a distance from each other. A p-type base region 6 and an ntype source region 7 of the source part, and an ntype drain region 10 of the drain part are arranged in a linear planar layout which extends the same first direction x. The parallel pn layer 5 is composed of n-type drift regions 3 and p-type partition regions 4, which are alternately and repeatedly arranged one by one in the first direction x. In the source part, a trench gate structure composed of a trench 20, a second gate insulation film 21 and a second gate electrode 22 is provided. The trench 20 pierces the p-type base region 6 and the ntype source region 7 to reach the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5. A width d2 of the trench 20 in the first direction x is narrower than a repetition pitch Dof the n-type drift region 3 and the p-type partition region 4.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.

従来、両主面に設けた電極間にドリフト電流が流れる縦型半導体装置において、両電極間に挟まれた高抵抗層の厚さを厚くすることで高耐圧化を図ることが公知である。一方、両電極間に挟まれた高抵抗層の厚さを厚くした場合、必然的に両電極間のオン抵抗が大きくなり、損失が増すことになることは避けられない。すなわち、オン抵抗と耐圧とは、トレードオフの関係にある。このオン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係は、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属-酸化膜-半導体電界効果トランジスタ）ＩＧＢＴ（ＩｎｓｕｌａｔｅｄＧａｔｅＢｉｐｏｌａｒＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）、バイポーラトランジスタ、ダイオード等の半導体装置において同様に成立することが知られている。 Conventionally, in a vertical semiconductor device in which a drift current flows between electrodes provided on both main surfaces, it is known to increase the breakdown voltage by increasing the thickness of a high resistance layer sandwiched between both electrodes. On the other hand, when the thickness of the high resistance layer sandwiched between the two electrodes is increased, it is inevitable that the on-resistance between the two electrodes is inevitably increased and the loss is increased. That is, there is a trade-off relationship between on-resistance and breakdown voltage. The trade-off relationship between this on-resistance and breakdown voltage is as follows: MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor): IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), Bipolar Transistor, Diode, etc. It is known that the same holds true for the semiconductor device of FIG.

オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係を改善させる装置として、ドリフト層を、不純物濃度を高めたｎ型領域とｐ型領域とを基板主面に直交する方向（縦方向）または平行な方向（横方向）に交互に繰り返し配置した並列ｐｎ層とした装置が提案されている（例えば、下記特許文献１〜４および下記非特許文献１参照。）。ドリフト層を並列ｐｎ層とした半導体装置では、オフ状態のときに並列ｐｎ層を空乏化させて耐圧を負担させている。以降、オン状態ではドリフト電流を流し、オフ状態では空乏化する並列ｐｎ層としたドリフト層を備えた半導体装置を超接合（ＳＪ：Ｓｕｐｅｒｊｕｎｃｔｉｏｎ）半導体装置と称する。また、オン抵抗（電流容量）と耐圧とのトレードオフ関係は、一方の主面上に設けた２つの電極間にドリフト電流が流れる横型半導体装置にも共通する問題である。横型半導体装置においてもドリフト層を並列ｐｎ層とした超接合半導体装置とすることで、オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係が改善される。 As a device for improving the trade-off relationship between on-resistance and breakdown voltage, a drift layer is formed by using an n-type region and a p-type region with an increased impurity concentration in a direction (vertical direction) or a parallel direction (horizontal direction) Devices having parallel pn layers alternately arranged in the direction are proposed (see, for example, Patent Documents 1 to 4 and Non-Patent Document 1 below). In a semiconductor device in which the drift layer is a parallel pn layer, the parallel pn layer is depleted when it is in an off state, thereby bearing a withstand voltage. Hereinafter, a semiconductor device including a drift layer that is a parallel pn layer that flows a drift current in the on state and is depleted in the off state is referred to as a super junction (SJ) semiconductor device. Further, the trade-off relationship between on-resistance (current capacity) and breakdown voltage is a problem common to horizontal semiconductor devices in which a drift current flows between two electrodes provided on one main surface. Also in the horizontal semiconductor device, the trade-off relationship between on-resistance and breakdown voltage is improved by using a super junction semiconductor device in which the drift layer is a parallel pn layer.

次に、一般的な横型超接合半導体装置の構造について、横型超接合ＭＯＳＦＥＴを例に説明する。図９は、一般的な横型超接合ＭＯＳＦＥＴの構造を示す鳥瞰図である。図１０は、図９の切断線ＡＡ−ＡＡ’における断面構造を示す断面図である。図９では、並列ｐｎ層１０５の平面レイアウトを明確にするために、ドリフト層の上面にゲート絶縁膜１１１を設け、さらにその上面にゲート電極１１２が設けられたＭＯＳゲート構造側の主面（チップおもて面）上に配置される、ゲート絶縁膜１１１およびゲート電極１１２以外の構成を図示省略する。図９に示す一般的な横型超接合ＭＯＳＦＥＴは、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ：ＢｕｒｉｅｄＯｘｉｄｅ）層１０２上に設けられた並列ｐｎ層１０５の、ＢＯＸ層１０２側に対して反対側にｐ型ベース領域１０６およびｎ⁺型ソース領域１０７を二重拡散で形成した横型二重拡散ＭＯＳＦＥＴである。並列ｐｎ層１０５は、ＢＯＸ層１０２を挟んでｐ^-型半導体基板１０１上に配置されている。 Next, the structure of a general lateral superjunction semiconductor device will be described by taking a lateral superjunction MOSFET as an example. FIG. 9 is a bird's-eye view showing the structure of a general lateral superjunction MOSFET. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along section line AA-AA ′ of FIG. In FIG. 9, in order to clarify the planar layout of the parallel pn layer 105, the main surface (chip chip) on the side of the MOS gate structure in which the gate insulating film 111 is provided on the upper surface of the drift layer and the gate electrode 112 is further provided on the upper surface. A configuration other than the gate insulating film 111 and the gate electrode 112 disposed on the front surface is not shown. The general lateral superjunction MOSFET shown in FIG. 9 has a p-type base region 106 on the opposite side of the parallel pn layer 105 provided on the buried oxide (BOX) layer 102 to the BOX layer 102 side. And a lateral double diffusion MOSFET in which the n ⁺ type source region 107 is formed by double diffusion. The parallel pn layer 105 is disposed on the p ⁻ type semiconductor substrate 101 with the BOX layer 102 interposed therebetween.

ドレイン部は、低抵抗のｎ⁺型ドレイン領域１１０と、ドレイン電極（不図示）と、からなる。ｎ型バッファー領域１０９は、ドリフト層の、ＢＯＸ層１０２側に対して反対側の表面層に選択的に設けられている。ｎ⁺型ドレイン領域１１０は、ｎ型バッファー領域１０９の内部に設けられている。ドレイン電極は、ｎ⁺型ドレイン領域１１０の表面に設けられている。ソース部は、ｐ型ベース領域１０６と、低抵抗のｎ⁺型ソース領域１０７と、ソース電極（不図示）と、からなる。ｐ型ベース領域１０６は、ドリフト層の、ＢＯＸ層１０２側に対して反対側の表面層に、ｎ⁺型ドレイン領域１１０と離して選択的に設けられている。ｐ型ベース領域１０６の内部には、ｎ⁺型ソース領域１０７およびｐ⁺型コンタクト領域１０８がそれぞれ選択的に設けられている。 The drain portion includes a low resistance n ⁺ -type drain region 110 and a drain electrode (not shown). The n-type buffer region 109 is selectively provided on the surface layer of the drift layer opposite to the BOX layer 102 side. The n ⁺ type drain region 110 is provided inside the n type buffer region 109. The drain electrode is provided on the surface of the n ⁺ type drain region 110. The source portion includes a p-type base region 106, a low resistance n ⁺ -type source region 107, and a source electrode (not shown). The p-type base region 106 is selectively provided on the surface layer of the drift layer opposite to the BOX layer 102 side, apart from the n ⁺ -type drain region 110. An n ⁺ type source region 107 and a p ⁺ type contact region 108 are selectively provided inside the p type base region 106.

ソース電極は、ｎ⁺型ソース領域１０７およびｐ⁺型コンタクト領域１０８の表面に設けられている。ｎ⁺型ドレイン領域１１０、ｐ型ベース領域１０６およびｎ⁺型ソース領域１０７は、同じ横方向（以下、第１方向とする）ｘに延びる直線状の平面レイアウトで配置されている。ｐ型ベース領域１０６の、ドリフト層とｎ⁺型ソース領域１０７とに挟まれた部分の表面上には、ゲート絶縁膜１１１を介してゲート電極１１２が設けられている。ドリフト層の、ドレイン部とソース部とに挟まれた部分は、並列ｐｎ層１０５となっている。並列ｐｎ層１０５は、ｎ型領域（以下、ｎ型ドリフト領域とする）１０３とｐ型領域（以下、ｐ型仕切領域とする）１０４とを、第１方向ｘと直交する横方向（以下、第２方向とする）ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに、かつ第１方向ｘに交互に繰り返し配置した超接合構造となっている。 The source electrode is provided on the surfaces of the n ⁺ type source region 107 and the p ⁺ type contact region 108. The n ⁺ -type drain region 110, the p-type base region 106, and the n ⁺ -type source region 107 are arranged in a linear planar layout extending in the same lateral direction (hereinafter referred to as a first direction) x. A gate electrode 112 is provided on the surface of the portion of the p-type base region 106 sandwiched between the drift layer and the n ⁺ -type source region 107 with a gate insulating film 111 interposed therebetween. A portion of the drift layer sandwiched between the drain portion and the source portion is a parallel pn layer 105. The parallel pn layer 105 includes an n-type region (hereinafter referred to as an n-type drift region) 103 and a p-type region (hereinafter referred to as a p-type partition region) 104 in a lateral direction (hereinafter, referred to as a p-type partition region). It has a superjunction structure in which stripe-like planar layouts extending in y (second direction) are alternately arranged in the first direction x.

ドリフト層の、ｎ型バッファー領域１０９とＢＯＸ層１０２とに挟まれた部分には、ｎ型ドリフト領域１０３ａが配置されている。ドリフト層の、ｐ⁺型コンタクト領域１０８とＢＯＸ層１０２とに挟まれた部分には、ｐ⁺型コンタクト領域１０８との間にｐ型ベース領域１０６を挟むようにｐ型仕切領域１０４ａが配置されている。並列ｐｎ層１０５のうちドリフト電流が流れるのは、ｎ型ドリフト領域１０３の、ｎ型バッファー領域１０９とｐ型ベース領域１０６とに挟まれた領域である。なお、プレーナゲート構造による電子蓄積層１０３ｂとは、オン状態のときに、ｎ型ドリフト領域１０３の、深さ方向ｚにゲート絶縁膜１１１を介してゲート電極１１２に対向する部分に蓄積される電子による蓄積層である。ｎ型ドリフト領域１０３の、ｎ型バッファー領域１０９と電子蓄積層１０３ｂとに挟まれた領域（以下、活性部ドリフト領域とする）１０３ｃの第２方向ｙの幅（長さ）Ｗ_SJは、耐圧８０ＶクラスのＭＯＳＦＥＴで３．５μｍ程度である。 An n-type drift region 103 a is disposed in a portion of the drift layer sandwiched between the n-type buffer region 109 and the BOX layer 102. A p-type partition region 104 a is disposed in a portion of the drift layer between the p ⁺ -type contact region 108 and the BOX layer 102 so as to sandwich the p-type base region 106 between the p ⁺ -type contact region 108. ing. In the parallel pn layer 105, the drift current flows in a region sandwiched between the n-type buffer region 109 and the p-type base region 106 in the n-type drift region 103. Note that the electron storage layer 103b having a planar gate structure is an electron stored in a portion of the n-type drift region 103 facing the gate electrode 112 through the gate insulating film 111 in the depth direction z in the on state. Is a storage layer. The width (length) W _SJ in the second direction y of a region (hereinafter referred to as an active portion drift region) 103c sandwiched between the n-type buffer region 109 and the electron storage layer 103b of the n-type drift region 103 is a breakdown voltage. It is about 3.5 μm with 80V class MOSFET.

このような横型超接合ＭＯＳＦＥＴでは、ドレイン電極とソ−ス電極との間に電圧が印加され、ゲート電極１１２にしきい値電圧以上の電圧が印加されているときには、ｐ型ベース領域１０６の、ゲート電極１１２直下の部分（ゲート絶縁膜１１１を挟んで深さ方向ｚにゲート電極１１２に対向する部分）にｎ型の反転層（チャネル）が形成される。このｐ型ベース領域１０６の反転層を介してｎ⁺型ソース領域１０７から、第２方向ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに配置された複数のｎ型ドリフト領域１０３に電子が流れ込む。そして、ドレイン電極−ソース電極間の電界により、ｎ⁺型ドレイン領域１１０、ｎ型バッファー層１０９、ｎ型ドリフト領域１０３、ｐ型ベース領域１０６の反転層およびｎ⁺型ソース領域１０７の経路でドリフト電流が流れる（オン状態）。 In such a lateral superjunction MOSFET, when a voltage is applied between the drain electrode and the source electrode and a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 112, the gate of the p-type base region 106 is An n-type inversion layer (channel) is formed immediately below the electrode 112 (portion facing the gate electrode 112 in the depth direction z across the gate insulating film 111). Electrons flow from the n ⁺ type source region 107 through the inversion layer of the p type base region 106 into the plurality of n type drift regions 103 arranged in a striped planar layout extending in the second direction y. Then, due to the electric field between the drain electrode and the source electrode, drift is caused in the path of the n ⁺ type drain region 110, the n type buffer layer 109, the n type drift region 103, the inversion layer of the p type base region 106, and the n ⁺ type source region 107. Current flows (ON state).

一方、ゲート電極１１２にしきい値電圧以下の電圧が印加されることで、ｐ型ベース領域１０６の反転層が消滅する。そして、ドレイン電極−ソース電極間の電圧により、ｎ型ドリフト領域１０３とｐ型ベース領域１０６との間のｐｎ接合、および、ｎ型ドリフト領域１０３とｐ型仕切領域１０４との間のｐｎ接合がそれぞれ逆バイアスされた状態となり、各ｐｎ接合から空乏層が広がる。この空乏層によってｎ型ドリフト領域１０３およびｎ型バッファー層１０９が空乏化されるため、電流は流れない（オフ状態）。ｎ型ドリフト領域１０３とｐ型仕切領域１０４との間のｐｎ接合から広がる空乏層はｎ型ドリフト領域１０３の第１方向ｘに広がるとともに、ｐ型仕切領域１０４にも広がりｐ型仕切領域１０４を空乏化する。これにより、高耐圧化が可能となり、ｎ型ドリフト領域１０３の不純物濃度を高めることができるため、低オン抵抗化が可能となる。 On the other hand, when the voltage lower than the threshold voltage is applied to the gate electrode 112, the inversion layer of the p-type base region 106 disappears. The pn junction between the n-type drift region 103 and the p-type base region 106 and the pn junction between the n-type drift region 103 and the p-type partition region 104 are caused by the voltage between the drain electrode and the source electrode. Each is reverse-biased, and a depletion layer spreads from each pn junction. Since the n-type drift region 103 and the n-type buffer layer 109 are depleted by this depletion layer, no current flows (OFF state). A depletion layer extending from the pn junction between the n-type drift region 103 and the p-type partition region 104 extends in the first direction x of the n-type drift region 103 and also extends to the p-type partition region 104. Depleted. As a result, the breakdown voltage can be increased and the impurity concentration of the n-type drift region 103 can be increased, so that the on-resistance can be reduced.

理想的なドリフト層（並列ｐｎ層１０５）の単位面積あたりのオン抵抗と耐圧との関係は下記（１）式で与えられる。下記（１）式は、例えば下記特許文献４に開示される原理から示唆される。下記（１）式において、Ｒ_D・Ａはドリフト層（活性部ドリフト領域１０３ｃ）の単位面積換算のオン抵抗である。Ｖ_Bは耐圧である。Ｔ_SJは並列ｐｎ層１０５の厚さである。ｄはｎ型ドリフト領域１０３およびｐ型仕切領域１０４の第１方向ｘの幅である。下記（１）式から、ｎ型ドリフト領域１０３およびｐ型仕切領域１０４の第１方向ｘの幅ｄを狭くし、並列ｐｎ層１０５の厚さＴ_SJを厚くすることで、オン抵抗を劇的に低減できることがわかる。 The relationship between the on-resistance per unit area and the breakdown voltage of the ideal drift layer (parallel pn layer 105) is given by the following equation (1). The following formula (1) is suggested from the principle disclosed in Patent Document 4 below, for example. In the following equation (1), R _D · A is the on-resistance in terms of unit area of the drift layer (active portion drift region 103c). V _B is a withstand voltage. T _SJ is the thickness of the parallel pn layer 105. d is the width of the n-type drift region 103 and the p-type partition region 104 in the first direction x. From the following equation (1), by reducing the width d in the first direction x of the n-type drift region 103 and the p-type partition region 104 and increasing the thickness T _SJ of the parallel pn layer 105, the on-resistance is dramatically reduced. It can be seen that it can be reduced.

また、別の横型ＭＯＳＦＥＴとして、ソース領域，ベース領域およびドリフト領域を貫通してシリコン基板に達するトレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を設けたトレンチゲート構造を有する横型ＭＯＳＦＥＴが提案されている（例えば、下記特許文献５（第００２０段落、図１）参照。）。下記特許文献５では、シリコン基板の内部に達するようにトレンチを形成することで、トレンチの底面コーナー部（トレンチの底面と側面との境界）に電界集中が発生することを防止している。 As another lateral MOSFET, a lateral MOSFET having a trench gate structure in which a gate electrode is provided via a gate insulating film inside a trench that reaches a silicon substrate through a source region, a base region, and a drift region has been proposed. (For example, see Patent Document 5 (paragraph 0020, FIG. 1) below). In Patent Document 5 below, by forming a trench so as to reach the inside of the silicon substrate, electric field concentration is prevented from occurring at the bottom corner portion of the trench (the boundary between the bottom surface and the side surface of the trench).

欧州特許第００５３８５４号明細書European Patent No. 0053854 米国特許第５２１６２７５号明細書US Pat. No. 5,216,275 米国特許第５４３８２１５号明細書US Pat. No. 5,438,215 特開平０９−２６６３１１号公報Japanese Patent Laid-Open No. 09-266311 特開平１１−２７４４９３号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-274493

ワイ・オオニシ（Ｙ．Ｏｎｉｓｈｉ）、外５名、ＳＪ−ＦＩＮＦＥＴ：アニューローボルテージラテラルスーパージャンクションＭＯＳＦＥＴ（ＳＪ−ＦＩＮＦＥＴ：ＡＮｅｗＬｏｗＶｏｌｔａｇｅＬａｔｅｒａｌＳｕｐｅｒｊｕｎｃｔｉｏｎＭＯＳＦＥＴ）、プロシーディングスオブザ２０ｔｈインターナショナルシンポジウムオンパワーセミコンダクターデバイシズアンドＩＣ’ｓ（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓｏｆｔｈｅ２０ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍｏｎＰｏｗｅｒＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＤｅｖｉｃｅｓａｎｄＩＣ’ｓ）、（米国）、アイ・トリプル・イー（ＩＥＥＥ）、２００８年５月、ｐ．１１１−１１４Y Onishi, 5 others, SJ-FINFET: A New Low Voltage Lateral Super Junction MOSFET (SJ-FINFET: A New Low Voltage Superjunction MOSFET), Proceedings of the 20th International Symposium on Power And IC's (Proceedings of the 20th International Symposium on Power Semiconductor Devices and IC's) (USA), I. Triple E (IEEE), May 2008, p. 111-114

しかしながら、ｎ型ドリフト領域１０３およびｐ型仕切領域１０４の第１方向ｘの幅ｄは、プロセスのデザインルール（設計基準）により物理的に制約されてしまうため、狭くすることに限界がある。このため、オン抵抗を低減するためには並列ｐｎ層１０５の厚さＴ_SJを厚くすることが有効となるが、図９，１０に示す従来の横型超接合ＭＯＳＦＥＴでは、例えば上記非特許文献１の中で報告されるように、並列ｐｎ層１０５の厚さＴ_SJを厚くしたとしても、オン抵抗（ドリフト抵抗）はほとんど低減されない。この理由は、ｐ型ベース領域１０６の反転層からｎ⁺型ドレイン領域１１０まで流れる電子電流の経路が、並列ｐｎ層１０５の、チップおもて面側の短い幅Ｗ_SJの活性部ドリフト領域１０３ｃに集中して流れるからである。 However, since the width d in the first direction x of the n-type drift region 103 and the p-type partition region 104 is physically restricted by the process design rule (design standard), there is a limit to reducing it. Therefore, in order to reduce the on-resistance, it is effective to increase the thickness T _SJ of the parallel pn layer 105. However, in the conventional lateral superjunction MOSFET shown in FIGS. As reported in the above, even if the thickness T _SJ of the parallel pn layer 105 is _increased , the on-resistance (drift resistance) is hardly reduced. This is because the path of the electron current flowing from the inversion layer of the p-type base region 106 to the n ⁺ -type drain region 110 is the active portion drift region 103c of the parallel pn layer 105 having a short width W _SJ on the chip front surface side. This is because it flows in a concentrated manner.

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、オン抵抗を低減させ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。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of reducing on-resistance in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、半導体基板の第１主面に互いに離して設けられた第１電極および第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に設けられた並列ｐｎ層と、を備えた横型の半導体装置であって、次の特徴を有する。前記並列ｐｎ層は、第１導電型領域および第２導電型領域を前記第１主面に平行で、かつオン状態のときに前記第２電極から前記第１電極に向って前記半導体基板を流れる電流の経路と直交する第１方向に交互に配置されて前記半導体基板を構成する。前記並列ｐｎ層の前記第１主面側に、第２導電型の第１半導体領域が選択的に設けられている。前記第１半導体領域の内部に、第１導電型の第２半導体領域が選択的に設けられている。前記並列ｐｎ層の前記第１主面側に、前記第１半導体領域と離して、第１導電型の第３半導体領域が選択的に設けられている。前記第１電極は、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域に接する。前記第２電極は、前記第３半導体領域に接し、前記第１電極よりも高電位が印加される。前記第１半導体領域の、前記並列ｐｎ層と前記第２半導体領域とに挟まれた部分の表面上に、第１絶縁膜を介して第３電極が設けられている。トレンチは、前記第１半導体領域および前記第２半導体領域を深さ方向に貫通して前記第１導電型領域に達する。前記トレンチの内部に、第２絶縁膜を介して第４電極が設けられている。前記第４電極は、前記第３電極と電気的に接続されている。 In order to solve the above-described problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention includes a first electrode and a second electrode provided on a first main surface of a semiconductor substrate so as to be separated from each other, and the first electrode. A lateral semiconductor device including a parallel pn layer provided between an electrode and the second electrode, and has the following characteristics. The parallel pn layer flows through the semiconductor substrate from the second electrode toward the first electrode when the first conductivity type region and the second conductivity type region are parallel to the first main surface and in the ON state. The semiconductor substrate is configured by being alternately arranged in a first direction orthogonal to a current path. A second conductive type first semiconductor region is selectively provided on the first main surface side of the parallel pn layer. A second semiconductor region of a first conductivity type is selectively provided inside the first semiconductor region. A third semiconductor region of the first conductivity type is selectively provided on the first main surface side of the parallel pn layer apart from the first semiconductor region. The first electrode is in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region. The second electrode is in contact with the third semiconductor region and is applied with a higher potential than the first electrode. A third electrode is provided on a surface of a portion of the first semiconductor region sandwiched between the parallel pn layer and the second semiconductor region via a first insulating film. The trench penetrates the first semiconductor region and the second semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type region. A fourth electrode is provided inside the trench via a second insulating film. The fourth electrode is electrically connected to the third electrode.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの前記第１方向の幅は、前記第１導電型領域および前記第２導電型領域の繰り返しピッチよりも狭いことを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention as set forth in the invention described above, the width of the trench in the first direction is narrower than the repetition pitch of the first conductivity type region and the second conductivity type region. .

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの前記第１方向の幅は、前記第１導電型領域の前記第１方向の幅よりも狭いことを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the width of the trench in the first direction is narrower than the width of the first conductivity type region in the first direction.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの前記第１方向の幅は、前記第１導電型領域の前記第１方向の幅以上であることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, the width of the trench in the first direction is equal to or greater than the width of the first conductivity type region in the first direction.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記トレンチの深さは、前記第１導電型領域の厚さより浅いことを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the depth of the trench is shallower than the thickness of the first conductivity type region.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記並列ｐｎ層は、オフ状態のときに空乏化することを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the parallel pn layer is depleted when in an off state.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第１導電型領域および前記第２導電型領域は、前記電流の経路に平行な第２方向に延びるストライプ状の平面レイアウトに配置されている。前記第２半導体領域および前記第３半導体領域は、それぞれ前記第１方向に延びる直線状の平面レイアウトに配置されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first conductivity type region and the second conductivity type region are arranged in a striped planar layout extending in a second direction parallel to the current path. ing. The second semiconductor region and the third semiconductor region are each arranged in a linear planar layout extending in the first direction.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体基板は、支持基板上に絶縁層を介して前記並列ｐｎ層を設けたＳＯＩ基板であることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the semiconductor substrate is an SOI substrate in which the parallel pn layer is provided on a support substrate via an insulating layer.

本発明にかかる半導体装置によれば、オン状態のときに、第１導電型領域の、第２絶縁膜を挟んで第２ゲート電極に対向する部分にも電子蓄積層を形成することができ、第１導電型領域の深さ方向に電子電流を広げることができるため、オン抵抗を低減させるという効果を奏する。 According to the semiconductor device of the present invention, an electron storage layer can be formed in a portion of the first conductivity type region facing the second gate electrode across the second insulating film when in the on state. Since the electron current can be expanded in the depth direction of the first conductivity type region, there is an effect of reducing the on-resistance.

実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す鳥瞰図である。1 is a bird's eye view showing a structure of a semiconductor device according to a first embodiment; 図１の切断線Ａ−Ａ’における断面構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cutting line A-A ′ in FIG. 1. 図１の切断線Ｂ−Ｂ’における断面構造を示す断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cutting line B-B ′ in FIG. 1. 実施の形態１にかかる半導体装置のオン抵抗成分分布を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram showing an on-resistance component distribution of the semiconductor device according to the first embodiment; 従来の半導体装置のオン抵抗成分分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows on-resistance component distribution of the conventional semiconductor device. 実施の形態１にかかる半導体装置のオン状態の電子電流密度分布を示す特性図である。FIG. 6 is a characteristic diagram illustrating an on-state electron current density distribution of the semiconductor device according to the first embodiment; 従来の半導体装置のオン状態の電子電流密度分布を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the electronic current density distribution of the ON state of the conventional semiconductor device. 実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す鳥瞰図である。FIG. 6 is a bird's-eye view showing a structure of a semiconductor device according to a second embodiment. 図７の切断線Ｅ−Ｅ’における断面構造を示す断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cutting line E-E ′ in FIG. 7. 一般的な横型超接合ＭＯＳＦＥＴの構造を示す鳥瞰図である。It is a bird's-eye view which shows the structure of a general horizontal superjunction MOSFET. 図９の切断線ＡＡ−ＡＡ’における断面構造を示す断面図である。FIG. 10 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along section line AA-AA ′ of FIG. 9.

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。本明細書および添付図面においては、ｎまたはｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋および−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。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. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region where it is not attached. 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）
実施の形態１にかかる半導体装置の構造について、超接合ＭＯＳＦＥＴを例に説明する。図１は、実施の形態１にかかる半導体装置の構造を示す鳥瞰図である。図２Ａは、図１の切断線Ａ−Ａ’における断面構造を示す断面図である。図２Ｂは、図１の切断線Ｂ−Ｂ’における断面構造を示す断面図である。図１では、並列ｐｎ層５の平面レイアウトを明確にするために、ＭＯＳゲート構造側の主面（チップおもて面）上に配置される、第１ゲート絶縁膜１１および第１ゲート電極１２以外の構成を図示省略する。切断線Ａ−Ａ’は、ストライプ状の平面レイアウトに配置された並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４を長手方向（後述する第２方向ｙ）に平行に切断する切断線である。切断線Ｂ−Ｂ’は、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３を通り、かつトレンチ２０を通らない第２方向ｙに平行な切断線である。並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびトレンチ２０を通り、かつ第２方向ｙに平行な切断線における断面構造は鳥瞰図（図１）の前面に示す。 (Embodiment 1)
The structure of the semiconductor device according to the first embodiment will be described using a super junction MOSFET as an example. FIG. 1 is a bird's-eye view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 2A is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along a cutting line AA ′ in FIG. 2B is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the cutting line BB ′ of FIG. In FIG. 1, in order to clarify the planar layout of the parallel pn layer 5, the first gate insulating film 11 and the first gate electrode 12 disposed on the main surface (chip front surface) on the MOS gate structure side. The configuration other than that is not shown. The cutting line AA ′ is a cutting line that cuts the p-type partition regions 4 of the parallel pn layers 5 arranged in a striped planar layout in parallel to the longitudinal direction (second direction y described later). The cutting line BB ′ is a cutting line that passes through the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 and is parallel to the second direction y that does not pass through the trench 20. A cross-sectional structure taken along a cutting line passing through the n-type drift region 3 and the trench 20 of the parallel pn layer 5 and parallel to the second direction y is shown in the front of the bird's eye view (FIG. 1).

図１に示す実施の形態１にかかる半導体装置は、埋め込み酸化膜（ＢＯＸ）層２上に設けた並列ｐｎ層５の、ＢＯＸ層２側に対して反対側にｐ型ベース領域６およびｎ⁺型ソース領域７を二重拡散で形成した横型二重拡散ＭＯＳＦＥＴである。並列ｐｎ層５は、ＢＯＸ層（絶縁層）２を挟んでｐ^-型半導体基板（支持基板）１上に配置され、ＳＯＩ（ＳｉｌｉｃｏｎｏｎＩｎｓｕｌａｔｏｒ）基板（半導体チップ）を構成している。符号Ｓｕｂは基準電位である。並列ｐｎ層５の、ＢＯＸ層２側に対して反対側には、横型二重拡散ＭＯＳＦＥＴのドレイン部およびソース部が設けられている。ドレイン部は、低抵抗のｎ⁺型ドレイン領域（第３半導体領域）１０と、ドレイン電極（（第２電極）不図示）と、からなる。ｎ型バッファー領域９は、ドリフト層の、ＢＯＸ層２側に対して反対側の表面層に選択的に設けられている。ｎ⁺型ドレイン領域１０は、ｎ型バッファー領域９の内部に選択的に設けられている。ドレイン電極は、ｎ⁺型ドレイン領域１０の表面に設けられている。 The semiconductor device according to the first embodiment shown in FIG. 1 includes a p-type base region 6 and n ⁺ on the opposite side of the parallel pn layer 5 provided on the buried oxide film (BOX) layer 2 with respect to the BOX layer 2 side. This is a lateral double diffusion MOSFET in which the type source region 7 is formed by double diffusion. The parallel pn layer 5 is disposed on a p ⁻ type semiconductor substrate (support substrate) 1 with a BOX layer (insulating layer) 2 interposed therebetween, and constitutes an SOI (Silicon on Insulator) substrate (semiconductor chip). Symbol Sub is a reference potential. On the opposite side of the parallel pn layer 5 to the BOX layer 2 side, a drain portion and a source portion of a lateral double diffusion MOSFET are provided. The drain portion includes a low-resistance n ⁺ -type drain region (third semiconductor region) 10 and a drain electrode ((second electrode) not shown). The n-type buffer region 9 is selectively provided on the surface layer of the drift layer opposite to the BOX layer 2 side. The n ⁺ type drain region 10 is selectively provided inside the n type buffer region 9. The drain electrode is provided on the surface of the n ⁺ -type drain region 10.

ソース部は、ｐ型ベース領域（第１半導体領域）６と、低抵抗のｎ⁺型ソース領域（第２半導体領域）７と、ソース電極（（第１電極）不図示）と、からなる。ｐ型ベース領域６は、ドリフト層の、ＢＯＸ層２側に対して反対側の表面層に、ｎ⁺型ドレイン領域１０と離して選択的に設けられている。ｐ型ベース領域６の内部には、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８がそれぞれ選択的に設けられている。ｐ⁺型コンタクト領域８は、ｎ⁺型ソース領域７の、ｎ⁺型ドレイン領域１０側に対して反対側に、ｎ⁺型ソース領域７に接するように設けられている。ソース電極は、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８の表面に設けられている。ｎ⁺型ドレイン領域１０、ｐ型ベース領域６、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ⁺型コンタクト領域８は、同じ横方向（第１方向）ｘに延びる直線状の平面レイアウトに配置されている。 The source section includes a p-type base region (first semiconductor region) 6, a low-resistance n ⁺ -type source region (second semiconductor region) 7, and a source electrode ((first electrode) not shown). The p-type base region 6 is selectively provided on the surface layer of the drift layer opposite to the BOX layer 2 side, apart from the n ⁺ -type drain region 10. An n ⁺ type source region 7 and a p ⁺ type contact region 8 are selectively provided inside the p type base region 6. p ⁺ -type contact region 8, the n ⁺ -type source region 7, on the opposite side with respect to the n ⁺ -type drain region 10 side, is provided in contact with the n ⁺ -type source region 7. The source electrode is provided on the surfaces of the n ⁺ type source region 7 and the p ⁺ type contact region 8. The n ⁺ -type drain region 10, the p-type base region 6, the n ⁺ -type source region 7 and the p ⁺ -type contact region 8 are arranged in a linear planar layout extending in the same lateral direction (first direction) x.

ｐ型ベース領域６の、ドリフト層（並列ｐｎ層５）とｎ⁺型ソース領域７とに挟まれた部分の表面上には、第１ゲート絶縁膜（第１絶縁膜）１１を介して第１ゲート電極（第３電極）１２が設けられている。第１ゲート電極１２は、第１方向ｘに延びる直線状の平面レイアウトで配置されている。ドリフト層の、ドレイン部とソース部とに挟まれた部分は、並列ｐｎ層５となっている。並列ｐｎ層５は、ｎ型領域（ｎ型ドリフト領域（第１導電型領域））３とｐ型領域（ｐ型仕切領域（第２導電型領域））４とを第１方向ｘに所定の繰り返しピッチＤ_SJで交互に繰り返し配置してなる。また、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４は、第１方向ｘと直交する横方向（第２方向）ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに配置されている。すなわち、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４がストライプ状に延びる方向は、オン状態のときに並列ｐｎ層５を流れるドリフト電流の経路に略平行な方向である。 On the surface of the portion of the p-type base region 6 sandwiched between the drift layer (parallel pn layer 5) and the n ⁺ -type source region 7, the first gate insulating film (first insulating film) 11 is interposed. One gate electrode (third electrode) 12 is provided. The first gate electrodes 12 are arranged in a linear planar layout extending in the first direction x. A portion of the drift layer sandwiched between the drain portion and the source portion is a parallel pn layer 5. The parallel pn layer 5 includes an n-type region (n-type drift region (first conductivity type region)) 3 and a p-type region (p-type partition region (second conductivity type region)) 4 in a first direction x. They are alternately arranged repeatedly at a repetition pitch _DSJ . The n-type drift region 3 and the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 are arranged in a striped planar layout extending in the lateral direction (second direction) y orthogonal to the first direction x. That is, the direction in which the n-type drift region 3 and the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 extend in a stripe shape is a direction substantially parallel to the path of the drift current flowing through the parallel pn layer 5 in the on state.

並列ｐｎ層５のうちドリフト電流が流れるのは、ｎ型ドリフト領域３である。具体的には、ドリフト電流は、ｎ⁺型ドレイン領域１０からｎ型ドリフト領域３を経由してｎ⁺型ソース領域７へ向って流れる。ｎ型ドリフト領域３のうち耐圧を決めるは、活性部ドリフト領域３ｃである。活性部ドリフト領域３ｃとは、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の、ｎ型バッファー領域９とプレーナゲート構造による電子蓄積層３ｂとに挟まれた第２方向ｙの幅Ｗ_SJの狭い領域である。プレーナゲート構造による電子蓄積層３ｂとは、オン状態のときに、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の、深さ方向ｚに第１ゲート絶縁膜１１を介して第１ゲート電極１２に対向する部分に蓄積される電子による蓄積層である。一方、オフ状態のときに、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４は空乏化し、耐圧を負担する機能を有する。並列ｐｎ層５の１組のｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４の総幅（すなわち並列ｐｎ層５の繰り返しピッチ）Ｄ_SJ（＝２×ｄ１）は、例えば、０．４μｍ以上２μｍ以下程度であることがよく、好ましくは０．２μｍ以上１．０μｍ以下程度であることがよい。その理由は、次の通りである。並列ｐｎ層５の繰り返しピッチＤ_SJを狭くするほど、ｎ型ドリフト領域３の不純物濃度を高めることができるからである。一方、並列ｐｎ層５の繰り返しピッチＤ_SJを狭くしすぎた場合、微細なトレンチ２０を形成することが困難となり、隣り合うトレンチ２０間にｐ⁺型コンタクト領域８を残すことが困難となるため、狭くし過ぎないことが望ましい。 The drift current flows in the parallel pn layer 5 in the n-type drift region 3. Specifically, the drift current flows from the n ⁺ type drain region 10 to the n ⁺ type source region 7 via the n type drift region 3. Of the n-type drift region 3, the breakdown voltage is determined by the active portion drift region 3c. The active portion drift region 3c is a region having a narrow width W _{SJ in} the second direction y sandwiched between the n-type buffer region 9 and the electron storage layer 3b having a planar gate structure in the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5. It is. When in the on state, the electron storage layer 3b having a planar gate structure faces the first gate electrode 12 via the first gate insulating film 11 in the depth direction z of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 This is a storage layer made up of electrons stored in a portion that performs. On the other hand, in the off state, the n-type drift region 3 and the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 are depleted and have a function of bearing a breakdown voltage. The total width of the pair of n-type drift region 3 and p-type partition region 4 of parallel pn layer 5 (that is, repeat pitch of parallel pn layer 5) D _SJ (= 2 × d1) is, for example, not less than 0.4 μm and not more than 2 μm It is good that it is about 0.2 μm or more and 1.0 μm or less. The reason is as follows. The more narrow the repetition pitch D _SJ parallel pn layer 5, it is possible to increase the impurity concentration of the n-type drift region 3. On the other hand, if too narrow a repetition pitch D _SJ parallel pn layer 5, it is difficult to form a fine trench 20, it becomes difficult to leave the p ⁺ -type contact region 8 between the adjacent trenches 20 It is desirable not to make it too narrow.

ドリフト層の、ｎ型バッファー領域９とＢＯＸ層２とに挟まれた部分には、ｎ型ドリフト領域３ａが配置されている。ｎ型バッファー領域９の下側（チップ裏面側）に配置されたｎ型ドリフト領域３ａによって、第２方向ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに配置された各ｎ型ドリフト領域３が電気的に接続される。ドリフト層の、ｐ⁺型コンタクト領域８とＢＯＸ層２とに挟まれた部分には、ｐ⁺型コンタクト領域８との間にｐ型ベース領域６を挟むようにｐ型仕切領域４ａが配置されている。ｐ⁺型コンタクト領域８の下側に配置されたｐ型仕切領域４ａによって、第２方向ｙに延びるストライプ状の平面レイアウトに配置された各ｐ型仕切領域４が電気的に接続される。すなわち、ｎ型バッファー領域９の下側のｎ型ドリフト領域３ａと、ｐ⁺型コンタクト領域８の下側のｐ型仕切領域４ａとの間に並列ｐｎ層５が配置されている。 An n-type drift region 3 a is disposed in a portion of the drift layer sandwiched between the n-type buffer region 9 and the BOX layer 2. Each n-type drift region 3 arranged in a striped planar layout extending in the second direction y is electrically connected by the n-type drift region 3a arranged below the n-type buffer region 9 (on the chip back side). Is done. A p-type partition region 4 a is disposed at a portion of the drift layer sandwiched between the p ⁺ -type contact region 8 and the BOX layer 2 so as to sandwich the p-type base region 6 between the p ⁺ -type contact region 8. ing. The p-type partition regions 4a disposed below the p ⁺ -type contact regions 8 electrically connect the p-type partition regions 4 disposed in a striped planar layout extending in the second direction y. That is, the parallel pn layer 5 is disposed between the n-type drift region 3 a below the n-type buffer region 9 and the p-type partition region 4 a below the p ⁺ -type contact region 8.

さらに、ソース部には、並列ｐｎ層５の各ｎ型ドリフト領域３に、トレンチ２０と、第２ゲート絶縁膜（第２絶縁膜）２１と、第２ゲート電極（第４電極）２２とからなるトレンチゲート構造が設けられている。トレンチ２０は、ｎ⁺型ソース領域７およびｐ型ベース領域６を深さ方向ｚに貫通して、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３に達する。また、トレンチ２０は、ｐ⁺型コンタクト領域８を挟んで第２方向ｙに対向するｎ⁺型ソース領域７間にわたって延在している。すなわち、トレンチ２０は、さらに、ｎ⁺型ソース領域７に隣接するｐ⁺型コンタクト領域８およびその下側のｐ型ベース領域６を深さ方向ｚに貫通し、並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４ａに達する。ｐ⁺型コンタクト領域８を挟んで第２方向ｙに対向するｎ⁺型ソース領域７のうち、一方のｎ⁺型ソース領域７は図示省略する。 Further, in the source portion, each n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 includes a trench 20, a second gate insulating film (second insulating film) 21, and a second gate electrode (fourth electrode) 22. A trench gate structure is provided. The trench 20 penetrates the n ⁺ type source region 7 and the p type base region 6 in the depth direction z and reaches the n type drift region 3 of the parallel pn layer 5. The trench 20 extends between the n ⁺ type source regions 7 facing each other in the second direction y across the p ⁺ type contact region 8. That is, the trench 20 further penetrates the p ⁺ type contact region 8 adjacent to the n ⁺ type source region 7 and the p type base region 6 below the p ⁺ type contact region 8 in the depth direction z. The region 4a is reached. Of the n ⁺ type source regions 7 facing in the second direction y across the p ⁺ type contact region 8, one n ⁺ type source region 7 is not shown.

トレンチ２０は、例えば、第１ゲート電極１２の直下の半導体部（第１ゲート絶縁膜１１を挟んで深さ方向ｚに第１ゲート電極１２に対向する部分）にまで延在していない。また、トレンチ２０は、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３、およびｐ⁺型コンタクト領域８の下側のｐ型仕切領域４ａを貫通してＢＯＸ層２に達していてもよい。図１〜２Ｂには、トレンチ２０が並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３を貫通してＢＯＸ層２に達している場合を示す。トレンチ２０の第１方向ｘの幅ｄ２は、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘの幅ｄ１よりも狭い（ｄ１＞ｄ２）。すなわち、トレンチ２０は、第１方向ｘに並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４まで延在していない。トレンチ２０の第１方向ｘの幅ｄ２を、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘの幅ｄ１よりも狭くすることで、チャネル幅を増やすことができるので、チャネル抵抗を低減させることができる。 The trench 20 does not extend to, for example, the semiconductor portion (a portion facing the first gate electrode 12 in the depth direction z across the first gate insulating film 11) immediately below the first gate electrode 12. The trench 20 may penetrate the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 and the p-type partition region 4 a below the p ⁺ -type contact region 8 and reach the BOX layer 2. 1B show a case where the trench 20 passes through the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 and reaches the BOX layer 2. The width d2 of the trench 20 in the first direction x is narrower than the width d1 of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 in the first direction x (d1> d2). That is, the trench 20 does not extend to the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 in the first direction x. Since the channel width can be increased by making the width d2 of the trench 20 in the first direction x narrower than the width d1 of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 in the first direction x, the channel resistance is reduced. Can be made.

トレンチ２０の内部には、トレンチ２０の内壁に沿って第２ゲート絶縁膜２１が設けられ、第２ゲート絶縁膜２１の内側に第２ゲート電極２２が設けられている。トレンチ２０がＢＯＸ層２に達している、すなわちトレンチ２０の深さが並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJと同じ場合、トレンチ２０の底面に第２ゲート絶縁膜２１を設けなくてもよい。この場合、第２ゲート電極２２の深さは並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJと同じであり、第２ゲート電極２２はトレンチ２０の底面においてＢＯＸ層２に接する。また、第２ゲート電極２２は、図示省略する部分で第１ゲート電極１２に電気的に接続されている。第２ゲート電極２２は、例えば、第１ゲート絶縁膜１１を挟んで深さ方向ｚに第１ゲート電極１２に対向しない。 Inside the trench 20, a second gate insulating film 21 is provided along the inner wall of the trench 20, and a second gate electrode 22 is provided inside the second gate insulating film 21. When the trench 20 reaches the BOX layer 2, that is, when the depth of the trench 20 is the same as the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5, the second gate insulating film 21 may not be provided on the bottom surface of the trench 20. In this case, the depth of the second gate electrode 22 is the same as the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5, and the second gate electrode 22 is in contact with the BOX layer 2 at the bottom surface of the trench 20. The second gate electrode 22 is electrically connected to the first gate electrode 12 at a portion not shown. For example, the second gate electrode 22 does not face the first gate electrode 12 in the depth direction z with the first gate insulating film 11 interposed therebetween.

特に限定しないが、例えば実施の形態１にかかる超接合ＭＯＳＦＥＴが耐圧８０Ｖクラスである場合には、各部の寸法および不純物濃度は次の値をとる。ｐ^-型半導体基板１の不純物濃度は２．０×１０¹⁴／ｃｍ³である。ＢＯＸ層２の厚さは１μｍである。並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJは４．０μｍである。活性部ドリフト領域３ｃの第２方向ｙの幅（長さ）Ｗ_SJは３．５μｍである。並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４の第１方向ｘの幅ｄ１は０．５μｍ（繰り返しピッチＤ_SJは１．０μｍ）である。ｎ型ドリフト領域３およびｐ型仕切領域４（ｎ型ドリフト領域３ａおよびｐ型仕切領域４ａも含む）の不純物濃度は６．０×１０¹⁶／ｃｍ³である。ｎ型バッファー領域９の不純物濃度は２．０×１０¹⁷／ｃｍ³である。ｐ型ベース領域６の拡散深さおよび不純物濃度は、それぞれ０．８μｍおよび２．０×１０¹⁷／ｃｍ³である。ｎ⁺型ソース領域７の拡散深さおよび不純物濃度は、それぞれ０．３μｍおよび３．０×１０²⁰／ｃｍ³である。ｐ⁺型コンタクト領域８の拡散深さおよび不純物濃度は、それぞれ０．３μｍおよび１．０×１０¹⁹／ｃｍ³である。ｎ⁺型ドレイン領域１０の拡散深さおよび不純物濃度は、それぞれ０．３μｍおよび３．０×１０²⁰／ｃｍ³である。第１ゲート絶縁膜１１の厚さは３０ｎｍである。トレンチ２０の深さは、並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJ、すなわちｎ型ドリフト領域３の厚さと同じである。トレンチ２０の第１方向ｘの幅ｄ２は０．３μｍである。なお、ゲート絶縁膜１１は酸化膜であってもよく、第１ゲート電極１２および第２ゲート電極２２はポリシリコンとしてもよい。 Although not particularly limited, for example, when the superjunction MOSFET according to the first embodiment has a withstand voltage of 80 V class, the dimensions and impurity concentration of each part take the following values. The impurity concentration of the p ⁻ type semiconductor substrate 1 is 2.0 × 10 ¹⁴ / cm ³ . The thickness of the BOX layer 2 is 1 μm. The thickness T _SJ of the parallel pn layer 5 is 4.0 μm. The width (length) W _SJ in the second direction y of the active portion drift region 3c is 3.5 μm. The width d1 in the first direction x of the n-type drift region 3 and the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 is 0.5 μm (repetitive pitch D _SJ is 1.0 μm). The impurity concentration of n type drift region 3 and p type partition region 4 (including n type drift region 3a and p type partition region 4a) is 6.0 × 10 ¹⁶ / cm ³ . The impurity concentration of the n-type buffer region 9 is 2.0 × 10 ¹⁷ / cm ³ . The diffusion depth and impurity concentration of the p-type base region 6 are 0.8 μm and 2.0 × 10 ¹⁷ / cm ³ , respectively. The diffusion depth and impurity concentration of the n ⁺ type source region 7 are 0.3 μm and 3.0 × 10 ²⁰ / cm ³ , respectively. The diffusion depth and impurity concentration of the p ⁺ -type contact region 8 are 0.3 μm and 1.0 × 10 ¹⁹ / cm ³ , respectively. The diffusion depth and impurity concentration of the n ⁺ -type drain region 10 are 0.3 μm and 3.0 × 10 ²⁰ / cm ³ , respectively. The thickness of the first gate insulating film 11 is 30 nm. The depth of the trench 20 is the same as the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5, that is, the thickness of the n-type drift region 3. The width d2 of the trench 20 in the first direction x is 0.3 μm. The gate insulating film 11 may be an oxide film, and the first gate electrode 12 and the second gate electrode 22 may be polysilicon.

次に、実施の形態１にかかる半導体装置のオン抵抗について検証した。まず、上述した実施の形態１にかかる半導体装置の構造にしたがい、並列ｐｎ層５（ｎ型ドリフト領域３）の厚さＴ_SJの異なる複数の超接合ＭＯＳＦＥＴ（以下、実施例とする）のオン抵抗成分分布をシミュレーションした。並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJを２μｍ〜４μｍの範囲で種々変更した。並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJ以外の条件は、例示した上記諸条件と同様である。比較として、図９，１０の従来の半導体装置の構造にしたがい、並列ｐｎ層１０５の厚さＴ_SJの異なる複数の超接合ＭＯＳＦＥＴ（以下、従来例とする）のオン抵抗成分分布をシミュレーションした。従来例の条件は、トレンチゲート構造を備えていない以外は実施例と同様である。これら実施例および従来例のシミュレーション結果をそれぞれ図３，４に示す。 Next, the on-resistance of the semiconductor device according to the first embodiment was verified. First, according to the structure of the semiconductor device according to the first embodiment described above, a plurality of superjunction MOSFETs (hereinafter, examples) having different thicknesses T _SJ of the parallel pn layer 5 (n-type drift region 3) are turned on. The resistance component distribution was simulated. The thickness T _SJ of the parallel pn layer 5 was variously changed in the range of 2 μm to 4 μm. Conditions other than the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5 are the same as the above-described various conditions. For comparison, according to the structure of the conventional semiconductor device of FIGS. 9 and 10, the on-resistance component distribution of a plurality of superjunction MOSFETs (hereinafter referred to as conventional examples) having different thicknesses T _SJ of the parallel pn layer 105 was simulated. The conditions of the conventional example are the same as those of the example except that the trench gate structure is not provided. The simulation results of these examples and conventional examples are shown in FIGS.

図３は、実施の形態１にかかる半導体装置のオン抵抗成分分布を示す特性図である。図４は、従来の半導体装置のオン抵抗成分分布を示す特性図である。図３には、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第２方向ｙに平行な中心線に沿ったソース−ドレイン間におけるオン抵抗成分分布を示す。図３の横軸はｎ⁺型ソース領域７側から第２方向ｙへの距離であり、縦軸はオン抵抗Ｒ_ON・Ａである。図３において、測定点３１よりも原点側がｐ⁺型コンタクト領域８およびｎ⁺型ソース領域７である。測定点３１，３２間は、ｐ型ベース領域６の、第１ゲート電極１２直下の部分に形成されるｎ型の反転層（チャネル）である。測定点３２，３３間はプレーナゲート構造による電子蓄積層３ｂである。測定点３３，３４間は活性部ドリフト領域３ｃである。測定点３４よりも原点から離れた区間がｎ型バッファー領域９およびｎ⁺型ドレイン領域１０である。 FIG. 3 is a characteristic diagram showing an on-resistance component distribution of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 4 is a characteristic diagram showing the on-resistance component distribution of a conventional semiconductor device. FIG. 3 shows the on-resistance component distribution between the source and the drain along the center line parallel to the second direction y of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5. The horizontal axis in FIG. 3 is the distance from the n ⁺ -type source region 7 side in the second direction y, and the vertical axis is the ON resistance R _ON · A. In FIG. 3, the origin side of the measurement point 31 is the p ⁺ type contact region 8 and the n ⁺ type source region 7. Between the measurement points 31 and 32 is an n-type inversion layer (channel) formed in a portion of the p-type base region 6 immediately below the first gate electrode 12. Between the measurement points 32 and 33 is an electron storage layer 3b having a planar gate structure. Between the measurement points 33 and 34 is the active portion drift region 3c. The sections farther from the origin than the measurement point 34 are the n-type buffer region 9 and the n ⁺ -type drain region 10.

図４に示す従来例の測定箇所は実施例と同様である。すなわち、図４には、並列ｐｎ層１０５のｎ型ドリフト領域１０３の第２方向ｙに平行な中心線に沿ったソース−ドレイン間におけるオン抵抗成分分布を示す。図４の横軸はｎ⁺型ソース領域１０７側から第２方向ｙへの距離であり、縦軸はオン抵抗Ｒ_ON・Ａである。測定点１３１よりも原点側がｐ⁺型コンタクト領域１０８およびｎ⁺型ソース領域１０７である。測定点１３１，１３２間は、ｐ型ベース領域１０６の反転層である。測定点１３２，１３３間はプレーナゲート構造による電子蓄積層１０３ｂである。測定点１３３，１３４間は活性部ドリフト領域１０３ｃである。測定点１３４よりも原点から離れた区間がｎ型バッファー領域１０９およびｎ⁺型ドレイン領域１１０である。 The measurement points of the conventional example shown in FIG. 4 are the same as in the example. That is, FIG. 4 shows the on-resistance component distribution between the source and the drain along the center line parallel to the second direction y of the n-type drift region 103 of the parallel pn layer 105. The horizontal axis in FIG. 4 is the distance from the n ⁺ -type source region 107 side in the second direction y, and the vertical axis is the ON resistance R _ON · A. The p ⁺ -type contact region 108 and the n ⁺ -type source region 107 are closer to the origin than the measurement point 131. Between the measurement points 131 and 132 is an inversion layer of the p-type base region 106. Between the measurement points 132 and 133 is an electron storage layer 103b having a planar gate structure. Between the measurement points 133 and 134 is the active portion drift region 103c. The sections farther from the origin than the measurement point 134 are the n-type buffer region 109 and the n ⁺ -type drain region 110.

図３，４に示す結果より、実施例のようにソース部にトレンチゲート構造を備えることで、トレンチゲート構造を備えない従来例よりもオン抵抗Ｒ_ON・Ａを低減させることができることが確認された。また、実施例においては、並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJを厚くしたことで得られるオン抵抗Ｒ_ON・Ａの減少量３５ａ，３５ｂを、従来例の同条件で得られるオン抵抗Ｒ_ON・Ａの減少量１３５ａ，１３５ｂよりも大きくすることができることが確認された。したがって、実施例のようにソース部にトレンチゲート構造を設けることにより、並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJを厚くするほど低オン抵抗化を図ることができることが確認された。 From the results shown in FIGS. 3 and 4, it is confirmed that the on-resistance R _ON · A can be reduced by providing the source portion with the trench gate structure as in the embodiment as compared with the conventional example not having the trench gate structure. It was. In the embodiment, the decrease amounts 35a and 35b of the on-resistance R _ON · A obtained by increasing the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5 are used as the on-resistance R _ON · It was confirmed that the amount of decrease A can be larger than 135a and 135b. Therefore, it was confirmed that the on-resistance can be reduced as the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5 is increased by providing a trench gate structure in the source portion as in the embodiment.

次に、実施の形態１にかかる半導体装置の電子電流密度分布について検証した。図５は、実施の形態１にかかる半導体装置のオン状態の電子電流密度分布を示す特性図である。図６は、従来の半導体装置のオン状態の電子電流密度分布を示す特性図である。上述した実施例および従来例においてそれぞれ並列ｐｎ層５，１０５の厚さＴ_SJを４μｍとしたときのオン状態の電子電流密度分布をシミュレーションした結果を図５，６に示す。実施例および従来例ともに、ソース−ドレイン間の電流密度を２００［Ａ／ｃｍ²］／ｄｉｖとした。 Next, the electron current density distribution of the semiconductor device according to the first embodiment was verified. FIG. 5 is a characteristic diagram illustrating an on-state electron current density distribution of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is a characteristic diagram showing an on-state electron current density distribution of a conventional semiconductor device. 5 and 6 show the simulation results of the on-state electron current density distribution when the thickness T _SJ of the parallel pn layers 5 and 105 is 4 μm in the above-described embodiment and the conventional example, respectively. In both the example and the conventional example, the current density between the source and the drain was set to 200 [A / cm ² ] / div.

図６に示す結果より、従来例では、プレーナゲート構造付近のチップおもて面側に電子電流が集中し、電子電流密度が増大していることが確認された。具体的には、第１ゲート電極１１２直下の半導体部１４１と、活性部ドリフト領域１０３ｃの第１ゲート電極１１２側の部分１４２とに電子電流が集中することが確認された。一方、図５に示す結果より、実施例においては、トレンチゲート構造付近においてトレンチ２０の内壁４２に沿って深さ方向ｚに電子電流集中が分散され、プレーナゲート構造付近のチップおもて面側への電子電流集中が緩和されていることが確認された。符号４１は第１ゲート電極１２直下の半導体部である。 From the results shown in FIG. 6, it was confirmed that in the conventional example, the electron current was concentrated on the front side of the chip near the planar gate structure, and the electron current density was increased. Specifically, it has been confirmed that the electron current is concentrated on the semiconductor portion 141 immediately below the first gate electrode 112 and the portion 142 on the first gate electrode 112 side of the active portion drift region 103c. On the other hand, from the results shown in FIG. 5, in the example, the electron current concentration is distributed in the depth direction z along the inner wall 42 of the trench 20 in the vicinity of the trench gate structure, and the chip front surface side in the vicinity of the planar gate structure. It was confirmed that the electron current concentration on the surface was relaxed. Reference numeral 41 denotes a semiconductor portion directly below the first gate electrode 12.

実施例においてプレーナゲート構造付近のチップおもて面側への電子電流集中が緩和された理由は、次の通りである。オン状態のとき、プレーナゲート構造による電子蓄積層３ｂが形成されるとともに、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３を深さ方向ｚに延びるトレンチゲート構造に沿った部分にも電子蓄積層が形成される。このトレンチゲート構造に沿った部分に形成される電子蓄積層を介して、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３に電子電流を広げることができるからである。並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３に電子電流を広げることで、電子電流の通過断面を拡大することになるため、オン抵抗を低減していることになる。したがって、図５に示す結果は、実施例において、並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJに基づいてトレンチ２０の深さを深くするほど、オン抵抗を低減できることが検証されたことを示している。 The reason why the concentration of the electron current on the chip front surface near the planar gate structure in the embodiment is relaxed is as follows. In the ON state, the electron storage layer 3b having a planar gate structure is formed, and the electron storage layer is also formed in a portion along the trench gate structure extending in the depth direction z of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 Is done. This is because the electron current can be spread to the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 through the electron storage layer formed in the portion along the trench gate structure. By spreading the electron current to the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5, the cross section of the electron current is enlarged, so that the on-resistance is reduced. Therefore, the results shown in FIG. 5 indicate that in the example, it was verified that the on-resistance can be reduced as the depth of the trench 20 is increased based on the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5.

以上、説明したように、実施の形態１によれば、プレーナゲート構造の横型超接合半導体装置のソース部にトレンチゲート構造を設けることで、オン状態のときに、並列ｐｎ層のｎ型ドリフト領域の、第２ゲート絶縁膜を挟んで第２ゲート電極に対向する部分にも電子蓄積層を形成することができる。これにより、並列ｐｎ層のｎ型ドリフト領域の深さ方向に電子電流を広げることができるため、並列ｐｎ層の厚さを厚くしてトレンチの深さを深くすることでオン抵抗を低減させることができる。したがって、並列ｐｎ層のｎ型ドリフト領域およびｐ型仕切領域の第１方向の幅がプロセスのデザインルールにより物理的に制約される場合であっても、低オン抵抗化が可能である。それ故、オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係を改善可能な横型超接合半導体装置において、さらにオン抵抗を低減させることができる。 As described above, according to the first embodiment, the trench gate structure is provided in the source portion of the planar superstructure semiconductor device having the planar gate structure, so that the n-type drift region of the parallel pn layer can be obtained in the on state. An electron storage layer can also be formed in a portion facing the second gate electrode with the second gate insulating film interposed therebetween. As a result, since the electron current can be expanded in the depth direction of the n-type drift region of the parallel pn layer, the on-resistance can be reduced by increasing the thickness of the parallel pn layer and increasing the depth of the trench. Can do. Therefore, even when the width in the first direction of the n-type drift region and the p-type partition region of the parallel pn layer is physically restricted by the process design rule, a low on-resistance can be achieved. Therefore, the on-resistance can be further reduced in the lateral superjunction semiconductor device that can improve the trade-off relationship between the on-resistance and the breakdown voltage.

また、実施の形態１によれば、トレンチの深さを調整することで、第２ゲート電極に沿って深さ方向に流れる電子電流を制御することができるため、オン抵抗を容易に調整することができる。また、実施の形態１によれば、並列ｐｎ層のｎ型ドリフト領域内にトレンチゲート構造を設けることで、深さ方向に延びるトレンチゲート構造に沿ってチャネル幅を増やすことができるため、チャネル抵抗を低減させることができる。また、実施の形態１にかかる半導体装置は、一般的なプレーナゲート構造の横型超接合ＭＯＳＦＥＴの製造プロセスに一般的なトレンチゲート構造を形成するためのプロセスを追加することで製造可能である。このため、オン抵抗を低減させるために、並列ｐｎ層を形成するためのイオン注入のドーズ量や熱処理条件を要求される仕様等に応じて検討する必要がなく、製造が容易である。 In addition, according to the first embodiment, by adjusting the depth of the trench, the electron current flowing in the depth direction along the second gate electrode can be controlled, so that the on-resistance can be easily adjusted. Can do. Further, according to the first embodiment, by providing the trench gate structure in the n-type drift region of the parallel pn layer, the channel width can be increased along the trench gate structure extending in the depth direction. Can be reduced. In addition, the semiconductor device according to the first embodiment can be manufactured by adding a process for forming a general trench gate structure to a manufacturing process of a general planar gate structure lateral superjunction MOSFET. For this reason, in order to reduce the on-resistance, it is not necessary to examine the dose amount of ion implantation for forming the parallel pn layer and the specifications required for the heat treatment conditions, and the manufacturing is easy.

（実施の形態２）
次に、実施の形態２にかかる半導体装置の構造について説明する。図７は、実施の形態２にかかる半導体装置の構造を示す鳥瞰図である。図８は、図７の切断線Ｅ−Ｅ’における断面構造を示す断面図である。図７の切断線Ｃ−Ｃ’における断面構造は、実施の形態１の切断線Ａ−Ａ’における断面構造（図２Ａ）と同様である。切断線Ｃ−Ｃ’は、並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４を通り、かつトレンチ５０を通らない第２方向ｙに平行な切断線である。切断線Ｅ−Ｅ’は、並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４およびトレンチ５０を通り、かつ第２方向ｙに平行な切断線である。並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３およびトレンチ５０を通り、かつ第２方向ｙに平行な切断線における断面構造は鳥瞰図（図７）の前面に示す。 (Embodiment 2)
Next, the structure of the semiconductor device according to the second embodiment will be described. FIG. 7 is a bird's-eye view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. 8 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along the cutting line EE ′ of FIG. The cross-sectional structure taken along the cutting line CC ′ in FIG. 7 is the same as the cross-sectional structure taken along the cutting line AA ′ in the first embodiment (FIG. 2A). The cutting line CC ′ is a cutting line that passes through the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 and that does not pass through the trench 50 and is parallel to the second direction y. The cutting line EE ′ is a cutting line that passes through the p-type partition region 4 and the trench 50 of the parallel pn layer 5 and is parallel to the second direction y. A cross-sectional structure taken along a cutting line passing through the n-type drift region 3 and the trench 50 of the parallel pn layer 5 and parallel to the second direction y is shown in the front of the bird's eye view (FIG. 7).

実施の形態２にかかる半導体装置が実施の形態１にかかる半導体装置と異なる点は、ソース部に設けたトレンチゲート構造を構成するトレンチ５０の第１方向ｘの幅ｄ２を、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘの幅ｄ１以上とした点である（ｄ１≦ｄ２）。すなわち、トレンチ５０は、第１方向ｘに並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４にまで延在しており、実施の形態１の切断線Ｂ−Ｂ’における断面構造（図２Ｂ）は有していない。図７には、トレンチ５０の第１方向ｘの幅ｄ２を、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘの幅ｄ１よりも広くした場合を示す。 The semiconductor device according to the second embodiment is different from the semiconductor device according to the first embodiment in that the width d2 in the first direction x of the trench 50 constituting the trench gate structure provided in the source portion is set to the parallel pn layer 5. This is a point where the width of the n-type drift region 3 is not less than the width d1 in the first direction x (d1 ≦ d2). That is, the trench 50 extends to the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 in the first direction x, and has the cross-sectional structure (FIG. 2B) taken along the cutting line BB ′ of the first embodiment. Not. FIG. 7 shows a case where the width d2 of the trench 50 in the first direction x is wider than the width d1 of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 in the first direction x.

図７に示すように、トレンチ５０の内部には、実施の形態１と同様に第２ゲート絶縁膜５１を介して第２ゲート電極５２が設けられている。トレンチ５０の第１方向ｘの幅ｄ２は、アバランシェ降伏で発生するホールを引き抜くための、並列ｐｎ層５のｐ型仕切領域４からｐ⁺型コンタクト領域８への電流経路が確保されていればよく、並列ｐｎ層５の繰り返しピッチＤ_SJより狭ければよい（ｄ２＜Ｄ_SJ）。アバランシェ降伏で発生するホールを引き抜くためのｐ⁺型コンタクト領域８への電流経路を確保することで、高破壊耐量が容易となる。トレンチ５０の第１方向ｘの位置は、種々変更可能である。例えば、トレンチ５０は、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３を挟んで第１方向ｚの両側に隣り合うｐ型仕切領域４にそれぞれ延在していてもよいし、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘに隣り合う一方のｐ型仕切領域４にのみ延在していてもよい。 As shown in FIG. 7, a second gate electrode 52 is provided inside the trench 50 via a second gate insulating film 51 as in the first embodiment. The width d2 in the first direction x of the trench 50 is such that a current path from the p-type partition region 4 of the parallel pn layer 5 to the p ⁺ -type contact region 8 for extracting holes generated by avalanche breakdown is secured. As long as it is narrower than the repetitive pitch D _SJ of the parallel pn layer 5, d 2 <D _SJ . By securing a current path to the p ⁺ -type contact region 8 for extracting holes generated by avalanche breakdown, high breakdown resistance can be facilitated. The position of the trench 50 in the first direction x can be variously changed. For example, the trenches 50 may extend to the p-type partition regions 4 adjacent on both sides in the first direction z across the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5, or the n of the parallel pn layer 5 It may extend only to one p-type partition region 4 adjacent to the first drift region 3 in the first direction x.

トレンチ５０の第１方向ｘの幅ｄ２を並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第１方向ｘの幅ｄ１以上とすることで、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３の第２方向ｙの幅（長さ）が短くなるため、ｎ型ドリフト領域３が微細化される。これによって、破壊耐量を維持しながら、オン抵抗の低減が可能となる。また、トレンチ５０の深さを調整することにより、並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３に流入する電子電流の広がる範囲を制御することができるため、オン抵抗の調整が容易となる。図７には、トレンチ５０の深さが並列ｐｎ層５の厚さＴ_SJよりも浅い場合を示す。図７に示す実施の形態２にかかる半導体装置のトレンチ５０の深さおよび第１方向ｘの幅ｄ２以外の構成は実施の形態１と同様である。 By making the width d2 of the trench 50 in the first direction x equal to or greater than the width d1 of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 in the first direction x, the second direction y of the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 Therefore, the n-type drift region 3 is miniaturized. This makes it possible to reduce the on-resistance while maintaining the breakdown resistance. In addition, by adjusting the depth of the trench 50, the range in which the electron current flowing into the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 spreads can be controlled, so that the ON resistance can be easily adjusted. FIG. 7 shows a case where the depth of the trench 50 is shallower than the thickness T _SJ of the parallel pn layer 5. The configuration of the semiconductor device according to the second embodiment shown in FIG. 7 is the same as that of the first embodiment except for the depth of the trench 50 and the width d2 in the first direction x.

以上、説明したように、実施の形態２によれば、トレンチの第１方向の幅を並列ｐｎ層のｎ型ドリフト領域の第１方向の幅よりも広くした場合においても、実施の形態１と同様に、トレンチゲート構造に沿って並列ｐｎ層５のｎ型ドリフト領域３に電子電流を広げることができる。このため、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, even when the width of the trench in the first direction is wider than the width of the n-type drift region of the parallel pn layer in the first direction, Similarly, the electron current can be spread to the n-type drift region 3 of the parallel pn layer 5 along the trench gate structure. For this reason, the same effect as Embodiment 1 can be acquired.

以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。また、上述した各実施の形態では、ＭＯＳＦＥＴを例に説明しているが、本発明をＩＧＢＴ、ショットキーダイオード等に適用した場合においても同様の効果を奏する。また、各実施の形態では第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。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. For example, various dimensions and impurity concentrations are set in accordance with required specifications. In each of the above-described embodiments, the MOSFET is described as an example, but the same effect can be obtained when the present invention is applied to an IGBT, a Schottky diode, or the like. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, in the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、ドリフト層を並列ｐｎ層とした超接合構造の横型半導体装置に有用である。 As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful for a lateral semiconductor device having a super junction structure in which a drift layer is a parallel pn layer.

１ｐ^-型半導体基板
２ＢＯＸ層
３，３ａｎ型ドリフト領域
３ｂプレーナゲート構造による電子蓄積層
３ｃ活性部ドリフト領域
４，４ａｐ型仕切領域
５並列ｐｎ層
６ｐ型ベース領域
７ｎ⁺型ソース領域
８ｐ⁺型コンタクト領域
９ｎ型バッファー領域
１０ｎ⁺型ドレイン領域
１１第１ゲート絶縁膜
１２第１ゲート電極
２０，５０トレンチ
２１，５１第２ゲート絶縁膜
２２，５２第２ゲート電極
ｄ１ｎ型ドリフト領域およびｐ型仕切領域の第１方向の幅
ｄ２トレンチの第１方向の幅
Ｄｎ型ドリフト領域およびｐ型仕切領域の繰り返しピッチ
Ｔ_SJ 並列ｐｎ層の厚さ
Ｗ_SJ 活性部ドリフト領域の第２方向の幅
ｘ第１方向（横方向）
ｙ第２方向（第１方向と直交する横方向）
ｚ深さ方向（縦方向） 1 p ⁻ type semiconductor substrate 2 BOX layer 3, 3 a n type drift region 3 b electron accumulation layer by planar gate structure 3 c active part drift region 4, 4 a p type partition region 5 parallel pn layer 6 p type base region 7 n ⁺ type source Region 8 p ⁺ type contact region 9 n type buffer region 10 n ⁺ type drain region 11 first gate insulating film 12 first gate electrode 20, 50 trench 21, 51 second gate insulating film 22, 52 second gate electrode d1 n Type drift region and p-type partition region width in the first direction d2 trench width in the first direction D Repeat pitch of the n-type drift region and p-type partition region T _SJ thickness of the parallel pn layer W _SJ active region drift region Width in second direction x first direction (lateral direction)
y Second direction (lateral direction orthogonal to the first direction)
z Depth direction (vertical direction)

Claims

A first electrode provided on a first main surface of a semiconductor substrate;
A second electrode provided on the first main surface apart from the first electrode;
Provided between the first electrode and the second electrode, wherein the first conductivity type region and the second conductivity type region are parallel to the first main surface and are turned on from the second electrode when in the ON state. A parallel semiconductor device comprising parallel pn layers that are alternately arranged in a first direction orthogonal to a path of a current flowing through the semiconductor substrate toward one electrode and constitute the semiconductor substrate,
A first semiconductor region of a second conductivity type selectively provided on the first main surface side of the parallel pn layer;
A second semiconductor region of a first conductivity type selectively provided inside the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided apart from the first semiconductor region on the first main surface side of the parallel pn layer;
The first electrode in contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region;
The second electrode in contact with the third semiconductor region;
A third electrode provided on a surface of a portion of the first semiconductor region sandwiched between the parallel pn layer and the second semiconductor region via a first insulating film;
A trench that penetrates the first semiconductor region and the second semiconductor region in the depth direction and reaches the first conductivity type region;
A fourth electrode provided in the trench via a second insulating film and electrically connected to the third electrode;
A semiconductor device comprising:

2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a width of the trench in the first direction is narrower than a repetition pitch of the first conductivity type region and the second conductivity type region.

The width of the said 1st direction of the said trench is narrower than the width | variety of the said 1st direction of the said 1st conductivity type area | region, The semiconductor device of Claim 2 characterized by the above-mentioned.

The width of the said 1st direction of the said trench is more than the width | variety of the said 1st direction of the said 1st conductivity type area | region, The semiconductor device of Claim 2 characterized by the above-mentioned.

The semiconductor device according to claim 1, wherein a depth of the trench is shallower than a thickness of the first conductivity type region.

The semiconductor device according to claim 1, wherein the parallel pn layer is depleted when in an off state.

The first conductivity type region and the second conductivity type region are arranged in a striped planar layout extending in a second direction parallel to the current path,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor region and the third semiconductor region are arranged in a linear planar layout extending in the first direction. .

The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate is an SOI substrate in which the parallel pn layer is provided on a support substrate via an insulating layer.