JP2018061055A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of suppressing increase in on-resistance, reducing heat generation at a channel, and achieving an excellent active clamp resistance.SOLUTION: A semiconductor device 1 comprises: an epitaxial layer 3 on which a plurality of gate trenches 5 are formed in a stripe shape; gate electrodes 8 buried in the respective gate trenches 5 via a gate insulating film 7; a plurality of unit cells 6 each sectionalized between a pair of gate trenches 5 adjacent to each other; an ntype source region 10, in each unit cell 6, exposed from a surface of the semiconductor layer, and formed so as to be along only one side lateral face of one side gate trench 5 of the pair of gate trenches 5 adjacent to each other, and opposed to the gate electrode 8 while interposing the gate insulating film 7; and a ptype body region 4 formed in a region below the ntype source region 10 in the epitaxial layer 3, and opposed to the gate electrode 8 while interposing the gate insulating film 7.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ユニポーラトランジスタとしての電界効果トランジスタを有し、かつ、トレンチゲート構造を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a field effect transistor as a unipolar transistor and having a trench gate structure.

特許文献1は、n型ドリフト層とp型ボディ層とを含む半導体基板と、半導体基板の表面からn型ドリフト層に達するように形成され、ストライプ状に配列された複数本の溝と、溝の内周面に形成されたゲート絶縁膜と、溝の内部にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、p型ボディ層の表面に溝の側面と接するように形成されたn型ソース領域とを含む、トレンチゲートパワーMOSFETを開示している。 Patent Document 1 discloses a semiconductor substrate including an n type drift layer and a p type body layer, and a plurality of grooves formed in a stripe shape so as to reach the n type drift layer from the surface of the semiconductor substrate. A gate insulating film formed on the inner peripheral surface of the groove, a gate electrode formed inside the groove via the gate insulating film, and an n formed so as to be in contact with the side surface of the groove on the surface of the p-type body layer A trench gate power MOSFET is disclosed that includes a + type source region.

特開2010−267677号公報JP 2010-267677 A

たとえば、特許文献1の図1のように、1つのトレンチゲート(ゲート電極)を挟んで相対する2つのMOSFETが形成される構造では、各チャネルの通電に伴ってトレンチゲートの両側面で熱が発生する。各チャネルで発生した熱は、各MOSFET間で相互に作用するため、トレンチゲートの両側面において、過渡的かつ局所的な熱が発生する問題がある。このような熱の発生は、MOSFETの安全動作領域を狭める原因となる。   For example, as shown in FIG. 1 of Patent Document 1, in a structure in which two MOSFETs facing each other with one trench gate (gate electrode) interposed therebetween, heat is applied to both sides of the trench gate as each channel is energized. Occur. Since the heat generated in each channel interacts between the MOSFETs, there is a problem that transient and local heat is generated on both side surfaces of the trench gate. Such heat generation causes a narrowing of the safe operation area of the MOSFET.

特に、車載用途のMOSFETでは、高精度なアクティブクランプ動作(コイルの駆動等で発生する逆起電力をMOSFETによって吸収させる機能)が要求されるため、優れたアクティブクランプ耐量(アクティブクランプ動作の耐量)を確保して、極めて広い安全動作領域が実現されなければならない。
このような問題は、トレンチゲートの幅を広げてトレンチゲートを挟んで相対する各チャネル間に一定の距離を設定することにより低減することができるかもしれない。しかし、この場合には、単位面積当たりのチャネル幅が短くなるため、MOSFETのオン抵抗が増加するという問題が新たに生じる。
In particular, MOSFETs for in-vehicle use require high-accuracy active clamping operation (function to absorb back electromotive force generated by driving a coil by the MOSFET), and therefore excellent active clamping tolerance (withstand of active clamping operation). And an extremely wide safe operating area must be realized.
Such a problem may be reduced by increasing the width of the trench gate and setting a certain distance between the channels facing each other across the trench gate. However, in this case, since the channel width per unit area is shortened, there arises a new problem that the on-resistance of the MOSFET increases.

そこで、本発明の目的は、オン抵抗の増加を抑制できながらも、チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を効果的に低減できる半導体装置を提供することである。
また、本発明の他の目的は、優れたアクティブクランプ耐量を実現できる半導体装置を提供することである。
Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of effectively reducing transient and local heat generation in a channel while suppressing an increase in on-resistance.
Another object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of realizing an excellent active clamp tolerance.

本発明の一局面は、ユニポーラトランジスタとしての電界効果トランジスタを備えた半導体装置であって、複数のゲートトレンチがストライプ状に形成された第1導電型の半導体層と、ゲート絶縁膜を介して各前記ゲートトレンチに埋め込まれたゲート電極と、それぞれが互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチの間に区画され、ストライプ状に配列された複数の単位セルと、各前記単位セルにおいて、前記半導体層の表面から露出し、前記ゲートトレンチと交差する横方向に関して互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチのうちの一方側の前記ゲートトレンチの一方側の側面のみに沿うように形成され、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向する第1導電型のソース領域と、前記半導体層における前記ソース領域の下方の領域において前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向し、前記電界効果トランジスタのチャネルを形成する第2導電型のボディ領域と、を含む、半導体装置を提供する。   One aspect of the present invention is a semiconductor device including a field effect transistor as a unipolar transistor, and includes a first conductivity type semiconductor layer in which a plurality of gate trenches are formed in a stripe shape, and a gate insulating film interposed therebetween. A gate electrode embedded in the gate trench; a plurality of unit cells each partitioned between a pair of adjacent gate trenches and arranged in stripes; and a surface of the semiconductor layer in each unit cell And is formed so as to be along only one side surface of the gate trench on one side of the pair of gate trenches adjacent to each other in the lateral direction intersecting with the gate trench, and sandwiching the gate insulating film A source region of a first conductivity type facing the gate electrode, and a region below the source region in the semiconductor layer; And a second conductivity type body region that is formed in contact with the source region and faces the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween and forms a channel of the field effect transistor. To do.

この構成によれば、ゲートトレンチの一方側の側面のみにソース領域が形成されているので、ゲートトレンチのピッチを狭めることができる。これにより、単位面積当たりのチャネル幅を確保することができるから、電界効果トランジスタのオン抵抗が増加することを抑制することができる。   According to this configuration, since the source region is formed only on one side surface of the gate trench, the pitch of the gate trench can be reduced. Thereby, since the channel width per unit area can be secured, an increase in the on-resistance of the field effect transistor can be suppressed.

また、ゲートトレンチの一方側の側面のみにソース領域が形成されているので、ゲートトレンチを挟んで相対するチャネルを完全になくすか、減らすことができる。これにより、各単位セルのチャネルにおける熱が隣の単位セルに与える影響を低減できる。その結果、チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を抑制することができる。よって、アクティブクランプ動作で求められる極めて広い安全動作領域を得ることができるため、優れたアクティブクランプ耐量を確保することができる。   In addition, since the source region is formed only on one side surface of the gate trench, it is possible to completely eliminate or reduce the channels facing each other across the gate trench. Thereby, the influence which the heat | fever in the channel of each unit cell has on an adjacent unit cell can be reduced. As a result, transient and local heat generation in the channel can be suppressed. Therefore, since an extremely wide safe operation area required for the active clamp operation can be obtained, an excellent active clamp tolerance can be ensured.

図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図である。FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. 図2は、図1における切断面線II−IIから見た断面図である。2 is a cross-sectional view taken along the section line II-II in FIG. 図3は、前記半導体装置のゲートトレンチのピッチを説明するためのグラフである。FIG. 3 is a graph for explaining the pitch of the gate trench of the semiconductor device. 図4Aは、前記半導体装置の製造工程の一例を説明するための断面図である。FIG. 4A is a cross-sectional view for explaining an example of the manufacturing process of the semiconductor device. 図4Bは、図4Aの次の製造工程を示す図である。FIG. 4B is a diagram showing a manufacturing process subsequent to FIG. 4A. 図4Cは、図4Bの次の製造工程を示す図である。FIG. 4C is a diagram showing the next manufacturing step after FIG. 4B. 図4Dは、図4Cの次の製造工程を示す図である。FIG. 4D is a diagram showing the next manufacturing step after FIG. 4C. 図4Eは、図4Dの次の製造工程を示す図である。FIG. 4E is a diagram showing the next manufacturing step after FIG. 4D. 図4Fは、図4Eの次の製造工程を示す図である。FIG. 4F is a view showing the next manufacturing step after FIG. 4E. 図5は、参考例の半導体装置の図解的な平面図である。FIG. 5 is a schematic plan view of a semiconductor device of a reference example. 図6は、本発明の前記半導体装置の図解的な平面図である。FIG. 6 is a schematic plan view of the semiconductor device of the present invention. 図7は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図である。FIG. 7 is a schematic plan view of a semiconductor device according to another embodiment of the present invention. 図8は、図7における切断面線VIII−VIIIから見た断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view taken along section line VIII-VIII in FIG.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る半導体装置1の模式的な平面図である。また、図2は、図1における切断面線II−IIから見た断面図である。
半導体装置1は、n型の半導体基板2と、半導体基板2上に形成されたn型のエピタキシャル層3とを含む。半導体基板2の不純物濃度は、たとえば、5.0×1019cm−3〜5.0×1021cm−3であり、エピタキシャル層3の不純物濃度は、たとえば、5.0×1014cm−3〜2.0×1016cm−3である。n型の不純物としては、たとえば、P(リン),As(砒素)等が挙げられる。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a schematic plan view of a semiconductor device 1 according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along the section line II-II in FIG.
The semiconductor device 1 includes an n + type semiconductor substrate 2 and an n type epitaxial layer 3 formed on the semiconductor substrate 2. The impurity concentration of the semiconductor substrate 2 is, for example, 5.0 × 10 19 cm −3 to 5.0 × 10 21 cm −3 , and the impurity concentration of the epitaxial layer 3 is, for example, 5.0 × 10 14 cm −. 3 to 2.0 × 10 16 cm −3 . Examples of the n-type impurity include P (phosphorus), As (arsenic), and the like.

エピタキシャル層3の表面には、p型ボディ領域4が形成されている。p型ボディ領域4は、エピタキシャル層3の表面から厚さ方向に向けて、1.0μm〜2.0μmの深さに至るまで形成されている。p型ボディ領域4の不純物濃度は、たとえば、5.0×1016cm−3〜1.0×1018cm−3である。p型の不純物としては、たとえば、B(ホウ素)が挙げられる。 A p type body region 4 is formed on the surface of the epitaxial layer 3. The p type body region 4 is formed from the surface of the epitaxial layer 3 to the depth of 1.0 μm to 2.0 μm in the thickness direction. The impurity concentration of p type body region 4 is, for example, 5.0 × 10 16 cm −3 to 1.0 × 10 18 cm −3 . An example of the p-type impurity is B (boron).

エピタキシャル層3には、エピタキシャル層3の表面の法線方向から見た平面視においてストライプ状に形成された複数のゲートトレンチ5と、互いに隣り合う一対のゲートトレンチ5によって区画された、ストライプ状の単位セル6とが形成されている。
ゲートトレンチ5は、エピタキシャル層3の表面を厚さ方向に向けて掘り下げて形成されている。ゲートトレンチ5の側面は、エピタキシャル層3の表面に対してほぼ垂直に形成されている。また、ゲートトレンチ5の底部は、p型ボディ領域4を貫きエピタキシャル層3に至っており、ゲートトレンチ5の側面から丸みを帯びるように形成されている。
The epitaxial layer 3 includes a plurality of gate trenches 5 formed in a stripe shape in a plan view as viewed from the normal direction of the surface of the epitaxial layer 3 and a stripe-like shape defined by a pair of gate trenches 5 adjacent to each other. A unit cell 6 is formed.
The gate trench 5 is formed by digging down the surface of the epitaxial layer 3 in the thickness direction. The side surface of the gate trench 5 is formed substantially perpendicular to the surface of the epitaxial layer 3. The bottom of the gate trench 5 penetrates the p type body region 4 and reaches the epitaxial layer 3, and is formed so as to be rounded from the side surface of the gate trench 5.

ゲートトレンチ5は、後述するように、互いに隣り合う一対のゲートトレンチ5の中心間のピッチDが、2.0μm〜5.0μmに形成されることが好ましく、また、ゲートトレンチ5の幅Wが、0.2μm〜0.8μmに形成されることが好ましい。
ゲートトレンチ5には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が埋め込まれている。ゲート絶縁膜7は、たとえば、ゲートトレンチ5の側面および底部におけるエピタキシャル層3を酸化させて形成したシリコン酸化膜である。また、ゲート電極8は、たとえば、ポリシリコンを含む電極材料からなる。ゲート電極8の表面には、エピタキシャル層3とほぼ面一な表面を有するシリコン酸化膜9が形成されている。
As will be described later, the gate trench 5 is preferably formed such that the pitch D between the centers of a pair of adjacent gate trenches 5 is 2.0 μm to 5.0 μm, and the width W of the gate trench 5 is , And preferably 0.2 μm to 0.8 μm.
A gate electrode 8 is embedded in the gate trench 5 via a gate insulating film 7. The gate insulating film 7 is, for example, a silicon oxide film formed by oxidizing the epitaxial layer 3 on the side and bottom of the gate trench 5. The gate electrode 8 is made of, for example, an electrode material containing polysilicon. On the surface of the gate electrode 8, a silicon oxide film 9 having a surface substantially flush with the epitaxial layer 3 is formed.

単位セル6には、エピタキシャル層3の表面から露出するようにn型ソース領域10と、p型ボディコンタクト領域11とが形成されている。
型ソース領域10は、ゲートトレンチ5と交差する横方向の一方側のみに形成されており、隣り合う単位セル6との間に連続性を持って設けられている。つまり、n型ソース領域10は、全ての単位セル6内において、ゲートトレンチ5と交差する横方向の一方側の側面に接するように形成されており、ゲート絶縁膜7を挟んでゲート電極8と対向している。
In the unit cell 6, an n + type source region 10 and a p + type body contact region 11 are formed so as to be exposed from the surface of the epitaxial layer 3.
The n + -type source region 10 is formed only on one side in the lateral direction intersecting the gate trench 5 and is provided with continuity between the adjacent unit cells 6. That is, the n + -type source region 10 is formed so as to be in contact with one side surface in the lateral direction intersecting the gate trench 5 in all the unit cells 6, and the gate electrode 8 is sandwiched between the gate insulating films 7. Is facing.

型ソース領域10は、互いに隣り合う一対のゲートトレンチ5の間の中央部に至るように、一方側のゲートトレンチ5の側面から他方側のゲートトレンチ5に向けて引き出されている。
型ソース領域10は、一方のゲートトレンチ5側に位置し、ゲート絶縁膜7を挟んでゲート電極8に対向する一方側端部と、他方のゲートトレンチ5側に位置する他方側端部(ゲート絶縁膜7とn型ソース領域10との界面の反対側の端部)とを有している。n型ソース領域10の他方側端部は、他方のゲートトレンチ5の開口端のエッジ部分に位置していてもよい。すなわち、n型ソース領域10は、ゲートトレンチ5の開口端のエッジ部分を起点として、他方側端部から一方側端部に向けて徐々に深くなるように形成されていてもよい。
The n + -type source region 10 is drawn from the side surface of the gate trench 5 on one side toward the gate trench 5 on the other side so as to reach the central portion between a pair of adjacent gate trenches 5.
The n + -type source region 10 is located on the side of one gate trench 5, and has one end facing the gate electrode 8 across the gate insulating film 7 and the other end located on the other gate trench 5 side. (The end on the opposite side of the interface between the gate insulating film 7 and the n + -type source region 10). The other end portion of the n + -type source region 10 may be located at the edge portion of the open end of the other gate trench 5. That is, the n + -type source region 10 may be formed so as to gradually become deeper from the other side end portion toward the one side end portion, starting from the edge portion of the opening end of the gate trench 5.

型ソース領域10の他方側端部は、p型ボディコンタクト領域11に選択的に覆われるように形成されている。n型ソース領域10の底部は、エピタキシャル層3の表面から厚さ方向に向けて0.2μm〜1.0μmの深さに至るまで形成されている。n型ソース領域10の不純物濃度は、たとえば、1.0×1019cm−3〜1.0×1021cm−3である。 The other end portion of n + type source region 10 is formed so as to be selectively covered with p + type body contact region 11. The bottom of n + type source region 10 is formed from the surface of epitaxial layer 3 to a depth of 0.2 μm to 1.0 μm in the thickness direction. The impurity concentration of the n + -type source region 10 is, for example, 1.0 × 10 19 cm −3 to 1.0 × 10 21 cm −3 .

型ソース領域10の下方において、ゲートトレンチ5の側面を形成するp型ボディ領域4がチャネル領域20である。チャネル領域20におけるチャネルの形成は、ゲート電極8により制御される。
型ボディコンタクト領域11は、ゲートトレンチ5と交差する横方向の他方側(n型ソース領域10の反対側)のみに形成されている。p型ボディコンタクト領域11は、ゲートトレンチ5の側面に接するように形成されており、ゲート絶縁膜7を挟んでゲート電極8と対向している。
Below the n + -type source region 10, the p -type body region 4 that forms the side surface of the gate trench 5 is the channel region 20. The formation of the channel in the channel region 20 is controlled by the gate electrode 8.
The p + type body contact region 11 is formed only on the other side in the lateral direction intersecting with the gate trench 5 (the side opposite to the n + type source region 10). The p + type body contact region 11 is formed in contact with the side surface of the gate trench 5 and faces the gate electrode 8 with the gate insulating film 7 interposed therebetween.

型ボディコンタクト領域11のゲート電極8と対向しない側の端部は、n型ソース領域10の端部を選択的に覆うように形成されている。すなわち、隣り合うゲートトレンチ5で挟まれた単位セル6の表面部には、エピタキシャル層3の表面の法線方向から見た平面視において、単位セル6を幅方向に2分割する直線状の境界によって分離されたn型ソース領域10およびp型ボディコンタクト領域11が互いに隣接して形成されている。そして、これらの領域10,11がそれぞれ別々のゲートトレンチ5の側面に露出している。 The end of the p + type body contact region 11 on the side not facing the gate electrode 8 is formed so as to selectively cover the end of the n + type source region 10. That is, on the surface portion of the unit cell 6 sandwiched between adjacent gate trenches 5, a linear boundary that divides the unit cell 6 into two in the width direction in a plan view viewed from the normal direction of the surface of the epitaxial layer 3. N + -type source region 10 and p + -type body contact region 11 separated by ( 1) are formed adjacent to each other. These regions 10 and 11 are exposed at the side surfaces of the separate gate trenches 5.

型ボディコンタクト領域11の底部は、n型ソース領域10の底部よりも深く形成されており、エピタキシャル層3の表面から厚さ方向に向けて0.4μm〜2.0μmの深さに至るまで形成されている。また、p型ボディコンタクト領域11の不純物濃度は、たとえば、1.0×1019cm−3〜5.0×1020cm−3である。
単位セル6におけるエピタキシャル層3上には、n型ソース領域10およびp型ボディコンタクト領域11を接続するソースコンタクト12が形成されている。ソースコンタクト12は、一定の間隔を空けながら、n型ソース領域10およびp型ボディコンタクト領域11の境界(ゲートトレンチ5に平行なストライプ状の境界)を跨ぐように形成されている。ソースコンタクト12は、たとえば、0.6μm〜4.0μmの幅で形成されている。ソースコンタクト12には、図示しない外部配線が接続されている。また、半導体基板2の裏面には、図示しない裏面メタルが接続されている。
The bottom portion of p + type body contact region 11 is formed deeper than the bottom portion of n + type source region 10 and has a depth of 0.4 μm to 2.0 μm from the surface of epitaxial layer 3 in the thickness direction. Is formed. Further, the impurity concentration of the p + type body contact region 11 is, for example, 1.0 × 10 19 cm −3 to 5.0 × 10 20 cm −3 .
On the epitaxial layer 3 in the unit cell 6, a source contact 12 connecting the n + type source region 10 and the p + type body contact region 11 is formed. The source contact 12 is formed so as to straddle the boundary (stripe-shaped boundary parallel to the gate trench 5) between the n + -type source region 10 and the p + -type body contact region 11 with a certain interval. The source contact 12 is formed with a width of 0.6 μm to 4.0 μm, for example. An external wiring (not shown) is connected to the source contact 12. Further, a back surface metal (not shown) is connected to the back surface of the semiconductor substrate 2.

このように、半導体装置1では、ゲートトレンチ5と交差する横方向の一方側のゲートトレンチ5の側面のみにユニポーラトランジスタとしてのMOSFET(電界効果トランジスタ)が形成される。
次に図3を参照して、半導体装置1におけるゲートトレンチ5のピッチDおよび幅Wと、アクティブクランプ耐量Eとの関係について説明する。
As described above, in the semiconductor device 1, a MOSFET (field effect transistor) as a unipolar transistor is formed only on the side surface of the gate trench 5 on one lateral side intersecting the gate trench 5.
Next, the relationship between the pitch D and width W of the gate trench 5 in the semiconductor device 1 and the active clamp tolerance E will be described with reference to FIG.

図3は、半導体装置1とゲートトレンチ5のピッチDとの関係を説明するためのグラフである。図3は、ゲートトレンチ5のピッチDとMOSFETのオン抵抗Ronとの関係を表したグラフGに、ゲートトレンチ5のピッチDとアクティブクランプ耐量Eとの関係を表したグラフG〜Gを追加して示したものである。
図3において、横軸は、ゲートトレンチ5のピッチDを表しており、左側の縦軸は、1/Ronを表しており、右側の縦軸はアクティブクランプ耐量Eを表している。なお、実線で示したグラフGは、ゲートトレンチ5の幅Wが0.6μmのときにおけるグラフであり、一点鎖線で示したグラフGおよびグラフGは、ゲートトレンチ5の幅Wが0.8μmおよび0.2μmのときにおけるグラフである。
FIG. 3 is a graph for explaining the relationship between the semiconductor device 1 and the pitch D of the gate trench 5. FIG. 3 is a graph G 1 showing the relationship between the pitch D of the gate trench 5 and the on-resistance R on of the MOSFET, and graphs G 2 to G showing the relationship between the pitch D of the gate trench 5 and the active clamp tolerance E. 4 is added.
In FIG. 3, the horizontal axis represents the pitch D of the gate trench 5, the left vertical axis represents 1 / R on , and the right vertical axis represents the active clamp tolerance E. The graph G 2 shown in a solid line is a graph of when the width W of the gate trenches 5 is 0.6 .mu.m, the graph G 3, and graph G 4 shown by a chain line, the width W of the gate trenches 5 0 It is a graph in the case of .8 μm and 0.2 μm.

グラフGを参照すれば、ゲートトレンチ5のピッチDの値が増加するにつれて、1/Ronの値が減少している。換言すれば、ゲートトレンチ5のピッチDの値が増加するにつれて、MOSFETのオン抵抗Ronの値が増加している。したがって、良好なオン抵抗Ronの値を得るためには、ゲートトレンチ5のピッチDの値は小さい方が好ましい。
他方、グラフGを参照すれば、ゲートトレンチ5のピッチDの値が増加するにつれて、アクティブクランプ耐量Eの値が増加している。したがって、良好なアクティブクランプ耐量Eの値を得るためには、ゲートトレンチ5のピッチDの値は大きい方が好ましい。
Referring to the graph G 1, as the value of the pitch D of the gate trench 5 is increased, the value of 1 / R on is reduced. In other words, the value of the on-resistance R on of the MOSFET increases as the value of the pitch D of the gate trench 5 increases. Therefore, in order to obtain a good value of the on-resistance R on , it is preferable that the value of the pitch D of the gate trench 5 is small.
On the other hand, referring to graph G 2, as the value of the pitch D of the gate trench 5 is increased, the value of the active clamp capability E is increasing. Therefore, in order to obtain a good value of the active clamp tolerance E, it is preferable that the value of the pitch D of the gate trench 5 is large.

これらの関係から、良好なオン抵抗Ronの値およびアクティブクランプ耐量Eの値を得るためには、グラフGおよびグラフG〜Gが交差する点におけるゲートトレンチ5のピッチDを求めればよいことが分かる。
グラフGとグラフG〜Gとが交差する点におけるゲートトレンチ5のピッチDの値を、それぞれD,DおよびDとすれば、Dは2.0μmであり、Dは3.0μmであり、Dは5.0μmであった。
From these relationships, in order to obtain a good value of the on-resistance R on and a value of the active clamp tolerance E, the pitch D of the gate trench 5 at the point where the graph G 1 and the graphs G 2 to G 4 intersect can be obtained. I know it ’s good.
The value of the pitch D of the gate trench 5 at a point where the graph G 1 and Graph G 2 ~G 4 intersect, if D 1, D 2 and D 3, respectively, D 1 is 2.0 .mu.m, D 2 Was 3.0 μm and D 3 was 5.0 μm.

このようにして、各グラフの特性に基づきオン抵抗Ronの値の増加を抑制しながらも、良好なアクティブクランプ耐量Eの値を得ることのできるゲートトレンチ5のピッチDおよび幅Wを定めることができる。ただし、トレンチ幅(ゲートトレンチ5の幅W)は、加工精度上の制約から決められることが多い。
次に、図4A〜図4Fを参照して、半導体装置1の製造工程について説明する。図4A〜図4Fは、本発明の半導体装置1の製造工程の一例を説明するための断面図である。
In this manner, the pitch D and the width W of the gate trench 5 that can obtain a good value of the active clamp resistance E while suppressing an increase in the value of the on-resistance R on based on the characteristics of each graph are determined. Can do. However, the trench width (the width W of the gate trench 5) is often determined due to restrictions on processing accuracy.
Next, a manufacturing process of the semiconductor device 1 will be described with reference to FIGS. 4A to 4F. 4A to 4F are cross-sectional views for explaining an example of the manufacturing process of the semiconductor device 1 of the present invention.

半導体装置1を製造するには、図4Aに示すように、たとえば、シリコン基板である半導体基板2が用意される。次に、半導体基板2のシリコンがエピタキシャル成長されてエピタキシャル層3が形成される。次に、p型ボディ領域4を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク(図示せず)が形成される。そして、当該イオン注入マスクを介してp型の不純物イオンが注入される。これにより、エピタキシャル層3の表面にp型ボディ領域4が形成される。p型ボディ領域4が形成された後、イオン注入マスクは除去される。 In order to manufacture the semiconductor device 1, as shown in FIG. 4A, for example, a semiconductor substrate 2 which is a silicon substrate is prepared. Next, the silicon of the semiconductor substrate 2 is epitaxially grown to form the epitaxial layer 3. Next, an ion implantation mask (not shown) having an opening selectively in a region where p type body region 4 is to be formed is formed. Then, p-type impurity ions are implanted through the ion implantation mask. Thereby, p type body region 4 is formed on the surface of epitaxial layer 3. After the p type body region 4 is formed, the ion implantation mask is removed.

次に図4Bに示すように、エピタキシャル層3上にストライプ状のゲートトレンチ5を形成すべき領域に選択的に開口を有するハードマスク13が形成される。そして、ハードマスク13を介してエピタキシャル層3にエッチング処理を施される。これにより、ストライプ状に形成された複数のゲートトレンチ5と、互いに隣り合う一対のゲートトレンチ5によって区画された、ストライプ状の単位セル6とが形成される。ゲートトレンチ5が形成された後、ハードマスク13は、除去される。   Next, as shown in FIG. 4B, a hard mask 13 having an opening selectively in a region where the stripe-shaped gate trench 5 is to be formed is formed on the epitaxial layer 3. Then, the epitaxial layer 3 is etched through the hard mask 13. As a result, a plurality of gate trenches 5 formed in a stripe shape and a stripe-shaped unit cell 6 defined by a pair of adjacent gate trenches 5 are formed. After the gate trench 5 is formed, the hard mask 13 is removed.

次に、図4Cに示すように、ゲートトレンチ5の側面および底部を含むエピタキシャル層3の表面に熱酸化処理が施されて酸化シリコンを含むゲート絶縁膜7が形成される。次に、ゲートトレンチ5を埋め戻して、エピタキシャル層3を覆うようにゲート電極8用の電極材料が堆積されて電極材料層14が形成される。電極材料層14は、たとえば、CVD法によりポリシリコンを堆積させて形成することができる。   Next, as shown in FIG. 4C, the surface of the epitaxial layer 3 including the side surface and the bottom of the gate trench 5 is subjected to a thermal oxidation process to form a gate insulating film 7 containing silicon oxide. Next, the gate trench 5 is refilled, and an electrode material for the gate electrode 8 is deposited so as to cover the epitaxial layer 3 to form an electrode material layer 14. The electrode material layer 14 can be formed by depositing polysilicon by a CVD method, for example.

次に、図4Dに示すように、ゲートトレンチ5外の領域に形成された電極材料層14およびゲート絶縁膜7の不要な部分が、たとえば、エッチング処理によって除去される。このとき、ゲート電極8の表面は、エピタキシャル層3の表面よりも深いところに位置するようにエッチングされる。この後、熱酸化工程を経ることにより、ゲート電極8の表面にエピタキシャル層3とほぼ面一な表面を有するシリコン酸化膜9が形成される。   Next, as shown in FIG. 4D, unnecessary portions of the electrode material layer 14 and the gate insulating film 7 formed in the region outside the gate trench 5 are removed by, for example, an etching process. At this time, the surface of the gate electrode 8 is etched so as to be located deeper than the surface of the epitaxial layer 3. Thereafter, through a thermal oxidation process, a silicon oxide film 9 having a surface substantially flush with the epitaxial layer 3 is formed on the surface of the gate electrode 8.

次に、図4Eに示すように、p型ボディコンタクト領域11を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク15が形成される。そして、イオン注入マスク15を介してp型の不純物イオンがエピタキシャル層3に注入されてp型ボディコンタクト領域11が形成される。p型ボディコンタクト領域11が形成された後、イオン注入マスク15は、除去される。 Next, as shown in FIG. 4E, an ion implantation mask 15 having an opening selectively in a region where the p + -type body contact region 11 is to be formed is formed. Then, p type impurity ions are implanted into the epitaxial layer 3 through the ion implantation mask 15 to form the p + type body contact region 11. After the p + type body contact region 11 is formed, the ion implantation mask 15 is removed.

次に、図4Fに示すように、n型ソース領域10を形成すべき領域に選択的に開口を有するイオン注入マスク16が形成される。そして、イオン注入マスク16を介してn型の不純物イオンがエピタキシャル層3に注入されてn型ソース領域10が形成される。n型ソース領域10が形成された後、イオン注入マスク16は、除去される。
次に、単位セル6におけるエピタキシャル層3上に、n型ソース領域10およびp型ボディコンタクト領域11の境界を跨ぐようにソースコンタクト12が形成される。次に、図示しない外部配線および裏面メタルがソースコンタクト12および半導体基板2の裏面に接続される。以上の工程を経て、図1および図2に示した半導体装置1が製造される。
Next, as shown in FIG. 4F, an ion implantation mask 16 having an opening selectively in a region where the n + -type source region 10 is to be formed is formed. Then, n-type impurity ions are implanted into the epitaxial layer 3 through the ion implantation mask 16 to form the n + -type source region 10. After the n + type source region 10 is formed, the ion implantation mask 16 is removed.
Next, source contact 12 is formed on epitaxial layer 3 in unit cell 6 so as to straddle the boundary between n + type source region 10 and p + type body contact region 11. Next, external wiring and back surface metal (not shown) are connected to the source contact 12 and the back surface of the semiconductor substrate 2. Through the above steps, the semiconductor device 1 shown in FIGS. 1 and 2 is manufactured.

次に、図5および図6を参照してゲートトレンチ5のピッチDと単位面積当たりのチャネル幅との関係について、より具体的に説明する。
図5は、参考例の半導体装置17の図解的な平面図である。また、図6は、本発明の半導体装置1の図解的な平面図である。図5および図6では、半導体装置1,17に形成された単位面積当たりのMOSFETを回路記号を用いて示した図である。
Next, the relationship between the pitch D of the gate trench 5 and the channel width per unit area will be described more specifically with reference to FIGS.
FIG. 5 is a schematic plan view of the semiconductor device 17 of the reference example. FIG. 6 is a schematic plan view of the semiconductor device 1 of the present invention. 5 and 6 are diagrams showing MOSFETs per unit area formed in the semiconductor devices 1 and 17 using circuit symbols.

図5を参照すれば、参考例の半導体装置17では、単位面積当たり5本のゲートトレンチ18が形成されており、ゲートトレンチ18を挟んで相対するチャネル領域19(MOSFET)が形成されている。すなわち、参考例の半導体装置17では、チャネル領域19が単位面積当たり合計10本形成されている。
ゲートトレンチ18のピッチDは、たとえば、4.0μmである。また、チャネル領域19の一つ当たりにおけるチャネル幅Wは、たとえば、1000μmである。したがって、参考例の半導体装置17では、合計10本のチャネル領域19が形成されているので、単位面積当たりのチャネル幅は、10000μmとなる。
Referring to FIG. 5, in the semiconductor device 17 of the reference example, five gate trenches 18 are formed per unit area, and opposing channel regions 19 (MOSFETs) are formed with the gate trench 18 interposed therebetween. That is, in the semiconductor device 17 of the reference example, a total of ten channel regions 19 are formed per unit area.
Pitch D 5 of the gate trench 18 is, for example, 4.0 .mu.m. The channel width W 2 in per one channel region 19 is, for example, 1000 .mu.m. Accordingly, in the semiconductor device 17 of the reference example, since ten channel regions 19 are formed in total, the channel width per unit area is 10000 μm.

これに対して、本発明の半導体装置1では、図6で示している通り、単位面積当たり8本のゲートトレンチ5が形成されており、各ゲートトレンチ5の一方側の側面(単位セル6において横方向の同じ側)にチャネル領域20(MOSFET)が形成されている。すなわち、本発明の半導体装置1では、チャネル領域20が単位面積当たり合計8本形成されている。   In contrast, in the semiconductor device 1 of the present invention, as shown in FIG. 6, eight gate trenches 5 are formed per unit area, and one side surface of each gate trench 5 (in the unit cell 6). A channel region 20 (MOSFET) is formed on the same side in the horizontal direction. That is, in the semiconductor device 1 of the present invention, a total of eight channel regions 20 are formed per unit area.

本発明の半導体装置1によれば、参考例の半導体装置17と異なり、ゲートトレンチ5の一方側の側面にn型ソース領域10を形成すればよく、ゲートトレンチ5の他方側の側面にn型ソース領域10を形成する必要がないので、n型ソース領域10を形成しない領域の分だけゲートトレンチ5のピッチDを狭めることができる。
これにより、半導体装置1におけるゲートトレンチ5のピッチDを、たとえば、参考例の半導体装置17におけるゲートトレンチ18のピッチDの60%程度である2.5μmと設定することができ、単位面積当たりのゲートトレンチ5の数を、参考例の半導体装置17よりも多い、8本に増加させることができる。チャネル領域20の一つ当たりのチャネル幅Wは、参考例の半導体装置17と同様に、1000μmである。したがって、本発明の半導体装置1では、合計8本のチャネル領域20が形成されているので、単位面積当たりのチャネル幅は、参考例の半導体装置17におけるゲートトレンチ18のチャネル幅の80%程度である8000μmとなる。
According to the semiconductor device 1 of the present invention, unlike the semiconductor device 17 of the reference example, the n + -type source region 10 may be formed on one side surface of the gate trench 5, and the n side surface on the other side surface of the gate trench 5 is n. since + is not necessary to form a source region 10, it can be narrowed by an amount pitch D of the gate trench 5 in the area not forming the n + -type source region 10.
Thereby, the pitch D of the gate trench 5 in the semiconductor device 1 can be set to, for example, 2.5 μm, which is about 60% of the pitch D 5 of the gate trench 18 in the semiconductor device 17 of the reference example. The number of the gate trenches 5 can be increased to eight, which is larger than that of the semiconductor device 17 of the reference example. The channel width W 3 per channel region 20 is 1000 μm, like the semiconductor device 17 of the reference example. Therefore, since a total of eight channel regions 20 are formed in the semiconductor device 1 of the present invention, the channel width per unit area is about 80% of the channel width of the gate trench 18 in the semiconductor device 17 of the reference example. It becomes a certain 8000 μm.

以上のように、半導体装置1によれば、ゲートトレンチ5と交差する横方向の一方側のみにしかチャネル領域20が形成されないので、参考例の半導体装置17と異なり、ゲートトレンチ5を挟んで相対するチャネル領域20(MOSFET)は形成されない。これにより、各単位セル6のチャネル領域20における発熱が隣りの単位セル6に影響を与えることを効果的に抑制することができる。その結果、ゲートトレンチ5の一方側の側面および他方側の側面における過渡的かつ局所的な発熱を効果的に抑制することができる。   As described above, according to the semiconductor device 1, the channel region 20 is formed only on one side in the lateral direction intersecting with the gate trench 5, and therefore, unlike the semiconductor device 17 of the reference example, The channel region 20 (MOSFET) to be formed is not formed. Thereby, it can suppress effectively that the heat_generation | fever in the channel area | region 20 of each unit cell 6 influences the adjacent unit cell 6. FIG. As a result, transient and local heat generation on one side surface and the other side surface of the gate trench 5 can be effectively suppressed.

また、半導体装置1の構成によれば、単位面積当たりのチャネル幅は、参考例の半導体装置17の構成と比較して80%程度になるものの、各単位セル6のチャネル領域20における発熱が隣りの単位セル6に影響を与えることを効果的に抑制することができるので、アクティブクランプ耐量Eを参考例の半導体装置17と比較して2倍〜5倍程度まで向上させることができる。その結果、アクティブクランプ動作で求められる極めて広い安全動作領域を得ることができるため、優れたアクティブクランプ耐量Eを確保することができる。   Further, according to the configuration of the semiconductor device 1, the channel width per unit area is about 80% as compared with the configuration of the semiconductor device 17 of the reference example, but the heat generation in the channel region 20 of each unit cell 6 is adjacent. Therefore, the active clamp tolerance E can be improved to about 2 to 5 times that of the semiconductor device 17 of the reference example. As a result, it is possible to obtain an extremely wide safe operation region required for the active clamp operation, and thus it is possible to ensure an excellent active clamp tolerance E.

また、半導体装置1の構成によれば、全ての単位セル6にn型ソース領域10を設けてチャネル領域20を形成することができるので、限られたMOSFETの形成領域を有効活用することができる。その結果、単位面積当たりのチャネル幅を効果的に増加させることができ、MOSFETのオン抵抗Ronの増加を効果的に抑制することができる。
さらに、ゲートトレンチ5の幅Wを0.2μm〜0.8μmと設定することにより、単純にトレンチ幅を拡大してアクティブクランプ耐量を稼ぐ場合に比べて、ゲートトレンチ5の底部における寄生容量の増加も効果的に抑制することができる。
Further, according to the configuration of the semiconductor device 1, since the channel region 20 can be formed by providing the n + type source region 10 in all the unit cells 6, it is possible to effectively utilize the limited MOSFET formation region. it can. As a result, the channel width per unit area can be effectively increased, and an increase in the on-resistance R on of the MOSFET can be effectively suppressed.
Furthermore, by setting the width W of the gate trench 5 to 0.2 μm to 0.8 μm, the parasitic capacitance at the bottom of the gate trench 5 is increased as compared with the case where the trench width is simply expanded to increase the active clamp tolerance. Can also be effectively suppressed.

次に、図7および図8を参照して、本発明の他の実施形態に係る半導体装置21について説明する。
図7は、本発明の他の実施形態に係る半導体装置21の模式的な平面図である。また、図8は、図7における切断面線VIII−VIIIから見た断面図である。図7および図8において、前述の図1および図2に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して、説明を省略する。
Next, a semiconductor device 21 according to another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 7 is a schematic plan view of a semiconductor device 21 according to another embodiment of the present invention. FIG. 8 is a cross-sectional view taken along section line VIII-VIII in FIG. 7 and 8, parts corresponding to those shown in FIGS. 1 and 2 described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.

半導体装置21における単位セル6には、エピタキシャル層3の表面から露出するようにn型ソース領域22と、p型ボディコンタクト領域23とが形成されている。
型ソース領域22は、エピタキシャル層3の表面を法線方向から見た平面視において、p型ボディコンタクト領域23との境界の一部がゲートトレンチ5と交差する横方向に沿って形成されるように、当該横方向に突出した領域24を選択的に有している。
In the unit cell 6 of the semiconductor device 21, an n + type source region 22 and a p + type body contact region 23 are formed so as to be exposed from the surface of the epitaxial layer 3.
The n + type source region 22 is formed along a lateral direction in which a part of the boundary with the p + type body contact region 23 intersects with the gate trench 5 in a plan view of the surface of the epitaxial layer 3 viewed from the normal direction. As shown, the region 24 protruding in the lateral direction is selectively provided.

換言すると、p型ボディコンタクト領域23は、n型ソース領域22との境界の一部がゲートトレンチ5と交差する横方向に沿って形成されるように、n型ソース領域22の突出した領域24とは反対の横方向に突出した領域26を有している。そして、n型ソース領域22の突出した領域24およびp型ボディコンタクト領域23の突出した領域26は、互いに挟み込むように形成されている。 In other words, the p + -type body contact region 23 protrudes from the n + -type source region 22 so that a part of the boundary with the n + -type source region 22 is formed along the lateral direction intersecting the gate trench 5. A region 26 protruding in the lateral direction opposite to the region 24 is provided. The protruding region 24 of the n + -type source region 22 and the protruding region 26 of the p + -type body contact region 23 are formed so as to be sandwiched between each other.

型ボディコンタクト領域23の突出した領域26は、当該横方向と直交する方向に向かって、n型ソース領域22の突出した領域24よりも長く形成されている。
単位セル6におけるエピタキシャル層3上には、n型ソース領域22とp型ボディコンタクト領域23とを接続するソースコンタクト25が形成されている。
ソースコンタクト25は、n型ソース領域22の突出した領域24を覆い、互いに隣り合うp型ボディコンタクト領域23の突出した領域26に跨るように形成されている。ソースコンタクト25は、前述の一実施形態に係る半導体装置1のソースコンタクト12よりも細く形成されている。ソースコンタクト25の幅は、たとえば、0.15μm〜0.6μmである。
The protruding region 26 of the p + -type body contact region 23 is formed longer than the protruding region 24 of the n + -type source region 22 in the direction orthogonal to the lateral direction.
On the epitaxial layer 3 in the unit cell 6, a source contact 25 that connects the n + type source region 22 and the p + type body contact region 23 is formed.
The source contact 25 is formed so as to cover the protruding region 24 of the n + -type source region 22 and straddle the protruding region 26 of the adjacent p + -type body contact regions 23. The source contact 25 is formed narrower than the source contact 12 of the semiconductor device 1 according to the above-described embodiment. The width of the source contact 25 is, for example, 0.15 μm to 0.6 μm.

その他の構成は、前述の一実施形態に係る半導体装置1の構成と同様であるので、説明を省略する。
以上のように、本発明の他の実施形態によれば、半導体装置21の製造工程時においてソースコンタクト25がn型ソース領域22側またはp型ボディコンタクト領域23側に偏って配置される等の横方向のアライメントずれが発生したとしても、ソースコンタクト25を、n型ソース領域22の突出した領域を覆うように、かつ、p型ボディコンタクト領域23に跨るように形成することができる。その結果、n型ソース領域22およびp型ボディコンタクト領域23の良好な接続を確保できる半導体装置21を提供することができる。
Since other configurations are the same as the configuration of the semiconductor device 1 according to the above-described embodiment, the description thereof is omitted.
As described above, according to another embodiment of the present invention, the source contact 25 is biased toward the n + type source region 22 side or the p + type body contact region 23 side during the manufacturing process of the semiconductor device 21. The source contact 25 may be formed so as to cover the protruding region of the n + -type source region 22 and straddle the p + -type body contact region 23 even if a lateral misalignment such as the above occurs. it can. As a result, it is possible to provide the semiconductor device 21 that can ensure good connection between the n + -type source region 22 and the p + -type body contact region 23.

この半導体装置21は、半導体装置1に比べてゲートピッチをより詰めることができ、Ronを低減する方向に調整したい場合に有用である。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の一実施形態および他の実施形態では、p型ボディコンタクト領域11,23がn型ソース領域10,22と隣接するように形成された構成について説明したが、p型ボディコンタクト領域11,23が形成されていない構成であってもよい。このような構成であっても、n型ソース領域10,22の下方において、ゲートトレンチ5の側面を形成するp型ボディ領域4がチャネル領域20となるので、ゲートトレンチ5の一方側の側面だけにチャネル領域20(MOSFET)を形成することができる。
The semiconductor device 21 can be packed more gate pitch than that of the semiconductor device 1, which is useful if you want to adjust the direction of reducing R on.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, in one embodiment and other embodiments described above, although the p + -type body contact region 11, 23 has been described formed configuration so as to be adjacent to the n + -type source regions 10, 22, p + -type body A configuration in which the contact regions 11 and 23 are not formed may be employed. Even in such a configuration, the p type body region 4 that forms the side surface of the gate trench 5 below the n + type source regions 10 and 22 becomes the channel region 20, so The channel region 20 (MOSFET) can be formed only on the side surface.

なお、この際において、n型ソース領域10,22のゲート電極8と対向しない側の端部(つまり、ゲート絶縁膜7とn型ソース領域10,22との界面と反対側の端部)は、隣接するゲートトレンチ5の開口端のエッジ部分に位置していてもよい。すなわち、n型ソース領域10,22は、当該開口端のエッジ部分を起点として、ゲート電極8と対向する側に向けて徐々に深くなるように形成されている構成であってもよい。さらに、このような構成の下で、n型ソース領域10,22と接するようにp型ボディコンタクト領域11,23が形成されていてもよい。 Incidentally, in this case, the end portion on the side not facing the gate electrode 8 of the n + -type source regions 10 and 22 (i.e., the interface between opposite end portions of the gate insulating film 7 and the n + -type source regions 10 and 22 ) May be located at the edge portion of the open end of the adjacent gate trench 5. That is, the n + -type source regions 10 and 22 may be formed so as to gradually become deeper from the edge portion of the opening end toward the side facing the gate electrode 8. Further, under such a configuration, p + type body contact regions 11 and 23 may be formed so as to be in contact with n + type source regions 10 and 22.

また、前述の一実施形態および他の実施形態では、n型ソース領域10,22のゲート電極8と対向する側と反対側の端部がp型ボディコンタクト領域11,23に覆われている構成について説明したが、n型ソース領域10,22の当該端部は、p型ボディコンタクト領域11,23と接するように形成されていてもよい。また、n型ソース領域10,22とp型ボディコンタクト領域11,23とは、同一の深さで形成されていてもよい。 In the above-described embodiment and other embodiments, the ends of the n + type source regions 10 and 22 opposite to the side facing the gate electrode 8 are covered with the p + type body contact regions 11 and 23. However, the end portions of the n + type source regions 10 and 22 may be formed in contact with the p + type body contact regions 11 and 23. Further, the n + type source regions 10 and 22 and the p + type body contact regions 11 and 23 may be formed with the same depth.

また、前述の一実施形態および他の実施形態において、ストライプ状のゲートトレンチ5は、ゲートトレンチ5のピッチDが2.0μm〜5.0μmの範囲において、ほぼ等しい間隔を空けて形成されていてもよい。この場合、単位面積当たりのチャネル幅をより精確に調整することができる。
また、前述の一実施形態および他の実施形態において、ゲートトレンチ5の底部が側面から丸みを帯びるように形成されている構成について説明したが、ゲートトレンチ5の底部がエピタキシャル層3の表面と平行になるように形成された構成であってもよい。
In the above-described one embodiment and other embodiments, the striped gate trenches 5 are formed at substantially equal intervals when the pitch D of the gate trenches 5 is in the range of 2.0 μm to 5.0 μm. Also good. In this case, the channel width per unit area can be adjusted more accurately.
In the above-described embodiment and other embodiments, the configuration in which the bottom of the gate trench 5 is formed to be rounded from the side surface has been described. However, the bottom of the gate trench 5 is parallel to the surface of the epitaxial layer 3. The structure formed so that it may become.

また、前述の一実施形態および他の実施形態において、エピタキシャル層3の表面に対してほぼ垂直な側面を有するゲートトレンチ5について説明したが、エピタキシャル層3の表面から厚さ方向に向かうにつれて開口幅が徐々に狭まるテーパ型のゲートトレンチが形成されていてもよい。
また、前述の一実施形態および他の実施形態において、n型の半導体基板2が形成されている構成について説明したが、導電型を反転させたp型の半導体基板2が形成された構成であってもよい。この場合、他の不純物領域等の導電型も反転された構成となる。
In the above-described embodiment and other embodiments, the gate trench 5 having a side surface substantially perpendicular to the surface of the epitaxial layer 3 has been described. However, the opening width increases from the surface of the epitaxial layer 3 in the thickness direction. A taper type gate trench that gradually narrows may be formed.
In the above-described embodiment and other embodiments, the configuration in which the n + type semiconductor substrate 2 is formed has been described. However, the configuration in which the p + type semiconductor substrate 2 in which the conductivity type is inverted is formed. It may be. In this case, the conductivity type of other impurity regions is inverted.

その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。この明細書および図面から抽出される特徴の例を以下に示す。
[項1]ユニポーラトランジスタとしての電界効果トランジスタを備えた半導体装置であって、複数のゲートトレンチがストライプ状に形成された第1導電型の半導体層と、ゲート絶縁膜を介して前記ゲートトレンチに埋め込まれたゲート電極と、それぞれが互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチの間に区画され、ストライプ状に配列された複数の単位セルと、各前記単位セルにおいて、前記半導体層の表面から露出し、前記ゲートトレンチと交差する横方向に関して互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチのうちの一方側の前記ゲートトレンチの一方側の側面のみに沿うように形成され、一方側の前記ゲートトレンチにおいて前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向する第1導電型のソース領域と、前記半導体層における前記ソース領域の下方の領域において前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向する第2導電型のボディ領域と、を含む、半導体装置。
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims. Examples of features extracted from this specification and drawings are shown below.
[Item 1] A semiconductor device including a field effect transistor as a unipolar transistor, wherein a first conductive type semiconductor layer in which a plurality of gate trenches are formed in a stripe shape, and the gate trench via a gate insulating film A plurality of unit cells, which are partitioned between a pair of gate trenches adjacent to each other, and arranged in a stripe shape, and are exposed from the surface of the semiconductor layer in each of the unit cells; The gate insulating film is formed along only one side surface of the gate trench on one side of the pair of gate trenches adjacent to each other in the lateral direction intersecting the gate trench, and the gate insulating film in the gate trench on one side A source region of a first conductivity type facing the gate electrode across the substrate, and a front region in the semiconductor layer In the region below the source region is formed in contact with the source region, and a second conductivity type body region facing the gate electrode across the gate insulating film, the semiconductor device.

この構成によれば、ゲートトレンチを挟んで相対するチャネルを完全になくすか、減らすことができる。また、ゲートトレンチのピッチ、つまり、単位セルの幅が2μm〜5μmなので、各単位セルのチャネルにおける熱が隣の単位セルに与える影響が比較的少ない。そのため、チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を抑制することができる。その結果、アクティブクランプ動作で求められる極めて広い安全動作領域を得ることができるため、優れたアクティブクランプ耐量を確保することができる。   According to this configuration, it is possible to completely eliminate or reduce the channels facing each other across the gate trench. Further, since the pitch of the gate trench, that is, the width of the unit cell is 2 μm to 5 μm, the influence of heat in the channel of each unit cell on the adjacent unit cell is relatively small. Therefore, transient and local heat generation in the channel can be suppressed. As a result, it is possible to obtain an extremely wide safe operation region required for the active clamp operation, and thus it is possible to ensure an excellent active clamp tolerance.

さらに、この構成によれば、従来の半導体装置の構成と異なりゲートトレンチの両側面にソース領域を形成する必要がなく、ソース領域をゲートトレンチと交差する横方向の一方側のみに形成すればよい。これにより、ゲートトレンチのピッチを狭めることができるので、単位面積当たりのチャネル幅を確保することができる。その結果、MOSFETのオン抵抗が増加することを抑制することができる。   Furthermore, according to this configuration, unlike the configuration of the conventional semiconductor device, it is not necessary to form source regions on both side surfaces of the gate trench, and the source region may be formed only on one side in the lateral direction intersecting the gate trench. . As a result, the pitch of the gate trenches can be reduced, so that the channel width per unit area can be ensured. As a result, an increase in the on-resistance of the MOSFET can be suppressed.

また、この構成によれば、半導体装置の製造工程時においてソースコンタクトがソース領域側またはボディ領域側に偏って配置される等の横方向のアライメントずれが発生したとしても、ソースコンタクトを、ソース領域の突出した領域を覆うように、かつ、ボディコンタクト領域に跨るように形成することができる。その結果、ソース領域およびボディコンタクト領域の良好な接続を確保できる半導体装置を提供することができる。   Further, according to this configuration, even if a lateral alignment shift occurs such that the source contact is biased toward the source region side or the body region side during the manufacturing process of the semiconductor device, the source contact It can be formed so as to cover the protruding region and to straddle the body contact region. As a result, it is possible to provide a semiconductor device that can ensure good connection between the source region and the body contact region.

なお、ソース領域のゲート電極と対向しない側の端部(つまり、ゲート絶縁膜とソース領域との界面と反対側の端部)は、隣接するゲートトレンチの開口端のエッジ部分に位置していてもよい。すなわち、ソース領域は、当該開口端のエッジ部分を起点として、ゲート電極と対向する側に向けて徐々に深くなるように形成されていてもよい。
この構成によれば、ゲートトレンチを挟んで相対するチャネルは形成されないので、チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を効果的に抑制することができる。
Note that the end of the source region that does not face the gate electrode (that is, the end opposite to the interface between the gate insulating film and the source region) is located at the edge of the opening end of the adjacent gate trench. Also good. That is, the source region may be formed so as to gradually deepen from the edge portion of the opening end toward the side facing the gate electrode.
According to this configuration, since no opposing channel is formed across the gate trench, transient and local heat generation in the channel can be effectively suppressed.

[項2]前記ソース領域は、隣り合う前記単位セルとの間に連続性を持って設けられている、項1に記載の半導体装置。
チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を抑制する手段としては、前述のようにゲートトレンチの幅を広げる方法の他、たとえば、ソース領域をストライプ状の単位セルの一つ置きに形成する方法が考えられる。すなわち、選択した単位セルからソース領域を完全に間引くことによって、当該単位セルにはチャネルが形成されないようにし、これにより、ゲートトレンチを挟んで相対するチャネル領域をなくすものである。
[Item 2] The semiconductor device according to Item 1, wherein the source region is provided with continuity between adjacent unit cells.
As a means for suppressing transient and local heat generation in the channel, in addition to the method of increasing the width of the gate trench as described above, for example, a method of forming source regions every other unit cell in a stripe shape is considered. It is done. That is, by completely decimating the source region from the selected unit cell, a channel is not formed in the unit cell, thereby eliminating the opposing channel region across the gate trench.

しかし、この方法では、チャネルが全く形成されない単位セルが一つ置きに存在することになり、限られたMOSFETの形成領域を有効活用できているとは言えない。また、他の面から見れば、単にゲートトレンチの幅を単位セル一本分広げたのと同じことであり、その結果、ゲートトレンチの幅を広げる方法と同じオン抵抗の増加の問題が発生する。
これに対して、項2に係る半導体装置では、チャネルにおける過渡的かつ局所的な発熱を抑制することができるので、全ての単位セルに連続性を持たせてソース領域を設けることができる。これにより、全ての単位セルにチャネルを形成できるので、限られたMOSFETの形成領域を有効活用することができる。その結果、単位面積当たりのチャネル幅を効果的に増加させることができ、MOSFETのオン抵抗の増加を効果的に抑制することができる。
However, in this method, every other unit cell in which no channel is formed is present, and it cannot be said that the limited MOSFET formation region can be effectively utilized. In other respects, it is the same as simply increasing the width of the gate trench by one unit cell, and as a result, the same problem of increasing on-resistance as the method of increasing the width of the gate trench occurs. .
On the other hand, in the semiconductor device according to item 2, since transient and local heat generation in the channel can be suppressed, the source region can be provided with continuity in all unit cells. Thereby, since a channel can be formed in all the unit cells, the limited MOSFET formation region can be effectively utilized. As a result, the channel width per unit area can be effectively increased, and an increase in on-resistance of the MOSFET can be effectively suppressed.

[項3]前記ゲートトレンチの幅は、0.2μm〜0.8μmである、項1または2に記載の半導体装置。
この構成によれば、ゲートトレンチの寄生容量が増加することを効果的に抑制することができる。
[Item 3] The semiconductor device according to Item 1 or 2, wherein a width of the gate trench is 0.2 μm to 0.8 μm.
According to this configuration, an increase in the parasitic capacitance of the gate trench can be effectively suppressed.

1 半導体装置
3 エピタキシャル層
4 p型ボディ領域
5 ゲートトレンチ
6 単位セル
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
10 n型ソース領域
11 p型ボディコンタクト領域
12 ソースコンタクト
20 チャネル領域
21 半導体装置
22 n型ソース領域
23 p型ボディコンタクト領域
24 突出した領域
25 ソースコンタクト
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 3 Epitaxial layer 4 p - type body region 5 Gate trench 6 Unit cell 7 Gate insulating film 8 Gate electrode 10 n + type source region 11 p + type body contact region 12 Source contact 20 Channel region 21 Semiconductor device 22 n + Type source region 23 p + type body contact region 24 protruding region 25 source contact

Claims (10)

ユニポーラトランジスタとしての電界効果トランジスタを備えた半導体装置であって、
複数のゲートトレンチがストライプ状に形成された第1導電型の半導体層と、
ゲート絶縁膜を介して各前記ゲートトレンチに埋め込まれたゲート電極と、
それぞれが互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチの間に区画され、ストライプ状に配列された複数の単位セルと、
各前記単位セルにおいて、前記半導体層の表面から露出し、前記ゲートトレンチと交差する横方向に関して互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチのうちの一方側の前記ゲートトレンチの一方側の側面のみに沿うように形成され、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向する第1導電型のソース領域と、
前記半導体層における前記ソース領域の下方の領域において前記ソース領域に接するように形成され、前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向し、前記電界効果トランジスタのチャネルを形成する第2導電型のボディ領域と、を含む、半導体装置。
A semiconductor device including a field effect transistor as a unipolar transistor,
A semiconductor layer of a first conductivity type in which a plurality of gate trenches are formed in stripes;
A gate electrode embedded in each of the gate trenches via a gate insulating film;
A plurality of unit cells, each partitioned between a pair of adjacent gate trenches and arranged in a stripe pattern;
In each unit cell, it is exposed from the surface of the semiconductor layer and extends along only one side surface of the gate trench on one side of the pair of gate trenches adjacent to each other in the lateral direction intersecting the gate trench. A first conductivity type source region facing the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween,
A second conductivity type formed in a region below the source region in the semiconductor layer so as to be in contact with the source region, facing the gate electrode with the gate insulating film interposed therebetween, and forming a channel of the field effect transistor; A semiconductor device including a body region.
前記ソース領域は、互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチの間の中央部に至るように、一方側の前記ゲートトレンチの側面から他方側の前記ゲートトレンチに向けて引き出されている、請求項1に記載の半導体装置。   The source region is drawn from a side surface of the gate trench on one side toward the gate trench on the other side so as to reach a central portion between a pair of adjacent gate trenches. The semiconductor device described. 前記ソース領域は、隣り合う前記単位セルとの間に連続性を持って設けられている、請求項1または2に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the source region is provided with continuity between adjacent unit cells. 各前記単位セルにおいて、前記半導体層の表面から露出し、前記ソース領域に隣接し、前記横方向に関して互いに隣り合う一対の前記ゲートトレンチのうちの他方側の前記ゲートトレンチの他方側の側面のみに沿うように形成され、他方側の前記ゲートトレンチにおいて前記ゲート絶縁膜を挟んで前記ゲート電極と対向する第2導電型のボディコンタクト領域をさらに含む、請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。   In each of the unit cells, it is exposed from the surface of the semiconductor layer, adjacent to the source region, and only on the other side surface of the gate trench on the other side of the pair of gate trenches adjacent to each other in the lateral direction. 4. The device according to claim 1, further comprising a second-conductivity-type body contact region that is formed along the other side and faces the gate electrode across the gate insulating film in the gate trench on the other side. Semiconductor device. 前記ボディ領域は、前記半導体層における前記ソース領域および前記ボディコンタクト領域の下方の領域において前記ソース領域および前記ボディコンタクト領域に接するように形成されている、請求項4に記載の半導体装置。   5. The semiconductor device according to claim 4, wherein the body region is formed in contact with the source region and the body contact region in a region below the source region and the body contact region in the semiconductor layer. 前記ソース領域は、前記半導体層の表面の法線方向から見た平面視において、前記ボディコンタクト領域との境界の一部が前記横方向に沿って形成されるように、前記横方向に突出した突出領域を選択的に有している、請求項5に記載の半導体装置。   The source region protrudes in the lateral direction so that a part of the boundary with the body contact region is formed along the lateral direction in a plan view as viewed from the normal direction of the surface of the semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 5, which selectively has a protruding region. 前記突出領域および前記ボディコンタクト領域の間の境界において前記横方向に沿う部分を横切り、かつ、前記突出領域および前記ボディコンタクト領域に跨るように前記半導体層の上に形成され、前記ソース領域および前記ボディコンタクト領域に接続されたソースコンタクトをさらに含む、請求項6に記載の半導体装置。   The boundary between the projecting region and the body contact region is formed on the semiconductor layer so as to cross a portion along the lateral direction and straddle the projecting region and the body contact region. The semiconductor device according to claim 6, further comprising a source contact connected to the body contact region. 前記ソースコンタクトは、前記ソース領域の前記突出領域を横切るように前記単位セルのストライプ方向に沿って延びている、請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, wherein the source contact extends along a stripe direction of the unit cell so as to cross the protruding region of the source region. 前記複数のゲートトレンチは、2μm〜5μmのピッチのストライプ状に形成されている、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the plurality of gate trenches are formed in a stripe shape having a pitch of 2 μm to 5 μm. 前記ゲートトレンチの幅は、0.2μm〜0.8μmである、請求項1〜9のいずれか一項に記載の半導体装置。   The width | variety of the said gate trench is a semiconductor device as described in any one of Claims 1-9 which are 0.2 micrometer-0.8 micrometer.
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