JP2019096631A - Semiconductor device and power converter - Google Patents

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Katsutoshi Sugawara
勝俊 菅原
梨菜 田中
Rina Tanaka
梨菜 田中
裕 福井
Yutaka Fukui
裕 福井
亘平 足立
Kohei Adachi
亘平 足立
和也 小西
Kazuya Konishi
和也 小西
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Abstract

To provide a trench gate type semiconductor device in which gate electrodes 304 are arranged in a stripe shape and in which a protective diffusion layer 306 and a source electrode 5 can be reliably connected to suppress a decrease in the switching speed.SOLUTION: A semiconductor device includes a plurality of active stripe regions 3 separated by a plurality of stripe trenches 307 and a protective diffusion layer ground region 4 where a source electrode 5 is connected to a protective diffusion layer 306 through an opening 402 provided in a semiconductor layer 2 between adjacent stripe trenches 307, and a plurality of first active stripe regions 3a including protective diffusion layer ground region 4 and a plurality of second active stripe regions 3b not including the protective diffusion layer ground region 4 and provided so as to be sandwiched between the active stripe regions 3 exist in the plurality of active stripe regions 3.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、トレンチゲート型の半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a trench gate type semiconductor device.

パワーエレクトロニクス機器において、モータ等の負荷への電力供給を制御するスイッチング素子として、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)やMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)などの絶縁ゲート型の半導体装置が広く使用されている。このような絶縁ゲート型の半導体装置の一つに、ゲート電極が半導体層に埋め込み形成されたトレンチゲート型の半導体装置が存在する。   In power electronics devices, insulated gate semiconductor devices such as IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) are widely used as switching elements for controlling power supply to loads such as motors. There is. A trench gate type semiconductor device in which a gate electrode is embedded in a semiconductor layer is present as one of such insulating gate type semiconductor devices.

スイッチング素子の損失を表す指標として、半導体装置がオンになっているときの主電極間の電気抵抗を表すオン抵抗が知られている。トレンチゲート型の半導体装置は通常のプレーナ型の半導体装置に比べてチャネル幅密度を高くできるため、単位面積当たりのオン抵抗を小さくすることができる。   As an index representing the loss of the switching element, an on-resistance representing the electrical resistance between the main electrodes when the semiconductor device is on is known. Since the trench gate type semiconductor device can increase the channel width density as compared with a normal planar type semiconductor device, the on-resistance per unit area can be reduced.

さらに、次世代のスイッチング素子として、炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)系材料、ダイヤモンド等のワイドバンドギャップ半導体を用いたMOSFETやIGBTなどが注目されており、SiCのような六方晶系の材料を使用する場合、トレンチゲート型の半導体装置の電流経路はキャリア移動度の高いa軸方向と一致するため、オン抵抗の大幅な低減が期待されている。   Furthermore, MOSFETs and IGBTs using wide band gap semiconductors such as silicon carbide (SiC) and gallium nitride (GaN) based materials and diamond are attracting attention as next-generation switching elements, and hexagonal systems such as SiC In the case of using the materials of the above, the current path of the trench gate type semiconductor device coincides with the direction of the a axis of high carrier mobility, and therefore, a significant reduction of the on resistance is expected.

ところで、トレンチゲート型の半導体装置を、数百V〜数千Vの耐圧が求められるパワーエレクトロニクス機器に用いる場合、トレンチ底部に電界が集中しゲート絶縁膜破壊に至りやすいという問題があった。そこで、トレンチ底部の電界集中を緩和するために、トレンチ底部のドリフト層にドリフト層と逆の導電型を有する保護拡散層を設ける技術が広く知られている(例えば、特許文献1参照。)。特許文献1には、トレンチ底部に設けた第2導電型の保護拡散層から第1導電型のドリフト層中に空乏層を広げることによって、トレンチ底部の絶縁膜に印加される電界を低減する技術が示されている。   By the way, when a trench gate type semiconductor device is used for a power electronic device which requires a withstand voltage of several hundred volts to several thousand volts, there is a problem that the electric field is concentrated at the bottom of the trench and the gate insulating film is easily broken. Therefore, in order to reduce the electric field concentration at the bottom of the trench, there is widely known a technique in which a protective diffusion layer having a conductivity type opposite to that of the drift layer is provided in the drift layer at the bottom of the trench (see, for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a technique for reducing the electric field applied to the insulating film at the bottom of the trench by spreading the depletion layer from the protective diffusion layer of the second conductivity type provided at the bottom of the trench to the drift layer of the first conductivity type. It is shown.

さらに、保護拡散層が浮遊電位となると、スイッチング時の空乏層の応答速度が遅くなり、スイッチング速度が遅くなるため、保護拡散層を設ける場合に保護拡散層とソース電極を接続する技術が知られている(例えば、特許文献2参照。)。特許文献2では、格子状のゲート電極で区切られたマトリックス状の9つのセルごとに、中心の1つのセルを保護拡散層とソース電極とが接続される保護コンタクト領域として利用している。   Furthermore, when the protective diffusion layer is at a floating potential, the response speed of the depletion layer during switching is slowed and the switching speed is slow. Therefore, when the protective diffusion layer is provided, a technique for connecting the protective diffusion layer and the source electrode is known. (See, for example, Patent Document 2). In Patent Document 2, one central cell is used as a protective contact region to which a protective diffusion layer and a source electrode are connected for every nine cells in a matrix shape separated by lattice-like gate electrodes.

特開2005−142243号公報JP, 2005-142243, A WO2012−077617号WO 2012-077617

保護拡散層から延びる空乏層はドレイン−ソース間で高電圧を遮断している時のみならず、ドレイン−ソース間が導通状態でも一定の広がりを有する。この広がりのため、ドリフト層内でのオン電流経路が狭窄し、JFET(Junction FET)抵抗と呼ばれる抵抗成分が大きくなる。保護拡散層同士が隣接する間では特にオン電流経路が狭くなりオン抵抗増大の一因となりうる。   The depletion layer extending from the protective diffusion layer has a certain spread not only when blocking a high voltage between the drain and source but also when the drain and source are in a conductive state. Because of this spread, the on current path in the drift layer is narrowed, and a resistance component called a JFET (Junction FET) resistance becomes large. The ON current path is narrowed particularly between the protective diffusion layers adjacent to each other, which may contribute to an increase in ON resistance.

上述した特許文献2のように、平面配置が格子状のゲート電極底部に保護拡散層を設ける場合、オン電流経路が4方向から狭窄するため、JFET抵抗増加の影響が特に問題となる。一方、ゲート電極の平面配置としては、一方向に延在する複数のゲート電極が平行に並ぶストライプ状の平面配置も知られている。ゲート電極がストライプ状に配置される場合には、端部を除いて、オン電流経路は2方向からのみ狭窄されるため、格子状配置の場合と比較するとJFET抵抗の増加を抑制することができる。   When the protective diffusion layer is provided at the bottom of the gate electrode in a planar arrangement as in the patent document 2 described above, the ON current path is narrowed from four directions, and the influence of the increase in JFET resistance is particularly problematic. On the other hand, as a planar arrangement of gate electrodes, a stripe-like planar arrangement in which a plurality of gate electrodes extending in one direction are arranged in parallel is also known. When the gate electrodes are arranged in the form of stripes, the on current path is narrowed in only two directions except at the end, so that the increase in JFET resistance can be suppressed as compared with the lattice arrangement. .

しかしながら、ゲート電極がストライプ状に配置されたトレンチゲート型の半導体装置において、ゲート電極底部に保護拡散層を設けた際にどのようにして保護拡散層とソース電極とを接続するのかについては、従来何ら提案されていなかった。例えば、9つのセルの中心のセルを用いて保護拡散層とソース電極を接続する特許文献2に記載された半導体装置において、ゲート電極の平面配置をそのままストライプ状にしてしまうと、一部の保護拡散層(図22において、上から2行目、5行目、8行目のゲート電極304下方に存在する保護拡散層)がソース電極と接続されず、部分的にスイッチング時の応答が悪化してしまう等の問題を招く恐れがあった。   However, in the trench gate type semiconductor device in which the gate electrodes are arranged in a stripe, how to connect the protective diffusion layer and the source electrode when the protective diffusion layer is provided at the bottom of the gate electrode is conventionally known. It has not been proposed at all. For example, in the semiconductor device described in Patent Document 2 in which the protective diffusion layer and the source electrode are connected using a central cell of nine cells, part of the protection is achieved if the planar arrangement of the gate electrode is made as it is. The diffusion layer (the protective diffusion layer below the gate electrode 304 in the second, fifth, and eighth rows from the top in FIG. 22) is not connected to the source electrode, and the response at the time of switching is partially deteriorated. Could lead to problems such as

本発明は、上述のような問題を解決するため、ゲート電極がストライプ状に配置されたトレンチゲート型の半導体装置において、保護拡散層とソース電極を確実に接続し、スイッチング速度の低下を抑制することができる半導体装置を提供することを目的とする。   According to the present invention, in order to solve the problems as described above, in a trench gate type semiconductor device in which gate electrodes are arranged in a stripe, a protective diffusion layer and a source electrode are securely connected to suppress a decrease in switching speed. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can

本発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体層と、半導体層の上部に設けられた第2導電型のベース領域と、ベース領域の上部に設けられたソース領域と、半導体層においてベース領域よりも深い位置にまで達しストライプ状に複数並んで形成されたストライプトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、ストライプトレンチ内に設けられゲート絶縁膜を介してベース領域と対向する側面を有するゲート電極と、ストライプトレンチの下部に設けられた第2導電型の保護拡散層と、ソース領域とベース領域に接続するソース電極とを備え、複数のストライプトレンチによって区切られた複数の活性ストライプ領域と、隣り合うストライプトレンチの間において半導体層に設けられた開口部を通じてソース電極が保護拡散層に接続する保護拡散層接地領域とを有し、複数の活性ストライプ領域には保護拡散層接地領域を含む複数の第1の活性ストライプ領域と保護拡散層接地領域を含まず第1の活性ストライプ領域に挟まれて設けられた第2の活性ストライプ領域とが存在するものである。   A semiconductor device according to the present invention includes a semiconductor layer of a first conductivity type, a base region of a second conductivity type provided above the semiconductor layer, a source region provided above the base region, and a base in the semiconductor layer. A gate insulating film provided in a stripe trench formed in a plurality of stripes extending up to a deeper position than the region and a gate having a side surface facing the base region provided in the stripe trench via the gate insulating film A plurality of active stripe regions separated by a plurality of stripe trenches, comprising: an electrode, a protective diffusion layer of a second conductivity type provided below the stripe trench, and a source electrode connected to the source region and the base region; Protection in which the source electrode is connected to the protective diffusion layer through the opening provided in the semiconductor layer between adjacent stripe trenches And a plurality of first active stripe regions including a protective diffusion layer ground region and a plurality of active stripe regions not including the protective diffusion layer ground region and being sandwiched by the first active stripe regions. And the provided second active stripe region is present.

本発明にかかる半導体装置によれば、保護拡散層接地領域を含まない第2の活性ストライプ領域が保護拡散層接地領域を含む第1の活性ストライプ領域に挟まれて設けられているので、保護拡散層とソース電極をより確実に接続することが可能となり、スイッチング速度の低下を抑制することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, the second active stripe region not including the protective diffusion layer ground region is provided sandwiched between the first active stripe region including the protective diffusion layer ground region. It is possible to connect the layer and the source electrode more reliably, and it is possible to suppress a decrease in switching speed.

本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す平面図である。FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の部分断面図である。FIG. 1 is a partial cross-sectional view of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置を示す平面拡大図である。FIG. 1 is an enlarged plan view showing a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing the manufacturing process of the semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 1 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態2にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 2 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の実施の形態3にかかる半導体装置の変形例を示す平面図である。It is a top view which shows the modification of the semiconductor device concerning Embodiment 3 of this invention. 本発明の比較例にかかる半導体装置を示す平面図である。It is a top view showing a semiconductor device concerning a comparative example of the present invention. 本発明の比較例にかかる半導体装置を示す平面図である。It is a top view showing a semiconductor device concerning a comparative example of the present invention. 本発明の実施の形態4にかかる電力変換装置を示す回路ブロック図である。It is a circuit block diagram which shows the power converter device concerning Embodiment 4 of this invention.

実施の形態1.
まず、本発明の実施の形態1にかかる半導体装置の構成を説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置100を示す平面図であり、図2は実施の形態1にかかる半導体装置100の部分断面図であり、図1のA−A線における部分断面図である。本実施の形態では、炭化珪素を用いたn型MOSFETを例にして説明する。
Embodiment 1
First, the configuration of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a plan view showing a semiconductor device 100 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a partial cross-sectional view of the semiconductor device 100 according to the first embodiment. It is. In this embodiment, an n-type MOSFET using silicon carbide will be described as an example.

図1において、半導体装置100は、ストライプ状に配列されたゲート電極304を備えたトレンチゲート型のMOSFETであり、活性ストライプ領域3と保護拡散層接地領域4を有する。図1において、ゲート電極304は、一方向(図1における左右方向)に延在しており、複数のゲート電極304が一定間隔で離間して平行に並んでいる。ゲート電極304で区切られた区画のうち、オン電流経路が形成される区画の最小単位が活性ストライプセル30となる。   In FIG. 1, a semiconductor device 100 is a trench gate type MOSFET provided with gate electrodes 304 arranged in a stripe shape, and has an active stripe region 3 and a protective diffusion layer ground region 4. In FIG. 1, the gate electrodes 304 extend in one direction (left and right direction in FIG. 1), and a plurality of gate electrodes 304 are arranged in parallel at regular intervals while being spaced apart. Among the sections divided by the gate electrode 304, the minimum unit of the section in which the on current path is formed is the active stripe cell 30.

一方、活性ストライプ領域3とは、ストライプ状に配置されたゲート電極304によって区切られたストライプ状の各領域であり、図1における上下方向に配列された各行を示している。本明細書において、一つの活性ストライプ領域3とは、隣接されたストライプ状のゲート電極304によって挟まれた領域(一つの行)であり、両側のゲート電極304を含むものとする。すなわち、隣接する活性ストライプ領域3に挟まれたゲート電極304は、それぞれの活性ストライプ領域3で共有されているものとする。保護拡散層接地領域4は、後述するソース電極5と保護拡散層306とを接続する領域である。そして、活性ストライプ領域3のうち、保護拡散層接地領域4を含む領域(行)を第1の活性ストライプ領域3aといい、保護拡散層接地領域4を含まない領域(行)を第2の活性ストライプ領域3bという。   On the other hand, active stripe regions 3 are stripe-shaped regions divided by gate electrodes 304 arranged in a stripe, and indicate rows arranged in the vertical direction in FIG. In this specification, one active stripe region 3 is a region (one row) sandwiched by adjacent stripe-shaped gate electrodes 304, and includes gate electrodes 304 on both sides. That is, the gate electrode 304 sandwiched between the adjacent active stripe regions 3 is shared by the respective active stripe regions 3. The protective diffusion layer ground region 4 is a region connecting the source electrode 5 described later and the protective diffusion layer 306. In the active stripe region 3, a region (row) including the protective diffusion layer ground region 4 is referred to as a first active stripe region 3a, and a region (row) not including the protective diffusion layer ground region 4 is referred to as a second activity. It is called stripe area 3b.

図2は、活性ストライプ領域3と保護拡散層接地領域4の双方を含む部分断面図となっている。図2に示すように、半導体装置100は、SiC基板1、エピタキシャル層2、オーミック電極301a、ソース領域302、ベース領域303、ゲート電極304、ゲート絶縁膜305、保護拡散層306、オーミック電極401a、及びドレイン電極7を備えている。SiC基板1(半導体基板)は炭化珪素で形成されたn型の半導体基板であり、エピタキシャル層2(半導体層)はSiC基板1上に成長させたn型の半導体層である。一方、SiC基板1の裏面にはドレイン電極7が形成されている。   FIG. 2 is a partial cross-sectional view including both the active stripe region 3 and the protective diffusion layer ground region 4. As shown in FIG. 2, the semiconductor device 100 includes the SiC substrate 1, the epitaxial layer 2, the ohmic electrode 301a, the source region 302, the base region 303, the gate electrode 304, the gate insulating film 305, the protective diffusion layer 306, the ohmic electrode 401a, And the drain electrode 7. The SiC substrate 1 (semiconductor substrate) is an n-type semiconductor substrate formed of silicon carbide, and the epitaxial layer 2 (semiconductor layer) is an n-type semiconductor layer grown on the SiC substrate 1. On the other hand, drain electrode 7 is formed on the back surface of SiC substrate 1.

活性ストライプ領域3において、エピタキシャル層2の上部にはp型のベース領域303が形成され、エピタキシャル層2のうちベース領域303を除く領域がn型のドリフト層2aとなる。ベース領域303上部の一部には、n型のソース領域302が形成されている。活性ストライプ領域3の両側には、ソース領域302とベース領域303を貫通し、ドリフト層2aに達するストライプトレンチ307が形成され、ストライプトレンチ307内にはゲート電極304とゲート絶縁膜305が設けられている。ゲート絶縁膜305はゲート電極304の側面と底面に設けられており、ゲート電極304の側面はゲート絶縁膜305を介してベース領域303とソース領域302とに対向している。   In the active stripe region 3, a p-type base region 303 is formed above the epitaxial layer 2, and the region of the epitaxial layer 2 excluding the base region 303 is the n-type drift layer 2 a. An n-type source region 302 is formed in part of the upper portion of the base region 303. A stripe trench 307 which penetrates the source region 302 and the base region 303 and reaches the drift layer 2 a is formed on both sides of the active stripe region 3, and a gate electrode 304 and a gate insulating film 305 are provided in the stripe trench 307. There is. The gate insulating film 305 is provided on the side surface and the bottom surface of the gate electrode 304, and the side surface of the gate electrode 304 is opposed to the base region 303 and the source region 302 via the gate insulating film 305.

ゲート電極304の底面にあたる位置のゲート絶縁膜305の膜厚は、ゲート電極304の側面にあたる位置の膜厚より厚くてもよい。図2に示したゲート絶縁膜305は側部、底部とも同じ厚さとしているが、実際にゲート絶縁膜として動作するのは側部のみであり、底部はMOSFETとしての動作に寄与しない。加えて前述のとおりトレンチ底部には電界が集中しやすく、絶縁膜破壊が起こりやすい。そのため、ゲート電極304の底面におけるゲート絶縁膜305のみを選択的に厚くすることで、ゲート絶縁膜305にかかる電界をさらに緩和することができる。   The film thickness of the gate insulating film 305 at a position corresponding to the bottom surface of the gate electrode 304 may be thicker than the film thickness at a position corresponding to the side surface of the gate electrode 304. Although the gate insulating film 305 shown in FIG. 2 has the same thickness on both the side and the bottom, only the side actually functions as a gate insulating film, and the bottom does not contribute to the operation as a MOSFET. In addition, as described above, the electric field is likely to be concentrated at the bottom of the trench, and the dielectric breakdown is likely to occur. Therefore, by selectively thickening only the gate insulating film 305 on the bottom surface of the gate electrode 304, the electric field applied to the gate insulating film 305 can be further alleviated.

ストライプトレンチ307底部における電界を緩和するため、ゲート電極304の底部(ストライプトレンチ307の下部)には、ゲート絶縁膜305を介して、p型の保護拡散層306が形成されている。また、ゲート電極304の上部にはコンタクトホール301および401を有する層間絶縁膜6が設けられている。   In order to ease the electric field at the bottom of the stripe trench 307, a p-type protective diffusion layer 306 is formed on the bottom of the gate electrode 304 (at the bottom of the stripe trench 307) with the gate insulating film 305 interposed therebetween. Further, an interlayer insulating film 6 having contact holes 301 and 401 is provided above the gate electrode 304.

活性ストライプ領域3において、層間絶縁膜6のコンタクトホール301を通じてソース電極5がソース領域302とベース領域303とに接続(オーミックコンタクト)している。より詳細には、コンタクトホール301内において、オーミック電極301aが形成されており、ソース電極5はオーミック電極301aを介してソース領域302とベース領域303とオーミックコンタクトを形成している。   In the active stripe region 3, the source electrode 5 is connected (ohmic contact) to the source region 302 and the base region 303 through the contact hole 301 of the interlayer insulating film 6. More specifically, the ohmic electrode 301a is formed in the contact hole 301, and the source electrode 5 forms an ohmic contact with the source region 302 and the base region 303 via the ohmic electrode 301a.

一方、保護拡散層接地領域4においては、両側のゲート電極304が配設されるストライプトレンチ307だけでなく、両側のゲート電極304の間の全体においてもベース領域303およびソース領域302を貫通する開口部402が形成されている。すなわち、保護拡散層接地領域4では、両側のゲート電極304が配設されるストライプトレンチ307とその間の開口部402が一体となり、一つの開口部として設けられている。そして、保護拡散層306は、保護拡散層接地領域4においては、一方のゲート電極304の底部から他方のゲート電極304の底部まで、ストライプトレンチ307と開口部402の下部全体にわたって形成されている。ソース電極5は、保護拡散層接地領域4において、エピタキシャル層2上から開口部402の底部にまで延在し、開口部402の底部にて、ソース電極5が層間絶縁膜6のコンタクトホール401を通じて保護拡散層306と接続する。   On the other hand, in the protective diffusion layer ground region 4, an opening penetrating the base region 303 and the source region 302 not only in the stripe trench 307 in which the gate electrodes 304 on both sides are disposed but also in the whole between the gate electrodes 304 on both sides. The part 402 is formed. That is, in the protective diffusion layer ground region 4, the stripe trench 307 in which the gate electrodes 304 on both sides are disposed and the opening 402 therebetween are integrated and provided as one opening. The protective diffusion layer 306 is formed in the protective diffusion layer ground region 4 from the bottom of one gate electrode 304 to the bottom of the other gate electrode 304 over the entire lower portion of the stripe trench 307 and the opening 402. Source electrode 5 extends from above epitaxial layer 2 to the bottom of opening 402 in protective diffusion layer ground region 4, and source electrode 5 passes through contact hole 401 of interlayer insulating film 6 at the bottom of opening 402. It is connected to the protective diffusion layer 306.

より詳細には、保護拡散層接地領域4の開口部402内においてゲート電極304の上面と側面を覆うように層間絶縁膜6が設けられており、層間絶縁膜6には保護拡散層接地領域4においてコンタクトホール401が形成されている。コンタクトホール401内には、オーミック電極401aが形成されており、ソース電極5はオーミック電極401aを介して保護拡散層306とオーミックコンタクトを形成している。ゲート電極304の側面を覆う層間絶縁膜6は、ゲート電極304の上面を覆う層間絶縁膜6と一体に形成されるが、ゲート電極304の側面を覆う層間絶縁膜6とゲート電極304の上面を覆う層間絶縁膜6とは個別で設けることとしてもよい。ゲート電極304の側面を覆う層間絶縁膜6の厚さは、適宜設定することとすれば良いが、ゲート・ソース間の寄生容量を低減するために、ゲート絶縁膜305よりも厚さを大きくするのが望ましい。   More specifically, interlayer insulating film 6 is provided to cover the upper surface and the side surface of gate electrode 304 in opening 402 of protective diffusion layer ground region 4, and protective diffusion layer ground region 4 is formed in interlayer insulating film 6. The contact hole 401 is formed in the. An ohmic electrode 401 a is formed in the contact hole 401, and the source electrode 5 forms an ohmic contact with the protective diffusion layer 306 via the ohmic electrode 401 a. The interlayer insulating film 6 covering the side surface of the gate electrode 304 is integrally formed with the interlayer insulating film 6 covering the upper surface of the gate electrode 304, but the upper surface of the interlayer insulating film 6 covering the side surface of the gate electrode 304 and the gate electrode 304 It may be provided separately from the covering interlayer insulating film 6. The thickness of the interlayer insulating film 6 covering the side surface of the gate electrode 304 may be set appropriately, but the thickness is made larger than that of the gate insulating film 305 in order to reduce the parasitic capacitance between the gate and the source. Is desirable.

図1に戻り、活性ストライプ領域3と保護拡散層接地領域4とのレイアウトについて説明する。なお、図1は、視認性を向上させるため、図2に示す半導体装置100のエピタキシャル層2の表面における平面図となっており、ソース電極5とエピタキシャル層2上の層間絶縁膜6を図示省略した平面図となっている。   Returning to FIG. 1, the layout of the active stripe region 3 and the protective diffusion layer ground region 4 will be described. 1 is a plan view of the surface of the epitaxial layer 2 of the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 in order to improve the visibility, and the illustration of the source electrode 5 and the interlayer insulating film 6 on the epitaxial layer 2 is omitted. It is a plan view.

図1に示すように、ゲート電極304は図1の左右方向にストライプ状に複数設けられ、隣接するゲート電極304に区切られた領域が活性ストライプ領域3として規定される。各ゲート電極304は、ゲート電極304の短手方向(図1の上下方向)に離間して平行に設けられている。また、各ゲート電極304の間隔は一定間隔とするのが望ましく、すなわち、各活性ストライプ領域3の短辺の長さが一定となるように形成されているのが望ましい。仮に、短辺の長さが異なる活性ストライプ領域3が混在した場合、短辺の長い活性ストライプ領域3に電流が集中するおそれがある。そのため、活性ストライプ領域3の短辺の長さを一定とすることで、一部の活性ストライプ領域3に電流集中するのを抑制できる。   As shown in FIG. 1, a plurality of gate electrodes 304 are provided in the form of stripes in the left-right direction of FIG. 1, and regions divided by the adjacent gate electrodes 304 are defined as active stripe regions 3. The gate electrodes 304 are spaced apart and parallel to each other in the lateral direction (vertical direction in FIG. 1) of the gate electrode 304. Further, it is desirable that the distance between the gate electrodes 304 be constant, that is, it be desirable that the length of the short side of each active stripe region 3 be constant. If active stripe regions 3 having different short side lengths coexist, the current may be concentrated on the long active stripe regions 3 on the short side. Therefore, by making the length of the short side of active stripe region 3 constant, current concentration in a part of active stripe region 3 can be suppressed.

図1において、活性ストライプ領域3のうち一部の活性ストライプ領域3には保護拡散層接地領域4が含まれており、上述したように、保護拡散層接地領域4を含む活性ストライプ領域3を第1の活性ストライプ領域3aと称し、保護拡散層接地領域4を含まない活性ストライプ領域3を第2の活性ストライプ領域3bと称する。   In FIG. 1, a part of active stripe region 3 of active stripe region 3 includes protective diffusion layer ground region 4, and as described above, active stripe region 3 including protective diffusion layer ground region 4 is Active stripe region 3 which is referred to as active stripe region 3a of 1 and which does not include protective diffusion layer ground region 4 is referred to as second active stripe region 3b.

第1の活性ストライプ領域3aは、離間して設けられた複数の保護拡散層接地領域4を有している。そして、第1の活性ストライプ領域3aにおいては、保護拡散層接地領域4と隣接する2つのゲート電極304によって区切られた区画が、活性ストライプセル30となる。活性ストライプセル30は周囲がゲート電極304(保護拡散層接地領域4内のゲート電極304も含む)で区切られた長方形状の区画であり、ゲート電極304の電位に応じてオン電流が流れる活性セルである。   The first active stripe region 3a has a plurality of protective diffusion layer ground regions 4 provided spaced apart. Then, in the first active stripe region 3 a, a section divided by the two gate electrodes 304 adjacent to the protective diffusion layer ground region 4 becomes an active stripe cell 30. Active stripe cell 30 is a rectangular section whose periphery is divided by gate electrode 304 (including gate electrode 304 in protective diffusion layer ground region 4), and an active cell in which on current flows according to the potential of gate electrode 304. It is.

図3には、活性ストライプセル30と保護拡散層接地領域4との境界周辺における本実施の形態にかかる半導体装置100の平面拡大図を示す。図3に示すように、保護拡散層接地領域4において、活性ストライプセル30の短辺に沿ってゲート電極304とゲート絶縁膜305が形成される。活性ストライプセル30の短辺に沿って形成されるゲート電極304は、隣接するストライプトレンチ内に形成されるゲート電極304同士を接続している。そのため、保護拡散層接地領域4は、ストライプトレンチ307に形成されるゲート電極304(図3の横方向に延在するゲート電極304)と活性ストライプセル30の短辺に沿って形成されるゲート電極304(図3の上下方向に延在するゲート電極304)によって区切られた領域となる。   FIG. 3 shows an enlarged plan view of the semiconductor device 100 according to the present embodiment around the boundary between the active stripe cell 30 and the protective diffusion layer ground region 4. As shown in FIG. 3, in the protective diffusion layer ground region 4, the gate electrode 304 and the gate insulating film 305 are formed along the short side of the active stripe cell 30. Gate electrodes 304 formed along the short sides of the active stripe cells 30 connect the gate electrodes 304 formed in adjacent stripe trenches. Therefore, protective diffusion layer ground region 4 is formed along the short side of active stripe cell 30 with gate electrode 304 (gate electrode 304 extending in the lateral direction in FIG. 3) formed in stripe trench 307. This region is divided by 304 (gate electrodes 304 extending in the vertical direction in FIG. 3).

活性ストライプセル30の概形は、図1や図3に示すように長方形となるため、活性ストライプセル30の短辺周辺を除いて、保護拡散層306から伸びる空乏層によるオン電流経路の狭窄は2方向のみとなる。そのため、ゲート電極304を格子型にする場合に比べてJFET抵抗の増加を抑制することができる。一方、このようなストライプ型のセルレイアウトの場合、チャネル幅密度が減少するため、チャネル抵抗は増加してしまう。そこで、格子型のセルレイアウトに対するJFET抵抗の低減分がチャネル抵抗の増加分を上回るように活性ストライプセル30の概形を決定することで、格子型レイアウトと比較してオン抵抗を低減することができる。具体的には、活性ストライプセル30の長辺は短辺に対して1.5以上、より好ましくは2.0以上とするのが望ましい。   Since the outline of the active stripe cell 30 is rectangular as shown in FIG. 1 and FIG. 3, the narrowing of the on current path by the depletion layer extending from the protective diffusion layer 306 is Only in two directions. Therefore, the increase in JFET resistance can be suppressed as compared with the case where the gate electrode 304 is formed in a lattice type. On the other hand, in the case of such a stripe-type cell layout, the channel resistance is increased because the channel width density is reduced. Therefore, the on-resistance can be reduced as compared to the lattice layout by determining the outline of the active stripe cell 30 so that the reduction in JFET resistance relative to the lattice cell layout exceeds the increase in channel resistance. it can. Specifically, the long side of the active stripe cell 30 is preferably 1.5 or more, and more preferably 2.0 or more with respect to the short side.

一方、第2の活性ストライプ領域3bは、保護拡散層接地領域4を含まないため、第2の活性ストライプ領域3b全体がひとつの活性ストライプセル30となる。そして、本実施の形態では、図1に示すように、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとが、活性ストライプ領域3の短辺方向において、交互に配列されている。   On the other hand, since the second active stripe region 3 b does not include the protective diffusion layer ground region 4, the entire second active stripe region 3 b becomes one active stripe cell 30. In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the first active stripe regions 3 a and the second active stripe regions 3 b are alternately arranged in the short side direction of the active stripe region 3.

図1に示すように、各保護拡散層接地領域4は互いに一定の間隔をおいて配置されることが望ましい。なお、本実施の形態では、保護拡散層接地領域4の概形は略正方形としているが、他の多角形等の任意の形状でもよいし、各辺の長さも活性ストライプ領域3の短辺の長さに必ずしも等しくする必要はない。ただし、活性ストライプ領域3の短辺を全ての活性ストライプ領域3で同じにするため、保護拡散層接地領域4の一辺が活性ストライプ領域3の短辺の整数倍となっていることが望ましい。   As shown in FIG. 1, it is desirable that the protective diffusion layer ground regions 4 be arranged at regular intervals. In the present embodiment, the general shape of protective diffusion layer ground region 4 is substantially square, but may be any shape such as another polygon, and the length of each side is also the short side of active stripe region 3. It does not have to be equal to the length. However, in order to make the short side of active stripe region 3 the same in all active stripe regions 3, it is preferable that one side of protective diffusion layer ground region 4 be an integral multiple of the short side of active stripe region 3.

次に、半導体装置100の動作について説明する。半導体装置100は、ゲート電極304に印加される電圧によって、オン状態とオフ状態が切り替わり動作する。ソース電極5を基準電位として、ゲート電極304にしきい値電圧以上の電圧(例えば、20Vの電圧)が印加されると、ゲート電極304の側面に対向するベース領域303にチャネル領域が形成される。その結果、チャネル領域を介してドレイン電極7とソース電極5との間が導通し、オン状態となる。一方、ソース電極5を基準電位として、ゲート電極304にしきい値電圧未満の電圧(例えば、0Vの電圧)が印加されると、ゲート電極304の側面に対向するベース領域303にはチャネル領域が形成されず、ドレイン電極7とソース電極5との間が遮断される。その結果、半導体装置100はオフ状態となる。   Next, the operation of the semiconductor device 100 will be described. The semiconductor device 100 switches between the on state and the off state by a voltage applied to the gate electrode 304. When a voltage (for example, a voltage of 20 V or more) is applied to the gate electrode 304 with the source electrode 5 as a reference potential, a channel region is formed in the base region 303 opposite to the side surface of the gate electrode 304. As a result, the drain electrode 7 and the source electrode 5 are electrically connected to each other through the channel region to be turned on. On the other hand, when a voltage (for example, a voltage of 0 V) less than the threshold voltage is applied to the gate electrode 304 with the source electrode 5 as a reference potential, a channel region is formed in the base region 303 facing the side surface of the gate electrode 304 Thus, the space between the drain electrode 7 and the source electrode 5 is cut off. As a result, the semiconductor device 100 is turned off.

半導体装置100は、ゲート電極304に印加される電圧に従って、上述したオン状態とオフ状態とが切り替わり、スイッチング動作を実現している。ところで、半導体装置100内には、保護拡散層306とドリフト層2aとの間には空乏容量と呼ばれる寄生容量が存在する。そして、半導体装置100のオン状態とオフ状態とが切り替わるスイッチング時に、保護拡散層306とドリフト層2aとの間の寄生容量が充放電されることになるが、寄生容量の充放電速度が半導体装置100のスイッチング特性(速度や損失等)に影響を与えることになる。半導体装置100では、ストライプトレンチ307下部に設けられた保護拡散層306は少なくともいずれかの保護拡散層接地領域4を通じてソース電極5と接続しているため、保護拡散層接地領域4を介してソース電極5と保護拡散層306との間を寄生容量の充放電電流が流れることになる。   The semiconductor device 100 switches between the on state and the off state described above according to the voltage applied to the gate electrode 304, and implements the switching operation. By the way, in the semiconductor device 100, a parasitic capacitance called depletion capacitance exists between the protective diffusion layer 306 and the drift layer 2a. Then, at the time of switching between the on state and the off state of the semiconductor device 100, the parasitic capacitance between the protective diffusion layer 306 and the drift layer 2a is charged and discharged. It will affect 100 switching characteristics (speed, loss, etc.). In the semiconductor device 100, since the protective diffusion layer 306 provided under the stripe trench 307 is connected to the source electrode 5 through at least one of the protective diffusion layer ground regions 4, the source electrode is connected through the protective diffusion layer ground region 4 A charge / discharge current of parasitic capacitance flows between the point 5 and the protective diffusion layer 306.

続いて、半導体装置100の製造方法を説明する。図4〜図10は、半導体装置100の製造方法の各工程を示す断面図である。以下の説明において、各構成要素の材料や寸法等は一つの例示であり、本発明はこれに限定されるものではない。   Subsequently, a method of manufacturing the semiconductor device 100 will be described. 4 to 10 are cross-sectional views showing steps of the method of manufacturing the semiconductor device 100. First, as shown in FIG. In the following description, materials, dimensions, and the like of each component are merely examples, and the present invention is not limited thereto.

図4において、SiC基板1上にエピタキシャル層2(半導体層)を形成する。ここでは4Hのポリタイプを有するn型で低抵抗のSiC基板1を用意し、その上に化学気相堆積(CVD:Chemical Vapor Deposition)法によりn型のエピタキシャル層2をエピタキシャル成長させた。エピタキシャル層2は、1×1014cm−3〜1×1017cm−3のn型の不純物濃度であり、厚さは5〜200μmとする。また、SiC基板1はSiC結晶のc面である(0001)面に対して4°の角度(オフ角)をつけた面が表面となっている。 In FIG. 4, epitaxial layer 2 (semiconductor layer) is formed on SiC substrate 1. Here, an n-type low-resistance SiC substrate 1 having a polytype of 4H is prepared, and an n-type epitaxial layer 2 is epitaxially grown thereon by a chemical vapor deposition (CVD) method. The epitaxial layer 2 has an n-type impurity concentration of 1 × 10 14 cm −3 to 1 × 10 17 cm −3 and a thickness of 5 to 200 μm. The surface of the SiC substrate 1 is a surface having an angle (off angle) of 4 ° to the (0001) plane which is the c-plane of the SiC crystal.

次に、図4において、エピタキシャル層2の表面に所定のドーパントをイオン注入することにより、ベース領域303、および、ソース領域302を形成する。   Next, in FIG. 4, a base region 303 and a source region 302 are formed by ion implantation of a predetermined dopant on the surface of the epitaxial layer 2.

ベース領域303はp型不純物であるアルミニウム(Al)のイオン注入により形成する。Alのイオン注入の深さは、エピタキシャル層2の厚さを超えない範囲で、0.5〜3.0μm程度とする。注入するAlの不純物濃度は、エピタキシャル層2のn型の不純物濃度より高くする。具体的には、ベース領域303のp型不純物濃度を1×1017cm−3〜1×1020cm−3の範囲とする。このとき、Alの注入深さよりも深いエピタキシャル層2の領域がn型のドリフト層2aとなる。なお、ベース領域303はp型のエピタキシャル成長によって形成してもよい。かかる場合においても、ベース領域303の不純物濃度および厚さは、イオン注入によって形成する場合と同等とする。 The base region 303 is formed by ion implantation of aluminum (Al) which is a p-type impurity. The depth of the ion implantation of Al is about 0.5 to 3.0 μm within the range not exceeding the thickness of the epitaxial layer 2. The impurity concentration of Al to be implanted is made higher than the n-type impurity concentration of the epitaxial layer 2. Specifically, the p-type impurity concentration of the base region 303 is in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 20 cm −3 . At this time, the region of the epitaxial layer 2 deeper than the implantation depth of Al becomes the n-type drift layer 2a. The base region 303 may be formed by p-type epitaxial growth. Also in such a case, the impurity concentration and thickness of the base region 303 are made equal to those formed by ion implantation.

ソース領域302は、ベース領域303の表面の一部にn型の不純物である窒素(N)をイオン注入することで形成する。ソース領域302の平面パターンは、後述する工程で形成されるゲート電極304のレイアウトに対応するパターンで形成する。具体的には、ゲート電極304が形成されたとき、ゲート電極304の両側にソース領域302が配設されるよう、ソース領域302の平面配置を決定する。Nのイオン注入深さは、ベース領域303の厚さより浅くする。注入するNの不純物濃度は、ベース領域303のp型不純物濃度以上であり、かつ、1×1021cm−3以下の範囲とする。なお、各イオン注入の順序は最終的に図2に示す半導体装置100の構造になれば上記の通りでなくても構わないし、p型不純物としてはボロン(B)を、n型不純物としてはリン(P)を用いることとしても構わない(以下の注入工程においても同様。)。 The source region 302 is formed by ion implantation of nitrogen (N), which is an n-type impurity, in a part of the surface of the base region 303. The planar pattern of the source region 302 is formed in a pattern corresponding to the layout of the gate electrode 304 formed in the process described later. Specifically, when the gate electrode 304 is formed, the planar arrangement of the source region 302 is determined so that the source region 302 is disposed on both sides of the gate electrode 304. The ion implantation depth of N is shallower than the thickness of the base region 303. The impurity concentration of N to be implanted is higher than the p-type impurity concentration of the base region 303 and in the range of 1 × 10 21 cm −3 or lower. The order of ion implantation may not be as described above if the structure of the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 is finally obtained, and boron (B) may be used as a p-type impurity and phosphorus as an n-type impurity. (P) may be used (the same applies to the following injection steps).

また、ベース領域303の下部には、ドリフト層2aよりもn型の不純物濃度が高い空乏化抑制層(図示せず)を設けてもよい。図2に示す構造においては、ベース領域303と保護拡散層306の両方から伸びる空乏層によって電流経路が狭窄し、いわゆるJFET抵抗が両者の間に発生する。上記のように空乏化抑制層を設けると、半導体装置100のオン時にベース領域303からの空乏層の伸長を抑制できるため、JFET抵抗を低減できる。   Further, a depletion suppression layer (not shown) having a higher n-type impurity concentration than the drift layer 2a may be provided under the base region 303. In the structure shown in FIG. 2, the current path is narrowed by the depletion layer extending from both the base region 303 and the protective diffusion layer 306, and a so-called JFET resistance is generated therebetween. When the depletion suppression layer is provided as described above, extension of the depletion layer from the base region 303 can be suppressed when the semiconductor device 100 is turned on, so that the JFET resistance can be reduced.

空乏化抑制層はn型不純物である窒素(N)またはリン(P)をイオン注入することにより形成する。空乏化抑制層の深さは、前記ベース領域303より深く、エピタキシャル層2の厚さを超えない範囲で、厚みは0.5〜3μm程度とすることが望ましい。注入するNの不純物濃度は、エピタキシャル層2のn型不純物濃度より高く、かつ1×1017cm−3以上であることが望ましい。なお、空乏化抑制層はn型のエピタキシャル成長によって形成してもよい。かかる場合、空乏化抑制層の不純物濃度および厚さは、イオン注入によって形成する場合と同等とする。また、空乏化抑制層は活性ストライプセル30の中央部分のみ取り除いた平面パターンとしてもよい。 The depletion suppression layer is formed by ion implantation of nitrogen (N) or phosphorus (P) which is an n-type impurity. The depth of the depletion suppression layer is preferably in the range of about 0.5 to 3 μm within the range that is deeper than the base region 303 and does not exceed the thickness of the epitaxial layer 2. The impurity concentration of N to be implanted is preferably higher than the n-type impurity concentration of the epitaxial layer 2 and is 1 × 10 17 cm −3 or more. The depletion suppression layer may be formed by n-type epitaxial growth. In such a case, the impurity concentration and thickness of the depletion suppression layer are equal to those formed by ion implantation. In addition, the depletion suppression layer may be a planar pattern in which only the central portion of the active stripe cell 30 is removed.

図5において、エピタキシャル層2の表面にシリコン酸化膜8を1〜2μm程度堆積し、シリコン酸化膜8の上にレジスト材からなるエッチングマスク9を形成する。エッチングマスク9は、フォトリソグラフィ技術により、トレンチの形成領域に対応して開口したパターンに形成される。そして、エッチングマスク9をマスクとする反応性イオンエッチング(RIE:Reactive Ion Etching)処理により、シリコン酸化膜8をパターニングする。これにより、エッチングマスク9のパターンがシリコン酸化膜8に転写される。パターニングされたシリコン酸化膜8は次の工程のエッチングマスクとなる。   In FIG. 5, a silicon oxide film 8 is deposited on the surface of the epitaxial layer 2 to a thickness of about 1 to 2 μm, and an etching mask 9 made of a resist material is formed on the silicon oxide film 8. The etching mask 9 is formed in a pattern opened corresponding to the formation region of the trench by photolithography. Then, the silicon oxide film 8 is patterned by reactive ion etching (RIE) processing using the etching mask 9 as a mask. Thereby, the pattern of the etching mask 9 is transferred to the silicon oxide film 8. The patterned silicon oxide film 8 serves as an etching mask in the next step.

図6において、パターニングされたシリコン酸化膜8をマスクとするRIEにより、エピタキシャル層2にソース領域302およびベース領域303を貫通するストライプトレンチ307と開口部402を形成する。トレンチの深さは、ベース領域303の深さ以上であり、1.0〜6.0μm程度である。また、トレンチの平面パターンは、図1におけるゲート電極304とゲート絶縁膜305を合わせた平面パターンに対応している。より詳細には、活性ストライプ領域3を規定するように、ストライプ状に複数離間して設けられたストライプトレンチ307が形成され、保護拡散層接地領域4にあたる領域のみ隣接するストライプトレンチ307の間にも開口部402が形成され、保護拡散層接地領域4全体がエッチングされている。なお、本明細書では、活性ストライプ領域3を規定するストライプトレンチ307と保護拡散層接地領域4に形成される開口部402とを総称してトレンチという。   In FIG. 6, a stripe trench 307 and an opening 402 are formed in the epitaxial layer 2 through the source region 302 and the base region 303 by RIE using the patterned silicon oxide film 8 as a mask. The depth of the trench is equal to or greater than the depth of the base region 303, and is about 1.0 to 6.0 μm. Also, the planar pattern of the trench corresponds to the planar pattern of the combination of the gate electrode 304 and the gate insulating film 305 in FIG. More specifically, a plurality of stripe trenches 307 provided in the form of stripes are provided so as to define active stripe region 3, and between adjacent stripe trenches 307 only in the region corresponding to protective diffusion layer ground region 4. An opening 402 is formed, and the entire protective diffusion layer ground region 4 is etched. In the present specification, the stripe trench 307 defining the active stripe region 3 and the opening 402 formed in the protective diffusion layer ground region 4 are collectively referred to as a trench.

また、ストライプトレンチ307(活性ストライプ領域3)はSiC基板1のオフ角によって形成されるエピタキシャル層2のステップフローに対して平行に配設されることが望ましい。オン電流経路が形成される活性領域では、活性ストライプ領域3内でゲート電極304に隣接する部分がMOSFETとして機能する。SiC基板1のオフ角に対して平行にストライプトレンチ307を配設する場合、ゲート絶縁膜305とSiC(エピタキシャル層2)との界面には原子層ステップが生じないが、垂直に配設した場合には界面に原子層ステップが生じてしまう。原子層ステップの存在は界面準位の多寡に影響しており、ストライプトレンチ307をエピタキシャル層2のステップフローに対して平行に配設することで、ゲート耐圧は高くすることができる。   In addition, it is desirable that stripe trench 307 (active stripe region 3) be disposed parallel to the step flow of epitaxial layer 2 formed by the off angle of SiC substrate 1. In the active region where the on current path is formed, a portion adjacent to the gate electrode 304 in the active stripe region 3 functions as a MOSFET. When the stripe trench 307 is disposed parallel to the off angle of the SiC substrate 1, no atomic layer step occurs at the interface between the gate insulating film 305 and SiC (epitaxial layer 2), but is disposed vertically An atomic layer step occurs at the interface. The presence of the atomic layer step affects the number of interface states, and by arranging the stripe trench 307 in parallel to the step flow of the epitaxial layer 2, the gate breakdown voltage can be increased.

図7において、トレンチの部分を開口したパターン、すなわちエッチングマスク9とパターンが同様の注入マスク10を形成し、注入マスク10をマスクとしたイオン注入により、トレンチの底部にp型の保護拡散層306を形成する。ここで、p型の不純物としてAlを用いる。注入するAlの不純物濃度は、1×1017cm−3〜1×1019cm−3の範囲、厚さは0.1〜2.0μmの範囲であることが望ましい。保護拡散層306のAl不純物濃度はMOSFETのドレイン−ソース間に使用耐圧を印加した際にゲート絶縁膜305にかかる電界から決められる。注入マスク10の代わりに、トレンチ形成の際のエッチングマスクである(パターニングされた)シリコン酸化膜8を使用してもよい。これにより製造工程の簡略化およびコスト削減を図ることができる。なお、注入マスク10の代わりにシリコン酸化膜8を使用する場合、トレンチを形成した後十分な厚さのシリコン酸化膜8が残存するように、シリコン酸化膜8の厚さやエッチング条件を調整する必要がある。 In FIG. 7, a pattern having an opening at a portion of the trench, that is, an implantation mask 10 having the same pattern as the etching mask 9 is formed, and ion implantation is performed using the implantation mask 10 as a mask. Form Here, Al is used as a p-type impurity. The impurity concentration of Al to be implanted is preferably in the range of 1 × 10 17 cm −3 to 1 × 10 19 cm −3 and the thickness is in the range of 0.1 to 2.0 μm. The Al impurity concentration of the protective diffusion layer 306 is determined from the electric field applied to the gate insulating film 305 when a working breakdown voltage is applied between the drain and source of the MOSFET. Instead of the implantation mask 10, a (patterned) silicon oxide film 8 may be used, which is an etching mask for trench formation. Thereby, simplification of the manufacturing process and cost reduction can be achieved. When silicon oxide film 8 is used instead of implantation mask 10, it is necessary to adjust the thickness and etching conditions of silicon oxide film 8 so that silicon oxide film 8 having a sufficient thickness remains after forming the trench. There is.

注入マスク10を除去した後、熱処理装置を用いてアニール処理を行うことで、上記の工程でイオン注入した不純物を活性化させる。アニール処理は、アルゴン(Ar)ガスなどの不活性ガス雰囲気中や真空中で、1300〜1900℃、30秒〜1時間の条件で行う。   After the implantation mask 10 is removed, annealing is performed using a heat treatment apparatus to activate the impurity implanted in the above step. The annealing treatment is performed in an inert gas atmosphere such as argon (Ar) gas or in vacuum under the conditions of 1300 to 1900 ° C. for 30 seconds to 1 hour.

図8において、トレンチ内を含むエピタキシャル層2の全面にシリコン酸化膜11を形成した後、ポリシリコン膜12を減圧CVD法により堆積する。そして、図9において、シリコン酸化膜11およびポリシリコン膜12をパターニングまたはエッチバックすることにより、ストライプトレンチ307内にゲート絶縁膜305およびゲート電極304を形成する。ゲート絶縁膜305となるシリコン酸化膜11は、エピタキシャル層2の表面を熱酸化して形成してもよいし、エピタキシャル層2上に堆積させて形成してもよい。   In FIG. 8, a silicon oxide film 11 is formed on the entire surface of the epitaxial layer 2 including the inside of the trench, and then a polysilicon film 12 is deposited by a low pressure CVD method. Then, in FIG. 9, the gate insulating film 305 and the gate electrode 304 are formed in the stripe trench 307 by patterning or etching back the silicon oxide film 11 and the polysilicon film 12. The silicon oxide film 11 to be the gate insulating film 305 may be formed by thermally oxidizing the surface of the epitaxial layer 2 or may be formed by deposition on the epitaxial layer 2.

図10において、減圧CVD法により、エピタキシャル層2の全面に層間絶縁膜6を形成し、層間絶縁膜6によりゲート電極304を覆う。また、層間絶縁膜6をパターニングすることで、活性ストライプ領域3ではソース領域302およびベース領域303に達するコンタクトホール301を形成し、保護拡散層接地領域4では保護拡散層306に達するコンタクトホール401を形成する。そして、コンタクトホール301および401の底に露出したエピタキシャル層2の表面に、オーミック電極301aおよび401aを形成する。オーミック電極301aおよび401aの形成方法としては、例えば、各コンタクトホール内を含むエピタキシャル層2の全面にNiを主成分とする金属膜を成膜し、600〜1100℃の熱処理により炭化珪素と反応させてオーミック電極となるシリサイド膜を形成する。   In FIG. 10, the interlayer insulating film 6 is formed on the entire surface of the epitaxial layer 2 by the low pressure CVD method, and the gate electrode 304 is covered with the interlayer insulating film 6. By patterning interlayer insulating film 6, contact hole 301 reaching source region 302 and base region 303 is formed in active stripe region 3, and contact hole 401 reaching protective diffusion layer 306 in protective diffusion layer ground region 4 is formed. Form. Then, ohmic electrodes 301 a and 401 a are formed on the surface of epitaxial layer 2 exposed at the bottom of contact holes 301 and 401. As a method of forming the ohmic electrodes 301a and 401a, for example, a metal film containing Ni as a main component is formed on the entire surface of the epitaxial layer 2 including the inside of each contact hole, and reacted with silicon carbide by heat treatment at 600-1100.degree. A silicide film to be an ohmic electrode is formed.

その後、エピタキシャル層2上にAl合金等の電極材を堆積することで、層間絶縁膜6上並びにコンタクトホール301および401内に、ソース電極5を形成する(図示せず)。最後に、SiC基板1の下面にAl合金等の電極材を堆積してドレイン電極7を形成する(図示せず)。以上の工程により、図2に示した半導体装置100が得られる。   Thereafter, an electrode material such as an Al alloy is deposited on the epitaxial layer 2 to form the source electrode 5 on the interlayer insulating film 6 and in the contact holes 301 and 401 (not shown). Finally, an electrode material such as an Al alloy is deposited on the lower surface of the SiC substrate 1 to form the drain electrode 7 (not shown). Through the above steps, the semiconductor device 100 shown in FIG. 2 is obtained.

次に、本実施の形態にかかる半導体装置100の効果について説明する。図21と図22には、本実施の形態にかかる半導体装置100の比較例を示す。図21は、特許文献2に示されたように、ゲート電極304が格子状に配置された格子型レイアウトにおいて、9つの区画の中心の区画に保護拡散層接地領域4を設けた半導体装置200を示している。図22は、図21に示す半導体装置200において、ゲート電極304をストライプ状のレイアウトに置き換えた半導体装置300を示している。   Next, the effects of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described. 21 and 22 show comparative examples of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. FIG. 21 shows a semiconductor device 200 in which a protective diffusion layer ground region 4 is provided in the center of nine sections in a grid type layout in which gate electrodes 304 are arranged in a grid as shown in Patent Document 2. It shows. FIG. 22 shows a semiconductor device 300 in which the gate electrode 304 is replaced with a stripe-like layout in the semiconductor device 200 shown in FIG.

図21に示す半導体装置200では、格子状のゲート電極304で区切られた活性セルは4方向をゲート電極304に囲まれているため、各ゲート電極304底部に設けられた保護拡散層306から伸びる空乏層の影響により、オン電流経路が4方向から狭窄され、オン抵抗の増大を招く恐れがあった。そこで、このようなオン抵抗増大を抑制するため、ゲート電極304のレイアウトを格子型からストライプ型に変更すると、図22に示す半導体装置300となる。半導体装置300では、オン電流経路の狭窄は活性ストライプセル30の短辺近傍を除いて2方向のみからとなるため、オン電流経路を広くすることができ、オン抵抗を低減することができる。   In the semiconductor device 200 shown in FIG. 21, the active cells divided by the grid-like gate electrodes 304 are surrounded by the gate electrodes 304 in four directions, and thus extend from the protective diffusion layer 306 provided at the bottom of each gate electrode 304. Due to the influence of the depletion layer, the on current path is narrowed in four directions, which may cause an increase in on resistance. Therefore, when the layout of the gate electrode 304 is changed from the lattice type to the stripe type in order to suppress such an increase in on-resistance, the semiconductor device 300 shown in FIG. 22 is obtained. In the semiconductor device 300, since the narrowing of the on current path is from only two directions except near the short side of the active stripe cell 30, the on current path can be broadened, and the on resistance can be reduced.

ところが、図22に示す半導体装置300では、保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3b同士が並ぶ領域があり、隣接する第2の活性ストライプ領域3b同士の間のストライプトレンチ307、具体的には図22における上から2、5、8行目のストライプトレンチ307は、保護拡散層接地領域4と接しないことになる。そのため、これらのストライプトレンチ307下部に設けられた保護拡散層306も保護拡散層接地領域4と接続しないことになる。そうすると、保護拡散層接地領域4と接していない保護拡散層306の電位はフローティングとなり、過渡応答時に他の保護拡散層306に比べて空乏層の応答速度が遅れてしまう。その結果、スイッチング損失の増加や、半導体装置300内での特性ばらつき、ひいては高速動作時の電流集中によるゲート絶縁膜の破壊を招くおそれがあった。   However, in the semiconductor device 300 shown in FIG. 22, there is a region in which the second active stripe regions 3b not including the protective diffusion layer ground region 4 are aligned, and stripe trenches 307 between the adjacent second active stripe regions 3b. More specifically, stripe trenches 307 in the second, fifth, and eighth rows from the top in FIG. 22 are not in contact with protective diffusion layer ground region 4. Therefore, the protective diffusion layer 306 provided under the stripe trench 307 is not connected to the protective diffusion layer ground region 4 either. Then, the potential of the protective diffusion layer 306 not in contact with the protective diffusion layer ground region 4 is floating, and the response speed of the depletion layer is delayed compared to other protective diffusion layers 306 at the time of transient response. As a result, there is a possibility that an increase in switching loss, a characteristic variation in the semiconductor device 300, and a breakdown of the gate insulating film due to current concentration at high speed operation may result.

本実施の形態にかかる半導体装置100では、保護拡散層接地領域4を含む第1の活性ストライプ領域3aと保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3bとを、活性ストライプ領域3の短手方向に交互に配置しているため、保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3bは保護拡散層接地領域4を含む第1の活性ストライプ領域3aに挟まれることになり、全てのストライプトレンチ307が保護拡散層接地領域4と接続する。これにより、ストライプトレンチ307下部に設けた保護拡散層306がフローティングとなる箇所がなくなり、スイッチング損失の増加や、半導体装置300内での特性ばらつき、ひいては高速動作時の電流集中によるゲート絶縁膜305の破壊といった問題を抑制することができる。   In the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the first active stripe region 3 a including the protective diffusion layer ground region 4 and the second active stripe region 3 b not including the protective diffusion layer ground region 4 correspond to the active stripe region 3. The second active stripe regions 3 b not including the protective diffusion layer ground region 4 are sandwiched between the first active stripe regions 3 a including the protective diffusion layer ground region 4 because they are alternately arranged in the short direction of Thus, all the stripe trenches 307 are connected to the protective diffusion layer ground region 4. As a result, there is no place where the protective diffusion layer 306 provided in the lower part of the stripe trench 307 becomes floating, and the increase in switching loss, the characteristic variation in the semiconductor device 300, and the current concentration at high speed operation The problem of destruction can be suppressed.

よって、本実施の形態にかかる半導体装置100では、ゲート電極304のレイアウトをストライプ状とすることでオン電流経路を広くしオン抵抗を低減するとともに、保護拡散層306の一部がフローティングとなってしまうことを抑制し、スイッチング損失の増加や、半導体装置100内での特性ばらつき、ひいては高速動作時の電流集中によるゲート絶縁膜305の破壊といった問題を抑制することができる。   Therefore, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the layout of the gate electrodes 304 is in the form of stripes to widen the on current path and reduce the on resistance, and part of the protective diffusion layer 306 is in a floating state. It is possible to suppress the problem of an increase in switching loss, a variation in characteristics in the semiconductor device 100, and a breakdown of the gate insulating film 305 due to current concentration at high speed operation.

また、空乏層が延びる距離は温度上昇とともに長くなるため、保護拡散層306を設けたトレンチゲート型の半導体装置では温度上昇とともにJFET抵抗が増加する。本実施の形態にかかる半導体装置100では、ゲート電極304をストライプ状のレイアウトにすることで、格子型のレイアウトに比べて電流経路が広くなるため、温度上昇に伴うJFET抵抗の増加が緩やかになり、オン抵抗の温度特性(温度変化に伴うばらつき)を改善することができる。   Further, since the distance in which the depletion layer extends increases with the temperature rise, in the trench gate type semiconductor device provided with the protective diffusion layer 306, the JFET resistance increases with the temperature rise. In the semiconductor device 100 according to the present embodiment, by forming the gate electrodes 304 in a stripe layout, the current path is wider than in the grid layout, and therefore, the increase in JFET resistance with temperature rise is moderate. And temperature characteristics of the on-resistance (variations associated with temperature change) can be improved.

また、本実施の形態にかかる半導体装置100では、保護拡散層接地領域4において、ソース電極5と保護拡散層306を接続している。本実施の形態にかかる半導体装置100とは異なり保護拡散層接地領域4において両側のゲート電極304の間において部分的に開口を設けることとしてもよいが、本実施の形態のように保護拡散層接地領域4において両側のゲート電極304の間の全体に開口を設け、この開口部402内でソース電極5と保護拡散層306とを接続することで、コンタクト面積を広げ、ソース電極5と保護拡散層306とのコンタクト抵抗を低減することが可能となる。   Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the source electrode 5 and the protective diffusion layer 306 are connected in the protective diffusion layer ground region 4. Unlike the semiconductor device 100 according to the present embodiment, an opening may be partially provided between the gate electrodes 304 on both sides in the protective diffusion layer ground region 4, but the protective diffusion layer may be grounded as in the present embodiment. By providing an opening between the gate electrodes 304 on both sides in the region 4 and connecting the source electrode 5 and the protective diffusion layer 306 in the opening 402, the contact area is expanded, and the source electrode 5 and the protective diffusion layer It is possible to reduce the contact resistance with 306.

さらに、保護拡散層接地領域4において、ソース電極5と保護拡散層306とがコンタクトする深さ方向の位置は適宜変更しても構わないが、本実施の形態にかかる半導体装置100のように、保護拡散層接地領域4の開口部402内において、ソース電極5がベース領域303よりも深い開口部402の底部にまで延在し、開口部402の底部で保護拡散層306と接続することが望ましい。保護拡散層接地領域4でソース電極5と保護拡散層306と接続する場合、保護拡散層306をエピタキシャル層2の表面上まで形成し、ソース電極5と接続すること等も可能であるが、保護拡散層306よりも抵抗率の低いソース電極5を開口部402の底部にまで延在させ、ソース電極5と保護拡散層306を接続することで、保護拡散層306とソース電極5との間の抵抗を低減でき、スイッチング損失を低減できる。   Furthermore, in the protective diffusion layer ground region 4, the position in the depth direction where the source electrode 5 and the protective diffusion layer 306 are in contact may be changed as appropriate, but as in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, It is desirable that the source electrode 5 extend to the bottom of the opening 402 deeper than the base region 303 in the opening 402 of the protective diffusion layer ground region 4 and be connected to the protective diffusion layer 306 at the bottom of the opening 402 . When connecting the source electrode 5 and the protective diffusion layer 306 in the protective diffusion layer ground region 4, the protective diffusion layer 306 can be formed on the surface of the epitaxial layer 2 and connected to the source electrode 5, etc. The source electrode 5 having a resistivity lower than that of the diffusion layer 306 is extended to the bottom of the opening 402, and the source electrode 5 and the protective diffusion layer 306 are connected, so that the space between the protective diffusion layer 306 and the source electrode 5 is The resistance can be reduced and the switching loss can be reduced.

また、本実施の形態にかかる半導体装置100では、保護拡散層接地領域4の開口部402内において、ゲート電極304の側面を覆う層間絶縁膜6をゲート絶縁膜305よりも厚くしているため、ゲート・ソース間の寄生容量を低減し、スイッチング特性(損失・時間等)を改善することができる。   Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the interlayer insulating film 6 covering the side surface of the gate electrode 304 is thicker than the gate insulating film 305 in the opening 402 of the protective diffusion layer ground region 4. The parasitic capacitance between the gate and the source can be reduced, and the switching characteristics (loss, time, etc.) can be improved.

本実施の形態にかかる半導体装置100は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正・変更することが可能である。そこで、図11〜13を用いて、本実施の形態にかかる半導体装置100の変形例を示す。図11ないし13は、本実施の形態にかかる半導体装置100の変形例を示す平面図である。以下、本実施の形態にかかる半導体装置100との相違点についてのみ説明する。   The semiconductor device 100 according to the present embodiment can be appropriately modified or changed without departing from the spirit of the present invention. Therefore, a modified example of the semiconductor device 100 according to the present embodiment is shown using FIGS. 11 to 13 are plan views showing modified examples of the semiconductor device 100 according to the present embodiment. Hereinafter, only differences from the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described.

図11は示す半導体装置101では、本実施の形態に係る半導体装置100と比較して、活性ストライプ領域3においてコンタクトホール301内に露出したベース領域303を複数の領域に分割し、ストライプ状から島状に変更されている点のみが異なる。図1に示す半導体装置100では、コンタクトホール301内に露出したベース領域303を、長方形状である活性ストライプセル30の形状に対応させて、単一の長方形状としている。一方、図11に示す半導体装置101では、長方形状である活性ストライプセル30において、コンタクトホール301内のエピタキシャル層2の表面に露出したベース領域303が、正方形状の複数の領域からなり、一定間隔で離間して設けられている。   In the semiconductor device 101 shown in FIG. 11, the base region 303 exposed in the contact hole 301 in the active stripe region 3 is divided into a plurality of regions in comparison with the semiconductor device 100 according to the present embodiment. The only difference is that it has been changed to In the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the base region 303 exposed in the contact hole 301 is made into a single rectangular shape corresponding to the shape of the active stripe cell 30 which is rectangular. On the other hand, in the semiconductor device 101 shown in FIG. 11, in the active stripe cell 30 having a rectangular shape, the base region 303 exposed on the surface of the epitaxial layer 2 in the contact hole 301 is made of a plurality of square regions, It is spaced apart and provided.

図1に示す半導体装置100のように、ゲート電極304がストライプ状のレイアウトとなる場合、活性ストライプ領域3の短辺方向のピッチを縮めることで、チャネル幅密度の減少を抑えることができる。しかしながら、コンタクトホール301とゲート電極304との間の距離を縮めることはゲート−ソース間のリーク発生率を高める懸念があるため、コンタクトホール301とゲート電極304との間の距離を一定距離確保する必要がある。そのため、活性ストライプ領域3の短辺側のピッチ縮小のためには、コンタクトホール301の寸法を縮める必要があるが、コンタクトホールの寸法を縮小することはコンタクト抵抗の増加につながるため、ピッチ縮小によってチャネル抵抗は低減できるものの、コンタクト抵抗は増加してしまう。   When the gate electrodes 304 have a stripe-like layout as in the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the reduction in channel width density can be suppressed by reducing the pitch in the short side direction of the active stripe region 3. However, reducing the distance between the contact hole 301 and the gate electrode 304 may increase the gate-source leakage rate, so a certain distance between the contact hole 301 and the gate electrode 304 is secured. There is a need. Therefore, to reduce the pitch on the short side of active stripe region 3, it is necessary to reduce the size of contact hole 301, but reducing the size of the contact hole leads to an increase in contact resistance. Although the channel resistance can be reduced, the contact resistance is increased.

そこで、コンタクトホール301内におけるベース領域303の占有面積を減らし、ソース領域302を増やすことで、ソース領域302とソース電極5とのコンタクト面積を大きくし、コンタクト抵抗を低減することができる。図11に示す半導体装置101では、コンタクトホール301内のエピタキシャル層2の表面に露出したベース領域303が複数の領域に分割されており、分割された複数のベース領域303の間にはソース領域302が露出している。そのため、図1に示す半導体装置100に比べて、コンタクトホール301内のソース領域302の面積を大きくすることができ、ソース領域302とソース電極5との間のコンタクト抵抗を低減することができる。ただし、ベース領域303の面積が小さくなりすぎるとスイッチングの際のベース領域303の応答が遅くなる懸念があるため、コンタクトホール301内のベース領域303の占有面積は20%以上とすることが望ましい。   Therefore, by reducing the occupied area of the base region 303 in the contact hole 301 and increasing the source region 302, the contact area between the source region 302 and the source electrode 5 can be increased, and the contact resistance can be reduced. In semiconductor device 101 shown in FIG. 11, base region 303 exposed on the surface of epitaxial layer 2 in contact hole 301 is divided into a plurality of regions, and source region 302 is separated between the plurality of divided base regions 303. Is exposed. Therefore, compared to the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the area of the source region 302 in the contact hole 301 can be increased, and the contact resistance between the source region 302 and the source electrode 5 can be reduced. However, if there is a concern that the response of the base region 303 during switching may be delayed if the area of the base region 303 is too small, the occupied area of the base region 303 in the contact hole 301 is desirably 20% or more.

なお、図11に示す半導体装置101の製造にあたっては、ベース領域303、あるいはソース領域302形成時のパターンを転写するマスクのレイアウトを変更するだけでよく、工程数の増加を伴うことは無い。   Note that, in manufacturing the semiconductor device 101 shown in FIG. 11, the layout of the mask for transferring the pattern at the time of forming the base region 303 or the source region 302 may be simply changed, and the number of steps is not increased.

図12に示す半導体装置102では、コンタクトホール301内のエピタキシャル層2の表面に露出したベース領域303が、長方形状の複数の領域からなり、一定間隔で離間して設けられている。表面に露出したベース領域303のそれぞれは、活性ストライプ領域3の短辺方向において、隣接するストライプトレンチ307の一方から他方にまで延在している。   In the semiconductor device 102 shown in FIG. 12, the base region 303 exposed on the surface of the epitaxial layer 2 in the contact hole 301 is formed of a plurality of rectangular regions and provided at predetermined intervals. Each of the exposed base regions 303 extends from one of the adjacent stripe trenches 307 to the other in the direction of the short side of the active stripe region 3.

活性ストライプ領域3の短辺方向のピッチを縮小した場合、コンタクトホール301が活性ストライプ領域3の短辺方向に位置ずれしてしまうと、コンタクトホール301内におけるソース領域302の占有面積の変化が顕著となり、各活性ストライプセル30のオン抵抗のばらつきが大きくなる懸念がある。図12に示す半導体装置102では、表面に露出したベース領域303のそれぞれがストライプトレンチ307同士の間で活性ストライプ領域3の短辺方向に一様に設けられているため、活性ストライプ領域3の短辺方向にコンタクトホール301の位置がずれた場合でも、コンタクトホール301内に占めるソース領域302の面積は変化しない。そのため、活性ストライプ領域3の短辺方向のピッチをより一層縮小することができ、オン抵抗低減を図ることができる。   When the pitch in the short side direction of active stripe region 3 is reduced, if contact hole 301 is displaced in the short side direction of active stripe region 3, the change in the occupied area of source region 302 in contact hole 301 becomes remarkable. As a result, there is a concern that the variation in the on-resistance of each active stripe cell 30 may increase. In the semiconductor device 102 shown in FIG. 12, since each of the base regions 303 exposed on the surface is uniformly provided in the short side direction of the active stripe region 3 between the stripe trenches 307, the short of the active stripe region 3 is Even when the position of the contact hole 301 is shifted in the side direction, the area of the source region 302 occupied in the contact hole 301 does not change. Therefore, the pitch in the short side direction of the active stripe region 3 can be further reduced, and the on-resistance can be reduced.

図13に示す半導体装置103では、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとの構成比率を2:1としている。より詳細には、活性ストライプ領域3の短辺方向において、第1の活性ストライプ領域3aが2つ並び第2の活性ストライプ領域3bが1つ並ぶ3つの活性ストライプ領域3を最小単位としてこれが繰り返し並んでいる。また、活性ストライプ領域3の短辺方向において保護拡散層接地領域4の幅は、活性ストライプ領域3の短辺の2倍となっており、隣接する2つの第1の活性ストライプ領域3aに対して共通の保護拡散層接地領域4が設けられている。なお、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとの構成比率は2:1に限定されるものではなく適宜設定することができる。その際、活性ストライプ領域3の短辺方向において保護拡散層接地領域4の幅は、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとの構成比率に対応して、活性ストライプ領域3の短辺の幅の整数倍とすれば、活性ストライプ領域3の短辺を等しく配置することできる。   In the semiconductor device 103 shown in FIG. 13, the composition ratio of the first active stripe region 3a to the second active stripe region 3b is 2: 1. More specifically, in the direction of the short side of active stripe region 3, two first active stripe regions 3a are arranged, and second active stripe region 3b is arranged one by three, with the three active stripe regions 3 as a minimum unit, and repeatedly arranged. It is. Further, the width of the protective diffusion layer ground region 4 in the direction of the short side of the active stripe region 3 is twice the width of the short side of the active stripe region 3, relative to the two adjacent first active stripe regions 3 a. A common protective diffusion layer ground region 4 is provided. The composition ratio of the first active stripe region 3a to the second active stripe region 3b is not limited to 2: 1 and can be set as appropriate. At this time, the width of the protective diffusion layer ground region 4 in the short side direction of the active stripe region 3 corresponds to the composition ratio of the first active stripe region 3a and the second active stripe region 3b. If the width of the short side of the active stripe region 3 is an integral multiple of the width of the short side of the active stripe region 3, the short sides of the active stripe region 3 can be equally disposed.

図1に示す半導体装置100では、保護拡散層接地領域4を含む第1の活性ストライプ領域3aと保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3bとを交互に並べることとしたが、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとの配置はこれに限定されるものではない。図13に示すように、複数の第1の活性ストライプ領域3aごとに1つの第2の活性ストライプ領域3bを設けることとしても構わない。その際、図22に示すように、第2の活性ストライプ領域3b同士が隣接してしまうと第2の活性ストライプ領域3bの間のストライプトレンチ307の下部に設けられた保護拡散層306がフローティングとなる恐れがある。そこで、図13に示すように、各第2の活性ストライプ領域3bの両側には第1の活性ストライプ領域3aを隣接させ、第2の活性ストライプ領域3bが第1の活性ストライプ領域3aに挟まれるように配置する。これにより、一部の保護拡散層306がフローティングとなることを抑制することができる。   In the semiconductor device 100 shown in FIG. 1, the first active stripe region 3a including the protective diffusion layer ground region 4 and the second active stripe region 3b not including the protective diffusion layer ground region 4 are alternately arranged. The arrangement of the first active stripe region 3a and the second active stripe region 3b is not limited to this. As shown in FIG. 13, one second active stripe area 3b may be provided for each of the plurality of first active stripe areas 3a. At this time, as shown in FIG. 22, when the second active stripe regions 3b are adjacent to each other, the protective diffusion layer 306 provided under the stripe trench 307 between the second active stripe regions 3b is floated. There is a risk of Therefore, as shown in FIG. 13, the first active stripe area 3a is adjacent to both sides of each second active stripe area 3b, and the second active stripe area 3b is sandwiched by the first active stripe area 3a. Arrange as. Accordingly, floating of some of the protective diffusion layers 306 can be suppressed.

本実施の形態によれば、保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3bが保護拡散層接地領域4を含む第1の活性ストライプ領域3aに挟まれるように配置することにより、一部の保護拡散層306がフローティングとなることを抑制でき、スイッチング特性の悪化を抑制することができる。   According to the present embodiment, the second active stripe region 3 b not including the protective diffusion layer ground region 4 is disposed so as to be sandwiched by the first active stripe region 3 a including the protective diffusion layer ground region 4. Floating of some protective diffusion layers 306 can be suppressed, and deterioration of switching characteristics can be suppressed.

実施の形態2.
図14は、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置110を示す平面図である。以下、本実施の形態では、実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分については説明を省略する。図14において、図1と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示している。本実施の形態では、ストライプトレンチ307と交差する交差トレンチ308を設けた点で、実施の形態1と相違している。
Second Embodiment
FIG. 14 is a plan view showing a semiconductor device 110 according to the second embodiment of the present invention. Hereinafter, in the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and the description of the same or corresponding parts will be omitted. In FIG. 14, the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same or corresponding configurations. The present embodiment is different from the first embodiment in that a crossing trench 308 intersecting the stripe trench 307 is provided.

実施の形態1では、保護拡散層接地領域4を含む第1の活性ストライプ領域3aが、保護拡散層接地領域4を含まない第2の活性ストライプ領域3bの両側に隣接するように配置することで、第2の活性ストライプ領域3b同士が隣接し、第2の活性ストライプ領域3bの間のストライプトレンチ307の下部に設けられた保護拡散層306がフローティングとなるのを抑制していた。一方、図22に示す半導体装置300のように、第2の活性ストライプ領域3b同士が隣接した構造であっても、ストライプトレンチ307に交差する交差トレンチ308を設けることで、第2の活性ストライプ領域3bの間のストライプトレンチ307の下部に設けられた保護拡散層306をソース電極5に接続することができる。   In the first embodiment, the first active stripe region 3 a including the protective diffusion layer ground region 4 is disposed adjacent to both sides of the second active stripe region 3 b not including the protective diffusion layer ground region 4. The second active stripe regions 3 b are adjacent to each other, and the protective diffusion layer 306 provided under the stripe trench 307 between the second active stripe regions 3 b is prevented from floating. On the other hand, as in the semiconductor device 300 shown in FIG. 22, even in the structure in which the second active stripe regions 3b are adjacent to each other, the second active stripe region is provided by providing the crossing trenches 308 crossing the stripe trenches 307. The protective diffusion layer 306 provided in the lower part of the stripe trench 307 between 3 b can be connected to the source electrode 5.

本実施の形態では、図14に示すように、ストライプトレンチ307の長手方向に垂直な方向でストライプトレンチ307と交差する交差トレンチ308を設けている。交差トレンチには、他のトレンチと同様に、ゲート電極304とゲート絶縁膜305が配設されており、交差トレンチ下部においても保護拡散層306が設けられている。交差トレンチは、隣接する2つ保護拡散層接地領域4の間のそれぞれ設けられ、活性ストライプ領域3の短辺方向に向かって延在している。より詳細には、交差トレンチ308は、活性ストライプ領域3の短辺方向で隣接する2つの保護拡散層接地領域4を接続するように、隣接する保護拡散層接地領域4の間に設けられ、隣接する保護拡散層接地領域4の間において、第2の活性ストライプ領域3bに挟まれたストライプトレンチ307と垂直に交差している。   In the present embodiment, as shown in FIG. 14, an intersecting trench 308 intersecting the stripe trench 307 in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe trench 307 is provided. Like the other trenches, the gate electrode 304 and the gate insulating film 305 are disposed in the intersection trench, and the protective diffusion layer 306 is provided also in the lower part of the intersection trench. Cross trenches are respectively provided between adjacent two protective diffusion layer ground regions 4 and extend toward the short side of active stripe region 3. More specifically, cross trench 308 is provided between adjacent protective diffusion layer ground regions 4 so as to connect two protective diffusion layer ground regions 4 adjacent in the direction of the short side of active stripe region 3. Between the protective diffusion layer ground region 4 and the stripe trench 307 sandwiched by the second active stripe region 3 b.

図22に示す半導体装置300では、第2の活性ストライプ領域3bに挟まれたストライプトレンチ307下部に設けられた保護拡散層306はフローティングとなってしまうが、本実施の形態にかかる半導体装置110では、交差トレンチ308下部に設けられた保護拡散層306を介して、第2の活性ストライプ領域3bによって挟まれたストライプトレンチ下部の保護拡散層306も、保護拡散層接地領域4に接続されることになる。よって、保護拡散層306をより確実にソース電極5に接続することができるため、スイッチング損失の増加や、半導体装置300内での特性ばらつき、ひいては高速動作時の電流集中によるゲート絶縁膜の破壊を抑制することができる。   In the semiconductor device 300 shown in FIG. 22, the protective diffusion layer 306 provided under the stripe trench 307 sandwiched by the second active stripe region 3b is in a floating state, but in the semiconductor device 110 according to the present embodiment. The protective diffusion layer 306 in the lower portion of the stripe trench sandwiched by the second active stripe region 3 b is also connected to the protective diffusion layer ground region 4 through the protective diffusion layer 306 provided in the lower portion of the intersection trench 308. Become. Therefore, the protective diffusion layer 306 can be more reliably connected to the source electrode 5, and therefore, the increase in switching loss, the characteristic variation in the semiconductor device 300, and the breakdown of the gate insulating film due to the current concentration at high speed operation It can be suppressed.

また、本実施の形態にかかる半導体装置110では、ゲート電極304が配設される交差トレンチ308を設けることで、交差トレンチ308の側面にもチャネル形成されることになるため、チャネル幅密度を向上させオン抵抗を低減することができる。一方、交差トレンチ308を設けることで、活性ストライプセル30の長辺の長さが狭くなり、保護拡散層306から伸びる空乏層によるJFET抵抗が増大するおそれがあるため、交差トレンチ308を設ける間隔は、活性ストライプセル30が少なくともストライプ状(長方形状)となるように設定され、好ましくは活性ストライプセル30の長辺の長さが短辺の長さの1.5倍以上、より好ましくは2.0倍以上となるように設定される。   Further, in the semiconductor device 110 according to the present embodiment, the channel is formed also on the side surface of the crossing trench 308 by providing the crossing trench 308 in which the gate electrode 304 is disposed, so the channel width density is improved. And the on-resistance can be reduced. On the other hand, providing the crossing trench 308 narrows the length of the long side of the active stripe cell 30, and may increase the JFET resistance due to the depletion layer extending from the protective diffusion layer 306. The active stripe cell 30 is set to at least a stripe shape (rectangular shape). Preferably, the length of the long side of the active stripe cell 30 is 1.5 times or more of the length of the short side, more preferably 2. It is set to be 0 times or more.

図21に示す半導体装置200では、格子型のゲート電極配置となっているため、保護拡散層接地領域4を少なくとも1つ設ければ、ゲート電極304の下部に設けられた全ての保護拡散層306は必然的にソース電極5に接続されることになるが、保護拡散層306からの空乏層が各活性セルにおいて4方向から伸びることになりJFET抵抗が増加しオン抵抗の増加を招く。一方、このようなオン抵抗増加を抑制するために、図22に示すように、図21の半導体装置200の構造においてゲート電極304をそのままストライプ状のレイアウトに変更すると、一部の保護拡散層306がフローティングとなり、スイッチング特性の悪化等を招いてしまうのは、上述したとおりである。   In the semiconductor device 200 shown in FIG. 21, since the gate electrode of the lattice type is disposed, if at least one protective diffusion layer ground region 4 is provided, all the protective diffusion layers 306 provided under the gate electrode 304. Is inevitably connected to the source electrode 5, but the depletion layer from the protective diffusion layer 306 extends from four directions in each active cell, increasing the resistance of the JFET and leading to the increase of the on-resistance. On the other hand, in order to suppress such an increase in on-resistance, as shown in FIG. 22, when gate electrode 304 is directly changed to a stripe-like layout in the structure of semiconductor device 200 of FIG. As described above, it becomes floating and causes deterioration of switching characteristics and the like.

本実施の形態では、交差トレンチ308の下部に設けられた保護拡散層306を介して、ストライプトレンチ307下部に設けられた保護拡散層306同士を接続することで、一部の保護拡散層306がフローティングになることを抑制しつつ、活性ストライプセル30がストライプ状を維持するように交差トレンチ308の間隔を設定することで、JFET抵抗の増加を抑制し、オン抵抗低減を図ることができる。   In the present embodiment, the protective diffusion layers 306 provided under the stripe trench 307 are connected to each other through the protective diffusion layer 306 provided under the intersection trench 308, whereby some of the protective diffusion layers 306 are formed. By setting the distance between the crossing trenches 308 so that the active stripe cells 30 maintain the stripe shape while suppressing the floating, the increase in the JFET resistance can be suppressed, and the on-resistance can be reduced.

また、交差トレンチ308を設ける構成は、本実施の形態のように第2の活性ストライプ領域3b同士が隣接した構造に限られるものではなく、例えば、実施の形態1のように、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bとが交互に並ぶレイアウトにおいて、交差トレンチ308を設けることとしてもよい。   Further, the configuration in which the cross trench 308 is provided is not limited to the structure in which the second active stripe regions 3b are adjacent to each other as in the present embodiment, and, for example, as in the first embodiment In the layout in which the stripe regions 3a and the second active stripe regions 3b are alternately arranged, the crossing trench 308 may be provided.

図15には、本実施の形態の変形例にかかる半導体装置111を示す。図15において、実施の形態1と同様に、第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bと活性ストライプ領域3の短辺方向において交互に並んでおり、第2の活性ストライプ領域3bには、活性ストライプ領域3の長辺方向に一定間隔で交差トレンチ308が設けられている。また、図15においては、保護拡散層接地領域4ごとに交差トレンチ308が設けられ、各交差トレンチ308の一端は保護拡散層接地領域4に接続している。第1の活性ストライプ領域3aと第2の活性ストライプ領域3bと活性ストライプ領域3の短辺方向において交互に並んだ構成においても、交差トレンチ308を設けることで、チャネル幅密度を向上させオン抵抗を低減することができる。   FIG. 15 shows a semiconductor device 111 according to a modification of the present embodiment. In FIG. 15, similarly to the first embodiment, the first active stripe region 3a, the second active stripe region 3b, and the active stripe region 3 are alternately arranged in the short side direction, and the second active stripe region 3b is In the present embodiment, crossing trenches 308 are provided at regular intervals in the long side direction of the active stripe region 3. Further, in FIG. 15, a cross trench 308 is provided for each protective diffusion layer ground region 4, and one end of each cross trench 308 is connected to the protective diffusion layer ground region 4. Even in the configuration in which the first active stripe region 3a, the second active stripe region 3b, and the active stripe region 3 are alternately arranged in the short direction, the cross trench 308 is provided to improve the channel width density and increase the on resistance. It can be reduced.

本実施の形態によれば、交差トレンチ308によってフローティングとなりうるストライプトレンチ307と保護拡散層接地領域4とを接続することでスイッチング特性の悪化を抑制することができる。また、交差トレンチ308を設けることで、交差トレンチ308の側面にチャネル領域を形成することが可能となるため、チャネル幅密度を向上させオン抵抗を低減することが可能となる。   According to the present embodiment, the deterioration of the switching characteristics can be suppressed by connecting the stripe trench 307 that can be floating and the protective diffusion layer ground region 4 by the crossing trench 308. Further, by providing the cross trench 308, it is possible to form a channel region on the side surface of the cross trench 308, so it is possible to improve the channel width density and reduce the on resistance.

実施の形態3.
図16は、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置120を示す平面図である。以下、本実施の形態では、実施の形態1と相違する部分について説明し、同一または対応する部分についての説明は省略する。図16において、図1と同一の符号を付けたものは、同一または対応する構成を示している。本実施の形態では、全ての活性ストライプ領域3に保護拡散層接地領域4を設けた点で実施の形態1と相違している。
Third Embodiment
FIG. 16 is a plan view showing a semiconductor device 120 according to the third embodiment of the present invention. Hereinafter, in the present embodiment, parts different from the first embodiment will be described, and description of the same or corresponding parts will be omitted. In FIG. 16, ones given the same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same or corresponding configurations. The present embodiment is different from the first embodiment in that protective diffusion layer ground regions 4 are provided in all active stripe regions 3.

図16において、複数の活性ストライプ領域3のそれぞれに保護拡散層接地領域4が設けられており、すなわち保護拡散層接地領域4を含む第1活性ストライプ領域3aのみで構成されている。また、各活性ストライプ領域3の保護拡散層接地領域4は、活性ストライプ領域3の短辺方向で連続して形成されている。言い換えると、本実施の形態における保護拡散層接地領域4は、活性ストライプ領域3の短辺方向(図16における上下方向)に延在した、ストライプ状の一つの開口部によって形成されている。そして、複数のストライプ状の保護拡散層接地領域4が、活性ストライプ領域3の長手方向に一定間隔で離間して設けられている。   In FIG. 16, the protective diffusion layer ground region 4 is provided in each of the plurality of active stripe regions 3, that is, only the first active stripe region 3 a including the protective diffusion layer ground region 4 is formed. The protective diffusion layer ground region 4 of each active stripe region 3 is continuously formed in the short side direction of the active stripe region 3. In other words, the protective diffusion layer ground region 4 in the present embodiment is formed by one stripe-shaped opening extending in the direction of the short side of the active stripe region 3 (vertical direction in FIG. 16). A plurality of stripe-shaped protective diffusion layer ground regions 4 are provided at regular intervals in the longitudinal direction of the active stripe region 3.

図16の上下方向に延びるストライプ状の開口部(保護拡散層接地領域4)の両端側面にはゲート電極304が設けられている(図示せず)。そのため、図16の左右方向に延在し活性ストライプセル30を規定するストライプトレンチ307内に設けられる複数のゲート電極304は、互いに、保護拡散層接地領域4内に設けられるゲート電極304によって接続されることになる。これに伴いストライプトレンチ307(ゲート電極304)の下部に設けられた保護拡散層306は、保護拡散層接地領域4において開口部402の下部に設けられた保護拡散層306によって互いに接続されるとともに、保護拡散層接地領域4においてソース電極5と接続している。   Gate electrodes 304 are provided (not shown) on both side surfaces of the stripe-shaped opening (protective diffusion layer ground region 4) extending in the vertical direction in FIG. Therefore, a plurality of gate electrodes 304 provided in stripe trench 307 extending in the lateral direction of FIG. 16 and defining active stripe cell 30 are connected to each other by gate electrodes 304 provided in protective diffusion layer ground region 4. It will be Along with this, the protective diffusion layers 306 provided under the stripe trench 307 (gate electrode 304) are connected to each other by the protective diffusion layer 306 provided under the opening 402 in the protective diffusion layer ground region 4; It is connected to the source electrode 5 in the protective diffusion layer ground region 4.

本実施の形態にかかる半導体装置120では、活性ストライプ領域3のそれぞれに保護拡散層接地領域4が設けられているため、保護拡散層306の一部がフローティングとなりスイッチング特性が悪化することを抑制することができる。また、本実施の形態の場合には、活性ストライプ領域3のそれぞれに保護拡散層接地領域4を設けているが、実施の形態1と比較すると相対的に保護拡散層接地領域4の比率が増加するおそれがある。保護拡散層接地領域4ではオン電流経路が形成されないため、保護拡散層接地領域4を密にしてしまうと、オン電流経路が狭窄され、オン抵抗が増加するおそれがある。そのため、保護拡散層接地領域4同士の間隔は、実施の形態1と比べると大きくするのが望ましく、保護拡散層接地領域4の専有面積がオン抵抗に支障がない程度の割合になるように設定するのが望ましい。   In the semiconductor device 120 according to the present embodiment, since the protective diffusion layer ground region 4 is provided in each of the active stripe regions 3, a part of the protective diffusion layer 306 is floated to suppress deterioration of the switching characteristics. be able to. Further, in the case of the present embodiment, the protective diffusion layer ground region 4 is provided in each of the active stripe regions 3, but the ratio of the protective diffusion layer ground region 4 is relatively increased as compared to the first embodiment. There is a risk of Since no on current path is formed in the protective diffusion layer ground region 4, if the protective diffusion layer ground region 4 is made dense, the on current path may be narrowed and the on resistance may increase. Therefore, it is desirable to make the distance between the protective diffusion layer ground regions 4 larger than that in the first embodiment, and set the ratio of the area occupied by the protective diffusion layer ground region 4 to such a degree that there is no problem with the on resistance. It is desirable to do.

一方、本実施の形態にかかる半導体装置120では、図16の上下方向に延在するストライプ状の保護拡散層接地領域4によって、ストライプトレンチ307内のゲート電極304は横方向に独立して分断されているため、ゲート抵抗の増加を招くおそれがある。そこで、ゲート抵抗の低減を図る場合には、各活性ストライプ領域3に含まれる保護拡散層接地領域4同士を隣接して形成されないことが望ましい。図17には、本実施の形態の変形例にかかる半導体装置121の平面図を示す。図17に示す半導体装置121では、活性ストライプ領域3のそれぞれに保護拡散層接地領域4が設けられるとともに、ゲート抵抗を低減するために、各活性ストライプ領域3に含まれる保護拡散層接地領域4が一定間隔で離間して設けられている。そして、正方形状の保護拡散層接地領域4の各辺に沿ってゲート電極304を配設されている。これにより、保護拡散層接地領域4によってゲート電極304が分断されることがないため、ゲート抵抗の増加を抑制することができる。   On the other hand, in the semiconductor device 120 according to the present embodiment, the gate electrode 304 in the stripe trench 307 is divided independently in the lateral direction by the striped protective diffusion layer ground region 4 extending in the vertical direction in FIG. Therefore, the gate resistance may be increased. Therefore, in order to reduce the gate resistance, it is preferable that the protective diffusion layer ground regions 4 included in each active stripe region 3 are not formed adjacent to each other. FIG. 17 is a plan view of a semiconductor device 121 according to a modification of the present embodiment. In the semiconductor device 121 shown in FIG. 17, the protective diffusion layer ground region 4 is provided in each of the active stripe regions 3, and the protective diffusion layer ground region 4 included in each active stripe region 3 is provided to reduce gate resistance. They are spaced apart at regular intervals. A gate electrode 304 is disposed along each side of the square protective diffusion layer ground region 4. As a result, the gate electrode 304 is not divided by the protective diffusion layer ground region 4, and therefore, an increase in gate resistance can be suppressed.

また、本実施の形態では、隣接する各活性ストライプ領域3の保護拡散層接地領域4を連続して形成し、一つのストライプ状の開口部によって形成することとしたが、保護拡散層接地領域4を複数の区画に分けて構成することとしても構わない。図18には、本実施の形態にかかる半導体装置120において保護拡散層接地領域4を複数の区画に分けた変形例を示す。図18に示す半導体装置122では、保護拡散層接地領域4は複数の離間した正方形状の区画で構成されており、保護拡散層接地領域4が複数離間して並んだ列が複数設けられている。そして、保護拡散層接地領域4の列の間で活性ストライプセル30が形成されている。   Further, in the present embodiment, the protective diffusion layer ground region 4 of each adjacent active stripe region 3 is formed continuously and formed by one stripe-shaped opening, but the protective diffusion layer ground region 4 May be divided into a plurality of sections. FIG. 18 shows a modification in which the protective diffusion layer ground region 4 is divided into a plurality of sections in the semiconductor device 120 according to the present embodiment. In the semiconductor device 122 shown in FIG. 18, the protective diffusion layer ground region 4 is formed of a plurality of spaced square sections, and a plurality of rows in which the protective diffusion layer ground regions 4 are arranged in a row are provided. . The active stripe cells 30 are formed between the columns of the protective diffusion layer ground region 4.

図18において、保護拡散層接地領域4を構成する複数の区画の間には、正方形状の活性セル31が設けられている。活性セル31における活性ストライプ領域3の短辺方向の辺は、ストライプトレンチ307に交差する2本の交差トレンチ308で構成されており、交差トレンチ308内部にはゲート電極304とゲート絶縁膜305が配設されており、交差トレンチ308の下部には保護拡散層306が設けられている。また、活性セル31と保護拡散層接地領域4との境界には、活性ストライプ領域3の長手方向に延びるトレンチが設けられており、当該トレンチ内部にはゲート電極304が設けられている。このように、保護拡散層接地領域4が形成されていた領域の一部に、活性ストライプセル30とは平面形状の異なる活性セル31を設けることで、オン電流経路を増加し、チャネル幅密度も向上するため、オン抵抗を低減することができる。   In FIG. 18, square-shaped active cells 31 are provided between the plurality of sections constituting the protective diffusion layer ground region 4. The side in the short side direction of the active stripe region 3 in the active cell 31 is formed of two crossing trenches 308 crossing the stripe trench 307, and the gate electrode 304 and the gate insulating film 305 are disposed inside the crossing trench 308. A protective diffusion layer 306 is provided in the lower part of the crossing trench 308. In addition, a trench extending in the longitudinal direction of the active stripe region 3 is provided at the boundary between the active cell 31 and the protective diffusion layer ground region 4, and a gate electrode 304 is provided inside the trench. As described above, by providing the active cell 31 having a planar shape different from that of the active stripe cell 30 in a part of the region where the protective diffusion layer ground region 4 is formed, the on current path is increased, and the channel width density is also increased. The on-resistance can be reduced to improve.

なお、本明細書では、活性ストライプセル30を第1の活性セルと、活性セル31を第2の活性セルともいう。単一形状の活性セルと保護拡散層接地領域のみで構成しようとすると、半導体装置全体における活性セルの専有比率等を十分に調整することが困難な場合がある。そのため、図18に示す半導体装置122では、ストライプ状の第1の活性セル(30)と、第1の活性セルとは平面形状の異なる正方形状の第2の活性セル(31)を設けることで、平面方向のスペースを十分に活用し、オン電流経路として活用できる領域を増加させることができるため、オン抵抗を低減することができる。   In the present specification, the active stripe cell 30 is also referred to as a first active cell, and the active cell 31 is also referred to as a second active cell. If it is intended to constitute only a single-shaped active cell and a protective diffusion layer ground region, it may be difficult to sufficiently adjust the proportion of the active cell in the entire semiconductor device. Therefore, in the semiconductor device 122 shown in FIG. 18, the first active cell (30) in a stripe shape and the second active cell (31) in a square shape different in planar shape from the first active cell are provided. The on-resistance can be reduced because the space in the planar direction can be fully utilized and the area that can be utilized as the on-current path can be increased.

さらに、図18に示す半導体装置122では、保護拡散層接地領域4と活性セル31との境界が、活性ストライプセル30同士の境界に対して、活性ストライプセル30の短辺方向におけるピッチの半周期分だけずれるように、保護拡散層接地領域4を設けている。なお、各活性ストライプ領域3には、保護拡散層接地領域4の一部(半分)の領域が含まれることになるが、本明細書でいう「活性ストライプ領域3に保護拡散層接地領域4が含まれる」という構成は、このように活性ストライプ領域3に保護拡散層接地領域4の一部が含まれるものも包含することとする。図18に示す半導体装置122においても、ゲート電極304は分断されることなく一体に形成されることになるため、ゲート抵抗の増加を抑制することができる。   Further, in the semiconductor device 122 shown in FIG. 18, the boundary between the protective diffusion layer ground region 4 and the active cell 31 is a half cycle of the pitch in the short side direction of the active stripe cell 30 with respect to the boundary between the active stripe cells 30. The protective diffusion layer ground region 4 is provided so as to be shifted by an amount. Although each active stripe region 3 includes a partial (half) region of the protective diffusion layer ground region 4, the protective diffusion layer ground region 4 is referred to as “active stripe region 3” in this specification. The configuration “included” also includes one in which the active stripe region 3 includes a part of the protective diffusion layer ground region 4 as described above. Also in the semiconductor device 122 shown in FIG. 18, the gate electrode 304 is integrally formed without being divided, so that an increase in gate resistance can be suppressed.

また、上述したいずれの構成においても、保護拡散層接地領域4は正方形状としたが、これに限定されるものではない。図19には、図18に示す半導体装置122において保護拡散層接地領域4の平面形状を長方形状とした半導体装置123を示す。図19に示すように、保護拡散層接地領域4を長方形状しても構わない。図19では、保護拡散層接地領域4を活性ストライプセル30と同等の形状としており、これに伴い、保護拡散層接地領域4同士の間に設けられる活性セル31も活性ストライプセル30と同等の長方形状となる。   Further, in any of the configurations described above, the protective diffusion layer ground region 4 has a square shape, but is not limited to this. FIG. 19 shows a semiconductor device 123 in which the planar shape of the protective diffusion layer ground region 4 in the semiconductor device 122 shown in FIG. 18 is rectangular. As shown in FIG. 19, the protective diffusion layer ground region 4 may be rectangular. In FIG. 19, the protective diffusion layer ground region 4 has the same shape as the active stripe cell 30, and accordingly, the active cell 31 provided between the protective diffusion layer ground regions 4 also has a rectangular shape similar to the active stripe cell 30. It becomes a state.

さらに、保護拡散層接地領域4や活性ストライプセル30は四角形状に限定されるものではなく、六角形等の多角形状に構成されることとしてもよい。図20には、図18に示す半導体装置122において保護拡散層接地領域4、活性ストライプセル30、および活性セル31の平面形状を六角形状とした半導体装置124を示す。図20に示すように、保護拡散層接地領域4と活性セル31を正六角形状して構成し、活性ストライプセル30は正六角形状をストライプトレンチ307に沿って一方向に引き延ばした形状としている。また、図20に示すように、保護拡散層接地領域4、活性ストライプセル30、および活性セル31は、ストライプトレンチ307と交差する交差トレンチ308によって区切られている。さらに、図20においてストライプトレンチ307に対して鈍角をなす交差トレンチ308によって形成されるエピタキシャル層2の側壁の面方位を(10−10)面に等価な面で構成する。これにより、オフ角の影響を小さくしゲート耐圧の低下を抑えることができる。   Furthermore, the protective diffusion layer ground region 4 and the active stripe cell 30 are not limited to the square shape, and may be configured in a polygonal shape such as a hexagon. FIG. 20 shows a semiconductor device 124 in which the planar shapes of the protective diffusion layer ground region 4, the active stripe cell 30, and the active cell 31 in the semiconductor device 122 shown in FIG. 18 are hexagonal. As shown in FIG. 20, the protective diffusion layer ground region 4 and the active cell 31 are formed in a regular hexagonal shape, and the active stripe cell 30 has a regular hexagonal shape extending in one direction along the stripe trench 307. In addition, as shown in FIG. 20, protective diffusion layer ground region 4, active stripe cell 30 and active cell 31 are separated by a cross trench 308 crossing stripe trench 307. Furthermore, in FIG. 20, the plane orientation of the side wall of epitaxial layer 2 formed by crossing trench 308 having an obtuse angle with respect to stripe trench 307 is constituted by a plane equivalent to the (10-10) plane. This makes it possible to reduce the influence of the off angle and to suppress the decrease in gate breakdown voltage.

図20に示す六角形状など、長方形と異なる形状の活性ストライプセル30を配設する場合、活性ストライプセル30の長辺と短辺の比は、活性ストライプセル30の長辺同士の間の距離を短辺として考え、算出することができる。そして、活性ストライプセル30の形状が変化したとしても、長辺と短辺の比は好ましくは1.5以上、より望ましくは2.0以上とする。   When the active stripe cell 30 having a shape different from a rectangle, such as a hexagonal shape shown in FIG. 20, is arranged, the ratio of the long side to the short side of the active stripe cell 30 is the distance between the long sides of the active stripe cell 30 It can be considered as a short side and calculated. And, even if the shape of the active stripe cell 30 changes, the ratio of the long side to the short side is preferably 1.5 or more, more preferably 2.0 or more.

図20に示すように、実施の形態2でも設けていた交差トレンチ308はストライプトレンチ307に必ずしも直交する必要はなく、保護拡散層接地領域4、活性ストライプセル30、および活性セル31の平面形状に応じて、設けることとすればよい。   As shown in FIG. 20, the crossing trench 308 provided in the second embodiment does not necessarily need to be orthogonal to the stripe trench 307, and the planar shape of the protective diffusion layer ground region 4, the active stripe cell 30, and the active cell 31. Accordingly, it may be provided.

本実施の形態では、活性ストライプ領域3のそれぞれに保護拡散層接地領域4を設けることとしたので、一部の保護拡散層306がフローティングとなることを抑制し、スイッチング特性の悪化等を抑制することができる。   In the present embodiment, the protective diffusion layer ground region 4 is provided in each of the active stripe regions 3, so that a part of the protective diffusion layer 306 is prevented from floating to suppress the deterioration of the switching characteristics and the like. be able to.

上述した実施の形態1ないし3の説明では、ドリフト層2aとSiC基板1(バッファ層)とが同じ導電型を有する構造のMOSFETについて述べたが、ドリフト層2aとSiC基板1とが異なる導電型を有する構造のIGBTにも本発明は適用可能である。例えば、図2に示した半導体装置100に対し、SiC基板1をp型の基板にすればIGBTの構成となる。その場合、MOSFETのソース領域302およびソース電極5は、それぞれIGBTのエミッタ領域およびエミッタ電極に対応し、MOSFETのドレイン電極7はIGBTのコレクタ電極に対応することになる。本明細書におけるソース領域やソース電極にはエミッタ領域やエミッタ電極も含まれるし、ドレイン電極にはコレクタ電極も含まれることとする。なお、IGBTを構成する場合、基板となるn型のSiC基板を削除してエピタキシャル層2にイオン注入により形成したp型領域をp型の基板としてもよい。   In the description of the first to third embodiments described above, although the MOSFET having a structure in which the drift layer 2a and the SiC substrate 1 (buffer layer) have the same conductivity type is described, the conductivity type in which the drift layer 2a and the SiC substrate 1 are different is described. The present invention is also applicable to an IGBT having a structure having For example, when the SiC substrate 1 is a p-type substrate in the semiconductor device 100 shown in FIG. In that case, the source region 302 and the source electrode 5 of the MOSFET correspond to the emitter region and the emitter electrode of the IGBT, respectively, and the drain electrode 7 of the MOSFET corresponds to the collector electrode of the IGBT. The source region and the source electrode in the present specification include an emitter region and an emitter electrode, and the drain electrode also includes a collector electrode. In the case of forming an IGBT, the n-type SiC substrate to be the substrate may be deleted and a p-type region formed by ion implantation in the epitaxial layer 2 may be used as the p-type substrate.

また、実施の形態1ないし3では、ワイドバンドギャップ半導体の1つであるSiCを用いて形成した半導体装置について説明したが、例えば窒化ガリウム(GaN)系材料、ダイヤモンドなど、他のワイドバンドギャップ半導体を用いた半導体装置やシリコン半導体を用いた半導体装置に対しても適用可能である。さらに、上述した実施の形態ではn型の絶縁ゲート型半導体装置を例としたが、p型の絶縁ゲート型半導体装置に適用しても構わない。なお、本明細書において、ワイドバンドギャップ半導体とは、少なくともシリコン半導体よりもバンドギャップの広い半導体とする。   In the first to third embodiments, a semiconductor device formed using SiC, which is one of wide band gap semiconductors, has been described. However, other wide band gap semiconductors such as gallium nitride (GaN) based material, diamond, etc. The present invention can also be applied to semiconductor devices using a semiconductor device or semiconductor devices using a silicon semiconductor. Furthermore, although the n-type insulated gate semiconductor device is described as an example in the above embodiment, the present invention may be applied to a p-type insulated gate semiconductor device. Note that in this specification, a wide band gap semiconductor is a semiconductor having a wider band gap than at least a silicon semiconductor.

実施の形態4.
本実施の形態は、上述した実施の形態1から3にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本発明は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態4として、三相のインバータに本発明を適用した場合について説明する。
Fourth Embodiment
The present embodiment is an application of the semiconductor device according to the above-described first to third embodiments to a power conversion device. Although the present invention is not limited to a specific power converter, the case where the present invention is applied to a three-phase inverter will be described below as a fourth embodiment.

図23は、本実施の形態にかかる電力変換装置を適用した電力変換システムの構成を示すブロック図である。   FIG. 23 is a block diagram showing a configuration of a power conversion system to which the power conversion device according to the present embodiment is applied.

図23に示す電力変換システムは、電源1000、電力変換装置2000、負荷3000から構成される。電源1000は、直流電源であり、電力変換装置2000に直流電力を供給する。電源1000は種々のもので構成することが可能であり、例えば、直流系統、太陽電池、蓄電池で構成することができるし、交流系統に接続された整流回路やAC/DCコンバータで構成することとしてもよい。また、電源1000を、直流系統から出力される直流電力を所定の電力に変換するDC/DCコンバータによって構成することとしてもよい。   The power conversion system shown in FIG. 23 includes a power supply 1000, a power conversion device 2000, and a load 3000. The power supply 1000 is a DC power supply, and supplies DC power to the power conversion device 2000. The power supply 1000 can be configured by various things, and can be configured by, for example, a DC system, a solar cell, or a storage battery, or as a rectifier circuit or an AC / DC converter connected to an AC system. It is also good. Further, the power supply 1000 may be configured by a DC / DC converter that converts DC power output from the DC system into predetermined power.

電力変換装置2000は、電源1000と負荷3000の間に接続された三相のインバータであり、電源1000から供給された直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に交流電力を供給する。電力変換装置2000は、図23に示すように、直流電力を交流電力に変換して出力する主変換回路2001と、主変換回路2001の各スイッチング素子を駆動する駆動信号を出力する駆動回路2002と、主変換回路2001を制御する制御信号を駆動回路2002に出力する制御回路2003とを備えている。   Power converter 2000 is a three-phase inverter connected between power supply 1000 and load 3000, converts DC power supplied from power supply 1000 into AC power, and supplies AC power to load 3000. Power converter 2000, as shown in FIG. 23, includes a main conversion circuit 2001 that converts DC power into AC power and outputs the same, and a drive circuit 2002 that outputs driving signals to drive each switching element of main conversion circuit 2001. And a control circuit 2003 for outputting a control signal for controlling the main conversion circuit 2001 to the drive circuit 2002.

負荷3000は、電力変換装置2000から供給された交流電力によって駆動される三相の電動機である。なお、負荷3000は特定の用途に限られるものではなく、各種電気機器に搭載された電動機であり、例えば、ハイブリッド自動車や電気自動車、鉄道車両、エレベーター、もしくは、空調機器向けの電動機として用いられる。   The load 3000 is a three-phase motor driven by AC power supplied from the power conversion device 2000. The load 3000 is not limited to a specific application, and is a motor mounted on various electric devices, and is used as, for example, a hybrid car, an electric car, a rail car, an elevator, or a motor for an air conditioner.

以下、電力変換装置2000の詳細を説明する。主変換回路2001は、スイッチング素子と還流ダイオードを備えており(図示せず)、スイッチング素子がスイッチングすることによって、電源1000から供給される直流電力を交流電力に変換し、負荷3000に供給する。主変換回路2001の具体的な回路構成は種々のものがあるが、本実施の形態にかかる主変換回路2001は2レベルの三相フルブリッジ回路であり、6つのスイッチング素子とそれぞれのスイッチング素子に逆並列された6つの還流ダイオードから構成することができる。主変換回路2001の各スイッチング素子には、上述した実施の形態1から3のいずれかにかかる半導体装置を適用する。6つのスイッチング素子は2つのスイッチング素子ごとに直列接続され上下アームを構成し、各上下アームはフルブリッジ回路の各相(U相、V相、W相)を構成する。そして、各上下アームの出力端子、すなわち主変換回路2001の3つの出力端子は、負荷3000に接続される。   Hereinafter, details of the power conversion device 2000 will be described. The main conversion circuit 2001 includes a switching element and a free wheeling diode (not shown), converts the DC power supplied from the power source 1000 into AC power by switching the switching element, and supplies the AC power to the load 3000. Although there are various specific circuit configurations of the main conversion circuit 2001, the main conversion circuit 2001 according to the present embodiment is a two-level three-phase full bridge circuit, and has six switching elements and respective switching elements. It can be composed of six anti-parallel freewheeling diodes. The semiconductor device according to any one of the first to third embodiments described above is applied to each switching element of the main conversion circuit 2001. Six switching elements are connected in series for every two switching elements to constitute upper and lower arms, and each upper and lower arm constitutes each phase (U phase, V phase, W phase) of the full bridge circuit. The output terminals of the upper and lower arms, ie, the three output terminals of the main conversion circuit 2001, are connected to the load 3000.

駆動回路2002は、主変換回路2001のスイッチング素子を駆動する駆動信号を生成し、主変換回路2001のスイッチング素子の制御電極に供給する。具体的には、後述する制御回路2003からの制御信号に従い、スイッチング素子をオン状態にする駆動信号とスイッチング素子をオフ状態にする駆動信号とを各スイッチング素子の制御電極に出力する。スイッチング素子をオン状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以上の電圧信号(オン信号)であり、スイッチング素子をオフ状態に維持する場合、駆動信号はスイッチング素子の閾値電圧以下の電圧信号(オフ信号)となる。   The drive circuit 2002 generates a drive signal for driving the switching element of the main conversion circuit 2001, and supplies the drive signal to the control electrode of the switching element of the main conversion circuit 2001. Specifically, in accordance with a control signal from a control circuit 2003 described later, a drive signal to turn on the switching element and a drive signal to turn off the switching element are output to the control electrodes of the switching elements. When the switching element is maintained in the ON state, the drive signal is a voltage signal (ON signal) higher than the threshold voltage of the switching element, and when the switching element is maintained in the OFF state, the drive signal is voltage lower than the threshold voltage of the switching element It becomes a signal (off signal).

制御回路2003は、負荷3000に所望の電力が供給されるよう主変換回路2001のスイッチング素子を制御する。具体的には、負荷3000に供給すべき電力に基づいて主変換回路2001の各スイッチング素子がオン状態となるべき時間(オン時間)を算出する。例えば、出力すべき電圧に応じてスイッチング素子のオン時間を変調するPWM制御によって主変換回路2001を制御することができる。そして、各時点においてオン状態となるべきスイッチング素子にはオン信号を、オフ状態となるべきスイッチング素子にはオフ信号が出力されるよう、駆動回路2002に制御指令(制御信号)を出力する。駆動回路2002は、この制御信号に従い、各スイッチング素子の制御電極にオン信号又はオフ信号を駆動信号として出力する。   The control circuit 2003 controls the switching elements of the main conversion circuit 2001 so that a desired power is supplied to the load 3000. Specifically, based on the power to be supplied to the load 3000, the time (on-time) in which each switching element of the main conversion circuit 2001 should be turned on is calculated. For example, the main conversion circuit 2001 can be controlled by PWM control that modulates the on time of the switching element according to the voltage to be output. Then, a control command (control signal) is output to the drive circuit 2002 so that the on signal is output to the switching element to be turned on at each time point and the off signal is output to the switching element to be turned off. The drive circuit 2002 outputs an on signal or an off signal as a drive signal to the control electrode of each switching element in accordance with the control signal.

本実施の形態に係る電力変換装置では、主変換回路2001のスイッチング素として実施の形態1から3のいずれかにかかる半導体装置を適用するため、スイッチング素子の道通損失を低減しつつ、高速スイッチングによる高周波化やスイッチング損失の低減を実現することができ、高効率な電力変換装置を提供することができる。   In the power conversion device according to the present embodiment, the semiconductor device according to any one of the first to third embodiments is applied as a switching element of the main conversion circuit 2001. It is possible to realize high-frequency operation and reduction of switching loss, and to provide a highly efficient power converter.

本実施の形態では、2レベルの三相インバータに本発明を適用する例を説明したが、本発明は、これに限られるものではなく、種々の電力変換装置に適用することができる。本実施の形態では、2レベルの電力変換装置としたが3レベルやマルチレベルの電力変換装置であっても構わないし、単相負荷に電力を供給する場合には単相のインバータに本発明を適用しても構わない。また、直流負荷等に電力を供給する場合にはDC/DCコンバータやAC/DCコンバータに本発明を適用することも可能である。   In the present embodiment, an example in which the present invention is applied to a two-level three-phase inverter has been described, but the present invention is not limited to this, and can be applied to various power conversion devices. In this embodiment, a two-level power converter is used, but a three-level or multi-level power converter may be used. When supplying power to a single-phase load, the present invention is applied to a single-phase inverter. You may apply it. Further, when power is supplied to a DC load or the like, the present invention can be applied to a DC / DC converter or an AC / DC converter.

また、本発明を適用した電力変換装置は、上述した負荷が電動機の場合に限定されるものではなく、例えば、放電加工機やレーザー加工機、又は誘導加熱調理器や非接触器給電システムの電源装置として用いることもでき、さらには太陽光発電システムや蓄電システム等のパワーコンディショナーとして用いることも可能である。   Moreover, the power conversion device to which the present invention is applied is not limited to the case where the load described above is a motor, and, for example, a power supply of an electric discharge machine or a laser machine, or an induction heating cooker or a noncontact machine power supply system It can also be used as a device, and can also be used as a power conditioner of a solar power generation system, a storage system, or the like.

なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態やその変形例を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、実施の形態1の変形例として図11に示した単一のコンタクトホール301内において複数のベース領域303が露出する構成は、実施の形態2や3の構成においても適用することが可能であるし、各実施の形態における変形例は他の実施の形態においても適宜適用することが可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, it is possible to freely combine each embodiment and its modification, and to appropriately modify or omit each embodiment. For example, the configuration in which a plurality of base regions 303 are exposed in a single contact hole 301 shown in FIG. 11 as a modification of the first embodiment can be applied to the configurations of the second and third embodiments. The modifications of each embodiment can be appropriately applied to the other embodiments.

1 SiC基板、2 エピタキシャル層(半導体層)、3 活性ストライプ領域、30 活性ストライプセル、31 活性セル、301 コンタクトホール、301a オーミック電極、302 ソース領域、303 ベース領域、304 ゲート電極、305 ゲート絶縁膜、306 保護拡散層、307 ストライプトレンチ、308 交差トレンチ、4 保護拡散層接地領域、401 コンタクトホール、401a オーミック電極、402 開口部、5 ソース電極、6 層間絶縁膜、7 ドレイン電極、8 シリコン酸化膜、9 エッチングマスク、10 注入マスク、100 半導体装置。   Reference Signs List 1 SiC substrate, 2 epitaxial layer (semiconductor layer), 3 active stripe region, 30 active stripe cell, 31 active cell, 301 contact hole, 301a ohmic electrode, 302 source region, 303 base region, 304 gate electrode, 305 gate insulating film , 306 protective diffusion layer, 307 stripe trench, 308 intersection trench, 4 protective diffusion layer ground region, 401 contact hole, 401a ohmic electrode, 402 opening, 5 source electrode, 6 interlayer insulating film, 7 drain electrode, 8 silicon oxide film , 9 etching masks, 10 implantation masks, 100 semiconductor devices.

Claims (16)

第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上部に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の上部に設けられたソース領域と、
前記半導体層において前記ベース領域よりも深い位置にまで達しストライプ状に複数並んで形成されたストライプトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ストライプトレンチ内に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記ベース領域と対向する側面を有するゲート電極と、
前記ストライプトレンチの下部に設けられた第2導電型の保護拡散層と、
前記ソース領域と前記ベース領域に接続するソース電極と、
を備え、
複数の前記ストライプトレンチによって区切られた複数の活性ストライプ領域と、
隣り合う前記ストライプトレンチの間において前記半導体層に設けられた開口部を通じて、前記ソース電極が前記保護拡散層に接続する保護拡散層接地領域と、
を有し、
前記複数の活性ストライプ領域には、前記保護拡散層接地領域を含む複数の第1の活性ストライプ領域と前記保護拡散層接地領域を含まず前記第1の活性ストライプ領域に挟まれて設けられた第2の活性ストライプ領域とが存在する、
半導体装置。
A semiconductor layer of a first conductivity type,
A base region of a second conductivity type provided on top of the semiconductor layer;
A source region provided above the base region;
A gate insulating film provided in a plurality of stripe trenches formed in a plurality of stripes extending up to a position deeper than the base region in the semiconductor layer;
A gate electrode provided in the stripe trench and having a side surface facing the base region through the gate insulating film;
A protective diffusion layer of the second conductivity type provided below the stripe trench;
A source electrode connected to the source region and the base region;
Equipped with
A plurality of active stripe regions separated by a plurality of the stripe trenches;
A protective diffusion layer ground region in which the source electrode is connected to the protective diffusion layer through an opening provided in the semiconductor layer between adjacent stripe trenches;
Have
A plurality of first active stripe regions including the protective diffusion layer ground region and the protective diffusion layer ground region are not included in the plurality of active stripe regions and provided between the first active stripe regions. There are two active stripe areas,
Semiconductor device.
第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上部に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の上部に設けられたソース領域と、
前記半導体層において前記ベース領域よりも深い位置にまで達しストライプ状に複数並んで形成されたストライプトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ストライプトレンチ内に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記ベース領域と対向する側面を有するゲート電極と、
前記ストライプトレンチの下部に設けられた第2導電型の保護拡散層と、
前記ソース領域と前記ベース領域に接続するソース電極と、
を備え、
複数の前記ストライプトレンチによって区切られた複数の活性ストライプ領域と、
隣り合う前記ストライプトレンチの間において前記半導体層に設けられた開口部を通じて、前記ソース電極が前記保護拡散層に接続する保護拡散層接地領域と、
を有し、
前記保護拡散層は前記ストライプトレンチと交差する交差トレンチの下部にも設けられ、
複数の前記ストライプトレンチの少なくともいずれか一つの下部に設けられた前記保護拡散層は、前記交差トレンチ下部に設けられた前記保護拡散層を介して、前記保護拡散層接地領域内の前記ソース電極に接続する、
半導体装置。
A semiconductor layer of a first conductivity type,
A base region of a second conductivity type provided on top of the semiconductor layer;
A source region provided above the base region;
A gate insulating film provided in a plurality of stripe trenches formed in a plurality of stripes extending up to a position deeper than the base region in the semiconductor layer;
A gate electrode provided in the stripe trench and having a side surface facing the base region through the gate insulating film;
A protective diffusion layer of the second conductivity type provided below the stripe trench;
A source electrode connected to the source region and the base region;
Equipped with
A plurality of active stripe regions separated by a plurality of the stripe trenches;
A protective diffusion layer ground region in which the source electrode is connected to the protective diffusion layer through an opening provided in the semiconductor layer between adjacent stripe trenches;
Have
The protective diffusion layer is also provided at a lower portion of a crossing trench crossing the stripe trench,
The protective diffusion layer provided under the at least one of the plurality of stripe trenches is connected to the source electrode in the protective diffusion layer ground region via the protective diffusion layer provided under the intersection trench. Connecting,
Semiconductor device.
第1導電型の半導体層と、
前記半導体層の上部に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の上部に設けられたソース領域と、
前記半導体層において前記ベース領域よりも深い位置にまで達しストライプ状に複数並んで形成されたストライプトレンチ内に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ストライプトレンチ内に設けられ、前記ゲート絶縁膜を介して前記ベース領域と対向する側面を有するゲート電極と、
前記ストライプトレンチの下部に設けられた第2導電型の保護拡散層と、
前記ソース領域と前記ベース領域に接続するソース電極と、
を備え、
複数の前記ストライプトレンチによって区切られた複数の活性ストライプ領域と、
隣り合う前記ストライプトレンチの間において前記半導体層に設けられた開口部を通じて、前記ソース電極が前記保護拡散層に接続する保護拡散層接地領域と、
を有し、
複数の前記ストライプトレンチによって区切られた複数の活性ストライプ領域のそれぞれに前記保護拡散層接地領域を含まれる、
半導体装置。
A semiconductor layer of a first conductivity type,
A base region of a second conductivity type provided on top of the semiconductor layer;
A source region provided above the base region;
A gate insulating film provided in a plurality of stripe trenches formed in a plurality of stripes extending up to a position deeper than the base region in the semiconductor layer;
A gate electrode provided in the stripe trench and having a side surface facing the base region through the gate insulating film;
A protective diffusion layer of the second conductivity type provided below the stripe trench;
A source electrode connected to the source region and the base region;
Equipped with
A plurality of active stripe regions separated by a plurality of the stripe trenches;
A protective diffusion layer ground region in which the source electrode is connected to the protective diffusion layer through an opening provided in the semiconductor layer between adjacent stripe trenches;
Have
The protective diffusion layer ground region is included in each of a plurality of active stripe regions separated by a plurality of the stripe trenches,
Semiconductor device.
前記保護拡散層接地領域は複数設けられ、
前記ストライプトレンチの長手方向に沿って、複数の前記保護拡散層接地領域は一定間隔で設けられる、
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。
A plurality of protective diffusion layer grounding regions are provided,
A plurality of the protective diffusion layer ground regions are provided at regular intervals along the longitudinal direction of the stripe trench.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記保護拡散層接地領域は複数設けられ、
前記ストライプトレンチの長手方向に垂直な方向に沿って、複数の前記保護拡散層接地領域は一定間隔で設けられる
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
A plurality of protective diffusion layer grounding regions are provided,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of protective diffusion layer ground regions are provided at regular intervals along a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stripe trench.
前記保護拡散層接地領域において前記開口部は前記隣り合うストライプトレンチの間全体に形成され、
前記開口部内において、前記ゲート電極と前記ソース電極とは絶縁されて設けられる、
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
The opening is formed entirely between the adjacent stripe trenches in the protective diffusion layer ground region,
In the opening, the gate electrode and the source electrode are provided so as to be insulated from each other.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, characterized in that:
前記開口部において前記ゲート電極と前記ソース電極との間に設けられ、前記ゲート絶縁膜よりも厚さの厚い層間絶縁膜を備える、
ことを特徴とする請求項6記載の半導体装置。
And an interlayer insulating film provided between the gate electrode and the source electrode in the opening and having a thickness greater than that of the gate insulating film.
7. The semiconductor device according to claim 6, wherein
前記保護拡散層は、前記保護拡散層接地領域の前記開口部の下部にも設けられ、
前記ソース電極は、前記開口部の下部に設けられた前記保護拡散層と接続する、
ことを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載の半導体装置。
The protective diffusion layer is also provided under the opening of the protective diffusion layer ground region,
The source electrode is connected to the protective diffusion layer provided below the opening.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that:
コンタクトホールを有するとともに、前記ゲート電極を覆い、前記ゲート電極と前記ソース電極とを絶縁する層間絶縁膜を備え、
前記ソース電極は前記コンタクトホールを通じて前記ソース領域と前記ベース領域に接続し、
前記コンタクトホール内に露出する前記半導体層表面において、複数の前記ベース領域が離間して露出している、
ことを特徴とする請求項1から8のいずれか1項に記載の半導体装置。
And an interlayer insulating film which covers the gate electrode and insulates the gate electrode from the source electrode.
The source electrode is connected to the source region and the base region through the contact hole,
A plurality of the base regions are exposed apart from each other on the surface of the semiconductor layer exposed in the contact hole.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, characterized in that:
前記活性ストライプ領域には前記ゲート電極で区切られたストライプ状の第1の活性セルが含まれており、
平面視において、前記第1の活性セルの長辺の長さは、前記第1の活性セルの短辺の長さの1.5倍以上である、
ことを特徴とする請求項1から9のいずれか1項に記載の半導体装置。
The active stripe region includes a stripe-shaped first active cell separated by the gate electrode,
The length of the long side of the first active cell is 1.5 times or more the length of the short side of the first active cell in plan view.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, characterized in that:
前記活性ストライプ領域には。前記ゲート電極で区切られたストライプ状の第1の活性セルと、前記第1の活性セルと平面視における形状が異なり前記第1の活性セルよりも長辺の長さが小さい第2の活性セルが含まれている、
ことを特徴とする請求項1から10のいずれか1項に記載の半導体装置。
In the active stripe area. A stripe-shaped first active cell divided by the gate electrode, and a second active cell having a shape different from that of the first active cell in plan view and having a longer side than the first active cell It is included,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 10, characterized in that:
前記活性ストライプ領域の短辺方向における前記保護拡散層接地領域の幅は、前記活性ストライプ領域の短辺の整数倍である、
ことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体装置。
The width of the protective diffusion layer ground region in the direction of the short side of the active stripe region is an integral multiple of the short side of the active stripe region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that:
前記ベース領域の下方において、第1導電型の不純物濃度が前記半導体層よりも高い空乏化抑制層を備える、
ことを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載の半導体装置。
A depletion suppression layer having a first conductive type impurity concentration higher than that of the semiconductor layer is provided below the base region.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 12, characterized in that:
前記半導体装置はオフ角を有し、
前記ストライプトレンチの長手方向と、前記オフ角によって形成されるステップフローの方向が一致する、
ことを特徴とする請求項1から13のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor device has an off angle,
The longitudinal direction of the stripe trench coincides with the direction of the step flow formed by the off angle,
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 13, characterized in that:
前記半導体層は、ワイドバンドギャップ半導体である、
ことを特徴とする請求項1から14のいずれか1項に記載の半導体装置。
The semiconductor layer is a wide band gap semiconductor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 14, characterized in that:
請求項1から15のいずれか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記半導体装置を駆動する駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
前記主変換回路を制御する制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。
A main conversion circuit comprising the semiconductor device according to any one of claims 1 to 15, converting input power and outputting the power.
A drive circuit for outputting a drive signal for driving the semiconductor device to the semiconductor device;
A control circuit for outputting a control signal for controlling the main conversion circuit to the drive circuit;
Power converter equipped with.
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