JP2020205408A - Semiconductor device - Google Patents

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JP2020205408A
JP2020205408A JP2020087471A JP2020087471A JP2020205408A JP 2020205408 A JP2020205408 A JP 2020205408A JP 2020087471 A JP2020087471 A JP 2020087471A JP 2020087471 A JP2020087471 A JP 2020087471A JP 2020205408 A JP2020205408 A JP 2020205408A
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源宜 窪内
Motoyoshi Kubouchi
源宜 窪内
崇一 吉田
Takaichi Yoshida
崇一 吉田
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Abstract

To alleviate electric field concentration near a bottom of a guard ring.SOLUTION: A semiconductor device comprises a semiconductor substrate including a drift region of a first conductivity type, an active region provided in the semiconductor substrate, and an edge termination structure part provided in the semiconductor substrate and provided between the active region and an end part of the semiconductor substrate on an upper surface of the semiconductor substrate. The edge termination structure part comprises a plurality of guard rings of a second conductivity type in contact with the upper surface of the semiconductor substrate, and a high concentration region of the first conductivity type provided from a position shallower than a lower end of the guard ring to a position deeper than the lower end of the guard ring between two adjacent guard rings and having a higher doping concentration than the drift region. When viewed from a lower surface side of the semiconductor substrate, each guard ring includes a region not covered by the high concentration region.SELECTED DRAWING: Figure 5

Description

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

従来、IGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)等の半導体素子が形成されたN型の半導体基板の外周部分に、P型のガードリングを設けた構造が知られている(例えば特許文献1参照)。
特許文献1 特開平8−167715号公報
Conventionally, there is known a structure in which a P-type guard ring is provided on an outer peripheral portion of an N-type semiconductor substrate on which a semiconductor element such as an IGBT (insulated gate type bipolar transistor) is formed (see, for example, Patent Document 1).
Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-167715

ガードリングの底部近傍において、電界が強くなる場合があった。 In the vicinity of the bottom of the guard ring, the electric field may become stronger.

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、第1導電型のドリフト領域を有する半導体基板を備える半導体装置を提供する。半導体装置は、半導体基板に設けられた活性領域を備えてよい。半導体装置は、半導体基板に設けられ、半導体基板の上面において活性領域と半導体基板の端部との間に設けられたエッジ終端構造部を備えてよい。エッジ終端構造部は、半導体基板の上面と接する第2導電型の複数のガードリングを有してよい。エッジ終端構造部は、隣り合う2つのガードリングの間においてガードリングの下端よりも浅い位置からガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた、ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第1導電型の高濃度領域を有してよい。それぞれのガードリングは、半導体基板の下面側から見て、高濃度領域に覆われていない領域を有してよい。 In order to solve the above problems, in one aspect of the present invention, a semiconductor device including a semiconductor substrate having a first conductive type drift region is provided. The semiconductor device may include an active region provided on the semiconductor substrate. The semiconductor device may include an edge termination structure provided on the semiconductor substrate and provided between an active region and an end portion of the semiconductor substrate on the upper surface of the semiconductor substrate. The edge termination structure may have a plurality of second conductive type guard rings in contact with the upper surface of the semiconductor substrate. The edge termination structure is a first conductive type having a higher doping concentration than the drift region, which is provided between two adjacent guard rings from a position shallower than the lower end of the guard ring to a position deeper than the lower end of the guard ring. It may have a high concentration region. Each guard ring may have a region not covered by a high concentration region when viewed from the lower surface side of the semiconductor substrate.

それぞれのガードリングの下面の少なくとも一部は、ドリフト領域と接していてよい。 At least a portion of the lower surface of each guard ring may be in contact with the drift region.

高濃度領域は、半導体基板の上面と接していてよい。 The high concentration region may be in contact with the upper surface of the semiconductor substrate.

高濃度領域は、半導体基板の上面と接している上側部分を有してよい。高濃度領域は、上側部分とは分離して設けられ、ガードリングの下端よりも浅い位置からガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた下側部分を有してよい。 The high concentration region may have an upper portion in contact with the upper surface of the semiconductor substrate. The high concentration region may have a lower portion that is provided separately from the upper portion and is provided from a position shallower than the lower end of the guard ring to a position deeper than the lower end of the guard ring.

上側部分は第1導電型の第1のドーパントを含んでよい。下側部分は、第1のドーパントとは異なる元素の、第1導電型の第2のドーパントを含んでよい。 The upper portion may contain a first conductive type first dopant. The lower portion may contain a first conductive type second dopant of an element different from the first dopant.

第2のドーパントは水素であってよい。 The second dopant may be hydrogen.

活性領域は、第2導電型のベース領域を有してよい。活性領域は、ベース領域よりもドーピング濃度が高く、且つ、半導体基板の上面からベース領域よりも深い位置まで設けられた第2導電型のウェル領域を有してよい。下側部分のドーピング濃度は、ウェル領域のドーピング濃度よりも低くてよい。 The active region may have a second conductive type base region. The active region may have a second conductive type well region that has a higher doping concentration than the base region and is provided from the upper surface of the semiconductor substrate to a position deeper than the base region. The doping concentration in the lower portion may be lower than the doping concentration in the well region.

下側部分の下端は、ウェル領域の下端よりも浅い位置に配置されていてよい。高濃度領域の上端は、隣り合う前記ガードリングの上端よりも下側に配置されていてよい。ガードリングは半導体基板の上面と接していてよい。高濃度領域の上端は、半導体基板の上面よりも下側に配置されていてよい。半導体装置は、高濃度領域を覆う層間絶縁膜を備えてよい。 The lower end of the lower portion may be arranged at a position shallower than the lower end of the well region. The upper end of the high concentration region may be arranged below the upper end of the adjacent guard ring. The guard ring may be in contact with the upper surface of the semiconductor substrate. The upper end of the high concentration region may be arranged below the upper surface of the semiconductor substrate. The semiconductor device may include an interlayer insulating film that covers a high concentration region.

なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The outline of the above invention does not list all the necessary features of the present invention. Sub-combinations of these feature groups can also be inventions.

本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す上面図である。It is a top view which shows an example of the semiconductor device 100 which concerns on one Embodiment of this invention. 図1における領域Aの拡大図である。It is an enlarged view of the area A in FIG. 図2におけるb−b断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the bb cross section in FIG. 図1におけるc−c断面の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the cc cross section in FIG. 図4におけるウェル領域11およびガードリング92の近傍における半導体基板10を拡大した図である。FIG. 4 is an enlarged view of the semiconductor substrate 10 in the vicinity of the well region 11 and the guard ring 92 in FIG. 高濃度領域202の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of a high concentration region 202. 半導体装置100の一部の製造工程を説明する図である。It is a figure explaining a part manufacturing process of a semiconductor device 100. 半導体装置100の一部の製造工程の他の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of a part manufacturing process of a semiconductor device 100. エミッタ電極52および外周ゲート配線130の近傍における断面図である。It is sectional drawing in the vicinity of the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130. エミッタ電極52および外周ゲート配線130の近傍における断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross section in the vicinity of the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130. 半導体装置100の一部の製造工程の他の例を説明する図である。It is a figure explaining another example of a part manufacturing process of a semiconductor device 100. エミッタ電極52および外周ゲート配線130の近傍における断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cross section in the vicinity of the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130. エッジ終端構造部90の他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the edge termination structure part 90. フィールドプレート94の他の配置例を示す図である。It is a figure which shows the other arrangement example of the field plate 94. 図1におけるc−c断面の他の例を示す図である。It is a figure which shows another example of the cc cross section in FIG. 最も外側に配置されたガードリング92と、チャネルストッパ174との間の他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example between the guard ring 92 arranged on the outermost side, and the channel stopper 174. 半導体装置100の他の構成例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the semiconductor device 100. 層間絶縁膜38の他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the interlayer insulating film 38. 層間絶縁膜38の他の構造例を示す図である。It is a figure which shows the other structural example of the interlayer insulating film 38.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the inventions claimed in the claims. Also, not all combinations of features described in the embodiments are essential to the means of solving the invention.

本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の2つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。 In the present specification, one side in the direction parallel to the depth direction of the semiconductor substrate is referred to as "upper" and the other side is referred to as "lower". Of the two main surfaces of the substrate, layer or other member, one surface is referred to as the upper surface and the other surface is referred to as the lower surface. The "up" and "down" directions are not limited to the direction of gravity or the direction when the semiconductor device is mounted.

本明細書では、X軸、Y軸およびZ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Z軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、+Z軸方向と−Z軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Z軸方向と記載した場合、+Z軸および−Z軸に平行な方向を意味する。 In the present specification, technical matters may be described using orthogonal coordinate axes of the X-axis, the Y-axis, and the Z-axis. The orthogonal coordinate axes only specify the relative positions of the components and do not limit the specific direction. For example, the Z axis does not limit the height direction with respect to the ground. The + Z-axis direction and the −Z-axis direction are opposite to each other. When the positive and negative directions are not described and the Z-axis direction is described, it means the direction parallel to the + Z axis and the −Z axis.

本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をX軸およびY軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をZ軸とする。本明細書では、Z軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、X軸およびY軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。 In the present specification, the orthogonal axes parallel to the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate are defined as the X axis and the Y axis. Further, the axis perpendicular to the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate is defined as the Z axis. In the present specification, the direction of the Z axis may be referred to as a depth direction. Further, in the present specification, the direction parallel to the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate including the X-axis and the Y-axis may be referred to as a horizontal direction.

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば10%以内である。 When referred to as "same" or "equal" in the present specification, it may include a case where there is an error due to manufacturing variation or the like. The error is, for example, within 10%.

本明細書においては、不純物がドーピングされたドーピング領域の導電型をP型またはN型として説明している。本明細書においては、不純物とは、特にN型のドナーまたはP型のアクセプタのいずれかを意味する場合があり、ドーパントと記載する場合がある。本明細書においては、ドーピングとは、半導体基板にドナーまたはアクセプタを導入し、N型の導電型を示す半導体またはP型の導電型を示す半導体とすることを意味する。 In the present specification, the conductive type of the doping region doped with impurities is described as P type or N type. As used herein, an impurity may mean either an N-type donor or a P-type acceptor in particular, and may be referred to as a dopant. As used herein, doping means that a donor or acceptor is introduced into a semiconductor substrate to obtain a semiconductor exhibiting an N-type conductive type or a semiconductor exhibiting a P-type conductive type.

本明細書においては、ドーピング濃度とは、熱平衡状態におけるドナーの濃度またはアクセプタの濃度を意味する。本明細書においては、ネット・ドーピング濃度とは、ドナー濃度を正イオンの濃度とし、アクセプタ濃度を負イオンの濃度として、電荷の極性を含めて足し合わせた正味の濃度を意味する。一例として、ドナー濃度をN、アクセプタ濃度をNとすると、任意の位置における正味のネット・ドーピング濃度はN−Nとなる。 As used herein, the doping concentration means the concentration of a donor or the concentration of an acceptor in a thermal equilibrium state. As used herein, the net doping concentration means the net concentration of the donor concentration as the concentration of positive ions and the acceptor concentration as the concentration of negative ions, including the polarity of the charge. As an example, the donor concentration N D, the acceptor concentration and N A, the net doping concentration of the net at any position is N D -N A.

ドナーは、半導体に電子を供給する機能を有している。アクセプタは、半導体から電子を受け取る機能を有している。ドナーおよびアクセプタは、不純物自体には限定されない。例えば、半導体中に存在する空孔(V)、酸素(O)および水素(H)が結合したVOH欠陥は、電子を供給するドナーとして機能する。 The donor has a function of supplying electrons to the semiconductor. The acceptor has a function of receiving electrons from a semiconductor. Donors and acceptors are not limited to the impurities themselves. For example, a VOH defect in which pores (V), oxygen (O) and hydrogen (H) are bonded in a semiconductor functions as a donor that supplies electrons.

本明細書においてP+型またはN+型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、P−型またはN−型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてP++型またはN++型と記載した場合には、P+型またはN+型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。 In the present specification, the description of P + type or N + type means that the doping concentration is higher than that of P type or N type, and the description of P-type or N-type means that the doping concentration is higher than that of P type or N type. It means that the concentration is low. Further, when described as P ++ type or N ++ type in the present specification, it means that the doping concentration is higher than that of P ++ type or N + type.

本明細書において化学濃度とは、電気的な活性化の状態によらずに測定される不純物の濃度を指す。化学濃度は、例えば二次イオン質量分析法(SIMS)により計測できる。上述したネット・ドーピング濃度は、電圧−容量測定法(CV法)により測定できる。また、拡がり抵抗測定法(SR法)により計測されるキャリア濃度を、ネット・ドーピング濃度としてよい。CV法またはSR法により計測されるキャリア濃度は、熱平衡状態における値としてよい。また、N型の領域においては、ドナー濃度がアクセプタ濃度よりも十分大きいので、当該領域におけるキャリア濃度を、ドナー濃度としてもよい。同様に、P型の領域においては、当該領域におけるキャリア濃度を、アクセプタ濃度としてもよい。 As used herein, the chemical concentration refers to the concentration of impurities measured regardless of the state of electrical activation. The chemical concentration can be measured, for example, by secondary ion mass spectrometry (SIMS). The net doping concentration described above can be measured by a voltage-capacity measurement method (CV method). Further, the carrier concentration measured by the spread resistance measurement method (SR method) may be used as the net doping concentration. The carrier concentration measured by the CV method or the SR method may be a value in a thermal equilibrium state. Further, in the N-type region, the donor concentration is sufficiently higher than the acceptor concentration, so that the carrier concentration in the region may be used as the donor concentration. Similarly, in the P-type region, the carrier concentration in the region may be used as the acceptor concentration.

また、ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。 When the concentration distribution of donor, acceptor or net doping has a peak, the peak value may be used as the concentration of donor, acceptor or net doping in the region. When the concentration of donor, acceptor or net doping is substantially uniform, the average value of the concentration of donor, acceptor or net doping in the region may be used as the concentration of donor, acceptor or net doping.

SR法により計測されるキャリア濃度が、ドナーまたはアクセプタの濃度より低くてもよい。拡がり抵抗を測定する際に電流が流れる範囲において、半導体基板のキャリア移動度が結晶状態の値よりも低い場合がある。キャリア移動度の低下は、格子欠陥等による結晶構造の乱れ(ディスオーダー)により、キャリアが散乱されることで生じる。 The carrier concentration measured by the SR method may be lower than the concentration of the donor or acceptor. In the range in which a current flows when measuring the spread resistance, the carrier mobility of the semiconductor substrate may be lower than the value in the crystalline state. The decrease in carrier mobility occurs when carriers are scattered due to disorder (disorder) of the crystal structure due to lattice defects or the like.

CV法またはSR法により計測されるキャリア濃度から算出したドナーまたはアクセプタの濃度は、ドナーまたはアクセプタを示す元素の化学濃度よりも低くてよい。一例として、シリコンの半導体においてドナーとなるリンまたはヒ素のドナー濃度、あるいはアクセプタとなるボロン(ホウ素)のアクセプタ濃度は、これらの化学濃度の99%程度である。一方、シリコンの半導体においてドナーとなる水素のドナー濃度は、水素の化学濃度の0.1%から10%程度である。 The concentration of the donor or acceptor calculated from the carrier concentration measured by the CV method or the SR method may be lower than the chemical concentration of the element indicating the donor or acceptor. As an example, the donor concentration of phosphorus or arsenic as a donor in a silicon semiconductor, or the acceptor concentration of boron (boron) as an acceptor is about 99% of these chemical concentrations. On the other hand, the donor concentration of hydrogen as a donor in a silicon semiconductor is about 0.1% to 10% of the chemical concentration of hydrogen.

図1は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す上面図である。図1においては、各部材を半導体基板10の上面に投影した位置を示している。図1においては、半導体装置100の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。 FIG. 1 is a top view showing an example of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. FIG. 1 shows a position where each member is projected onto the upper surface of the semiconductor substrate 10. In FIG. 1, only a part of the members of the semiconductor device 100 is shown, and some members are omitted.

半導体装置100は、半導体基板10を備えている。半導体基板10は、上面視において端辺102を有する。本明細書で単に上面視と称した場合、半導体基板10の上面側から見ることを意味している。本例の半導体基板10は、上面視において互いに向かい合う2組の端辺102を有する。図1においては、X軸およびY軸は、いずれかの端辺102と平行である。またZ軸は、半導体基板10の上面と垂直である。 The semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 has an end side 102 when viewed from above. When simply referred to as a top view in the present specification, it means that the semiconductor substrate 10 is viewed from the top surface side. The semiconductor substrate 10 of this example has two sets of end sides 102 facing each other in a top view. In FIG. 1, the X-axis and the Y-axis are parallel to either end 102. The Z-axis is perpendicular to the upper surface of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10には活性部160が設けられている。活性部160は、半導体装置100が動作した場合に半導体基板10の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。活性部160の上方には、エミッタ電極が設けられているが図1では省略している。 The semiconductor substrate 10 is provided with an active portion 160. The active portion 160 is a region in which a main current flows in the depth direction between the upper surface and the lower surface of the semiconductor substrate 10 when the semiconductor device 100 operates. An emitter electrode is provided above the active portion 160, but is omitted in FIG.

活性部160には、IGBT等のトランジスタ素子を含むトランジスタ部70と、還流ダイオード(FWD)等のダイオード素子を含むダイオード部80の少なくとも一方が設けられている。図1の例では、トランジスタ部70およびダイオード部80は、半導体基板10の上面における所定の配列方向(本例ではX軸方向)に沿って、交互に配置されている。他の例では、活性部160には、トランジスタ部70およびダイオード部80の一方だけが設けられていてもよい。 The active unit 160 is provided with at least one of a transistor unit 70 including a transistor element such as an IGBT and a diode unit 80 including a diode element such as a freewheeling diode (FWD). In the example of FIG. 1, the transistor portion 70 and the diode portion 80 are alternately arranged along a predetermined arrangement direction (X-axis direction in this example) on the upper surface of the semiconductor substrate 10. In another example, the active portion 160 may be provided with only one of the transistor portion 70 and the diode portion 80.

図1においては、トランジスタ部70が配置される領域には記号「I」を付し、ダイオード部80が配置される領域には記号「F」を付している。本明細書では、上面視において配列方向と垂直な方向を延伸方向(図1ではY軸方向)と称する場合がある。トランジスタ部70およびダイオード部80は、それぞれ延伸方向に長手を有してよい。つまり、トランジスタ部70のY軸方向における長さは、X軸方向における幅よりも大きい。同様に、ダイオード部80のY軸方向における長さは、X軸方向における幅よりも大きい。トランジスタ部70およびダイオード部80の延伸方向と、後述する各トレンチ部の長手方向とは同一であってよい。 In FIG. 1, a symbol “I” is attached to the region where the transistor portion 70 is arranged, and a symbol “F” is attached to the region where the diode portion 80 is arranged. In the present specification, the direction perpendicular to the arrangement direction in top view may be referred to as a stretching direction (Y-axis direction in FIG. 1). The transistor portion 70 and the diode portion 80 may each have a longitudinal length in the stretching direction. That is, the length of the transistor portion 70 in the Y-axis direction is larger than the width in the X-axis direction. Similarly, the length of the diode portion 80 in the Y-axis direction is larger than the width in the X-axis direction. The stretching direction of the transistor portion 70 and the diode portion 80 may be the same as the longitudinal direction of each trench portion described later.

ダイオード部80は、半導体基板10の下面と接する領域に、N+型のカソード領域を有する。本明細書では、カソード領域が設けられた領域を、ダイオード部80と称する。つまりダイオード部80は、上面視においてカソード領域と重なる領域である。半導体基板10の下面には、カソード領域以外の領域には、P+型のコレクタ領域が設けられてよい。本明細書では、ダイオード部80を、後述するゲート配線までY軸方向に延長した延長領域81も、ダイオード部80に含める場合がある。延長領域81の下面には、コレクタ領域が設けられている。 The diode portion 80 has an N + type cathode region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10. In the present specification, the region provided with the cathode region is referred to as a diode portion 80. That is, the diode portion 80 is a region that overlaps with the cathode region in the top view. A P + type collector region may be provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10 in a region other than the cathode region. In the present specification, the diode portion 80 may also include an extension region 81 in which the diode portion 80 is extended in the Y-axis direction to the gate wiring described later. A collector region is provided on the lower surface of the extension region 81.

トランジスタ部70は、半導体基板10の下面と接する領域に、P+型のコレクタ領域を有する。また、トランジスタ部70は、半導体基板10の上面側に、N型のエミッタ領域、P型のベース領域、ゲート導電部およびゲート絶縁膜を有するゲート構造が周期的に配置されている。 The transistor portion 70 has a P + type collector region in a region in contact with the lower surface of the semiconductor substrate 10. Further, in the transistor portion 70, a gate structure having an N-type emitter region, a P-type base region, a gate conductive portion and a gate insulating film is periodically arranged on the upper surface side of the semiconductor substrate 10.

半導体装置100は、半導体基板10の上方に1つ以上のパッドを有してよい。本例の半導体装置100は、ゲートパッド112を有している。半導体装置100は、アノードパッド、カソードパッドおよび電流検出パッド等のパッドを有してもよい。各パッドは、端辺102の近傍に配置されている。端辺102の近傍とは、上面視における端辺102と、エミッタ電極との間の領域を指す。半導体装置100の実装時において、各パッドは、ワイヤ等の配線を介して外部の回路に接続されてよい。 The semiconductor device 100 may have one or more pads above the semiconductor substrate 10. The semiconductor device 100 of this example has a gate pad 112. The semiconductor device 100 may have pads such as an anode pad, a cathode pad, and a current detection pad. Each pad is arranged in the vicinity of the end side 102. The vicinity of the end side 102 refers to a region between the end side 102 and the emitter electrode in top view. At the time of mounting the semiconductor device 100, each pad may be connected to an external circuit via wiring such as a wire.

ゲートパッド112には、ゲート電位が印加される。ゲートパッド112は、活性部160のゲートトレンチ部の導電部に電気的に接続される。半導体装置100は、ゲートパッド112とゲートトレンチ部とを接続するゲート配線を備える。図1においては、ゲート配線に斜線のハッチングを付している。 A gate potential is applied to the gate pad 112. The gate pad 112 is electrically connected to the conductive portion of the gate trench portion of the active portion 160. The semiconductor device 100 includes a gate wiring that connects the gate pad 112 and the gate trench portion. In FIG. 1, diagonal hatching is attached to the gate wiring.

本例のゲート配線は、外周ゲート配線130と、活性側ゲート配線131とを有している。外周ゲート配線130は、上面視において活性部160と半導体基板10の端辺102との間に配置されている。本例の外周ゲート配線130は、上面視において活性部160を囲んでいる。上面視において外周ゲート配線130に囲まれた領域を活性部160としてもよい。また、外周ゲート配線130は、ゲートパッド112と接続されている。外周ゲート配線130は、半導体基板10の上方に配置されている。外周ゲート配線130は、アルミニウム等を含む金属配線であってよい。 The gate wiring of this example has an outer peripheral gate wiring 130 and an active side gate wiring 131. The outer peripheral gate wiring 130 is arranged between the active portion 160 and the end side 102 of the semiconductor substrate 10 in a top view. The outer peripheral gate wiring 130 of this example surrounds the active portion 160 in a top view. The region surrounded by the outer peripheral gate wiring 130 in the top view may be the active portion 160. Further, the outer peripheral gate wiring 130 is connected to the gate pad 112. The outer peripheral gate wiring 130 is arranged above the semiconductor substrate 10. The outer peripheral gate wiring 130 may be a metal wiring containing aluminum or the like.

活性側ゲート配線131は、活性部160に設けられている。活性部160に活性側ゲート配線131を設けることで、半導体基板10の各領域について、ゲートパッド112からの配線長のバラツキを低減できる。 The active side gate wiring 131 is provided in the active portion 160. By providing the active side gate wiring 131 in the active portion 160, it is possible to reduce the variation in the wiring length from the gate pad 112 in each region of the semiconductor substrate 10.

活性側ゲート配線131は、活性部160のゲートトレンチ部と接続される。活性側ゲート配線131は、半導体基板10の上方に配置されている。活性側ゲート配線131は、不純物がドープされたポリシリコン等の半導体で形成された配線であってよい。 The active side gate wiring 131 is connected to the gate trench portion of the active portion 160. The active side gate wiring 131 is arranged above the semiconductor substrate 10. The active side gate wiring 131 may be wiring formed of a semiconductor such as polysilicon doped with impurities.

活性側ゲート配線131は、外周ゲート配線130と接続されてよい。本例の活性側ゲート配線131は、Y軸方向の略中央で一方の外周ゲート配線130から他方の外周ゲート配線130まで、活性部160を横切るように、X軸方向に延伸して設けられている。活性側ゲート配線131により活性部160が分割されている場合、それぞれの分割領域において、トランジスタ部70およびダイオード部80がX軸方向に交互に配置されてよい。 The active side gate wiring 131 may be connected to the outer peripheral gate wiring 130. The active side gate wiring 131 of this example is provided so as to extend in the X-axis direction from one outer peripheral gate wiring 130 to the other outer peripheral gate wiring 130 at substantially the center in the Y-axis direction so as to cross the active portion 160. There is. When the active portion 160 is divided by the active side gate wiring 131, the transistor portion 70 and the diode portion 80 may be alternately arranged in the X-axis direction in each divided region.

また、半導体装置100は、ポリシリコン等で形成されたPN接合ダイオードである不図示の温度センス部や、活性部160に設けられたトランジスタ部の動作を模擬する不図示の電流検出部を備えてもよい。 Further, the semiconductor device 100 includes a temperature sense unit (not shown) which is a PN junction diode made of polysilicon or the like, and a current detection unit (not shown) which simulates the operation of a transistor unit provided in the active unit 160. May be good.

本例の半導体装置100は、活性部160と端辺102との間に、エッジ終端構造部90を備える。本例のエッジ終端構造部90は、外周ゲート配線130と端辺102との間に配置されている。エッジ終端構造部90は、半導体基板10の上面側の電界集中を緩和する。エッジ終端構造部90は、複数のガードリング92を有する。ガードリング92は、半導体基板10の上面と接するP型の領域である。ガードリング92は、上面視において活性部160を囲んでいてよい。複数のガードリング92は、外周ゲート配線130と端辺102との間において、所定の間隔で配置されている。外側に配置されたガードリング92は、一つ内側に配置されたガードリング92を囲んでいてよい。外側とは、端辺102に近い側を指し、内側とは、外周ゲート配線130に近い側を指す。複数のガードリング92を設けることで、活性部160の上面側における空乏層を外側に伸ばすことができ、半導体装置100の耐圧を向上できる。エッジ終端構造部90は、活性部160を囲んで環状に設けられたフィールドプレートおよびリサーフのうちの少なくとも一つを更に備えていてもよい。 The semiconductor device 100 of this example includes an edge termination structure portion 90 between the active portion 160 and the end side 102. The edge termination structure 90 of this example is arranged between the outer peripheral gate wiring 130 and the end side 102. The edge termination structure 90 relaxes the electric field concentration on the upper surface side of the semiconductor substrate 10. The edge termination structure 90 has a plurality of guard rings 92. The guard ring 92 is a P-shaped region in contact with the upper surface of the semiconductor substrate 10. The guard ring 92 may surround the active portion 160 in top view. The plurality of guard rings 92 are arranged at predetermined intervals between the outer peripheral gate wiring 130 and the end side 102. The guard ring 92 arranged on the outer side may surround the guard ring 92 arranged on the inner side. The outside refers to the side close to the end side 102, and the inside refers to the side close to the outer peripheral gate wiring 130. By providing the plurality of guard rings 92, the depletion layer on the upper surface side of the active portion 160 can be extended outward, and the withstand voltage of the semiconductor device 100 can be improved. The edge termination structure 90 may further include at least one of a field plate and a resurf provided in an annular shape surrounding the active portion 160.

図2は、図1における領域Aの拡大図である。領域Aは、トランジスタ部70、ダイオード部80、および、活性側ゲート配線131を含む領域である。本例の半導体装置100は、半導体基板10の上面側の内部に設けられたゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、ウェル領域11、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15を備える。ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30は、それぞれがトレンチ部の一例である。また、本例の半導体装置100は、半導体基板10の上面の上方に設けられたエミッタ電極52および活性側ゲート配線131を備える。エミッタ電極52および活性側ゲート配線131は互いに分離して設けられる。 FIG. 2 is an enlarged view of the region A in FIG. The region A is a region including the transistor portion 70, the diode portion 80, and the active side gate wiring 131. The semiconductor device 100 of this example includes a gate trench portion 40, a dummy trench portion 30, a well region 11, an emitter region 12, a base region 14, and a contact region 15 provided inside the upper surface side of the semiconductor substrate 10. The gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 are examples of trench portions, respectively. Further, the semiconductor device 100 of this example includes an emitter electrode 52 and an active side gate wiring 131 provided above the upper surface of the semiconductor substrate 10. The emitter electrode 52 and the active side gate wiring 131 are provided separately from each other.

エミッタ電極52および活性側ゲート配線131と、半導体基板10の上面との間には層間絶縁膜が設けられるが、図1では省略している。本例の層間絶縁膜には、コンタクトホール54が、当該層間絶縁膜を貫通して設けられる。図2においては、それぞれのコンタクトホール54に斜線のハッチングを付している。 An interlayer insulating film is provided between the emitter electrode 52 and the active side gate wiring 131 and the upper surface of the semiconductor substrate 10, but this is omitted in FIG. In the interlayer insulating film of this example, a contact hole 54 is provided so as to penetrate the interlayer insulating film. In FIG. 2, each contact hole 54 is hatched with diagonal lines.

エミッタ電極52は、ゲートトレンチ部40、ダミートレンチ部30、ウェル領域11、エミッタ領域12、ベース領域14およびコンタクト領域15の上方に設けられる。エミッタ電極52は、コンタクトホール54を通って、半導体基板10の上面におけるエミッタ領域12、コンタクト領域15およびベース領域14と接触する。また、エミッタ電極52は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ダミートレンチ部30内のダミー導電部と接続される。エミッタ電極52は、Y軸方向におけるダミートレンチ部30の先端において、ダミートレンチ部30のダミー導電部と接続されてよい。 The emitter electrode 52 is provided above the gate trench portion 40, the dummy trench portion 30, the well region 11, the emitter region 12, the base region 14, and the contact region 15. The emitter electrode 52 passes through the contact hole 54 and comes into contact with the emitter region 12, the contact region 15, and the base region 14 on the upper surface of the semiconductor substrate 10. Further, the emitter electrode 52 is connected to the dummy conductive portion in the dummy trench portion 30 through a contact hole provided in the interlayer insulating film. The emitter electrode 52 may be connected to the dummy conductive portion of the dummy trench portion 30 at the tip of the dummy trench portion 30 in the Y-axis direction.

活性側ゲート配線131は、層間絶縁膜に設けられたコンタクトホールを通って、ゲートトレンチ部40と接続する。活性側ゲート配線131は、Y軸方向におけるゲートトレンチ部40の先端部41において、ゲートトレンチ部40のゲート導電部と接続されてよい。活性側ゲート配線131は、ダミートレンチ部30内のダミー導電部とは接続されない。 The active side gate wiring 131 is connected to the gate trench portion 40 through a contact hole provided in the interlayer insulating film. The active side gate wiring 131 may be connected to the gate conductive portion of the gate trench portion 40 at the tip portion 41 of the gate trench portion 40 in the Y-axis direction. The active side gate wiring 131 is not connected to the dummy conductive portion in the dummy trench portion 30.

エミッタ電極52は、金属を含む材料で形成される。図2においては、エミッタ電極52が設けられる範囲を示している。例えば、エミッタ電極52の少なくとも一部の領域はアルミニウムまたはアルミニウム‐シリコン合金、例えばAlSi、AlSiCu等の金属合金で形成される。エミッタ電極52は、アルミニウム等で形成された領域の下層に、チタンやチタン化合物等で形成されたバリアメタルを有してよい。さらにコンタクトホール内において、バリアメタルとアルミニウム等に接するようにタングステン等を埋め込んで形成されたプラグを有してもよい。 The emitter electrode 52 is made of a material containing metal. FIG. 2 shows a range in which the emitter electrode 52 is provided. For example, at least a part of the emitter electrode 52 is formed of an aluminum or aluminum-silicon alloy, for example, a metal alloy such as AlSi or AlSiCu. The emitter electrode 52 may have a barrier metal formed of titanium, a titanium compound, or the like in the lower layer of the region formed of aluminum or the like. Further, the contact hole may have a plug formed by embedding tungsten or the like so as to be in contact with the barrier metal and aluminum or the like.

ウェル領域11は、活性側ゲート配線131と重なって設けられている。ウェル領域11は、活性側ゲート配線131と重ならない範囲にも、所定の幅で延伸して設けられている。本例のウェル領域11は、コンタクトホール54のY軸方向の端から、活性側ゲート配線131側に離れて設けられている。ウェル領域11は、ベース領域14よりもドーピング濃度の高い第2導電型の領域である。本例のベース領域14はP−型であり、ウェル領域11はP+型である。 The well region 11 is provided so as to overlap the active side gate wiring 131. The well region 11 is also extended to a predetermined width so as not to overlap with the active side gate wiring 131. The well region 11 of this example is provided away from the end of the contact hole 54 in the Y-axis direction on the active side gate wiring 131 side. The well region 11 is a second conductive type region having a higher doping concentration than the base region 14. The base region 14 of this example is P-type, and the well region 11 is P + type.

トランジスタ部70およびダイオード部80のそれぞれは、配列方向に複数配列されたトレンチ部を有する。本例のトランジスタ部70には、配列方向に沿って1以上のゲートトレンチ部40と、1以上のダミートレンチ部30とが交互に設けられている。本例のダイオード部80には、複数のダミートレンチ部30が、配列方向に沿って設けられている。本例のダイオード部80には、ゲートトレンチ部40が設けられていない。 Each of the transistor portion 70 and the diode portion 80 has a plurality of trench portions arranged in the arrangement direction. In the transistor portion 70 of this example, one or more gate trench portions 40 and one or more dummy trench portions 30 are alternately provided along the arrangement direction. The diode portion 80 of this example is provided with a plurality of dummy trench portions 30 along the arrangement direction. The diode portion 80 of this example is not provided with the gate trench portion 40.

本例のゲートトレンチ部40は、配列方向と垂直な延伸方向に沿って延伸する2つの直線部分39(延伸方向に沿って直線状であるトレンチの部分)と、2つの直線部分39を接続する先端部41を有してよい。図2における延伸方向はY軸方向である。 The gate trench portion 40 of this example connects two straight portions 39 (a trench portion that is linear along the stretching direction) and two straight portions 39 that extend along the stretching direction perpendicular to the arrangement direction. It may have a tip 41. The stretching direction in FIG. 2 is the Y-axis direction.

先端部41の少なくとも一部は、上面視において曲線状に設けられることが好ましい。2つの直線部分39のY軸方向における端部どうしを先端部41が接続することで、直線部分39の端部における電界集中を緩和できる。 It is preferable that at least a part of the tip portion 41 is provided in a curved shape in a top view. By connecting the ends of the two straight portions 39 in the Y-axis direction to each other, the electric field concentration at the ends of the straight portions 39 can be relaxed.

トランジスタ部70において、ダミートレンチ部30はゲートトレンチ部40のそれぞれの直線部分39の間に設けられる。それぞれの直線部分39の間には、1本のダミートレンチ部30が設けられてよく、複数本のダミートレンチ部30が設けられていてもよい。ダミートレンチ部30は、延伸方向に延伸する直線形状を有してよく、ゲートトレンチ部40と同様に、直線部分29と先端部31とを有していてもよい。図2に示した半導体装置100は、先端部31を有さない直線形状のダミートレンチ部30と、先端部31を有するダミートレンチ部30の両方を含んでいる。 In the transistor portion 70, the dummy trench portion 30 is provided between the straight portions 39 of the gate trench portion 40. One dummy trench portion 30 may be provided between the straight portions 39, and a plurality of dummy trench portions 30 may be provided. The dummy trench portion 30 may have a linear shape extending in the stretching direction, and may have a straight portion 29 and a tip portion 31 as in the gate trench portion 40. The semiconductor device 100 shown in FIG. 2 includes both a linear dummy trench portion 30 having no tip portion 31 and a dummy trench portion 30 having a tip portion 31.

ウェル領域11の拡散深さは、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の深さよりも深くてよい。ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30のY軸方向の端部は、上面視においてウェル領域11に設けられる。つまり、各トレンチ部のY軸方向の端部において、各トレンチ部の深さ方向の底部は、ウェル領域11に覆われている。これにより、各トレンチ部の当該底部における電界集中を緩和できる。 The diffusion depth of the well region 11 may be deeper than the depth of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30. The ends of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 in the Y-axis direction are provided in the well region 11 in the top view. That is, at the end of each trench in the Y-axis direction, the bottom of each trench in the depth direction is covered with the well region 11. As a result, the electric field concentration at the bottom of each trench can be relaxed.

配列方向において各トレンチ部の間には、メサ部が設けられている。メサ部は、半導体基板10の内部において、トレンチ部に挟まれた領域を指す。一例としてメサ部の上端は半導体基板10の上面である。メサ部の下端の深さ位置は、トレンチ部の下端の深さ位置と同一である。本例のメサ部は、半導体基板10の上面において、トレンチに沿って延伸方向(Y軸方向)に延伸して設けられている。本例では、トランジスタ部70にはメサ部60が設けられ、ダイオード部80にはメサ部61が設けられている。本明細書において単にメサ部と称した場合、メサ部60およびメサ部61のそれぞれを指している。 A mesa portion is provided between each trench portion in the arrangement direction. The mesa portion refers to a region sandwiched between trench portions inside the semiconductor substrate 10. As an example, the upper end of the mesa portion is the upper surface of the semiconductor substrate 10. The depth position of the lower end of the mesa portion is the same as the depth position of the lower end of the trench portion. The mesa portion of this example is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10 by extending in the stretching direction (Y-axis direction) along the trench. In this example, the transistor portion 70 is provided with a mesa portion 60, and the diode portion 80 is provided with a mesa portion 61. When simply referred to as a mesa portion in the present specification, it refers to each of the mesa portion 60 and the mesa portion 61.

それぞれのメサ部には、ベース領域14が設けられる。メサ部において半導体基板10の上面に露出したベース領域14のうち、活性側ゲート配線131に最も近く配置された領域をベース領域14−eとする。図2においては、それぞれのメサ部の延伸方向における一方の端部に配置されたベース領域14−eを示しているが、それぞれのメサ部の他方の端部にもベース領域14−eが配置されている。それぞれのメサ部には、上面視においてベース領域14−eに挟まれた領域に、第1導電型のエミッタ領域12および第2導電型のコンタクト領域15の少なくとも一方が設けられてよい。本例のエミッタ領域12はN+型であり、コンタクト領域15はP+型である。エミッタ領域12およびコンタクト領域15は、深さ方向において、ベース領域14と半導体基板10の上面との間に設けられてよい。 A base region 14 is provided in each mesa portion. Of the base region 14 exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the mesa portion, the region closest to the active side gate wiring 131 is referred to as the base region 14-e. In FIG. 2, the base region 14-e arranged at one end in the extending direction of each mesa portion is shown, but the base region 14-e is also arranged at the other end of each mesa portion. Has been done. At least one of the first conductive type emitter region 12 and the second conductive type contact region 15 may be provided in each mesa portion in the region sandwiched between the base regions 14-e in the top view. The emitter region 12 of this example is N + type, and the contact region 15 is P + type. The emitter region 12 and the contact region 15 may be provided between the base region 14 and the upper surface of the semiconductor substrate 10 in the depth direction.

トランジスタ部70のメサ部60は、半導体基板10の上面に露出したエミッタ領域12を有する。エミッタ領域12は、ゲートトレンチ部40に接して設けられている。ゲートトレンチ部40に接するメサ部60は、半導体基板10の上面に露出したコンタクト領域15が設けられていてよい。 The mesa portion 60 of the transistor portion 70 has an emitter region 12 exposed on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The emitter region 12 is provided in contact with the gate trench portion 40. The mesa portion 60 in contact with the gate trench portion 40 may be provided with an exposed contact region 15 on the upper surface of the semiconductor substrate 10.

メサ部60におけるコンタクト領域15およびエミッタ領域12のそれぞれは、X軸方向における一方のトレンチ部から、他方のトレンチ部まで設けられる。一例として、メサ部60のコンタクト領域15およびエミッタ領域12は、トレンチ部の延伸方向(Y軸方向)に沿って交互に配置されている。 Each of the contact region 15 and the emitter region 12 in the mesa portion 60 is provided from one trench portion in the X-axis direction to the other trench portion. As an example, the contact region 15 and the emitter region 12 of the mesa portion 60 are alternately arranged along the stretching direction (Y-axis direction) of the trench portion.

他の例においては、メサ部60のコンタクト領域15およびエミッタ領域12は、トレンチ部の延伸方向(Y軸方向)に沿ってストライプ状に設けられていてもよい。例えばトレンチ部に接する領域にエミッタ領域12が設けられ、エミッタ領域12に挟まれた領域にコンタクト領域15が設けられる。 In another example, the contact region 15 and the emitter region 12 of the mesa portion 60 may be provided in a stripe shape along the extending direction (Y-axis direction) of the trench portion. For example, an emitter region 12 is provided in a region in contact with the trench portion, and a contact region 15 is provided in a region sandwiched between the emitter regions 12.

ダイオード部80のメサ部61には、エミッタ領域12が設けられていない。メサ部61の上面には、ベース領域14およびコンタクト領域15が設けられてよい。メサ部61の上面においてベース領域14−eに挟まれた領域には、それぞれのベース領域14−eに接してコンタクト領域15が設けられてよい。メサ部61の上面においてコンタクト領域15に挟まれた領域には、ベース領域14が設けられてよい。ベース領域14は、コンタクト領域15に挟まれた領域全体に配置されてよい。 The emitter region 12 is not provided in the mesa portion 61 of the diode portion 80. A base region 14 and a contact region 15 may be provided on the upper surface of the mesa portion 61. A contact region 15 may be provided in contact with the respective base regions 14-e in the region sandwiched between the base regions 14-e on the upper surface of the mesa portion 61. A base region 14 may be provided in a region sandwiched between the contact regions 15 on the upper surface of the mesa portion 61. The base region 14 may be arranged over the entire region sandwiched between the contact regions 15.

それぞれのメサ部の上方には、コンタクトホール54が設けられている。コンタクトホール54は、ベース領域14−eに挟まれた領域に配置されている。本例のコンタクトホール54は、コンタクト領域15、ベース領域14およびエミッタ領域12の各領域の上方に設けられる。コンタクトホール54は、ベース領域14−eおよびウェル領域11に対応する領域には設けられない。コンタクトホール54は、メサ部60の配列方向(X軸方向)における中央に配置されてよい。 A contact hole 54 is provided above each mesa portion. The contact hole 54 is arranged in a region sandwiched between the base regions 14-e. The contact hole 54 of this example is provided above each region of the contact region 15, the base region 14, and the emitter region 12. The contact hole 54 is not provided in the region corresponding to the base region 14-e and the well region 11. The contact hole 54 may be arranged at the center of the mesa portion 60 in the arrangement direction (X-axis direction).

ダイオード部80において、半導体基板10の下面と隣接する領域には、N+型のカソード領域82が設けられる。半導体基板10の下面において、カソード領域82が設けられていない領域には、P+型のコレクタ領域22が設けられてよい。図2においては、カソード領域82およびコレクタ領域22の境界を点線で示している。 In the diode section 80, an N + type cathode region 82 is provided in a region adjacent to the lower surface of the semiconductor substrate 10. A P + type collector region 22 may be provided on the lower surface of the semiconductor substrate 10 in a region where the cathode region 82 is not provided. In FIG. 2, the boundary between the cathode region 82 and the collector region 22 is shown by a dotted line.

カソード領域82は、Y軸方向においてウェル領域11から離れて配置されている。これにより、比較的にドーピング濃度が高く、且つ、深い位置まで形成されているP型の領域(ウェル領域11)と、カソード領域82との距離を確保して、耐圧を向上できる。本例のカソード領域82のY軸方向における端部は、コンタクトホール54のY軸方向における端部よりも、ウェル領域11から離れて配置されている。他の例では、カソード領域82のY軸方向における端部は、ウェル領域11とコンタクトホール54との間に配置されていてもよい。 The cathode region 82 is arranged away from the well region 11 in the Y-axis direction. As a result, the pressure resistance can be improved by securing a distance between the P-shaped region (well region 11) formed to a deep position and having a relatively high doping concentration and the cathode region 82. The end portion of the cathode region 82 of this example in the Y-axis direction is arranged farther from the well region 11 than the end portion of the contact hole 54 in the Y-axis direction. In another example, the end of the cathode region 82 in the Y-axis direction may be located between the well region 11 and the contact hole 54.

図3は、図2におけるb−b断面の一例を示す図である。b−b断面は、エミッタ領域12およびカソード領域82を通過するXZ面である。本例の半導体装置100は、当該断面において、半導体基板10、層間絶縁膜38、エミッタ電極52およびコレクタ電極24を有する。層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面に設けられている。層間絶縁膜38は、ホウ素またはリン等の不純物が添加されたシリケートガラス等の絶縁膜、熱酸化膜、および、その他の絶縁膜の少なくとも一層を含む膜である。層間絶縁膜38には、図2において説明したコンタクトホール54が設けられている。 FIG. 3 is a diagram showing an example of a bb cross section in FIG. The bb cross section is an XZ plane passing through the emitter region 12 and the cathode region 82. The semiconductor device 100 of this example has a semiconductor substrate 10, an interlayer insulating film 38, an emitter electrode 52, and a collector electrode 24 in the cross section. The interlayer insulating film 38 is provided on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 38 is a film containing at least one layer of an insulating film such as silicate glass to which impurities such as boron and phosphorus are added, a thermal oxide film, and other insulating films. The interlayer insulating film 38 is provided with the contact hole 54 described in FIG.

エミッタ電極52は、層間絶縁膜38の上方に設けられる。エミッタ電極52は、層間絶縁膜38のコンタクトホール54を通って、半導体基板10の上面21と接触している。コレクタ電極24は、半導体基板10の下面23に設けられる。エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、アルミニウム等の金属材料で形成されている。本明細書において、エミッタ電極52とコレクタ電極24とを結ぶ方向(Z軸方向)を深さ方向と称する。 The emitter electrode 52 is provided above the interlayer insulating film 38. The emitter electrode 52 is in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 through the contact hole 54 of the interlayer insulating film 38. The collector electrode 24 is provided on the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10. The emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are made of a metal material such as aluminum. In the present specification, the direction (Z-axis direction) connecting the emitter electrode 52 and the collector electrode 24 is referred to as a depth direction.

半導体基板10は、N−型のドリフト領域18を有する。ドリフト領域18は、トランジスタ部70およびダイオード部80のそれぞれに設けられている。 The semiconductor substrate 10 has an N-type drift region 18. The drift region 18 is provided in each of the transistor portion 70 and the diode portion 80.

トランジスタ部70のメサ部60には、N+型のエミッタ領域12およびP−型のベース領域14が、半導体基板10の上面21側から順番に設けられている。ベース領域14の下方にはドリフト領域18が設けられている。メサ部60には、N+型の蓄積領域16が設けられてもよい。蓄積領域16は、ベース領域14とドリフト領域18との間に配置される。 The mesa portion 60 of the transistor portion 70 is provided with an N + type emitter region 12 and a P− type base region 14 in order from the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10. A drift region 18 is provided below the base region 14. The mesa portion 60 may be provided with an N + type storage region 16. The storage region 16 is arranged between the base region 14 and the drift region 18.

エミッタ領域12は半導体基板10の上面21に露出しており、且つ、ゲートトレンチ部40と接して設けられている。エミッタ領域12は、メサ部60の両側のトレンチ部と接していてよい。エミッタ領域12は、ドリフト領域18よりもドーピング濃度が高い。 The emitter region 12 is exposed on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and is provided in contact with the gate trench portion 40. The emitter region 12 may be in contact with the trench portions on both sides of the mesa portion 60. The emitter region 12 has a higher doping concentration than the drift region 18.

ベース領域14は、エミッタ領域12の下方に設けられている。本例のベース領域14は、エミッタ領域12と接して設けられている。ベース領域14は、メサ部60の両側のトレンチ部と接していてよい。 The base region 14 is provided below the emitter region 12. The base region 14 of this example is provided in contact with the emitter region 12. The base region 14 may be in contact with the trench portions on both sides of the mesa portion 60.

蓄積領域16は、ベース領域14の下方に設けられている。蓄積領域16は、ドリフト領域18よりもドーピング濃度が高いN+型の領域である。ドリフト領域18とベース領域14との間に高濃度の蓄積領域16を設けることで、キャリア注入促進効果(IE効果)を高めて、オン電圧を低減できる。蓄積領域16は、各メサ部60におけるベース領域14の下面全体を覆うように設けられてよい。 The storage region 16 is provided below the base region 14. The accumulation region 16 is an N + type region having a higher doping concentration than the drift region 18. By providing a high-concentration storage region 16 between the drift region 18 and the base region 14, the carrier injection promoting effect (IE effect) can be enhanced and the on-voltage can be reduced. The storage region 16 may be provided so as to cover the entire lower surface of the base region 14 in each mesa portion 60.

ダイオード部80のメサ部61には、半導体基板10の上面21に接して、P−型のベース領域14が設けられている。ベース領域14の下方には、ドリフト領域18が設けられている。メサ部61において、ベース領域14の下方に蓄積領域16が設けられていてもよい。 The mesa portion 61 of the diode portion 80 is provided with a P-shaped base region 14 in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. A drift region 18 is provided below the base region 14. In the mesa portion 61, the accumulation region 16 may be provided below the base region 14.

トランジスタ部70およびダイオード部80のそれぞれにおいて、ドリフト領域18の下にはN+型のバッファ領域20が設けられてよい。バッファ領域20のドーピング濃度は、ドリフト領域18のドーピング濃度よりも高い。バッファ領域20は、ドリフト領域18よりもドナー濃度の高い1つまたは複数のドナー濃度ピークを有する。複数のドナー濃度ピークは、半導体基板10の深さ方向における異なる位置に配置される。バッファ領域20のドナー濃度ピークは、例えば水素(プロトン)またはリンの濃度ピークであってよい。バッファ領域20は、ベース領域14の下端から広がる空乏層が、P+型のコレクタ領域22およびN+型のカソード領域82に到達することを防ぐフィールドストップ層として機能してよい。 In each of the transistor portion 70 and the diode portion 80, an N + type buffer region 20 may be provided below the drift region 18. The doping concentration in the buffer region 20 is higher than the doping concentration in the drift region 18. The buffer region 20 has one or more donor concentration peaks with higher donor concentrations than the drift region 18. The plurality of donor concentration peaks are arranged at different positions in the depth direction of the semiconductor substrate 10. The donor concentration peak in the buffer region 20 may be, for example, a hydrogen (proton) or phosphorus concentration peak. The buffer region 20 may function as a field stop layer that prevents the depletion layer extending from the lower end of the base region 14 from reaching the P + type collector region 22 and the N + type cathode region 82.

トランジスタ部70において、バッファ領域20の下には、P+型のコレクタ領域22が設けられる。コレクタ領域22のアクセプタ濃度は、ベース領域14のアクセプタ濃度より高い。コレクタ領域22は、ベース領域14と同一のアクセプタを含んでよく、異なるアクセプタを含んでもよい。コレクタ領域22のアクセプタは、例えばボロンである。 In the transistor section 70, a P + type collector region 22 is provided below the buffer region 20. The acceptor concentration in the collector region 22 is higher than the acceptor concentration in the base region 14. The collector region 22 may include the same acceptors as the base region 14, or may include different acceptors. The acceptor of the collector region 22 is, for example, boron.

ダイオード部80において、バッファ領域20の下には、N+型のカソード領域82が設けられる。カソード領域82のドナー濃度は、ドリフト領域18のドナー濃度より高い。カソード領域82のドナーは、例えば水素またはリンである。なお、各領域のドナーおよびアクセプタとなる元素は、上述した例に限定されない。コレクタ領域22およびカソード領域82は、半導体基板10の下面23に露出しており、コレクタ電極24と接続している。コレクタ電極24は、半導体基板10の下面23全体と接触してよい。エミッタ電極52およびコレクタ電極24は、アルミニウム等の金属材料で形成される。 In the diode section 80, an N + type cathode region 82 is provided below the buffer region 20. The donor concentration in the cathode region 82 is higher than the donor concentration in the drift region 18. The donor of the cathode region 82 is, for example, hydrogen or phosphorus. The elements that serve as donors and acceptors in each region are not limited to the above-mentioned examples. The collector region 22 and the cathode region 82 are exposed on the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10 and are connected to the collector electrode 24. The collector electrode 24 may come into contact with the entire lower surface 23 of the semiconductor substrate 10. The emitter electrode 52 and the collector electrode 24 are made of a metal material such as aluminum.

半導体基板10の上面21側には、1以上のゲートトレンチ部40、および、1以上のダミートレンチ部30が設けられる。各トレンチ部は、半導体基板10の上面21から、ベース領域14を貫通して、ドリフト領域18に到達している。エミッタ領域12、コンタクト領域15および蓄積領域16の少なくともいずれかが設けられている領域においては、各トレンチ部はこれらのドーピング領域も貫通して、ドリフト領域18に到達している。トレンチ部がドーピング領域を貫通するとは、ドーピング領域を形成してからトレンチ部を形成する順序で製造したものに限定されない。トレンチ部を形成した後に、トレンチ部の間にドーピング領域を形成したものも、トレンチ部がドーピング領域を貫通しているものに含まれる。 One or more gate trench portions 40 and one or more dummy trench portions 30 are provided on the upper surface 21 side of the semiconductor substrate 10. Each trench portion penetrates the base region 14 from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and reaches the drift region 18. In the region where at least one of the emitter region 12, the contact region 15 and the storage region 16 is provided, each trench portion also penetrates these doping regions and reaches the drift region 18. The penetration of the trench portion through the doping region is not limited to those manufactured in the order of forming the doping region and then forming the trench portion. Those in which a doping region is formed between the trench portions after the trench portion is formed are also included in those in which the trench portion penetrates the doping region.

上述したように、トランジスタ部70には、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30が設けられている。ダイオード部80には、ダミートレンチ部30が設けられ、ゲートトレンチ部40が設けられていない。本例においてダイオード部80とトランジスタ部70のX軸方向における境界は、カソード領域82とコレクタ領域22の境界である。 As described above, the transistor portion 70 is provided with a gate trench portion 40 and a dummy trench portion 30. The diode portion 80 is provided with a dummy trench portion 30 and is not provided with a gate trench portion 40. In this example, the boundary between the diode portion 80 and the transistor portion 70 in the X-axis direction is the boundary between the cathode region 82 and the collector region 22.

ゲートトレンチ部40は、半導体基板10の上面21に設けられたゲートトレンチ、ゲート絶縁膜42およびゲート導電部44を有する。ゲート絶縁膜42は、ゲートトレンチの内壁を覆って設けられる。ゲート絶縁膜42は、ゲートトレンチの内壁の半導体を酸化または窒化して形成してよい。ゲート導電部44は、ゲートトレンチの内部においてゲート絶縁膜42よりも内側に設けられる。つまりゲート絶縁膜42は、ゲート導電部44と半導体基板10とを絶縁する。ゲート導電部44は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。 The gate trench portion 40 has a gate trench, a gate insulating film 42, and a gate conductive portion 44 provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The gate insulating film 42 is provided so as to cover the inner wall of the gate trench. The gate insulating film 42 may be formed by oxidizing or nitriding the semiconductor on the inner wall of the gate trench. The gate conductive portion 44 is provided inside the gate trench and inside the gate insulating film 42. That is, the gate insulating film 42 insulates the gate conductive portion 44 and the semiconductor substrate 10. The gate conductive portion 44 is formed of a conductive material such as polysilicon.

ゲート導電部44は、深さ方向において、ベース領域14よりも長く設けられてよい。当該断面におけるゲートトレンチ部40は、半導体基板10の上面21において層間絶縁膜38により覆われる。ゲート導電部44は、ゲート配線に電気的に接続されている。ゲート導電部44に所定のゲート電圧が印加されると、ベース領域14のうちゲートトレンチ部40に接する界面の表層に電子の反転層によるチャネルが形成される。 The gate conductive portion 44 may be provided longer than the base region 14 in the depth direction. The gate trench portion 40 in the cross section is covered with an interlayer insulating film 38 on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The gate conductive portion 44 is electrically connected to the gate wiring. When a predetermined gate voltage is applied to the gate conductive portion 44, a channel due to an electron inversion layer is formed on the surface layer of the interface of the base region 14 in contact with the gate trench portion 40.

ダミートレンチ部30は、当該断面において、ゲートトレンチ部40と同一の構造を有してよい。ダミートレンチ部30は、半導体基板10の上面21に設けられたダミートレンチ、ダミー絶縁膜32およびダミー導電部34を有する。ダミー導電部34は、エミッタ電極52に電気的に接続されている。ダミー絶縁膜32は、ダミートレンチの内壁を覆って設けられる。ダミー導電部34は、ダミートレンチの内部に設けられ、且つ、ダミー絶縁膜32よりも内側に設けられる。ダミー絶縁膜32は、ダミー導電部34と半導体基板10とを絶縁する。ダミー導電部34は、ゲート導電部44と同一の材料で形成されてよい。例えばダミー導電部34は、ポリシリコン等の導電材料で形成される。ダミー導電部34は、深さ方向においてゲート導電部44と同一の長さを有してよい。 The dummy trench portion 30 may have the same structure as the gate trench portion 40 in the cross section. The dummy trench portion 30 has a dummy trench, a dummy insulating film 32, and a dummy conductive portion 34 provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The dummy conductive portion 34 is electrically connected to the emitter electrode 52. The dummy insulating film 32 is provided so as to cover the inner wall of the dummy trench. The dummy conductive portion 34 is provided inside the dummy trench and is provided inside the dummy insulating film 32. The dummy insulating film 32 insulates the dummy conductive portion 34 and the semiconductor substrate 10. The dummy conductive portion 34 may be formed of the same material as the gate conductive portion 44. For example, the dummy conductive portion 34 is formed of a conductive material such as polysilicon. The dummy conductive portion 34 may have the same length as the gate conductive portion 44 in the depth direction.

本例のゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30は、半導体基板10の上面21において層間絶縁膜38により覆われている。なお、ダミートレンチ部30およびゲートトレンチ部40の底部は、下側に凸の曲面状(断面においては曲線状)であってよい。 The gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 of this example are covered with an interlayer insulating film 38 on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The bottom of the dummy trench portion 30 and the gate trench portion 40 may be curved downward (curved in cross section).

図4は、図1におけるc−c断面の一例を示す図である。c−c断面は、エッジ終端構造部90、トランジスタ部70およびダイオード部80を通過するXZ面である。トランジスタ部70およびダイオード部80の構造は、図2および図3において説明したトランジスタ部70およびダイオード部80と同一である。図4においては、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の構造を簡略化して示している。 FIG. 4 is a diagram showing an example of a cc cross section in FIG. The cc cross section is an XZ plane that passes through the edge termination structure portion 90, the transistor portion 70, and the diode portion 80. The structures of the transistor portion 70 and the diode portion 80 are the same as those of the transistor portion 70 and the diode portion 80 described with reference to FIGS. 2 and 3. In FIG. 4, the structures of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 are shown in a simplified manner.

半導体基板10において、エッジ終端構造部90およびトランジスタ部70の間には、ウェル領域11が設けられている。ウェル領域11は、半導体基板10の上面21に接するP+型の領域である。ウェル領域11は、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の下端よりも深い位置まで設けられてよい。ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の一部は、ウェル領域11の内部に配置されていてもよい。 In the semiconductor substrate 10, a well region 11 is provided between the edge termination structure portion 90 and the transistor portion 70. The well region 11 is a P + type region in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The well region 11 may be provided deeper than the lower ends of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30. A part of the gate trench portion 40 and the dummy trench portion 30 may be arranged inside the well region 11.

半導体基板10の上面21には、ウェル領域11を覆う層間絶縁膜38が設けられてよい。層間絶縁膜38の上方には、エミッタ電極52および外周ゲート配線130等の電極および配線が設けられている。エミッタ電極52は、活性部160の上方から、ウェル領域11の上方まで延伸して設けられている。エミッタ電極52は、層間絶縁膜38に設けられたコンタクトホールを介して、ウェル領域11と接続されていてよい。 An interlayer insulating film 38 that covers the well region 11 may be provided on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. Above the interlayer insulating film 38, electrodes and wiring such as an emitter electrode 52 and an outer peripheral gate wiring 130 are provided. The emitter electrode 52 is provided so as to extend from above the active portion 160 to above the well region 11. The emitter electrode 52 may be connected to the well region 11 via a contact hole provided in the interlayer insulating film 38.

外周ゲート配線130は、エミッタ電極52と、エッジ終端構造部90との間に配置されている。エミッタ電極52および外周ゲート配線130は、互いに分離して配置されているが、図4においては、エミッタ電極52および外周ゲート配線130の間の間隙は省略されている。外周ゲート配線130は、層間絶縁膜38によりウェル領域11とは電気的に絶縁されている。 The outer peripheral gate wiring 130 is arranged between the emitter electrode 52 and the edge terminal structure portion 90. The emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130 are arranged separately from each other, but in FIG. 4, the gap between the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130 is omitted. The outer peripheral gate wiring 130 is electrically insulated from the well region 11 by the interlayer insulating film 38.

エッジ終端構造部90には、複数のガードリング92、複数の高濃度領域202、複数のフィールドプレート94およびチャネルストッパ174が設けられている。エッジ終端構造部90において、下面23に接する領域には、コレクタ領域22が設けられていてよい。各ガードリング92は、上面21において活性部160を囲むように設けられてよい。複数のガードリング92は、活性部160において発生した空乏層を半導体基板10の外側へ広げる機能を有してよい。これにより、半導体基板10内部における電界集中を防ぐことができ、半導体装置100の耐圧を向上できる。 The edge termination structure 90 is provided with a plurality of guard rings 92, a plurality of high concentration regions 202, a plurality of field plates 94, and a channel stopper 174. A collector region 22 may be provided in the region of the edge termination structure portion 90 in contact with the lower surface 23. Each guard ring 92 may be provided on the upper surface 21 so as to surround the active portion 160. The plurality of guard rings 92 may have a function of spreading the depletion layer generated in the active portion 160 to the outside of the semiconductor substrate 10. As a result, electric field concentration inside the semiconductor substrate 10 can be prevented, and the withstand voltage of the semiconductor device 100 can be improved.

本例のガードリング92は、上面21近傍にイオン注入により形成されたP+型の半導体領域である。ガードリング92の底部の深さは、ゲートトレンチ部40およびダミートレンチ部30の底部の深さより深くてよい。ガードリング92の底部の深さは、ウェル領域11の底部の深さと同一であってよく、異なっていてもよい。 The guard ring 92 of this example is a P + type semiconductor region formed by ion implantation in the vicinity of the upper surface 21. The depth of the bottom of the guard ring 92 may be deeper than the depth of the bottom of the gate trench 40 and the dummy trench 30. The depth of the bottom of the guard ring 92 may be the same as or different from the depth of the bottom of the well region 11.

ガードリング92の上面は、層間絶縁膜38により覆われている。フィールドプレート94は、アルミニウム等の金属またはポリシリコン等の導電材料で形成される。フィールドプレート94は、アルミニウム‐シリコン合金、例えばAlSi、AlSiCu等の金属合金で形成されてもよい。フィールドプレート94は、外周ゲート配線130またはエミッタ電極52と同じ材料で形成されてよい。フィールドプレート94は、層間絶縁膜38上に設けられている。本例のフィールドプレート94は、層間絶縁膜38に設けられた貫通孔を通って、ガードリング92に接続されている。 The upper surface of the guard ring 92 is covered with an interlayer insulating film 38. The field plate 94 is formed of a metal such as aluminum or a conductive material such as polysilicon. The field plate 94 may be formed of an aluminum-silicon alloy, for example, a metal alloy such as AlSi or AlSiCu. The field plate 94 may be made of the same material as the outer peripheral gate wiring 130 or the emitter electrode 52. The field plate 94 is provided on the interlayer insulating film 38. The field plate 94 of this example is connected to the guard ring 92 through a through hole provided in the interlayer insulating film 38.

チャネルストッパ174は、半導体基板10の端辺102近傍における上面21および側壁に露出して設けられる。チャネルストッパ174は、ドリフト領域18よりもドーピング濃度の高いN型の領域である。チャネルストッパ174は、活性部160において発生した空乏層を半導体基板10の端辺102近傍において終端させる機能を有する。なお、図4においてはトランジスタ部70、ダイオード部80、エッジ終端構造部90の層間絶縁膜38は同じ厚さで描かれているが、厚さは異なっても良く、また、形成するプロセスが異なって組成が異なっていても良い。なお、フィールドプレート94、外周ゲート配線130およびエミッタ電極52の少なくとも一部は、ポリイミドまたは窒化膜等の保護膜で覆われているが、本明細書の図面では保護膜を省略する場合がある。 The channel stopper 174 is provided so as to be exposed on the upper surface 21 and the side wall in the vicinity of the end side 102 of the semiconductor substrate 10. The channel stopper 174 is an N-type region having a higher doping concentration than the drift region 18. The channel stopper 174 has a function of terminating the depletion layer generated in the active portion 160 in the vicinity of the end side 102 of the semiconductor substrate 10. In FIG. 4, the transistor portion 70, the diode portion 80, and the interlayer insulating film 38 of the edge termination structure portion 90 are drawn with the same thickness, but the thickness may be different, and the forming process is different. The composition may be different. Although at least a part of the field plate 94, the outer peripheral gate wiring 130, and the emitter electrode 52 is covered with a protective film such as polyimide or a nitride film, the protective film may be omitted in the drawings of the present specification.

高濃度領域202は、ドリフト領域18よりもドーピング濃度の高いN型の領域である。高濃度領域202は、隣り合う2つのガードリング92の間において、ガードリング92の下端よりも浅い位置から、ガードリング92の下端よりも深い位置まで設けられている。高濃度領域202は、ウェル領域11と、ガードリング92との間にも設けられていてよい。高濃度領域202は、ウェル領域11の下端よりも深い位置まで設けられてよい。 The high concentration region 202 is an N-type region having a higher doping concentration than the drift region 18. The high concentration region 202 is provided between two adjacent guard rings 92 from a position shallower than the lower end of the guard ring 92 to a position deeper than the lower end of the guard ring 92. The high concentration region 202 may also be provided between the well region 11 and the guard ring 92. The high concentration region 202 may be provided deeper than the lower end of the well region 11.

高濃度領域203は、チャネルストッパ174に最も近いガードリング92と、チャネルストッパ174との間に配置されている。高濃度領域203は、高濃度領域202と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。他の例では、高濃度領域203は、高濃度領域202とは異なる深さ位置に設けられていてもよい。高濃度領域203は、高濃度領域202の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。本例の高濃度領域203は、半導体基板10の上面21から、ガードリング92の下端よりも深い位置まで設けられている。 The high concentration region 203 is arranged between the guard ring 92 closest to the channel stopper 174 and the channel stopper 174. The high concentration region 203 may have the same structure and doping concentration distribution as the high concentration region 202. In another example, the high concentration region 203 may be provided at a depth position different from that of the high concentration region 202. The high concentration region 203 may be provided to a position shallower than the lower end of the high concentration region 202, or may be provided to a deep position. The high density region 203 of this example is provided from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 to a position deeper than the lower end of the guard ring 92.

また、高濃度領域203は、高濃度領域202よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。これにより、最も外側に配置されたガードリング92と、チャネルストッパ174との間における電界集中を緩和できる。 Further, the high concentration region 203 may have a higher or lower doping concentration than the high concentration region 202. As a result, the electric field concentration between the outermost guard ring 92 and the channel stopper 174 can be relaxed.

図5は、図4におけるウェル領域11およびガードリング92の近傍における半導体基板10を拡大した図である。本例では、ガードリング92の下端のZ軸方向における位置をZ1とする。 FIG. 5 is an enlarged view of the semiconductor substrate 10 in the vicinity of the well region 11 and the guard ring 92 in FIG. In this example, the position of the lower end of the guard ring 92 in the Z-axis direction is Z1.

高濃度領域202は、位置Z1よりも上面21側に配置された領域と、位置Z1よりも下面23側に配置された領域とを有する。本例の高濃度領域202は、半導体基板10の上面21と接する位置Z0から、深さ位置Z2まで連続して設けられている。位置Z2は、位置Z1よりも上面21から離れた位置である。 The high-concentration region 202 has a region arranged on the upper surface 21 side of the position Z1 and a region arranged on the lower surface 23 side of the position Z1. The high-concentration region 202 of this example is continuously provided from the position Z0 in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 to the depth position Z2. The position Z2 is a position farther from the upper surface 21 than the position Z1.

本例の高濃度領域202は、半導体基板10の下面23側から見て、ガードリング92の一部を覆っている。つまり、Z軸方向において、高濃度領域202の一部は、ガードリング92の一部と重なっている。高濃度領域202のうち、深さ位置Z1からZ2までに設けられた領域が、ガードリング92の一部を覆っていてよい。これにより、ガードリング92の下端近傍における電界集中を緩和するとともに空乏層の拡がりを抑制できる。 The high-concentration region 202 of this example covers a part of the guard ring 92 when viewed from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10. That is, in the Z-axis direction, a part of the high concentration region 202 overlaps with a part of the guard ring 92. Of the high-concentration region 202, a region provided at depth positions Z1 to Z2 may cover a part of the guard ring 92. As a result, the electric field concentration near the lower end of the guard ring 92 can be alleviated and the expansion of the depletion layer can be suppressed.

図5には、等電位線262を模式的に示している。図5に示すように、ガードリング92の下部領域260の近傍に電界が集中する場合がある。下部領域260は、ガードリング92とN型の領域との境界線の曲率が最大となる領域であってよい。下部領域260は、ガードリング92とN型の領域との境界線の傾きの変化(すなわち二階微分値)が最大となる領域であってもよい。下部領域260は、ガードリング92の下端近傍に配置されている。ガードリング92の下端とは、ガードリング92のうち、最も深い位置に配置された部分である。 FIG. 5 schematically shows the equipotential lines 262. As shown in FIG. 5, the electric field may be concentrated in the vicinity of the lower region 260 of the guard ring 92. The lower region 260 may be a region where the curvature of the boundary line between the guard ring 92 and the N-shaped region is maximized. The lower region 260 may be a region where the change in the inclination of the boundary line between the guard ring 92 and the N-type region (that is, the second derivative value) is maximized. The lower region 260 is arranged near the lower end of the guard ring 92. The lower end of the guard ring 92 is a portion of the guard ring 92 arranged at the deepest position.

なお、ガードリング92は、下部領域260および下部領域261を有していてもよい。ガードリング92の断面形状がZ軸と平行な中心線に対して線対称の場合、ガードリング92は、線対称な位置に下部領域260および下部領域261を有する。2つの下部領域260のうち、ウェル領域11に近い方を下部領域261とし、ウェル領域11から遠い方を下部領域260とする。図5に示すように、下部領域260の近傍において、電界が集中しやすい。 The guard ring 92 may have a lower region 260 and a lower region 261. When the cross-sectional shape of the guard ring 92 is line-symmetric with respect to the center line parallel to the Z axis, the guard ring 92 has a lower region 260 and a lower region 261 at line-symmetrical positions. Of the two lower regions 260, the one closer to the well region 11 is referred to as the lower region 261 and the one farther from the well region 11 is referred to as the lower region 260. As shown in FIG. 5, the electric field tends to concentrate in the vicinity of the lower region 260.

高濃度領域202を設けることで、下部領域260および下部領域261の近傍に、高濃度のN型領域を配置できる。これにより、下部領域260および下部領域261の近傍における電界集中を緩和するとともに空乏層の拡がりを抑制できる。高濃度領域202は、下部領域260を覆っていることが好ましい。つまり、高濃度領域202は、下部領域260と接していることが好ましい。高濃度領域202は、下部領域261を更に覆っていてもよい。高濃度領域202の断面形状は、Z軸と平行な中心線に対して線対称であってよい。 By providing the high concentration region 202, a high concentration N-type region can be arranged in the vicinity of the lower region 260 and the lower region 261. As a result, the electric field concentration in the vicinity of the lower region 260 and the lower region 261 can be alleviated and the expansion of the depletion layer can be suppressed. The high concentration region 202 preferably covers the lower region 260. That is, the high concentration region 202 is preferably in contact with the lower region 260. The high concentration region 202 may further cover the lower region 261. The cross-sectional shape of the high concentration region 202 may be axisymmetric with respect to the center line parallel to the Z axis.

また、ガードリング92の間、および、ガードリング92の下端近傍の領域には電界が集中するので、当該領域におけるドナー濃度にばらつきが生じると、耐圧にばらつきが生じてしまう。高濃度領域202を設けない場合、当該領域にはドリフト領域18が形成される。ドリフト領域18におけるドナー濃度は、半導体基板10の製造時から含まれているドナーの濃度なので、比較的にばらつきが生じやすい。これに対して本例では、当該領域に高濃度領域202を設けている。高濃度領域202は、イオン注入等により形成される。イオン注入の濃度は、比較的に制御しやすいので、高濃度領域202のドナー濃度のばらつきは比較的に小さい。このため、高濃度領域202を設けることで、半導体装置100の耐圧ばらつきも小さくできる。 Further, since the electric field is concentrated between the guard rings 92 and in the region near the lower end of the guard ring 92, if the donor concentration in the region varies, the withstand voltage also varies. If the high concentration region 202 is not provided, a drift region 18 is formed in the region. Since the donor concentration in the drift region 18 is the concentration of the donor contained in the semiconductor substrate 10 from the time of manufacture, it is relatively easy to vary. On the other hand, in this example, a high concentration region 202 is provided in the region. The high concentration region 202 is formed by ion implantation or the like. Since the concentration of ion implantation is relatively easy to control, the variation in donor concentration in the high concentration region 202 is relatively small. Therefore, by providing the high concentration region 202, the withstand voltage variation of the semiconductor device 100 can be reduced.

高濃度領域202は、ガードリング92に挟まれた領域のうちの少なくとも一つに設けられている。高濃度領域202は、ガードリング92で挟まれた領域の全てに配置されていてもよい。 The high concentration region 202 is provided in at least one of the regions sandwiched between the guard rings 92. The high concentration region 202 may be arranged in the entire region sandwiched by the guard ring 92.

それぞれのガードリング92は、半導体基板10の下面23側から見て、高濃度領域202に覆われていない領域204を有する。領域204は、ガードリング92のX軸方向中央における下端を含む領域であってよい。領域204は、ドリフト領域18と接していてよい。高濃度のガードリング92が全て高濃度領域202に覆われる場合、電界強度がガードリング92の底面でも増加する。そのため、比較的低い電圧で電界強度が臨界電界強度に達しやすくなり、アバランシェ降伏が発生して、半導体装置100の耐圧が低下する。領域204を備えることで、ガードリング92の底面は低濃度のドリフト領域18と接するため、電界強度の増加は抑えられる。 Each guard ring 92 has a region 204 that is not covered by the high density region 202 when viewed from the lower surface 23 side of the semiconductor substrate 10. The region 204 may be a region including the lower end of the guard ring 92 at the center in the X-axis direction. The region 204 may be in contact with the drift region 18. When the high concentration guard ring 92 is entirely covered by the high concentration region 202, the electric field strength also increases at the bottom surface of the guard ring 92. Therefore, the electric field strength tends to reach the critical electric field strength at a relatively low voltage, avalanche breakdown occurs, and the withstand voltage of the semiconductor device 100 decreases. By providing the region 204, the bottom surface of the guard ring 92 is in contact with the low-concentration drift region 18, so that an increase in the electric field strength is suppressed.

高濃度領域202におけるドナー濃度の最大値をDmaxとする。また、ドリフト領域18のドナー濃度をDbとする。ガードリング92の下方であって、半導体基板10の深さ方向の中央におけるドリフト領域18のドナー濃度を、ドナー濃度Dbとしてよい。ドナー濃度Dmaxはドナー濃度Dbよりも10倍以上高くてよい。この場合は、ドナー濃度がDbの2倍となる位置を、高濃度領域202とドリフト領域18との境界としてよい。あるいは、ドリフト領域18のドナー濃度が、Dbよりも高く増加し始める位置を、高濃度領域202とドリフト領域18との境界としてもよい。 Let Dmax be the maximum value of the donor concentration in the high concentration region 202. Further, the donor concentration in the drift region 18 is defined as Db. The donor concentration of the drift region 18 below the guard ring 92 and in the center of the semiconductor substrate 10 in the depth direction may be defined as the donor concentration Db. The donor concentration Dmax may be 10 times or more higher than the donor concentration Db. In this case, the position where the donor concentration is twice that of Db may be the boundary between the high concentration region 202 and the drift region 18. Alternatively, the position where the donor concentration in the drift region 18 starts to increase higher than Db may be defined as the boundary between the high concentration region 202 and the drift region 18.

領域204のX軸方向における幅W2は、半導体基板10の上面21におけるガードリング92の幅W1よりも小さい。幅W2は、幅W1の10%以上であってよく、30%以上であってよく、50%以上であってよく、70%以上であってもよい。 The width W2 of the region 204 in the X-axis direction is smaller than the width W1 of the guard ring 92 on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The width W2 may be 10% or more, 30% or more, 50% or more, or 70% or more of the width W1.

図6は、高濃度領域202の他の例を示す図である。高濃度領域202以外の構造は、図5に示した例と同一である。本例の高濃度領域202は、上側部分206と、下側部分208とを有する。上側部分206と、下側部分208とは互いに分離して設けられている。本例では、上側部分206と、下側部分208との間にはドリフト領域18が設けられている。なお、上面21から下側部分208にN型ドーパントを注入した場合、N型ドーパントが通過した領域にもドナーが形成される場合がある。この場合、下側部分208から上面21に向けて、ドナー濃度が徐々に減少する。下側部分208と上側部分206の間において、下側部分208から上側部分206に向かってドナー濃度が徐々に減少していてもよい。例えばN型ドーパントとして水素を用いた場合、水素が通過した領域に形成された空孔欠陥(V)と、半導体基板10に含まれる酸素(O)と、下側部分208から拡散した水素(H)とが結合して、VOH欠陥が形成される。VOH欠陥は、ドナーとして機能する。 FIG. 6 is a diagram showing another example of the high concentration region 202. The structure other than the high concentration region 202 is the same as the example shown in FIG. The high concentration region 202 of this example has an upper portion 206 and a lower portion 208. The upper portion 206 and the lower portion 208 are provided separately from each other. In this example, a drift region 18 is provided between the upper portion 206 and the lower portion 208. When the N-type dopant is injected from the upper surface 21 to the lower portion 208, a donor may be formed in the region through which the N-type dopant has passed. In this case, the donor concentration gradually decreases from the lower portion 208 toward the upper surface 21. Between the lower portion 208 and the upper portion 206, the donor concentration may gradually decrease from the lower portion 208 to the upper portion 206. For example, when hydrogen is used as the N-type dopant, pore defects (V) formed in the region through which hydrogen has passed, oxygen (O) contained in the semiconductor substrate 10, and hydrogen diffused from the lower portion 208 (H). ) Combines to form a VOH defect. The VOH defect acts as a donor.

上側部分206は、2つのガードリング92の間において、半導体基板10の上面21と接して設けられている。上側部分206は、ガードリング92とは離れて配置されてよい。これにより、上側部分206に高濃度にドープされたドナーが、ガードリング92内に拡散することを抑制できる。他の例では、上側部分206は、ガードリング92と接していてもよい。 The upper portion 206 is provided between the two guard rings 92 in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The upper portion 206 may be disposed apart from the guard ring 92. As a result, it is possible to prevent the donor highly doped in the upper portion 206 from diffusing into the guard ring 92. In another example, the upper portion 206 may be in contact with the guard ring 92.

下側部分208は、ガードリング92の下端よりも浅い位置から、ガードリング92の下端よりも深い位置Z2まで設けられている。本例の下側部分208は、ガードリング92の2つの側面93−1、93−2のうち、ウェル領域11から遠い方の側面93−2に接して設けられている。図6におけるガードリング92の側面93−1は、ガードリング92のX軸方向の中央よりもウェル領域11側の面である。ガードリング92の側面93−2は、側面93−1とは逆側の面である。下側部分208は、側面93−1と接していなくてよく、接していてもよい。側面93−2に接して下側部分208を設けることで、電界が集中しやすい領域を保護できる。下側部分208は、下部領域260と接していることが好ましい。また、本例の領域204の幅W2は、ガードリング92の幅W1の半分より大きい。 The lower portion 208 is provided from a position shallower than the lower end of the guard ring 92 to a position Z2 deeper than the lower end of the guard ring 92. The lower portion 208 of this example is provided in contact with the side surface 93-2 of the two side surfaces 93-1 and 93-2 of the guard ring 92, which is farther from the well region 11. The side surface 93-1 of the guard ring 92 in FIG. 6 is a surface of the guard ring 92 on the well region 11 side of the center in the X-axis direction. The side surface 93-2 of the guard ring 92 is a surface opposite to the side surface 93-1. The lower portion 208 does not have to be in contact with the side surface 93-1 and may be in contact with it. By providing the lower portion 208 in contact with the side surface 93-2, it is possible to protect the region where the electric field is likely to concentrate. The lower portion 208 is preferably in contact with the lower region 260. Further, the width W2 of the region 204 of this example is larger than half the width W1 of the guard ring 92.

下側部分208の上端のZ軸方向における位置をZ3とする。Z軸方向における位置Z1とZ3との距離Z1−Z3は、Z軸方向における位置Z1とZ2との距離Z2−Z1と同一であってよい。距離Z2−Z1は、距離Z1−Z3より大きくてもよい。これにより、電界が集中しやすい領域を保護しやすくなる。距離Z2−Z1は、距離Z1−Z3より小さくてもよい。 The position of the upper end of the lower portion 208 in the Z-axis direction is Z3. The distance Z1-Z3 between the positions Z1 and Z3 in the Z-axis direction may be the same as the distance Z2-Z1 between the positions Z1 and Z2 in the Z-axis direction. The distance Z2-Z1 may be larger than the distance Z1-Z3. This makes it easier to protect the area where the electric field is likely to concentrate. The distance Z2-Z1 may be smaller than the distance Z1-Z3.

図1から図6において説明したガードリング92および高濃度領域202は、半導体基板10の上面21からドーパントを注入して形成してよい。ガードリング92は、半導体基板10の上面21から、ボロン等のP型ドーパントを選択的に注入し、熱処理することで形成できる。 The guard ring 92 and the high concentration region 202 described with reference to FIGS. 1 to 6 may be formed by injecting a dopant from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The guard ring 92 can be formed by selectively injecting a P-type dopant such as boron from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and heat-treating it.

高濃度領域202(本例では上側部分206および下側部分208)は、半導体基板10の上面21から、水素またはリン等のN型ドーパントを選択的に注入し、熱処理することで形成できる。N型ドーパントは、加速エネルギーを変化させて、複数の深さ位置に注入してよい。 The high concentration region 202 (upper portion 206 and lower portion 208 in this example) can be formed by selectively injecting an N-type dopant such as hydrogen or phosphorus from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 and heat-treating it. The N-type dopant may be injected at multiple depth positions with varying acceleration energies.

なおN型ドーパントとして水素を用いることで、深い位置の高濃度領域202を容易に形成できる。ただし、水素を注入した後に、高温で長時間の熱処理を行うと、水素ドナーが消失してしまう。このため、水素の注入および熱処理工程は、半導体装置100の製造工程の終盤で行うことが好ましい。例えば、フィールドプレート94等の上方に保護膜を形成した後に水素を注入することで、水素ドナーの消失を抑制できる。水素の注入は、半導体基板10の上面21から行ってよく、下面23から行ってもよい。 By using hydrogen as the N-type dopant, a high concentration region 202 at a deep position can be easily formed. However, if heat treatment is performed at a high temperature for a long time after injecting hydrogen, the hydrogen donor disappears. Therefore, it is preferable that the hydrogen injection and heat treatment steps are performed at the end of the manufacturing process of the semiconductor device 100. For example, by injecting hydrogen after forming a protective film on the field plate 94 or the like, the disappearance of the hydrogen donor can be suppressed. Hydrogen injection may be performed from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 or from the lower surface 23.

図1から図6において説明した例において、高濃度領域202の少なくとも一部は、フィールドプレート94に覆われていない領域に設けられてよい。つまり高濃度領域202の少なくとも一部は、Z軸方向において、フィールドプレート94と重なっていない。高濃度領域202の少なくとも一部は、フィールドプレート94をマスクとしてN型ドーパントを注入することで形成してよい。 In the example described with reference to FIGS. 1 to 6, at least a part of the high concentration region 202 may be provided in a region not covered by the field plate 94. That is, at least a part of the high concentration region 202 does not overlap with the field plate 94 in the Z-axis direction. At least a part of the high concentration region 202 may be formed by injecting an N-type dopant using the field plate 94 as a mask.

また、複数の種類のN型ドーパントを用いて高濃度領域202を形成してもよい。例えばリン等の第1のドーパントを注入して上側部分206を形成し、水素等の第2のドーパントを注入して下側部分208を形成してよい。この場合、上側部分206には、第2のドーパント(水素)よりも高濃度の第1のドーパント(リン)が含まれ、下側部分208には、第1のドーパント(リン)よりも高濃度の第2のドーパント(水素)が含まれる。 Further, the high concentration region 202 may be formed by using a plurality of types of N-type dopants. For example, a first dopant such as phosphorus may be injected to form the upper portion 206, and a second dopant such as hydrogen may be injected to form the lower portion 208. In this case, the upper portion 206 contains a first dopant (phosphorus) having a higher concentration than the second dopant (hydrogen), and the lower portion 208 has a higher concentration than the first dopant (phosphorus). Second dopant (hydrogen) is included.

また、高濃度領域202に注入するN型ドーパントのドーズ量を、N型ドーパントの注入前における半導体基板10の比抵抗またはドナー濃度に応じて調整してもよい。これにより、高濃度領域202を形成した後の半導体基板10の比抵抗またはドナー濃度を、より精度よく調整できる。 Further, the dose amount of the N-type dopant injected into the high concentration region 202 may be adjusted according to the specific resistance of the semiconductor substrate 10 or the donor concentration before the injection of the N-type dopant. Thereby, the specific resistance or the donor concentration of the semiconductor substrate 10 after forming the high concentration region 202 can be adjusted more accurately.

図7Aおよび図7Bは、半導体装置100の一部の製造工程を説明する図である。図7Aおよび図7Bにおいては、高濃度領域202の下側部分208を形成する工程を示している。本例においては、フィールドプレート94、外周ゲート配線130およびエミッタ電極52等の各電極をマスクとして、下側部分208にN型ドーパントを注入する。エッジ終端構造部90においては、互いに隣り合うフィールドプレート94の間隙95から、N型ドーパントを注入する。 7A and 7B are diagrams illustrating a part of the manufacturing process of the semiconductor device 100. In FIGS. 7A and 7B, a step of forming the lower portion 208 of the high concentration region 202 is shown. In this example, the N-type dopant is injected into the lower portion 208 using each electrode such as the field plate 94, the outer peripheral gate wiring 130, and the emitter electrode 52 as a mask. In the edge termination structure 90, the N-type dopant is injected from the gap 95 of the field plates 94 adjacent to each other.

本例では、層間絶縁膜38、フィールドプレート94等の各電極を形成した後に、N型ドーパントを注入している。N型ドーパントは例えば水素である。また、ウェル領域11、上側部分206およびガードリング92を形成した後に、下側部分208にN型ドーパントを注入してよい。N型ドーパントを注入して下側部分208を形成した後に、フィールドプレート94、外周ゲート配線130およびエミッタ電極52等の各電極の上方に、ポリイミドまたは窒化膜等の保護膜を形成してよい。 In this example, the N-type dopant is injected after forming each electrode such as the interlayer insulating film 38 and the field plate 94. The N-type dopant is, for example, hydrogen. Further, after forming the well region 11, the upper portion 206 and the guard ring 92, the N-type dopant may be injected into the lower portion 208. After injecting the N-type dopant to form the lower portion 208, a protective film such as polyimide or a nitride film may be formed above each electrode such as the field plate 94, the outer peripheral gate wiring 130, and the emitter electrode 52.

本例によれば、フィールドプレート94をマスクとして用いるので、半導体装置100の製造工程を簡略化できる。本例の下側部分208の少なくとも一部の領域は、Z軸方向において間隙95と重なっている。下側部分208において、ドナー濃度が最大値となる領域が、Z軸方向において間隙95と重なっていてもよい。 According to this example, since the field plate 94 is used as a mask, the manufacturing process of the semiconductor device 100 can be simplified. At least a portion of the lower portion 208 of this example overlaps the gap 95 in the Z-axis direction. In the lower portion 208, the region where the donor concentration is maximum may overlap with the gap 95 in the Z-axis direction.

フィールドプレート94は、Z軸方向において下側部分208の一部の領域と重なっていてもよい。下側部分208に注入したN型ドーパントがX軸方向に拡散することで、フィールドプレート94と重なる位置に、下側部分208の一部を形成できる。フィールドプレート94は、上側部分206の一部または全部の領域と重なっていてもよい。 The field plate 94 may overlap a portion of the lower portion 208 in the Z-axis direction. By diffusing the N-type dopant injected into the lower portion 208 in the X-axis direction, a part of the lower portion 208 can be formed at a position overlapping the field plate 94. The field plate 94 may overlap some or all of the area of the upper portion 206.

フィールドプレート94のX軸方向の中央位置をX1とし、ガードリング92のX軸方向の中央位置をX2とする。フィールドプレート94の中央位置X1は、ガードリング92の中央位置X2よりも、ウェル領域11側に配置されてよい。これにより、図5に示した下部領域261には下側部分208を形成せずに、下部領域260に下側部分を形成しやすくなる。 The center position of the field plate 94 in the X-axis direction is X1, and the center position of the guard ring 92 in the X-axis direction is X2. The central position X1 of the field plate 94 may be arranged closer to the well region 11 than the central position X2 of the guard ring 92. As a result, the lower portion 208 is not formed in the lower region 261 shown in FIG. 5, and the lower portion is easily formed in the lower region 260.

本例においては、ウェル領域11の下端のZ軸方向の位置をZ4とする。図7Aにおいてはガードリング92の下端の位置Z1は、ウェル領域11の下端の位置Z4と一致する。つまり、下側部分208は、ウェル領域11よりも深い領域にまで配置される。一方、図7Bにおいては、ウェル領域11の下端の位置Z4は、ガードリング92の下端の位置Z1よりも深い位置に配置されている。また、図7Bにおいては、下側部分208の下端の位置Z2は、ウェル領域11の下端の位置Z4よりも、上面21の近くに配置される。つまり、下側部分208は、ウェル領域11よりも浅い領域に配置される。また、図7Aおよび図7Bのいずれにおいても、下側部分208のドーピング濃度は、ウェル領域11のドーピング濃度よりも低い。 In this example, the position of the lower end of the well region 11 in the Z-axis direction is Z4. In FIG. 7A, the lower end position Z1 of the guard ring 92 coincides with the lower end position Z4 of the well region 11. That is, the lower portion 208 is arranged deeper than the well region 11. On the other hand, in FIG. 7B, the position Z4 at the lower end of the well region 11 is arranged at a position deeper than the position Z1 at the lower end of the guard ring 92. Further, in FIG. 7B, the lower end position Z2 of the lower portion 208 is arranged closer to the upper surface 21 than the lower end position Z4 of the well region 11. That is, the lower portion 208 is arranged in a region shallower than the well region 11. Further, in both FIGS. 7A and 7B, the doping concentration of the lower portion 208 is lower than the doping concentration of the well region 11.

図8Aおよび図8Bは、エミッタ電極52および外周ゲート配線130の近傍における断面図である。図8Aは、図7Aの例に対応しており、図8Bは、図7Bの例に対応している。つまり、図8Aのウェル領域11の深さ位置Z4は、図7Aに示した例と同一であり、図8Bのウェル領域11の深さ位置Z4は、図7Bに示した例と同一である。図8Aおよび図8Bにおいては、トレンチ等の構造を簡略化し、また、層間絶縁膜38におけるコンタクトホールを省略している。エミッタ電極52および外周ゲート配線130の間には、間隙95が設けられている。 8A and 8B are cross-sectional views in the vicinity of the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130. FIG. 8A corresponds to the example of FIG. 7A and FIG. 8B corresponds to the example of FIG. 7B. That is, the depth position Z4 of the well region 11 in FIG. 8A is the same as the example shown in FIG. 7A, and the depth position Z4 of the well region 11 in FIG. 8B is the same as the example shown in FIG. 7B. In FIGS. 8A and 8B, the structure of the trench and the like is simplified, and the contact hole in the interlayer insulating film 38 is omitted. A gap 95 is provided between the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130.

フィールドプレート94、外周ゲート配線130およびエミッタ電極52等の各電極をマスクとしてN型ドーパントを注入すると、外周ゲート配線130とエミッタ電極52との間の間隙95からも、N型ドーパントが注入されてしまう。図8Aおよび図8Bにおいては、N型ドーパントが注入される領域を領域209とする。領域209は、図7Aおよび図7B等に示した下側部分208と同一の深さ位置に配置されている。 When the N-type dopant is injected using each electrode such as the field plate 94, the outer peripheral gate wiring 130, and the emitter electrode 52 as a mask, the N-type dopant is also injected from the gap 95 between the outer peripheral gate wiring 130 and the emitter electrode 52. It ends up. In FIGS. 8A and 8B, the region into which the N-type dopant is injected is defined as region 209. The region 209 is arranged at the same depth position as the lower portion 208 shown in FIGS. 7A, 7B and the like.

間隙95の下方にはウェル領域11が形成されている。このため、図7Aのようにウェル領域11とガードリング92の下端が揃う場合は、下側部分208をウェル領域11よりも深い位置に配置すると、図8Aのようにウェル領域11の下端から突出するように、下側部分208が形成される。 A well region 11 is formed below the gap 95. Therefore, when the well region 11 and the lower end of the guard ring 92 are aligned as shown in FIG. 7A, if the lower portion 208 is arranged at a position deeper than the well region 11, it protrudes from the lower end of the well region 11 as shown in FIG. 8A. The lower portion 208 is formed so as to.

これに対して、図7Bに示したように、ウェル領域11の下端の位置Z4がガードリング92の下端の位置Z1よりも深い場合は、下側部分208をウェル領域11よりも浅い領域に配置することで、図8Bのように下側部分208がウェル領域11の下端から突出しないようにできる。この場合、ウェル領域11の下端の位置Z4は、ガードリング92の下端の位置Z2よりも、半導体基板10の上面21から離れている。つまり、ウェル領域11は、ガードリング92よりも深くまで設けられている。これにより、下側部分208をガードリング92よりも深く形成しつつ、ウェル領域11よりも浅く形成できる。なお、図7Aおよび図8Aの例において、ウェル領域11の上方の間隙95を覆う位置に、イオンを減速または遮蔽するマスクを設けてもよい。これによっても、下側部分208が、ウェル領域11の下端から突出しないようにできる。 On the other hand, as shown in FIG. 7B, when the lower end position Z4 of the well region 11 is deeper than the lower end position Z1 of the guard ring 92, the lower portion 208 is arranged in a region shallower than the well region 11. By doing so, as shown in FIG. 8B, the lower portion 208 can be prevented from protruding from the lower end of the well region 11. In this case, the lower end position Z4 of the well region 11 is farther from the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 than the lower end position Z2 of the guard ring 92. That is, the well region 11 is provided deeper than the guard ring 92. As a result, the lower portion 208 can be formed deeper than the guard ring 92 and shallower than the well region 11. In the examples of FIGS. 7A and 8A, a mask for decelerating or shielding ions may be provided at a position covering the gap 95 above the well region 11. This also prevents the lower portion 208 from protruding from the lower end of the well region 11.

また、下側部分208のドーピング濃度が、ウェル領域11のドーピング濃度よりも高い場合、図8Aおよび図8Bの領域209の導電型が、P型からN型に反転してしまう。このため、意図しない位置にPN接合が形成されてしまい、半導体装置100の特性が変動する場合がある。 Further, when the doping concentration of the lower portion 208 is higher than the doping concentration of the well region 11, the conductive type of the region 209 of FIGS. 8A and 8B is inverted from the P type to the N type. Therefore, a PN junction may be formed at an unintended position, and the characteristics of the semiconductor device 100 may fluctuate.

これに対して、下側部分208のドーピング濃度を、ウェル領域11のドーピング濃度よりも低くすることで、領域209の導電型がN型になるのを防げる。ウェル領域11のドーピング濃度は、ガードリング92のドーピング濃度より高くてよく、同一であってよく、低くてもよい。ガードリング92のドーピング濃度は、1.0×1017atoms/cm以下であってよい。 On the other hand, by making the doping concentration of the lower portion 208 lower than the doping concentration of the well region 11, it is possible to prevent the conductive type of the region 209 from becoming N type. The doping concentration of the well region 11 may be higher, the same, or lower than the doping concentration of the guard ring 92. The doping concentration of the guard ring 92 may be 1.0 × 10 17 atoms / cm 3 or less.

図7Aから図8Bの例では、フィールドプレート94をマスクとして下側部分208のイオン注入を行う例を説明した。他の例では、フィールドプレート94等の上方にポリイミド等の保護膜を形成した後に、保護膜をマスクとしてイオン注入を行ってもよい。 In the examples of FIGS. 7A to 8B, an example in which the lower portion 208 is ion-implanted using the field plate 94 as a mask has been described. In another example, after forming a protective film such as polyimide on the field plate 94 or the like, ion implantation may be performed using the protective film as a mask.

図9および図10は、保護膜140をマスクとしてイオン注入を行う例を示す図である。図9は、エッジ終端構造部90の近傍における断面の他の例を示す図である。図10は、エミッタ電極52および外周ゲート配線130の近傍における断面の他の例を示す図である。 9 and 10 are views showing an example of ion implantation using the protective film 140 as a mask. FIG. 9 is a diagram showing another example of the cross section in the vicinity of the edge terminal structure portion 90. FIG. 10 is a diagram showing another example of the cross section in the vicinity of the emitter electrode 52 and the outer peripheral gate wiring 130.

図9に示すように、保護膜140は、下側部分208の上方において開口98を有する。開口98は、フィールドプレート94の間隙95を通過している。開口98と間隙95が重なる位置には、保護膜140およびフィールドプレート94のいずれも設けられていない。本例では、開口98および間隙95を介して、下側部分208の領域にN型ドーパントを注入する。このとき、図10に示すように、ウェル領域11の上には保護膜140の開口を設けないことで、ウェル領域11にはイオン注入されないようにすることもできる。なお、開口98の代わりに窪みであっても良い。窪みは保護膜140に対するエッチングで形成されても良く、保護膜140の堆積時に形成されても良い。保護膜140が窒化膜などの場合は、堆積時に、フィールドプレート94の間隙95の有無を反映した窪みが形成されうる。 As shown in FIG. 9, the protective film 140 has an opening 98 above the lower portion 208. The opening 98 passes through the gap 95 of the field plate 94. Neither the protective film 140 nor the field plate 94 is provided at the position where the opening 98 and the gap 95 overlap. In this example, the N-type dopant is injected into the region of the lower portion 208 through the opening 98 and the gap 95. At this time, as shown in FIG. 10, by not providing the opening of the protective film 140 above the well region 11, it is possible to prevent ion implantation into the well region 11. A dent may be used instead of the opening 98. The depression may be formed by etching the protective film 140, or may be formed when the protective film 140 is deposited. When the protective film 140 is a nitride film or the like, a depression reflecting the presence or absence of a gap 95 in the field plate 94 can be formed at the time of deposition.

また、保護膜140に代えて、フォトレジストなどでマスクパターンを形成してN型ドーパント注入を行ってもよい。或いは、ガードリング92の上のフィールドプレート94の間隙をマスクとして下側部分208のイオン注入を行う際に、ウェル領域11の上のフィールドプレート94の間隙95の上をレジストで覆っても良い。その場合、レジストで遮蔽されることで半導体基板10にイオン注入されないようにすることもでき、或いは、レジストによって減速されることで、領域209が浅くなりウェル領域11の下側に突出しないようにすることもできる。 Further, instead of the protective film 140, an N-type dopant may be injected by forming a mask pattern with a photoresist or the like. Alternatively, when ion implantation of the lower portion 208 is performed using the gap of the field plate 94 above the guard ring 92 as a mask, the gap 95 of the field plate 94 above the well region 11 may be covered with a resist. In that case, it is possible to prevent ions from being implanted into the semiconductor substrate 10 by shielding with a resist, or by decelerating by the resist, the region 209 becomes shallow and does not protrude below the well region 11. You can also do it.

図11は、エッジ終端構造部90の他の構造例を示す図である。本例のエッジ終端構造部90は、半導体基板10の上面21に窪み部97を有する点で、図1から図10において説明したエッジ終端構造部90と相違する。窪み部97以外の構造は、図1から図10において説明したエッジ終端構造部90と同一であってよい。 FIG. 11 is a diagram showing another structural example of the edge termination structure portion 90. The edge termination structure 90 of this example is different from the edge termination structure 90 described with reference to FIGS. 1 to 10 in that the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 has a recess 97. The structure other than the recessed portion 97 may be the same as the edge termination structure portion 90 described with reference to FIGS. 1 to 10.

窪み部97は、半導体基板10の上面21において、Z軸方向に設けられた窪みである。窪み部97は、半導体基板10の上面21をエッチングすることで形成できる。本例の窪み部97は、ガードリング92が設けられた領域に形成されている。つまり窪み部97の底面には、ガードリング92が露出している。本例の窪み部97の底面には、高濃度領域202が露出していない。他の例においては、窪み部97の底面には、高濃度領域202も露出していてよい。 The recessed portion 97 is a recessed portion provided in the Z-axis direction on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The recessed portion 97 can be formed by etching the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The recessed portion 97 of this example is formed in a region where the guard ring 92 is provided. That is, the guard ring 92 is exposed on the bottom surface of the recessed portion 97. The high concentration region 202 is not exposed on the bottom surface of the recessed portion 97 of this example. In another example, the high concentration region 202 may also be exposed on the bottom surface of the recessed portion 97.

図11に示すように、窪み部97の内部には、層間絶縁膜38が設けられてよい。窪み部97の内部には、フィールドプレート94が設けられていてもよい。図11において破線で示すように、フィールドプレート94は、窪み部97の底面において、ガードリング92と接触してよい。フィールドプレート94は、ガードリング92と接触していなくてもよい。 As shown in FIG. 11, an interlayer insulating film 38 may be provided inside the recessed portion 97. A field plate 94 may be provided inside the recess 97. As shown by the broken line in FIG. 11, the field plate 94 may come into contact with the guard ring 92 on the bottom surface of the recess 97. The field plate 94 does not have to be in contact with the guard ring 92.

窪み部97を形成した後に、ガードリング92を形成するためのP型ドーパントを注入してよい。これにより、ガードリング92を深い位置まで形成しやすくなる。他の例では、ガードリング92を形成した後に、窪み部97を形成してもよい。 After forming the recess 97, a P-type dopant for forming the guard ring 92 may be injected. This facilitates the formation of the guard ring 92 to a deep position. In another example, the recess 97 may be formed after the guard ring 92 is formed.

窪み部97は、ガードリング92ではなく、高濃度領域202が設けられた領域に形成されていてもよい。この場合、高濃度領域202を深い位置まで形成しやすくなる。 The recessed portion 97 may be formed in a region provided with a high concentration region 202 instead of the guard ring 92. In this case, the high concentration region 202 can be easily formed to a deep position.

図12は、フィールドプレート94の他の配置例を示す図である。本例のフィールドプレート94の配置は、図1から図6、および、図11において説明した各例に適用してよい。 FIG. 12 is a diagram showing another arrangement example of the field plate 94. The arrangement of the field plate 94 of this example may be applied to each of the examples described in FIGS. 1 to 6 and 11.

本例のフィールドプレート94は、高濃度領域202の上方に配置されている。フィールドプレート94は、高濃度領域202の全体を覆うように配置されてよい。つまり、フィールドプレート94のX軸方向における幅W3は、高濃度領域202のX軸方向における幅W4よりも大きい。フィールドプレート94は、X軸方向において隣り合う2つのガードリング92に跨って配置されてよい。本例において、フィールドプレート94は、ガードリング92と接続されていない。 The field plate 94 of this example is arranged above the high concentration region 202. The field plate 94 may be arranged so as to cover the entire high concentration region 202. That is, the width W3 of the field plate 94 in the X-axis direction is larger than the width W4 of the high concentration region 202 in the X-axis direction. The field plate 94 may be arranged so as to straddle two adjacent guard rings 92 in the X-axis direction. In this example, the field plate 94 is not connected to the guard ring 92.

図13は、図1におけるc−c断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、図4等に関連して説明した半導体装置100の構成において、高濃度領域203を備えない点で相違する。他の構造は、本明細書等において説明するいずれかの態様の半導体装置100と同一である。つまり、半導体装置100は、高濃度領域203を備えなくてもよい。 FIG. 13 is a diagram showing another example of the cc cross section in FIG. The semiconductor device 100 of this example is different in that the configuration of the semiconductor device 100 described in relation to FIG. 4 and the like does not include the high concentration region 203. The other structure is the same as the semiconductor device 100 of any aspect described in the present specification and the like. That is, the semiconductor device 100 does not have to include the high concentration region 203.

図14は、最も外側に配置されたガードリング92と、チャネルストッパ174との間の他の構造例を示す図である。本例の半導体装置100は、図4に示した高濃度領域203に代えて、上側部分207および下側部分211を備える。上側部分207および下側部分211は、ドリフト領域18よりもドーピング濃度が高いN型の領域である。つまり上側部分207および下側部分211は、高濃度領域の一例である。 FIG. 14 is a diagram showing another structural example between the guard ring 92 arranged on the outermost side and the channel stopper 174. The semiconductor device 100 of this example includes an upper portion 207 and a lower portion 211 in place of the high concentration region 203 shown in FIG. The upper portion 207 and the lower portion 211 are N-type regions having a higher doping concentration than the drift region 18. That is, the upper portion 207 and the lower portion 211 are examples of the high concentration region.

上側部分207は、図6等において説明した上側部分206と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。下側部分211は、図6等において説明した下側部分208と同一の構造およびドーピング濃度分布を有してよい。他の例では、上側部分207は、上側部分206の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。また、下側部分211は、下側部分208の下端よりも浅い位置まで設けられてよく、深い位置まで設けられてもよい。上側部分207は、上側部分206よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。下側部分211は、下側部分208よりもドーピング濃度が高くてよく、低くてもよい。 The upper portion 207 may have the same structure and doping concentration distribution as the upper portion 206 described in FIG. 6 and the like. The lower portion 211 may have the same structure and doping concentration distribution as the lower portion 208 described in FIG. 6 and the like. In another example, the upper portion 207 may be provided to a position shallower than the lower end of the upper portion 206, or may be provided to a deep position. Further, the lower portion 211 may be provided to a position shallower than the lower end of the lower portion 208, or may be provided to a deep position. The upper portion 207 may have a higher or lower doping concentration than the upper portion 206. The lower portion 211 may have a higher or lower doping concentration than the lower portion 208.

図15は、半導体装置100の他の構成例を示す図である。本例においては、高濃度領域202の上端221が、隣り合うガードリング92の上端241よりも下側(すなわち、半導体基板10の下面23に近い側)に配置されている。他の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置100と同一である。 FIG. 15 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device 100. In this example, the upper end 221 of the high concentration region 202 is arranged below the upper end 241 of the adjacent guard rings 92 (that is, the side closer to the lower surface 23 of the semiconductor substrate 10). Other structures are the same as the semiconductor device 100 of any aspect described herein.

本例においては、ガードリング92が半導体基板10の上面21と接している。つまり、ガードリング92の上端241は、半導体基板10の上面21と同一の深さ位置に配置されている。また、高濃度領域202の上端221は、半導体基板10の上面21よりも下側に配置されている。 In this example, the guard ring 92 is in contact with the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. That is, the upper end 241 of the guard ring 92 is arranged at the same depth as the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. Further, the upper end 221 of the high concentration region 202 is arranged below the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.

高濃度領域202は、層間絶縁膜38に覆われていてよい。本例の層間絶縁膜38は、少なくとも一部分が、半導体基板10の上面21よりも下側に配置されている。層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面21に形成されたリセスに配置されてよい。本例の層間絶縁膜38は、全体が、上面21より下側に配置されている。層間絶縁膜38の上端が、半導体基板10の上面21と同じ深さ位置に配置されていてもよい。 The high concentration region 202 may be covered with the interlayer insulating film 38. At least a part of the interlayer insulating film 38 of this example is arranged below the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 38 may be arranged in the recess formed on the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. The interlayer insulating film 38 of this example is entirely arranged below the upper surface 21. The upper end of the interlayer insulating film 38 may be arranged at the same depth as the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10.

また、層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面21の一部の領域を局所的に酸化することで形成されてもよい。この場合においても、層間絶縁膜38の下端は、上面21よりも下側に配置され得る。本例では、高濃度領域202の上端221を説明したが、高濃度領域203の上端、上側部分206の上端、上側部分207の上端も、同様の位置に配置されていてよい。 Further, the interlayer insulating film 38 may be formed by locally oxidizing a part of the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. Even in this case, the lower end of the interlayer insulating film 38 may be arranged below the upper surface 21. In this example, the upper end 221 of the high concentration region 202 has been described, but the upper end of the high concentration region 203, the upper end of the upper portion 206, and the upper end of the upper portion 207 may be arranged at the same positions.

図16は、層間絶縁膜38の他の構造例を示す図である。層間絶縁膜38以外の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置100と同一である。本例の層間絶縁膜38は、側壁がテーパー状に形成されている。層間絶縁膜38は、上側ほど、XY面における断面積が大きくなっている。本例の層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面21を局所的に酸化して形成したLOCOS膜を、半導体基板10の上面21と同じ高さに平坦化することで形成できる。或いは、半導体基板10の上面21をリセスにエッチングした後に、リセス部を局所的に酸化してLOCOS膜を形成することでも本例の層間絶縁膜38を形成できる。或いは、半導体基板10の上面21をリセスにエッチングした後に半導体基板10を熱酸化し、全体が平坦となるように熱酸化膜を除去してSiを露出させることでも本例の層間絶縁膜38を形成できる。 FIG. 16 is a diagram showing another structural example of the interlayer insulating film 38. The structure other than the interlayer insulating film 38 is the same as that of the semiconductor device 100 of any aspect described in the present specification. The sidewall of the interlayer insulating film 38 of this example is formed in a tapered shape. The interlayer insulating film 38 has a larger cross-sectional area on the XY plane toward the upper side. The interlayer insulating film 38 of this example can be formed by flattening a LOCOS film formed by locally oxidizing the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 to the same height as the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. Alternatively, the interlayer insulating film 38 of this example can also be formed by etching the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 into a recess and then locally oxidizing the recess portion to form a LOCOS film. Alternatively, the interlayer insulating film 38 of this example can be obtained by thermally oxidizing the semiconductor substrate 10 after etching the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 in a recess and removing the thermal oxide film so that the entire surface becomes flat to expose Si. Can be formed.

図17は、層間絶縁膜38の他の構造例を示す図である。層間絶縁膜38以外の構造は、本明細書において説明するいずれかの態様の半導体装置100と同一である。本例の層間絶縁膜38は、下部が上面21よりも下側に配置され、上部が上面21よりも上側に配置されている。また、本例の層間絶縁膜38は、下部の少なくとも一部がテーパー状に形成されている。層間絶縁膜38の下部は、上側ほど、XY面における断面積が大きくなっている。層間絶縁膜38の上部の少なくとも一部もテーパー状に形成されている。層間絶縁膜38の上部は、下側ほど、XY面における断面積が大きくなっている。本例の層間絶縁膜38は、半導体基板10の上面21を局所的に酸化して形成したLOCOS膜である。或いは、半導体基板10の上面21をリセスにエッチングした後に半導体基板10を熱酸化し、選択的に熱酸化膜を除去してSiを露出させることでも本例の層間絶縁膜38を形成できる。 FIG. 17 is a diagram showing another structural example of the interlayer insulating film 38. The structure other than the interlayer insulating film 38 is the same as that of the semiconductor device 100 of any aspect described in the present specification. In the interlayer insulating film 38 of this example, the lower portion is arranged below the upper surface 21 and the upper portion is arranged above the upper surface 21. Further, at least a part of the lower portion of the interlayer insulating film 38 of this example is formed in a tapered shape. The lower part of the interlayer insulating film 38 has a larger cross-sectional area on the XY plane toward the upper side. At least a part of the upper part of the interlayer insulating film 38 is also formed in a tapered shape. The lower part of the interlayer insulating film 38 has a larger cross-sectional area on the XY plane. The interlayer insulating film 38 of this example is a LOCOS film formed by locally oxidizing the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10. Alternatively, the interlayer insulating film 38 of this example can also be formed by thermally oxidizing the semiconductor substrate 10 after etching the upper surface 21 of the semiconductor substrate 10 to recess, and selectively removing the thermal oxide film to expose Si.

なお、上述の工程に限らず、製造工程や製造方法により、層間絶縁膜38などの組成や形状が種々異なる態様で製造されてよい。一例として、活性部160の層間絶縁膜38と、エッジ終端構造部90の層間絶縁膜38は異なる材質または膜厚であってよい。また、図15から図17の例では、層間絶縁膜38が上面21よりも下面23側に形成されている。これをリセスというが、活性部160の層間絶縁膜38はリセスされずに上面21から+Z方向に形成されてよい。 In addition to the above-mentioned steps, the interlayer insulating film 38 and the like may be manufactured in various forms having different compositions and shapes depending on the manufacturing process and the manufacturing method. As an example, the interlayer insulating film 38 of the active portion 160 and the interlayer insulating film 38 of the edge terminal structure portion 90 may have different materials or film thicknesses. Further, in the examples of FIGS. 15 to 17, the interlayer insulating film 38 is formed on the lower surface 23 side of the upper surface 21. This is called a recess, and the interlayer insulating film 38 of the active portion 160 may be formed in the + Z direction from the upper surface 21 without being recessed.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 Although the present invention has been described above using the embodiments, the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be apparent to those skilled in the art that various changes or improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the description of the claims that such modified or improved forms may also be included in the technical scope of the present invention.

10・・・半導体基板、11・・・ウェル領域、12・・・エミッタ領域、14・・・ベース領域、15・・・コンタクト領域、16・・・蓄積領域、18・・・ドリフト領域、20・・・バッファ領域、21・・・上面、22・・・コレクタ領域、23・・・下面、24・・・コレクタ電極、29・・・直線部分、30・・・ダミートレンチ部、31・・・先端部、32・・・ダミー絶縁膜、34・・・ダミー導電部、38・・・層間絶縁膜、39・・・直線部分、40・・・ゲートトレンチ部、41・・・先端部、42・・・ゲート絶縁膜、44・・・ゲート導電部、52・・・エミッタ電極、54・・・コンタクトホール、60、61・・・メサ部、70・・・トランジスタ部、80・・・ダイオード部、81・・・延長領域、82・・・カソード領域、90・・・エッジ終端構造部、92・・・ガードリング、93・・・側面、94・・・フィールドプレート、95・・・間隙、97・・・窪み部、98・・・開口、100・・・半導体装置、102・・・端辺、112・・・ゲートパッド、130・・・外周ゲート配線、131・・・活性側ゲート配線、140・・・保護膜、160・・・活性部、174・・・チャネルストッパ、202、203・・・高濃度領域、204・・・領域、206、207・・・上側部分、208、211・・・下側部分、209・・・領域、221、241・・・上端、260・・・下部領域、261・・・下部領域、262・・・等電位線 10 ... Semiconductor substrate, 11 ... Well region, 12 ... Emitter region, 14 ... Base region, 15 ... Contact region, 16 ... Storage region, 18 ... Drift region, 20 ... Buffer area, 21 ... Top surface, 22 ... Collector area, 23 ... Bottom surface, 24 ... Collector electrode, 29 ... Straight part, 30 ... Dummy trench part, 31 ... -Tip part, 32 ... Dummy insulating film, 34 ... Dummy conductive part, 38 ... Interlayer insulating film, 39 ... Straight part, 40 ... Gate trench part, 41 ... Tip part, 42 ... Gate insulating film, 44 ... Gate conductive part, 52 ... Emitter electrode, 54 ... Contact hole, 60, 61 ... Mesa part, 70 ... Transistor part, 80 ... Diode part, 81 ... extension area, 82 ... cathode area, 90 ... edge termination structure part, 92 ... guard ring, 93 ... side surface, 94 ... field plate, 95 ... Gap, 97 ... recess, 98 ... opening, 100 ... semiconductor device, 102 ... edge, 112 ... gate pad, 130 ... outer gate wiring, 131 ... active side Gate wiring, 140 ... protective film, 160 ... active part, 174 ... channel stopper, 202, 203 ... high concentration region, 204 ... region, 206, 207 ... upper part, 208 , 211 ... lower part, 209 ... region, 221 ... 241 ... upper end, 260 ... lower region, 261 ... lower region, 262 ... isopotential line

Claims (11)

第1導電型のドリフト領域を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた活性領域と、
前記半導体基板に設けられ、前記半導体基板の上面において前記活性領域と前記半導体基板の端部との間に設けられたエッジ終端構造部と
を備え、
前記エッジ終端構造部は、
前記半導体基板の前記上面と接する第2導電型の複数のガードリングと、
隣り合う2つのガードリングの間において前記ガードリングの下端よりも浅い位置から前記ガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた、前記ドリフト領域よりもドーピング濃度の高い第1導電型の高濃度領域と
を有し、
それぞれの前記ガードリングは、前記半導体基板の下面側から見て、前記高濃度領域に覆われていない領域を有する半導体装置。
A semiconductor substrate having a first conductive type drift region and
The active region provided on the semiconductor substrate and
The semiconductor substrate is provided with an edge termination structure portion provided on the upper surface of the semiconductor substrate between the active region and the end portion of the semiconductor substrate.
The edge termination structure is
A plurality of second conductive type guard rings in contact with the upper surface of the semiconductor substrate, and
A first conductive type high concentration region having a higher doping concentration than the drift region, which is provided between two adjacent guard rings from a position shallower than the lower end of the guard ring to a position deeper than the lower end of the guard ring. And have
Each of the guard rings is a semiconductor device having a region not covered by the high concentration region when viewed from the lower surface side of the semiconductor substrate.
それぞれの前記ガードリングの下面の少なくとも一部は、前記ドリフト領域と接している
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1, wherein at least a part of the lower surface of each guard ring is in contact with the drift region.
前記高濃度領域は、前記半導体基板の前記上面と接している
請求項1または2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the high concentration region is in contact with the upper surface of the semiconductor substrate.
前記高濃度領域は、
前記半導体基板の前記上面と接している上側部分と、
前記上側部分とは分離して設けられ、前記ガードリングの下端よりも浅い位置から前記ガードリングの下端よりも深い位置まで設けられた下側部分と
を有する請求項1または2に記載の半導体装置。
The high concentration region
An upper portion of the semiconductor substrate in contact with the upper surface and
The semiconductor device according to claim 1 or 2, which is provided separately from the upper portion and has a lower portion provided from a position shallower than the lower end of the guard ring to a position deeper than the lower end of the guard ring. ..
前記上側部分は第1導電型の第1のドーパントを含み、
前記下側部分は、前記第1のドーパントとは異なる元素の、第1導電型の第2のドーパントを含む
請求項4に記載の半導体装置。
The upper portion contains a first conductive type dopant.
The semiconductor device according to claim 4, wherein the lower portion contains a first conductive type second dopant having an element different from that of the first dopant.
前記第2のドーパントは水素である
請求項5に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 5, wherein the second dopant is hydrogen.
前記活性領域は、
第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域よりもドーピング濃度が高く、且つ、前記半導体基板の前記上面から前記ベース領域よりも深い位置まで設けられた第2導電型のウェル領域と
を有し、
前記下側部分のドーピング濃度は、前記ウェル領域のドーピング濃度よりも低い
請求項4から6のいずれか一項に記載の半導体装置。
The active region is
The second conductive type base area and
It has a second conductive type well region that has a higher doping concentration than the base region and is provided from the upper surface of the semiconductor substrate to a position deeper than the base region.
The semiconductor device according to any one of claims 4 to 6, wherein the doping concentration of the lower portion is lower than the doping concentration of the well region.
前記下側部分の下端は、前記ウェル領域の下端よりも浅い位置に配置されている
請求項7に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 7, wherein the lower end of the lower portion is arranged at a position shallower than the lower end of the well region.
前記高濃度領域の上端は、隣り合う前記ガードリングの上端よりも下側に配置されている
請求項1または2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the upper end of the high concentration region is arranged below the upper end of the adjacent guard ring.
前記ガードリングは前記半導体基板の上面と接しており、
前記高濃度領域の上端は、前記半導体基板の上面よりも下側に配置されている
請求項9に記載の半導体装置。
The guard ring is in contact with the upper surface of the semiconductor substrate.
The semiconductor device according to claim 9, wherein the upper end of the high concentration region is arranged below the upper surface of the semiconductor substrate.
前記高濃度領域を覆う層間絶縁膜を更に備える
請求項10に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 10, further comprising an interlayer insulating film covering the high concentration region.
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