JP2024007911A - Semiconductor device - Google Patents

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武義 西村
Takeyoshi Nishimura
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Fuji Electric Co Ltd
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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Abstract

To provide a semiconductor device which is high in switching speed not only in a low breakdown voltage range but also in a high breakdown voltage range and which is low in on-resistance.SOLUTION: A semiconductor device includes a first semiconductor element 71 and a second semiconductor element 72. These elements each include: parallel pn structures 32, 32B where a striped first column region 3 of a first conductivity type and a striped second column region 4 of a second conductivity type are alternately arranged; first electrode 10, 12; a second electrode 11; a channel stopper 40 of the second conductivity type; and a first semiconductor region 3C of the first conductivity type. The second electrode 11 of the first semiconductor element 71 and the second electrode 11 of the second semiconductor element 72 are electrically connected. The channel stopper 40 of the first semiconductor element 71 and the channel stopper 40 of the second semiconductor element 72 are electrically connected. Longitudinal sides in the first column region 3 and the second column region 4 are orthogonal to sides where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.SELECTED DRAWING: Figure 8

Description

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

従来、電源装置の電力変換効率を向上させる方法として、中性点クランプを持つAT-NCT(Advanced T-type Neutral-point-Clamped)がある。この方法では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)を使用した双方向スイッチ回路が使用される。図19は、従来のIGBTを使用した双方向スイッチ回路の例である。図19に示すように、IGBT110は逆耐圧が無いことから、FWD(Free Wheeling Diode:還流ダイオード)111と直列に接続し、これらを2組逆並列とすることで、ダイオード(FWD)111の順方向電流を遮断し逆耐圧を有し、双方向動作を可能としている。 Conventionally, as a method for improving the power conversion efficiency of a power supply device, there is an AT-NCT (Advanced T-type Neutral-point-Clamped) having a neutral point clamp. In this method, a bidirectional switch circuit using an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) is used. FIG. 19 is an example of a bidirectional switch circuit using a conventional IGBT. As shown in FIG. 19, since the IGBT 110 has no reverse withstand voltage, it is connected in series with an FWD (Free Wheeling Diode) 111, and two sets of these are connected in antiparallel, so that the order of the diode (FWD) 111 can be adjusted. It blocks directional current, has reverse withstand voltage, and enables bidirectional operation.

しかし、この方法では、導通時にダイオード111に順方向電圧が加わることから導通損失が大きい。このため、逆耐圧を有するRB-IGBT(Reverse Blocking-IGBT:逆阻止IGBT)112を使い逆耐圧を担うダイオードを不要とし、導通損失を低減した製品も存在する(例えば、下記非特許文献1参照)。図20は、従来のRB-IGBTを使用した双方向スイッチ回路の例である。 However, in this method, a forward voltage is applied to the diode 111 during conduction, resulting in a large conduction loss. For this reason, there are products that use an RB-IGBT (Reverse Blocking-IGBT) 112 that has a reverse withstand voltage, eliminate the need for a diode that has a reverse withstand voltage, and reduce conduction loss (for example, see the following non-patent document 1). ). FIG. 20 is an example of a bidirectional switch circuit using a conventional RB-IGBT.

また、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)ではバッテリー逆接保護として、MOSFETを逆並列に接続することで、内蔵する寄生ダイオードにより逆耐圧を有し順方向電流を遮断し、双方向動作を可能とするデバイスが提案されている(例えば、下記特許文献1参照)。 In addition, MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: Insulated Gate Field Effect Transistors) have reverse battery connection protection by connecting MOSFETs in antiparallel, which has a reverse withstand voltage due to the built-in parasitic diode and blocks forward current. , a device that enables bidirectional operation has been proposed (for example, see Patent Document 1 below).

また、1つの半導体基板に2つのスイッチング素子を備え、P型のコラムCLMを備えた第1素子領域FCM(第1スイッチング素子)と第2素子領域RCM(第2スイッチング素子)が共通のドレインD12を介して電気的に直列に接続されている半導体装置が公知である(例えば、下記特許文献2参照)。また、SJ-MOSFETとエッジ終端領域に並列pn領域を有する接合型FETを同一のフレーム電極上に備えている半導体装置が公知である(例えば、下記特許文献3参照)。 Further, two switching elements are provided on one semiconductor substrate, and a first element region FCM (first switching element) having a P-type column CLM and a second element region RCM (second switching element) have a common drain D12. A semiconductor device that is electrically connected in series via a semiconductor device is known (for example, see Patent Document 2 below). Further, a semiconductor device is known that includes an SJ-MOSFET and a junction FET having a parallel pn region in an edge termination region on the same frame electrode (for example, see Patent Document 3 below).

特開2020-47660号公報JP2020-47660A 特開2020-65021号公報JP2020-65021A 特開2021-190683号公報JP 2021-190683 Publication

武井 学他、逆阻止IGBTの適用技術、富士時報 Vol.75 No.8 2002Manabu Takei et al., Applied technology of reverse blocking IGBT, Fuji Jiho Vol. 75 No. 8 2002

しかしながら、IGBTを使ったデバイスは、高耐圧・大電流領域においては有効であるが、MOSFETに比べスイッチングスピードが遅いためスイッチング損失が大きく、200V以下の耐圧領域では導通損失も劣っているという課題がある。一方、MOSFETはスイッチングスピードが速いためスイッチング損失は少なく、200V以下の耐圧領域ではオン抵抗が低く大電流化が可能で導通損失も少ないが、200Vを超えた耐圧領域では急激にオン抵抗が増加し導通損失が増加するという課題がある。 However, although devices using IGBTs are effective in high voltage and large current ranges, they suffer from large switching losses due to their slow switching speeds compared to MOSFETs, and poor conduction losses in voltage ranges below 200V. be. On the other hand, MOSFETs have a fast switching speed, so switching loss is small, and in the voltage range below 200V, the on-resistance is low, allowing for large currents, and there is little conduction loss, but in the voltage range exceeding 200V, the on-resistance increases rapidly. There is a problem that conduction loss increases.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、低耐圧領域のみならず高耐圧領域までスイッチングスピードが速く、低オン抵抗(導通損失の少ない)である半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems with the conventional technology, it is an object of the present invention to provide a semiconductor device that has high switching speed and low on-resistance (low conduction loss) not only in the low voltage region but also in the high voltage region. shall be.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体装置は、活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子を備える。第1半導体素子と第2半導体素子は、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層が設けられる。前記活性領域において、前記ドリフト層内に前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造が設けられる。前記終端構造部において、前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造が設けられる。前記第1並列pn構造の表面層に第2導電型のベース領域が設けられる。前記ベース領域の表面層に選択的に第1導電型のソース領域が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチが設けられる。前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極が設けられる。前記半導体基板の裏面に第2電極が設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に第2導電型のチャネルストッパが設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第1半導体素子の前記第2電極と前記第2半導体素子の前記第2電極とが電気的に接続される。前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが電気的に接続される。前記第1カラム領域および前記第2カラム領域の長手方向の辺と、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺とが直交する。 In order to solve the above problems and achieve the objects of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features. The semiconductor device includes a first semiconductor element and a second semiconductor element, each having an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region. In the first semiconductor element and the second semiconductor element, a first conductivity type drift layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is provided on the front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. In the active region, a striped first first column region of a first conductivity type provided in the drift layer toward the semiconductor substrate, and a striped first second column region of a second conductivity type. and are repeatedly alternately arranged in a direction parallel to the front surface. In the termination structure section, a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; A second parallel pn structure is provided in which conductive type second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface. A base region of a second conductivity type is provided in the surface layer of the first parallel pn structure. A source region of a first conductivity type is selectively provided in a surface layer of the base region. A trench is provided that penetrates the source region and the base region and reaches the first column region. A gate electrode is provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween. A first electrode is provided in contact with the source region and the base region. A second electrode is provided on the back surface of the semiconductor substrate. A channel stopper of a second conductivity type is provided on a surface layer of the drift layer of the termination structure. A first semiconductor region of a first conductivity type in contact with the channel stopper is selectively provided in the drift layer of the termination structure. The second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected. The channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are electrically connected at a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other. A longitudinal side of the first column region and the second column region is perpendicular to a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記第1半導体領域と前記第2半導体素子の前記第1半導体領域との間に、前記第1半導体領域より不純物濃度の低い第1導電型の第2半導体領域が設けられていることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the above-described invention, in the side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other, the first semiconductor region of the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other. A second semiconductor region of a first conductivity type having a lower impurity concentration than the first semiconductor region is provided between the first semiconductor region and the first semiconductor region.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記第1半導体領域と前記第2半導体素子の前記第1半導体領域との間に、第2導電型の第3半導体領域が設けられていることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the above-described invention, in the side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other, the first semiconductor region of the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other. A third semiconductor region of a second conductivity type is provided between the first semiconductor region and the first semiconductor region.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体装置は、活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子を備える。第1半導体素子と第2半導体素子は、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層が設けられる。前記活性領域において、前記ドリフト層内に前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造が設けられる。前記終端構造部において、前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造が設けられる。前記第1並列pn構造の表面層に第2導電型のベース領域が設けられる。前記ベース領域の表面層に選択的に第1導電型のソース領域が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチが設けられる。前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極が設けられる。前記半導体基板の裏面に第2電極が設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に第2導電型のチャネルストッパが設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第1半導体素子の前記第2電極と前記第2半導体素子の前記第2電極とが電気的に接続される。前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが電気的に接続される。前記第1カラム領域および前記第2カラム領域の長手方向の辺と、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺とが平行である。 In order to solve the above problems and achieve the objects of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features. The semiconductor device includes a first semiconductor element and a second semiconductor element, each having an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region. In the first semiconductor element and the second semiconductor element, a first conductivity type drift layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is provided on the front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. In the active region, a striped first first column region of a first conductivity type provided in the drift layer toward the semiconductor substrate, and a striped first second column region of a second conductivity type. and are repeatedly alternately arranged in a direction parallel to the front surface. In the termination structure section, a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; A second parallel pn structure is provided in which conductive type second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface. A base region of a second conductivity type is provided in the surface layer of the first parallel pn structure. A source region of a first conductivity type is selectively provided in a surface layer of the base region. A trench is provided that extends through the source region and the base region to reach the first column region. A gate electrode is provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween. A first electrode is provided in contact with the source region and the base region. A second electrode is provided on the back surface of the semiconductor substrate. A channel stopper of a second conductivity type is provided on a surface layer of the drift layer of the termination structure. A first semiconductor region of a first conductivity type in contact with the channel stopper is selectively provided in the drift layer of the termination structure. The second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected. The channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are electrically connected at a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other. A longitudinal side of the first column region and the second column region is parallel to a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。半導体装置は、活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子を備える。第1半導体素子と第2半導体素子は、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層が設けられる。前記活性領域において、前記ドリフト層内に前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造が設けられる。前記終端構造部において、前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造が設けられる。前記第1並列pn構造の表面層に第2導電型のベース領域が設けられる。前記ベース領域の表面層に選択的に第1導電型のソース領域が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチが設けられる。前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられる。前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極が設けられる。前記半導体基板の裏面に第2電極が設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に第2導電型のチャネルストッパが設けられる。前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第1半導体素子の前記第2電極および前記第2半導体素子の前記第2電極は、フレーム電極と電気的に接続される。前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが離れている。 In order to solve the above problems and achieve the objects of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features. The semiconductor device includes a first semiconductor element and a second semiconductor element, each having an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region. In the first semiconductor element and the second semiconductor element, a first conductivity type drift layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is provided on the front surface of a first conductivity type semiconductor substrate. In the active region, a striped first first column region of a first conductivity type provided in the drift layer toward the semiconductor substrate, and a striped first second column region of a second conductivity type. and are repeatedly alternately arranged in a direction parallel to the front surface. In the termination structure section, a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; A second parallel pn structure is provided in which conductive type second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface. A base region of a second conductivity type is provided in the surface layer of the first parallel pn structure. A source region of a first conductivity type is selectively provided in a surface layer of the base region. A trench is provided that extends through the source region and the base region to reach the first column region. A gate electrode is provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween. A first electrode is provided in contact with the source region and the base region. A second electrode is provided on the back surface of the semiconductor substrate. A channel stopper of a second conductivity type is provided on a surface layer of the drift layer of the termination structure. A first semiconductor region of a first conductivity type in contact with the channel stopper is selectively provided in the drift layer of the termination structure. The second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected to a frame electrode. At a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other, the channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are separated from each other.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺の長さは、前記隣り合う辺と直交する辺の長さの倍以上の長さであることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the above-described invention, the length of the side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other is at least twice the length of the side orthogonal to the adjacent side. It is characterized by a length of .

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体素子の第1電極はソース電極であり、前記第2半導体素子の第1電極はドレイン電極であり、前記第1半導体素子に、検知素子を有する高機能構造を備えることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the above-described invention, the first electrode of the first semiconductor element is a source electrode, the first electrode of the second semiconductor element is a drain electrode, and the first electrode of the first semiconductor element is a drain electrode. The device is characterized by having a highly functional structure having a sensing element.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記半導体基板と前記ドリフト層、前記第1並列pn領域および前記第2並列pn領域との間には、第1導電型のバッファ層を備えることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the above-described invention, a buffer layer of a first conductivity type is provided between the semiconductor substrate, the drift layer, the first parallel pn region, and the second parallel pn region. It is characterized by being prepared.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記ベース領域は、前記第1の第2カラム領域の上面に設けられることを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the base region is provided on the upper surface of the first second column region.

上述した発明によれば、SJ-MOSFETを逆並列に接続することで内蔵する寄生ダイオードにより逆耐圧を有し、低耐圧領域のみならず高耐圧領域までスイッチングスピードが速く、低オン抵抗である(導通損失の少ない)半導体デバイスが可能となる。さらに、導通時には同期整流と同様にダイオードの順方向に比べ抵抗の低いMOSFETを動作させることで負荷の極性電流や極性電圧に応じて各SJ-MOSFETを制御し導通損失を低減することが可能となる。 According to the above-mentioned invention, by connecting SJ-MOSFETs in antiparallel, it has a reverse breakdown voltage due to the built-in parasitic diode, and the switching speed is fast not only in the low breakdown voltage region but also in the high breakdown voltage region, and the on-resistance is low ( This enables semiconductor devices with low conduction loss. Furthermore, when conducting, it is possible to control each SJ-MOSFET according to the polarity current and polarity voltage of the load and reduce conduction loss by operating a MOSFET with lower resistance compared to the forward direction of a diode, similar to synchronous rectification. Become.

また、SJ-MOSFETは、素子内にn型カラム領域とp型カラム領域が交互に配置された並列pn領域を有している。n型カラム領域とp型カラム領域の両方に空乏層が拡がるため、同じ電界強度でも耐圧が向上する。このため、従来のMOSFETに比べn型カラム領域の不純物濃度を一桁上げられ、オン抵抗の大幅な低下が可能となり、例えば、200V以上の耐圧領域でもオン抵抗が低減されることから導通損失が低減する。 Further, the SJ-MOSFET has parallel pn regions in which n-type column regions and p-type column regions are alternately arranged within the element. Since the depletion layer spreads in both the n-type column region and the p-type column region, the breakdown voltage is improved even with the same electric field strength. For this reason, the impurity concentration in the n-type column region can be increased by one order of magnitude compared to conventional MOSFETs, making it possible to significantly reduce on-resistance. reduce

本発明にかかる半導体装置によれば、低耐圧領域のみならず高耐圧領域までスイッチングスピードが速く、低オン抵抗(導通損失の少ない)であるという効果を奏する。 According to the semiconductor device according to the present invention, the switching speed is fast not only in the low breakdown voltage region but also in the high breakdown voltage region, and the on-resistance is low (low conduction loss).

実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す上面図である。1 is a top view showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1のX-X断面図である。FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1の領域Sの拡大上面図である。2 is an enlarged top view of region S in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1の領域Tの拡大上面図である。2 is an enlarged top view of region T in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。4 is a cross-sectional view taken along Y1-Y1 in FIG. 3 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。4 is a cross-sectional view taken along Y2-Y2 in FIG. 3 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の等価回路図である。1 is an equivalent circuit diagram of a semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の他の構造を示す図1のY-Y断面図である。FIG. 2 is a YY cross-sectional view of FIG. 1 showing another structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。4 is a sectional view taken along Y1-Y1 in FIG. 3 showing the structure of a semiconductor device according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。4 is a sectional view taken along Y2-Y2 in FIG. 3 showing the structure of a semiconductor device according to a second embodiment. FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の他の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。4 is a cross-sectional view taken along Y1-Y1 in FIG. 3 showing another structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の他の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。4 is a sectional view taken along Y2-Y2 in FIG. 3 showing another structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to a third embodiment. 実施の形態1~3にかかる半導体装置に電流センス部を内蔵した構造を示す上面図である。FIG. 2 is a top view showing a structure in which a current sensing section is built into a semiconductor device according to Embodiments 1 to 3; 実施の形態1~3にかかる半導体装置に温度センス部を内蔵した構造を示す上面図である。3 is a top view showing a structure in which a temperature sensing section is built into a semiconductor device according to Embodiments 1 to 3. FIG. 実施の形態1~3にかかる半導体装置に電流センス部および温度センス部を内蔵した構造を示す上面図である。FIG. 3 is a top view showing a structure in which a current sensing section and a temperature sensing section are built into the semiconductor devices according to Embodiments 1 to 3; 実施の形態1~3にかかる半導体装置の高機能部の詳細を示す上面図である(その1)。FIG. 3 is a top view showing details of the high-performance portion of the semiconductor device according to Embodiments 1 to 3 (Part 1). 実施の形態1~3にかかる半導体装置の高機能部の詳細を示す上面図である(その2)。FIG. 3 is a top view showing details of the high-performance portion of the semiconductor device according to Embodiments 1 to 3 (part 2); 従来のIGBTを使用した双方向スイッチ回路の例である。This is an example of a bidirectional switch circuit using a conventional IGBT. 従来のRB-IGBTを使用した双方向スイッチ回路の例である。This is an example of a bidirectional switch circuit using a conventional RB-IGBT.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。+および-を含めたnやpの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同じとは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。そして、同じまたは同等との記載は製造におけるばらつきを考慮して5%以内まで含むとするのがよい。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, a layer or region prefixed with n or p means that electrons or holes are the majority carriers, respectively. Furthermore, + and - appended to n and p mean that the impurity concentration is higher or lower than that of a layer or region to which n or p is not appended, respectively. If the notation of n or p including + and - is the same, it indicates that the concentrations are close, but the concentrations are not necessarily the same. Note that in the following description of the embodiment and the accompanying drawings, similar components are denoted by the same reference numerals, and overlapping description will be omitted. It is preferable that the description of the same or equivalent includes up to 5% in consideration of manufacturing variations.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す上面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置70は、2つの超接合(SJ:Super Junction:スーパージャンクション)構造を有するMOSFET(以下、SJ-MOSFET)デバイスを逆並列に接続している。片方のSJ-MOSFET71のソース電極パッド36をソース電位とし、他方のSJ-MOSFET72のソース電極パッド36をドレイン電位とし、ドレイン端子である裏面電極(不図示)同士を同電位とすることで双方向の逆耐圧を確保し双方向スイッチングが可能となる。なお、片方のSJ-MOSFET71のソース電極パッド36をドレイン電位とし、他方のSJ-MOSFET72のソース電極パッド36をソース電位としてもよい。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a top view showing the structure of a semiconductor device according to a first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 70 according to the first embodiment has two MOSFET (hereinafter referred to as SJ-MOSFET) devices having a super junction (SJ) structure connected in antiparallel. There is. The source electrode pad 36 of one SJ-MOSFET 71 is set to source potential, the source electrode pad 36 of the other SJ-MOSFET 72 is set to drain potential, and the back electrodes (not shown), which are drain terminals, are set to the same potential. This ensures reverse withstand voltage and enables bidirectional switching. Note that the source electrode pad 36 of one SJ-MOSFET 71 may be set to the drain potential, and the source electrode pad 36 of the other SJ-MOSFET 72 may be set to the source potential.

半導体装置70は、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72のそれぞれに活性領域50と、活性領域50の周囲を囲むエッジ終端領域60とを備える。そのため、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72は、後述するp-型チャネルストッパ領域40が接続し、エッジ終端領域60が隣り合っている。活性領域50は、オン状態のときに電流が流れる領域である。エッジ終端領域60は、ドリフト領域の半導体基体80の表面(おもて面)81側の電界を緩和し耐圧を保持する耐圧保持領域を含む。 The semiconductor device 70 includes an active region 50 for each of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72, and an edge termination region 60 surrounding the active region 50. Therefore, the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are connected at the p - type channel stopper region 40 described later, and the edge termination regions 60 are adjacent to each other. Active region 50 is a region through which current flows when in the on state. The edge termination region 60 includes a breakdown voltage holding region that relieves the electric field on the surface (front surface) 81 side of the semiconductor substrate 80 in the drift region and maintains the breakdown voltage.

図2は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1のX-X断面図である。SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72は同じ構造であるため、図2は、SJ-MOSFET71の構造を示す。図2に示すSJ-MOSFET71は、シリコン(Si)からなる半導体基体80(半導体素子)の表面81(p-型ベース領域5側の面)側にMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートを備えたSJ-MOSFETである。図2では、2つの単位セル(素子の機能単位)を示し、これらに隣接する他の単位セルを図示省略する。ここで、単位セルはトレンチ18の中心から隣のトレンチ18の中心までである。 FIG. 2 is a sectional view taken along line XX in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. Since the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 have the same structure, FIG. 2 shows the structure of the SJ-MOSFET 71. The SJ-MOSFET 71 shown in FIG. 2 has a MOS (Metal Oxide Semiconductor) gate on the surface 81 (surface on the p - type base region 5 side) of a semiconductor substrate 80 (semiconductor element) made of silicon (Si). It is a MOSFET. In FIG. 2, two unit cells (functional units of an element) are shown, and other unit cells adjacent to these are omitted from illustration. Here, the unit cell is from the center of the trench 18 to the center of the adjacent trench 18.

+型半導体基板(第1導電型の半導体基板)1は、例えばヒ素(As)またはリン(P)がドーピングされたシリコン単結晶基板である。n+型半導体基板1上には、n-型ドリフト層(第1導電型のドリフト層)2が設けられている。n-型ドリフト層2は、n+型半導体基板1よりも低い不純物濃度を有し、例えばリンがドーピングされている低濃度n型層である。以下、n+型半導体基板1およびn-型ドリフト層2を併せて半導体基体80とする。半導体基体80の上面を表面81とする。半導体基体80の表面81側には、MOSゲート構造(素子構造)が形成されている。また、半導体基体80の裏面には、ドレイン電極となる裏面電極11が設けられている。n+型半導体基板1は、ドレイン領域に相当する。 The n + type semiconductor substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1 is, for example, a silicon single crystal substrate doped with arsenic (As) or phosphorus (P). An n type drift layer (first conductivity type drift layer) 2 is provided on the n + type semiconductor substrate 1 . The n type drift layer 2 has an impurity concentration lower than that of the n + type semiconductor substrate 1, and is a low concentration n type layer doped with phosphorus, for example. Hereinafter, the n + -type semiconductor substrate 1 and the n - -type drift layer 2 will be collectively referred to as a semiconductor substrate 80 . The upper surface of the semiconductor substrate 80 is defined as a surface 81. A MOS gate structure (device structure) is formed on the surface 81 side of the semiconductor substrate 80. Further, on the back surface of the semiconductor substrate 80, a back electrode 11 that serves as a drain electrode is provided. The n + type semiconductor substrate 1 corresponds to a drain region.

SJ-MOSFET71の活性領域50には、n型カラム領域3とp型カラム領域4とが交互に繰り返し配置された並列pn領域32が設けられている。エッジ終端領域60には、n型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bとが交互に繰り返し配置された、後述する並列pn領域32Bが設けられている。なお、後述するように、並列pn領域32のn型カラム領域3とp型カラム領域4の幅が並列pn領域32Bのn型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの幅と異なる。なお、並列pn領域32のn型カラム領域3とp型カラム領域4の幅は同じであってよい。また、並列pn領域32Bのn型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの幅は同じであってよい。活性領域50とエッジ終端領域60との境界は、並列pn領域32と並列pn領域32Bが接するn型カラム領域3とn型カラム領域3Bの幅、およびp型カラム領域4とp型カラム領域4Bの幅が変化する箇所である。 The active region 50 of the SJ-MOSFET 71 is provided with a parallel pn region 32 in which n-type column regions 3 and p-type column regions 4 are alternately and repeatedly arranged. The edge termination region 60 is provided with a parallel pn region 32B (described later) in which n-type column regions 3B and p-type column regions 4B are alternately and repeatedly arranged. Note that, as described later, the widths of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the parallel pn region 32 are different from the widths of the n-type column region 3B and the p-type column region 4B of the parallel pn region 32B. Note that the widths of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the parallel pn region 32 may be the same. Further, the widths of the n-type column region 3B and the p-type column region 4B of the parallel pn region 32B may be the same. The boundary between the active region 50 and the edge termination region 60 is defined by the width of the n-type column region 3 and the n-type column region 3B where the parallel pn region 32 and the parallel pn region 32B touch, and the width of the p-type column region 4 and the p-type column region 4B. This is the point where the width of the area changes.

並列pn領域32、32Bでは、p型カラム領域4、4Bおよびn型カラム領域3、3Bに含まれる不純物量(不純物量は不純物濃度×面積)を略等しくすることで、オフ状態において、p型カラム領域4、4Bおよびn型カラム領域3、3BのPN接合からp型カラム領域4、4Bおよびn型カラム領域3、3B内に空乏層が横方向(p型カラム領域4およびn型カラム領域3が交互に繰り返し並べられた方向)に伸びる。これにより、空乏層が横方向において繋がり易くなり高耐圧化を図ることができる。そのため、n型カラム領域3の不純物濃度を増加させても耐圧が低下せず、オン抵抗を低減することが可能になっている。 In the parallel pn regions 32, 32B, by making the amount of impurities contained in the p-type column regions 4, 4B and the n-type column regions 3, 3B approximately equal (the amount of impurity is impurity concentration x area), in the off state, the p-type A depletion layer is formed laterally in the p-type column regions 4, 4B and the n-type column regions 3, 3B from the PN junction of the column regions 4, 4B and n-type column regions 3, 3B (p-type column region 4 and n-type column region 3, 3B). 3 in the direction in which they are repeated alternately). This makes it easier for the depletion layers to connect in the lateral direction, making it possible to achieve a high breakdown voltage. Therefore, even if the impurity concentration of the n-type column region 3 is increased, the withstand voltage does not decrease, making it possible to reduce the on-resistance.

活性領域50のp型カラム領域4の上にはp-型ベース領域(第2導電型のベース領域)5が選択的に設けられている。活性領域50のp-型ベース領域5の底面は、p型カラム領域4の上面に接している。活性領域50のp-型ベース領域5は、半導体基体80の表面81側に設けられている。p型カラム領域4は、半導体基体80の表面81からn+型半導体基板1に向かって設けられている。p型カラム領域4とn+型半導体基板1との間には、n-型バッファ層21が設けられている。p-型ベース領域5の上面の幅は、p型カラム領域4の幅より広くしている。n型カラム領域3もp型カラム領域4と同様に、半導体基体80の表面81からn+型半導体基板1に向かって設けられ、n型カラム領域3とn+型半導体基板1との間には、n-型バッファ層21が設けられている。 A p type base region (second conductivity type base region) 5 is selectively provided on the p type column region 4 of the active region 50 . The bottom surface of the p type base region 5 of the active region 50 is in contact with the top surface of the p type column region 4 . P type base region 5 of active region 50 is provided on the surface 81 side of semiconductor substrate 80 . P-type column region 4 is provided from surface 81 of semiconductor substrate 80 toward n + -type semiconductor substrate 1 . An n type buffer layer 21 is provided between the p type column region 4 and the n + type semiconductor substrate 1. The width of the upper surface of the p - type base region 5 is made wider than the width of the p type column region 4. Similar to the p-type column region 4, the n-type column region 3 is also provided from the surface 81 of the semiconductor substrate 80 toward the n + -type semiconductor substrate 1, and between the n-type column region 3 and the n + -type semiconductor substrate 1. An n - type buffer layer 21 is provided.

n型カラム領域3の不純物濃度は、n+型半導体基板1の不純物濃度より低い。また、n型カラム領域3の不純物濃度とp型カラム領域4の不純物濃度は等しくてもよい。n-型バッファ層21の不純物濃度とn-型ドリフト層2の不純物濃度は等しくてよい。活性領域50のp-型ベース領域5の表面側には、n+型ソース領域(第1導電型のソース領域)6が選択的に設けられている。活性領域50のp-型ベース領域5の表面側には、n+型ソース領域6と接するp++型コンタクト領域33が選択的に設けられていてもよい。 The impurity concentration of the n-type column region 3 is lower than the impurity concentration of the n + -type semiconductor substrate 1. Furthermore, the impurity concentration in the n-type column region 3 and the impurity concentration in the p-type column region 4 may be equal. The impurity concentration of the n - type buffer layer 21 and the impurity concentration of the n - type drift layer 2 may be equal. On the surface side of the p type base region 5 of the active region 50, an n + type source region (first conductivity type source region) 6 is selectively provided. A p ++ type contact region 33 in contact with the n + type source region 6 may be selectively provided on the surface side of the p type base region 5 of the active region 50 .

半導体基体の第1主面側(p-型ベース領域5側)には、トレンチ構造が形成されている。トレンチ構造は、トレンチ18と、ゲート絶縁膜7と、ゲート電極8とにより構成されている。具体的には、トレンチ18は、p-型ベース領域5のn+型半導体基板1側に対して反対側(半導体基体の第1主面側)の表面からp-型ベース領域5およびn+型ソース領域6を貫通して並列pn領域32に達する。これにより、トレンチ18の側壁は、p-型ベース領域5およびn+型ソース領域6が接している。トレンチ18の内壁に沿って、トレンチ18の底部および側壁にゲート絶縁膜7が形成されており、トレンチ18内のゲート絶縁膜7の内側にゲート電極8が設けられている。ゲート絶縁膜7によりゲート電極8が、p-型ベース領域5と絶縁されている。ゲート電極8の一部は、トレンチ18の上方(後述するソース電極10が設けられている側)からソース電極10側に突出してもよい。なお、活性領域50の最もエッジ終端領域60側のトレンチ18の側壁には、n+型ソース領域6を設けなくてもよい。活性領域50の最もエッジ終端領域60側のp-型ベース領域5は、後述するp--型リサーフ領域31の内側に設けられてよい。 A trench structure is formed on the first main surface side (p - type base region 5 side) of the semiconductor substrate. The trench structure includes a trench 18, a gate insulating film 7, and a gate electrode 8. Specifically, the trench 18 extends from the surface of the p - type base region 5 on the side opposite to the n + type semiconductor substrate 1 side (the first main surface side of the semiconductor substrate) to the p - type base region 5 and the n + The parallel pn region 32 is reached through the type source region 6 . As a result, the sidewalls of trench 18 are in contact with p - type base region 5 and n + type source region 6. A gate insulating film 7 is formed on the bottom and sidewalls of the trench 18 along the inner wall of the trench 18 , and a gate electrode 8 is provided inside the gate insulating film 7 in the trench 18 . Gate electrode 8 is insulated from p - type base region 5 by gate insulating film 7 . A portion of the gate electrode 8 may protrude toward the source electrode 10 from above the trench 18 (the side where the source electrode 10 described later is provided). Note that the n + type source region 6 does not need to be provided on the sidewall of the trench 18 closest to the edge termination region 60 of the active region 50 . The p type base region 5 closest to the edge termination region 60 of the active region 50 may be provided inside the p type resurf region 31, which will be described later.

半導体基体80の表面81にゲート電極8およびn+型ソース領域6を覆うように、酸化膜(不図示)が設けられてもよい。酸化膜上に層間絶縁膜9が、半導体基体の第1主面側の全面に、トレンチ18に埋め込まれたゲート電極8を覆うように設けられてもよい。酸化膜は、高濃度に不純物がドーピングされた層間絶縁膜9がシリコン基板に直接接しないよう形成される。酸化膜は、例えばHTO(High Tempereture Oxide)、TEOS(Tetraethyl Orthosilicate)膜あるいは熱酸化膜である。 An oxide film (not shown) may be provided on the surface 81 of the semiconductor substrate 80 so as to cover the gate electrode 8 and the n + type source region 6. An interlayer insulating film 9 may be provided on the oxide film over the entire first main surface side of the semiconductor substrate so as to cover the gate electrode 8 embedded in the trench 18. The oxide film is formed so that the interlayer insulating film 9 doped with impurities at a high concentration does not come into direct contact with the silicon substrate. The oxide film is, for example, a HTO (High Temperature Oxide) film, a TEOS (Tetraethyl Orthosilicate) film, or a thermal oxide film.

ソース電極10は、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール34を介して、n+型ソース領域6およびp-型ベース領域5に接する。このコンタクトホール34を介してソース電極10と接するp-型ベース領域5の表面側にp++型コンタクト領域33が設けられている場合、このコンタクトホール34はn+型ソース領域6を貫通して、p++型コンタクト領域33と接するように設けられていてもよい。ソース電極10は、層間絶縁膜9によって、ゲート電極8と電気的に絶縁されている。ソース電極10と層間絶縁膜9との間に、例えばソース電極10からゲート電極8側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル15が設けられていてもよい。 Source electrode 10 contacts n + -type source region 6 and p - -type base region 5 via contact hole 34 formed in interlayer insulating film 9 . If a p ++ type contact region 33 is provided on the surface side of the p type base region 5 that contacts the source electrode 10 via this contact hole 34 , this contact hole 34 penetrates the n + type source region 6 . It may also be provided so as to be in contact with the p ++ type contact region 33. Source electrode 10 is electrically insulated from gate electrode 8 by interlayer insulating film 9 . A barrier metal 15 may be provided between the source electrode 10 and the interlayer insulating film 9, for example, to prevent metal atoms from diffusing from the source electrode 10 to the gate electrode 8 side.

また、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール34にコンタクトプラグ14が埋め込まれていてもよい。コンタクトプラグ14は、例えば、埋め込み性の高いタングステン(W)を材料とする金属膜である。その際、トレンチコンタクト構造とすることが、アバランシェ動作の際にn+型ソース領域6よりも深い位置でp-型ベース領域5のホールを引き抜くことによって寄生バイポーラ動作を抑制できるので好ましい。ここで、トレンチコンタクト構造とは、n+型ソース領域6を貫通して、p++型コンタクト領域33と接するトレンチを設け、コンタクトホール34が層間絶縁膜9およびn+型ソース領域6を貫通して、p++型コンタクト領域33と接するように設けられているコンタクト構造である。ソース電極10上には、選択的に例えばポリイミドからなるパッシベーション膜などの保護膜(不図示)が設けられている。また、例えばソース電極10からゲート電極8側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル15が設けられていてもよい。 Further, the contact plug 14 may be embedded in the contact hole 34 formed in the interlayer insulating film 9. The contact plug 14 is, for example, a metal film made of tungsten (W), which is highly embeddable. In this case, a trench contact structure is preferable because parasitic bipolar operation can be suppressed by extracting holes in p - type base region 5 at a position deeper than n + type source region 6 during avalanche operation. Here, the trench contact structure means that a trench is provided that penetrates the n + type source region 6 and is in contact with the p + + type contact region 33, and a contact hole 34 penetrates the interlayer insulating film 9 and the n + type source region 6. This is a contact structure provided so as to be in contact with the p ++ type contact region 33. A protective film (not shown) such as a passivation film made of polyimide is selectively provided on the source electrode 10 . Further, a barrier metal 15 may be provided to prevent diffusion of metal atoms from the source electrode 10 to the gate electrode 8 side, for example.

また、耐圧を保持するエッジ終端領域60には、半導体基体80の表面81側に、フィールド酸化膜20が設けられ、フィールド酸化膜20上にゲート電極8となる多結晶シリコン膜が設けられる。ゲート電極8上には、ゲート電極パッド(不図示)と電気的に接続されるゲート配線27が設けられている。ゲート配線27は、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール35を介して、ゲート電極8に接する。また、層間絶縁膜9に形成されたコンタクトホール35には、バリアメタル15を介してコンタクトプラグ14が埋め込まれていてもよい。 Further, in the edge termination region 60 that maintains a breakdown voltage, a field oxide film 20 is provided on the surface 81 side of the semiconductor substrate 80, and a polycrystalline silicon film that will become the gate electrode 8 is provided on the field oxide film 20. A gate wiring 27 is provided on the gate electrode 8 to be electrically connected to a gate electrode pad (not shown). Gate wiring 27 is in contact with gate electrode 8 via contact hole 35 formed in interlayer insulating film 9 . Further, the contact plug 14 may be embedded in the contact hole 35 formed in the interlayer insulating film 9 with the barrier metal 15 interposed therebetween.

また、エッジ終端領域60には、p--型リサーフ(RESURF)領域31、p型のガードリング28等の耐圧構造が設けられていてもよい。耐圧構造の外側にp-型チャネルストッパ領域40が設けられ、p-型チャネルストッパ領域40上にフィールドプレート38が設けられていてもよい。p--型リサーフ領域31は、活性領域50とエッジ終端領域60の両方の領域に亘って設けられる。活性領域50側のp--型リサーフ領域31の内部には、トレンチ18の側壁に接するようにp-型ベース領域5が設けられてよい。さらに、p--型リサーフ領域31は、平面視で環状に設けられている。ガードリング28は、エッジ終端領域60に平面視で環状に設けられている。なお、p-型チャネルストッパ領域40は、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72の両方に亘って(接して)設けられ、さらに半導体装置70の最外周で2つに分かれて設けられる。また、p-型チャネルストッパ領域40は、n型カラム領域3C上に設けられてもよい。 Further, the edge termination region 60 may be provided with a voltage-resistant structure such as a p --- type RESURF region 31 and a p-type guard ring 28 . A p type channel stopper region 40 may be provided outside the voltage withstanding structure, and a field plate 38 may be provided on the p type channel stopper region 40 . The p -- type resurf region 31 is provided over both the active region 50 and the edge termination region 60. A p - type base region 5 may be provided inside the p - type RESURF region 31 on the side of the active region 50 so as to be in contact with the side wall of the trench 18 . Furthermore, the p -- type RESURF region 31 is provided in an annular shape in plan view. The guard ring 28 is annularly provided in the edge termination region 60 in plan view. Note that the p - type channel stopper region 40 is provided across (in contact with) both the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72, and is further divided into two at the outermost periphery of the semiconductor device 70. Further, the p type channel stopper region 40 may be provided on the n type column region 3C.

エッジ終端領域60のソース電極10およびゲート配線27と下方向(n+型半導体基板1側)に対向する領域では、半導体基体80の表面81に露出するp--型リサーフ領域31が、n型カラム領域3Bおよびp型カラム領域4Bの上部に接するように設けられている。 In the region facing the source electrode 10 and the gate wiring 27 in the edge termination region 60 in the downward direction (n + type semiconductor substrate 1 side), the p -- type resurf region 31 exposed on the surface 81 of the semiconductor substrate 80 is an n type It is provided so as to be in contact with the upper part of column region 3B and p-type column region 4B.

SJ-MOSFET71のエッジ終端領域60に、並列pn領域32Bが設けられている。エッジ終端領域60でも、並列pn領域32Bは、半導体基体80の表面81からn+型半導体基板1に向かって設けられている。p型カラム領域4とn+型半導体基板1との間には、n-型バッファ層21が設けられている。SJ-MOSFET71は、オン抵抗低減のために並列pn領域32の不純物濃度を高くしすぎると、空乏層が拡がりにくく耐圧が低下する。活性領域50の特性を最大限に引き出すため、活性領域50よりもエッジ終端領域60の耐圧を高く設定する。エッジ終端領域60も活性領域50と同じように、並列pn領域32B内の隣り合うn型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの接合面で電子とホールが移動して結合することで空乏層が形成される。SJ-MOSFET71に逆バイアスが印加されると空乏層がp型カラム領域4Bおよびn型カラム領域3B内に拡がる。空乏層は、電界分布に沿ってエッジ終端領域60の活性領域50近傍のp型カラム領域4,4Bおよびn型カラム領域3,3Bからエッジ終端領域60の外周(p-型チャネルストッパ領域40側)へ向かって拡がる。このとき、エッジ終端領域60は、その形状や表面状態の影響を受け空乏層が外側へ拡がりにくく耐圧を高くしにくい。エッジ終端領域60の耐圧を活性領域50より高くする方法として、エッジ終端領域60の並列pn領域32Bのピッチやp型カラム領域4Bおよびn型カラム領域3Bの幅を活性領域50の並列pn領域32より狭くして空乏層を拡げやすくしている。つまり、並列pn領域32Bのn型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの幅は、並列pn領域32のn型カラム領域3とp型カラム領域4の幅より狭くなっている。 A parallel pn region 32B is provided in the edge termination region 60 of the SJ-MOSFET 71. Also in the edge termination region 60, the parallel pn regions 32B are provided from the surface 81 of the semiconductor body 80 toward the n + -type semiconductor substrate 1. An n type buffer layer 21 is provided between the p type column region 4 and the n + type semiconductor substrate 1. In the SJ-MOSFET 71, if the impurity concentration of the parallel pn region 32 is made too high in order to reduce the on-resistance, the depletion layer will be difficult to expand and the withstand voltage will decrease. In order to maximize the characteristics of the active region 50, the breakdown voltage of the edge termination region 60 is set higher than that of the active region 50. Similarly to the active region 50, in the edge termination region 60, electrons and holes move and combine at the junction between the adjacent n-type column region 3B and p-type column region 4B in the parallel pn region 32B, resulting in a depletion layer. It is formed. When a reverse bias is applied to the SJ-MOSFET 71, the depletion layer spreads into the p-type column region 4B and the n-type column region 3B. The depletion layer is formed along the electric field distribution from the p-type column regions 4, 4B and n-type column regions 3, 3B near the active region 50 of the edge termination region 60 to the outer periphery of the edge termination region 60 (on the p - type channel stopper region 40 side). ). At this time, the edge termination region 60 is affected by its shape and surface condition, making it difficult for the depletion layer to expand outward and making it difficult to increase the withstand voltage. As a method of making the breakdown voltage of the edge termination region 60 higher than that of the active region 50, the pitch of the parallel pn regions 32B of the edge termination region 60 and the width of the p-type column region 4B and the n-type column region 3B can be changed to the parallel pn region 32 of the active region 50. It is made narrower to make it easier to expand the depletion layer. That is, the widths of the n-type column region 3B and the p-type column region 4B of the parallel pn region 32B are narrower than the widths of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the parallel pn region 32.

エッジ終端領域60は、並列pn領域32Bの外側にn-型ドリフト層2が設けられる。n-型ドリフト層2の下面には、n-型バッファ層21が設けられているが、n-型ドリフト層2とn-型バッファ層21の不純物濃度は等しくてよい。よって、n-型ドリフト層2は、n+型半導体基板1と電気的に接続している。n-型ドリフト層2の外側には、空乏層が拡がり過ぎないようにするため、p-型チャネルストッパ領域40が設けられる。p-型チャネルストッパ領域40の下にn型カラム領域3C(第1導電型の第1半導体領域)が設けられている。n型カラム領域3Cの下面には、n-型バッファ層21が設けられている。n型カラム領域3Cは、上面にp-型チャネルストッパ領域40が設けられ、下面にn-型バッファ層21が設けられている。さらに、n-型バッファ層21の下面はn+型半導体基板1と接している。つまり、活性領域50およびエッジ終端領域60のn+型半導体基板1の上面には、n-型バッファ層21が設けられている。並列pn領域32、32Bの下面に不純物濃度が高いn+型半導体基板1が直接接すると、並列pn領域32、32Bとn+型半導体基板1との間で空乏層が拡がらず耐圧が低下するおそれがある。そこで、活性領域50の並列pn領域32およびエッジ終端領域60の並列pn領域32Bとn+型半導体基板1との間にn-型バッファ層21を設けることにより、耐圧が低下することを抑制することができる。 In edge termination region 60, n - type drift layer 2 is provided outside parallel pn region 32B. Although the n - type buffer layer 21 is provided on the lower surface of the n - type drift layer 2, the impurity concentrations of the n - type drift layer 2 and the n - type buffer layer 21 may be equal. Therefore, the n - type drift layer 2 is electrically connected to the n + type semiconductor substrate 1. A p - type channel stopper region 40 is provided outside the n - type drift layer 2 in order to prevent the depletion layer from expanding too much. An n-type column region 3C (first semiconductor region of first conductivity type) is provided under the p - type channel stopper region 40. An n type buffer layer 21 is provided on the lower surface of the n type column region 3C. In the n-type column region 3C, a p - type channel stopper region 40 is provided on the upper surface, and an n - type buffer layer 21 is provided on the lower surface. Further, the lower surface of the n type buffer layer 21 is in contact with the n + type semiconductor substrate 1 . That is, the n type buffer layer 21 is provided on the upper surface of the n + type semiconductor substrate 1 in the active region 50 and the edge termination region 60 . If the n + -type semiconductor substrate 1 with a high impurity concentration comes into direct contact with the lower surface of the parallel pn regions 32, 32B, a depletion layer will not spread between the parallel pn regions 32, 32B and the n + -type semiconductor substrate 1, resulting in a decrease in breakdown voltage. There is a risk of Therefore, by providing an n - type buffer layer 21 between the parallel pn region 32 of the active region 50 and the parallel pn region 32B of the edge termination region 60 and the n + type semiconductor substrate 1, the reduction in breakdown voltage is suppressed. be able to.

図3は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1の領域Sの拡大上面図である。図3では、半導体装置70の並列pn領域32、32Bを示すため、半導体基体80の上面に設けられているソース電極10、ゲート配線27、バリアメタル15、および層間絶縁膜9等は省略する。また、半導体基体80の表面層に設けられるn+型ソース領域6、p++型コンタクト領域33、p--型リサーフ領域31、ガードリング28等も省略する。図3に示すように、半導体装置70の活性領域50のn型カラム領域3、p型カラム領域4はストライプ形状である。また、エッジ終端領域60のn型カラム領域3B、p型カラム領域4Bもストライプ形状である。n型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向の辺は、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72の2つの半導体素子が隣り合う辺に対して直交している。並列pn領域32Bのn型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの幅は、並列pn領域32のn型カラム領域3とp型カラム領域4の幅より狭くなっている。p-型チャネルストッパ領域40は、隣り合う辺では1本であるが、半導体装置70の端部で2方向に分かれ、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72の最外周を環状に囲んでいる。図3に示す並列pn領域32と並列pn領域32Bは接するように設けられているが、並列pn領域32と並列pn領域32Bとの間に中間領域を設けてもよい(不図示)。中間領域とは、並列pn領域32と並列pn領域32Bに設けられているn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bがそれぞれ接していてもよく、接していなくてもよい領域である。また、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72の活性領域50において、n型カラム領域3の上面にはトレンチ18を備え、p型カラム領域4の上方(p-型ベース領域5)にはコンタクトプラグ14(コンタクトホール34)を備える。 FIG. 3 is an enlarged top view of region S in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 3, in order to show the parallel pn regions 32 and 32B of the semiconductor device 70, the source electrode 10, gate wiring 27, barrier metal 15, interlayer insulating film 9, etc. provided on the upper surface of the semiconductor substrate 80 are omitted. Further, the n + type source region 6, p + + type contact region 33, p - type resurf region 31, guard ring 28, etc. provided in the surface layer of the semiconductor substrate 80 are also omitted. As shown in FIG. 3, the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the active region 50 of the semiconductor device 70 have a stripe shape. Further, the n-type column region 3B and the p-type column region 4B in the edge termination region 60 also have a stripe shape. The longitudinal sides of the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B are perpendicular to the sides on which the two semiconductor elements, SJ-MOSFET 71 and SJ-MOSFET 72, are adjacent. The widths of the n-type column region 3B and the p-type column region 4B of the parallel pn region 32B are narrower than the widths of the n-type column region 3 and the p-type column region 4 of the parallel pn region 32. Although there is only one p - type channel stopper region 40 on adjacent sides, it is divided into two directions at the end of the semiconductor device 70 and surrounds the outermost periphery of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 in an annular shape. Although the parallel pn region 32 and the parallel pn region 32B shown in FIG. 3 are provided so as to be in contact with each other, an intermediate region may be provided between the parallel pn region 32 and the parallel pn region 32B (not shown). The intermediate region is a region in which the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B provided in the parallel pn region 32 and the parallel pn region 32B may or may not be in contact with each other. be. In addition, in the active regions 50 of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72, a trench 18 is provided on the upper surface of the n-type column region 3, and a contact plug 14 ( contact hole 34).

図4は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図1の領域Tの拡大上面図である。図4は、SJ-MOSFET71およびSJ-MOSFET72の活性領域50の角部とそれぞれの活性領域50の角部を取り囲むエッジ終端領域60を示す。図4は、半導体基体80の上面に設けられているソース電極10、ゲート配線27、コンタクトプラグ14、バリアメタル15、および層間絶縁膜9等は省略する。さらに、トレンチ18、コンタクトホール34、35、p-型ベース領域5等も省略している。図4に示すように、半導体装置70において、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72は、p-型チャネルストッパ領域40が接して隣り合っている。p-型チャネルストッパ領域40は、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72とを亘るように設けられている。さらに、p-型チャネルストッパ領域40は、半導体装置70の端部に沿って設けられている。また、p-型チャネルストッパ領域40は、n型カラム領域3Cの上に設けられている。図4において、SJ-MOSFET71のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向とSJ-MOSFET72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向は、Y軸方向に平行である。また、図4において、SJ-MOSFET71のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bが繰り返し交互に並ぶ方向(n型カラム領域3,3Bとp型カラム領域4、4Bの短手方向)とSJ-MOSFET72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bが繰り返し交互に並ぶ方向(n型カラム領域3,3Bとp型カラム領域4、4Bの短手方向)は、X軸方向に平行である。p--型リサーフ領域31は、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72それぞれにおいて、活性領域50とエッジ終端領域60の両方の領域に亘って設けられる。さらに、p--型リサーフ領域31は、平面視で環状に設けられている。ガードリング28は、エッジ終端領域60に平面視で環状に設けられている。 FIG. 4 is an enlarged top view of region T in FIG. 1 showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 4 shows the corners of the active regions 50 of SJ-MOSFETs 71 and SJ-MOSFETs 72 and edge termination regions 60 surrounding the corners of the respective active regions 50. FIG. In FIG. 4, the source electrode 10, gate wiring 27, contact plug 14, barrier metal 15, interlayer insulating film 9, etc. provided on the upper surface of the semiconductor substrate 80 are omitted. Furthermore, the trench 18, contact holes 34, 35, p - type base region 5, etc. are also omitted. As shown in FIG. 4, in the semiconductor device 70, the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are adjacent to each other with the p - type channel stopper region 40 touching. The p - type channel stopper region 40 is provided across the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72. Furthermore, p - type channel stopper region 40 is provided along the edge of semiconductor device 70 . Further, the p type channel stopper region 40 is provided on the n type column region 3C. In FIG. 4, the longitudinal direction of the n-type column regions 3, 3B and p-type column regions 4, 4B of the SJ-MOSFET 71 and the longitudinal direction of the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B of the SJ-MOSFET 72 are , parallel to the Y-axis direction. In addition, in FIG. 4, the direction in which the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B of the SJ-MOSFET 71 are repeatedly arranged alternately (the short side of the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B direction) and the direction in which the n-type column regions 3, 3B and p-type column regions 4, 4B of the SJ-MOSFET 72 are repeatedly arranged alternately (the lateral direction of the n-type column regions 3, 3B and p-type column regions 4, 4B) are , parallel to the X-axis direction. The p -- type resurf region 31 is provided over both the active region 50 and the edge termination region 60 in each of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72. Further, the p -- type RESURF region 31 is provided in an annular shape in plan view. The guard ring 28 is provided in the edge termination region 60 in an annular shape when viewed from above.

図5は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。図6は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。図5および図6は、SJ-MOSFET71、72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向の辺と、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合う辺とを直交させて接続した半導体装置であり、SJ-MOSFETを逆並列に配置した構造である。また、図7は、実施の形態1にかかる半導体装置の等価回路図である。 FIG. 5 is a cross-sectional view taken along the line Y1-Y1 in FIG. 3, showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 6 is a cross-sectional view taken along the line Y2-Y2 in FIG. 3, showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment. 5 and 6, the longitudinal sides of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFETs 71 and 72 are orthogonal to the sides where the SJ-MOSFETs 71 and SJ-MOSFETs 72 are adjacent to each other. It is a semiconductor device connected in parallel, and has a structure in which SJ-MOSFETs are arranged in antiparallel. Further, FIG. 7 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor device according to the first embodiment.

図5~図7に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、同一半導体基板内に2つのSJ-MOSFET71、72を逆並列に接続するように設けられている。SJ-MOSFET71のソース電極を半導体装置70のソース電極10、SJ-MOSFET72のソース電極を半導体装置70のドレイン電極12としている。これにより、SJ-MOSFET71、72の共通の裏面電極11を中性点とすることで、MOSFETに内蔵する寄生ダイオードで双方向の逆耐圧を確保し双方向スイッチングが可能となる。導通時には同期整流と同様にダイオードの順方向に比べ抵抗の低いMOSFETを動作させることで、負荷の極性電流や極性電圧に応じて各SJ-MOSFET71、72を制御し導通損失を低減することが可能となる。 As shown in FIGS. 5 to 7, the semiconductor device according to the first embodiment is provided with two SJ-MOSFETs 71 and 72 connected in antiparallel within the same semiconductor substrate. The source electrode of the SJ-MOSFET 71 is the source electrode 10 of the semiconductor device 70, and the source electrode of the SJ-MOSFET 72 is the drain electrode 12 of the semiconductor device 70. Thereby, by using the common back electrode 11 of the SJ-MOSFETs 71 and 72 as a neutral point, bidirectional reverse breakdown voltage is ensured by the parasitic diode built into the MOSFET, and bidirectional switching becomes possible. During conduction, by operating a MOSFET with lower resistance compared to the forward direction of a diode, similar to synchronous rectification, it is possible to control each SJ-MOSFET 71 and 72 according to the polarity current and polarity voltage of the load and reduce conduction loss. becomes.

また、SJ-MOSFET71、72は、素子内にn型カラム領域3、3Bとp型カラム領域4、4Bが交互に配置された並列pn領域32、32Bを有している。n型カラム領域3、3Bとp型カラム領域4、4Bの両方に空乏層が拡がるため、同じ電界強度でも耐圧が向上する。このため従来のMOSFETに比べn型カラム領域3の不純物濃度を一桁上げられ、オン抵抗の大幅な低下が可能となり、例えば、200V以上の耐圧領域でもオン抵抗が低減されることから導通損失が低減する。 Further, the SJ-MOSFETs 71 and 72 have parallel pn regions 32 and 32B in which n-type column regions 3 and 3B and p-type column regions 4 and 4B are alternately arranged within the device. Since the depletion layer spreads in both the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B, the breakdown voltage is improved even with the same electric field strength. Therefore, compared to conventional MOSFETs, the impurity concentration in the n-type column region 3 can be increased by one order of magnitude, making it possible to significantly reduce the on-resistance. reduce

さらに、実施の形態1のように、同一半導体基板内に耐圧構造を有する2つのSJ-MOSFET71、72を並べて形成し逆並列とする場合、図1に示すSJ-MOSFET71、72が隣り合う辺の長さLを、隣り合う辺と直交する辺の長さMの倍以上の長さ(L≧2M)にすることが好ましい。これにより、電流経路による抵抗増加の低減を図ることができる。なお、n型カラム領域3、3Bとp型カラム領域4、4Bの長手方向は、図1に示す長さMと平行である。図5、6より、p--型リサーフ領域31の不純物濃度とガードリング28の不純物濃度は等しくてよく、半導体基体80の表面81からの深さは同じ深さであってよい。また、p-型ベース領域5の不純物濃度とp-型チャネルストッパ領域40の不純物濃度は等しくてよく、半導体基体80の表面81からの深さは同じ深さであってよい。2つのSJ-MOSFET71、72は、n型カラム領域3Cとp-型チャネルストッパ領域40が接し、電気的に接続している。 Furthermore, as in the first embodiment, when two SJ-MOSFETs 71 and 72 having a breakdown voltage structure are formed side by side in the same semiconductor substrate to form antiparallel configurations, the SJ-MOSFETs 71 and 72 shown in FIG. It is preferable that the length L is at least twice the length M of the side perpendicular to the adjacent side (L≧2M). This makes it possible to reduce the increase in resistance caused by the current path. Note that the longitudinal direction of the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B is parallel to the length M shown in FIG. 5 and 6, the impurity concentration of p -- type resurf region 31 and the impurity concentration of guard ring 28 may be the same, and the depths from surface 81 of semiconductor substrate 80 may be the same depth. Further, the impurity concentration of p - type base region 5 and the impurity concentration of p - type channel stopper region 40 may be equal, and the depth from surface 81 of semiconductor substrate 80 may be the same depth. In the two SJ-MOSFETs 71 and 72, the n-type column region 3C and the p - type channel stopper region 40 are in contact with each other and are electrically connected.

図8は、実施の形態1にかかる半導体装置の他の構造を示す図1のY-Y断面図である。図8のように、SJ-MOSFET71、72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向の辺と、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合う辺とを平行に接続した半導体装置であり、SJ-MOSFETを逆並列に配置した構造である。ただし、図5および図6のように、n型カラム領域3およびp型カラム領域4と、隣り合う辺とを直交させて接続する方が、より電流経路による抵抗増加の低減を図ることができる。 FIG. 8 is a YY cross-sectional view of FIG. 1 showing another structure of the semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 8, the longitudinal sides of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFETs 71 and 72 are connected in parallel to the sides where the SJ-MOSFETs 71 and SJ-MOSFETs 72 are adjacent to each other. This semiconductor device has a structure in which SJ-MOSFETs are arranged in antiparallel. However, as shown in FIGS. 5 and 6, it is better to connect the n-type column region 3 and the p-type column region 4 so that the adjacent sides are perpendicular to each other to further reduce the increase in resistance caused by the current path. .

以上、説明したように、実施の形態1によれば、SJ-MOSFETを逆並列に接続することで内蔵する寄生ダイオードにより逆耐圧を有し、低耐圧領域のみならず高耐圧領域までスイッチングスピードが速く、低オン抵抗(導通損失の少ない)半導体デバイスが可能となる。さらに、導通時には同期整流と同様にダイオードの順方向比べ抵抗の低いMOSFETを動作させることで負荷の極性電流や極性電圧に応じて各SJ-MOSFETを制御し導通損失を低減することが可能となる。 As described above, according to the first embodiment, by connecting the SJ-MOSFETs in antiparallel, the built-in parasitic diode provides reverse breakdown voltage, and the switching speed is increased not only in the low breakdown voltage region but also in the high breakdown voltage region. Fast, low on-resistance (low conduction loss) semiconductor devices become possible. Furthermore, during conduction, by operating a MOSFET with lower resistance compared to the forward direction of a diode, as with synchronous rectification, it is possible to control each SJ-MOSFET according to the polarity current and polarity voltage of the load, reducing conduction loss. .

また、SJ-MOSFETは、素子内にn型カラム領域とp型カラム領域が交互に配置された並列pn領域を有している。n型カラム領域3、3Bとp型カラム領域4、4Bの両方に空乏層が拡がるため、同じ電界強度でも耐圧が向上する。このため、従来のMOSFETに比べn型カラム領域の不純物濃度を一桁上げられ、オン抵抗の大幅な低下が可能となり、例えば、200V以上の耐圧領域でもオン抵抗が低減されることから導通損失が低減する。 Further, the SJ-MOSFET has parallel pn regions in which n-type column regions and p-type column regions are alternately arranged within the element. Since the depletion layer spreads in both the n-type column regions 3, 3B and the p-type column regions 4, 4B, the breakdown voltage is improved even with the same electric field strength. For this reason, the impurity concentration in the n-type column region can be increased by one order of magnitude compared to conventional MOSFETs, making it possible to significantly reduce on-resistance. reduce

(実施の形態2)
次に、本発明の実施の形態2にかかる半導体装置について説明する。実施の形態2にかかる半導体装置の上面図は、実施の形態1と同じであるため記載を省略する(図1参照)。また、図1のX-X断面図および図1の領域Sの拡大上面図も、実施の形態1と同じであるため記載を省略する(図2および図3参照)。図9は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。図10は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。図11は、実施の形態2にかかる半導体装置の他の構造を示す図3のY1-Y1断面図である。図12は、実施の形態2にかかる半導体装置の他の構造を示す図3のY2-Y2断面図である。
(Embodiment 2)
Next, a semiconductor device according to a second embodiment of the present invention will be described. The top view of the semiconductor device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, so its description will be omitted (see FIG. 1). Further, since the XX cross-sectional view in FIG. 1 and the enlarged top view of the region S in FIG. 1 are the same as in the first embodiment, their description will be omitted (see FIGS. 2 and 3). FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line Y1-Y1 in FIG. 3 showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line Y2-Y2 in FIG. 3 showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view taken along Y1-Y1 in FIG. 3 showing another structure of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view taken along the line Y2-Y2 in FIG. 3 showing another structure of the semiconductor device according to the second embodiment.

SJ-MOSFET71、72では、エッジ終端領域60の空乏層が拡がり過ぎないようにp-型チャネルストッパ領域40下にnチャネルの場合、n型カラム領域3Cを形成している。電流は抵抗が低い領域を流れるため、電流の大部分が裏面電極11を介して流れる。n型カラム領域3Cやn-型ドリフト領域2の抵抗が低くなると、n型カラム領域3Cやn-型ドリフト領域2を流れる電流が増える可能性がある。通常のnチャネル型MOSFETでは、チャネルストッパ領域がn型であってもよい。実施の形態1において、p-型チャネルストッパ領域40をn-型チャネルストッパ領域とした場合、隣り合うSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72に亘って設けられるn-型チャネルストッパ領域は、n型カラム領域3Cと接する。n-型チャネルストッパ領域がn型カラム領域3Cと接することで、n-型チャネルストッパ領域およびn型カラム領域3Cの抵抗が下がるため、表面81に電流が集中しやすくなる。実施の形態1のように、p-型チャネルストッパ領域40を備える場合は、p-型チャネルストッパ領域40がn型カラム領域3Cと接するため、n-型チャネルストッパ領域を備える場合よりも表面81に流れる電流を抑制することができる。 In the SJ-MOSFETs 71 and 72, in the case of an n-channel, an n-type column region 3C is formed below the p - type channel stopper region 40 so that the depletion layer in the edge termination region 60 does not expand too much. Since the current flows in a region with low resistance, most of the current flows through the back electrode 11. When the resistance of the n-type column region 3C and the n - type drift region 2 becomes lower, the current flowing through the n-type column region 3C and the n - type drift region 2 may increase. In a normal n-channel MOSFET, the channel stopper region may be n-type. In the first embodiment, when the p - type channel stopper region 40 is an n - type channel stopper region, the n - type channel stopper region provided across the adjacent SJ-MOSFET 71 and SJ-MOSFET 72 is an n-type column region. Contact with 3C. Since the n type channel stopper region is in contact with the n type column region 3C, the resistance of the n type channel stopper region and the n type column region 3C is lowered, so that current tends to concentrate on the surface 81. When the p - type channel stopper region 40 is provided as in the first embodiment, since the p - type channel stopper region 40 is in contact with the n type column region 3C, the surface 81 is smaller than when the n - type channel stopper region is provided. It is possible to suppress the current flowing to the

実施の形態1の図8のように、SJ-MOSFET71、72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向の辺と、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合う辺とを平行に接続した場合、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72との間に並列pn領域32、32Bが配置され、電流は抵抗の低いn型カラム領域3、3Bを経由し流れるため、p-型チャネルストッパ領域40およびn型カラム領域3Cに電界および電流が集中することを緩和することができる。一方、実施の形態1の図5および図6のように、SJ-MOSFET71、72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向と、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合う辺とを直交させて接続した場合、ソース側(SJ-MOSFET71)のn型カラム領域3,3Bがp-型チャネルストッパ領域40下のn型カラム領域3Cを介してドレイン側(SJ-MOSFET72)のn型カラム領域3、3Bとほぼ同電位となり、n-型チャネルストッパ領域を備える場合と比較すると表面81の電流は低減するが、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合った辺に電界および電流が集中しやすくなり、耐量が低下しやすくなる。 As shown in FIG. 8 of the first embodiment, the sides in the longitudinal direction of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFETs 71 and 72 and the sides where the SJ-MOSFETs 71 and SJ-MOSFETs 72 are adjacent to each other When connected in parallel, parallel pn regions 32 and 32B are arranged between SJ-MOSFET 71 and SJ-MOSFET 72, and current flows through the low resistance n-type column regions 3 and 3B, so p - type Concentration of electric field and current on channel stopper region 40 and n-type column region 3C can be alleviated. On the other hand, as shown in FIGS. 5 and 6 of the first embodiment, the longitudinal direction of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFETs 71 and 72 and the SJ-MOSFETs 71 and 72 are When connecting adjacent sides perpendicularly, the n-type column regions 3 and 3B on the source side (SJ-MOSFET 71) connect to the drain side (SJ-MOSFET 71) via the n-type column region 3C under the p - type channel stopper region 40. The potential is almost the same as that of the n-type column regions 3 and 3B of the MOSFET 72), and the current on the surface 81 is reduced compared to the case where an n - type channel stopper region is provided. Electric fields and currents tend to concentrate, and withstand capacity tends to decrease.

このため、実施の形態2では、SJ-MOSFET71、72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向と、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72が隣り合う辺とを直交させて接続した場合、SJ-MOSFET71のn型カラム領域3C-1とSJ-MOSFET72のn型カラム領域3C-2との間に、n-型領域(第1導電型の第2半導体領域)65またはp型領域(第2導電型の第3半導体領域)66を設ける。n-型領域65は、p-型チャネルストッパ領域40下の一部の領域にn型カラム領域3を形成せず、n-型ドリフト層2を残すことで形成してもよい。この場合、n-型領域65とn-型ドリフト層2は同じ不純物濃度となる。図9および図10は、n-型領域65を設けた構造を示し、図11および図12は、p型領域66を設けた構造を示す。 Therefore, in the second embodiment, the longitudinal directions of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFETs 71 and 72 are orthogonal to the sides where the SJ-MOSFETs 71 and SJ-MOSFETs 72 are adjacent to each other. When connected, an n - type region (second semiconductor region of first conductivity type) 65 or A p-type region (third semiconductor region of second conductivity type) 66 is provided. The n type region 65 may be formed by leaving the n − type drift layer 2 in a part of the region under the p type channel stopper region 40 without forming the n type column region 3 . In this case, n - type region 65 and n - type drift layer 2 have the same impurity concentration. 9 and 10 show a structure in which an n type region 65 is provided, and FIGS. 11 and 12 show a structure in which a p type region 66 is provided.

-型領域65およびp型領域66は、n型カラム領域3C-1、3C-2と同様にp-型チャネルストッパ領域40と接し、n+型半導体基板1に向かって設けられる。n-型領域65およびp型領域66とn+型半導体基板1との間には、n-型バッファ層21が設けられている。n-型領域65およびp型領域66は、隣り合うSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72の辺に沿ったストライプ形状であってよい。 The n type region 65 and the p type region 66 are provided in contact with the p type channel stopper region 40 and facing the n + type semiconductor substrate 1 similarly to the n type column regions 3C-1 and 3C-2. An n type buffer layer 21 is provided between the n − type region 65 and the p type region 66 and the n + type semiconductor substrate 1. The n type region 65 and the p type region 66 may have a stripe shape along the sides of the adjacent SJ-MOSFET 71 and SJ-MOSFET 72.

-型チャネルストッパ領域40の下部のn型カラム領域3C-1とn型カラム領域3C-2との間にn-型領域65またはp型領域66を設けることにより、ソース側(SJ-MOSFET71)のn型カラム領域3、3Bとドレイン側(SJ-MOSFET72)のn型カラム領域3、3Bとが、同電位になることがなくなり、隣り合った辺に電界・電流が集中することがなく、オン抵抗の増加や耐量低下を防止できる。 By providing an n - type region 65 or a p type region 66 between the n type column region 3C-1 and the n type column region 3C-2 below the p - type channel stopper region 40, the source side (SJ-MOSFET 71 ) and the n-type column regions 3, 3B on the drain side (SJ-MOSFET72) are no longer at the same potential, and electric fields and currents are not concentrated on adjacent sides. , it is possible to prevent an increase in on-resistance and a decrease in withstand capability.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を有する。さらに、p-型チャネルストッパ領域40下のn型カラム領域3C-1、3C-2の間に、n-型領域65またはp型領域66を設けることにより、隣り合った辺に電界および電流が集中することがなく、オン抵抗の増加や耐量低下を防止できる。 As described above, the second embodiment has the same effects as the first embodiment. Furthermore, by providing an n - type region 65 or a p type region 66 between the n type column regions 3C-1 and 3C-2 under the p - type channel stopper region 40, an electric field and a current can be generated on the adjacent sides. There is no concentration, and it is possible to prevent an increase in on-resistance and a decrease in withstand capability.

(実施の形態3)
次に、本発明の実施の形態3にかかる半導体装置について説明する。図13は、実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図13に示すように、同一パッケージ内にSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72を配置して組み立てた構造である。SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72は個別の半導体素子であり、SJ-MOSFET71の裏面電極11とSJ-MOSFET72の裏面電極11は、はんだ19を介してフレーム電極16により電気的に接続されている。フレーム電極16は、リードフレーム、セラミック基板、絶縁基板等であってよい。隣り合うSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72との間には、隙間85が設けられている。
(Embodiment 3)
Next, a semiconductor device according to a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of a semiconductor device according to the third embodiment. As shown in FIG. 13, this is a structure in which an SJ-MOSFET 71 and an SJ-MOSFET 72 are arranged and assembled in the same package. The SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are individual semiconductor elements, and the back electrode 11 of the SJ-MOSFET 71 and the back electrode 11 of the SJ-MOSFET 72 are electrically connected by the frame electrode 16 via the solder 19. The frame electrode 16 may be a lead frame, a ceramic substrate, an insulating substrate, or the like. A gap 85 is provided between adjacent SJ-MOSFET 71 and SJ-MOSFET 72.

図13では、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの短手方向が、隙間85を挟んで同じ方向になるように配置されている。なお、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72のn型カラム領域3、3Bおよびp型カラム領域4、4Bの長手方向が、隙間85を挟んで同じ方向になるように配置してもよい。また、実施の形態1と同様に、図1に示すSJ-MOSFET71、72の隣り合う辺の長さLを、直交する辺の長さMの倍以上の長さ(L≧2M)にすることが好ましい。これにより、電流経路による抵抗増加の低減を図ることができる。 In FIG. 13, the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are arranged so that their lateral directions are in the same direction with a gap 85 in between. Note that the longitudinal directions of the n-type column regions 3 and 3B and the p-type column regions 4 and 4B of the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 may be arranged in the same direction with the gap 85 in between. Further, as in the first embodiment, the length L of the adjacent sides of the SJ-MOSFETs 71 and 72 shown in FIG. is preferred. This makes it possible to reduce the increase in resistance caused by the current path.

実施の形態3のように、同一パッケージ内にSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72を配置して組み立てた構造では、電流が均等に流れやすくなり、実施の形態1、2の半導体装置に比べてオン抵抗を低くすることができる。ただし、実施の形態1、2の半導体装置では、SJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72との間に隙間85がないため、半導体装置の大きさを実施の形態3よりも小さくできる。 In the structure in which the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are arranged and assembled in the same package as in the third embodiment, current flows more easily and the on-resistance is lower than in the semiconductor devices of the first and second embodiments. can be lowered. However, in the semiconductor devices of the first and second embodiments, since there is no gap 85 between the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72, the size of the semiconductor device can be made smaller than that of the third embodiment.

実施の形態3でも、MOSFETに内蔵する寄生ダイオードで双方向の逆耐圧を確保し双方向スイッチングが可能となり、導通時にはMOSFETを動作させることで、負荷の極性電流や極性電圧に応じて各SJ-MOSFET71、72を制御し導通損失を低減することが可能となる。また、従来のMOSFETに比べn型カラム領域3の不純物濃度を一桁上げられ、オン抵抗の大幅な低下が可能となり、例えば、200V以上の耐圧領域でもオン抵抗が低減されることから導通損失が低減する。 In the third embodiment as well, the parasitic diode built into the MOSFET ensures bidirectional reverse breakdown voltage and bidirectional switching is possible.By operating the MOSFET when conductive, each SJ- It becomes possible to control the MOSFETs 71 and 72 and reduce conduction loss. In addition, the impurity concentration in the n-type column region 3 can be increased by one order of magnitude compared to conventional MOSFETs, making it possible to significantly reduce on-resistance. reduce

以上、説明したように、実施の形態3によれば、同一パッケージ内にSJ-MOSFET71とSJ-MOSFET72を配置して組み立てた構造でも、実施の形態1と同様の効果を有する。さらに、SJ-MOSFET71のソース電極10とSJ-MOSFET72のドレイン電極12との間をワイヤー配線(不図示)で均等に接続することでオン抵抗を低くすることができる。 As described above, according to the third embodiment, even a structure in which the SJ-MOSFET 71 and the SJ-MOSFET 72 are arranged and assembled in the same package has the same effect as the first embodiment. Furthermore, the on-resistance can be lowered by uniformly connecting the source electrode 10 of the SJ-MOSFET 71 and the drain electrode 12 of the SJ-MOSFET 72 with wire wiring (not shown).

さらに信頼性を向上させるために、ソース電極10側のSJ-MOSFET71は、電流、電圧を検知して、過電流などから保護する電流センス部などの検知素子を有する高機能構造を備えてもよい。高機能構造には、例えば、電流センス部42、温度センス部43および過電圧保護ダイオード部等の高機能部が配置される。図14は、実施の形態1~3にかかる半導体装置に電流センス部を内蔵した構造を示す上面図である。図15は、実施の形態1~3にかかる半導体装置に温度センス部を内蔵した構造を示す上面図である。図16は、実施の形態1~3にかかる半導体装置に電流センス部および温度センス部を内蔵した構造を示す上面図である。ゲート電極パッド30はSJ-MOSFET71、72の両方に設けられ、ドレイン電極12側のSJ-MOSFET72には高機能部は設けられていない。通常のnチャネル型MOSFETは、ドレイン領域(裏面電極側、n+型半導体基板1に相当)がプラス電位でn+型ソース領域(表面電極側、ソース電極10に相当)が接地電位である。上面にソース電極10を有するSJ-MOSFET71に電流センス部42を内蔵する場合は、電流センス部42に印加するゲート電圧が接地電位に対するものであるため、通常のnチャネル型MOSFETと同じである。なお、上面にドレイン電極12を有するSJ-MOSFET72に電流センス部42を内蔵する場合は、電流センス部42に印加するゲート電圧がドレイン電位(プラス電位)に対するものであるため、ゲート電圧を高くする必要がある。また、上面にソース電極10を有するSJ-MOSFET71に温度センス部43を内蔵する場合は、n+型ソース領域6と温度センス部43との電位差は少ない。なお、上面にドレイン電極12を有するSJ-MOSFET72に温度センス部43を内蔵する場合は、ドレイン電極12に接続するn+型ソース領域6がソース電位ではなくドレイン電位(プラス電位)であるため、ドレイン電極12に接続するn+型ソース領域6と温度センス部43との間に高い電圧が印加されてしまう。これにより、SJ-MOSFET72に高機能部を設けるには、電流センス部42および温度センス部43に対応した制御が必要となる。よって、SJ-MOSFET72には、高機能部は設けなくてよい。図14、図16において、電流センス部42は、ゲート電極パッド30の隣に配置されている。図15,図16において、電流センス部43は、温度検出ダイオード部44と温度検出ダイオード部44に接続されるアノードパッドおよびカソードパッドを含む。アノードパッドおよびカソードパッドは、ケート電極パッド30の隣に並べて設けられ、温度検出ダイオード部44はSJ-MOSFET71の中央部付近に設けられている。なお、図14~図16では、ゲート電極パッド30の隣に電流センス部42と温度センス部43のアノードパッドおよびカソードパッドを設けているが、所望の位置に設けてもよい。また、温度検出ダイオード部44はSJ-MOSFET71の中央部付近に設けられているが、所望の位置に設けてもよい。 In order to further improve reliability, the SJ-MOSFET 71 on the source electrode 10 side may have a highly functional structure that includes a sensing element such as a current sensing section that detects current and voltage and protects against overcurrent. . Highly functional parts such as a current sensing part 42, a temperature sensing part 43, and an overvoltage protection diode part are arranged in the highly functional structure. FIG. 14 is a top view showing a structure in which a current sensing section is built into the semiconductor device according to the first to third embodiments. FIG. 15 is a top view showing a structure in which a temperature sensing section is built into the semiconductor device according to the first to third embodiments. FIG. 16 is a top view showing a structure in which a current sensing section and a temperature sensing section are built into the semiconductor devices according to the first to third embodiments. The gate electrode pad 30 is provided on both SJ-MOSFETs 71 and 72, and no high-performance portion is provided on the SJ-MOSFET 72 on the drain electrode 12 side. In a normal n-channel MOSFET, the drain region (on the back electrode side, corresponding to the n + type semiconductor substrate 1) is at a positive potential, and the n + type source region (on the front electrode side, corresponding to the source electrode 10) is at a ground potential. When the current sensing section 42 is built into the SJ-MOSFET 71 having the source electrode 10 on the upper surface, the gate voltage applied to the current sensing section 42 is with respect to the ground potential, so it is the same as a normal n-channel MOSFET. Note that when the current sensing section 42 is built into the SJ-MOSFET 72 having the drain electrode 12 on the upper surface, the gate voltage is increased because the gate voltage applied to the current sensing section 42 is relative to the drain potential (positive potential). There is a need. Further, when the temperature sensing section 43 is built into the SJ-MOSFET 71 having the source electrode 10 on the upper surface, the potential difference between the n + type source region 6 and the temperature sensing section 43 is small. Note that when the temperature sensing section 43 is built into the SJ-MOSFET 72 having the drain electrode 12 on the upper surface, the n + type source region 6 connected to the drain electrode 12 is not at the source potential but at the drain potential (plus potential). A high voltage is applied between the n + -type source region 6 connected to the drain electrode 12 and the temperature sensing section 43 . Therefore, in order to provide the SJ-MOSFET 72 with a high-performance section, control corresponding to the current sensing section 42 and the temperature sensing section 43 is required. Therefore, the SJ-MOSFET 72 does not need to be provided with a high-performance section. 14 and 16, the current sensing section 42 is arranged next to the gate electrode pad 30. In FIG. 15 and 16, the current sensing section 43 includes a temperature detection diode section 44, an anode pad, and a cathode pad connected to the temperature detection diode section 44. The anode pad and the cathode pad are provided next to the gate electrode pad 30, and the temperature detection diode section 44 is provided near the center of the SJ-MOSFET 71. Note that in FIGS. 14 to 16, the anode pad and cathode pad of the current sensing section 42 and temperature sensing section 43 are provided next to the gate electrode pad 30, but they may be provided at desired positions. Furthermore, although the temperature detection diode section 44 is provided near the center of the SJ-MOSFET 71, it may be provided at any desired position.

図17および図18は、実施の形態1~3にかかる半導体装置の高機能部の詳細を示す上面図である。図17に示すように電流センス部42には、並列pn領域32Cが設けられる。並列pn領域32Cは、活性領域50の並列pn領域32と同じ構造であってもよい。つまり、並列pn領域32Cと並列pn領域32は、n型カラム領域3とp型カラム領域4の幅、不純物濃度が同じである。また、図18に示すように電流センス部42にも、並列pn領域32Cが設けられ、この並列pn領域32Cは、エッジ終端領域60の並列pn領域32Bと同じ構造であってもよい。つまり、並列pn領域32Cと並列pn領域32Bは、n型カラム領域3Bとp型カラム領域4Bの幅、不純物濃度が同じである。 17 and 18 are top views showing details of the high-function parts of the semiconductor devices according to the first to third embodiments. As shown in FIG. 17, the current sensing section 42 is provided with a parallel pn region 32C. Parallel pn region 32C may have the same structure as parallel pn region 32 of active region 50. That is, the parallel pn region 32C and the parallel pn region 32 have the same width and impurity concentration as the n-type column region 3 and the p-type column region 4. Further, as shown in FIG. 18, the current sensing section 42 is also provided with a parallel pn region 32C, and the parallel pn region 32C may have the same structure as the parallel pn region 32B of the edge termination region 60. That is, the parallel pn region 32C and the parallel pn region 32B have the same width and impurity concentration as the n-type column region 3B and the p-type column region 4B.

以上のように、本発明にかかる半導体装置は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful as a high-voltage semiconductor device used in power converters, power supplies for various industrial machines, and the like.

1 n+型半導体基板
2 n-型ドリフト層
3、3B、3C、3C-1、3C-2 n型カラム領域
4、4B p型カラム領域
5 p-型ベース領域
6 n+型ソース領域
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極
9 層間絶縁膜
10 ソース電極
11 裏面電極
12 ドレイン電極
14 コンタクトプラグ
15 バリアメタル
16 フレーム電極
18 トレンチ
19 はんだ
20 フィールド酸化膜
21 バッファ層
27 ゲート配線
28 ガードリング
30 ゲート電極パッド
31 p--型リサーフ領域
32、32B、32C 並列pn領域
33 p++型コンタクト領域
34、35 コンタクトホール
36 ソース電極パッド
38 フィールドプレート
40 p-型チャネルストッパ領域
42 電流センス部
43 温度センス部
44 温度検出ダイオード部
50 活性領域
60 エッジ終端領域
65 n-型領域
66 p型領域
70 半導体装置
71、72 SJ-MOSFET
80 半導体基体
81 表面
85 隙間
110 IGBT
111 ダイオード
112 RB-IGBT
1 n + type semiconductor substrate 2 n - type drift layer 3, 3B, 3C, 3C-1, 3C-2 n type column region 4, 4B p type column region 5 p - type base region 6 n + type source region 7 gate Insulating film 8 Gate electrode 9 Interlayer insulating film 10 Source electrode 11 Back electrode 12 Drain electrode 14 Contact plug 15 Barrier metal 16 Frame electrode 18 Trench 19 Solder 20 Field oxide film 21 Buffer layer 27 Gate wiring 28 Guard ring 30 Gate electrode pad 31 p --- type RESURF regions 32, 32B, 32C Parallel pn region 33 P ++ type contact regions 34, 35 Contact hole 36 Source electrode pad 38 Field plate 40 P - type channel stopper region 42 Current sense section 43 Temperature sense section 44 Temperature detection Diode section 50 Active region 60 Edge termination region 65 N - type region 66 P type region 70 Semiconductor devices 71, 72 SJ-MOSFET
80 Semiconductor base 81 Surface 85 Gap 110 IGBT
111 Diode 112 RB-IGBT

Claims (9)

活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子は、
第1導電型の半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層と、
前記活性領域において、
前記ドリフト層内に設けられ、前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造と、
前記終端構造部において、
前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造と、を備え、
前記第1並列pn構造の表面層に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に設けられた第2導電型のチャネルストッパと、
前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に設けられた、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域と、
を備え、
前記第1半導体素子の前記第2電極と前記第2半導体素子の前記第2電極とが電気的に接続され、
前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが電気的に接続され、
前記第1カラム領域および前記第2カラム領域の長手方向の辺と、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺とが直交することを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor element and a second semiconductor element each have an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region,
a first conductivity type drift layer provided on a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate;
In the active region,
A striped first column region of a first conductivity type provided in the drift layer and facing the semiconductor substrate, and a striped first second column region of a second conductivity type provided in the drift layer. first parallel pn structures repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
In the termination structure part,
a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; and a striped second column region of the second conductivity type provided in the drift layer. a second parallel pn structure in which second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
a second conductivity type base region provided in the surface layer of the first parallel pn structure;
a first conductivity type source region selectively provided in a surface layer of the base region;
a trench penetrating the source region and the base region and reaching the first column region;
a gate electrode provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween;
a first electrode in contact with the source region and the base region;
a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate;
a second conductivity type channel stopper provided on the surface layer of the drift layer of the termination structure;
a first semiconductor region of a first conductivity type that is selectively provided in the drift layer of the termination structure and is in contact with the channel stopper;
Equipped with
the second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected,
The channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are electrically connected at a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other,
A semiconductor device, wherein longitudinal sides of the first column region and the second column region are orthogonal to a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.
前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記第1半導体領域と前記第2半導体素子の前記第1半導体領域との間に、前記第1半導体領域より不純物濃度の低い第1導電型の第2半導体領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 On the side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other, the first semiconductor region is located between the first semiconductor region of the first semiconductor element and the first semiconductor region of the second semiconductor element. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a second semiconductor region of the first conductivity type having a lower impurity concentration than the second semiconductor region. 前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記第1半導体領域と前記第2半導体素子の前記第1半導体領域との間に、第2導電型の第3半導体領域が設けられていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 On the side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other, a second conductivity type is formed between the first semiconductor region of the first semiconductor element and the first semiconductor region of the second semiconductor element. 2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a third semiconductor region. 活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子は、
第1導電型の半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層と、
前記活性領域において、
前記ドリフト層内に設けられ前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造と、
前記終端構造部において、
前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造と、を備え、
前記第1並列pn構造の表面層に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に設けられた第2導電型のチャネルストッパと、
前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に設けられた、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域と、
を備え、
前記第1半導体素子の前記第2電極と前記第2半導体素子の前記第2電極とが電気的に接続され、
前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが電気的に接続され、
前記第1カラム領域および前記第2カラム領域の長手方向の辺と、前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺とが平行であることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor element and a second semiconductor element each have an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region,
a first conductivity type drift layer provided on a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate;
In the active region,
a striped first column region of a first conductivity type provided in the drift layer and provided toward the semiconductor substrate; and a striped first column region of a second conductivity type provided in the drift layer. first parallel pn structures repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
In the termination structure part,
a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; and a striped second column region of the second conductivity type provided in the drift layer. a second parallel pn structure in which second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
a second conductivity type base region provided in the surface layer of the first parallel pn structure;
a first conductivity type source region selectively provided in a surface layer of the base region;
a trench penetrating the source region and the base region and reaching the first column region;
a gate electrode provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween;
a first electrode in contact with the source region and the base region;
a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate;
a second conductivity type channel stopper provided on the surface layer of the drift layer of the termination structure;
a first semiconductor region of a first conductivity type that is selectively provided in the drift layer of the termination structure and is in contact with the channel stopper;
Equipped with
the second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected,
The channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are electrically connected at a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other,
A semiconductor device, wherein a longitudinal side of the first column region and the second column region is parallel to a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.
活性領域と、前記活性領域の外側に配置され、前記活性領域の周囲を囲む終端構造部と、を有する第1半導体素子と第2半導体素子は、
第1導電型の半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型のドリフト層と、
前記活性領域において、
前記ドリフト層内に設けられ前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第1の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第1の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第1並列pn構造と、
前記終端構造部において、
前記ドリフト層内に設けられ、前記ドリフト層の表面から前記半導体基板に向かって設けられるストライプ状の第1導電型の第2の第1カラム領域と、ストライプ状の第2導電型の第2の第2カラム領域とが前記おもて面に平行な方向において繰り返し交互に配置された第2並列pn構造と、を備え、
前記第1並列pn構造の表面層に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通して前記第1の第1カラム領域に達するトレンチと、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記ソース領域および前記ベース領域に接する第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
前記終端構造部の前記ドリフト層の表面層に設けられた第2導電型のチャネルストッパと、
前記終端構造部の前記ドリフト層内に選択的に設けられた、前記チャネルストッパと接する第1導電型の第1半導体領域と、
を備え、
前記第1半導体素子の前記第2電極および前記第2半導体素子の前記第2電極は、フレーム電極と電気的に接続され、
前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺において、前記第1半導体素子の前記チャネルストッパと前記第2半導体素子の前記チャネルストッパとが離れていることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor element and a second semiconductor element each have an active region and a termination structure disposed outside the active region and surrounding the active region,
a first conductivity type drift layer provided on a front surface of a first conductivity type semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate;
In the active region,
a striped first column region of a first conductivity type provided in the drift layer and provided toward the semiconductor substrate; and a striped first column region of a second conductivity type provided in the drift layer. first parallel pn structures repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
In the termination structure part,
a striped second first column region of the first conductivity type provided in the drift layer and provided from the surface of the drift layer toward the semiconductor substrate; and a striped second column region of the second conductivity type provided in the drift layer. a second parallel pn structure in which second column regions are repeatedly and alternately arranged in a direction parallel to the front surface;
a second conductivity type base region provided in the surface layer of the first parallel pn structure;
a first conductivity type source region selectively provided in a surface layer of the base region;
a trench penetrating the source region and the base region and reaching the first column region;
a gate electrode provided inside the trench with a gate insulating film interposed therebetween;
a first electrode in contact with the source region and the base region;
a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate;
a second conductivity type channel stopper provided on the surface layer of the drift layer of the termination structure;
a first semiconductor region of a first conductivity type that is selectively provided in the drift layer of the termination structure and is in contact with the channel stopper;
Equipped with
The second electrode of the first semiconductor element and the second electrode of the second semiconductor element are electrically connected to a frame electrode,
A semiconductor device, wherein the channel stopper of the first semiconductor element and the channel stopper of the second semiconductor element are separated from each other on a side where the first semiconductor element and the second semiconductor element are adjacent to each other.
前記第1半導体素子と前記第2半導体素子とが隣り合う辺の長さは、前記隣り合う辺と直交する辺の長さの倍以上の長さであることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の半導体装置。 Claims 1 to 5, wherein the length of an adjacent side of the first semiconductor element and the second semiconductor element is at least twice the length of a side perpendicular to the adjacent side. The semiconductor device according to any one of the above. 前記第1半導体素子の第1電極はソース電極であり、前記第2半導体素子の第1電極はドレイン電極であり、
前記第1半導体素子に、検知素子を有する高機能構造を備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の半導体装置。
The first electrode of the first semiconductor element is a source electrode, the first electrode of the second semiconductor element is a drain electrode,
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first semiconductor element includes a highly functional structure having a sensing element.
前記半導体基板と前記ドリフト層、前記第1並列pn領域および前記第2並列pn領域との間には、第1導電型のバッファ層を備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。 6. A buffer layer of a first conductivity type is provided between the semiconductor substrate, the drift layer, the first parallel pn region, and the second parallel pn region. The semiconductor device described in . 前記ベース領域は、前記第1の第2カラム領域の上面に設けられることを特徴とする請求項1~5のいずれか1つに記載の半導体装置。 6. The semiconductor device according to claim 1, wherein the base region is provided on the upper surface of the first and second column regions.
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