JP3452054B2 - MOSFET - Google Patents

MOSFET

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JP3452054B2
JP3452054B2 JP2001215677A JP2001215677A JP3452054B2 JP 3452054 B2 JP3452054 B2 JP 3452054B2 JP 2001215677 A JP2001215677 A JP 2001215677A JP 2001215677 A JP2001215677 A JP 2001215677A JP 3452054 B2 JP3452054 B2 JP 3452054B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、MOSFET(絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ),IGBT(伝導度
変調型トランジスタ),バイポーラトランジスタ,ダイ
オード等に適用可能の高耐圧且つ大電流容量の半導体装
置に関する。 【0002】 【従来の技術】一般に半導体素子は片面に電極部を持つ
横型構造と両面に電極部を持つ縦型構造に大別できる。
例えば、図10は横型構造のSOI(silicon
oninsulator)−MOSFETを示す。この
SOI−MOSFETの構造はnチャネルMOSFET
のオフセット・ゲート構造であり、半導体基体5上の絶
縁膜6の上に形成されたp型のチャネル拡散層7と、チ
ャネル拡散層7の上にゲート絶縁膜10を介して形成さ
れたフィールドプレート付きゲート電極11と、チャネ
ル拡散層7のうちゲート電極11の一端側に形成された
型のソース領域8と、ゲート電極11の他端から
離間した位置に形成されたn型のドレイン領域9
と、ドレイン・ゲート間に延在するn型低濃度ドレイン
領域(ドレイン・ドリフト領域)90と、この低濃度ド
レイン領域90上に形成された厚い絶縁膜12とを有す
る。 【0003】低濃度ドレイン領域90の部分は、MOS
FETがオン状態のときはキャリアを電界によって流す
ドリフト領域として働き、オフ状態のときは空乏化して
電界強度を緩和し耐圧を高める。低濃度ドレイン領域9
0の不純物濃度を高くすることと、その領域90の電流
経路長を短くすることは、ドリフト抵抗が低くなるので
MOSFETの実質的なオン抵抗(ドレイン−ソース抵
抗)を下げる効果に繋がるものの、逆に、p型のチャネ
ル拡散層7とn型低濃度ドレイン領域90とのpn接合
Jaから進行するドレイン−チャネル間空乏層が広がり
難く、シリコンの最大(臨界)電界強度に早く達するた
め、耐圧(ドレイン−ソース電圧)が低下してしまう。
即ち、オン抵抗(電流容量)と耐圧間にはトレードオフ
関係がある。このトレードオフ関係はIGBT,バイポ
ーラトランジスタ,ダイオード等の半導体素子において
も同様に成立することが知られている。 【0004】図11は横型構造のMOSFETの別の構
造を示す。図11(a)はpチャネルMOSFETであ
り、p型半導体層4上に形成されたn型チャネル拡
散層3と、チャネル拡散層3の上にゲート絶縁膜10を
介して形成されたフィールドプレート付きゲート電極1
1と、チャネル拡散層3のうちゲート電極11の一端側
に形成されたp型のソース領域18と、ゲート電極
11の他端側真下にウェル端が位置するp型低濃度ドレ
イン領域(ドレイン・ドリフト領域)14と、ゲート電
極11の他端から離間した位置に形成されたp型の
ドレイン領域19と、p型のソース領域18に隣接
するn型のコンタクト領域71と、p型低濃度ドレ
イン14上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。こ
のような構造においてもウェル状のp型低濃度ドレイン
領域14の電流経路長さと不純物濃度とによりオン抵抗
と耐圧がトレードオフの関係で決定される。 【0005】図11(b)は2重拡散型nチャネルMO
SFETであり、p型半導体層4上に形成されたn
型低濃度ドレイン層(ドレイン・ドリフト層)22と、
低濃度ドレイン層22の上にゲート絶縁膜10を介して
形成されたフィールドプレート付きゲート電極11と、
低濃度ドレイン層22のうちゲート電極11の一端側に
形成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17と、p
型チャネル拡散領域17内にウェル状に形成されたn
型のソース領域8と、ゲート電極11とこれに離間
したn型ドレイン領域9との間の表面層に形成され
たウェル状のp型トップ層24と、n型のソース領
域8に隣接するp型のコンタクト領域72と、p型
トップ層24上に形成された厚い絶縁膜12とを有す
る。このような構造においてもn型低濃度ドレイン層域
22の電流経路長さと不純物濃度とによりオン抵抗と耐
圧がトレードオフの関係で決定される。 【0006】ただし、図11(b)の構造では、n型低
濃度ドレイン層22が下側のp型半導体層4と上側の
p型トップ層24とに挟まれているので、MOSFET
のオフ状態のときにはp型チャネル拡散領域17とのp
n接合Jaからだけでは無く、n型低濃度ドレイン層2
2の上下のpn接合Jb,Jbからも空乏層が広がる。
このため、低濃度ドレイン層22が早く空乏化するの
で、高耐圧構造となっている。その分、低濃度ドレイン
層22の不純物濃度を高くでき、オン抵抗の低減により
電流容量の増大を図ることが可能である。 【0007】他方、縦型構造の半導体素子としては、例
えば図12に示すトレンチゲート型のnチャネルMOS
FETが知られている。この構造は、裏面電極(図示せ
ず)が導電接触したn型ドレイン層29の上に形成
されたn型低濃度ドレイン層39と、低濃度ドレイン層
39の表面側に堀り込まれたトレンチ溝内にゲート絶縁
膜10を介して埋め込まれたトレンチゲート電極21
と、低濃度ドレイン層39の表層にトレンチゲート電極
21の深さ程度に浅く形成されたp型チャネル拡散層2
7と、トレンチゲート電極21の上縁に沿って形成され
たn型ソース領域18と、ゲート電極21を覆う厚
い絶縁膜12とを有する。なお、単層のn 型ドレイ
ン層29に代えて、n型上層とp型下層から成
る2層構造とすると、n型のIGBT構造を得ることが
できる。このような縦型構造においても、低濃度ドレイ
ン層39の部分は、MOSFETがオン状態のときは縦
方向にドリフト電流を成すドリフト領域として働き、オ
フ状態のときは空乏化して耐圧を高めるが、やはり、オ
ン抵抗と耐圧とは低濃度ドレイン層39の厚さと不純物
濃度の如何に支配され、両者間にはトレードオフの関係
にある。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】図13はシリコンのn
チャネルMOSFETの理想耐圧と理想オン抵抗との関
係を示すグラフである。理想耐圧は形状効果によるpn
接合耐圧の低下がないと仮定した。理想オン抵抗は低濃
度ドレイン領域以外の部分の抵抗を無視できるほど小さ
いと仮定した。図13のは図12に示す縦型のnチャ
ネルMOSFETの理想耐圧と理想オン抵抗との関係を
示す。縦型素子はオン時にドリフト電流が流れる方向と
オフ時の逆バイアスによる空乏層が延びて広がる方向と
が同じである。図12の低濃度ドレイン層39のみに着
目すると、オフ時の理想耐圧BVは次式により近似的に
求まる。 BV=E εεSiα(2−α)/2qN (1) E:E(N),不純物濃度Nでのシリ
コンの最大電界強度 ε:真空の誘電率 εSi:シリコンの比誘電率 q:単位電荷 N:低濃度ドレイン領域の不純物濃度 α:係数 (0<α<1) また、オン時の単位面積当たりの理想オン抵抗は次式に
より近似的に求まる。 R=αW/μqN μ:μ(N),不純物濃度Nでの電子の移動度 ここで、W=EεεSi/qNであるの
で、Rは、 R=EεεSiα/μq (2) となる。(1),(2)式よりqNを消去し、αの
最適値として例えば2/3を用いると、 R=BV(27/8E εεSiμ) (3) が得られる。ここに、オン抵抗Rは耐圧BVの二乗に比
例するように見えるが、EやμがNに依存して
いるので、図13のは実際にはBVの2.4〜2.6
乗程度に比例している。 【0009】図13のは図11(a)に示す横型のM
OSFETの構造をnチャネル型に置き換えたMOSF
ETの理想耐圧と理想オン抵抗との関係を示す。このn
チャネル型のMOSFETにおいて、オン時にドリフト
電流の流れる方向は横方向であるのに対し、オフ時に空
乏層の延びる方向はウェル端から横方向ではなく実質的
にウェル底から縦方向(上方向)の方が早い。縦方向に
延びる空乏層で高耐圧を得るには、低濃度ドレイン領域
14とチャネル拡散層3とのpn接合面(ウェル底)か
ら低濃度ドレイン層14の表面(ウェル表面)まで空乏
化されなければならない。従って、低濃度ドレイン領域
14のネットのドーピング量の最大値は、 S=EεεSi/q (4) に制限される。低濃度ドレイン領域14の横方向の長さ
をLとしたとき、理想耐圧BVは、 BV=ELβ (5) となる。ただし、βは未知の係数(0<β<1)であ
る。また、単位面積当たりの理想オン抵抗Rは、 R=L/μqS (6) で近似的に求まる。従って、(5),(6)式からLを
消去して(4)式を代入すると、 R=BV/β εεSiμ (7) 【0010】図13のは図11(b)に示す横型の2
重拡散型のnチャネルMOSFETの構造の理想耐圧と
理想オン抵抗との関係を示す。図11(b)の構造にお
いては、図11(a)の構造にp型トップ層24が設け
られており、上下両側から延びる空乏層により低濃度ド
レイン層22がピンチ的に早期空乏化する。低濃度ドレ
イン領域22のネットドーピング量Sは図11
(a)のそれに比して2倍程度まで高めることが可能で
ある。 S=2EεεSi/q (8) かかる場合の理想オン抵抗Rと理想耐圧BVとの関係は、 R=BV/2β εεSiμ (9) となる。 【0011】図13のはに比べオン抵抗と耐圧のト
レードオフ関係が多少改善されているものの、高々2倍
の濃度にまでしか設定することができず、半導体素子の
電流容量と耐圧の設計自由度は依然として、低いものと
なっている。 【0012】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題
は、ドリフト領域の構造を改善することにより、オン抵
抗と耐圧とのトレードオフ関係を大幅に緩和させて、高
耐圧でありながら、オン抵抗の低減化による電流容量の
増大が可能の半導体装置を提供することにある。 【0013】 【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の講じた手段は、例えばMOSFETの低濃
度ドレイン領域の如く、オン状態でドリフト電流を流す
と共にオフ状態で空乏化するドリフト領域を有する半導
体装置において、そのドリフト領域を図1に模式的に示
す如く、層状構造,繊維状構造ないし蜂の巣構造等の並
行分割構造とすると共に、第1導電型分割ドリフト経路
域1の相隣る同士の側面間(境界)に介在してpn接合
分離する第2導電型仕切領域2を設けたところにある。 【0014】即ち、図1(a)に示す如く、ドリフト領
域は、少なくとも端部において互いに並列接続する2枚
以上のプレート状の第1導電型(例えばn型)分割ドリ
フト経路域1を持つ層状構造の並行ドリフト経路群(分
割ドリフト経路集合体)100と、分割ドリフト経路域
1,1間に介在してpn接合分離するプレート状の第2
導電型(例えばp型)仕切領域2とを有して成る。複数
枚の第2導電型仕切領域2は少なくとも端部において互
いに並列接続している。 【0015】また、図1(b)に示すドリフト領域の構
造は繊維状構造であり、筋状の第1導電型(n型)分割
ドリフト経路域1と、筋状の第2導電型(p型)仕切領
域2とは集合体断面で市松状に配置されている。 【0016】更に、図1(c)に示す第1導電型(n
型)分割ドリフト経路域1は四隅に連結部位1aを有し
ている。 【0017】図1(a)で良く判るように、並行ドリフ
ト経路群100の最側端(最上端又は最下端)の第1導
電型分割ドリフト経路域1の外側に沿ってpn接合分離
する第2導電型側端領域2aを設けても良い。 【0018】半導体装置がオン状態のときは、複数の並
列接続した分割ドリフト経路域1,1を介してドリフト
電流が流れるが、他方、オフ状態のときは第1導電型分
割ドリフト経路域1と第2導電型仕切領域2とのpn接
合からそれぞれ空乏層が第1導電型分割ドリフト経路1
内に広がってこれが空乏化される。一筋の第2導電型仕
切領域2の両側面から空乏端が側方へ広がるので空乏化
が非常に早まる。また第2導電型仕切領域2も同時に空
乏化される。このため、半導体装置は高耐圧となり、n
型分割ドリフト経路域1の不純物濃度を高めることが可
能であるので、オン抵抗の低減を実現できる。特に、本
発明では、一筋の第2導電型仕切領域2の両側面から隣
接する第1導電型分割ドリフト経路域1,1の双方へ空
乏端が進入するようになっており、双方へ広がる空乏端
が分割ドリフト経路域1,1へ有効的に作用しているの
で、空乏層形成のための第2導電型仕切領域2の総占有
幅を半減でき、その分、第1導電型分割ドリフト経路域
1の断面積の拡大を図ることができ、従前に比してオン
抵抗が頗る低減する。第2導電型仕切領域2の占有幅は
僅少であることが好ましい。また、第2導電型仕切領域
2の不純物濃度は低い方が望ましい。第1導電型分割ド
リフト経路域1の単位面積当たりの本数(分割数)を増
やすにつれ、オン抵抗と耐圧とのトレードオフ関係を大
幅に緩和できる。 【0019】本発明において一筋の第1導電型分割ドリ
フト経路域1に関する理想オン抵抗rと理想耐圧BVと
のトレードオフ関係式は、第2導電型仕切領域2の幅を
無限小と仮定すれば、一筋の理想オン抵抗rは(9)式
の理想オン抵抗RのN倍に相当しているので、 r=NR=BV/2β εεSiμ (10) であり、並行ドリフト経路群全体の理想オン抵抗Rと理想耐圧BVの関係は、 R=BV/2Nβ εεSiμ (11) となる。従って、ドリフト領域の分割数Nを多ければ多
い程、オン抵抗の頗る低減した半導体装置を実現できる
ことが判る。 【0020】即ち、本発明は、第2導電型チャネル領域
に形成された第1導電型ソース領域と第2導電型チャネ
ル領域の側壁上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲー
ト電極とを有し、第2導電型チャネル領域と第1導電型
ドレイン領域との間に延在し、オン状態ではドリフト電
流を流すと共にオフ状態では空乏化するドレイン・ドリ
フト領域を有するMOSFETにおいて、ドレイン・ド
リフト領域は、基板の板厚方向に積層される並列接続し
た複数の第1導電型分割ドリフト経路域を持つ並行ドリ
フト経路群と、第1導電型分割ドリフト経路域の相隣る
同士の間に介在する第2導電型仕切領域とを有し、前記
並行ドリフト経路群の最上位及び最下位の第1導電型分
割ドリフト経路域の外側に第2導電型側端領域をそれぞ
れ有して成り、この第2導電型側端領域のネットドーピ
ング量が2×1012cm以下であり、かつ第1導電
型分割ドリフト経路域と第2導電型仕切領域と第2導電
型側端領域との長さが略等しいことを特徴とする。斯か
る構成により、第1導電型分割ドリフト経路域の不純物
濃度を高めても空乏化を早めることができるので、オン
抵抗の低減と共に高耐圧化を実現したMOSFETを提
供できる。 【0021】 【0022】 【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態を添付図
面に基づいて説明する。 【0023】〔実施形態1〕図2(a)は本発明の実施
形態1に係る横型構造のSOI−MOSFETを示す平
面図、図2(b)は図2(a)中のA−A′線で切断し
た状態を示す切断図、図2(c)は図2(a)中のB−
B′線で切断した状態を示す切断図である。 【0024】本例のSOI−MOSFETの構造は、図
10に示す構造と同様に、nチャネルMOSFETのオ
フセット・ゲート構造であり、半導体基体5上の絶縁膜
6の上に形成されたp型のチャネル拡散領域7と、チャ
ネル拡散領域7の上にゲート絶縁膜10を介して形成さ
れたフィールドプレート付きゲート電極11と、チャネ
ル拡散領域7のうちゲート電極11の一端側に形成され
たn型のソース領域8と、ゲート電極11の他端か
ら離間した位置に形成されたn型のドレイン領域9
と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン・ドリフト
領域190と、このドレイン・ドリフト領域190上に
形成された厚い絶縁膜12とを有する。 【0025】本例におけるドレイン・ドリフト領域19
0は、短冊状のn型分割ドリフト経路域1と短冊状のp
型仕切領域2とが平面上で交互に繰り返し配列されたス
トライプ状並行構造となっている。複数のn型分割ドリ
フト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散領域7にp
n接合し、それらの他端はn型のドレイン領域9に
接続しており、n型のドレイン領域9側から分岐し
て並列接続のドリフト経路群100を形成している。並
行ドリフト経路群100の最側端の分割ドリフト経路域
1の外側にはストライプ状のp型側端領域2aが設けら
れており、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿っ
てp型半導体領域2(2a)に挟まれている。また、複
数のp型仕切領域2の一方端はp型のチャネル拡散領域
7に接続し、それらの他端はn型のドレイン領域9
にpn接合しており、p型のチャネル拡散領域7側から
分岐して並列接続となっている。 【0026】MOSFETがオン状態のときは、ゲート
絶縁膜10直下のチャネル反転層13を介してn
のソース領域8から複数のn型分割ドリフト経路域1に
キャリア(電子)が流れ込み、ドレイン・ソース間電圧
による電界でドリフト電流が流れる。他方、オフ状態の
ときはゲート絶縁膜10直下のチャネル反転層13が消
失し、ドレイン・ソース間電圧により、n型分割ドリフ
ト経路域1とp型のチャネル拡散領域7とのpn接合J
a,n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2とのp
n接合Jbからそれぞれ空乏層がn型分割ドリフト経路
域1内に広がってこれが空乏化される。pn接合Jaか
らの空乏端はn型分割ドリフト経路域1内の経路長さ方
向に広がるが、pn接合Jbからの空乏端eはn型分割
ドリフト経路域1内の経路幅方向に広がり、しかも両側
面から空乏端が広がるので空乏化が非常に早まる。また
p型仕切領域2も同時に空乏化される。このため、電界
強度が緩和され、高耐圧となり、その分、n型分割ドリ
フト経路域1の不純物濃度を高めることが可能であるの
で、オン抵抗が低減する。特に、本例では、p型仕切領
域2の両側面から隣接するn型分割ドリフト経路域1,
1の双方へ空乏端eが進入するようになっているので、
空乏層形成のためのp型仕切領域2の総占有幅を半減で
き、その分、n型分割ドリフト経路域1の断面積の拡大
を図ることができ、従前に比してオン抵抗が低減する。
n型分割ドリフト経路域1の単位面積当たりの本数(分
割数)Nを増やすにつれ、オン抵抗と耐圧とのトレード
オフ関係を大幅に緩和できる。2本より3本以上の方が
顕著となる。なお、p型仕切領域2の占有幅は僅少であ
ることが好ましい。 【0027】ここで、理想耐圧BVを例えば100Vと
仮定し、n型分割ドリフト経路域1の不純物濃度N
=3×1015(cm−3),シリコンの最大電界強度
=3×10(V/cm),電子の移動度μ=1
000(cm/V・sec),真空の誘電率ε
=8.8×10−12 (C/V・m),シリコンの比
誘電率εSi=12,単位電荷q=1.6×10
−19 (C)とする。図10に示す低濃度ドレイン領
域90では、長さ6.6μm,厚さ1μmのとき、理想
オン抵抗Rは9.1(mオーム・cm)である。こ
れに対して本例では、n型分割ドリフト経路域1とp型
仕切領域2の幅を例えば10μm,1μm,0.1μm
の値として理想オン抵抗Rを計算すると(β=2/3,
n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の長さを5μ
mと仮定)、 幅10μm,のとき、7.9(mオーム・cm) 幅1μm,のとき、0.8(mオーム・cm) 幅0.1μm,のとき、0.08(mオーム・c
) となり、幅1μm以下になると劇的な低オン抵抗化が可
能である。p型仕切領域2の幅をn型分割ドリフト経路
域1の幅よりも僅少にすれば、なおその効果が顕著とな
る。n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の幅はフ
ォトリソグラフィとイオン注入により現在0.5μm程
度までが量産レベルの限界であるが、微細加工技術の着
実な進展により今後更なる幅寸法の縮小化が可能となる
ので、オン抵抗を顕著に低減できる。 【0028】特に、本例のドリフト領域の構造は、平面
上のストライプ状のpnの繰り返し構造であるため、1
回のフォトリソグラフィーで形成可能であるので、製造
プロセスの簡易化により素子の低コスト化も図ることが
できる。 【0029】〔実施形態2〕図3(a)は本発明の実施
形態2に係る2重拡散型nチャネルMOSFETを示す
平面図、図3(b)は図3(a)中のA−A′線で切断
した状態を示す切断図、図3(c)は図3(a)中のB
−B′線で切断した状態を示す切断図である。 【0030】本例の2重拡散型nチャネルMOSFET
の構造は図11(b)に示す構造を改善したものであ
り、p型又はn型の半導体層4上に形成された
ドレイン・ドリフト領域122と、ドレイン・ドリフト
領域122の上にゲート絶縁膜10を介して形成された
フィールドプレート付きゲート電極11と、ドレイン・
ドリフト領域122のうちゲート電極11の一端側に形
成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17と、p型
チャネル拡散領域17内にウェル状に形成されたn
型のソース領域8と、ゲート電極11に離間したn
型ドレイン領域9と、ドレイン・ドリフト領域122上
に形成された厚い絶縁膜12とを有する。 【0031】本例におけるドレイン・ドリフト領域12
2も、図2に示す実施例1と同様に、短冊状のn型分割
ドリフト経路域1と短冊状のp型仕切領域2とが平面上
で交互に繰り返し配列されたストライプ状の並行構造と
なっている。そして、複数のn型分割ドリフト経路域1
の一方端はp型のチャネル拡散領域17にpn接合し、
それらの他端はn型のドレイン領域9に接続してお
り、n型のドレイン9側から分岐して並列接続の並
行ドリフト経路群100を形成している。並行ドリフト
経路群100の最側端の分割ドリフト経路域1の外側に
はこれを挟み込むためのp型側端領域2aが設けられて
おり、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿ってp
型領域2(2a)に挟まれている。また、複数のp型仕
切領域2の一方端はp型のチャネル拡散領域7に接続
し、それらの他端はn型のドレイン領域9にpn接
合しており、p型のチャネル拡散領域7側から分岐して
並列接続となっている。 【0032】本例においても、オフ状態のときは、pn
接合Jbからの空乏端がn型分割ドリフト経路域1内の
経路幅方向に広がり、しかも両側面から空乏端が広がる
ので空乏化が非常に早まる。また同時にp型仕切領域2
も空乏化される。このため、実施例1と同様に、高耐圧
となり、n型分割ドリフト経路域1の不純物濃度を高め
ることが可能であるので、オン抵抗の低減を実現でき
る。 【0033】ここで、図11(b)に示す従来構造と理
想耐圧100Vで比較してみると、図11(b)に示す
従来構造ではオン抵抗が約0.5(mオーム・c
)であるのに対して、本例の構造では実施例1と
同様に分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2の厚さが
1μm,幅が0.5μmであるとき、オン抵抗が0.4
(mオーム・cm)である。分割ドリフト経路域1
とp型仕切領域2の幅を更に僅少化することによりオン
抵抗の大幅低減が可能である。なお、分割ドリフト経路
域1とp型仕切領域2の厚さを厚くすることで、分割ド
リフト経路1の抵抗断面積を大きくしてオン抵抗の低減
を図ることができる。例えば10μmにすればオン抵抗
は1/10、100μmにすればオン抵抗は1/100
にすることができる。このような厚い領域のドーピング
のためには、同じ部位に複数の(若しくは連続的に異な
る)エネルギーで不純物イオン注入を行えば良い。 【0034】〔実施形態3〕図4(a)は本発明の実施
形態3に係る横型構造のSOI−MOSFETを示す平
面図、図4(b)は図4(a)中のA−A′線で切断し
た状態を示す切断図、図4(c)は図4(a)中のB−
B′線で切断した状態を示す切断図である。 【0035】本例のSOI−MOSFETの構造は、半
導体基体5上の絶縁膜6の上に形成されたp型のチャネ
ル拡散層77と、チャネル拡散層77の側壁上にゲート
絶縁膜10を介して形成されたトレンチゲート電極11
1と、トレンチゲート電極111の上縁に沿って形成さ
れたn型のソース領域88と、トレンチゲート電極
111から離間した位置に形成されたn型のドレイ
ン領域99と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン
・ドリフト領域290と、このドレイン・ドリフト領域
290上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。 【0036】本例におけるドレイン・ドリフト領域29
0は、実施形態1の場合とは異なり、プレート状のn型
分割ドリフト経路域1とプレート状のp型仕切領域2と
が交互に繰り返し積み重ねて積層された重畳並行構造と
なっている。最下位のn型分割ドリフト経路域1の真下
にはp型側端領域2aが形成されており、また最上位の
n型分割ドリフト経路域1の上にもp型側端領域2aが
形成されている。このp型側端領域2aのネットドーピ
ング量は2×1012/cm以下とする。複数のn
型分割ドリフト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散
層77にpn接合し、それらの他端はn型のドレイ
ン領域99に接続しており、n型のドレイン99側
から分岐して並列接続の並行ドリフト経路群100を形
成している。また、複数のp型仕切領域2の一方端はp
型のチャネル拡散層77に接続し、それらの他端はn
型のドレイン領域99にpn接合しており、p型の
チャネル拡散層77側から分岐して並列接続となってい
る。 【0037】この層状構造においても、理想オン抵抗は
前述の(11)式で与えられ、Nはn型分割ドリフト経
路域1の積み重ね枚数である。理想耐圧100Vとした
とき、従来構造(N=1)では、理想オン抵抗R=0.
5(mオーム・cm)であるが、本例ではN=10
の場合、R=0.05(mオーム・cm)となり、
分割数Nに逆比例してオン抵抗が激減する。 【0038】ところで、図2及び図3に示す実施形態の
キーテクノロジーはフォトリソグラフィーとイオン注入
であったのに対し、図4に示す本例のキーテクノロジー
は、プレート状のn型分割ドリフト経路域1とプレート
状のp型仕切領域2とを交互に繰り返し積層するための
結晶成長法である。積層数を増やして行くと総厚が厚く
なり、また結晶成長に要する時間が長くなるため、不純
物の拡散による不純物分布の乱れが無視できなくなる。
理想的には、n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域
2を可能な限り薄く形成し、不純物分布の乱れが無視で
きる位の低温で結晶成長させることが好ましい。そのた
めには、シリコン技術で多用されているエピタキシャル
成長法よりも、ガリウム−砒素等の化合物半導体で用い
られるMOCVD(有機金属気相分解結晶成長法)やM
BE(分子線結晶成長法)が適している。これによれ
ば、層状のn型分割ドリフト経路域1と層状のp型仕切
領域2の層厚を微細化でき、オン抵抗の頗る低減が可能
となる。 【0039】なお、本例の場合、n型分割ドリフト経路
域1とp型仕切領域2を薄く形成し、不純物濃度を高め
ると、チャネル反転層13が形成し難くなり、チャネル
抵抗が下げ難く、結果としてオン抵抗が下げ難い。これ
を改善するためには、n型分割ドリフト経路域1とp型
仕切領域2のうちゲート絶縁膜10に接する部分を局部
的に低濃度領域とすることが有効である。 【0040】〔実施形態4〕図5(a)は本発明の実施
形態4に係る横型構造のMOSFETを示す平面図、図
5(b)は図5(a)中のA−A′線で切断した状態を
示す切断図、図5(c)は図5(a)中のB−B′線で
切断した状態を示す切断図である。 【0041】本例のMOSFETの構造は、p型又
はn型の半導体層4上に形成されたp型のチャネル
拡散層77と、チャネル拡散層77の側壁上にゲート絶
縁膜10を介して形成されたトレンチゲート電極111
と、トレンチゲート電極111の上縁に沿って形成され
たn型のソース領域88と、トレンチゲート電極1
11から離間した位置に形成されたn型のドレイン
領域99と、ドレイン・ゲート間に延在するドレイン・
ドリフト領域290と、このドレイン・ドリフト領域2
90上に形成された厚い絶縁膜12とを有する。 【0042】本例におけるドレイン・ドリフト領域29
0は、実施形態3の場合と同様であり、プレート状のn
型分割ドリフト経路域1とプレート状のp型仕切領域2
とが交互に繰り返し積層された並行構造となっている。
最下位のn型分割ドリフト経路域1の真下にはp型側端
領域2aが形成されており、また最上位のn型分割ドリ
フト経路域1の上にもp型側端領域2aが形成されてい
る。このp型側端領域2aのネットドーピング量は2×
1012/cm以下とする。複数のn型分割ドリフ
ト経路域1の一方端はp型のチャネル拡散層77にpn
接合し、それらの他端はn型のドレイン領域99に
接続しており、n型のドレイン99側から分岐して
並列接続の並行ドリフト経路群100を形成している。
また、複数のp型仕切領域2の一方端はp型のチャネル
拡散層77に接続し、それらの他端はn型のドレイ
ン領域99にpn接合しており、p型のチャネル拡散層
77側から分岐して並列接続となっている。 【0043】本例は実施形態3と同様にオン抵抗の低減
と高耐圧化を図ることができる。なお、本例と図4に示
す実施形態3との関係は、図3に示す実施形態2と図2
に示す実施形態1との関係に相当している。図2の実施
形態に対する図3の実施形態と同じく、本例はSOIで
はない点で低コスト化を図ることができる。 【0044】〔実施形態5〕図6(a)は本発明の実施
形態5に係る横型構造のpチャネルMOSFETを示す
断面図であり、図11(a)の改善例に相当している。 【0045】本例の構造は、p型半導体層4上に形
成されたn型チャネル拡散層3と、チャネル拡散層3の
上にゲート絶縁膜10を介して形成されたフィールドプ
レート付きゲート電極11と、チャネル拡散層3のうち
ゲート電極11の一端側に形成されたp型のソース
領域18と、ゲート電極11の他端側真下にウェル端が
位置するp型ドレイン・ドリフト領域14と、このp型
ドレイン・ドリフト領域14の表層に形成されたn型側
端領域2bと、ゲート電極11の他端から離間した位置
に形成されたp型のドレイン領域19と、p
のソース領域18に隣接するn型のコンタクト領域
71と、p型ドレイン・ドリフト14上に形成された厚
い絶縁膜12とを有する。 【0046】本例の場合、ドレイン領域の分割数は1
で、p型ドレイン・ドリフト領域14は断面上では一筋
の分割ドレイン経路域1に相当している。このp型ドレ
イン・ドリフト領域14の上のn型側端領域2bの厚さ
は空乏化を早めるため薄く形成されている。図11
(a)の構造と比べると、本例ではn型側端領域2bが
形成されており、p型ドレイン・ドリフト領域14の下
側のチャネル拡散層3からの空乏層と上側のn型側端領
域2aからの空乏層とで空乏化を促進するようにしてい
る。図11(a)のドレイン・ドリフト領域14のネッ
トドーピング量は1×1012/cm程度であるの
に対し、本例では約2×1012/cm程度と2倍
になっている。従って、高耐圧化を実現できる分、ドレ
イン・ドリフト領域14の不純物濃度を高めることがで
き、低オン抵抗化が可能である。 【0047】〔実施形態6〕図6(b)は本発明の実施
形態6に係る横型構造のnチャネルMOSFETを示す
断面図であり、図11(b)の改善例に相当している。 【0048】本例は2重拡散型nチャネルMOSFET
であり、p型半導体層4(p型側端領域2a)上に
形成されたドレイン・ドリフト領域22(第1のn型分
割ドリフト経路域1)と、ゲート絶縁膜10を介して形
成されたフィールドプレート付きゲート電極11と、ド
レイン・ドリフト領域22のうちゲート電極11の一端
側に形成されたウェル状のp型チャネル拡散領域17
と、p型チャネル拡散領域17内にウェル状に形成され
たn型のソース領域8と、ゲート電極11とこれに
離間したn型ドレイン領域9との間の表面層に形成
されたp型トップ層24(p型仕切領域2)と、p型仕
切領域2の表層に形成された第2のn型分割ドリフト経
路域1と、n型のソース領域8に隣接するp
のコンタクト領域72と、p型仕切領域2上に形成され
た厚い絶縁膜12とを有する。 【0049】下層のドレイン・ドリフト領域22と上層
の分割ドリフト経路域1はp型仕切領域2を挟んで並列
接続している。図11(b)の構造と比べると、本例で
はp型仕切領域2の上に分割ドリフト経路域1を並設し
た点にある。前述したように、p型仕切領域2から下層
のドレイン・ドリフト領域22と上層の分割ドリフト経
路域1の双方に空乏層が広がるようになっているため、
高耐圧化を図ることができ、その分、オン抵抗を低減さ
せることができる。図11(b)のドリフト領域22の
ネットドーピング量は2×1012/cm程度であ
るのに対し、本例では下層のドレイン・ドリフト領域2
2と上層の分割ドリフト経路域1とのドーピング量を合
わせて、約3×1012/cm程度と1.5倍にす
ることができる。本例の構造によれば、図13中のに
示す理想耐圧と理想オン抵抗とのトレードオフ関係を得
ることができる。明らかに、従来構造に比して理想耐圧
と理想オン抵抗のトレードオフ関係を緩和できることが
判明した。 【0050】なお、実施形態5,6の構造を得るための
製造方法としては、まず、p型半導体層4へのリン
のイオン注入と熱処理(熱拡散)によりn型半導体層3
(22)を形成した後、このn型半導体層3(22)表
面への選択的な硼素のイオン注入と熱処理(熱拡散)に
よってp型領域14(24)を形成し、しかる後、熱酸
化処理を施し、シリコン表面でのリンの偏析による高濃
度化と硼素の酸化膜中への偏析による低濃度化を利用し
て表層に薄いn型側端領域2b(n型分割ドリフト経路
域1)を形成する。n型側端領域2bやn型分割ドリフ
ト経路域1の上層には逆導電型層が隣接していないた
め、空乏化し易くするには薄層であればある程よい。従
って、熱酸化処理工程だけでn型側端領域2b(n型分
割ドリフト経路1)を形成できる利益は、工程数の削減
に寄与し、量産化を可能とする。 【0051】実施形態5においては、n型側端領域2b
がゲート絶縁膜10とドレイン・ドリフト領域14と隔
てているが、これは上記の製造方法を用いているため、
シリコン表層に全面的にn型側端領域2bが形成されて
しまうからである。しかし、n型側端領域2bが薄けれ
ば、ゲート10直下に形成されるチャネル反転層によっ
てドレイン・ドリフト領域14が導通するので問題は起
こらない。 【0052】〔実施形態7〕図7(a)は本発明の実施
形態7に係る縦型構造のトレンチゲート型のnチャネル
MOSFETを示す平面図、図7(b)は図7(a)中
のA−A′線に沿って切断した状態を示す切断図、図8
(a)は図7(a)中のB−B′線に沿って切断した状
態を示す切断図、図8(b)は図7(b)中のC−C′
線に沿って切断した状態を示す切断図、図9(a)は図
7(a)中のD−D′線に沿って切断した状態を示す切
断図、図9(b)は図7(a)中のE−E′線に沿って
切断した状態を示す切断図である。 【0053】本例の構造は、裏面電極(図示せず)が導
電接触したn型ドレイン層29と、この上に形成さ
れたドレイン・ドリフト層139と、ドレイン・ドリフ
ト層139の表面側に堀り込まれたトレンチ溝内にゲー
ト絶縁膜10を介して埋め込まれたトレンチゲート電極
21と、ドレイン・ドリフト層139の表層にトレンチ
ゲート電極21の深さ程度に浅く形成されたp型チャネ
ル層27と、トレンチゲート電極21の上縁に沿って形
成されたn型ソース領域18と、ゲート電極21を
覆う厚い絶縁膜12とを有する。なお、単層のn
ドレイン層29に代えて、n型上層とp型下層
から成る2層構造又はp型層とすると、n型のIGBT
構造を得ることができる。 【0054】本例におけるドレイン・ドリフト層139
は、図8(b)及び図9に示す如く、縦方向にプレート
状のn型分割ドリフト経路域1と縦方向にプレート状の
p型仕切領域2とが交互に繰り返し隣接した横並び並行
構造となっている。複数枚のn型分割ドリフト経路域1
の上端はp型のチャネル拡散層27にpn接合し、それ
らの下端はn型のドレイン層29に接続しており、
型のドレイン層29側から分岐して並列接続の並
行ドリフト経路群100を形成している。図示されてい
ないが、並行ドリフト経路群100の最側端の分割ドリ
フト経路域1の外側にはp型側端領域が設けられてお
り、すべての分割ドリフト経路域1が側面に沿ってp型
仕切領域2又はp型側端領域に挟まれている。また、複
数のp型仕切領域2の上方端はp型のチャネル拡散層2
7に接続し、それらの下端はn型のドレイン層29に
pn接合しており、p型のチャネル拡散層27側から分
岐して並列接続となっている。 【0055】オフ状態のときはゲート絶縁膜10直下の
チャネル反転層13が消失し、ドレイン・ソース間電圧
により、n型分割ドリフト経路域1とp型のチャネル拡
散層27とのpn接合Ja,n型分割ドリフト経路域1
とp型仕切領域2とのpn接合Jbからそれぞれ空乏層
がn型分割ドリフト経路域1内に広がってこれが空乏化
される。pn接合Jaからの空乏端はn型分割ドリフト
経路域1内の経路長さ方向に広がるが、pn接合Jbか
らの空乏端はn型分割ドリフト経路域1内の経路幅方向
に広がり、しかも両側面から空乏端が広がるので空乏化
が非常に早まる。またp型仕切領域2も同時に空乏化さ
れる。特に、p型仕切領域2の両側面から隣接するn型
分割ドリフト経路1,1の双方へ空乏端が進入するよう
になっているので、空乏層形成のためのp型仕切領域2
の総占有幅を半減でき、その分、n型分割ドリフト経路
域1の断面積の拡大を図ることができ、従前に比してオ
ン抵抗が低減する。n型分割ドリフト経路1の単位面積
当たりの本数(分割数)を増やすにつれ、オン抵抗と耐
圧とのトレードオフ関係を大幅に緩和できる。 【0056】理想耐圧100VのnチャネルMOSFE
T(図12に示す従来構造)での理想オン抵抗と比較す
ると、従来構造の場合、図13のにより、理想オン抵
抗R=約0.6(mオーム・cm)であるが、本例
の場合は、n型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2
の深さ(経路長)を約5μm、β=2/3と仮定し、n
型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域2の積層方向の
厚さを例えば10μm,1μm,0.1μmの値として
計算すると、 厚さ10μm,のとき、1.6(mオーム・cm) 厚さ1μm,のとき、0.16(mオーム・cm) 厚さ0.1μm,のとき、0.016(mオーム・cm
) となり、μmオーダでも劇的な低オン抵抗化が可能であ
る。p型仕切領域2の幅をn型分割ドリフト経路域1の
幅よりも僅少にすれば、なおその効果が顕著となる。n
型分割ドリフト経路域1とp型仕切領域の幅はフォトリ
ソグラフィとイオン注入により現在0.5μm 程度ま
でが量産レベルの限界であるが、微細加工技術の着実な
進展により今後更なる幅寸法の縮小化が可能となるの
で、オン抵抗を顕著に低減できる。 【0057】本例のように、縦方向に配列したn型分割
ドリフト経路域1とp型仕切領域2の繰り返し構造は、
横型半導体構造の場合に比して製法上難しい面もある
が、例えば、ドレイン層29の上にエピタキシャル成長
によりn型層を形成した後、そのn型層をストライプ状
に間隔を空けてエッチング除去し、そのエッチング溝を
p型のエピタキシャル成長により埋め、不要部分を研磨
除去する方法を採用することができる。また、中性子線
や飛程の大きい高エネルギー粒子の選択的打ち込みとこ
れによる核変換を利用して選択的に逆導電型領域を深く
形成する方法も考えられる。 【0058】なお、本発明に係る構造は、MOSFET
のドレイン・ドリフト領域に限らず、オン時にドリフト
領域となり、オフ時に空乏化領域となる半導体領域に適
用でき、IGBT,バイポラーラトランジスタ,ダイオ
ード,JFET、サイリスタ,MESFET,HEMT
等の殆ど総ての半導体素子に適用可能である。また、導
電型は逆導電型に適宜変更できる。また、図1では並行
分割ドリフト群として層状、繊維状、網状又は蜂の巣状
を示してあるが、これに限らず、他の繰り返し形状を採
用可能である。 【0059】 【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るMO
SFETにおけるドレイン・ドリフト領域は、基板の板
厚方向に積層される並列接続した複数の第1導電型分割
ドリフト経路域を持つ並行ドリフト経路群と、第1導電
型分割ドリフト経路域の相隣る同士の間に介在する第2
導電型仕切領域とを有し、並行ドリフト経路群の最上位
及び最下位の第1導電型分割ドリフト経路域の外側に第
2導電型側端領域をそれぞれ有して成り、この第2導電
型側端領域のネットドーピング量が2×1012cm
以下であり、かつ第1導電型分割ドリフト経路域と第2
導電型仕切領域と第2導電型側端領域との長さが略等し
いことを特徴とする。斯かる構成により、第1導電型分
割ドリフト経路域の不純物濃度を高めても空乏化を早め
ることができるので、オン抵抗の低減と共に高耐圧化を
実現したMOSFETを提供できる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [0001] BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention
Edge gate type field effect transistor), IGBT (conductivity)
Modulation transistor), bipolar transistor, die
High withstand voltage and large current capacity semiconductor device applicable to diodes
About the installation. [0002] 2. Description of the Related Art Generally, a semiconductor device has an electrode portion on one side.
It can be broadly divided into a horizontal structure and a vertical structure having electrodes on both sides.
For example, FIG. 10 shows an SOI (silicon) having a horizontal structure.
on-insulator-MOSFET. this
SOI-MOSFET structure is n-channel MOSFET
Offset gate structure.
A p-type channel diffusion layer 7 formed on the edge film 6;
Formed on the channel diffusion layer 7 with the gate insulating film 10 interposed therebetween.
Gate electrode 11 with a field plate
Formed on one end side of the gate electrode 11 in the gate diffusion layer 7.
n+Source region 8 and the other end of gate electrode 11
N formed at a spaced position+Drain region 9
And an n-type low-concentration drain extending between the drain and the gate
Region (drain drift region) 90 and this low-concentration
And a thick insulating film 12 formed on the rain region 90.
You. The low-concentration drain region 90 is formed by a MOS
Carrier flows by electric field when FET is on
Acts as a drift region and depletes when off
Relax electric field strength and increase withstand voltage. Low concentration drain region 9
0 and the current in the region 90 is increased.
Shortening the path length reduces the drift resistance,
The substantial on-resistance of the MOSFET (drain-source resistance
Anti-) lowering effect, but on the contrary, p-type channel
Junction between the diffusion layer 7 and the n-type low concentration drain region 90
The depletion layer between the drain and the channel that progresses from Ja expands
Difficult to reach the maximum (critical) electric field strength of silicon quickly
As a result, the breakdown voltage (drain-source voltage) decreases.
That is, there is a trade-off between the ON resistance (current capacity) and the breakdown voltage.
Have a relationship. This trade-off relationship is IGBT, bipo
For semiconductor devices such as transistors, diodes, etc.
Is also known to hold in a similar manner. FIG. 11 shows another structure of a lateral type MOSFET.
Show the structure. FIG. 11A shows a p-channel MOSFET.
, PChannel formed on the semiconductor layer 4
A gate insulating film on the diffusion layer and the channel diffusion layer;
Gate electrode 1 with field plate formed via
1 and one end side of the gate electrode 11 in the channel diffusion layer 3
Formed in+Source region 18 and gate electrode
11 is a p-type low-concentration drain whose well end is located directly below the other end.
In region (drain drift region) 14 and gate electrode
P formed at a position separated from the other end of the pole 11+Type
The drain region 19 and p+Adjacent to the source region 18 of the mold
Do n+Contact region 71 and p-type low concentration drain
And a thick insulating film 12 formed on the in 14. This
Well-type p-type low-concentration drain
The on-resistance depends on the current path length of the region 14 and the impurity concentration.
And the breakdown voltage are determined in a trade-off relationship. FIG. 11B shows a double diffusion type n-channel MO.
SFET, pFormed on the type semiconductor layer 4
Type low concentration drain layer (drain / drift layer) 22;
On the low concentration drain layer 22 via the gate insulating film 10
A gate electrode 11 with a formed field plate;
One end of the gate electrode 11 in the low concentration drain layer 22
The well-shaped p-type channel diffusion region 17 formed is
Formed in a well shape in the channel diffusion region 17
+Type source region 8, gate electrode 11 and spaced apart therefrom
N+Formed in the surface layer between the drain region 9
Well-shaped p-type top layer 24 and n+Source of type
P adjacent to region 8+Contact region 72 and p-type
A thick insulating film 12 formed on the top layer 24
You. Even in such a structure, the n-type low concentration drain layer region
The on-resistance and the resistance to the
The pressure is determined in a trade-off relationship. However, in the structure of FIG.
The concentration drain layer 22 isType semiconductor layer 4 and the upper
Since it is sandwiched between the p-type top layer 24 and the
Is in the off state, p-type channel diffusion region 17 and p
Not only from the n-junction Ja, but also the n-type low concentration drain layer 2
The depletion layer also extends from the upper and lower pn junctions Jb, Jb.
Therefore, the low-concentration drain layer 22 is depleted quickly.
Thus, a high breakdown voltage structure is provided. The low concentration drain
The impurity concentration of the layer 22 can be increased, and the on-resistance can be reduced.
It is possible to increase the current capacity. On the other hand, as a semiconductor device having a vertical structure,
For example, a trench gate type n-channel MOS shown in FIG.
FETs are known. This structure has a back electrode (not shown).
N) is in conductive contact+Formed on the drain layer 29
N-type low concentration drain layer 39 and low concentration drain layer
Gate insulation in trench trench dug on the surface side of 39
Trench gate electrode 21 buried through film 10
And a trench gate electrode on the surface of the lightly doped drain layer 39.
P type channel diffusion layer 2 formed shallow to a depth of about 21
7 and are formed along the upper edge of the trench gate electrode 21.
N+Thickness covering the source region 18 and the gate electrode 21
Insulating film 12. Note that a single layer n +Type dray
N layer instead of+Mold upper layer and p+Mold
With a two-layer structure, an n-type IGBT structure can be obtained.
it can. Even in such a vertical structure, the low concentration drain
When the MOSFET is on, the portion of the
Acts as a drift region that generates a drift current in the
When in the off state, it is depleted to increase the breakdown voltage.
Resistance and breakdown voltage are the thickness of the low concentration drain layer 39 and impurities
Controlled by the concentration, there is a trade-off between the two
It is in. [0008] FIG. 13 shows n of silicon.
The relationship between the ideal withstand voltage and the ideal on-resistance of the channel MOSFET
It is a graph which shows a relationship. Ideal breakdown voltage is pn due to shape effect
It was assumed that there was no reduction in junction breakdown voltage. Ideal ON resistance is low
The resistance of the part other than the drain region is so small that it can be ignored.
I assumed. FIG. 13 shows the vertical n-channel shown in FIG.
The relationship between the ideal withstand voltage and the ideal on-resistance of
Show. The vertical element has a drift current
The direction in which the depletion layer extends and spreads due to the reverse bias when off
Are the same. Only on the low concentration drain layer 39 of FIG.
The ideal breakdown voltage BV in the off state can be approximately calculated by the following equation.
I get it. BV = Ec 2ε0εSiα (2-α) / 2qND          (1) Ec: Ec(ND), Impurity concentration NDSiri in
Maximum electric field strength of the capacitor ε0: Dielectric constant of vacuum εSi: Dielectric constant of silicon q: unit charge ND: Impurity concentration of low concentration drain region α: coefficient (0 <α <1) The ideal on-resistance per unit area at the time of on is given by
It can be more approximated. R = αW / μqND μ: μ (ND), Impurity concentration NDMobility of electrons in Where W = Ecε0εSi/ QNDIs
And R is R = Ecε0εSiα / μq2ND 2                    (2) Becomes From equations (1) and (2), qNDAnd remove α
If, for example, 2/3 is used as the optimum value, R = BV2(27 / 8Ec 3ε0εSiμ) (3) Is obtained. Here, the on-resistance R is equal to the square of the breakdown voltage BV.
Seems like an example, but EcAnd μ is NDDepends on
FIG. 13 actually shows BV values of 2.4 to 2.6.
It is proportional to the power. FIG. 13 shows a horizontal type M shown in FIG.
MOSF with OSFET structure replaced with n-channel type
The relationship between the ideal withstand voltage of ET and the ideal on-resistance is shown. This n
Drift when on in channel type MOSFET
The current flows in the horizontal direction, while the
The direction in which the depleted layer extends is not lateral but substantially from the edge of the well
In the vertical direction (upward) from the bottom of the well is faster. Vertically
To obtain a high breakdown voltage with the extended depletion layer, use a low-concentration drain region.
Pn junction surface (well bottom) between channel 14 and channel diffusion layer 3
Depletion to the surface of the low concentration drain layer 14 (well surface)
Must be transformed. Therefore, the low concentration drain region
The maximum value of the doping amount of the 14 nets is SD= Ecε0εSi/ Q (4) Is limited to Lateral length of low concentration drain region 14
Is L, the ideal breakdown voltage BV is BV = EcLβ (5) Becomes Where β is an unknown coefficient (0 <β <1)
You. Also, the ideal on-resistance R per unit area is R = L2/ ΜqSD                                  (6) Approximately. Therefore, L is calculated from the equations (5) and (6).
After erasure and substituting equation (4), R = BV2/ Β2Ec 3ε0εSiμ (7) FIG. 13 shows a horizontal type 2 shown in FIG.
The ideal breakdown voltage of the structure of the heavy diffusion type n-channel MOSFET and
This shows the relationship with the ideal on-resistance. In the structure of FIG.
11A, a p-type top layer 24 is provided in the structure of FIG.
And a depletion layer extending from both the upper and lower sides
The rain layer 22 is depleted early in a pinch. Low concentration drain
Net doping amount S of in region 22DFigure 11
It can be increased to about twice that of (a).
is there. SD= 2Ecε0εSi/ Q (8) In such a case, the relationship between the ideal on-resistance R and the ideal withstand voltage BV is as follows. R = BV2/ 2β2Ec 3ε0εSiμ (9) Becomes FIG. 13 shows the relationship between the ON resistance and the breakdown voltage.
Lade-off relationship is slightly improved, but at most twice
Can be set only up to the concentration of
Design flexibility of current capacity and withstand voltage is still low
Has become. In view of the above problems, an object of the present invention is to provide
Improves on-resistance by improving the structure of the drift region.
By greatly relaxing the trade-off between
Despite the withstand voltage, the reduction of the on-resistance
An object is to provide a semiconductor device which can be increased. [0013] Means for Solving the Problems To solve the above problems,
Therefore, the measures taken by the present invention are, for example, the low concentration of the MOSFET.
Drift current flows in the ON state like the drain region
With drift region depleted in off-state together with
FIG. 1 schematically shows the drift region of the body device.
Such as layered structure, fibrous structure or honeycomb structure
A row division structure and a first conductivity type divided drift path
Pn junction interposed between adjacent side surfaces (boundary) in region 1
This is where a second conductivity type partition region 2 to be separated is provided. That is, as shown in FIG.
At least two areas connected in parallel at least at the ends
The above-mentioned plate-shaped first conductivity type (for example, n-type) divided drills
Parallel drift paths having a layered structure with
Split drift path aggregate) 100 and split drift path area
A plate-shaped second intervening between 1, 1 for separating a pn junction
And a conductive type (for example, p-type) partition region 2. Multiple
The second conductive-type partition regions 2 are at least edge-to-edge.
Connected in parallel. The structure of the drift region shown in FIG.
The structure is a fibrous structure, and the first conductive type (n-type) split in a streak shape
Drift path region 1 and stripe-shaped second conductivity type (p-type) partition
The area 2 is arranged in a checkered pattern in the cross section of the aggregate. Further, the first conductivity type (n) shown in FIG.
(Type) Divided drift path region 1 has connecting portions 1a at four corners
ing. As can be clearly seen from FIG.
1st guide of the outermost end (uppermost end or lowermost end) of the
Pn junction separation along the outside of the electric split drift path region 1
A second conductivity type side end region 2a may be provided. When the semiconductor device is on, a plurality of parallel
Drift via column-connected split drift paths 1,1
A current flows, but on the other hand, when in the off state, the first conductivity type
Pn contact between split drift path region 1 and second conductivity type partition region 2
The depletion layer is formed from the first conductivity type divided drift path 1
It spreads inside and is depleted. One second conductive type finish
The depletion edge spreads laterally from both sides of the cutting region 2 so that it is depleted
Very quickly. The second conductivity type partition region 2 is also emptied at the same time.
Depleted. Therefore, the semiconductor device has a high withstand voltage, and n
It is possible to increase the impurity concentration of the mold split drift path region 1.
Therefore, a reduction in on-resistance can be realized. In particular, the book
In the present invention, the second conductive type partition region 2 is adjacent to the side surface from both side surfaces.
Empty to both the first conductivity type divided drift path areas 1 and 1
The depletion end is entering, and the depletion end spreads to both sides
Is effectively acting on the split drift path areas 1, 1
To occupy the second conductivity type partition region 2 for forming a depletion layer.
The width can be halved and the first conductivity type divided drift path region
1 can increase the cross-sectional area, and
The resistance is greatly reduced. The occupied width of the second conductivity type partition region 2 is
Preferably, it is slight. Also, the second conductivity type partition region
It is desirable that the impurity concentration of No. 2 is low. 1st conductivity type split
Increase the number of lift route area 1 per unit area (number of divisions)
The trade-off between on-resistance and breakdown voltage is
Can be reduced to width. In the present invention, a single first conductivity type split drill is provided.
The ideal on-resistance r and the ideal withstand voltage BV for the shift path region 1
Is a trade-off relation of the following formula.
Assuming that it is infinitesimal, the ideal on-resistance r is given by equation (9)
N times the ideal on-resistance R of r = NR = BV2/ 2β2Ec 3ε0εSiμ (10) And the relationship between the ideal on-resistance R and the ideal withstand voltage BV of the entire parallel drift path group is: R = BV2/ 2Nβ2Ec 3ε0εSiμ (11) Becomes Therefore, the larger the number N of divisions of the drift region,
A semiconductor device with extremely low on-resistance can be realized.
You can see that. That is, the present invention provides a second conductivity type channel region.
First conductivity type source region and second conductivity type channel formed in
Gate formed on the side wall of the
A second conductivity type channel region and a first conductivity type.
It extends between the drain region and the
Drain and depletion in the off state
In a MOSFET having a drift region,
The lift area is connected in parallel and stacked in the thickness direction of the substrate.
Parallel drift having a plurality of first conductivity type split drift path regions
Drift path group and adjacent to the first conductivity type divided drift path area
A second conductivity type partition region interposed between them,
Uppermost and lowermost first conductivity type components of the parallel drift path group
A second conductivity type side end region is provided outside the split drift path region.
And the net dope in the second conductive type side end region.
2 × 1012cm2And the first conductive
Mold split drift path region, second conductivity type partition region, and second conductivity
It is characterized in that the length with the mold side end region is substantially equal. Such
The first conductivity type split drift path region
Depletion can be accelerated even if the concentration is increased.
Providing MOSFETs that realize high withstand voltage while reducing resistance
Can be provided. [0021] [0022] BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.
Explanation will be given based on the plane. [Embodiment 1] FIG. 2A shows an embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a horizontal type SOI-MOSFET according to the first embodiment.
2 (b) is cut along the line AA 'in FIG. 2 (a).
FIG. 2 (c) is a cutaway view showing the folded state, and FIG.
It is a sectional view showing the state where it was cut by the B 'line. The structure of the SOI-MOSFET of this embodiment is shown in FIG.
As in the structure shown in FIG.
An insulating film on a semiconductor substrate 5 having a fset gate structure
6, a p-type channel diffusion region 7 formed on
Formed on the tunnel diffusion region 7 with the gate insulating film 10 interposed therebetween.
Gate electrode 11 with a field plate
Formed on one end side of the gate electrode 11 in the gate diffusion region 7.
N+Source region 8 and the other end of gate electrode 11
N formed at a position apart from+Drain region 9
And drain drift extending between drain and gate
Region 190 and on the drain drift region 190
And a thick insulating film 12 formed. The drain drift region 19 in this embodiment
0 indicates a strip-shaped n-type divided drift path region 1 and a strip-shaped p
A pattern in which the mold partition areas 2 are alternately and repeatedly arranged on a plane.
It has a tripe parallel structure. Multiple n-type split drills
One end of the shift path region 1 is connected to the p-type channel diffusion region 7 by p.
n junctions and their other ends are n+Type drain region 9
Connected, n+Branch from the side of the drain region 9 of the mold
Thus, a drift path group 100 connected in parallel is formed. common
Split drift path area at the outermost end of row drift path group 100
1, a striped p-type side end region 2a is provided.
All split drift path areas 1
Between the p-type semiconductor regions 2 (2a). Also,
One end of each of the p-type partition regions 2 is a p-type channel diffusion region.
7 and their other ends are n+Drain region 9
From the p-type channel diffusion region 7 side.
It branches and is connected in parallel. When the MOSFET is on, the gate
N via the channel inversion layer 13 immediately below the insulating film 10+Type
From the source region 8 to the plurality of n-type divided drift path regions 1
Carriers (electrons) flow in, drain-source voltage
Drift current flows in the electric field due to On the other hand,
At this time, the channel inversion layer 13 immediately below the gate insulating film 10 is turned off.
And the drain-source voltage causes the n-type split drift
Junction J between the channel region 1 and the p-type channel diffusion region 7
a, n-type drift path region 1 and p-type partition region 2
The depletion layer is an n-type split drift path from the n-junction Jb
This spreads into zone 1 and is depleted. pn junction Ja
These depletion ends are determined by the path length in the n-type split drift path region 1.
The depletion end e from the pn junction Jb is divided into n-type
Spreads in the width direction of the drift within the drift path area 1, and on both sides
Since the depletion edge extends from the surface, depletion is greatly accelerated. Also
The p-type partition region 2 is also depleted at the same time. Therefore, the electric field
The strength is reduced and the breakdown voltage is increased, and the n-type split
It is possible to increase the impurity concentration in the
Thus, the on-resistance is reduced. In particular, in this example, the p-type partition
N-type split drift path areas 1 and 2 adjoining from both sides of area 2
Since the depletion end e enters both sides of 1
The total occupation width of the p-type partition region 2 for forming the depletion layer can be reduced by half.
The sectional area of the n-type split drift path region 1 is increased accordingly.
, And the on-resistance is reduced as compared with before.
Number of the n-type divided drift path regions 1 per unit area (min.
Trade-off between on-resistance and breakdown voltage as N increases
Off relationship can be greatly eased. 3 or more than 2
Will be noticeable. The occupied width of the p-type partition region 2 is very small.
Preferably. Here, the ideal withstand voltage BV is, for example, 100V.
Assuming that the impurity concentration N in the n-type split drift path region 1D
= 3 × 10Fifteen(Cm-3) 、 Maximum electric field strength of silicon
Ec = 3 × 105(V / cm), electron mobility μ = 1
000 (cm2/ V · sec), dielectric constant ε in vacuum0
= 8.8 × 10-12(C / V · m), ratio of silicon
Dielectric constant εSi= 12, unit charge q = 1.6 × 10
-19(C). Low concentration drain region shown in FIG.
In the region 90, when the length is 6.6 μm and the thickness is 1 μm, the ideal
The on-resistance R is 9.1 (m ohm-cm)2). This
In contrast, in this example, the n-type split drift path region 1 and the p-type
The width of the partition area 2 is, for example, 10 μm, 1 μm, 0.1 μm
When the ideal on-resistance R is calculated as the value of (β = 2/3,
The length of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region is 5 μm.
m), When the width is 10 μm, 7.9 (m ohm-cm2) 0.8 (m ohm · cm) when the width is 1 μm2) When the width is 0.1 μm, 0.08 (m ohm-c
m2) Dramatically lower on-resistance when width is 1μm or less
Noh. n-type divided drift path
If the width is smaller than the width of region 1, the effect is still remarkable.
You. The width of the n-type divided drift path region 1 and the p-type partition region is
Currently about 0.5μm by photolithography and ion implantation
Temperature is the limit of the mass production level,
Substantial progress will enable further width reductions in the future
Therefore, the on-resistance can be significantly reduced. In particular, the structure of the drift region of this embodiment is
Since it has a repeating structure of the upper stripe-shaped pn, 1
Manufacturing because it can be formed by multiple photolithography
Device simplification can also reduce the cost of the device
it can. [Embodiment 2] FIG. 3A shows an embodiment of the present invention.
14 shows a double diffusion type n-channel MOSFET according to a second embodiment.
FIG. 3B is a plan view, and is cut along the line AA ′ in FIG.
FIG. 3 (c) is a cutaway view showing the state of
It is a sectional view showing the state where it was cut by the -B 'line. The double diffusion type n-channel MOSFET of this embodiment
Is an improvement of the structure shown in FIG.
, PType or nFormed on the semiconductor layer 4 of the mold
Drain drift region 122 and drain drift
Formed over region 122 with gate insulating film 10 interposed
A gate electrode 11 with a field plate,
Formed on one end side of the gate electrode 11 in the drift region 122
A well-shaped p-type channel diffusion region 17 thus formed;
N formed in a well shape in the channel diffusion region 17+
Type source region 8 and n spaced apart from gate electrode 11.+
On the drain region 9 and the drain drift region 122
And a thick insulating film 12 formed on the substrate. The drain drift region 12 in this embodiment
2 is a strip-shaped n-type division, similarly to the first embodiment shown in FIG.
Drift path region 1 and strip-shaped p-type partition region 2 are on a plane
And a striped parallel structure alternately and repeatedly arranged with
Has become. And a plurality of n-type split drift path regions 1
Has a pn junction with a p-type channel diffusion region 17,
Their other ends are n+Connected to the drain region 9 of the mold.
, N+From the drain 9 side of the mold
A row drift path group 100 is formed. Parallel drift
Outside the outermost divided drift path area 1 of the path group 100
Is provided with a p-type side end region 2a for sandwiching the
And all the split drift path regions 1 have p along the sides
It is sandwiched between the mold regions 2 (2a). In addition, a plurality of p-type specifications
One end of the cut region 2 is connected to the p-type channel diffusion region 7
And their other ends are n+Pn contact with the drain region 9
And branch off from the p-type channel diffusion region 7 side.
They are connected in parallel. Also in this example, when in the off state, pn
The depletion end from the junction Jb is within the n-type split drift path region 1
Spreads in the width direction of the path, and the depletion ends spread from both sides
So depletion is very fast. At the same time, the p-type partition region 2
Is also depleted. Therefore, similarly to the first embodiment, a high withstand voltage
And the impurity concentration in the n-type split drift path region 1 is increased.
On-resistance can be reduced.
You. Here, the conventional structure shown in FIG.
FIG. 11 (b) shows a comparison at an assumed breakdown voltage of 100V.
With the conventional structure, the on-resistance is about 0.5 (m ohm-c
m2On the other hand, in the structure of the present example,
Similarly, the thicknesses of the divided drift path region 1 and the p-type partition region 2 are
When the width is 1 μm and the width is 0.5 μm, the on-resistance is 0.4
(M ohm-cm2). Split drift path area 1
And by reducing the width of the p-type partition region 2 further
Significant reduction in resistance is possible. Note that the split drift path
By increasing the thickness of the region 1 and the p-type partition region 2,
On-resistance is reduced by increasing the resistance cross section of the lift path 1
Can be achieved. For example, if it is 10 μm, the on-resistance
Is 1/10 or 100 μm, the on-resistance is 1/100
Can be Doping such thick regions
For the same part, multiple (or successively different
Impurity ions may be implanted with energy. [Embodiment 3] FIG. 4A shows an embodiment of the present invention.
FIG. 9 shows a horizontal SOI-MOSFET according to a third embodiment.
4 (b) is cut along the line AA 'in FIG. 4 (a).
FIG. 4 (c) is a cutaway view showing the folded state, and FIG.
It is a sectional view showing the state where it was cut by the B 'line. The structure of the SOI-MOSFET of this example is half
P-type channel formed on insulating film 6 on conductor substrate 5
Diffusion layer 77 and a gate on the side wall of the channel diffusion layer 77.
Trench gate electrode 11 formed via insulating film 10
1 and formed along the upper edge of the trench gate electrode 111.
N+Source region 88 and a trench gate electrode
N formed at a position away from 111+Mold dray
Region 99 and the drain extending between the drain and the gate
Drift region 290 and this drain drift region
290 formed on the insulating film 12. The drain drift region 29 in this embodiment
0 is different from the case of Embodiment 1 and is a plate-shaped n-type.
Divided drift path region 1 and plate-shaped p-type partition region 2
Are stacked alternately and repeatedly.
Has become. Immediately below the lowest n-type split drift path area 1
Is formed with a p-type side end region 2a.
The p-type side end region 2a is also on the n-type split drift path region 1.
Is formed. Net dope of this p-type side end region 2a
2 × 1012/ Cm2The following is assumed. Multiple n
One end of the mold-dividing drift path region 1 has a p-type channel diffusion.
A pn junction to layer 77, the other end of which is n+Mold dray
N region 99+Mold drain 99 side
To form parallel drift paths 100 connected in parallel.
Has formed. One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is p-type.
Type channel diffusion layer 77, the other end of which is n
+Pn junction with the drain region 99 of the p-type,
It is branched from the channel diffusion layer 77 side and connected in parallel.
You. Even in this layered structure, the ideal on-resistance is
N is given by the aforementioned equation (11), and N is an n-type split drift
This is the number of stacked road areas 1. Ideal withstand voltage 100V
At the time, in the conventional structure (N = 1), the ideal on-resistance R = 0.
5 (m ohm-cm2), But in this example, N = 10
In the case of R = 0.05 (m ohm · cm2),
The on-resistance drastically decreases in inverse proportion to the division number N. By the way, in the embodiment shown in FIGS.
Key technologies are photolithography and ion implantation
In contrast, the key technology of this example shown in FIG.
Indicates a plate-shaped n-type split drift path region 1 and a plate
For alternately and repeatedly laminating p-shaped partition regions 2
This is a crystal growth method. The total thickness increases as the number of layers increases
And increase the time required for crystal growth,
Disturbance in impurity distribution due to diffusion of substances cannot be ignored.
Ideally, the n-type split drift path region 1 and the p-type partition region
2 as thin as possible, ignoring disorder in impurity distribution
It is preferable to grow the crystal at a low temperature. That
In order to achieve this, the epitaxial technology often used in silicon technology
Used for compound semiconductor such as gallium-arsenic rather than growth method
MOCVD (metal organic chemical vapor deposition crystal growth method)
BE (molecular beam crystal growth method) is suitable. This
For example, a layered n-type divided drift path region 1 and a layered p-type partition
The thickness of the area 2 can be made finer, and the on-resistance can be greatly reduced.
Becomes In the case of this example, the n-type split drift path
Region 1 and p-type partition region 2 are formed thin to increase impurity concentration
Then, it becomes difficult to form the channel inversion layer 13 and the channel
The resistance is hard to lower, and as a result, the on-resistance is hard to lower. this
In order to improve the n-type split drift path region 1 and the p-type
A portion of the partition region 2 which is in contact with the gate insulating film 10 is locally
It is effective to set the low concentration region in a suitable manner. [Embodiment 4] FIG. 5A shows an embodiment of the present invention.
FIG. 14 is a plan view and a diagram showing a lateral-structure MOSFET according to a fourth embodiment.
5 (b) shows a state cut along the line AA 'in FIG. 5 (a).
FIG. 5C is a sectional view taken along line BB ′ in FIG.
FIG. 4 is a cutaway view showing a cut state. The structure of the MOSFET of this example is pPattern
Is nChannel formed on semiconductor layer 4 of p-type
A gate insulating layer is formed on the side wall of the diffusion layer 77 and the channel diffusion layer 77.
Trench gate electrode 111 formed via edge film 10
And formed along the upper edge of the trench gate electrode 111.
N+Source region 88 and trench gate electrode 1
N formed at a position away from 11+Mold drain
The region 99 and the drain extending between the drain and the gate
Drift region 290 and drain / drift region 2
90 and a thick insulating film 12 formed thereon. The drain drift region 29 in this embodiment
0 is the same as that of the third embodiment, and the plate-like n
Drift path region 1 and plate-shaped p-type partition region 2
Are alternately and repeatedly laminated.
Immediately below the lowest n-type split drift path region 1, the p-type side end
Region 2a is formed, and the uppermost n-type divided
The p-type side end region 2a is also formed on the drift path region 1.
You. The net doping amount of this p-type side end region 2a is 2 ×
1012/ Cm2The following is assumed. Multiple n-type split drifts
One end of the channel region 1 is connected to the p-type channel diffusion layer 77 by pn.
Joined and their other ends n+Type drain region 99
Connected, n+Branch from the mold drain 99 side
A parallel drift path group 100 connected in parallel is formed.
One end of each of the plurality of p-type partition regions 2 is a p-type channel.
Connected to the diffusion layer 77, the other ends of which are n+Mold dray
P-type channel diffusion layer
It branches from the 77 side and is connected in parallel. In this embodiment, the on-resistance is reduced as in the third embodiment.
And high withstand voltage can be achieved. Note that this example and FIG.
The relationship between the second embodiment shown in FIG.
Corresponds to the first embodiment shown in FIG. Implementation of FIG.
As in the embodiment of FIG.
Therefore, cost can be reduced. [Embodiment 5] FIG. 6A shows an embodiment of the present invention.
15 shows a p-channel MOSFET having a horizontal structure according to a fifth embodiment.
It is sectional drawing and corresponds to the improvement example of FIG.11 (a). The structure of this example is represented by pForm on the mold semiconductor layer 4
The formed n-type channel diffusion layer 3 and the channel diffusion layer 3
Field field formed over the gate insulating film 10
Rated gate electrode 11 and channel diffusion layer 3
P formed on one end of the gate electrode 11+Type Source
A well end is formed just below the other end side of the region 18 and the gate electrode 11.
The located p-type drain drift region 14 and the p-type
N-type side formed on the surface layer of drain drift region 14
End region 2b and a position separated from the other end of gate electrode 11
Formed in+Type drain region 19 and p+Type
N adjacent to the source region 18+Mold contact area
71 and the thickness formed on the p-type drain drift 14
Insulating film 12. In the case of this example, the number of divisions of the drain region is one.
Thus, the p-type drain drift region 14 has a straight line on the cross section.
Of the drain path region 1 of FIG. This p-type dress
Thickness of n-type end region 2b on in-drift region 14
Is formed thin to accelerate depletion. FIG.
Compared with the structure of FIG. 7A, in this example, the n-type side end region 2b is
Formed under the p-type drain drift region 14.
Layer from the side channel diffusion layer 3 and the upper n-type side region
The depletion layer from region 2a promotes depletion
You. The net of the drain drift region 14 in FIG.
Doping amount is 1 × 1012/ Cm2Is about
On the other hand, in this example, about 2 × 1012/ Cm2About twice
It has become. Therefore, the drain voltage can be increased to achieve the high withstand voltage.
The impurity concentration of the in-drift region 14 can be increased.
Lower on-resistance can be achieved. [Embodiment 6] FIG. 6B shows an embodiment of the present invention.
15 shows an n-channel MOSFET having a horizontal structure according to a sixth embodiment.
It is sectional drawing and corresponds to the improvement example of FIG.11 (b). This example is a double diffusion type n-channel MOSFET.
And pType semiconductor layer 4 (p-type side end region 2a)
The formed drain drift region 22 (for the first n-type
Split drift path region 1) and a gate insulating film 10
The gate electrode 11 with the field plate formed and the gate
One end of the gate electrode 11 in the rain drift region 22
Well-type p-type channel diffusion region 17 formed on the side
And a well formed in the p-type channel diffusion region 17.
N+Type source region 8, gate electrode 11 and
Separated n+Formed in the surface layer between the drain region 9
P-type top layer 24 (p-type partition region 2) and p-type partition
The second n-type split drift formed on the surface layer of the cut region 2
Road area 1 and n+P adjacent to the source region 8+Type
Formed on the contact region 72 and the p-type partition region 2.
Thick insulating film 12. Lower Drain Drift Region 22 and Upper Layer
Divided drift path areas 1 are parallel with a p-type partition area 2 interposed therebetween.
Connected. Compared to the structure of FIG.
Has divided drift path regions 1 juxtaposed on p-type partition regions 2.
It is in the point. As described above, the lower layer from the p-type partition region 2
Of the drain drift region 22 and the upper layer
Because the depletion layer spreads on both sides of Road 1,
High breakdown voltage can be achieved, and on-resistance is reduced accordingly.
Can be made. The drift region 22 shown in FIG.
Net doping amount is 2 × 1012/ Cm2About
On the other hand, in this embodiment, the lower drain drift region 2
2 and the upper divided drift path region 1
About 3 × 1012/ Cm2About 1.5 times
Can be According to the structure of this example,
The trade-off relationship between ideal breakdown voltage and ideal on-resistance
Can be Clearly, the ideal withstand voltage compared to the conventional structure
Can relax the trade-off relationship between
found. Note that, in order to obtain the structures of Embodiments 5 and 6,
As a manufacturing method, first, pTo the semiconductor layer 4
Implantation and heat treatment (thermal diffusion) of n-type semiconductor layer 3
After forming (22), the n-type semiconductor layer 3 (22)
For selective boron ion implantation and heat treatment (thermal diffusion) on the surface
Therefore, a p-type region 14 (24) is formed, and thereafter, a thermal acid
High concentration due to segregation of phosphorus on the silicon surface
Of low concentration by concentration and boron segregation into oxide film
N-type end region 2b (n-type split drift path)
Region 1) is formed. n-type end region 2b or n-type split drift
There is no reverse conductivity type layer adjacent to the upper layer of
Therefore, in order to facilitate depletion, the thinner the layer, the better. Obedience
Therefore, the n-type side end region 2b (n-type
The advantage of forming the split drift path 1) is that the number of processes is reduced.
To enable mass production. In the fifth embodiment, the n-type side end region 2b
Is separated from the gate insulating film 10 and the drain drift region 14.
However, since this uses the above manufacturing method,
An n-type end region 2b is formed entirely on the silicon surface layer.
It is because. However, the n-type side end region 2b becomes thin.
For example, the channel inversion layer formed immediately below the gate 10
This causes a problem because the drain drift region 14 is conducting.
I won't. [Embodiment 7] FIG. 7A shows an embodiment of the present invention.
Vertical trench type n-channel according to mode 7
FIG. 7B is a plan view showing the MOSFET, and FIG.
FIG. 8 is a sectional view showing a state cut along the line AA ′ of FIG.
FIG. 7A is a sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
FIG. 8B is a cutaway view showing the state, and FIG.
FIG. 9A is a sectional view showing a state of cutting along a line.
7 (a) is a cut showing a state cut along the line DD '.
FIG. 9B is a sectional view taken along line EE ′ in FIG.
FIG. 4 is a cutaway view showing a cut state. In the structure of this embodiment, the back electrode (not shown)
Electrically contacted n+Type drain layer 29 and a layer formed thereon.
Drain drift layer 139 and the drain drift
In the trench formed in the surface of the
Gate electrode buried through the gate insulating film 10
21 and a trench in the surface layer of the drain drift layer 139
A p-type channel formed as shallow as the depth of the gate electrode 21
Along the upper layer 27 and the trench gate electrode 21.
N+Type source region 18 and gate electrode 21
And a thick insulating film 12 covering the same. Note that a single layer n+Type
Instead of the drain layer 29, n+Mold upper layer and p+Mold lower layer
When a two-layered structure or a p-type layer is formed, an n-type IGBT
Structure can be obtained. The drain drift layer 139 in this embodiment
As shown in FIG. 8 (b) and FIG.
N-type split drift path region 1 and plate-like
Side-by-side parallel with p-type partition areas 2 alternately repeated adjacently
It has a structure. A plurality of n-type split drift path regions 1
Has a pn junction with a p-type channel diffusion layer 27,
Their lower end is n+Type drain layer 29,
n+Branch from the side of the drain layer 29 of the
A row drift path group 100 is formed. Illustrated
There is no split drift at the outermost end of the parallel drift path group 100
A p-type side end region is provided outside the
All divided drift path areas 1 are p-type along the side
It is sandwiched by the partition region 2 or the p-type side end region. Also,
The upper ends of the p-type partition regions 2 are p-type channel diffusion layers 2.
7 and their lower ends are n+Type drain layer 29
A pn junction is formed from the p-type channel diffusion layer 27 side.
They are connected in parallel. When in the off state, the gate insulating film 10
The channel inversion layer 13 disappears, and the drain-source voltage
As a result, the n-type split drift path region 1 and the p-type channel expansion
Pn junction Ja with the diffused layer 27, n-type split drift path region 1
Depletion layers from the pn junction Jb of the
Spreads into the n-type split drift path region 1 and this is depleted.
Is done. Depletion end from pn junction Ja is n-type split drift
Spreads in the length direction of the path in the path area 1, but the pn junction Jb
These depletion ends are in the path width direction within the n-type split drift path region 1.
Depletion due to the depletion edge spreading from both sides
Very quickly. Also, the p-type partition region 2 is simultaneously depleted.
It is. In particular, the n-type region adjacent from both sides of the p-type partition region 2
Make sure that the depletion end enters both split drift paths 1 and 1.
, The p-type partition region 2 for forming the depletion layer
And the total occupation width of the n-type split drift path can be reduced by half.
The cross-sectional area of region 1 can be increased, and
Resistance is reduced. Unit area of n-type split drift path 1
As the number of pieces per unit (number of divisions) increases,
The trade-off relationship with pressure can be greatly reduced. An n-channel MOSFE having an ideal withstand voltage of 100 V
T (conventional structure shown in FIG. 12).
Then, in the case of the conventional structure, as shown in FIG.
Anti-R = about 0.6 (m ohm-cm2), But in this example
, The n-type split drift path region 1 and the p-type partition region 2
Is assumed to be about 5 μm and β = 2, and n
In the stacking direction of the mold split drift path region 1 and the p-type partition region 2
Let the thickness be, for example, 10 μm, 1 μm, 0.1 μm
When calculating, 1.6 (m ohm-cm) when the thickness is 10 μm2) 0.16 (m ohm-cm) when the thickness is 1 μm2) When the thickness is 0.1 μm, 0.016 (m ohm · cm
2) And a dramatic reduction in on-resistance is possible even on the order of μm.
You. The width of the p-type partition region 2 is
If the width is smaller than the width, the effect is still remarkable. n
The width of the mold split drift path region 1 and the p-type partition region is
Currently about 0.5 μm by lithography and ion implantation
Is the limit of mass production level, but steady
With the progress, it is possible to further reduce the width dimension in the future
Thus, the on-resistance can be significantly reduced. As in this example, n-type divisions arranged in the vertical direction
The repeating structure of the drift path region 1 and the p-type partition region 2 is as follows:
There are also some difficulties in the manufacturing method compared to the case of the horizontal semiconductor structure
Is, for example, epitaxially grown on the drain layer 29.
After forming an n-type layer, the n-type layer is striped.
Etching away at intervals
Filling by p-type epitaxial growth, polishing unnecessary parts
A removal method can be employed. Neutron beam
Injection of high energy particles with large range and
Selectively deepen the reverse conductivity type region by using nuclear transmutation
A forming method is also conceivable. The structure according to the present invention is a MOSFET
Drift when ON
Region, which is suitable for a semiconductor region that is depleted when turned off.
IGBT, bipolar transistor, diode
, JFET, thyristor, MESFET, HEMT
And so on can be applied to almost all semiconductor devices. In addition,
The electric type can be appropriately changed to a reverse conductivity type. Also, in FIG.
Layered, fibrous, reticulated or honeycomb-shaped as drift groups
However, the present invention is not limited to this.
Is available. [0059] As described above, the MO according to the present invention is
The drain drift region in the SFET is the substrate plate
A plurality of first conductivity type divisions connected in parallel stacked in the thickness direction
A group of parallel drift paths having a drift path region and a first conductive path;
The second interposed between adjacent ones of the mold splitting drift path area
A conductive type partition region, and the highest level of the parallel drift path group
And outside the lowermost first conductivity type split drift path region.
The second conductive type side end region,
The net doping amount in the mold side end region is 2 × 1012cm2
And the first conductivity type divided drift path region and the second
The lengths of the conductive type partition region and the second conductive type side end region are substantially equal.
It is characterized by that. With such a configuration, the first conductivity type component
Depletion is accelerated even if the impurity concentration in the crack drift path region is increased
To reduce the on-resistance and increase the withstand voltage.
An implemented MOSFET can be provided.

【図面の簡単な説明】 【図1】(a)乃至(c)は本発明に係る半導体装置に
おけるドリフト領域の構造をそれぞれ示す模式図であ
る。 【図2】(a)は本発明の実施形態1に係る横型構造の
SOI−MOSFETを示す平面図、(b)は(a)中
のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。 【図3】(a)は本発明の実施形態2に係る2重拡散型
nチャネルMOSFETを示す平面図、(b)は(a)
中のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。 【図4】(a)は本発明の実施形態3に係る横型構造の
SOI−MOSFETを示す平面図、(b)は(a)中
のA−A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は
(a)中のB−B′線で切断した状態を示す切断図であ
る。 【図5】(a)は本発明の実施形態例4に係る横型構造
のMOSFETを示す平面図、(b)は(a)中のA−
A′線で切断した状態を示す切断図、(c)は(a)中
のB−B′線で切断した状態を示す切断図である。 【図6】(a)は本発明の実施形態5に係る横型構造の
pチャネルMOSFETを示す断面図、(b)は本発明
の実施形態6に係る横型構造のnチャネルMOSFET
を示す断面図である。 【図7】(a)は本発明の実施形態例7に係る縦型構造
のトレンチゲート型のnチャネルMOSFETを示す平
面図、(b)は(a)中のA−A′線に沿って切断した
状態を示す切断図である。 【図8】(a)は図7(a)中のB−B′線に沿って切
断した状態を示す切断図、(b)は図7(b)中のC−
C′線に沿って切断した状態を示す切断図である。 【図9】(a)は図7(a)中のD−D′線に沿って切
断した状態を示す切断図、(b)は図7(a)中のE−
E′線に沿って切断した状態を示す切断図である。 【図10】(a)は従来の横型構造のSOI−MOSF
ETを示す平面図、(b)はその断面図である。 【図11】(a)は従来の横型構造のMOSFETの別
の構造を示す断面図、(b)は従来の2重拡散型nチャ
ネルMOSFETの構造を示す断面図である。 【図12】従来のトレンチゲート型のnチャネルMOS
FETを示す断面図である。 【図13】各種のシリコンnチャネルMOSFETの理
想耐圧と理想オン抵抗とのトレードオフ関係を示すグラ
フである。 【符号の説明】 1…n型分割ドリフト経路域 1a…連結部位 2…p型仕切領域 2a…p型側端領域 3…n型チャネル拡散層 4…p型半導体層 5…半導体基体 6…絶縁膜 7…p型チャネル拡散層 8…n型ソース領域 9…n型ドレイン領域 10…ゲート絶縁膜 11…フィールドプレート付きゲート電極 12…厚い絶縁膜 13…チャネル反転層 14…p型低濃度領域 17…p型チャネル拡散領域 18,28…p型ソース領域 19…p型ドレイン領域 21…トレンチゲート電極 22…n型低濃度ドレイン層 24…p型トップ層 27…p型チャネル層 29…n型ドレイン層 39…n型低濃度ドレイン層 71…n型コンタクト領域 72…p型コンタクト領域 77…p型チャネル拡散層 88…n型ソース領域 90…n型低濃度ドレイン領域(ドレイン・ドリフト領
域) 99…p型ドレイン領域 100…並行ドリフト経路群 111…トレンチゲート電極 90,122,139,290…ドレイン・ドリフト領
域 e…空乏端 Ja,Jb…pn接合。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIGS. 1A to 1C are schematic views showing the structure of a drift region in a semiconductor device according to the present invention. FIG. 2A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a lateral structure according to the first embodiment of the present invention, FIG. 2B is a cutaway view showing a state cut along a line AA ′ in FIG. (C) is a cut-away view showing a state cut along the line BB 'in (a). FIG. 3A is a plan view showing a double diffusion type n-channel MOSFET according to a second embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3C is a sectional view showing a state cut along a line AA ′ in FIG. 4C, and FIG. 4C is a sectional view showing a state cut along a line BB ′ in FIG. FIG. 4A is a plan view showing an SOI-MOSFET having a horizontal structure according to a third embodiment of the present invention, FIG. 4B is a sectional view showing a state cut along line AA ′ in FIG. (C) is a cut-away view showing a state cut along the line BB 'in (a). FIG. 5A is a plan view showing a lateral-structure MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention, and FIG.
FIG. 3 is a cutaway view showing a state cut along line A ′, and FIG. 3 (c) is a cutaway view showing a state cut along line BB ′ in FIG. FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a lateral p-channel MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention, and FIG. 6B is a lateral n-channel MOSFET according to a sixth embodiment of the present invention;
FIG. FIG. 7A is a plan view illustrating a trench gate type n-channel MOSFET having a vertical structure according to a seventh embodiment of the present invention, and FIG. 7B is a view taken along line AA ′ in FIG. FIG. 4 is a cutaway view showing a cut state. 8A is a sectional view showing a state cut along the line BB 'in FIG. 7A, and FIG. 8B is a sectional view taken along line C-B in FIG. 7B.
It is a sectional view showing the state where it was cut along line C '. 9 (a) is a cross-sectional view showing a state cut along the line DD ′ in FIG. 7 (a), and FIG. 9 (b) is a cross-sectional view taken along line E-
It is a sectional view showing the state where it was cut along the E 'line. FIG. 10 (a) is a conventional horizontal SOI-MOSF structure;
FIG. 2B is a plan view showing ET, and FIG. 11A is a cross-sectional view showing another structure of a conventional MOSFET having a lateral structure, and FIG. 11B is a cross-sectional view showing the structure of a conventional double-diffusion n-channel MOSFET. FIG. 12 shows a conventional trench gate type n-channel MOS.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an FET. FIG. 13 is a graph showing a trade-off relationship between ideal withstand voltage and ideal on-resistance of various silicon n-channel MOSFETs. [Description of Reference Numerals] 1 ... n-type drift regions 1a ... connecting portion 2 ... p-type partition regions 2a ... p-type-side end region 3 ... n-type channel diffusion layer 4 ... p - -type semiconductor layer 5 ... semiconductor substrate 6 ... Insulating film 7 p-type channel diffusion layer 8 n + type source region 9 n + type drain region 10 gate insulating film 11 gate electrode with field plate 12 thick insulating film 13 channel inversion layer 14 p-type low Concentration region 17 p-type channel diffusion regions 18 and 28 p + -type source region 19 p + -type drain region 21 trench gate electrode 22 n-type low-concentration drain layer 24 p-type top layer 27 p-type channel layer 29 n + type drain layer 39 n type low concentration drain layer 71 n + type contact region 72 p + type contact region 77 p type channel diffusion layer 88 n + type source region 90 n type low concentration drain In region (drain / drift region) 99 p-type drain region 100 parallel drift path group 111 trench gate electrodes 90, 122, 139, 290 drain drift region e depletion end Ja, Jb pn junction.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI H01L 21/338 H01L 29/78 622 29/73 29/72 Z 29/786 29/91 D 29/812 29/80 B 29/861 29/78 301V (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 29/78 H01L 21/336 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI H01L 21/338 H01L 29/78 622 29/73 29/72 Z 29/786 29/91 D 29/812 29/80 B 29 / 861 29/78 301V (58) Field surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) H01L 29/78 H01L 21/336

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 【請求項1】第2導電型チャネル領域に形成された第1
導電型ソース領域と前記第2導電型チャネル領域の側壁
上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極とを有
し、前記第2導電型チャネル領域と第1導電型ドレイン
領域との間に延在し、オン状態ではドリフト電流を流す
と共にオフ状態では空乏化するドレイン・ドリフト領域
を有するMOSFETにおいて、前記ドレイン・ドリフ
ト領域は、基板の板厚方向に積層される並列接続した複
数の第1導電型分割ドリフト経路域を持つ並行ドリフト
経路群と、前記第1導電型分割ドリフト経路域の相隣る
同士の間に介在する第2導電型仕切領域とを有し、前記
並行ドリフト経路群の最上位及び最下位の第1導電型分
割ドリフト経路域の外側に第2導電型側端領域をそれぞ
れ有して成り、この第2導電型側端領域のネットドーピ
ング量が2×1012cm以下であり、かつ第1導電
型分割ドリフト経路域と第2導電型仕切領域と第2導電
型側端領域との長さが略等しいことを特徴とするMOS
FET。
(57) [Claim 1] A first conductive type channel region formed in a channel region.
A conductive type source region and a gate electrode formed on a side wall of the second conductive type channel region with a gate insulating film interposed therebetween, and between the second conductive type channel region and the first conductive type drain region. In a MOSFET having a drain drift region that extends and causes a drift current to flow in an on state and depletes in an off state, the drain drift region is formed by a plurality of first connected first layers stacked in the thickness direction of the substrate. A parallel drift path group having a conductivity type divided drift path area; and a second conductivity type partition area interposed between adjacent ones of the first conductivity type divided drift path area. made has a second-conductivity-type-side end region outside the first conductivity type drift regions of the uppermost and lowermost, respectively, the net doping amount of the second-conductivity-type-side end region of 2 × 10 2 cm 2 or less, and MOS the length of the first conductivity type drift regions and the second conductivity type partition region and the second-conductivity-type-side end region is equal to or substantially equal to
FET.
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