JP4882212B2 - Vertical semiconductor device - Google Patents
Vertical semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP4882212B2 JP4882212B2 JP2004238080A JP2004238080A JP4882212B2 JP 4882212 B2 JP4882212 B2 JP 4882212B2 JP 2004238080 A JP2004238080 A JP 2004238080A JP 2004238080 A JP2004238080 A JP 2004238080A JP 4882212 B2 JP4882212 B2 JP 4882212B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- semiconductor
- column
- conductivity type
- substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Description
本発明は、高耐圧な縦型半導体装置に関するものであり、例えばMOSに好適である。 The present invention relates to a vertical semiconductor device having a high withstand voltage, and is suitable for a MOS, for example.
従来の縦型MOS電界効果トランジスタ等(以下、縦型MOSFETという)の構造を図11に示す(特許文献1参照)。この構造においては、N型半導体領域2とP型半導体領域3とが、基板深さ方向に対して一定の深さを有するトレンチ状に存在し、これらが半導体基板1上に交互に並んで配置されている。これは「スーパージャンクション構造」として知られるコラム構造であり、半導体基板1上にこのコラム構造を有するコラム領域4を形成し、このコラム領域4上に、ソース領域7とゲート領域11とボディ領域6からなるアクティブ領域13を形成することによって、高耐圧かつ低オン抵抗を実現する素子構造とされている。
The structure of a conventional vertical MOS field effect transistor or the like (hereinafter referred to as a vertical MOSFET) is shown in FIG. 11 (see Patent Document 1). In this structure, the N-
このコラム領域の外周部分141においては、N型半導体領域(以下、N型コラム領域2とする)とP型半導体領域(以下、P型コラム領域3とする)との接合耐圧を高めることが重要である。従って、特許文献1においては、N型コラム領域2とP型コラム領域3とが半導体基板1上に交互に並ぶ断面構造において、アクティブ領域13の最外周部分からコラム領域4の終端16までの距離が、コラム構造4の深さと同等以上に設定されている。
図2は、N型コラム領域2とP型コラム領域3とが半導体基板上に交互に並んで構成されたコラム領域4のレイアウト図である。
FIG. 2 is a layout diagram of a
この図に示したように、P型コラム領域3は複数本が短冊状に並べられて構成され、それぞれが多角形とされている。ここでいう短冊状の多角形は対向する一組の長辺を有すると共に、その長辺の両端に位置する短辺を有して構成された形状のものをいう。従って例えば四角形の場合、2組の向かい合う辺のうち一組を引き延ばした形状となり、引き延ばした辺が長辺、他の辺が短辺となる。多角形が六角形の場合は一組の向かい合う辺を引き延ばした形状となり、引き延ばした一組の辺が長辺、他の対向する2組の辺が短辺となる。なお、アクティブ領域13の位置関係を明確にするために、本図中に一点鎖線にしてアクティブ領域13を示してある。
As shown in this figure, the P-
従来は、図2に示すようなN型コラム領域2とP型コラム領域3とが半導体基板上に交互に短冊状に並ぶ構造において、P型コラム領域の長辺に対向する領域のA−A'断面構造に相当する構造が知られている。
Conventionally, in a structure in which N-
しかしながら、前述のP型コラム領域3の短辺に対向する領域の構造、図2に示すB−B'断面構造に相当する構造については、これまで有効な構造が明らかにされていなかった。基板表面においては、アクティブ領域13の最外周部分からコラム領域4の終端部分までの距離は、長くされるほど耐圧に有利なことは自明であるが、半導体装置は一般に微細化が要求され、小型の素子で高耐圧、低オン抵抗を満足できる条件が切望されていた。
However, an effective structure has not been clarified so far for the structure of the region facing the short side of the P-
本発明は上記点に鑑み、N型コラム領域とP型コラム領域とが半導体基板上に交互に並ぶ高耐圧半導体装置において、小型で且つ充分な耐圧とオン抵抗特性を達成できる構造を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above, the present invention provides a structure capable of achieving a small size and sufficient breakdown voltage and on-resistance characteristics in a high breakdown voltage semiconductor device in which N-type column regions and P-type column regions are alternately arranged on a semiconductor substrate. With the goal.
上記目的を達成するため、本発明者が、ボディコンタクト領域の終端で決まるアクティブ領域13の終端17と、コラム領域4におけるP型コラム領域3の短辺側の終端16との距離を終端領域長Lとして検討したところ、この終端領域長Lは、完全空乏化時に前記コラム領域の基板深さ方向に広がる空乏層の深さと同等の距離になるよう離間しなければならないという知見を得た。
In order to achieve the above object, the present inventor determines the distance between the
この知見の概略を簡単な図によって説明する。図3はコラム領域4、即ちN型コラム領域2とP型コラム領域3が交互に配列される構造の断面の一部を示している。この図に示すように、コラム領域4を完全空乏化させるために、N型コラム領域2とP型コラム領域3からなる領域は、基板面に水平な方向においては各々のコラム領域幅(WN、WP)の1/2ずつが互いに空乏化し、基板面に垂直な方向においてはコラム領域の深さ(d)が空乏化するように設計されている。半導体素子の耐圧をコラム構造で設定するためには、基板面に水平な方向に延びる空乏層幅も、基板面に垂直な方向に延びる空乏層幅と同等にする必要がある。このため、ボディコンタクト領域8の終端で定義されるアクティブ領域13の終端17からコラム領域4の終端16までの距離を以下のように設定しなければならない。
The outline of this knowledge will be explained with a simple diagram. FIG. 3 shows a part of a cross section of a structure in which the
コラム構造を有する半導体素子の斜視断面図を示す図4を使って説明する。耐圧時において、基板と水平な方向にアクティブ領域13の終端から広がる空乏層の最外周部、即ち空乏層の終端部は、前述のようにコラム領域終端16よりもN型コラム領域幅(WN)の1/2の長さだけ外側に位置する。従って、アクティブ領域終端部17からコラム領域の深さ(d)に相当する距離よりもN型コラム領域幅(WN)の1/2の長さ分だけ短い距離離間した位置にコラム領域終端部16を配置すれば、P型コラム領域3の短辺に対向する領域に広がる空乏層は、基板面に垂直な方向に延びる空乏層と同等に広がるため、空乏層内部の特定部位に電界集中が発生することはない。
A description will be given with reference to FIG. 4 showing a perspective sectional view of a semiconductor element having a column structure. At the time of withstand voltage, the outermost peripheral portion of the depletion layer extending from the end of the
そこで、アクティブ領域の短辺に対向するアクティブ領域の終端17から、コラム領域の短辺に対向するコラム領域終端16に存在するP/N接合部分までの距離を終端領域長Lと定義すると、数式1を満たせば、設計値よりも耐圧の低い部分が存在せず、充分な耐圧とオン抵抗特性を達成できる縦型半導体装置を最小寸法で設計・製造することが可能となる。
Therefore, if the distance from the
(数1)
L+WN/2≧d
L:終端領域長
WN:N型コラム領域幅
d:コラム構造深さ
そこで、請求項1ないし3に記載の発明では、コラム領域(4)を有する縦型半導体装置において、アクティブ領域の終端(17)となるボディコンタクト領域(8)の終端と、コラム領域終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム領域深さをdと定義して、L≧d−W1/2の式を満たすように構成されたことを特徴としている。
(Equation 1)
L + W N / 2 ≧ d
L: termination region length W N: N-type column region width d: column structure depth Therefore, in the invention according to any one of
このように構成することにより、コラム領域(4)の内部から、コラム領域終端(16)に向けて広がる空乏層の幅を、コラム領域の内部から基板深さ方向に広がる空乏層の幅と同等に広げることが可能となり、コラム構造の短辺に対向する領域中の特定部位での電界集中を回避できるため、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。 With this configuration, the width of the depletion layer extending from the inside of the column region (4) toward the column region end (16) is equal to the width of the depletion layer extending from the inside of the column region in the substrate depth direction. Since it is possible to avoid electric field concentration at a specific portion in the region facing the short side of the column structure, the breakdown voltage of the vertical MOSFET can be improved.
請求項4または5に記載の発明では、第1導電型のSi(110)基板上に形成され、第2導電型の半導体領域(3)の外形(枠)を構成する面が少なくとも1組のSi(111)面を含む縦型半導体装置において、アクティブ領域終端17となるボディコンタクト領域(8)の終端からコラム領域(4)における第2半導体領域(3)の短辺側の終端領域(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、L≧(d−W1/2)/sin35.27の式を満たすように構成されたことを特徴としている。
In the invention according to
また、請求項6に記載の発明では、第1導電型のSi(110)基板上に形成され、第2導電型の半導体領域(3)の外形(枠)を構成する面が少なくとも1組のSi(111)面を含む縦型半導体装置において、アクティブ領域終端(17)となるボディコンタクト領域(8)の終端と、コラム領域(4)における第2半導体領域(3)の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅W1、コラム構造深さをd、ボディ領域深さをdBと定義して、L≧{(d−W1/2)/sin35.27}+(dB/tan35.27)の式を満たすように構成されたことを特徴としている。
According to a sixth aspect of the present invention, at least one set of surfaces forming the outer shape (frame) of the second conductive type semiconductor region (3) is formed on the first conductive type Si (110) substrate. In the vertical semiconductor device including the Si (111) plane, the end of the body contact region (8) serving as the active region termination (17) and the termination of the second semiconductor region (3) on the short side of the column region (4) (16) distance termination region length to L, the first semiconductor region width W 1, the column structure depth d, a body region depth is defined as d B, L ≧ {(d -
これら請求項4ないし6に示す構成により、コラム領域(4)の内部から、コラム領域終端(16)に向けて広がる空乏層を、コラム領域(4)の内部から基板深さ方向に広がる空乏層と同等に広げることが可能となり、コラム構造の短辺に対向する領域中における特定部位での電界集中が回避できるため、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。 According to the structure shown in the fourth to sixth aspects, the depletion layer extending from the inside of the column region (4) toward the end of the column region (16) is depleted from the inside of the column region (4) in the substrate depth direction. Since it is possible to avoid electric field concentration at a specific portion in the region facing the short side of the column structure, the breakdown voltage of the vertical MOSFET can be improved.
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
(第1実施形態)
図1(a)は本発明の第1実施形態における縦型MOSFETの断面図であり、図2に示すP型コラム領域3の短辺に対向する領域のB−B'断面構造に相当する構造である。なお、本実施形態の理解を容易にするために示した図1の(b)は図2に示すP型コラム領域3の長辺に対向する領域のA−A'断面構造に相当する構造であり、従来から知られている構造である。
(First embodiment)
FIG. 1A is a cross-sectional view of a vertical MOSFET according to the first embodiment of the present invention, and a structure corresponding to the BB ′ cross-sectional structure of the region facing the short side of the P-
これらの図に示される縦型MOSFET構造を説明する。縦型MOSFETはN+型の半導体基板上に形成されており、N+型ドレイン領域1、コラム領域4、N+型ソース領域7、P型ボディ領域6、P+型ボディコンタクト領域8、トレンチゲート11、を備えている。
The vertical MOSFET structure shown in these drawings will be described. The vertical MOSFET is formed on an N + type semiconductor substrate, and includes an N +
N+型ドレイン領域1はN+型の半導体基板により構成され、半導体基板の裏面には、例えば、アルミニウムからなる電極部が取り付けられている。
The N + -
N+型ドレイン領域1上には、コラム領域4が位置している。コラム領域4を構成する
コラム構造は、図1(b)に示されるように、P型半導体単結晶からなるP型コラム領域3とN型半導体単結晶からなるN型コラム領域2とが交互に並んで構成されるものである。図1(a)ではコラム領域4のうち、P型コラム領域3のみの断面を図示しているが、実際にはコラム領域4には図面奥行き方向に隣接してN型シリコン単結晶で形成されるN型コラム領域2が存在する。N型コラム領域2は縦型MOSFETのドリフト領域と見なすことができ、ドレイン電流はこのN型コラム領域2を流れる。
A
コラム領域4の外側には、N型半導体領域21が位置している。このN型半導体領域21と図1(a)中のP型コラム領域3との境界がコラム領域終端16となる。コラム領域4上、またはコラム領域4及びコラム領域4の外側のN型半導体単結晶領域21上には、P-型半導体単結晶領域5が位置している。
An N-
P-型半導体単結晶領域5の基板表層部には、図1(b)で示すように、P型ボディ領域6が形成され、このP型ボディ領域6内にはN+ソース領域7、P+ボディコンタクト領域8、トレンチが形成されている。トレンチの側面と底面には例えばシリコン酸化膜等のゲート絶縁膜9が形成され、ポリシリコン等の電極材料10が埋め込まれてトレンチゲート11が形成されている。N+型ソース領域7は、トレンチゲート11の周囲にあって、かつP型ボディ領域6の表面に位置している。このような構成ではトレンチゲート11に電圧を印加すると、P型ボディ領域6のうち、トレンチゲート11の側面に沿った領域、つまりソース領域7とバッファ領域12に挟まれた領域にチャネルが形成されるようになっている。
As shown in FIG. 1B, a P-
P+型ボディコンタクト領域8もP型ボディ領域6の表面に位置している。このP+型ボディコンタクト領域8は、基本的には、各トレンチゲート11の間に配置されたP型ボディ領域6のみに形成されていれば良いが、アクティブ領域13の最外周に位置するP型ボディ領域6の表面についても形勢されている。このようにすれば、アクティブ領域13の最外周に位置するP型ボディ領域6の電位固定を行うことができ、寄生動作が発生しないようにすることが可能となる。
The P + type
また、Nバッファ領域12は、ドリフト領域となるN型コラム領域2とトレンチゲート11とP型ボディ領域6とに接するように設置され、トレンチゲート11はNバッファ領域12に到達するように形成されている。このようなバッファ層12をトレンチゲート11の下方のみでなく、アクティブ領域13全域に形成することも可能であるが、各トレンチゲート11の間に配置されるP型ボディ領域6がP型コラム領域3から電気的に離れ、フローティング状態になってしまうため、トレンチゲート11の下方のみに形成するのが好ましい。
The
以上のように構成された縦型MOSFETにおいて、P+型ボディコンタクト領域8の最外周部分によってきまるアクティブ領域終端部Lから、コラム領域終端部16にあるP/N接合部分までの距離を終端領域長Lと定義し、数式2に示す関係を満たすように、終端領域長だけ離間してアクティブ領域13とN型シリコン単結晶領域21が形成されている。
In the vertical MOSFET configured as described above, the distance from the active region termination portion L determined by the outermost peripheral portion of the P + -type
なお、この数式は上記数式1の右辺におけるWN/2を左辺に移項させたものに相当する。
This equation corresponds to a value obtained by shifting W N / 2 on the right side of
(数2)
L≧d−WN/2
L:終端領域長
WN:N型コラム領域幅
d:コラム構造深さ
更に、N型シリコン単結晶領域21上部であって、P−型半導体単結晶領域5の外側にはN型の単結晶領域22が表面から単結晶領域21に接する形で形成される。この単結晶領域22は、P型コラム領域3の終端位置と同じ位置から、もしくはそれよりも外側からアクティブ領域13の外周側に向かって配置されるようになっている。そして、これら単結晶領域21および22によって素子の最外周が囲まれた構造となる。
(Equation 2)
L ≧ d−W N / 2
L: termination region length W N: N-type column region width d: column structure depth Furthermore, an N-type single crystal is located above the N-type silicon
このような構成により、コラム領域4の内部からコラム領域終端16に向けて広がる空乏層は、コラム領域4の内部から基板深さ方向に広がる空乏層と同等に広げられる。従ってコラム構造の短辺に対向する領域における電界集中が回避でき、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。
With such a configuration, the depletion layer extending from the inside of the
図5は本実施形態における耐圧設計値を約220Vにした縦型MOSFETの、耐圧の終端領域長L依存性を示したグラフである。グラフの縦軸は耐圧、横軸は終端領域長Lを示しており、終端領域長LがL=d−WN/2を境界にして、L<d−WN/2の領域では耐圧値が設計値を満足することができず、L>d−WN/2の領域では耐圧値が設計値でほぼ飽和している。従って、このグラフによって終端領域長Lの最小寸法がL≧d−WN/2で表されることが確認できる。 FIG. 5 is a graph showing the dependency of the breakdown voltage on the termination region length L of a vertical MOSFET having a breakdown voltage design value of about 220V in the present embodiment. The vertical axis of the graph indicates the breakdown voltage, and the horizontal axis indicates the termination region length L. In the region where the termination region length L is L = d−W N / 2 and L <d−W N / 2, the breakdown voltage value is obtained. However, the withstand voltage value is almost saturated with the design value in the region of L> d−W N / 2. Therefore, it can be confirmed from this graph that the minimum dimension of the termination region length L is expressed by L ≧ d−W N / 2.
なお、上述したように、終端領域長Lは、コラム領域4におけるPN接合の繰り返し構造にのみ着目して決定されている。そして、バッファ層12が形成される深さに形成されるバッファ層12とP-型半導体単結晶領域5とによるPN接合の繰り返し構造については考慮されていない。これは、本実施形態に示す縦型MOSFETの耐圧がコラム領域4の深さによって決定され、バッファ層12があったとしても、それによって耐圧が決定される訳ではないためである。したがって、上記のように、コラム領域4におけるPN接合の繰り返し構造にのみ着目して終端領域Lを決定すれば足りる。
As described above, the termination region length L is determined by paying attention only to the repeated structure of the PN junction in the
また、ここでは、コラム構造として、図2−aに示したストライプ構造のものを例に挙げたが、ストライプ構造以外にも、図2−bに示す四角形ドット構造、図2−cに示す六角形ドット構造、図2−dに示す円形ドット構造とすることも可能である。 In addition, here, the column structure having the stripe structure shown in FIG. 2A is taken as an example, but in addition to the stripe structure, a rectangular dot structure shown in FIG. A square dot structure or a circular dot structure shown in FIG.
これらの場合、図2−b〜図2−dにおいて一点鎖線で示したアクティブ領域13と点線で示したコラム領域4の終端部との距離、すなわち終端領域長Lの最小寸法は、ドット毎の間隔をWNとして定義して、上記関係を満たすようなものとされる。
In these cases, the distance between the
また、ゲート構造もコラム構造と同様にストライプ構造やドットの周期的構造をとることが可能であり、また、ストライプ構造とした場合であっても、表面からみてコラム構造と平行な構造に限定されるものではなく、直行もしくは斜めの位置関係となる配置も可能である。 In addition, the gate structure can have a stripe structure or a periodic structure of dots as well as the column structure, and even when it is a stripe structure, it is limited to a structure parallel to the column structure as viewed from the surface. However, it is possible to arrange them in a direct or oblique positional relationship.
(第2実施形態)
図6(a)は本発明の第2実施形態における縦型MOSFETの断面図である。本実施形態は第1実施形態に対して、図1(a)、(b)で示した断面図のうち基板表面にあるP-型半導体単結晶領域5及びNバッファ領域12が存在せず、コラム構造がPボディ領域6の存在しない基板表面に到達している点が異なる。
(Second Embodiment)
FIG. 6A is a sectional view of a vertical MOSFET according to the second embodiment of the present invention. This embodiment is different from the first embodiment in that the P − type semiconductor
基板表面上のレイアウトは第1実施形態と同様、図2に示すP型コラム領域3の短辺に対向する領域のB−B'断面構造に相当する構造である。なお、本実施形態の理解を容易にするために示した図6(b)は図2に示すP型コラム領域3の長辺に対向する領域のA−A'断面構造に相当する構造であり、従来から知られている構造である。
Similar to the first embodiment, the layout on the substrate surface is a structure corresponding to the BB ′ cross-sectional structure of the region facing the short side of the P-
第2実施形態においても第1実施形態と同一の数式2を満たすようにアクティブ領域13とN型シリコン単結晶からなるN型半導体領域21が形成されている。
Also in the second embodiment, an
このようにすることで、第2実施形態においても第1実施形態と同様に、コラム領域4の内部から、コラム領域終端16に向けて広がる空乏層は、コラム領域4の基板深さ方向に広がる空乏層と同等に広げることが可能となり、コラム構造の短辺に対向する領域における電界集中を回避でき、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。
By doing so, the depletion layer extending from the inside of the
(第3実施形態)
図7(a)は本発明の第3実施形態における縦型MOSFETの断面図であり、図8に示すP型コラム領域3の短辺に対向する領域のD−D'断面構造に相当する構造である。なお、本実施形態の理解を容易にするために示した図7の(b)は図8に示すP型コラム領域3の長辺に対向する領域のC−C'断面構造に相当する構造であり、従来から知られている構造である。
(Third embodiment)
FIG. 7A is a cross-sectional view of a vertical MOSFET according to the third embodiment of the present invention, and corresponds to a DD ′ cross-sectional structure in a region facing the short side of the P-
第3実施形態は第1実施形態と同様であるが、コラム構造を形成する際に、Si(110)基板を利用し、エッチング速度の面方位依存性を利用したウエットエッチングによりコラム構造を形成するため、コラム形状が前述の実施形態とは異なっている。その他基本的な構成は第1実施形態とほぼ同様である。 The third embodiment is the same as the first embodiment, but when forming the column structure, the Si (110) substrate is used, and the column structure is formed by wet etching using the surface orientation dependence of the etching rate. Therefore, the column shape is different from that of the above-described embodiment. Other basic configurations are substantially the same as those of the first embodiment.
第1及び第2実施形態では、コラム領域終端部16にあるP/N接合面は、基板面と水平な方向に対して垂直に位置していたが、第3実施形態では、図7(a)に示すように、コラム領域終端部16にあるP/N接合面は基板面と水平な方向に対して35.27°の角度を持つ。空乏層の広がる距離は前述の実施形態と同一で、基板内部においては、アクティブ領域の終端17から前記コラム領域4におけるP型コラム領域3の短辺側の終端16までの距離にN型コラム領域幅WNの1/2の長さを加えた長さだけ空乏層は広がる。基板表面上での終端領域長Lは三角関数を用いて表現され、具体的には以下のように表される。
In the first and second embodiments, the P / N junction surface at the column
まず、コラム領域におけるアクティブ領域の終端17から基板深さ方向に基板面に対する垂線引き、この垂線と、P-型半導体領域5とP型コラム領域3との境界線との交点を起点18とし、コラム深さからN型コラム領域幅WNの1/2の長さを減じた距離を示す円弧を描く。そして、この円弧が接するSi(111)面、即ちコラム領域終端16との接点からコラム領域4の終端に対する法線を引く。この法線と終端領域長Lとsin35.27°の関係から、終端領域長Lは、コラム深さからN型コラム領域幅WNの1/2の長さを減じた距離の1/sin35.27°倍で表される。従って、終端領域長Lは数式3で示される距離になるよう設定される。
First, a vertical line is drawn from the
(数3)
L≧(d−WN/2)/sin35.27
L:終端領域長
WN:N型コラム領域幅
d:コラム構造深さ
このため、P+型ボディコンタクト領域8の最外周部分によってきまるアクティブ領域の終端17から、基板表面におけるコラム領域終端16にあるP/N接合部分までの距離を終端領域長と定義し、数式3を満たす終端領域長Lだけ離間してアクティブ領域13とN型シリコン単結晶からなるN型半導体領域21を形成する。
(Equation 3)
L ≧ (d−W N /2)/sin35.27
L: Termination region length W N: N-type column region width d: Column structure depth Therefore, from the
このような構成により、コラム領域4の内部からコラム領域終端16に向けて広がる空乏層は、コラム領域4から基板深さ方向に広がる空乏層と同等に広げられる。従ってコラム構造の短辺に対向する領域における電界集中を回避でき、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。
With such a configuration, the depletion layer extending from the inside of the
(第4実施形態)
図9(a)は本発明の第4実施形態における縦型MOSFETの断面図である。第3実施形態と異なる部分は、第3実施形態の図7(a)、(b)で示した断面図のうち基板表面にあるP-型半導体領域5及びNバッファ領域12が存在せず、Pボディ領域6がコラム領域4の内部に存在する点である。
(Fourth embodiment)
FIG. 9A is a sectional view of a vertical MOSFET in the fourth embodiment of the present invention. The difference from the third embodiment is that the P −
基板表面上のレイアウトは第3実施形態と同様、図8に示す第2導電型の第2半導体領域3の短辺に対向する領域のD−D'断面構造に相当する構造である。なお、本実施形態の理解を容易にするために示した図9(b)は図2に示す第2導電型の第2半導体領域3の長辺に対向する領域のC−C'断面構造に相当する構造であり、従来から知られている構造である。
Similar to the third embodiment, the layout on the substrate surface is a structure corresponding to the DD ′ cross-sectional structure of the region facing the short side of the second conductivity type
第4実施形態においては、第3実施形態におけるP-型半導体領域5とNバッファ領域12が存在しないため、基板表面に現れる終端領域14のP/N接合面が第3実施形態と比較して外周に位置することになる。即ち、数式3に対して、図9(a)に図示するP型ボディ領域の深さ(dB)を変数とする項(dB/tan35.27)を加えた数式4を満たすようにアクティブ領域13とN型シリコン単結晶領域21が形成されている。
In the fourth embodiment, since the P −
(数4)
L≧{(d−WN/2)/sin35.27}+(dB/tan35.27)
L:終端領域長
WN:N型コラム領域幅
d:コラム構造深さ
dB:P型ボディ領域深さ
このようにすることで、第4実施形態においても第3実施形態と同様に、コラム領域4の内部からコラム領域終端16に向けて広がる空乏層は、基板深さ方向に広がる空乏層と同等に広げることが可能となり、コラム構造の短辺に対向する領域における電界集中を回避でき、縦型MOSFETの耐圧向上が可能となる。
(Equation 4)
L ≧ {(d−W N /2)/sin35.27}+(d B /tan35.27)
L: Termination region length W N: N-type column region width d: Column structure depth d B : P-type body region depth In this way, the column in the fourth embodiment is the same as that in the third embodiment. The depletion layer extending from the inside of the
(第5実施形態)
本実施形態は前述の実施形態におけるコラム領域の角部について、コラム構造の短辺に対向する領域での電界集中を回避し、縦型MOSFETの耐圧向上を図るものである。即ち、図10に示すように、基板上面方向から見てアクティブ領域終端17からの終端領域長Lの範囲が曲率を持って示される部分においては、終端領域長Lの範囲よりもコラムの短辺が外側に位置する様にする。
(Fifth embodiment)
In the present embodiment, electric field concentration in a region facing the short side of the column structure is avoided at the corner of the column region in the above-described embodiment, and the breakdown voltage of the vertical MOSFET is improved. That is, as shown in FIG. 10, in the portion where the range of the termination region length L from the
上記各実施形態で示した終端領域長Lの関係は、コラム領域4の角部についても同様である。つまり、終端領域長Lが数式2、3、4で示されるそれぞれの場合において、基板上面方向から見た耐圧時の空乏層の角部は、アクティブ領域の角部を起点にして円弧状に外周に向かって広がる。このとき、P型コラム領域終端161を終端領域長Lよりも外周部となるように配置すれば、前述の実施形態で示した終端領域長Lを表す数式2、3、4が各実施形態でのコラム領域4の角部において成り立つ。従って、本実施形態に示す構成とすることにより、半導体装置全体において局所的に耐圧の低い部分ができることを回避することができる。
The relationship of the termination region length L shown in the above embodiments is the same for the corners of the
(他の実施形態)
これまではコラム領域4について、P型またはN型コラム領域の幅(WN、WP)、P型またはN型コラム領域の濃度については特に説明しなかったが、基板面内全体のP型またはN型コラム領域の幅(WN、WP)、P型またはN型コラム領域の濃度が一定であってもよい。
(Other embodiments)
Up to now, for the
更に、縦型MOSFETに本発明を適用しているが、他の縦型半導体装置に本発明を適用することもできる。加えて、縦型MOSFETは、N型であるが、P型でもよい。 Furthermore, although the present invention is applied to the vertical MOSFET, the present invention can also be applied to other vertical semiconductor devices. In addition, the vertical MOSFET is an N type, but may be a P type.
1…N+型ドレイン領域、2…N型コラム領域、3…P型コラム領域、4…コラム領域、5…P-型半導体単結晶領域、6…P型ボディ領域、7…N+型ソース領域、8…P+型ボディコンタクト領域、9…ゲート絶縁膜、10…電極材料、11…トレンチゲート、12…N型バッファ領域、13…アクティブ領域、14…終端領域、141…コラム領域の外周部分、16…コラム領域終端、17…アクティブ領域の終端、21…N型半導体領域、161…P型コラム領域終端。
1 ... N + -type drain region, 2 ... N-type column regions, 3 ... P-type column regions, 4 ... column region, 5 ... P - -type semiconductor single crystal regions, 6 ... P-type body region, 7 ... N + -
Claims (6)
第1導電型の半導体基板(1)と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域(4)の外側であって、前記第1導電型の半導体基板(1)上にある第3半導体領域(21)と、
前記コラム領域上または、前記コラム領域上から前記コラム領域の外側に位置する第3半導体領域(21)上に位置する、第2導電型の第4半導体領域(5)と、
前記第4半導体領域の更に外側で、前記第3半導体領域(21)上部で表面から第3半導体領域まで広がる第5半導体領域(22)と、
前記コラム領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記ゲート絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、を備え、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域(6)の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記第1半導体領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、L≧d−W1/2の式を満たすように構成された縦型半導体装置。 A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type semiconductor substrate (1);
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. The plurality of second semiconductor regions are polygons formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions are formed at a predetermined distance from each other. A column region (4) having a column structure in which the first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged on a substrate;
Wherein an outer column regions (4), the third semi-conductive region (21) overlying the first conductivity type semiconductor substrate (1),
The upper column region or located on the third upper half conductive area (21) located outside of the column region from over the column region, a fourth semiconductor region of the second conductivity type (5),
In further outside of the fourth semiconductor region, and the third extending from the semi-conductor region (21) surface at the top to the third semi-conductive region fifth semi conductor region (22),
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the column region ;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
A trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the gate insulating film inside the trench,
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region (6);
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the first semiconductor region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is W 1, the column structure depth is defined as d, configured vertical semiconductor device so as to satisfy the equation L ≧ d-W 1/2 .
第1導電型の半導体基板(1)と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域(4)の外側であって、前記第1導電型の半導体基板(1)上にある第3半導体領域(21)と、
前記コラム領域上または、前記コラム領域上から前記コラム領域の外側に位置する第3半導体領域(21)上に位置する、第2導電型の第4半導体領域(5)と、
前記第4半導体領域の更に外側で、前記第3半導体領域(21)上部で表面から第3半導体領域まで広がる第5半導体領域(22)と、
前記コラム領域上の前記第4半導体領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記ゲート絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、
前記トレンチゲートと前記ボディ領域と前記第1半導体領域が接するように設置された第1導電型のバッファ領域(12)と、を備え、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域(6)の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記バッファ領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、L≧d−W1/2の式を満たすように構成された縦型半導体装置。 A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type semiconductor substrate (1);
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. The plurality of second semiconductor regions are polygons formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions are formed at a predetermined distance from each other. A column region (4) having a column structure in which the first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged on a substrate;
Wherein an outer column regions (4), the third semi-conductive region (21) overlying the first conductivity type semiconductor substrate (1),
The upper column region or located on the third upper half conductive area (21) located outside of the column region from over the column region, a fourth semiconductor region of the second conductivity type (5),
In further outside of the fourth semiconductor region, and the third extending from the semi-conductor region (21) surface at the top to the third semi-conductive region fifth semi conductor region (22),
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the fourth semiconductor region on the column region;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
Inside the trench, a trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the gate insulating film;
A first conductivity type buffer region (12) disposed so that the trench gate, the body region, and the first semiconductor region are in contact with each other;
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region (6);
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the buffer region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is W 1, the column structure depth is defined as d, configured vertical semiconductor device so as to satisfy the equation L ≧ d-W 1/2 .
第1導電型の半導体基板(1)と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、を備え、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記第1半導体領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、
L≧d−W1/2
の式を満たすように構成された縦型半導体装置。 A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type semiconductor substrate (1);
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. The plurality of second semiconductor regions are polygons formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions are formed at a predetermined distance from each other. A column region (4) having a column structure in which the first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged on a substrate;
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the column region;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
A trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the insulating film inside the trench,
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region;
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the first semiconductor region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is W 1 , column structure depth is defined as d,
L ≧ d-W 1/2
A vertical semiconductor device configured to satisfy the formula:
第1導電型のSi(110)基板と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域(4)の外側であって、前記第1導電型の半導体基板(1)上にある第3半導体領域(21)と、
前記コラム領域上または前記コラム領域上から前記コラム領域の外側に位置する第3半導体領域(21)上に位置する、第2導電型の第4半導体領域(5)と、
前記第4半導体領域の更に外側で、前記第3半導体領域(21)上部で表面から第3半導体領域まで広がる第5半導体領域(22)と、
前記コラム領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、を備え、
前記第2半導体領域の外形を構成する面は、少なくとも1組のSi(111)面を含み、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記第1半導体領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、L≧(d−W1/2)/sin35.27の式を満たすように構成された縦型半導体装置。 A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type Si (110) substrate;
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. The plurality of second semiconductor regions are polygons formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions are formed at a predetermined distance from each other. A column region (4) having a column structure in which the first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged on a substrate;
Wherein an outer column regions (4), the third semi-conductive region (21) overlying the first conductivity type semiconductor substrate (1),
Located on the third upper half conductive area (21) located outside of the column region from the column region or on the column region on a fourth semiconductor region of the second conductivity type (5),
In further outside of the fourth semiconductor region, and the third extending from the semi-conductor region (21) surface at the top to the third semi-conductive region fifth semi conductor region (22),
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the column region ;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
A trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the insulating film inside the trench,
The surface constituting the outer shape of the second semiconductor region includes at least one set of Si (111) surfaces,
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region;
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the first semiconductor region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is A vertical semiconductor device configured to satisfy the formula of L ≧ (d−W 1/2) / sin 35.27, where W 1 and the column structure depth are defined as d.
第1導電型のSi(110)基板と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域(4)の外側であって、前記第1導電型の半導体基板(1)上にある第3半導体領域(21)と、
前記コラム領域上または、前記コラム領域上から前記コラム領域の外側に位置する第3半導体領域(21)上に位置する、第2導電型の第4半導体領域(5)と、前記第4半導体領域の更に外側で、前記第3半導体領域(21)上部で表面から第3半導体領域まで広がる第5半導体領域(22)と、
前記コラム領域上の前記第4半導体領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、
前記トレンチゲートと前記ボディ領域と前記第1半導体領域が接するように設置された第1導電型のバッファ領域(12)と、を備え、
前記第2半導体領域の外形を構成する面は、少なくとも1組のSi(111)面を含み、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記バッファ領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをdと定義して、L≧(d−W1/2)/sin35.27の式を満たすように構成された縦型半導体装置。
A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type Si (110) substrate;
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. The plurality of second semiconductor regions are polygons formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions are formed at a predetermined distance from each other. A column region (4) having a column structure in which the first semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged on a substrate;
Wherein an outer column regions (4), the third semi-conductive region (21) overlying the first conductivity type semiconductor substrate (1),
The upper column region or located on the third upper half conductive area (21) located outside of the column region from over the column region, a fourth semiconductor region of the second conductivity type (5), said fourth semiconductor in further outside the region, and the third extending from the semi-conductor region (21) surface at the top to the third semi-conductive region fifth semi conductor region (22),
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the fourth semiconductor region on the column region;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
Inside the trench, a trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the insulating film;
A first conductivity type buffer region (12) disposed so that the trench gate, the body region, and the first semiconductor region are in contact with each other;
The surface constituting the outer shape of the second semiconductor region includes at least one set of Si (111) surfaces,
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region;
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the buffer region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is A vertical semiconductor device configured to satisfy the formula of L ≧ (d−W 1/2) / sin 35.27, where W 1 and the column structure depth are defined as d.
第1導電型のSi(110)基板と、
前記半導体基板上において、前記半導体基板の基板深さ方向に対して一定の深さとなる第1導電型の第1半導体領域(2)と第2導電型の第2半導体領域(3)とを有して構成され、
前記第2半導体領域が、前記第1半導体領域中に前記基板表面側から見て短冊状に構成された多角形で、一定距離離間されて複数本形成されることにより前記半導体基板上で前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とが交互に並ぶ、コラム構造とされたコラム領域(4)と、
前記コラム領域の基板表面側に形成された第2導電型のボディ領域(6)と、
前記ボディ領域内に形成された第1導電型のソース領域(7)、第2導電型のボディコンタクト領域(8)、及びトレンチと、
前記トレンチの側面と底面に形成されたゲート絶縁膜(9)と、
前記トレンチ内部において、前記絶縁膜を介して電極材料(10)が埋め込まれて形成されたトレンチゲート(11)と、を備え、
前記第2半導体領域の外形を構成する面は少なくとも1組のSi(111)面を含み、
前記ソース領域は、前記トレンチゲートの周囲にあって、かつ前記ボディ領域の表面に位置し、
前記ボディコンタクト領域は前記ボディ領域の表面に位置し、
前記トレンチゲートは前記第1半導体領域に到達するように形成され、
前記半導体基板と前記第1半導体領域とは電気的に導通され、
前記コラム領域上において、前記ソース領域と、前記ボディ領域と、前記ボディコンタクト領域と、前記トレンチゲート領域と、を有する領域をアクティブ領域(13)とすると、
前記アクティブ領域の終端(17)となる前記ボディコンタクト領域の終端と、前記コラム領域における第2半導体領域の短辺側の終端(16)までの距離を終端領域長L、第1半導体領域幅をW1、コラム構造深さをd、ボディ領域深さをdBと定義して、
L≧{(d−W1/2)/sin35.27}+(dB/tan35.27)
の式を満たすように構成された縦型半導体装置。 A semiconductor device comprising a vertical semiconductor element,
A first conductivity type Si (110) substrate;
On the semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor region (2) and a second conductivity type second semiconductor region (3) having a constant depth with respect to the substrate depth direction of the semiconductor substrate are provided. Configured,
The second semiconductor region is a polygon formed in a strip shape when viewed from the substrate surface side in the first semiconductor region, and a plurality of the second semiconductor regions spaced apart from each other by a predetermined distance are formed on the semiconductor substrate. A column region (4) having a column structure in which one semiconductor region and the second semiconductor region are alternately arranged;
A second conductivity type body region (6) formed on the substrate surface side of the column region;
A first conductivity type source region (7), a second conductivity type body contact region (8), and a trench formed in the body region;
A gate insulating film (9) formed on the side and bottom of the trench;
A trench gate (11) formed by embedding an electrode material (10) through the insulating film inside the trench,
The surface constituting the outer shape of the second semiconductor region includes at least one set of Si (111) surfaces,
The source region is located around the trench gate and on the surface of the body region;
The body contact region is located on a surface of the body region;
The trench gate is formed to reach the first semiconductor region;
The semiconductor substrate and the first semiconductor region are electrically connected,
On the column region, when a region having the source region, the body region, the body contact region, and the trench gate region is an active region (13),
The distance from the end of the body contact region, which is the end (17) of the active region, to the end (16) on the short side of the second semiconductor region in the column region is the end region length L and the first semiconductor region width is W 1, the column structure depth d, a body region depth is defined as d B,
L ≧ {(d−W 1 /2)/sin35.27}+(d B /tan35.27)
A vertical semiconductor device configured to satisfy the formula:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2004238080A JP4882212B2 (en) | 2003-08-20 | 2004-08-18 | Vertical semiconductor device |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003295946 | 2003-08-20 | ||
JP2003295946 | 2003-08-20 | ||
JP2004238080A JP4882212B2 (en) | 2003-08-20 | 2004-08-18 | Vertical semiconductor device |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2005101560A JP2005101560A (en) | 2005-04-14 |
JP4882212B2 true JP4882212B2 (en) | 2012-02-22 |
Family
ID=34466976
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004238080A Active JP4882212B2 (en) | 2003-08-20 | 2004-08-18 | Vertical semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4882212B2 (en) |
Families Citing this family (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4735067B2 (en) * | 2005-06-14 | 2011-07-27 | トヨタ自動車株式会社 | Insulated gate semiconductor device |
JP4621708B2 (en) | 2007-05-24 | 2011-01-26 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP5206107B2 (en) * | 2007-09-06 | 2013-06-12 | トヨタ自動車株式会社 | Semiconductor device |
JP5528076B2 (en) * | 2009-12-03 | 2014-06-25 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | Semiconductor device |
JP5641995B2 (en) * | 2011-03-23 | 2014-12-17 | 株式会社東芝 | Semiconductor element |
JP6375743B2 (en) * | 2014-07-15 | 2018-08-22 | 富士電機株式会社 | Manufacturing method of semiconductor device |
Family Cites Families (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3940518B2 (en) * | 1999-03-10 | 2007-07-04 | 株式会社東芝 | High voltage semiconductor element |
JP3636345B2 (en) * | 2000-03-17 | 2005-04-06 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
JP3424667B2 (en) * | 2000-10-13 | 2003-07-07 | 株式会社デンソー | Semiconductor substrate manufacturing method |
JP3899231B2 (en) * | 2000-12-18 | 2007-03-28 | 株式会社豊田中央研究所 | Semiconductor device |
JP3731520B2 (en) * | 2001-10-03 | 2006-01-05 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP3973395B2 (en) * | 2001-10-16 | 2007-09-12 | 株式会社豊田中央研究所 | Semiconductor device and manufacturing method thereof |
JP4126915B2 (en) * | 2002-01-30 | 2008-07-30 | 富士電機デバイステクノロジー株式会社 | Semiconductor device |
-
2004
- 2004-08-18 JP JP2004238080A patent/JP4882212B2/en active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2005101560A (en) | 2005-04-14 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100726383B1 (en) | Vertical type semiconductor device | |
JP4623956B2 (en) | IGBT | |
JP5772987B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
US8629505B2 (en) | Semiconductor device | |
JP5429365B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6356803B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
JP2009088198A (en) | Semiconductor device | |
JP2007281034A (en) | Power semiconductor element | |
JP5633135B2 (en) | Semiconductor device | |
JP2008277352A (en) | Semiconductor device | |
JP2020061412A (en) | Semiconductor device | |
JP2008300420A (en) | Semiconductor device, and method of manufacturing semiconductor device | |
KR100904785B1 (en) | Silicon-on-insulator high voltage device structure | |
KR100873419B1 (en) | Power Semiconductor device having high breakdown voltage, low on-resistance and small switching loss | |
JP4882212B2 (en) | Vertical semiconductor device | |
JP2021012934A (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
JP2007317683A (en) | Semiconductor device | |
US20160079350A1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP5664302B2 (en) | Semiconductor device | |
JP6299658B2 (en) | Insulated gate type switching element | |
US20240038837A1 (en) | Super junction mosfet device | |
JP2013033799A (en) | Semiconductor device | |
JP7314827B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP7352360B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP2004111772A (en) | Insulated gate field effect semiconductor device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20070209 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20110107 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110125 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110325 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110628 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20110825 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20110913 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20111018 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20111108 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20111121 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 4882212 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216 Year of fee payment: 3 |
|
S531 | Written request for registration of change of domicile |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313532 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20141216 Year of fee payment: 3 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |