JP5645377B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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  • Metal-Oxide And Bipolar Metal-Oxide Semiconductor Integrated Circuits (AREA)

Description

本発明は、第1電極と第2電極とゲート電極を備えており、第1電極に第2電極よりも高電位が印加されている条件ではゲート電極の電位によって第1電極と第2電極間の導通と不導通が切換えられとともに、第2電極に第1電極よりも高電位が印加されている条件では第2電極から第1電極に電流が流れる半導体装置に関する。
例えば縦型のnチャネルMOSは、通常、裏面電極(ドレイン電極)に表面電極(ソース電極)よりも高電位が印加されている条件で用いる。この場合、ゲート電極にオン電位を加えると裏面電極と表面電極間が導通して電流が流れ、ゲート電極にオン電位を加えないと裏面電極と表面電極間が導通せず、電流が流れない。表面電極に裏面電極よりも高電位が印加されると、nチャネルMOSが内蔵しているダイオードに順方向電圧が印加されることになり、表面電極から裏面電極に電流が流れる。以上において表面とは、ゲート電極が形成されている側をいう。
例えば縦型のpチャネルMOSは、通常、表面電極(ソース電極)に裏面電極(ドレイン電極)よりも高電位が印加されている条件で用いる。この場合、ゲート電極にオン電位を加えると表面電極と裏面電極間が導通して電流が流れ、ゲート電極にオン電位を加えないと表面電極と裏面電極間が導通せず、電流が流れない。裏面電極に表面電極よりも高電位が印加されると、pチャネルMOSが内蔵しているダイオードに順方向電圧が印加されることになり、裏面電極から表面電極に電流が流れる。上記においても表面とは、ゲート電極が形成されている側をいう。
nチャネルMOSの場合には、裏面電極(ドレイン電極)を第1電極といい、表面電極(ソース電極)を第2電極といい、pチャネルMOSの場合には、裏面電極(ドレイン電極)を第2電極といい、表面電極(ソース電極)を第1電極ということにすると、nチャネルMOSもpチャネルMOSも、第1電極に第2電極よりも高電位が印加されている条件ではゲート電極の電位によって第1電極と第2電極間の導通と不導通が切換えられ、第2電極に第1電極よりも高電位が印加されている条件では第2電極から第1電極に電流が流れる。
本発明は、この種の半導体装置、すなわち、スイッチング機能とダイオード機能を併せ持っており、ダイオード構造に順方向電圧が印加される場合には導通し、ダイオード構造に逆方向電圧が印加される場合にはスイッチング機能が作用する半導体装置に関する。
The present invention includes a first electrode, a second electrode, and a gate electrode. Under the condition that a potential higher than that of the second electrode is applied to the first electrode, the potential between the first electrode and the second electrode depends on the potential of the gate electrode. The present invention relates to a semiconductor device in which a current flows from the second electrode to the first electrode under the condition that the conduction and non-conduction are switched and a potential higher than that of the first electrode is applied to the second electrode.
For example, a vertical n-channel MOS is usually used under the condition that a higher potential is applied to the back electrode (drain electrode) than the front electrode (source electrode). In this case, when an on potential is applied to the gate electrode, the back electrode and the front electrode are conducted and current flows, and when no on potential is applied to the gate electrode, the back electrode and the front electrode are not conducted and current does not flow. When a higher potential is applied to the front electrode than to the rear electrode, a forward voltage is applied to the diode built in the n-channel MOS, and current flows from the front electrode to the rear electrode. In the above, the surface means the side where the gate electrode is formed.
For example, a vertical p-channel MOS is normally used under the condition that a higher potential is applied to the front electrode (source electrode) than to the rear electrode (drain electrode). In this case, when an on potential is applied to the gate electrode, the surface electrode and the back electrode are conducted and current flows, and when no on potential is applied to the gate electrode, the surface electrode and the back electrode are not conducted and current does not flow. When a higher potential is applied to the back electrode than the front electrode, a forward voltage is applied to the diode built in the p-channel MOS, and current flows from the back electrode to the front electrode. Also in the above, the surface means the side on which the gate electrode is formed.
In the case of n-channel MOS, the back electrode (drain electrode) is referred to as the first electrode, the front electrode (source electrode) is referred to as the second electrode, and in the case of p-channel MOS, the back electrode (drain electrode) is referred to as the first electrode. Assuming that the surface electrode (source electrode) is the first electrode, both the n-channel MOS and the p-channel MOS have the gate electrode under the condition that a higher potential is applied to the first electrode than the second electrode. The conduction and non-conduction between the first electrode and the second electrode are switched by the potential, and a current flows from the second electrode to the first electrode under a condition in which a higher potential is applied to the second electrode than the first electrode.
The present invention has a semiconductor device of this type, that is, has both a switching function and a diode function, and conducts when a forward voltage is applied to the diode structure, and applies a reverse voltage to the diode structure. Relates to a semiconductor device in which a switching function acts.

ゲート電極の電位によって第1電極と第2電極間の導通と不導通が切換えられるスイッチング用半導体装置の場合、ゲート電極にオン電圧を印加しない限り、第1電極と第2電極間に高い電圧が印加されても、第1電極と第2電極間の絶縁状態が破られないだけの耐圧を必要とする。
その耐圧を向上させる各種の技術が提案されている。特許文献1には、複数本のトレンチゲートが相互に平行に伸びている構造が開示されている。この場合、ゲート電極にオン電圧を印加しない場合、最も外側に位置するトレンチゲートの底面近傍で電界集中が発生する。すなわち、トレンチゲート電極にオン電圧を印加しない状態でドレイン電極とソース電極間に印加する電圧を増大させていくと、最も外側に位置するトレンチゲートの底面近傍で絶縁が破られる。そこで、特許文献1の技術では、最も外側に位置するトレンチゲートの底面近傍をp型領域で覆う構造を提案している。この半導体装置はnチャネルMOSであり、チャネル領域と同じ導電型の領域で、最も外側に位置するトレンチゲートの底面近傍を覆う。
In the case of a switching semiconductor device in which conduction and non-conduction between the first electrode and the second electrode are switched by the potential of the gate electrode, a high voltage is applied between the first electrode and the second electrode unless an on-voltage is applied to the gate electrode. Even if it is applied, a withstand voltage that does not break the insulation state between the first electrode and the second electrode is required.
Various techniques for improving the breakdown voltage have been proposed. Patent Document 1 discloses a structure in which a plurality of trench gates extend in parallel to each other. In this case, when no on-voltage is applied to the gate electrode, electric field concentration occurs near the bottom surface of the outermost trench gate. That is, if the voltage applied between the drain electrode and the source electrode is increased without applying the on-voltage to the trench gate electrode, the insulation is broken in the vicinity of the bottom surface of the outermost trench gate. Therefore, the technique of Patent Document 1 proposes a structure in which the vicinity of the bottom surface of the outermost trench gate is covered with a p-type region. This semiconductor device is an n-channel MOS, and covers the vicinity of the bottom surface of the outermost trench gate in a region having the same conductivity type as the channel region.

特開2009−16618号公報JP 2009-16618 A

例えばnチャネルMOSのように、ドレイン電極にソース電極よりも高電位が印加されている条件ではゲート電極の電位によってドレイン電極とソース電極間の導通と不導通が切換えられとともに(すなわちスイッチング機能を備えているとともに)、ソース電極にドレイン電極よりも高電位が印加されている条件ではソース電極からドレイン電極に電流が流れる(すなわちダイオード構造を備えている)半導体装置を利用すると、インバータ回路に用いる部品数を低減することができる。スイッチング用の半導体装置が内蔵しているダイオード構造を環流ダイオードに利用できるからである。スイッチング用の半導体装置とは別にダイオードを実装する必要がなくなる。
同様に、pチャネルMOSのように、ソース電極にドレイン電極よりも高電位が印加されている条件ではゲート電極の電位によってソース電極とドレイン電極間の導通と不導通が切換えられとともに(すなわちスイッチング機能を備えているとともに)、ドレイン電極にソース電極よりも高電位が印加されている条件ではドレイン電極からソース電極に電流が流れる(すなわちダイオード構造を備えている)半導体装置を利用しても、インバータ回路に用いる部品数を低減することができる。スイッチング用の半導体装置が内蔵しているダイオード構造を環流ダイオードに利用でき、スイッチング用の半導体装置とは別にダイオードを実装する必要がなくなる。
For example, under the condition that a higher potential is applied to the drain electrode than the source electrode, such as an n-channel MOS, conduction and non-conduction between the drain electrode and the source electrode are switched by the potential of the gate electrode (that is, a switching function is provided) In addition, when a semiconductor device in which a current flows from the source electrode to the drain electrode (that is, has a diode structure) under a condition in which a higher potential than the drain electrode is applied to the source electrode, the component used for the inverter circuit is used. The number can be reduced. This is because the diode structure incorporated in the semiconductor device for switching can be used for the freewheeling diode. There is no need to mount a diode separately from the semiconductor device for switching.
Similarly, the p-channel MOS switches the conduction and non-conduction between the source electrode and the drain electrode according to the potential of the gate electrode under the condition that the potential higher than the drain electrode is applied to the source electrode (that is, the switching function). In addition, even if a semiconductor device in which a current flows from the drain electrode to the source electrode (that is, has a diode structure) under a condition in which a higher potential than the source electrode is applied to the drain electrode, an inverter is used. The number of parts used in the circuit can be reduced. The diode structure incorporated in the semiconductor device for switching can be used as a freewheeling diode, and it is not necessary to mount a diode separately from the semiconductor device for switching.

図3〜図6は、4個のスイッチング用半導体装置SW1〜SW4と、4個のダイオードDp1〜Dp4を組み合わせて構成したインバータ回路11を示している。インバータ回路11は、直流電源から単相交流電力を生成する回路であり、直流電源12と誘導性負荷Lに接続して利用する。   3 to 6 show an inverter circuit 11 configured by combining four switching semiconductor devices SW1 to SW4 and four diodes Dp1 to Dp4. The inverter circuit 11 is a circuit that generates single-phase AC power from a DC power supply, and is used by connecting to the DC power supply 12 and the inductive load L.

図3の場合、nチャネルのスイッチング用半導体装置SW1〜SW4を用いており、直流電源12の高電圧側の端子に、スイッチング用半導体装置SW1、SW3のドレインが接続されている。直流電源12の低電圧側の端子に、スイッチング用半導体装置SW2、SW4のソースが接続されている。スイッチング用半導体装置SW1のソースとスイッチング用半導体装置SW2のドレインは、接続点J1を介して誘導性負荷Lの一方の端子に接続されている。スイッチング用半導体装置SW3のソースとスイッチング用半導体装置SW4のドレインは、接続点J2を介して誘導性負荷Lの他方の端子に接続されている。
ダイオードDp1はスイッチング用半導体装置SW1に並列に接続されている。ダイオードDp1は、スイッチング用半導体装置SW1のソースにドレインよりも高電圧が印加されたときに、ダイオードDp1に電流が流れる方向に接続されている。他のダイオードDp2〜Dp4と、スイッチング用半導体装置SW2〜SW4の関係も同様である。
In the case of FIG. 3, n-channel switching semiconductor devices SW <b> 1 to SW <b> 4 are used, and the drains of the switching semiconductor devices SW <b> 1 and SW <b> 3 are connected to the high voltage side terminal of the DC power supply 12. The sources of the switching semiconductor devices SW2 and SW4 are connected to the low voltage side terminal of the DC power supply 12. The source of the switching semiconductor device SW1 and the drain of the switching semiconductor device SW2 are connected to one terminal of the inductive load L via the connection point J1. The source of the switching semiconductor device SW3 and the drain of the switching semiconductor device SW4 are connected to the other terminal of the inductive load L via the connection point J2.
The diode Dp1 is connected in parallel to the switching semiconductor device SW1. The diode Dp1 is connected in a direction in which a current flows through the diode Dp1 when a voltage higher than that of the drain is applied to the source of the switching semiconductor device SW1. The relationship between the other diodes Dp2 to Dp4 and the switching semiconductor devices SW2 to SW4 is the same.

図3は、第1の状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図である。図5は、第2の状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図である。インバータ回路11は、第1の状態と第2の状態を交互に切り替えることによって、直流電力を交流電力に変換することができる。第1の状態は、スイッチング用半導体装置SW1とスイッチング用半導体装置SW4がオン状態で、スイッチング用半導体装置SW2とスイッチング用半導体装置SW3がオフ状態となっている状態である。第1の状態のインバータ回路11では、直流電源12の正極から流れ出た電流は、オン状態のスイッチング用半導体装置SW1と、接続点J1と、誘導性負荷Lと、接続点J2と、オン状態のスイッチング用半導体装置SW4を経由して直流電源12の負極に戻る。   FIG. 3 is an explanatory diagram showing the operation of the inverter circuit 11 in the first state. FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of operation of the inverter circuit 11 in the second state. The inverter circuit 11 can convert DC power into AC power by alternately switching between the first state and the second state. The first state is a state in which the switching semiconductor device SW1 and the switching semiconductor device SW4 are on, and the switching semiconductor device SW2 and the switching semiconductor device SW3 are off. In the inverter circuit 11 in the first state, the current flowing out from the positive electrode of the DC power source 12 includes the switching semiconductor device SW1 in the on state, the connection point J1, the inductive load L, the connection point J2, and the on state. It returns to the negative electrode of the DC power supply 12 via the switching semiconductor device SW4.

図4は、第1の遷移状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す。第1の遷移状態では、スイッチング用半導体装置SW2とスイッチング用半導体装置SW3はオフ状態に維持され、スイッチング用半導体装置SW1とスイッチング用半導体装置SW4がターンオフされる。第1の状態と第2の状態の間に、4個のスイッチング用半導体装置SW1〜SW4の全てがターンオフされた遷移状態を挟むのは、インバータ回路11が短絡状態となる状態を防止するためである。   FIG. 4 shows how the inverter circuit 11 operates in the first transition state. In the first transition state, the switching semiconductor device SW2 and the switching semiconductor device SW3 are maintained in the off state, and the switching semiconductor device SW1 and the switching semiconductor device SW4 are turned off. The reason why the transition state in which all of the four switching semiconductor devices SW1 to SW4 are turned off is sandwiched between the first state and the second state is to prevent the inverter circuit 11 from being short-circuited. is there.

第1の遷移状態では、誘導性負荷Lのインダクタンスによって、誘導性負荷Lに流れる電流を維持するような起電力が発生する。その起電力によって、誘導性負荷Lから、接続点J2と、順方向のダイオードDp3と、直流電源12と、順方向のダイオードDp2と、接続点J1を経て、誘導性負荷Lに戻る環流電流が流れる。環流電流によって直流電源12は充電される。また、ダイオードDp3とダイオードDp2が環流電流を流す方向に挿入されていることから、スイッチング用半導体装置SW1〜SW4に過大な電圧が印加されることがない。   In the first transition state, an electromotive force that maintains the current flowing through the inductive load L is generated by the inductance of the inductive load L. Due to the electromotive force, a reflux current is returned from the inductive load L to the inductive load L via the connection point J2, the forward diode Dp3, the DC power supply 12, the forward diode Dp2, and the connection point J1. Flowing. The DC power supply 12 is charged by the reflux current. Moreover, since the diode Dp3 and the diode Dp2 are inserted in the direction in which the circulating current flows, an excessive voltage is not applied to the switching semiconductor devices SW1 to SW4.

環流ダイオードDp1〜Dp4がないと、スイッチング用半導体装置SW1〜SW4をターンオフしたときにスイッチング用半導体装置SW1〜SW4に過大な電圧が作用してしまう。ダイオードとスイッチング機能を併せ持つ半導体装置10を利用すると、スイッチング用半導体装置の他にダイオードを実装する必要がなくなる。ダイオードとスイッチング機能を併せ持つ半導体装置10を利用すると、少ない部品数でインバータ回路11を実現することができる。   Without the free-wheeling diodes Dp1 to Dp4, an excessive voltage is applied to the switching semiconductor devices SW1 to SW4 when the switching semiconductor devices SW1 to SW4 are turned off. When the semiconductor device 10 having both a diode and a switching function is used, it is not necessary to mount a diode in addition to the switching semiconductor device. When the semiconductor device 10 having both a diode and a switching function is used, the inverter circuit 11 can be realized with a small number of components.

図5は、第2の状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図である。第2の状態では、スイッチング用半導体装置SW1とスイッチング用半導体装置SW4がオフ状態に維持され、スイッチング用半導体装置SW2とスイッチング用半導体装置SW3がターンオンされる。第2の状態のインバータ回路11では、直流電源12の正極から流れ出た電流は、オン状態のスイッチング用半導体装置SW3と、接続点J2と、誘導性負荷Lと、接続点J1と、オン状態のスイッチング用半導体装置SW2を経由して直流電源12の負極に戻る。   FIG. 5 is an explanatory diagram showing a state of operation of the inverter circuit 11 in the second state. In the second state, the switching semiconductor device SW1 and the switching semiconductor device SW4 are maintained in the off state, and the switching semiconductor device SW2 and the switching semiconductor device SW3 are turned on. In the inverter circuit 11 in the second state, the current flowing out from the positive electrode of the DC power source 12 includes the switching semiconductor device SW3 in the on state, the connection point J2, the inductive load L, the connection point J1, and the on state. It returns to the negative electrode of the DC power supply 12 via the switching semiconductor device SW2.

図6は、図4の状態から図5の状態に切換わった直後の様子を示している。この状態では、それ以前(図4参照)には順方向の電圧が印加されていたダイオードDp2とDp3に逆方向の電圧が印加される。この結果、順方向電流が流れていた間に半導体領域に蓄積されていたキャリアが引き抜かれ、それまでとは逆向きの電流(リカバリ電流という)が流れる。リカバリ電流は、正孔がソース電極に引き抜かれることで流れる。   FIG. 6 shows a state immediately after switching from the state of FIG. 4 to the state of FIG. In this state, the reverse voltage is applied to the diodes Dp2 and Dp3 to which the forward voltage was applied before (see FIG. 4). As a result, the carriers accumulated in the semiconductor region are extracted while the forward current is flowing, and a current (recovery current) in the opposite direction flows. The recovery current flows when holes are extracted to the source electrode.

図7は、半導体装置10のダイオードDpに流れる電流の大きさを示す図である。図7のオン状態は、例えば図4に示すように、ダイオードDpに順方向の電流が流れる状態を示している。タイミングt0は、図4の状態から図5の状態に切換わったタイミングを示している。それ以降は、ダイオードDpを順方向に流れる電流値は減少し、タイミングt1ではダイオードDpを流れる電流がゼロとなる。タイミングt1以降は、逆方向に電流が流れ始め、その電流値が増大していく。タイミングt1以降に流れる逆方向の電流をリカバリ電流という。半導体装置10が正常に作動すれば、やがてリカバリ電流は減少し、最終的にはゼロに落ち着く。しかしながら、リカバリ電流が増大し続け、半導体装置10が破壊されることもある。   FIG. 7 is a diagram illustrating the magnitude of the current flowing through the diode Dp of the semiconductor device 10. The on state in FIG. 7 shows a state in which a forward current flows through the diode Dp, for example, as shown in FIG. Timing t0 indicates the timing when the state shown in FIG. 4 is switched to the state shown in FIG. After that, the current value flowing in the forward direction through the diode Dp decreases, and the current flowing through the diode Dp becomes zero at the timing t1. After timing t1, current starts to flow in the reverse direction, and the current value increases. The reverse current flowing after timing t1 is referred to as a recovery current. If the semiconductor device 10 operates normally, the recovery current will eventually decrease and eventually settle to zero. However, the recovery current continues to increase, and the semiconductor device 10 may be destroyed.

前記したように、特許文献1などにスイッチング用半導体装置の耐圧を向上させる技術が開示されている。しかしながら、従来の耐圧向上技術は、ゲート電極にオン電圧を印加しない状態でドレイン電極とソース電極間を絶縁状態に維持できる最大電圧を上昇させる技術であり、半導体装置に過大なリカバリ電流が流れることを防止し、過大なリカバリ電流によって半導体装置が破壊されるのを防止するものでない。   As described above, Patent Document 1 discloses a technique for improving the breakdown voltage of a switching semiconductor device. However, the conventional withstand voltage improvement technique is a technique for increasing the maximum voltage that can maintain an insulating state between the drain electrode and the source electrode without applying an on-voltage to the gate electrode, and an excessive recovery current flows in the semiconductor device. This does not prevent the semiconductor device from being destroyed by an excessive recovery current.

本発明は上述の課題を解決するために創作されたものであり、半導体装置に作り込まれているダイオード構造を環流ダイオードに利用する用い方をした場合に、過大なリカバリ電流が流れることを防止し、過大なリカバリ電流によって半導体装置が破壊されることを防止する技術を提供する。   The present invention was created to solve the above-described problems, and prevents an excessive recovery current from flowing when a diode structure built in a semiconductor device is used as a free-wheeling diode. In addition, a technique for preventing the semiconductor device from being destroyed by an excessive recovery current is provided.

本発明を創作するために、発明者らは既存の半導体装置を利用した場合に、過大なリカバリ電流が流れる原因を研究した。その結果、最大の問題は、トレンチゲート電極の長手方向の端部の外側にあることを見出した。
図2と図8は、ダイオード構造を内在している既存のスイッチング用半導体装置のトレンチゲート電極の長手方向の端部の近傍を斜視した図である。図8では、明瞭化のためにチャネル領域23を透明なものとしている。図2でも図8でも、ソース電極とゲート電極の図示を省略している。図8では、図示の明瞭化のために、トレンチゲート領域21と導電膜FPとが分離されているが、図2に示すように、両者は、ポリシリコン等で一体的に形成されている。導電膜FPoは、トレンチゲート領域21とゲート電極パッド(図1のG参照)を導通させる配線であり、フィールドプレートとしても機能する。
In order to create the present invention, the inventors have studied the cause of excessive recovery current flowing when an existing semiconductor device is used. As a result, it has been found that the greatest problem is outside the longitudinal end of the trench gate electrode.
2 and FIG. 8 are perspective views of the vicinity of the end portion in the longitudinal direction of the trench gate electrode of an existing switching semiconductor device having a diode structure. In FIG. 8, the channel region 23 is transparent for clarity. In both FIG. 2 and FIG. 8, the source electrode and the gate electrode are not shown. In FIG. 8, the trench gate region 21 and the conductive film FP 0 are separated for clarity of illustration, but as shown in FIG. 2, both are integrally formed of polysilicon or the like. . The conductive film FPo is a wiring that connects the trench gate region 21 and the gate electrode pad (see G in FIG. 1), and also functions as a field plate.

図8において、参照番号802はドレイン電極であり、n型半導体基板810の裏面に形成されている。参照番号32はn型のドレイン領域であり、n型半導体基板810の裏面に臨む範囲に形成されており、ドレイン電極802に導通している。透明化されている範囲23はp型チャネル領域であり、半導体基板810の表面に臨む範囲のうちの中心部分に形成されている。参照番号RSoはp−−型のリサーフ領域であり、半導体基板810の表面に臨む範囲のうちの周辺部分(チャネル領域23の外側を一巡する範囲)に形成されている。n型半導体基板810のうちのドレイン領域32でもチャネル領域23でもリサーフ領域RSoでもない領域は、n型ドリフト領域である。n型半導体基板810の裏面側、すなわちチャネル領域23とリサーフ領域RSoの裏面側には、n型半導体領域31,32が存在している。 In FIG. 8, reference numeral 802 denotes a drain electrode, which is formed on the back surface of the n-type semiconductor substrate 810. Reference numeral 32 denotes an n + -type drain region which is formed in a range facing the back surface of the n-type semiconductor substrate 810 and is electrically connected to the drain electrode 802. The transparent region 23 is a p - type channel region, and is formed in the central portion of the region facing the surface of the semiconductor substrate 810. Reference number RSo is a p −− type RESURF region, and is formed in a peripheral portion (range that goes around the outside of the channel region 23) in the range facing the surface of the semiconductor substrate 810. A region of the n-type semiconductor substrate 810 that is not the drain region 32, the channel region 23, or the RESURF region RSo is an n -type drift region. N-type semiconductor regions 31 and 32 exist on the back side of the n-type semiconductor substrate 810, that is, on the back side of the channel region 23 and the RESURF region RSo.

図示820は複数本のトレンチであり、半導体基板810の表面から伸びており、チャネル領域23を貫通してドリフト領域31に達している。参照番号22はトレンチ820の壁面を覆っているゲート絶縁膜であり、参照符号21はゲート絶縁膜22で覆われた状態でトレンチ820内に収容されている導電性のゲート領域である。参照番号25は、トレンチ820に接するとともにチャネル領域23の表面に臨む範囲に形成されているn型ソース領域であり、図示しないソース電極に導通している。ソース電極は図示しない絶縁膜によってゲート領域21から絶縁されており、p型チャネル領域23とn型ソース領域25に導通している。ソース電極とp型チャネル領域23の導通を確保するために、p+型チャネルコンタクト領域24が形成されている。ゲート領域21は、導電膜FPによって図示しないゲート電極パッド(図1のG)に導通している。導電膜FPは、図示しない絶縁膜によってリサーフ領域RSoとチャネル領域23から絶縁されている。 820 is a plurality of trenches extending from the surface of the semiconductor substrate 810 and reaching the drift region 31 through the channel region 23. Reference numeral 22 denotes a gate insulating film covering the wall surface of the trench 820, and reference numeral 21 denotes a conductive gate region accommodated in the trench 820 while being covered with the gate insulating film 22. Reference numeral 25 is an n + type source region formed in a range in contact with the trench 820 and facing the surface of the channel region 23, and is electrically connected to a source electrode (not shown). The source electrode is insulated from the gate region 21 by an insulating film (not shown) and is electrically connected to the p-type channel region 23 and the n-type source region 25. In order to ensure conduction between the source electrode and the p type channel region 23, a p + type channel contact region 24 is formed. Gate region 21 is electrically connected to the gate electrode pad (not shown) by conductive FP 0 (G in Figure 1). The conductive film FP 0 is insulated from the RESURF region RSo and the channel region 23 by an insulating film (not shown).

型チャネル領域23の不純物濃度は、p−−型リサーフ領域RSoの不純物濃度よりも濃い。複数本のトレンチ820は相互に平行に配置されており、複数本のトレンチの長手方向の端部は、同一直線822上に揃っている。複数本のトレンチ820の長手方向の端部が揃っている直線822は、p型チャネル領域23とp型リサーフ領域RSoの境界線824よりも周辺側に位置している。すなわち、トレンチ820の長手方向の端部は、p型リサーフ領域RSo内に侵入している。 The impurity concentration of the p type channel region 23 is higher than the impurity concentration of the p type resurf region RSo. The plurality of trenches 820 are arranged in parallel to each other, and the end portions in the longitudinal direction of the plurality of trenches are aligned on the same straight line 822. A straight line 822 in which ends in the longitudinal direction of the plurality of trenches 820 are aligned is located on the peripheral side of the boundary line 824 between the p-type channel region 23 and the p-type RESURF region RSo. That is, the end of the trench 820 in the longitudinal direction penetrates into the p-type RESURF region RSo.

図9は、リカバリ電流を解析した回路構成を示す。図示Lwは回路配線の寄生インダクタンス成分を示す。図示Lは、誘導性負荷を示す。図示SWはスイッチング用半導体装置のスイッチ部に相当する。ここでは、スイッチング用半導体装置とダイオードを並列に接続した回路と同等な回路を実現するために、導通すれば双方向に流れるスイッチとした。双方向に流れるスイッチであれば、ダイオードと直列に接続しても、スイッチング用半導体装置とダイオード装置を並列に接続した回路と同等に動作する。図示Dpcは、n型半導体基板810とp型チャネル領域23で構成されるダイオードを示し、図示Dppは、n型半導体基板810とp型リサーフ領域RSoで構成されるダイオードを示している。二つのダイオード構造はDpcとDppは並列に接続されている。   FIG. 9 shows a circuit configuration obtained by analyzing the recovery current. Lw shown shows the parasitic inductance component of circuit wiring. Illustration L shows an inductive load. The illustrated SW corresponds to a switch portion of the semiconductor device for switching. Here, in order to realize a circuit equivalent to a circuit in which a semiconductor device for switching and a diode are connected in parallel, a switch that flows bidirectionally when conducting is used. If the switch flows in both directions, even if it is connected in series with a diode, it operates in the same way as a circuit in which a switching semiconductor device and a diode device are connected in parallel. Dpc in the figure shows a diode composed of an n-type semiconductor substrate 810 and a p-type channel region 23, and Dpp in the figure shows a diode composed of an n-type semiconductor substrate 810 and a p-type RESURF region RSo. In the two diode structures, Dpc and Dpp are connected in parallel.

図9の回路は、以下の作動を模擬する。スイッチング用半導体装置SWのスイッチ部がオンされていると、誘導性負荷Lに電流が流れる。次に、スイッチング用半導体装置SWのスイッチ部がオフされると、誘導性負荷Lのインダクタンスによって電圧が発生し、スイッチング用半導体装置に内在している寄生ダイオードDpc、Dppに順方向電流が流れる。これにより、2つの寄生ダイオードDpc、Dppにキャリアが蓄積されることになる。その後に、スイッチング用半導体装置SWのスイッチング部が再度オンされると、寄生ダイオードDpc、Dppに蓄積されていたキャリアがそれまでとは逆方向に放出され、2つの寄生ダイオードDpc、Dppにリカバリ電流Iが流れる。 The circuit of FIG. 9 simulates the following operation. When the switch portion of the switching semiconductor device SW is turned on, a current flows through the inductive load L. Next, when the switching unit of the switching semiconductor device SW is turned off, a voltage is generated by the inductance of the inductive load L, and a forward current flows through the parasitic diodes Dpc and Dpp existing in the switching semiconductor device. As a result, carriers are accumulated in the two parasitic diodes Dpc and Dpp. After that, when the switching unit of the switching semiconductor device SW is turned on again, the carriers accumulated in the parasitic diodes Dpc and Dpp are discharged in the opposite direction, and the recovery current is supplied to the two parasitic diodes Dpc and Dpp. I R flows.

図10の(a)は、n型半導体基板810とp型リサーフ領域RSoで構成されるダイオードDppを流れるリカバリ電流IRPを示し、図10の(b)は、n型半導体基板810とp型チャネル領域23で構成されるダイオードDpcを流れるリカバリ電流IRCを示している。図示の矢印はリカバリ電流によってスイッチング用半導体装置SWが破壊され始めるタイミングを示している。研究の結果、既存の半導体装置では、n型半導体基板810とp型リサーフ領域RSoで構成されるダイオードDpcを流れるリカバリ電流IRPが過大になるためにスイッチング用半導体装置SWが破壊されることが判明した。 (A) of FIG. 10, n-type semiconductor substrate 810 and the p-type RESURF region indicates recovery current I RP through the formed diode Dpp in RSo, (b) in FIG. 10, n-type semiconductor substrate 810 and the p-type It shows the recovery current I RC through the formed diode Dpc in the channel region 23. The illustrated arrow indicates the timing at which the switching semiconductor device SW starts to be destroyed by the recovery current. The results of the study, in an existing semiconductor device, be n-type semiconductor substrate 810 and the p-type RESURF region recovery current flowing through the formed diode Dpc in RSo I RP switching semiconductor device SW to become excessive is destroyed found.

図11は、既存のスイッチング用半導体装置の解析対象の範囲Uを示す説明図である。範囲Uは、リカバリ破壊の発生が想定されている場所を含む範囲である。リカバリ電流I(正孔電流)は、範囲Uにおいて、不純物濃度が1016cm−3程度のp−−リサーフ領域RSから不純物濃度が1017cm−3程度のP chチャネル領域23を経由して不純物濃度が1019cm−3程度のPチャネルコンタクト領域24に流れる。このように、リカバリ電流Iの経路においては、p−−リサーフ領域RSの不純物濃度が最も小さいので、ここに電位分布を生じ、大きな電界が発生しやすいことがわかる。 FIG. 11 is an explanatory diagram showing a range U to be analyzed of an existing switching semiconductor device. The range U is a range including a place where occurrence of recovery destruction is assumed. Recovery current I R (hole current), in the range U, the impurity concentration of approximately 10 16 cm -3 p - RESURF region impurity concentration from RS 0 is about 10 17 cm -3 P - a ch channel region 23 It flows through the P + channel contact region 24 having an impurity concentration of about 10 19 cm −3 . Thus, in the path of the recovery current I R, p - since the impurity concentration of the RESURF region RS 0 is the smallest, wherein the resulting potential distribution, a large electric field is found to be likely to occur.

図12〜図14は、図2と図8と図11に示す既存のスイッチング用半導体装置SWを用いて図9の回路を構成した場合に、スイッチング用半導体装置SWに生じる現象を解析した結果を示す。図12〜図14において、(a)はスイッチング用半導体装置SWに生じる電界分布Fd0S1を示し、(b)は正孔電流分布Hd0S1を示し、(c)は衝突電離分布Id0S1を示している。
また図12は図8の深さS1における解析結果を示し、図13は深さS2における解析結果を示し、図14は深さS3における解析結果を示している。
12 to 14 show the results of analyzing the phenomenon that occurs in the switching semiconductor device SW when the circuit of FIG. 9 is configured using the existing switching semiconductor device SW shown in FIGS. 2, 8, and 11. Show. 12 to 14, (a) shows the electric field distribution Fd 0S1 generated in the switching semiconductor device SW, (b) shows the hole current distribution Hd 0S1 , and (c) shows the impact ionization distribution Id 0S1. Yes.
12 shows the analysis result at the depth S1 in FIG. 8, FIG. 13 shows the analysis result at the depth S2, and FIG. 14 shows the analysis result at the depth S3.

図12(a)の電界分布Fd0S1から分かるように、半導体基板810の表面近傍では、トレンチゲート21の長手方向の端部の角GCの外側近傍のp−−リサーフ領域Rsoに電界集中部Aが発生し、p−−リサーフ領域RSとP chチャネル領域23の境界であるP/P ch境界に電界集中部Bが発生する。 As can be seen from the electric field distribution Fd 0S1 in FIG. 12A, in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 810, the electric field concentration portion A is formed in the p −− resurf region Rso near the outside of the corner GC at the longitudinal end portion of the trench gate 21. There occurs, p - RESURF region RS 0 and P - ch is the boundary of the channel region 23 P - / P - electric field concentration B occurs ch boundary.

図12(b)の正孔電流分布Hd0S1から分かるように、正孔電流は、トレンチゲート21の長手方向の端部の角GCの外側近傍の電界集中部Aに集中するとともに、P/P ch境界に向かっては分散している。電界集中部Aに正孔電流が集中するのは、トレンチゲート21の長手方向の端部よりも外側の範囲に位置しているp−−リサーフ領域RSに蓄積されていた正孔が、フィールドプレートFPoに沿って流れた後に、トレンチゲート21に沿って流れようとするからである。またリカバリ電流がP/P ch境界に向かって分散するのは、P/P ch境界からP chチャネル領域23にリカバリ電流が吸引されるからである。 As can be seen from the hole current distribution Hd 0S1 in FIG. 12B , the hole current concentrates on the electric field concentration portion A near the outside corner GC at the end portion in the longitudinal direction of the trench gate 21, and P / It is dispersed toward the P - ch boundary. The hole current is concentrated in the electric field concentration portion A because the holes accumulated in the p −− resurf region RS 0 located in the range outside the longitudinal end portion of the trench gate 21 are in the field. This is because the flow tends to flow along the trench gate 21 after flowing along the plate FPo. The recovery current P - / P - to disperse toward the ch boundary, P - because ch to the channel region 23 is the recovery current is sucked - / P - from ch boundary P.

衝突電離は、半導体に高電界を印加した場合に、キャリアが半導体を構成する原子に衝突しイオン化させると同時に、複数のキャリアを作り出す現象である。この連鎖反応において、正のフィードバックが働くと雪崩降伏(アヴァランシェ・ブレークダウン)が発生して破壊に至ることになる。衝突電離分布Id0S1は、電界強度と正孔電流密度の積が大きい位置ほど激しくなる。図12(c)の衝突電離分布Id0S1から分かるように、トレンチゲート21の長手方向の端部の角GCの外側近傍の電界集中部Aにおいて、激しい衝突電離(impact ionization)が発生する。電界集中部Aは、電界が集中するとともに正孔電流が集中する領域となっているからである。 Impact ionization is a phenomenon in which, when a high electric field is applied to a semiconductor, carriers collide with atoms constituting the semiconductor and ionize them, and at the same time create a plurality of carriers. In this chain reaction, if positive feedback is applied, avalanche breakdown occurs, leading to destruction. The impact ionization distribution Id 0S1 becomes more severe as the product of the electric field strength and the hole current density is larger. As can be seen from the impact ionization distribution Id 0S1 in FIG. 12C , severe impact ionization occurs in the electric field concentration portion A near the outside corner GC at the longitudinal end of the trench gate 21. This is because the electric field concentration portion A is a region where the electric field concentrates and the hole current concentrates.

図13は、図8の深さS2における解析結果を示す説明図である。電界は、深さS1での電界分布Fd0S1とほぼ同様の分布となっている。一方、正孔電流は、図13(b)の正孔電流分布Hd0S2から分かるように、リカバリ電流の集中度が小さくなっている。このように、リカバリ電流の集中度が小さくなっているのは、深さS2の方が深さS1よりもフィールドプレートFPから離れているからである。フィールドプレートFPは接地電位となっているので、正孔電流はフィールドプレートの近傍に吸引され、深さS1における正孔電流の集中度を大きくする。 FIG. 13 is an explanatory diagram showing an analysis result at the depth S2 of FIG. The electric field has substantially the same distribution as the electric field distribution Fd0S1 at the depth S1. On the other hand, as can be seen from the hole current distribution Hd0S2 in FIG. 13B, the concentration of the recovery current is small in the hole current. Thus, the degree of concentration of the recovery current is reduced is because apart from the field plate FP 0 than the depth S1 towards the depth S2. Since the field plate FP 0 is at the ground potential, the hole current is attracted to the vicinity of the field plate, and the concentration of the hole current at the depth S1 is increased.

図13(c)の衝突電離分布Id0S2から分かるように、衝突電離がトレンチゲート21の端部の角GCの外側近傍の電界集中部Aにおいて発生している。ただし、正孔電流の集中が小さくなっているので、雪崩降伏(アヴァランシェ・ブレークダウン)の程度は低減されている。 As can be seen from the impact ionization distribution Id 0S2 in FIG. 13C, impact ionization occurs in the electric field concentration portion A near the outside of the corner GC at the end of the trench gate 21. However, since the concentration of the hole current is small, the degree of avalanche breakdown (avalanche breakdown) is reduced.

図14は、図8の深さS3における解析結果を示す説明図である。深さS3では、n型ドリフト領域31に近づくので、P chチャネル領域23とNソース領域25の境界やP/P ch境界の近傍に強電界領域が発生している。一方、正孔電流は、正孔電流分布Hd0S3から分かるように、トレンチゲート21に沿って流れるが、集中の程度がさらに小さくなっている。このように、深さS3では、正孔電流の経路と強電界領域の位置が相違するので、トレンチゲート21の端部の角GCの近傍において衝突電離が発生しているものの雪崩降伏は発生していない。 FIG. 14 is an explanatory diagram showing an analysis result at the depth S3 in FIG. At the depth S3, since it approaches the n type drift region 31, a strong electric field region is generated at the boundary between the P ch channel region 23 and the N + source region 25 or in the vicinity of the P / P ch boundary. On the other hand, the hole current flows along the trench gate 21 as can be seen from the hole current distribution Hd0S3, but the degree of concentration is further reduced. Thus, at the depth S3, the path of the hole current and the position of the strong electric field region are different from each other. Therefore, although a collision ionization occurs in the vicinity of the corner GC at the end of the trench gate 21, an avalanche breakdown occurs. Not.

このように、既存の半導体装置10では、比較的に電流が流れにくくて強い電界が発生しやすいp−−リサーフ領域RSにおいて、正孔電流の集中と電界の集中が重なって発生する領域(電界集中部A)が存在するので、その集中部で半導体装置が破壊する原因となる雪崩降伏(アヴァランシェ・ブレークダウン)が発生しやすいことがわかった。 As described above, in the existing semiconductor device 10, in the p −− resurf region RS 0 where current is relatively difficult to flow and a strong electric field is likely to be generated, the hole current concentration and the electric field concentration overlap with each other ( Since the electric field concentration portion A) exists, it has been found that an avalanche breakdown that causes the semiconductor device to break down is likely to occur at the concentration portion.

本発明は、上記の解析から創作されたものであり、正孔電流が集中する箇所と電界強度が増大する箇所が重ならないようにし、もってアヴァランシェ・ブレークダウンの発生を防止できる半導体構造を提供する。   The present invention was created based on the above analysis, and provides a semiconductor structure that prevents the occurrence of avalanche breakdown by preventing the location where the hole current is concentrated from the location where the electric field strength is increased. To do.

上記の説明では「既存の半導体装置10」という用語を使用した。これは発明者が認識している既知技術という意味であり、特許法で定める従来技術であることを意味しない。研究現場では既知とされている技術が、特許法で定める従来技術でないこともある。既存といっても法が定める従来技術であることを認めるものではない。   In the above description, the term “existing semiconductor device 10” is used. This means a known technique recognized by the inventor and does not mean a conventional technique defined by the Patent Law. The technology known at the research site may not be the conventional technology defined by the Patent Law. Even if it is existing, it does not admit that it is a prior art defined by the law.

本明細書に開示されている半導体装置は、半導体基板の裏面に臨む範囲に形成されている第1導電型のドレイン領域と、半導体基板の表面に臨む範囲のうちの中心部分に形成されている第2導電型のチャネル領域と、半導体基板の表面に臨む範囲のうちの周辺部分に形成されている第2導電型のリサーフ領域と、チャネル領域の表面に臨む範囲内に形成されている第1導電型のソース領域と、ソース領域に接する位置において半導体基板の表面から伸びてチャネル領域を貫通して半導体基板の裏面側に存在している第1導電型の半導体領域に達している複数本のトレンチと、トレンチの壁面を覆っているゲート絶縁膜と、ゲート絶縁膜に覆われた状態でトレンチ内に収容されている導電性のゲート領域と、ドレイン領域に導通しているドレイン電極と、チャネル領域とソース領域に導通しているとともにゲート領域から絶縁されているソース電極と、リサーフ領域の表面を覆っている絶縁膜と、ゲート領域に導通しているとともに絶縁膜の表面に形成されている導電膜とを備えている。
複数本のトレンチは相互に平行に配置されており、複数本のトレンチの長手方向の端部が同一直線上に揃っており、チャネル領域の不純物濃度はリサーフ領域の不純物濃度よりも濃い。しかも、隣接する一対のトレンチのピッチ間において、チャネル領域の少なくとも一部が、前記直線(トレンチの長手方向の端部が揃っている直線)よりも半導体基板の周辺側に張り出している。
The semiconductor device disclosed in the present specification is formed at the central portion of the first conductivity type drain region formed in a range facing the back surface of the semiconductor substrate and the range facing the surface of the semiconductor substrate. The second conductivity type channel region, the second conductivity type RESURF region formed in the peripheral portion of the range facing the surface of the semiconductor substrate, and the first region formed within the range facing the surface of the channel region. A plurality of conductive type source regions and a plurality of first conductive type semiconductor regions extending from the surface of the semiconductor substrate at positions adjacent to the source region, penetrating through the channel region and existing on the back side of the semiconductor substrate; A trench, a gate insulating film covering the wall of the trench, a conductive gate region covered with the gate insulating film, and a drain conducting to the drain region An electrode, a source electrode electrically connected to the channel region and the source region and insulated from the gate region, an insulating film covering the surface of the RESURF region, and an electrically conductive material to the gate region and on the surface of the insulating film And a formed conductive film.
The plurality of trenches are arranged in parallel to each other, the longitudinal ends of the plurality of trenches are aligned on the same straight line, and the impurity concentration of the channel region is higher than the impurity concentration of the RESURF region. In addition, at least a part of the channel region protrudes to the peripheral side of the semiconductor substrate from the straight line (a straight line in which ends in the longitudinal direction of the trench are aligned) between the pitches of a pair of adjacent trenches.

nチャネル型の半導体装置である場合は、第1導電型がnであり、第2導電型がpである。nチャネル型の半導体装置の場合には、n型ドレイン領域にn型ソース領域よりも高電位が印加されている状態ではゲート領域の電位によってドレイン領域とソース領域が導通している状態と絶縁されている状態が切換えられる。p型チャネル領域にn型ドレイン領域によりも高電位が印加されると、チャネル領域からドレイン領域に電流が流れる。この半導体装置は、スイッチ部とダイオード部を内蔵している。この半導体装置を用いてインバータ回路を構成すると、スイッチング用半導体装置の他に環流ダイオードを用意する必要がない。
pチャネル型の半導体装置である場合は、第1導電型がpであり、第2導電型がnである。pチャネル型の半導体装置の場合には、p型ソース領域にp型ドレイン領域よりも高電位が印加されている状態ではゲート領域の電位によってソース領域とドレイン領域が導通している状態と絶縁されている状態が切換えられる。p型ドレイン領域にn型チャネル領域によりも高電位が印加されると、ドレイン領域からチャネル領域に電流が流れる。この半導体装置は、スイッチ部とダイオード部を内蔵している。この半導体装置を用いてインバータ回路を構成すると、スイッチング用半導体装置の他に環流ダイオードを用意する必要がない。
In the case of an n-channel semiconductor device, the first conductivity type is n and the second conductivity type is p. In the case of an n-channel semiconductor device, when a higher potential is applied to the n-type drain region than the n-type source region, the gate region is insulated from the state in which the drain region and the source region are conducted by the potential of the gate region. Is switched. When a higher potential is applied to the p-type channel region than to the n-type drain region, a current flows from the channel region to the drain region. This semiconductor device includes a switch portion and a diode portion. When an inverter circuit is configured using this semiconductor device, it is not necessary to prepare a free-wheeling diode in addition to the switching semiconductor device.
In the case of a p-channel semiconductor device, the first conductivity type is p and the second conductivity type is n. In the case of a p-channel type semiconductor device, when a higher potential is applied to the p-type source region than the p-type drain region, the source region and the drain region are insulated from the conductive state by the potential of the gate region. Is switched. When a higher potential is applied to the p-type drain region than the n-type channel region, a current flows from the drain region to the channel region. This semiconductor device includes a switch portion and a diode portion. When an inverter circuit is configured using this semiconductor device, it is not necessary to prepare a free-wheeling diode in addition to the switching semiconductor device.

半導体基板の深部領域とリサーフ領域で構成されるダイオードにリカバリ電流が流れる場合は、リサーフ領域からチャネル領域にキャリアが移動する。既存の半導体装置では、リサーフ領域をチャネル領域に向けて移動するキャリアが、トレンチゲートの長手方向の端部における角の外側近傍に集中する。このキャリア集中箇所が同時に電界集中箇所でもあることから、既存の半導体装置ではリカバリ電流が流れるときに、アヴァランシェ・ブレークダウンが発生しやすい。   When a recovery current flows through a diode composed of a deep region and a resurf region of the semiconductor substrate, carriers move from the resurf region to the channel region. In the existing semiconductor device, carriers moving in the RESURF region toward the channel region are concentrated in the vicinity of the outside of the corner at the end in the longitudinal direction of the trench gate. Since this carrier concentration portion is also an electric field concentration portion, an avalanche breakdown is likely to occur when a recovery current flows in an existing semiconductor device.

本発明の半導体装置は、隣接する一対のトレンチのピッチ間において、チャネル領域の少なくとも一部が、複数本のトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも周辺側に張り出している。この場合、キャリアがトレンチゲートの長手方向の端部における角の外側近傍に集中するのに先立って、それよりも周辺側に張り出しているチャネル領域に流れこむ。この結果、キャリアがトレンチゲートの長手方向の端部における角の外側近傍に集中することがない。この結果、本発明の半導体装置によると、キャリア集中箇所と電界集中箇所が重ならず、アヴァランシェ・ブレークダウンの発生を抑制する。
ゲート領域に導通している導電膜は、フィールドプレートを兼用していてもよい。あるいは、ゲート領域に導通している導電膜の他に、フィールドプレートが形成されていてもよい。
In the semiconductor device of the present invention, at least a part of the channel region protrudes to the peripheral side between the pitches of a pair of adjacent trenches rather than the straight line in which the ends in the longitudinal direction of the plurality of trenches are aligned. In this case, before the carriers are concentrated near the outside of the corner at the end portion in the longitudinal direction of the trench gate, the carriers flow into the channel region protruding to the peripheral side. As a result, carriers are not concentrated near the outside of the corner at the longitudinal end of the trench gate. As a result, according to the semiconductor device of the present invention, the carrier concentration portion and the electric field concentration portion do not overlap, and the occurrence of avalanche breakdown is suppressed.
The conductive film connected to the gate region may also serve as a field plate. Alternatively, a field plate may be formed in addition to the conductive film conducting to the gate region.

上記の半導体装置では、隣接する一対のトレンチのピッチ間において、チャネル領域の少なくとも一部が、複数本のトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも周辺側に張り出していればよい。そのひとつの例には、チャネル領域とリサーフ領域の境界線が直線であり、その直線が複数本のトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも周辺側に位置しているパターンを例示することができる。   In the semiconductor device described above, at least a part of the channel region only has to protrude beyond the straight line where the end portions in the longitudinal direction of the plurality of trenches are aligned between the pitches of a pair of adjacent trenches. One example is a pattern in which the boundary line between the channel region and the RESURF region is a straight line, and the straight line is located on the peripheral side of the straight line where the longitudinal ends of the plurality of trenches are aligned. can do.

それに対して、隣接する一対のトレンチのピッチ間において、チャネル領域の一部が、複数本のトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも中心側に引き込まれていてもよい。
例えば、チャネル領域とリサーフ領域の境界線が、隣接するトレンチ間においてトレンチから離れた部分では前記直線よりも周辺側に変位し、トレンチに接する部分では前記直線よりも中心側に変位している櫛歯状であってもよい。
On the other hand, between the pitches of a pair of adjacent trenches, a part of the channel region may be drawn to the center side from the straight line where the end portions in the longitudinal direction of the plurality of trenches are aligned.
For example, a comb in which the boundary line between the channel region and the RESURF region is displaced more to the peripheral side than the straight line at a portion away from the trench between adjacent trenches, and to the center side from the straight line at a portion in contact with the trench. It may be tooth-shaped.

この場合、チャネル領域とリサーフ領域の境界線のパターンと、ゲート領域に導通している導電膜のパターンが一致していることが好ましい。   In this case, it is preferable that the pattern of the boundary line between the channel region and the RESURF region matches the pattern of the conductive film that is conducted to the gate region.

チャネル領域とリサーフ領域の境界線のパターンと、ゲート領域に導通している導電膜のパターンが一致している場合、第2導電型不純物の注入範囲を規制してチャネル領域の形成範囲を規制するマスクと、ゲート領域に導通している導電膜(フィールドプレートを兼用していてもよいし、兼用していなくてもよい)の形成範囲を規制するマスクに、共通のマスクを利用することができる。   When the pattern of the boundary line between the channel region and the RESURF region matches the pattern of the conductive film conducting to the gate region, the channel region formation range is regulated by regulating the implantation range of the second conductivity type impurity. A common mask can be used as a mask and a mask that restricts the formation range of a conductive film (which may or may not be used as a field plate) that is conductive to the gate region. .

本発明の半導体装置は、スイッチング構造とダイオード構造を併せ持っており、少ない部品数でインバータ回路を構成することができる。本発明の半導体装置は、ダイオード構造をリカバリ電流が流れる際に、キャリア集中部と電界集中部が重なることがなく、半導体装置の破壊の原因となるアヴァランシェ・ブレークダウンの発生を抑制することができる。
また、チャネル領域とリサーフ領域の境界線が、トレンチから離れた部分ではトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも周辺側に変位し、トレンチに接する部分ではトレンチの長手方向の端部が揃っている直線よりも中心側に変位している櫛歯状であると、チャネル領域とリサーフ領域の境界線のパターンとゲート領域に導通している導電膜のパターンを一致させることができ、チャネル領域の形成用マスクとゲート配線の形成用マスクを兼用することができる。半導体装置の製造プロセスが簡単化される。
The semiconductor device of the present invention has both a switching structure and a diode structure, and can form an inverter circuit with a small number of components. In the semiconductor device of the present invention, when the recovery current flows through the diode structure, the carrier concentration portion and the electric field concentration portion do not overlap with each other, and the occurrence of avalanche breakdown that causes destruction of the semiconductor device can be suppressed. it can.
In addition, the boundary between the channel region and the RESURF region is displaced more to the peripheral side than the straight line where the end portions in the longitudinal direction of the trench are aligned in the portion away from the trench, and the end portion in the longitudinal direction of the trench in the portion in contact with the trench If the shape of the comb teeth is displaced to the center side of the straight line, the pattern of the boundary line between the channel region and the RESURF region and the pattern of the conductive film conducting to the gate region can be matched, A mask for forming a channel region and a mask for forming a gate wiring can be used together. The manufacturing process of the semiconductor device is simplified.

既存の半導体装置10の平面図の概要を示す。The outline of the top view of the existing semiconductor device 10 is shown. 既存の半導体装置10の構造の一部(領域Z)を示す拡大断面図。FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a part (region Z) of the structure of an existing semiconductor device 10. 第1の状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of the action | operation of the inverter circuit 11 in a 1st state. 第1の遷移状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of operation | movement of the inverter circuit 11 in a 1st transition state. 第2の状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of operation | movement of the inverter circuit 11 in a 2nd state. 第2の遷移状態におけるインバータ回路11の作動の様子を示す説明図。Explanatory drawing which shows the mode of operation | movement of the inverter circuit 11 in a 2nd transition state. 既存の半導体装置10の寄生ダイオードに流れるリカバリ電流を、正常時と破壊時で対比して示す図。The figure which shows the recovery current which flows into the parasitic diode of the existing semiconductor device 10 by contrast at the time of normal time and destruction. 既存の半導体装置10の周辺領域の近傍においてチャネル領域を透過させた状態を示す内部透視図。FIG. 3 is an internal perspective view showing a state where a channel region is transmitted in the vicinity of a peripheral region of an existing semiconductor device 10. 解析に用いたスイッチング用半導体装置と外部回路を含む等価回路を示す配線図。The wiring diagram which shows the equivalent circuit containing the semiconductor device for switching used for the analysis, and an external circuit. 既存の半導体装置10の寄生ダイオードに流れるリカバリ電流を、中心部分と周辺部分に分けて示す図。(a)は中心部分を流れるリカバリ電流であり、(b)は周辺部分を流れるリカバリ電流である。The figure which shows the recovery current which flows into the parasitic diode of the existing semiconductor device 10 divided into a center part and a peripheral part. (A) is a recovery current flowing through the central portion, and (b) is a recovery current flowing through the peripheral portion. 既存の半導体装置10の解析対象範囲Uを示す説明図。4 is an explanatory diagram showing an analysis target range U of an existing semiconductor device 10. FIG. 既存の半導体装置10の深さS1(図8)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in depth S1 (FIG. 8) of the existing semiconductor device 10. FIG. 既存の半導体装置10の深さS2(図8)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in depth S2 (FIG. 8) of the existing semiconductor device 10. FIG. 既存の半導体装置10の深さS3(図8)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in depth S3 (FIG. 8) of the existing semiconductor device 10. FIG. 第1実施例に係る半導体装置10aの周辺領域Apの近傍においてチャネル群を透過させた状態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows the state which permeate | transmitted the channel group in the vicinity of peripheral region Ap of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る半導体装置10aの解析対象範囲Uaを示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis object range Ua of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る半導体装置10aの断面S1(図15)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S1 (FIG. 15) of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る半導体装置10aの断面S2(図15)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S2 (FIG. 15) of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る半導体装置10aの断面S3(図15)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S3 (FIG. 15) of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例に係る半導体装置10aの製造方法の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the manufacturing method of the semiconductor device 10a which concerns on 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのp−−領域形成工程を示す説明図。Explanatory view showing a region forming step - p of the semiconductor device 10a of the first embodiment. 第1実施例の半導体装置10aのLOCOS酸化工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the LOCOS oxidation process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのPch領域形成工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the P - ch area | region formation process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのトレンチエッチング工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the trench etching process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのゲート絶縁膜形成工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the gate insulating-film formation process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのトレンチゲート形成工程(S700)の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the trench gate formation process (S700) of the semiconductor device 10a of 1st Example. トレンチ形成部位における断面図。Sectional drawing in a trench formation site. トレンチが形成されていない部位における断面図。Sectional drawing in the site | part in which the trench is not formed. 第1実施例の半導体装置10aのP領域形成工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the P + area | region formation process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第1実施例の半導体装置10aのソース電極形成工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the source electrode formation process of the semiconductor device 10a of 1st Example. 第2実施例に係る半導体装置10bの周辺領域Apの近傍においてチャネル群を透過させた状態を示す内部透視図。The internal perspective view which shows the state which permeate | transmitted the channel group in the vicinity of peripheral region Ap of the semiconductor device 10b which concerns on 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bの解析対象範囲Ubを示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis object range Ub of the semiconductor device 10b of 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bの断面S1(図31)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S1 (FIG. 31) of the semiconductor device 10b of 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bの断面S2(図31)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S2 (FIG. 31) of the semiconductor device 10b of 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bの断面S3(図31)における解析結果を示す説明図。Explanatory drawing which shows the analysis result in cross section S3 (FIG. 31) of the semiconductor device 10b of 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bの製造方法の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the manufacturing method of the semiconductor device 10b of 2nd Example. 第2実施例の半導体装置10bのトレンチゲート形成工程の内容を示すフローチャート。The flowchart which shows the content of the trench gate formation process of the semiconductor device 10b of 2nd Example. トレンチ形成部位における断面図。Sectional drawing in a trench formation site. トレンチが形成されていない部位における断面図。Sectional drawing in the site | part in which the trench is not formed. 第2実施例の半導体装置10bのP-ch領域形成工程を示す説明図。Explanatory drawing which shows the P < - > ch area | region formation process of the semiconductor device 10b of 2nd Example.

本発明は、たとえば以下の特徴を単独あるいは組み合わせて備えることによって、好ましい形態を実現することもできる。
(特徴1) チャネル領域とフィールドプレートが相互に嵌りあう平面形状を備えている。
(特徴2)エッチングしてフィールドプレートの形成範囲を規制するマスクを使用してイオン注入工程を実施してチャネル領域を形成する。
(特徴3) 相互に嵌りあう平面形状は、櫛歯形状である。
(特徴3) 半導体装置は、スイッチング用半導体装置でもあり、ダイオードでもある。
(特徴4) 半導体装置は、インバータ回路の部品に用いられる。スイッチング用半導体装置とダイオードを兼用するために、少ない部品数でインバータ回路を完成する。
This invention can also implement | achieve a preferable form, for example by providing the following characteristics individually or in combination.
(Characteristic 1) It has a planar shape in which the channel region and the field plate fit each other.
(Feature 2) A channel region is formed by performing an ion implantation process using a mask that controls the field plate formation range by etching.
(Characteristic 3) The planar shape which fits mutually is a comb-tooth shape.
(Characteristic 3) The semiconductor device is both a semiconductor device for switching and a diode.
(Characteristic 4) A semiconductor device is used as a component of an inverter circuit. The inverter circuit is completed with a small number of parts in order to use both the switching semiconductor device and the diode.

以下では、上述の特徴を踏まえて本発明の作用や効果を明確に説明するために、本発明の実施例を、次のような順序に従って説明する。
A.第1実施例に係る半導体装置の構成と製造方法:
A−1.第1実施例に係る半導体装置の構成:
A−2.第1実施例に係る半導体装置の製造方法:
B.第2実施例に係る半導体装置の構成と製造方法:
B−1.第2実施例に係る半導体装置の構成:
B−2.第2実施例に係る半導体装置の製造方法:
C.変形例:
In the following, embodiments of the present invention will be described in the following order in order to clearly describe the operation and effects of the present invention based on the above-described features.
A. Configuration and manufacturing method of semiconductor device according to first embodiment:
A-1. Configuration of the semiconductor device according to the first embodiment:
A-2. Method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment:
B. Configuration and manufacturing method of semiconductor device according to second embodiment:
B-1. Configuration of a semiconductor device according to the second embodiment:
B-2. Manufacturing method of semiconductor device according to second embodiment:
C. Variations:

A.第1実施例に係る半導体装置の構成と製造方法:
本願発明者らは、リカバリ電流が流れる際の正孔電流の集中箇所と電界強度の高い箇所が重ならない半導体装置を構成すれば、リカバリ破壊に対する耐性を強くすることができることを見出した。本願発明者は、このような発見に基づいて第1実施例に係る半導体装置を創作した。
A. Configuration and manufacturing method of semiconductor device according to first embodiment:
The inventors of the present application have found that if a semiconductor device in which a hole current concentration portion when a recovery current flows and a portion having a high electric field strength do not overlap each other is configured, resistance to recovery breakdown can be increased. The inventor of the present application has created the semiconductor device according to the first embodiment based on such a discovery.

A−1.本発明の第1実施例に係る半導体装置の構成:
図15は、第1実施例に係る半導体装置10aの周辺領域Apの近傍においてチャネル群を透過させた状態を示す内部透視図である。この図から分かるように、トレンチゲート21の長手方向の端部21eのさらに周辺側までP chチャネル領域23aが形成されている。すなわち、複数本のトレンチ21の長手方向の端部が揃っている直線150と、P chチャネル領域23aとp−−リサーフ領域RSの境界線151を比較すると、境界線151の方が直線150よりも半導体基板の周辺側に向けて変位している。これにより、第1実施例の半導体装置10aでは、高い電界強度が発生しやすいトレンチゲート21の長手方向の端部21eが、p−−リサーフ領域RSから距離Pだけ離れることになる。なお、距離Pは、1μmで顕著な効果を奏することが本願発明者のシミュレーションと実験とで確認された。
A-1. Configuration of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention:
FIG. 15 is an internal perspective view illustrating a state in which the channel group is transmitted in the vicinity of the peripheral region Ap of the semiconductor device 10a according to the first example. As can be seen from this figure, the P - ch channel region 23 a is formed to the further peripheral side of the end portion 21 e in the longitudinal direction of the trench gate 21. That is, when the straight line 150 in which the end portions in the longitudinal direction of the plurality of trenches 21 are aligned and the boundary line 151 of the P ch channel region 23 a and the p −− resurf region RS 1 are compared, the boundary line 151 is straighter. It is displaced toward the peripheral side of the semiconductor substrate from 150. Thus, in the semiconductor device 10a of the first embodiment, the longitudinal ends 21e of the high electric field strength is likely to occur trench gate 21, p - consists RESURF region RS 1 to leave a distance P 1. The distance P 1 is, that a marked effect in 1μm was confirmed in the experiments with the simulation by the present inventors.

図16は、第1実施例のスイッチング用縦型半導体装置10aの解析対象範囲Uaを示す説明図である。リカバリ電流I(正孔電流)は、範囲Uaにおいて、p−−リサーフ領域RSからトレンチゲート21の近傍に到達する前に、Pchチャネル領域23aに達することになる。第1実施例では、トレンチゲート21の端部21eがp−−リサーフ領域RSから距離Pだけ離れており、Pchチャネル領域23aがトレンチゲート21の端部21eよりも周辺領域Apの側に伸びているからである。 FIG. 16 is an explanatory diagram showing the analysis target range Ua of the switching vertical semiconductor device 10a of the first embodiment. In the range Ua, the recovery current I R (hole current) reaches the P ch channel region 23 a before reaching the vicinity of the trench gate 21 from the p −resurf region RS 1 . In the first embodiment, the ends 21e of the trench gate 21 is p - RESURF is away from the region RS 1 by a distance P 1, P - ch channel region 23a is in the peripheral region Ap from the end portion 21e of the trench gate 21 This is because it extends to the side.

図17は、第1実施例のスイッチング用縦型半導体装置10aの断面S1(図15)における解析結果を示す説明図である。(a)の電界分布Fd1S1から分かるように、電界強度は、P/P ch境界において高い。(b)の正孔電流分布Hd1S1から分かるように、正孔電流はトレンチゲート21の近傍に集中することなく、Pchチャネル領域23aの広い範囲を分散して流れている。Pchチャネル領域23aは、p−−リサーフ領域RSよりも不純物量が多いので、トレンチゲート21に吸引されることなく、広い範囲を平均して流れるからである。 FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating an analysis result in the cross section S1 (FIG. 15) of the vertical semiconductor device for switching 10a according to the first embodiment. As it can be seen from the field distribution Fd 1S1 of (a), the electric field intensity, P - higher in ch boundary - / P. As can be seen from the hole current distribution Hd 1S1 of (b), the hole current without concentrating in the vicinity of the trench gate 21, P - ch flowing distributed a wide range of channel region 23a. P - ch channel region 23a is, p - since many amount of impurities than RESURF region RS 1, without being sucked to the trench gate 21, because flows on average a wide range.

(c)の衝突電離分布Id1S1から分かるように、衝突電離は、強い電界強度が発生しているP/P ch境界において発生している。ただし、正孔電流の集中が小さくなっているので、衝突電離の程度は低減されている。 As can be seen from impact ionization distribution Id 1S1 of (c), impact ionization, P strong electric field intensity is generated - is occurring at ch boundary - / P. However, since the concentration of the hole current is reduced, the degree of impact ionization is reduced.

図18は、第1実施例のスイッチング用縦型半導体装置10aの断面S2(図15)における解析結果を示す説明図である。断面S2では、断面S1での電界分布Fd1S1よりも強電界領域が拡大している。一方、正孔電流は、断面S1での正孔電流分布Hd1S1と同様に、トレンチゲート21の近傍に集中することなく、Pchチャネル領域23aを平均的に流れている。衝突電離は、衝突電離分布Id1S2から分かるように、正孔電流の集中が小さくなっているので、断面S1での衝突電離と同様に低減されている。 FIG. 18 is an explanatory diagram illustrating an analysis result in the cross section S2 (FIG. 15) of the vertical semiconductor device for switching 10a according to the first embodiment. In the cross section S2, the strong electric field region is expanded more than the electric field distribution Fd 1S1 in the cross section S1. On the other hand, the hole current does not concentrate in the vicinity of the trench gate 21 and flows through the P - ch channel region 23a on the average, similarly to the hole current distribution Hd1S1 in the cross section S1. As can be seen from the impact ionization distribution Id1S2 , the impact ionization is reduced in the same manner as the impact ionization in the cross section S1 because the concentration of the hole current is small.

図19は、第1実施例のスイッチング用縦型半導体装置10aの断面S3(図15)における解析結果を示す説明図である。断面S3では、断面S1での電界分布Fd1S1より強電界領域がさらに拡大している。これは、Pchチャネル領域23aとN半導体下層31の境界において発生した電界の影響である。一方、正孔電流は、フィールドプレートFPから垂直方向(Z軸方向)に離れているので、ほとんど流れていない。(c)の衝突電離分布Id1S3から分かるように、正孔電流がほとんど流れていないので、衝突電離もほとんど発生していない。 FIG. 19 is an explanatory diagram showing an analysis result in the cross section S3 (FIG. 15) of the switching vertical semiconductor device 10a of the first embodiment. In the cross section S3, the strong electric field region is further expanded from the electric field distribution Fd1S1 in the cross section S1. This is due to the influence of the electric field generated at the boundary between the P ch channel region 23 a and the N semiconductor lower layer 31. On the other hand, since the hole current is away from the field plate FP 1 in the vertical direction (Z-axis direction), it hardly flows. As can be seen from the impact ionization distribution Id 1S3 in (c), since the hole current hardly flows, the impact ionization hardly occurs.

このように、第1実施例の半導体装置10aは、トレンチゲート21の長手方向の端部近傍における電界集中とキャリア集中の相乗効果によって発生するアヴァランシェ・ブレークダウンを抑制することができる。これにより、半導体装置10aの内部に寄生的に形成されたダイオードに過大なリカバリ電流が流れることがなく、過大なリカバリ電流によって破壊されることを抑制することができる。   As described above, the semiconductor device 10a according to the first embodiment can suppress the avalanche breakdown generated by the synergistic effect of the electric field concentration and the carrier concentration in the vicinity of the end portion in the longitudinal direction of the trench gate 21. As a result, an excessive recovery current does not flow through the diode formed parasitically inside the semiconductor device 10a, and it is possible to suppress the destruction by the excessive recovery current.

A−2.本発明の第1実施例に係る半導体装置の製造方法:
図20は、本発明の第1実施例に係る半導体装置10aの製造方法の内容を示すフローチャートである。ステップS100では、半導体基板を準備する。準備される半導体基板には、Nの層とNドレイン層32とが形成されている。
A-2. Method of manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention:
FIG. 20 is a flowchart showing the contents of the manufacturing method of the semiconductor device 10a according to the first embodiment of the present invention. In step S100, a semiconductor substrate is prepared. An N layer and an N + drain layer 32 are formed on the prepared semiconductor substrate.

図21は、第1実施例の半導体装置10aの製造過程におけるp−−領域形成工程を示す説明図である。ステップS200では、p−−領域形成工程が実行される。p−−領域形成工程は、半導体装置10の周辺領域Apにおいてリサーフ領域として機能するp−−リサーフ領域RSを形成する工程である。p−−領域形成工程は、マスク工程と、イオン打込み工程と、熱拡散工程を含んでいる。イオン打込み工程は、P型半導体をつくるための不純物であるアクセプタをイオンとして打ち込む工程である。熱拡散工程は、打ち込まれたイオンを熱拡散させる工程である。 FIG. 21 is an explanatory diagram illustrating a p −− region forming process in the manufacturing process of the semiconductor device 10a according to the first embodiment. In step S200, a p −− region forming process is performed. The p −− region forming step is a step of forming a p −− resurf region RS 1 that functions as a RESURF region in the peripheral region Ap of the semiconductor device 10. The p −− region forming process includes a mask process, an ion implantation process, and a thermal diffusion process. The ion implantation step is a step of implanting acceptors, which are impurities for producing a P-type semiconductor, as ions. The thermal diffusion process is a process of thermally diffusing the implanted ions.

図22は、LOCOS酸化工程の様子を示す説明図である。ステップS300では、LOCOS(Local Oxidation of Silicon)酸化工程が実行される。本実施例では、p−−リサーフ領域RSとN半導体下層31の表面を部分的に酸化させてLOCOS絶縁膜41を形成する。 FIG. 22 is an explanatory view showing the state of the LOCOS oxidation process. In step S300, a LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxidation process is performed. In the present embodiment, the LOCOS insulating film 41 is formed by partially oxidizing the surfaces of the p −− resurf region RS 1 and the N semiconductor lower layer 31.

図23は、P ch領域形成工程の様子を示す説明図である。ステップS400では、P-ch領域形成工程が実行される。P-ch領域形成工程は、マスクM2を形成し、p−−領域形成工程と同様の工程によって、Pchチャネル領域23aとなる領域を形成する。 FIG. 23 is an explanatory diagram showing a state of the P - ch region forming step. In step S400, a P-ch region forming process is performed. In the P-ch region forming step, a mask M2 is formed, and a region to be the P ch channel region 23a is formed by the same step as the p −− region forming step.

図24は、トレンチエッチング工程の様子を示す説明図である。ステップS500では、トレンチエッチング工程が実行される。トレンチエッチング工程では、トレンチゲート21を形成するためのトレンチをエッチングで形成する。この工程は、たとえばアスペクト比の高い(狭く深い)反応性イオンエッチングである深堀りRIE(Deep RIE)で実現することができる。   FIG. 24 is an explanatory view showing the state of the trench etching process. In step S500, a trench etching process is performed. In the trench etching process, a trench for forming the trench gate 21 is formed by etching. This process can be realized by deep RIE (Deep RIE), which is reactive ion etching having a high aspect ratio (narrow and deep), for example.

図25は、ゲート酸化工程の様子を示す説明図である。ステップS600では、ゲート酸化工程が実行される。ゲート酸化工程では、トレンチエッチング工程で形成されたトレンチの壁面と底面を含めて、半導体の表面の全域に酸化皮膜を形成する。   FIG. 25 is an explanatory diagram showing the state of the gate oxidation process. In step S600, a gate oxidation process is performed. In the gate oxidation process, an oxide film is formed on the entire surface of the semiconductor including the wall surface and bottom surface of the trench formed in the trench etching process.

図26は、トレンチゲート形成工程(S700)の内容を示すフローチャートである。トレンチゲート形成工程(S700)は、ポリシリコンCVD工程(S710)と、ポリシリコンCVD工程(S710)と、マスク形成工程(S720)と、ポリシリコン・エッチング工程(S730)を含んでいる。   FIG. 26 is a flowchart showing the contents of the trench gate formation step (S700). The trench gate formation process (S700) includes a polysilicon CVD process (S710), a polysilicon CVD process (S710), a mask formation process (S720), and a polysilicon etching process (S730).

図27と図28は、トレンチゲート形成工程の様子を示す断面図である(断面位置については図16参照)。図27は、トレンチゲート21が存在する位置における断面図である。図28は、隣接するトレンチゲートの間にあってPchチャネル領域23aが存在する位置における断面図である。 27 and 28 are cross-sectional views showing the state of the trench gate forming step (see FIG. 16 for the cross-sectional position). FIG. 27 is a cross-sectional view at a position where the trench gate 21 exists. FIG. 28 is a cross-sectional view at a position where a P - ch channel region 23a exists between adjacent trench gates.

ポリシリコンCVD工程(S710)では、化学蒸着によって、ポリシリコンの導体材料層を形成して、フィールドプレートFPとトレンチゲート21を一体的に形成する工程である。フィールドプレートFPは、トレンチゲート21とゲート電極パッド(図1のG)を導通する配線を兼用している。マスク形成工程(S720)は、トレンチゲート21やフィールドプレートFPを残存させる範囲を覆うマスクを形成する工程である。ポリシリコン・エッチング工程(S730)は、マスクで覆われていないポリシリコンをエッチングして、トレンチゲート21やフィールドプレートFPの外形を形成する工程である。なお、フィールドプレートFPの外形は、図15等の斜視図では、説明を分かりやすくするために形状が簡略化されている。 In the polysilicon CVD process (S710), by chemical vapor deposition, to form a conductive material layer of polysilicon, a step of integrally forming the field plate FP 0 and the trench gate 21. The field plate FP 0 also serves as a wiring for conducting the trench gate 21 and the gate electrode pad (G in FIG. 1). Mask forming step (S720) is a step of forming a mask covering a range to leave the trench gate 21 and field plate FP 0. Polysilicon etching step (S730), the polysilicon is not covered with the mask is etched, a step of forming the outer shape of the trench gate 21 and field plate FP 0. Note that the outer shape of the field plate FP 0 is simplified in the perspective view of FIG. 15 and the like for easy understanding of the description.

図29は、P領域形成工程(S800)を示す説明図である。ステップS800では、P領域形成工程が実行される。P領域形成工程は、マスクM3を形成し、p−−領域形成工程やPchチャネル領域23aと同様の工程によって、Pチャネルコンタクト領域24を形成する工程である。 FIG. 29 is an explanatory diagram showing the P + region forming step (S800). In step S800, a P + region forming process is performed. P + region formation step, a mask M3, p - region forming step and P - by ch channel region 23a similar step is a step of forming a P + channel contact region 24.

図30は、ソース電極形成工程(S900)の内容を示す説明図である。ステップS900では、ソース電極が形成される。この工程は、層間絶縁膜CVD工程と、コンタクトホールエッチング工程と、アルミ堆積工程と、アルミ電極エッチング工程と、を含んでいる。ソース電極形成工程によって、Pチャネルコンタクト領域24とNソース領域25がソース端子電極に電気的に接続される。 FIG. 30 is an explanatory diagram showing the contents of the source electrode formation step (S900). In step S900, a source electrode is formed. This process includes an interlayer insulating film CVD process, a contact hole etching process, an aluminum deposition process, and an aluminum electrode etching process. By the source electrode forming step, the P + channel contact region 24 and the N + source region 25 are electrically connected to the source terminal electrode.

各工程の内容は以下のとおりである。層間絶縁膜CVD工程は、トレンチゲート21やフィールドプレートFPとの絶縁性を確保するために層間絶縁膜CVDで層間絶縁膜Bを形成する工程である。コンタクトホールエッチング工程は、Pチャネルコンタクト領域24とNソース領域25を露出させるためにゲート酸化工程で形成された酸化膜と層間絶縁膜Bとを部分的に除去して孔を形成する工程である。アルミ堆積工程は、蒸着等の方法でアルミを堆積させる工程である。アルミ電極エッチング工程は、エッチングでアルミ電極の外形形状を成形する工程である。 The contents of each process are as follows. Interlayer insulating film CVD step is a step of forming an interlayer insulating film B with an interlayer insulating film CVD in order to secure insulation between the trench gate 21 and field plate FP 0. In the contact hole etching step, the oxide film formed in the gate oxidation step and the interlayer insulating film B are partially removed to form holes in order to expose the P + channel contact region 24 and the N + source region 25. It is. The aluminum deposition step is a step of depositing aluminum by a method such as vapor deposition. The aluminum electrode etching step is a step of forming the outer shape of the aluminum electrode by etching.

このような工程を完了させることによって、本発明の第1実施例の半導体装置10aを製造することができる。なお、ソース電極Sや層間絶縁膜Bは、図16等では、説明を煩雑としないために省略されている。   By completing such steps, the semiconductor device 10a of the first embodiment of the present invention can be manufactured. Note that the source electrode S and the interlayer insulating film B are omitted in FIG. 16 and the like for the sake of simplicity.

B.本発明の第2実施例に係る半導体装置の構成と製造方法:
本願発明者は、上述の構成と製造方法の内容を検討することによって、第1実施例の半導体装置10aの特徴を過度に減殺することなく、効率的な製造を実現することができる構成と製造方法とを創作することに成功した。
B. Configuration and manufacturing method of semiconductor device according to second embodiment of the present invention:
The inventor of the present application examines the contents of the above-described configuration and the manufacturing method, and thus can achieve efficient manufacturing without excessively reducing the characteristics of the semiconductor device 10a of the first embodiment. We succeeded in creating a method.

B−1.本発明の第2実施例に係る半導体装置の構成:
図31は、本発明の第2実施例に係る半導体装置10bの周辺領域Apの近傍においてチャネル領域23bを透過させた状態を示す内部透視図である。第2実施例の半導体装置10bは、半導体装置を平面視したときに、すなわち、Z軸方向に見たときに、P chチャネル領域23bとフィールドプレートFPと(トレンチ内部の導体と、ゲート電極パッドを導通させる導電膜でもある)が相互に嵌合する平面形状を有していることを特徴とする。このような嵌合形状は、後述するように、フィールドプレートFPの外形形状を形成するためのマスクを使用してP chチャネル領域23bを形成することによって実現できるので、製造プロセスの簡易化を実現することができる。
B-1. Configuration of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention:
FIG. 31 is an internal perspective view showing a state where the channel region 23b is transmitted in the vicinity of the peripheral region Ap of the semiconductor device 10b according to the second embodiment of the present invention. The semiconductor device 10b of the second embodiment, in a plan view of the semiconductor device, i.e., when viewed in the Z-axis direction, P - ch channel region 23b and the field plate FP 2 and the (in the trench conductor, the gate The conductive film for conducting the electrode pad) has a planar shape that fits to each other. Such fitting shape, as described later, using the mask for forming the outer shape of the field plate FP 2 P - can be realized by forming a ch channel region 23b, simplification of the manufacturing process Can be realized.

図32は、第2実施例のスイッチング用縦型半導体装置10bの解析対象範囲Ubを示す説明図である。図中320は、P chチャネル領域23bとp−−リサーフ領域RSの境界線であり、その境界線320よりも中心側(左側)はP chチャネル領域23bであり、周辺側(右側)はp−−リサーフ領域RSである。トレンチ内部の導体(トレンチゲート領域)21とゲート電極パッドGを導通させる導電膜でもあるフィールドプレートFPの中心側のパターンは、境界線320に一致している。すなわち、p−−リサーフ領域RSとフィールドプレートFPの中心側のパターンは重なっており、その中心側がP chチャネル領域23bである。 FIG. 32 is an explanatory diagram showing an analysis target range Ub of the vertical semiconductor device for switching 10b according to the second embodiment. Figure 320, P - a RESURF region RS 2 of the boundary line, the center side than the boundary line 320 (left side) P - - ch channel region 23b and p are ch channel region 23b, the peripheral side (right side ) is p - a RESURF region RS 2. The pattern on the center side of the field plate FP 2 that is also a conductive film that conducts the conductor (trench gate region) 21 inside the trench and the gate electrode pad G coincides with the boundary line 320. That is, the pattern on the center side of the p −− RESURF region RS 2 and the field plate FP 2 overlaps, and the center side is the P ch channel region 23b.

隣接する一対のトレンチゲート領域21間のピッチpにおいて、トレンチゲート領域21に接する範囲では、トレンチゲート領域21とゲート電極パッドGを導通させる導電膜でもあるフィールドプレートFPは、トレンチゲート領域21の長手方向の端部が揃っている直線322よりも中心側(左側)に向けて張り出している。平面視したときに、トレンチゲート領域21とフィールドプレートFPが重なり合っている範囲において両者は導通している。ピッチpにおいて、トレンチゲート領域21から離れた範囲p1では、P chチャネル領域23bが、トレンチゲート領域21の長手方向の端部が揃っている直線322よりも周辺側(右側)に向けて張り出している。P chチャネル領域23bは、隣接する一対のトレンチゲート領域21間のピッチpにおいて、トレンチゲート領域21の長手方向の端部が揃っている直線322よりも周辺側(右側)に向けて張り出している部分を備えている。 The field plate FP 2, which is also a conductive film that conducts the trench gate region 21 and the gate electrode pad G, in a range in contact with the trench gate region 21 at a pitch p between a pair of adjacent trench gate regions 21, It protrudes toward the center side (left side) from the straight line 322 in which the ends in the longitudinal direction are aligned. In a plan view, both are conductive to the extent that overlap trench gate region 21 and the field plate FP 2. In the range p1 away from the trench gate region 21 at the pitch p, the P - ch channel region 23b projects toward the peripheral side (right side) with respect to the straight line 322 where the longitudinal ends of the trench gate region 21 are aligned. ing. The P - ch channel region 23b protrudes toward the peripheral side (right side) with respect to the straight line 322 where the end portions in the longitudinal direction of the trench gate region 21 are aligned at the pitch p between the pair of adjacent trench gate regions 21. It has a part.

この平面形状の関係により、リカバリ電流I(正孔電流)が、p−−リサーフ領域RSからトレンチゲート領域21の近傍に達するよりも前に、P chチャネル領域23bに到達できることが分かる。P chチャネル領域23bは、トレンチゲート領域21の長手方向の端部が揃っている直線322よりも、距離Pだけ周辺側に向けて張り出している領域23bpを有しているからである。なお、距離Pは、3μmで顕著な効果を奏することが本願発明者のシミュレーションと実験とで確認された。 The relationship of the planar shape, the recovery current I R (hole current), p - the RESURF region RS 2 before reaching the vicinity of the trench gate region 21, P - is found to be reached ch channel region 23b . P - ch channel region 23b is because has a longitudinal of the straight line 322 whose ends are aligned, the distance P 2 only region protrudes toward the periphery side 23bp of the trench gate region 21. The distance P 2 is that a marked effect in 3μm was confirmed in the experiments with the simulation by the present inventors.

図33は、第2実施例のスイッチング用縦型半導体装置の断面S1(図31参照)における解析結果を示す説明図である。電界分布Fd2S1から分かるように、P chチャネル領域23bのうちの直線322よりも左方に張り出している部分23bpとp−−リサーフ領域RSの境界に、強く電界強度が発生することがわかる。正孔電流分布Hd2S1から分かるように、正孔電流はトレンチゲート21の近傍に集中することなく、P chチャネル領域23bを経由してPチャネルコンタクト領域24に流れ込んでいる。衝突電離分布Id2S1から分かるように、衝突電離現象は、強い電界強度が発生しているp−−リサーフ領域RSとP chチャネル領域23bの境界において発生している。ただし、第2実施例の半導体装置10bは、第1実施例の半導体装置10aと比較すると、正孔電流の集中度合いが大きくなっているものの、既存の半導体装置10と比較すると正孔電流の集中度合いが小さくなっているので、衝突電離の程度は、第1実施例の半導体装置10aよりも大きいものの、既存の半導体装置10と比べれば顕著に小さい。 FIG. 33 is an explanatory diagram showing an analysis result in a cross section S1 (see FIG. 31) of the vertical semiconductor device for switching according to the second embodiment. As can be seen from the field distribution Fd 2S1, P - ch portion 23bp overhanging the left of the straight line 322 and p of the channel region 23b - the boundary of the RESURF region RS 2, be strong electric field intensity is generated Recognize. As can be seen from the hole current distribution Hd 2 S 1 , the hole current does not concentrate in the vicinity of the trench gate 21 but flows into the P + channel contact region 24 via the P ch channel region 23 b. As can be seen from impact ionization distribution Id 2S1, impact ionization phenomenon, p strong electric field intensity is generated - is occurring at ch boundary of the channel region 23b - RESURF region RS 2 and P. However, although the semiconductor device 10b of the second embodiment has a higher concentration of hole current than the semiconductor device 10a of the first embodiment, the concentration of hole current is higher than that of the existing semiconductor device 10. Since the degree is small, the degree of impact ionization is significantly smaller than that of the existing semiconductor device 10 although it is greater than that of the semiconductor device 10a of the first embodiment.

第2実施例の半導体装置10bにおける衝突電離の程度が既存の半導体装置10よりも顕著に小さいのは、電界強度の集中度合いと正孔電流の集中度合いの程度が相違するからである。具体的には、半導体層を平面視したときに、既存の半導体装置10では、電界強度集中箇所と正孔電流の集中箇所が点(トレンチゲート21の端部の角GCの近傍の電界集中部A)であるのに対し、第2実施例の半導体装置10bでは、電界強度集中箇所と正孔電流の集中箇所が線(p−−リサーフ領域RSとP chチャネル領域23bの境界線)に沿って分散しているからである。 The degree of impact ionization in the semiconductor device 10b of the second embodiment is significantly smaller than that of the existing semiconductor device 10 because the degree of concentration of electric field strength and the degree of concentration of hole current are different. Specifically, when the semiconductor layer is viewed in plan, in the existing semiconductor device 10, the electric field intensity concentration portion and the hole current concentration portion are points (the electric field concentration portion in the vicinity of the corner GC at the end of the trench gate 21. while it is a), in the semiconductor device 10b of the second embodiment, concentration portions is a line (p field strength concentration portions and hole current - RESURF region RS 2 and P - ch channel region 23b of the borders) It is because it is distributed along.

第2実施例の半導体装置10bにおける衝突電離の程度が第1実施例の半導体装置10aよりも大きいのも、電界強度の集中度合いと正孔電流の集中度合いの程度が相違するからである。具体的には、半導体層を平面視したときに、第2実施例の半導体装置10bでは、電界強度の集中箇所と正孔電流の集中箇所が伸びている線(p−−リサーフ領域RSとP chチャネル領域23bの境界線)の長さが、第1実施例の半導体装置10aよりも短くなっているからである。 The degree of impact ionization in the semiconductor device 10b of the second embodiment is larger than that of the semiconductor device 10a of the first embodiment because the degree of concentration of electric field strength and the degree of concentration of hole current are different. Specifically, when the semiconductor layer is viewed in plan, in the semiconductor device 10b of the second embodiment, a line (p −− RESURF region RS 2 and This is because the length of the boundary line of the P - ch channel region 23b is shorter than that of the semiconductor device 10a of the first embodiment.

図34は、第2実施例のスイッチング用半導体装置の断面S2(図31)における解析結果を示す説明図である。断面S2の電界、正孔電流、および衝突電離の各分布は、断面S1におけるものとほぼ同一である。   FIG. 34 is an explanatory view showing an analysis result in the cross section S2 (FIG. 31) of the switching semiconductor device of the second embodiment. Each distribution of the electric field, hole current, and impact ionization in the cross section S2 is almost the same as that in the cross section S1.

図35は、第2実施例のスイッチング用半導体装置の断面S3(図31)における解析結果を示す説明図である。断面S3の電界は、断面S1の電界分布Fd2S1や断面S2の電界分布Fd2S2よりもさらに強電界領域が拡大している。これは、第1実施例と同様に、P chチャネル領域23bとN半導体下層31の境界において発生した電界の影響である。一方、正孔電流は、フィールドプレートFPから垂直方向(Z軸方向)に離れているので、電流がほとんど流れていない。衝突電離については、衝突電離分布Id2S3から分かるように、正孔電流がほとんど流れていないので、衝突電離もほとんど発生していない。 FIG. 35 is an explanatory view showing an analysis result in the cross section S3 (FIG. 31) of the switching semiconductor device of the second embodiment. The electric field in the cross section S3 has a stronger electric field region expanded than the electric field distribution Fd 2S1 in the cross section S1 and the electric field distribution Fd 2S2 in the cross section S2. This is the influence of the electric field generated at the boundary between the P ch channel region 23 b and the N semiconductor lower layer 31, as in the first embodiment. On the other hand, since the hole current is separated from the field plate FP 0 in the vertical direction (Z-axis direction), almost no current flows. As for the impact ionization, as can be seen from the impact ionization distribution Id2S3, almost no hole current flows, and therefore, impact ionization hardly occurs.

B−2.本発明の第2実施例に係る半導体装置の製造方法:
図36は、本発明の第2実施例に係る半導体装置10bの製造方法の内容を示すフローチャートである。第2実施例の製造方法は、P-ch領域形成工程(ステップS400)が省略されている点と、トレンチゲート形成工程(S700)の内容が変更されてP-ch領域を形成する工程を含むトレンチゲート形成工程(S700a)とされている点で第1実施例の製造方法と相違する。
B-2. A method of manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention:
FIG. 36 is a flowchart showing the contents of the manufacturing method of the semiconductor device 10b according to the second embodiment of the present invention. Manufacturing method of the second embodiment are that P-ch region formation step (step S400) is omitted, the content is changed P trench gate forming step (S700) - comprising the step of forming a ch region It differs from the manufacturing method of the first embodiment in that it is a trench gate formation step (S700a).

図37は、本発明の第2実施例に係るトレンチゲート形成工程(S700a)の内容を示すフローチャートである。第2実施例のトレンチゲート形成工程は、マスク形成工程(S720a)におけるマスクの形成領域が変更されている点と、P-ch領域を形成すれためのイオン注入工程(S740)が追加されている点で第1実施例のトレンチゲート形成工程(S700)と相違する。 FIG. 37 is a flowchart showing the contents of the trench gate formation step (S700a) according to the second embodiment of the present invention. In the trench gate formation process of the second embodiment, the mask formation region in the mask formation step (S720a) is changed, and an ion implantation step (S740) for forming a P ch region is added. This is different from the trench gate formation step (S700) of the first embodiment.

図38および図39は、第2実施例の半導体装置10bの製造におけるトレンチゲート形成工程の様子を示す断面図である。図38は、トレンチゲート領域21の位置における断面図である。図39は、一対のトレンチゲート領域21の間にあってP chチャネル領域23bが存在する位置における断面図である。これらの図から分かるように、トレンチゲート形成工程(S700a)では、フィールドプレートFPの外形形状が櫛歯状の形状となるようにフィールドプレートFPの外形形状が形成される。 38 and 39 are cross-sectional views showing the state of the trench gate formation process in the manufacture of the semiconductor device 10b of the second embodiment. FIG. 38 is a cross-sectional view at the position of the trench gate region 21. FIG. 39 is a cross-sectional view at a position between the pair of trench gate regions 21 where the P - ch channel region 23b exists. As can be seen from these figures, the trench gate forming step (S700a), the outer shape of the field plate FP 2 is the outer shape of the field plate FP 2 is formed to have a comb-like shape.

第2実施例のマスク形成工程(S720a)では、半導体層を平面視したときに、フィールドプレートFPの外形形状が櫛歯状の形状となるようなマスク形状となるようにマスクM4を塗布する。マスク形成範囲の平面形状は、図32の境界線320よりも周辺側(右側)である。櫛歯状の形状は、P chチャネル領域23bとフィールドプレートFPとが相互に嵌合する平面形状を実現するための一例としての形状である。次工程のポリシリコン・エッチング工程(S730)では、マスクM4を使用して、エッチングによってフィールドプレートFPの外形が形成される。 In the mask forming step (S720a) in the second embodiment, in a plan view of the semiconductor layer, the outer shape of the field plate FP 2 is applied with the photomask M4 so that the mask shape such that comb teeth shape . The planar shape of the mask formation range is on the peripheral side (right side) of the boundary line 320 in FIG. Comb-like shape, P - ch channel region 23b and the field plate FP 2 is in the form of an example for realizing a planar shape to be fitted to each other. In the polysilicon etch process follows step (S730), using a mask M4, the outer shape of the field plate FP 2 is formed by etching.

図40は、第2実施例の半導体装置10bの製造におけるP-ch領域形成のためのイオン注入工程の様子を示す説明図である。P-ch領域形成用のイオン注入工程(S740)では、ポリシリコン・エッチング工程(S730)で使用したマスクM4を使用して、P型半導体をつくるための不純物であるアクセプタをイオンとして打ち込むイオン打込み工程と、打ち込まれたイオンを熱拡散させる熱拡散工程とによって、P chチャネル領域23bとなる領域23brを形成する工程である。 FIG. 40 is an explanatory view showing the state of an ion implantation step for forming a P ch region in the manufacture of the semiconductor device 10b of the second embodiment. P - In ch ion implantation process area formed (S740), using a mask M4 used in polysilicon etching step (S730), ion implantation implanting acceptor is an impurity for forming a P-type semiconductor as an ion In this step, the region 23br to be the P ch channel region 23b is formed by the step and the thermal diffusion step of thermally diffusing the implanted ions.

このように、第2実施例の半導体装置10bは、P chチャネル領域23bの形成工程をトレンチゲート形成工程(S700a)と同時に実行することができ、共通のマスクM4を使用することができる。製造プロセスを簡略化して低コストで製造することができる。 Thus, in the semiconductor device 10b of the second embodiment, the formation process of the P ch channel region 23b can be performed simultaneously with the trench gate formation process (S700a), and the common mask M4 can be used. The manufacturing process can be simplified and manufactured at low cost.

C.変形例:
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数の目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。具体的には、たとえば以下のような変形例も実施可能である。
C. Variations:
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. In addition, the technical elements described in the present specification or drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in the present specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects. Specifically, for example, the following modifications can be implemented.

C−1:上述の各実施例では、本発明で利用可能なチャネルの例として、半導体装置を平面視したときに、長手方向においてトレンチゲートよりも周辺領域の側に伸びているPchチャネル領域23aや長手方向においてトレンチゲートよりも周辺領域の側に伸びる部分を有しているPchチャネル領域23bが例示されているが、たとえば長手方向においてトレンチゲートの端部に到達しているチャネルや長手方向においてトレンチゲートの端部に到達している部分を有するチャネルでも良いことが本願発明者のシミュレーションと実験とで確認されている。本発明で利用可能なチャネルは、一般に、長手方向において少なくとも一部がトレンチゲートの端部(絶縁膜を除く)に到達しているチャネルであれば良い。 C-1: In each of the above-described embodiments, as an example of a channel that can be used in the present invention, when a semiconductor device is viewed in plan, a P - ch channel extending in the longitudinal direction to the peripheral region side from the trench gate The region 23a and the P - ch channel region 23b having a portion extending in the longitudinal direction to the peripheral region side than the trench gate are illustrated. For example, the channel reaching the end of the trench gate in the longitudinal direction It has been confirmed by simulations and experiments by the inventors of the present application that a channel having a part reaching the end of the trench gate in the longitudinal direction may be used. In general, the channel usable in the present invention may be a channel in which at least a part reaches the end of the trench gate (excluding the insulating film) in the longitudinal direction.

C−2:上述の各実施例では、NチャネルMOSFETに本発明を適用した構成が例示されているが、たとえばPチャネルMOSFETに本発明を適用することも可能である。ただし、NチャネルMOSFETは、主要なキャリアが電子であり、正孔と比較すると移動度が高くなるためにオン抵抗が小さくなり、PチャネルMOSFETと比較するとスイッチング用半導体装置ング特性が良いという利点を有している。 C-2: In each of the above-described embodiments, a configuration in which the present invention is applied to an N-channel MOSFET is illustrated, but the present invention can also be applied to, for example, a P-channel MOSFET. However, the N-channel MOSFET has the advantage that the main carrier is an electron, and the on-resistance is reduced because the mobility is higher than that of the hole, and the switching semiconductor device characteristics are better than that of the P-channel MOSFET. Have.

なお、PチャネルMOSFETに本発明を適用する場合には、N型半導体をつくるための不純物(ドナー)は第1導電型不純物の一例となり、P型半導体をつくるための不純物(アクセプタ)は第2導電型不純物の一例となる。また、NチャネルMOSFETでは、第1の電極と第2の電極は、ソース電極とドレイン電極とに対応し、PチャネルMOSFETでは、第1の電極と第2の電極は、ドレイン電極とソース電極とに対応する。   When the present invention is applied to a P-channel MOSFET, the impurity (donor) for forming the N-type semiconductor is an example of the first conductivity type impurity, and the impurity (acceptor) for forming the P-type semiconductor is the second. This is an example of a conductive impurity. In the N-channel MOSFET, the first electrode and the second electrode correspond to the source electrode and the drain electrode, and in the P-channel MOSFET, the first electrode and the second electrode are the drain electrode, the source electrode, and Corresponding to

C−3:上述の各実施例や変形例では、本発明がインバータ回路に使用されて寄生ダイオードが積極的に利用されている場合の利点が例示されているが、本発明の半導体装置は、必ずしも寄生ダイオードが積極的に利用されない用途に使用してもよい。このような用途であっても、異常電流が流れた場合に対する耐性の改善としての利点を発揮することもあるからである。ただし、寄生ダイオードが積極的に利用されている場合には、性能向上に直結するので、インバータ回路のように寄生ダイオードを積極的に使用して回路設計を簡素化できる用途において顕著な効果を奏することができる。 C-3: In each of the above-described embodiments and modifications, advantages of the case where the present invention is used in an inverter circuit and a parasitic diode is actively used are exemplified, but the semiconductor device of the present invention is You may use it for the use for which a parasitic diode is not necessarily utilized actively. This is because even in such an application, there is a case where an advantage as an improvement in resistance to a case where an abnormal current flows may be exhibited. However, if the parasitic diode is actively used, it directly affects the performance, so that it has a remarkable effect in applications where the parasitic diode can be actively used to simplify the circuit design like an inverter circuit. be able to.

10、10a、10b…半導体装置
11…インバータ回路
12…直流電源
21…トレンチゲート
22…ゲート絶縁膜
24…チャネルコンタクト領域
25…ソース領域
32…ドレイン層
41…LOCOS絶縁膜
Ap…周辺領域
Ac…セル領域
Dp、Dc、Dp…寄生ダイオード
FP、FP、FP…フィールドプレート
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10, 10a, 10b ... Semiconductor device 11 ... Inverter circuit 12 ... DC power supply 21 ... Trench gate 22 ... Gate insulating film 24 ... Channel contact region 25 ... Source region 32 ... Drain layer 41 ... LOCOS insulating film Ap ... Peripheral region Ac ... Cell Region Dp, Dc, Dp ... Parasitic diode FP 0 , FP 1 , FP 2 ... Field plate

Claims (3)

半導体基板の裏面に臨む範囲に形成されている第1導電型のドレイン領域と、
半導体基板の表面に臨む範囲のうちの中心部分に形成されている第2導電型のチャネル領域と、
半導体基板の表面に臨む範囲のうちの周辺部分に形成されている第2導電型のリサーフ領域と、
チャネル領域の表面に臨む範囲内に形成されている第1導電型のソース領域と、
ソース領域に接する位置において半導体基板の表面から伸びてチャネル領域を貫通して半導体基板の裏面側に存在している第1導電型の半導体領域に達している複数本のトレンチと、
トレンチの壁面を覆っているゲート絶縁膜と、
ゲート絶縁膜に覆われた状態でトレンチ内に収容されている導電性のゲート領域と、
ドレイン領域に導通しているドレイン電極と、
チャネル領域とソース領域に導通しているとともにゲート領域から絶縁されているソース電極と、
リサーフ領域の表面を覆っている絶縁膜と、
ゲート領域に導通しているとともに前記絶縁膜の表面に形成されている導電膜とを備えており、
前記複数本のトレンチは相互に平行に配置されており、
前記複数本のトレンチの長手方向の端部が同一直線上に揃っており、
チャネル領域の不純物濃度はリサーフ領域の不純物濃度よりも濃く、
隣接する一対のトレンチのピッチ間において、チャネル領域の少なくとも一部が前記直線よりも半導体基板の周辺側に張り出しており、
チャネル領域とリサーフ領域の境界線が、隣接するトレンチ間においてトレンチから離れた部分では前記直線よりも周辺側に変位し、トレンチに接する部分では前記直線よりも中心側に変位している櫛歯状であることを特徴とする半導体装置。
A drain region of a first conductivity type formed in a range facing the back surface of the semiconductor substrate;
A channel region of a second conductivity type formed in the central portion of the range facing the surface of the semiconductor substrate;
A second conductivity type RESURF region formed in a peripheral portion of a range facing the surface of the semiconductor substrate;
A source region of a first conductivity type formed within a range facing the surface of the channel region;
A plurality of trenches extending from the surface of the semiconductor substrate at a position in contact with the source region, penetrating the channel region and reaching the first conductivity type semiconductor region existing on the back surface side of the semiconductor substrate;
A gate insulating film covering the wall of the trench;
A conductive gate region housed in the trench in a state covered with a gate insulating film;
A drain electrode conducting to the drain region;
A source electrode conducting to the channel region and the source region and insulated from the gate region;
An insulating film covering the surface of the RESURF region;
A conductive film that is electrically connected to the gate region and formed on the surface of the insulating film;
The plurality of trenches are arranged in parallel to each other,
The longitudinal ends of the plurality of trenches are aligned on the same straight line,
The impurity concentration in the channel region is higher than the impurity concentration in the RESURF region,
Between the pitches of a pair of adjacent trenches, at least a part of the channel region protrudes to the peripheral side of the semiconductor substrate from the straight line ,
The boundary line between the channel region and the RESURF region is displaced more to the peripheral side than the straight line in the portion away from the trench between the adjacent trenches, and is comb-shaped displaced to the center side from the straight line in the portion in contact with the trench A semiconductor device characterized by the above .
チャネル領域とリサーフ領域の境界線のパターンと、ゲート領域に導通している導電膜のパターンが一致していることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1 , wherein a pattern of a boundary line between the channel region and the RESURF region and a pattern of the conductive film conducted to the gate region coincide with each other. 請求項2に記載の半導体装置の製造方法であり、
第2導電型不純物の注入範囲を規制してチャネル領域の形成範囲を規制するマスクと、ゲート領域に導通している導電膜の形成範囲を規制するマスクに、共通のマスクを利用することを特徴とする半導体装置の製造方法。
It is a manufacturing method of the semiconductor device according to claim 2 ,
A common mask is used as a mask for regulating the formation range of the channel region by regulating the implantation range of the second conductivity type impurity and a mask for regulating the formation range of the conductive film conducted to the gate region. A method for manufacturing a semiconductor device.
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