JP6583169B2 - Trench gate type semiconductor device - Google Patents

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Description

本発明は、トレンチゲート型半導体装置に関するものである。   The present invention relates to a trench gate type semiconductor device.

特許文献1に開示の電力用半導体素子においては、図13に示すように、第1導電型半導体層(nドリフト層)100と、第1導電型半導体層100に電気的に接続された第1の主電極(ドレイン電極)101と、第1導電型半導体層100の表面に選択的に形成された第1の第2導電型半導体層(pウエル領域)102と、第1の第2導電型半導体層102に電気的に接続された第2の主電極(ソース電極)103と、第1導電型半導体層100に埋め込まれた複数の電位の浮いた第2の第2導電型半導体層104を有する。素子の終端部分で、第2の第2導電型半導体層104に達するように素子表面より溝105が形成されている。   In the power semiconductor element disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 13, a first conductivity type semiconductor layer (n drift layer) 100 and a first conductivity type electrically connected to the first conductivity type semiconductor layer 100. Main electrode (drain electrode) 101, a first second conductivity type semiconductor layer (p well region) 102 selectively formed on the surface of the first conductivity type semiconductor layer 100, and a first second conductivity type. A second main electrode (source electrode) 103 electrically connected to the semiconductor layer 102 and a plurality of second conductive semiconductor layers 104 with a plurality of potentials embedded in the first conductive semiconductor layer 100 are provided. Have. A groove 105 is formed from the surface of the element so as to reach the second second conductivity type semiconductor layer 104 at the terminal portion of the element.

特開2001−15744号公報JP 2001-15744 A

ところで、図13に仮想線で示すように終端の溝(トレンチ)105を高濃度の第1導電型半導体層(n基板)106に達するようにして耐圧保持をすると、終端の溝(トレンチ)105よりも内側Ainと外側Aoutが電気的に絶縁分離される。この場合、第1の第2導電型半導体層(pウエル領域)102における終端の溝(トレンチ)105との境界角部S1において電界が集中してしまい、これにより耐圧低下を招くことが懸念される。 By the way, as shown by the phantom line in FIG. 13, if the withstand voltage is held so that the terminal groove (trench) 105 reaches the high-concentration first conductive semiconductor layer (n + substrate) 106, the terminal groove (trench) is obtained. The inner side Ain and the outer side Aout from 105 are electrically insulated and separated. In this case, there is a concern that the electric field concentrates at the boundary corner portion S1 with the terminal groove (trench) 105 in the first second conductivity type semiconductor layer (p-well region) 102, thereby causing a decrease in breakdown voltage. The

本発明の目的は、電界集中を抑制して耐圧の低下を防止することができるトレンチゲート型半導体装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a trench gate type semiconductor device capable of suppressing electric field concentration and preventing a decrease in breakdown voltage.

請求項1に記載の発明では、半導体基板の厚さ方向において高濃度第1導電型半導体層の上に当該高濃度第1導電型半導体層と接するように低濃度第1導電型半導体層が形成されるとともに前記低濃度第1導電型半導体層の上に当該低濃度第1導電型半導体層と接するように第2導電型半導体層が形成され、前記第2導電型半導体層の表層部に形成した第1導電型半導体領域及び当該第1導電型半導体領域の下の前記第2導電型半導体層を貫通するゲートトレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を配してなるトレンチゲート型半導体装置であって、前記半導体基板におけるアクティブ領域において前記ゲートトレンチが、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成され、前記ゲートトレンチの底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設され、前記半導体基板においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチを有し、前記終端トレンチは、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成され、前記終端トレンチの少なくとも底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設され、前記終端トレンチは、前記アクティブ領域の周囲に二重以上に形成され、二重以上に形成された終端トレンチのうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチにおいて、少なくとも一箇所に、前記低濃度第1導電型半導体層同士を連続させる分断領域を有することを要旨とする。   In the first aspect of the present invention, the low-concentration first conductive semiconductor layer is formed on the high-concentration first conductive semiconductor layer in contact with the high-concentration first conductive semiconductor layer in the thickness direction of the semiconductor substrate. And a second conductive semiconductor layer is formed on the low-concentration first conductive semiconductor layer so as to be in contact with the low-concentration first conductive semiconductor layer, and is formed on a surface layer portion of the second conductive semiconductor layer. A trench gate type semiconductor in which a gate electrode is arranged through a gate insulating film inside a gate trench that penetrates the first conductive type semiconductor region and the second conductive type semiconductor layer under the first conductive type semiconductor region. In the active region of the semiconductor substrate, the gate trench is formed deeper than an interface between the high-concentration first conductive semiconductor layer and the low-concentration first conductive semiconductor layer, and the gate trench is formed. A junction between the first conductive type semiconductor and the second conductive type semiconductor is located above the interface between the high concentration first conductive type semiconductor layer and the low concentration first conductive type semiconductor layer. A termination trench extending around the active region in the semiconductor substrate, the termination trench being deeper than an interface between the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer; A junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor is formed on at least a side surface on the bottom side of the termination trench, and the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer are formed. The termination trenches are formed more than double around the active region, and at least in the termination trenches other than the outermost periphery of the termination trenches formed more than double. In one place, and summarized in that with a dividing region which continuously the low concentration first conductivity type semiconductor layer together.

請求項1に記載の発明によれば、半導体基板においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチが、高濃度第1導電型半導体層と低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成されており、この終端トレンチの少なくとも底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、高濃度第1導電型半導体層と低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設されている。また、終端トレンチは、アクティブ領域の周囲に二重以上に形成されている。ここで、二重以上に形成された終端トレンチのうちの最内周の終端トレンチにおいて、高濃度第1導電型半導体層の電位と第2導電型半導体層の電位との電位差が保持されようとして電界集中が起きようとするが、二重以上に形成された終端トレンチのうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチにおいて、少なくとも一箇所に、低濃度第1導電型半導体層同士を連続させる分断領域を有するので、最内周の終端トレンチにおいて電界が集中するのを抑制して耐圧低下が防止される。このように、電界集中を抑制して耐圧の低下を防止することができる。   According to the first aspect of the present invention, the termination trench surrounding the periphery of the active region in the semiconductor substrate is formed deeper than the interface between the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer. The junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor is at the interface between the high-concentration first conductivity type semiconductor layer and the low-concentration first conductivity type semiconductor layer at least on the side surface on the bottom side of the termination trench. It is extended upward from. In addition, the termination trench is formed more than double around the active region. Here, the potential difference between the potential of the high-concentration first conductivity type semiconductor layer and the potential of the second conductivity type semiconductor layer is held in the innermost termination trench among the termination trenches formed more than double. Although electric field concentration is about to occur, at least one of the terminal trenches other than the outermost periphery of the double or more terminal trenches is formed with a dividing region in which the low-concentration first conductivity type semiconductor layers are continuous with each other. Therefore, the concentration of the electric field is suppressed in the innermost terminal trench, and the breakdown voltage is prevented from being lowered. In this way, the electric field concentration can be suppressed and the breakdown voltage can be prevented from decreasing.

また、半導体基板におけるアクティブ領域においてゲートトレンチが、高濃度第1導電型半導体層と低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成されており、このゲートトレンチの底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、高濃度第1導電型半導体層と低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設され、電流が流れる低濃度第1導電型半導体層の幅が狭くなることが回避され、オン抵抗を悪化させることなく耐圧を向上させることができる。   In the active region of the semiconductor substrate, the gate trench is formed deeper than the interface between the high-concentration first conductivity type semiconductor layer and the low-concentration first conductivity type semiconductor layer, and on the side surface on the bottom side of the gate trench, The junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor extends upward from the interface between the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer, and the low concentration first current flows. The narrowing of the width of the one-conductivity-type semiconductor layer is avoided, and the breakdown voltage can be improved without deteriorating the on-resistance.

請求項2に記載のように、請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記二重以上に形成された前記終端トレンチにおける全ての終端トレンチに前記分断領域を有するとよい。   According to a second aspect of the present invention, in the trench gate type semiconductor device according to the first aspect of the present invention, it is preferable that all of the terminal trenches in the terminal trench formed more than double have the dividing regions.

請求項3に記載のように、請求項1または2に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記分断領域は、前記二重以上に形成された終端トレンチにおいて一つの終端トレンチあたり複数有し、かつ、前記アクティブ領域に対して二箇所以上で均等に配置されているとよい。   As described in claim 3, in the trench gate type semiconductor device according to claim 1 or 2, a plurality of the dividing regions are provided per one termination trench in the double or more termination trenches, and It is preferable that the active regions are evenly arranged at two or more locations.

請求項4に記載のように、請求項1〜3のいずれか1項に記載のトレンチゲート型半導体装置において、前記半導体基板におけるアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチは、直線部に前記分断領域を有するとよい。   The trench gate type semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, wherein the termination trench surrounding the periphery of the active region in the semiconductor substrate has the dividing region in a straight portion. It is good to have.

本発明によれば、電界集中を抑制して耐圧の低下を防止することができる。   According to the present invention, electric field concentration can be suppressed and a decrease in breakdown voltage can be prevented.

実施形態におけるトレンチゲート型MOSFETを模式的に示す平面図。The top view which shows typically the trench gate type MOSFET in embodiment. 図1のA−A線での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the AA line of FIG. 図1のB−B線での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the BB line of FIG. 図1のC−C線での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the CC line of FIG. (a)は図1のA−A線での等電位線を示す図、(b)は図1のB−B線での等電位線を示す図。(A) is a figure which shows the equipotential line in the AA line of FIG. 1, (b) is a figure which shows the equipotential line in the BB line of FIG. トレンチゲート型MOSFETの製造工程を説明するための概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of trench gate type MOSFET. トレンチゲート型MOSFETの製造工程を説明するための概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of trench gate type MOSFET. トレンチゲート型MOSFETの製造工程を説明するための概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of trench gate type MOSFET. トレンチゲート型MOSFETの製造工程を説明するための概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view for demonstrating the manufacturing process of trench gate type MOSFET. 別例のトレンチゲート型MOSFETの概略縦断面図。The schematic longitudinal cross-sectional view of the trench gate type MOSFET of another example. 比較例のトレンチゲート型MOSFETの平面図。The top view of the trench gate type MOSFET of a comparative example. 図11のD−D線での縦断面図。The longitudinal cross-sectional view in the DD line of FIG. 背景技術及び課題を説明するための半導体装置の概略縦断面図。1 is a schematic longitudinal sectional view of a semiconductor device for explaining background art and problems.

以下、本発明をトレンチゲート型MOSFETに具体化した一実施形態を図面に従って説明する。
図1,2,3,4にはトレンチゲート型半導体装置としてのトレンチゲート型MOSFET(チップ)10の概略構成を示し、平面を示す図1におけるA−A線、B−B線、C−C線での各断面構造を図2、図3及び図4に示す。トレンチゲート型MOSFET(チップ)10は、シリコン基板11に複数のゲートトレンチ17が形成された縦型MOSFETである。図1に示すようにゲートトレンチ17は、それぞれ直線状に延び、各ゲートトレンチ17は、一定の距離をおいて平行に並設されている。
Hereinafter, an embodiment in which the present invention is embodied in a trench gate type MOSFET will be described with reference to the drawings.
1, 2, 3, and 4 show a schematic configuration of a trench gate type MOSFET (chip) 10 as a trench gate type semiconductor device, and are AA lines, BB lines, and CC lines in FIG. Each cross-sectional structure taken along the line is shown in FIGS. The trench gate type MOSFET (chip) 10 is a vertical MOSFET in which a plurality of gate trenches 17 are formed in a silicon substrate 11. As shown in FIG. 1, the gate trenches 17 extend linearly, and the gate trenches 17 are arranged in parallel at a certain distance.

図2に示すように、シリコン基板11は下からnシリコン層12、nシリコン層13、pシリコン層(チャネル形成領域)14の順に形成されている。pシリコン層14においてその表層部にはnソース領域15が形成されている。シリコン基板11にはゲートトレンチ17が複数並設されている。ゲートトレンチ17はその側面がシリコン基板11の上面に対し垂直に形成されている。 As shown in FIG. 2, the silicon substrate 11 is formed in the order of an n + silicon layer 12, an n silicon layer 13, and a p silicon layer (channel formation region) 14 from the bottom. An n + source region 15 is formed in the surface layer portion of the p silicon layer 14. A plurality of gate trenches 17 are arranged in parallel in the silicon substrate 11. The side surface of the gate trench 17 is formed perpendicular to the upper surface of the silicon substrate 11.

この各ゲートトレンチ17はnソース領域15及びpシリコン層14を貫通してnシリコン層13に達している。ゲートトレンチ17の内面にゲート酸化膜18を介してポリシリコンゲート電極19が配置されている(埋め込まれている)。シリコン基板11の下面(裏面)にはドレイン電極21が形成されている。ポリシリコンゲート電極19の上面は、図示しない絶縁膜により被覆されている。シリコン基板11の上面にアルミソース電極20が配置され、アルミソース電極20はnソース領域15、及び、pシリコン層14の表層部に形成したコンタクトp領域16と電気的に接続されている。 Each gate trench 17 passes through the n + source region 15 and the p silicon layer 14 and reaches the n silicon layer 13. A polysilicon gate electrode 19 is disposed (embedded) on the inner surface of the gate trench 17 via a gate oxide film 18. A drain electrode 21 is formed on the lower surface (back surface) of the silicon substrate 11. The upper surface of the polysilicon gate electrode 19 is covered with an insulating film (not shown). An aluminum source electrode 20 is disposed on the upper surface of the silicon substrate 11, and the aluminum source electrode 20 is electrically connected to the n + source region 15 and the contact p + region 16 formed in the surface layer portion of the p silicon layer 14. .

このように、半導体基板としてのシリコン基板11の厚さ方向において高濃度第1導電型半導体層としてのnシリコン層12の上に、nシリコン層12と接するように低濃度第1導電型半導体層としてのnシリコン層13が形成されている。また、nシリコン層13の上にnシリコン層13と接するように第2導電型半導体層としてのpシリコン層14が形成されている。さらに、pシリコン層14の表層部に形成した第1導電型半導体領域としてのnソース領域15及びnソース領域15の下のpシリコン層14を貫通するゲートトレンチ17の内部にゲート絶縁膜としてのゲート酸化膜18を介してゲート電極としてのポリシリコンゲート電極19が配置されている。 Thus, the low concentration first conductivity type is in contact with the n + silicon layer 12 on the n + silicon layer 12 as the high concentration first conductivity type semiconductor layer in the thickness direction of the silicon substrate 11 as the semiconductor substrate. An n silicon layer 13 is formed as a semiconductor layer. A p silicon layer 14 as a second conductivity type semiconductor layer is formed on the n silicon layer 13 so as to be in contact with the n silicon layer 13. Furthermore, a gate insulating film is formed inside the gate trench 17 penetrating the n + source region 15 as the first conductivity type semiconductor region formed in the surface layer portion of the p silicon layer 14 and the p silicon layer 14 below the n + source region 15. A polysilicon gate electrode 19 as a gate electrode is arranged through a gate oxide film 18 as a gate electrode.

さらに、シリコン基板11におけるアクティブ領域において、ゲートトレンチ17が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に深く形成されている。即ち、ゲートトレンチ17が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面まで、または、nシリコン層12とnシリコン層13との界面よりも深く形成されている。 Further, in the active region of the silicon substrate 11, the gate trench 17 is formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. That is, the gate trenches 17, to the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13, or is formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

また、ゲートトレンチ17の底部側に第2導電型不純物ドープド酸化膜としてのp型不純物ドープドシリコン酸化膜22が埋め込まれている。p型不純物ドープドシリコン酸化膜22の側面には第2導電型半導体領域としてのpシリコン領域23が形成されている。pシリコン領域23は、p型不純物ドープドシリコン酸化膜22からの不純物の拡散により形成されたものである。pシリコン領域23は、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。pシリコン領域23とnシリコン層13との接合部がpn接合部24であり、このpn接合部24は、ゲートトレンチ17の底部側の側面において、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。また、p型不純物ドープドシリコン酸化膜22の上にゲート酸化膜18が形成されている。 Further, a p-type impurity doped silicon oxide film 22 as a second conductivity type impurity doped oxide film is buried on the bottom side of the gate trench 17. A p silicon region 23 as a second conductivity type semiconductor region is formed on the side surface of the p type impurity doped silicon oxide film 22. The p silicon region 23 is formed by the diffusion of impurities from the p-type impurity doped silicon oxide film 22. The p silicon region 23 extends upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. The junction between the p silicon region 23 and the n silicon layer 13 is a pn junction 24, and this pn junction 24 is formed on the side surface on the bottom side of the gate trench 17 between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. It extends upward from the interface. A gate oxide film 18 is formed on the p-type impurity doped silicon oxide film 22.

このようにして、ゲートトレンチ17の底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部としてのpn接合部24が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。より詳しくは、pn接合部24は、ゲートトレンチ17の底部側に埋め込まれたp型不純物ドープドシリコン酸化膜22から拡散したpシリコン領域23とnシリコン層13により形成されている。 Thus, a pn junction 24 as a junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor is formed between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 on the side surface on the bottom side of the gate trench 17. It extends upward from the interface. More specifically, the pn junction 24 is formed by the p silicon region 23 and the n silicon layer 13 diffused from the p-type impurity doped silicon oxide film 22 buried on the bottom side of the gate trench 17.

アルミソース電極20がグランド電位にされ、ドレイン電極21に高電圧(例えば100V)が印加される。
さらに、図1,2に示すように、シリコン基板11においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチ(トレンチリング)30,31,32を有する。つまり、アクティブ領域の周囲に終端領域が形成され、終端領域において終端トレンチ30,31,32がアクティブ領域を囲うように形成されている。終端トレンチ30,31,32は、nシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に深く形成されている。
The aluminum source electrode 20 is set to the ground potential, and a high voltage (for example, 100 V) is applied to the drain electrode 21.
Further, as shown in FIGS. 1 and 2, the silicon substrate 11 has termination trenches (trench rings) 30, 31 and 32 surrounding the periphery of the active region. That is, the termination region is formed around the active region, and the termination trenches 30, 31, and 32 are formed so as to surround the active region in the termination region. The termination trenches 30, 31, and 32 are formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

各終端トレンチ30,31,32の底部側に第2導電型不純物ドープド酸化膜としてのp型不純物ドープドシリコン酸化膜34が埋め込まれている。p型不純物ドープドシリコン酸化膜34の側面には第2導電型半導体領域としてのpシリコン領域36が形成されている。pシリコン領域36は、p型不純物ドープドシリコン酸化膜34からの不純物の拡散により形成されたものである。pシリコン領域36は、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。pシリコン領域36とnシリコン層13との接合部がpn接合部37であり、このpn接合部37は、終端トレンチ30,31,32の底部側の側面において、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。各終端トレンチ30,31,32の内部にシリコン酸化膜35が充填されている。 A p-type impurity doped silicon oxide film 34 as a second conductivity type impurity doped oxide film is buried on the bottom side of each termination trench 30, 31, 32. A p silicon region 36 as a second conductivity type semiconductor region is formed on the side surface of the p type impurity doped silicon oxide film 34. The p silicon region 36 is formed by the diffusion of impurities from the p-type impurity doped silicon oxide film 34. The p silicon region 36 extends upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. The junction between the p silicon region 36 and the n silicon layer 13 is a pn junction 37, and the pn junction 37 is formed on the side surface on the bottom side of the termination trenches 30, 31, 32 on the n + silicon layer 12 and the n silicon. It extends upward from the interface with the layer 13. Each termination trench 30, 31, 32 is filled with a silicon oxide film 35.

図1に示すように、終端トレンチ(30,31,32)は、アクティブ領域の周囲に二重以上に形成され、二重以上に形成された終端トレンチ(30,31,32)のうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチ30,31において、少なくとも一箇所に、nシリコン層13同士を連続させる分断領域40〜43,50〜53を有する。即ち、少なくと最外周の終端トレンチを除いた終端トレンチにおいて、少なくとも一箇所に、nシリコン層13同士を連続させる分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。   As shown in FIG. 1, the termination trenches (30, 31, 32) are formed more than double around the active region, and at least of the termination trenches (30, 31, 32) formed more than double. In the termination trenches 30 and 31 other than the outermost periphery, there are divided regions 40 to 43 and 50 to 53 for continuing the n silicon layers 13 at least at one place. In other words, at least one of the termination trenches excluding the outermost termination trench has at least one divided region 40-43, 50-53, 60-63 in which the n silicon layers 13 are continuous.

図1および図4に示すように、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32における全ての終端トレンチ30,31,32に分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。分断領域40〜43,50〜53,60〜63は、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32において一つの終端トレンチあたり複数有し、かつ、アクティブ領域に対して二箇所以上で均等に配置されている。具体的には、アクティブ領域の中心O(図1参照)に対し点対称に配置されている。詳しくは、図1に示すように、アクティブ領域においてゲートトレンチ17が一方向に直線的に延設され、かつ、複数本のゲートトレンチ17が互いに平行に形成されており、この方形のアクティブ領域の周囲において終端トレンチ30,31,32が方形に形成され、終端トレンチ30,31,32は4つの直線部と円弧状のコーナー部を有し、4つの各直線部の中心部に分断領域40〜43,50〜53,60〜63が形成されている。また、終端トレンチ30の分断領域40〜43と、終端トレンチ31の分断領域50〜53と、終端トレンチ32の分断領域60〜63は揃っている。即ち、図1において、分断領域40,50,60は右方向に並んでおり、分断領域41,51,61は下方向に並んでおり、分断領域42,52,62は左方向に並んでおり、分断領域43,53,63は上方向に並んでいる。このようにシリコン基板11におけるアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチ30,31,32は、直線部に分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。   As shown in FIG. 1 and FIG. 4, all the termination trenches 30, 31, 32 in the termination trenches 30, 31, 32 formed more than double have division regions 40 to 43, 50 to 53, 60 to 63. . The dividing regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63 have a plurality of terminal trenches 30, 31, and 32 formed in double or more per one end trench, and at two or more locations with respect to the active region. Evenly arranged. Specifically, they are arranged point-symmetrically with respect to the center O (see FIG. 1) of the active region. Specifically, as shown in FIG. 1, the gate trenches 17 are linearly extended in one direction in the active region, and a plurality of gate trenches 17 are formed in parallel to each other. Termination trenches 30, 31, and 32 are formed in a square shape at the periphery, and the termination trenches 30, 31, and 32 have four straight portions and arc-shaped corner portions, and the dividing regions 40 to 40 are formed at the central portions of the four straight portions. 43, 50-53, 60-63 are formed. Further, the divided regions 40 to 43 of the termination trench 30, the divided regions 50 to 53 of the termination trench 31, and the divided regions 60 to 63 of the termination trench 32 are aligned. That is, in FIG. 1, the divided regions 40, 50, 60 are arranged in the right direction, the divided regions 41, 51, 61 are arranged in the downward direction, and the divided regions 42, 52, 62 are arranged in the left direction. The divided regions 43, 53, and 63 are aligned in the upward direction. As described above, the termination trenches 30, 31, and 32 surrounding the active region in the silicon substrate 11 have the dividing regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63 in the straight portions.

次に、製造方法について説明する。
図6に示すように、nシリコン層12の上にnシリコン層13が形成されたシリコン基板11を用意し、nシリコン層13の上にpシリコン層14を形成するとともにpシリコン層14の表層部にnソース領域15及びコンタクトp領域16を形成する。そして、側面がシリコン基板11の上面に垂直なゲートトレンチ17を形成する。ゲートトレンチ17は、その深さがnシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に形成する。即ち、ゲートトレンチ17を、nシリコン層12とnシリコン層13との界面まで、または、nシリコン層12とnシリコン層13との界面よりも深く形成する。より詳しくは、nシリコン層12とnシリコン層13との界面に対し最大製造公差(製造上のバラツキ)Δdよりも深くゲートトレンチ17を形成する。
Next, a manufacturing method will be described.
As shown in FIG. 6, a silicon substrate 11 having an n silicon layer 13 formed on an n + silicon layer 12 is prepared. A p silicon layer 14 is formed on the n silicon layer 13 and the p silicon layer 14 is formed. An n + source region 15 and a contact p + region 16 are formed in the surface layer portion. Then, a gate trench 17 whose side surface is perpendicular to the upper surface of the silicon substrate 11 is formed. The depth of the gate trench 17 is greater than or equal to the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. That is, the gate trenches 17, to the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13, or deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. More specifically, the gate trench 17 is formed deeper than the maximum manufacturing tolerance (manufacturing variation) Δd with respect to the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

このようにゲートトレンチ17を形成することにより製造の際にゲートトレンチ深さがばらついてもゲートトレンチ17は少なくともnシリコン層12とnシリコン層13との界面に達する深さにすることができる。 By forming the gate trench 17 in this manner, the gate trench 17 can be at least deep enough to reach the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 even if the gate trench depth varies during manufacturing. .

ゲートトレンチ17の形成と同時に、シリコン基板11においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチ30,31,32を形成する。終端トレンチ30,31,32は、nシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に深く形成されている。 Simultaneously with the formation of the gate trench 17, termination trenches 30, 31, and 32 surrounding the periphery of the active region in the silicon substrate 11 are formed. The termination trenches 30, 31, and 32 are formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

引き続き、図7に示すように、ゲートトレンチ17の底部にp型不純物ドープドシリコン酸化膜22を、また、終端トレンチ30,31,32の底部にp型不純物ドープドシリコン酸化膜34を埋め込む。より詳しくは、ゲートトレンチ17内および終端トレンチ30,31,32内を含めたシリコン基板11の上面にp型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)を堆積するとともに、エッチバックによりゲートトレンチ17内および終端トレンチ30,31,32内のp型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)を残して他を除去する。   Subsequently, as shown in FIG. 7, a p-type impurity doped silicon oxide film 22 is buried in the bottom of the gate trench 17, and a p-type impurity doped silicon oxide film 34 is buried in the bottom of the termination trenches 30, 31, 32. More specifically, a p-type impurity doped silicon oxide film (22, 34) is deposited on the upper surface of the silicon substrate 11 including the inside of the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, 32, and the gate trench 17 is etched back. The p-type impurity doped silicon oxide films (22, 34) in the inner and termination trenches 30, 31, 32 are left and the others are removed.

さらに、図8に示すように、熱処理によりp型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)からp型不純物をnシリコン層13に拡散させてpシリコン領域(23,36)を形成する。つまり、p型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)からp型不純物を周囲に拡散させてpシリコン領域(23,36)を形成する。これにより、pシリコン領域23とnシリコン層13との界面に形成されるpn接合部24がnシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延びる状態に形成される。また、pシリコン領域36とnシリコン層13との界面に形成されるpn接合部37がnシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延びる状態に形成される。 Further, as shown in FIG. 8, p-type impurities are diffused from the p-type impurity doped silicon oxide films (22, 34) into the n silicon layer 13 by heat treatment to form p silicon regions (23, 36). That is, p-type impurities are diffused from the p-type impurity-doped silicon oxide films (22, 34) to form p-silicon regions (23, 36). Thereby, a pn junction 24 formed at the interface between the p silicon region 23 and the n silicon layer 13 is formed so as to extend upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. Further, a pn junction portion 37 formed at the interface between the p silicon region 36 and the n silicon layer 13 is formed so as to extend upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

なお、p型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)からp型不純物を周囲に拡散させてpシリコン領域(23,36)を形成する際において、p型不純物ドープドシリコン酸化膜(22,34)の下方にもp型不純物が拡散するがnシリコン層12がp領域に反転するほどの量ではない。 Note that when the p-type impurity is diffused from the p-type impurity-doped silicon oxide film (22, 34) to form the p-silicon region (23, 36), the p-type impurity-doped silicon oxide film (22, 34) is formed. 34), p-type impurities are also diffused below, but not so much that the n + silicon layer 12 is inverted into the p region.

このようにして、終端トレンチ30,31,32の底部側の側面に、pn接合部37が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設される。終端トレンチ30,31,32は、アクティブ領域の周囲に三重に形成され、三重に形成された終端トレンチ30,31,32において、四箇所に、nシリコン層13同士を連続させる分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。 In this way, the pn junction portion 37 extends upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 on the side surface on the bottom side of the termination trenches 30, 31, 32. The termination trenches 30, 31, and 32 are formed in triplicate around the active region. In the triple termination trenches 30, 31, and 32, the division regions 40 to 43 that connect the n silicon layers 13 to each other at four locations. , 50-53, 60-63.

そして、図9に示すように、アクティブ領域のゲートトレンチ17の内部にゲート酸化膜18を形成する。さらに、ゲートトレンチ17内においてゲート酸化膜18を介してポリシリコンゲート電極19を配置する。また、終端トレンチ30,31,32内にシリコン酸化膜35を充填する。   Then, as shown in FIG. 9, a gate oxide film 18 is formed inside the gate trench 17 in the active region. Further, a polysilicon gate electrode 19 is disposed in the gate trench 17 through a gate oxide film 18. The termination trenches 30, 31, 32 are filled with a silicon oxide film 35.

引き続き、図2に示すように、シリコン基板11の裏面にドレイン電極21を形成するとともに、シリコン基板11の上面の所定位置にアルミソース電極20を配置する。その結果、トレンチゲート型MOSFET10が製造される。   Subsequently, as shown in FIG. 2, the drain electrode 21 is formed on the back surface of the silicon substrate 11, and the aluminum source electrode 20 is disposed at a predetermined position on the upper surface of the silicon substrate 11. As a result, the trench gate type MOSFET 10 is manufactured.

次に、作用について説明する。
図2に示すように、pシリコン領域23の幅が広がることなく電流が流れるnシリコン層13(n型領域)の幅W1を確保して、オン抵抗を悪化させることなく耐圧を向上させることができる。
Next, the operation will be described.
As shown in FIG. 2, it is possible to secure the width W1 of the n silicon layer 13 (n-type region) through which current flows without increasing the width of the p silicon region 23 and improve the breakdown voltage without deteriorating the on-resistance. it can.

つまり、nシリコン層12とnシリコン層13との界面に達する深さまで先にゲートトレンチ17を掘り、p型不純物を含む酸化膜であるp型不純物ドープドシリコン酸化膜22を埋め込み、横方向に拡散させることにより、p型領域の幅を広げることなく(末広がりにすることなく)真っ直ぐに縦長にすることができる。つまり、隣り合うゲート電極19(ゲートトレンチ17)間における実際に電流が流れるnシリコン層13の幅W1を狭くすることなく、pn接合部24を縦長形状にでき、オン抵抗を悪化させることなく耐圧の向上が図られる。 That is, the gate trench 17 is first dug up to a depth reaching the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13, and the p-type impurity doped silicon oxide film 22 which is an oxide film containing p-type impurities is buried in the lateral direction. By diffusing the film, it is possible to make the p-type region straight and long without expanding the width of the p-type region. That is, without narrowing the width W1 of the n silicon layer 13 through which current actually flows between adjacent gate electrodes 19 (gate trenches 17), the pn junction 24 can be formed in a vertically long shape, and the breakdown voltage is not degraded without deteriorating the on-resistance. Is improved.

また、アクティブ領域においては、ゲートトレンチ17の横のpシリコン領域23でドレイン・ソース間の耐圧を保持している。そのpシリコン領域23を形成するにゲートトレンチ17を用いる。一方、終端構造としても終端トレンチ30,31,32を形成する。   In the active region, the drain-source breakdown voltage is maintained in the p silicon region 23 beside the gate trench 17. A gate trench 17 is used to form the p silicon region 23. On the other hand, termination trenches 30, 31, and 32 are formed as termination structures.

図5(a)において、破線にて図1のA−A線でのドレイン・ソース間に電圧を印加したときの等電位線を示し、図5(b)において、破線にて図1のB−B線でのドレイン・ソース間に電圧を印加したときの等電位線を示す。図5(a),(b)において、L20がソース電位での等電位線であり、L23がドレイン電位での等電位線であり、L21,L22がソース電位・ドレイン電位間の中間の電位での等電位線である。図5(a),(b)から、ソース電位での等電位線L20が終端領域の最も内側に広がり、ドレイン電位での等電位線L23が終端領域の最も外側に広がり、ソース電位・ドレイン電位間の中間の電位での等電位線L21,L22が終端領域の最も内側と最も外側との間において均等に分散した状態で広がっていることが分かる。即ち、空乏層を終端領域において広げることができる。このとき、終端トレンチ30,31,32の側面に形成したpシリコン領域36が用いられる。   In FIG. 5A, an equipotential line when a voltage is applied between the drain and the source along the AA line in FIG. 1 is indicated by a broken line, and in FIG. An equipotential line when a voltage is applied between the drain and the source on the -B line is shown. 5A and 5B, L20 is an equipotential line at the source potential, L23 is an equipotential line at the drain potential, and L21 and L22 are intermediate potentials between the source potential and the drain potential. Are equipotential lines. 5A and 5B, the equipotential line L20 at the source potential extends to the innermost side of the termination region, and the equipotential line L23 at the drain potential extends to the outermost side of the termination region. It can be seen that the equipotential lines L21 and L22 at the intermediate potential are spread in an evenly distributed state between the innermost side and the outermost side of the termination region. That is, the depletion layer can be expanded in the termination region. At this time, the p silicon region 36 formed on the side surfaces of the termination trenches 30, 31, 32 is used.

図11及び図12は比較例であり、平面を示す図11におけるD−D線での縦断面を図12に示している。
この図11,12に示す比較例においては無端状の終端トレンチ(130,131,132)を三重に形成している。
11 and 12 are comparative examples, and FIG. 12 shows a longitudinal section taken along line DD in FIG. 11 showing a plan view.
In the comparative example shown in FIGS. 11 and 12, endless termination trenches (130, 131, 132) are formed in triplicate.

図12において、破線にてドレイン・ソース間に電圧を印加したときの等電位線を示す。図12において、L30がソース電位での等電位線であり、L33がドレイン電位での等電位線であり、L31,L32がソース電位・ドレイン電位間の中間の電位での等電位線である。   In FIG. 12, an equipotential line when a voltage is applied between the drain and the source is indicated by a broken line. In FIG. 12, L30 is an equipotential line at the source potential, L33 is an equipotential line at the drain potential, and L31 and L32 are equipotential lines at an intermediate potential between the source potential and the drain potential.

図12から、ソース電位での等電位線L30が最も内側の終端トレンチ130の内部において最も内側に広がり、ドレイン電位での等電位線L33が最も内側の終端トレンチ130の内部において最も外側に広がり、ソース電位・ドレイン電位間の中間の電位での等電位線L31,L32が最も内側の終端トレンチ130の内部において広がっていることが分かる。   From FIG. 12, the equipotential line L30 at the source potential extends inwardly inside the innermost termination trench 130, and the equipotential line L33 at the drain potential extends outwardly in the innermost termination trench 130, It can be seen that equipotential lines L31 and L32 at an intermediate potential between the source potential and the drain potential are spread inside the innermost termination trench 130.

このように、pシリコン層(チャネル形成領域)14における終端トレンチ131との境界角部S2において電界が集中してしまう。つまり、縦方向と横方向の電位差による電界強度が合成され、電界強度が強くなる。その結果、耐圧が下がる。   Thus, the electric field concentrates at the boundary corner portion S2 with the termination trench 131 in the p silicon layer (channel formation region) 14. That is, the electric field strength due to the potential difference between the vertical direction and the horizontal direction is combined, and the electric field strength is increased. As a result, the breakdown voltage decreases.

図5(a)及び図5(b)に示す本実施形態では、終端トレンチ30,31,32に分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。これにより、横方向の電位勾配が緩くなるので、電界強度の過度な集中がなくなる。   In the present embodiment shown in FIGS. 5A and 5B, the termination trenches 30, 31, and 32 have dividing regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63. As a result, the lateral potential gradient becomes gentle, so that excessive concentration of the electric field strength is eliminated.

また、図1,4において、分断した際の距離L10を制御して、終端トレンチ(30,31,32)について1本あたりの保持電圧を調整する(広範囲に空乏層が広がるように調整する)。つまり、横方向の空乏層の延びに応じた最適なる距離(分断幅)L10にすればよい。また、図1において内外の終端トレンチ間の距離L11を制御することにより保持電圧を調整する(広範囲に空乏層が広がるように調整する)。   1 and 4, the distance L10 at the time of division is controlled to adjust the holding voltage per one for the termination trenches (30, 31, 32) (adjust so that the depletion layer spreads over a wide range). . That is, the optimum distance (division width) L10 corresponding to the extension of the depletion layer in the lateral direction may be set. In FIG. 1, the holding voltage is adjusted by adjusting the distance L11 between the inner and outer terminal trenches (adjusted so that the depletion layer spreads over a wide range).

このように、終端領域において耐圧を保持する終端トレンチ(30,31,32)を複数本配置し、それぞれを適切な距離で分断する。そうすることで1本の終端トレンチ(30,31,32)あたりの保持電圧が制御でき、電界強度を分散して耐圧低下を防ぐことができる。   In this way, a plurality of termination trenches (30, 31, 32) that maintain a breakdown voltage in the termination region are arranged, and each is divided at an appropriate distance. By doing so, the holding voltage per one termination trench (30, 31, 32) can be controlled, and the electric field strength can be dispersed to prevent a decrease in breakdown voltage.

上記実施形態によれば、以下のような効果を得ることができる。
(1)トレンチゲート型MOSFETの構成として、図2に示すように、シリコン基板11におけるアクティブ領域においてゲートトレンチ17が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に深く形成され、ゲートトレンチ17の底部側の側面に、pn接合部24が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。
According to the above embodiment, the following effects can be obtained.
(1) As a structure of the trench gate type MOSFET, as shown in FIG. 2, the gate trench 17 is formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 in the active region in the silicon substrate 11, and the gate A pn junction 24 extends upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 on the side surface on the bottom side of the trench 17.

よって、電流が流れるnシリコン層13の幅W1が狭くなることが回避され、オン抵抗を悪化させることなく耐圧を向上させることができる。
また、図1に示すように、シリコン基板11においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチ30,31,32を有し、図2に示すように、終端トレンチ30,31,32は、nシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に深く形成され、終端トレンチ30,31,32の少なくとも底部側の側面に、pn接合部37が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されている。図1,2に示すように、終端トレンチ30,31,32は、アクティブ領域の周囲に二重以上に形成され、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32のうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチ30,31,32において、少なくとも一箇所に、nシリコン層13同士を連続させる分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。
Therefore, the width W1 of the n silicon layer 13 through which the current flows is prevented from being narrowed, and the breakdown voltage can be improved without deteriorating the on-resistance.
Further, as shown in FIG. 1, the silicon substrate 11 has termination trenches 30, 31, and 32 surrounding the periphery of the active region. As shown in FIG. 2, the termination trenches 30, 31, and 32 are n + silicon layers. 12 is formed deeper than the interface between the n + silicon layer 13, and a pn junction 37 is formed at least on the side surface on the bottom side of the termination trenches 30, 31, 32 from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. It extends upward. As shown in FIGS. 1 and 2, the termination trenches 30, 31 and 32 are formed more than double around the active region, and at least the outermost periphery of the termination trenches 30, 31 and 32 formed more than double. In the other end trenches 30, 31, and 32, at least at one location, there are divided regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63 that allow the n silicon layers 13 to be continuous.

よって、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32のうちの最内周の終端トレンチ30において、nシリコン層12の電位とpシリコン層14の電位との電位差が保持されようとして電界集中が起きようとするが、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32のうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチ30,31において、少なくとも一箇所に、nシリコン層13同士を連続させる分断領域40〜43,50〜53を有するので、最内周の終端トレンチ30において電界が集中するのを抑制して耐圧低下が防止される。このように、電界集中を抑制して耐圧の低下を防止することができる。 Therefore, the potential difference between the potential of the n + silicon layer 12 and the potential of the p silicon layer 14 is held in the innermost termination trench 30 among the termination trenches 30, 31, and 32 formed more than double. Although electric field concentration is about to occur, n silicon layers 13 are continuously arranged at least at one position in termination trenches 30 and 31 other than at least the outermost periphery among termination trenches 30, 31 and 32 formed in double or more. Since the divided regions 40 to 43 and 50 to 53 are provided, the concentration of the electric field is suppressed in the innermost terminal trench 30 and the breakdown voltage is prevented from being lowered. In this way, the electric field concentration can be suppressed and the breakdown voltage can be prevented from decreasing.

詳しく説明する。
特許文献1に開示の電力用半導体素子においては、図13に示すように、プレーナMOSなどの第1導電型半導体層(nドリフト層)100に反対極性の第2の第2導電型半導体層(フローティング半導体領域)104のあるSuperFET構造において終端の耐圧保持領域を終端の溝(トレンチ)105で製作し、これにより、終端の耐圧保持領域を狭い範囲で形成することができる。
explain in detail.
In the power semiconductor element disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 13, a second second conductive semiconductor layer having a polarity opposite to the first conductive semiconductor layer (n drift layer) 100 such as a planar MOS ( In the SuperFET structure having the floating semiconductor region (104), the terminal withstand voltage holding region is manufactured by the terminal groove (trench) 105, whereby the terminal withstand voltage holding region can be formed in a narrow range.

ここで、図13において、終端の溝(トレンチ)105で耐圧保持をすると、終端の溝(トレンチ)105の内側と外側が電気的に絶縁分離される。そのとき、終端の溝(トレンチ)105よりも外側Aoutの電位Eoutは、終端の溝(トレンチ)105の底部105aの電位とほぼ同じになる。   Here, in FIG. 13, when the withstand voltage is held in the terminal groove (trench) 105, the inner side and the outer side of the terminal groove (trench) 105 are electrically insulated and separated. At that time, the potential Eout of the outer side Aout of the terminal groove (trench) 105 is substantially the same as the potential of the bottom portion 105 a of the terminal groove (trench) 105.

それゆえ、図13において仮想線で示すごとく終端の溝(トレンチ)105が高濃度の第1導電型半導体層(n基板)106に届くほど深くすると、高濃度の第1導電型半導体層(n基板)106の電位(=ドレイン電位)とソース電位との電位差が終端の溝(トレンチ)105で保持されることになる。 Therefore, as shown by the phantom line in FIG. 13, when the terminal groove (trench) 105 becomes deep enough to reach the high-concentration first conductive semiconductor layer (n + substrate) 106, the high-concentration first conductive semiconductor layer ( The potential difference between the potential (= drain potential) of the n + substrate 106 and the source potential is held in the terminal groove (trench) 105.

従って、表面(ソース)から裏面(ドレイン)へと電位が上がることによる縦方向の電界強度成分と、終端の溝(トレンチ)105の距離に圧縮された横方向の電解強度成分が、終端の溝(トレンチ)105で合成され、電界強度が局所的に強くなり、耐圧低下を引き起こすことが懸念される。   Therefore, the vertical electric field strength component due to the potential rising from the front surface (source) to the back surface (drain) and the horizontal electrolytic strength component compressed to the distance of the terminal groove (trench) 105 are the terminal groove. There is a concern that the electric field strength is locally increased and the breakdown voltage is reduced.

これに対し、本実施形態では次のようになる。
絶縁物で埋まった終端トレンチ30,31,32がnシリコン層12まで届いており、その内と外に縦長のpシリコン領域36があり、終端トレンチ30,31,32を分断してnシリコン層13を接続し、耐圧時に空乏層が少なくとも終端トレンチ30で堰き止められないようにすることで、電界の集中を緩和する。なお、空乏層を横に延びやすくするため、外周にはpシリコン領域36が適切な濃度と間隔L12,L13(図2参照)で配置されている。
On the other hand, this embodiment is as follows.
Termination trenches 30, 31, and 32 filled with an insulator reach the n + silicon layer 12, and there are vertically long p silicon regions 36 inside and outside thereof, and the termination trenches 30, 31, and 32 are divided to form n silicon. The layer 13 is connected so that the depletion layer is not blocked by at least the termination trench 30 at the time of withstand voltage, thereby reducing the concentration of the electric field. In order to easily extend the depletion layer to the side, the p silicon region 36 is arranged on the outer periphery with appropriate concentrations and intervals L12 and L13 (see FIG. 2).

(2)図1に示すように、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32における全ての終端トレンチ30,31,32に分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。よって、電界集中をより抑制して耐圧の低下をより防止することができる。つまり、最大の効果(電界集中の抑制・耐圧低下)を得ることができる。   (2) As shown in FIG. 1, all the termination trenches 30, 31, 32 in the termination trenches 30, 31, 32 formed in double or more have the dividing regions 40 to 43, 50 to 53, 60 to 63. . Therefore, electric field concentration can be further suppressed and the breakdown voltage can be prevented from being lowered. That is, the maximum effect (suppression of electric field concentration / decrease in breakdown voltage) can be obtained.

(3)図1に示すように、分断領域40〜43,50〜53,60〜63は、二重以上に形成された終端トレンチ30,31,32において一つの終端トレンチあたり複数有し、かつ、アクティブ領域に対して二箇所以上で均等に配置されている。   (3) As shown in FIG. 1, the dividing regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63 have a plurality of the terminal trenches 30, 31, and 32 formed more than double per one terminal trench, and These are evenly arranged at two or more locations with respect to the active area.

よって、電界集中をより抑制して耐圧の低下をより防止することができる。
(4)図1に示すように、シリコン基板11におけるアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチ30,31,32は、直線部に分断領域40〜43,50〜53,60〜63を有する。
Therefore, electric field concentration can be further suppressed and the breakdown voltage can be prevented from being lowered.
(4) As shown in FIG. 1, the termination trenches 30, 31, and 32 surrounding the active region in the silicon substrate 11 have dividing regions 40 to 43, 50 to 53, and 60 to 63 in the straight line portions.

よって、電界集中をより抑制して耐圧の低下をより防止することができる。つまり、分断する場所は直線であると、コーナーに分断領域を形成する場合に比べ電界集中(耐圧低下)を抑制することができる。   Therefore, electric field concentration can be further suppressed and the breakdown voltage can be prevented from being lowered. That is, when the parting location is a straight line, the electric field concentration (decrease in breakdown voltage) can be suppressed as compared with the case where the parting region is formed at the corner.

(5)トレンチゲート型MOSFETの製造方法として、第1工程と第2工程と第3工程とを有する。
第1工程では、図6に示すように、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32を、その深さがnシリコン層12とnシリコン層13との界面以上に形成する。
(5) The method for manufacturing the trench gate type MOSFET includes a first step, a second step, and a third step.
In the first step, as shown in FIG. 6, the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, 32 are formed to have a depth greater than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

第2工程では、第1工程後において、図7に示すように、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32にp型不純物ドープドシリコン酸化膜22,34を埋め込む。
第3工程では、第2工程後において、図8に示すように、熱処理によりp型不純物ドープドシリコン酸化膜22,34からp型不純物をnシリコン層13に拡散させてpn接合部24,37をnシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延びる状態に形成する。
In the second step, after the first step, as shown in FIG. 7, the p-type impurity doped silicon oxide films 22 and 34 are embedded in the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31 and 32.
In the third step, after the second step, as shown in FIG. 8, p-type impurities are diffused from the p-type impurity-doped silicon oxide films 22 and 34 into the n-silicon layer 13 by heat treatment, and the pn junctions 24 and 37 are formed. Are formed so as to extend upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13.

これにより、上記(1)のトレンチゲート型MOSFETを製造することができる。
(6)上記(5)における第1工程において、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32を、nシリコン層12とnシリコン層13との界面よりも深く形成する。これにより、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32の深さについての最大製造公差(ウェハの製造誤差)を吸収して上記(1)のトレンチゲート型MOSFETを製造することができる。
Thereby, the trench gate type MOSFET of the above (1) can be manufactured.
(6) In the first step in the above (5), the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, 32 are formed deeper than the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13. Thereby, the maximum manufacturing tolerance (wafer manufacturing error) about the depth of the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, 32 can be absorbed, and the trench gate type MOSFET of (1) can be manufactured.

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば、次のように具体化してもよい。
・図2に代わる図10に示すように、終端トレンチ30,31,32においてpシリコン領域36をシリコン基板11の表面まで延ばし、pn接合部37を、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方にシリコン基板11の表面まで延設してもよい。図10ではpn接合部37がpシリコン層14と繋がっている。このような構成とすべく、例えば図7におけるp型不純物ドープドシリコン酸化膜34を終端トレンチ30,31,32の深さ方向の全域に埋設し、その後の図8で説明した横拡散処理を行えばよい。このように、終端トレンチ30,31,32の少なくとも底部側の側面に、pn接合部37が、nシリコン層12とnシリコン層13との界面から上方に延設されていればよい。
The embodiment is not limited to the above, and may be embodied as follows, for example.
As shown in FIG. 10 instead of FIG. 2, the p silicon region 36 is extended to the surface of the silicon substrate 11 in the termination trenches 30, 31, 32, and the pn junction portion 37 is connected to the n + silicon layer 12, the n silicon layer 13, You may extend from the interface to the surface of the silicon substrate 11. In FIG. 10, the pn junction 37 is connected to the p silicon layer 14. In order to obtain such a configuration, for example, the p-type impurity doped silicon oxide film 34 in FIG. 7 is buried in the entire region in the depth direction of the termination trenches 30, 31, and 32, and the lateral diffusion processing described in FIG. Just do it. As described above, the pn junction 37 may be extended upward from the interface between the n + silicon layer 12 and the n silicon layer 13 on at least the side surface of the termination trenches 30, 31, and 32.

・終端トレンチにおいて分断する場所は直線部であったがコーナー部でもよく、また、直線部及びコーナー部でもよい。
・全ての終端トレンチ30,31,32を分断したが、最外周の終端トレンチ32は分断しないようにしてもよい。
-Although the place to divide in a termination | terminus trench was a straight part, a corner part may be sufficient and a straight part and a corner part may be sufficient.
Although all the termination trenches 30, 31, and 32 are divided, the outermost termination trench 32 may not be divided.

・図1では終端トレンチ30の分断領域40〜43と、終端トレンチ31の分断領域50〜53と、終端トレンチ32の分断領域60〜63は揃っていたが、揃っていなくてもよい。   In FIG. 1, the divided regions 40 to 43 of the termination trench 30, the divided regions 50 to 53 of the termination trench 31, and the divided regions 60 to 63 of the termination trench 32 are aligned, but may not be aligned.

・終端トレンチは三重に形成したが、二重に形成してもよい。また、終端トレンチを四重以上に形成してもよい。
・図8で示したごとくpシリコン領域23,36を形成した後に、p型不純物ドープドシリコン酸化膜22,34を除去してもよい。
-Although the termination trench is formed in triple, it may be formed in double. Moreover, you may form a termination | terminus trench in quadruple or more.
The p-type impurity doped silicon oxide films 22 and 34 may be removed after forming the p silicon regions 23 and 36 as shown in FIG.

・pn接合部24,37は、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32に埋め込まれたp型シリコンと、nシリコン層13により形成してもよく、そのために製造の際に、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32を掘った後、p型シリコンを埋め込めばよい。このように、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部としてのpn接合部24,37は、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32に埋め込まれた第2導電型不純物ドープド半導体としてのp型シリコンと低濃度第1導電型半導体層としてのnシリコン層13により形成されていてもよい。なお、p型シリコンをゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32に埋め込んだ後に熱処理を行って横方向にp型不純物を拡散させてもよい。また、このようにして横方向にp型不純物を拡散させた後においてp型シリコンを除去してもよい。   The pn junctions 24 and 37 may be formed by the p-type silicon embedded in the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, and 32 and the n silicon layer 13. And after digging the termination trenches 30, 31, 32, p-type silicon may be buried. As described above, the pn junctions 24 and 37 as the junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor are the second conductivity type impurity doped buried in the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31 and 32. It may be formed of p-type silicon as a semiconductor and an n-silicon layer 13 as a low-concentration first conductivity type semiconductor layer. Note that the p-type impurity may be diffused in the lateral direction by performing heat treatment after the p-type silicon is embedded in the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, and 32. Further, the p-type silicon may be removed after the p-type impurity is diffused in the lateral direction in this way.

・半導体の導電型についてp型とn型を逆にしてもよい。
・ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32は側面がシリコン基板11の上面に垂直に形成したが、ゲートトレンチ17及び終端トレンチ30,31,32は側面がシリコン基板11の上面に斜め(V字の溝)であってもよい。
The p-type and n-type semiconductor conductivity types may be reversed.
The side surfaces of the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, and 32 are formed perpendicular to the upper surface of the silicon substrate 11, but the side surfaces of the gate trench 17 and the termination trenches 30, 31, and 32 are oblique to the upper surface of the silicon substrate 11 (V Character groove).

10…トレンチゲート型MOSFET、11…シリコン基板(半導体基板)、12…nシリコン層(高濃度第1導電型半導体層)、13…nシリコン層(低濃度第1導電型半導体層)、14…pシリコン層(第2導電型半導体層)、15…nソース領域(第1導電型半導体領域)、17…ゲートトレンチ、18…ゲート酸化膜(ゲート絶縁膜)、19…ポリシリコンゲート電極(ゲート電極)、22…p型不純物ドープドシリコン酸化膜(第2導電型不純物ドープド酸化膜)、23…pシリコン領域(第2導電型半導体領域)、24…pn接合部(第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部)、30…終端トレンチ、31…終端トレンチ、32…終端トレンチ、37…pn接合部、40,41,42,43…分断領域、50,51,52,53…分断領域、60,61,62,63…分断領域。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Trench gate type MOSFET, 11 ... Silicon substrate (semiconductor substrate), 12 ... n + silicon layer (high concentration 1st conductivity type semiconductor layer), 13 ... n silicon layer (low concentration 1st conductivity type semiconductor layer), 14 ... p silicon layer (second conductivity type semiconductor layer), 15 ... n + source region (first conductivity type semiconductor region), 17 ... gate trench, 18 ... gate oxide film (gate insulating film), 19 ... polysilicon gate electrode (Gate electrode), 22... P-type impurity doped silicon oxide film (second conductivity type impurity-doped oxide film), 23... P silicon region (second conductivity type semiconductor region), 24. (Junction between semiconductor and second conductivity type semiconductor), 30... Termination trench, 31... Termination trench, 32... Termination trench, 37 .. pn junction, 40, 41, 42, 43. , 52, 53 ... dividing region, 60, 61, 62, 63 ... dividing region.

Claims (4)

半導体基板の厚さ方向において高濃度第1導電型半導体層の上に当該高濃度第1導電型半導体層と接するように低濃度第1導電型半導体層が形成されるとともに前記低濃度第1導電型半導体層の上に当該低濃度第1導電型半導体層と接するように第2導電型半導体層が形成され、前記第2導電型半導体層の表層部に形成した第1導電型半導体領域及び当該第1導電型半導体領域の下の前記第2導電型半導体層を貫通するゲートトレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を配してなるトレンチゲート型半導体装置であって、
前記半導体基板におけるアクティブ領域において前記ゲートトレンチが、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成され、
前記ゲートトレンチの底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設され、
前記半導体基板においてアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチを有し、
前記終端トレンチは、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面以上に深く形成され、
前記終端トレンチの少なくとも底部側の側面に、第1導電型半導体と第2導電型半導体との接合部が、前記高濃度第1導電型半導体層と前記低濃度第1導電型半導体層との界面から上方に延設され、
前記終端トレンチは、前記アクティブ領域の周囲に二重以上に形成され、二重以上に形成された終端トレンチのうちの少なくとも最外周以外の終端トレンチにおいて、少なくとも一箇所に、前記低濃度第1導電型半導体層同士を連続させる分断領域を有することを特徴とするトレンチゲート型半導体装置。
A low concentration first conductivity type semiconductor layer is formed on the high concentration first conductivity type semiconductor layer in contact with the high concentration first conductivity type semiconductor layer in the thickness direction of the semiconductor substrate, and the low concentration first conductivity type is formed. A second conductivity type semiconductor layer is formed on the type semiconductor layer so as to be in contact with the low-concentration first conductivity type semiconductor layer, and a first conductivity type semiconductor region formed on a surface layer portion of the second conductivity type semiconductor layer; A trench gate type semiconductor device comprising a gate electrode disposed through a gate insulating film inside a gate trench penetrating the second conductivity type semiconductor layer under the first conductivity type semiconductor region,
The gate trench is formed deeper than an interface between the high-concentration first conductive semiconductor layer and the low-concentration first conductive semiconductor layer in an active region of the semiconductor substrate;
A junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor is formed on the side surface on the bottom side of the gate trench from the interface between the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer. Extended upwards,
A termination trench surrounding the periphery of the active region in the semiconductor substrate;
The termination trench is formed deeper than an interface between the high-concentration first conductive semiconductor layer and the low-concentration first conductive semiconductor layer;
A junction between the first conductivity type semiconductor and the second conductivity type semiconductor is an interface between the high concentration first conductivity type semiconductor layer and the low concentration first conductivity type semiconductor layer on at least a side surface on the bottom side of the termination trench. Extending upward from
The termination trench is formed more than double around the active region, and at least one of the termination trenches other than the outermost periphery of the termination trenches formed more than double, the low concentration first conductive A trench gate type semiconductor device characterized by having a dividing region in which type semiconductor layers are continuous.
前記二重以上に形成された前記終端トレンチにおける全ての終端トレンチに前記分断領域を有することを特徴とする請求項1に記載のトレンチゲート型半導体装置。   2. The trench gate type semiconductor device according to claim 1, wherein all of the termination trenches in the termination trench formed more than double have the dividing region. 前記分断領域は、前記二重以上に形成された終端トレンチにおいて一つの終端トレンチあたり複数有し、かつ、前記アクティブ領域に対して二箇所以上で均等に配置されていることを特徴とする請求項1または2に記載のトレンチゲート型半導体装置。   The divisional region includes a plurality of the dividing regions formed in the double or more terminal trenches, and is equally disposed at two or more locations with respect to the active region. 3. A trench gate type semiconductor device according to 1 or 2. 前記半導体基板におけるアクティブ領域の周囲を囲う終端トレンチは、直線部に前記分断領域を有することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載のトレンチゲート型半導体装置。   4. The trench gate type semiconductor device according to claim 1, wherein a termination trench surrounding an active region in the semiconductor substrate has the dividing region in a straight line portion. 5.
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