JP6624370B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6624370B2
JP6624370B2 JP2015195357A JP2015195357A JP6624370B2 JP 6624370 B2 JP6624370 B2 JP 6624370B2 JP 2015195357 A JP2015195357 A JP 2015195357A JP 2015195357 A JP2015195357 A JP 2015195357A JP 6624370 B2 JP6624370 B2 JP 6624370B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
edge
semiconductor region
region
conductivity type
trench
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015195357A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2017069464A (en
Inventor
俊介 福永
俊介 福永
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanken Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanken Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sanken Electric Co Ltd filed Critical Sanken Electric Co Ltd
Priority to JP2015195357A priority Critical patent/JP6624370B2/en
Publication of JP2017069464A publication Critical patent/JP2017069464A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6624370B2 publication Critical patent/JP6624370B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)
  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

本発明は、スイッチング動作を行うスイッチング素子とその外側の外周構造を備える半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device having a switching element for performing a switching operation and an outer peripheral structure outside the switching element.

大電流のスイッチング動作を行うスイッチング素子(パワー半導体素子)として、トレンチゲート型のパワーMOSFETが広く用いられている。   As a switching element (power semiconductor element) that performs a switching operation of a large current, a trench gate type power MOSFET is widely used.

トレンチゲート型のパワーMOSFETは、一般的に第1導電型のドレイン領域と、第1導電型のドレイン領域の上に形成された第1導電型のドリフト領域と、第1導電型のドリフト領域上に選択的に形成された第2導電型のベース領域と、第2導電型のベース領域上に選択的に形成された第1導電型のソース領域と、ソース領域からベース領域を貫通してドリフト領域に達する溝と、ベース領域と対向する溝の側壁に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ソース領域と電気的に接続したソース電極と、ドレイン領域と電気的に接続したドレイン電極とを備える。   Trench gate type power MOSFETs generally include a first conductivity type drain region, a first conductivity type drift region formed on the first conductivity type drain region, and a first conductivity type drift region. A base region of the second conductivity type selectively formed on the base region, a source region of the first conductivity type selectively formed on the base region of the second conductivity type, and drift from the source region through the base region. A groove reaching the region, a gate electrode formed on the side wall of the groove facing the base region via an insulating film, a source electrode electrically connected to the source region, and a drain electrode electrically connected to the drain region. Is provided.

しかし、このようなトレンチゲート型のパワーMOSFETにおいて、ゲート電極がドリフト領域と対向する面積が広いため、ゲート−ドレイン間の容量が大きくなる。これにより、オン/オフ時のミラー充電期間が長くなり、高速なスイッチング特性が得られないという問題がある。   However, in such a trench gate type power MOSFET, since the area where the gate electrode faces the drift region is large, the capacitance between the gate and the drain increases. As a result, there is a problem that the mirror charging period at the time of ON / OFF becomes longer and high-speed switching characteristics cannot be obtained.

そこで、ゲート−ドレイン間容量を低減するため、溝内のゲート電極の一部をゲート電極と絶縁したソース電位の補助電極に置き換え、ドリフト領域と制御電極との対向する面積を小さくした例が特許文献1に開示されている。   Therefore, in order to reduce the gate-drain capacitance, a part of the gate electrode in the trench is replaced with an auxiliary electrode of source potential insulated from the gate electrode, and the area where the drift region and the control electrode face each other is reduced. It is disclosed in Reference 1.

また、トレンチゲート型のパワーMOSFETの外側の外側領域として、特許文献2のようにトレンチゲート型素子の外側に、P型領域を貫通してドリフト領域に達する外側トレンチと、外側トレンチの内側にドリフト領域と絶縁膜を介して設けられた導電体とを備える。導電体はドレイン電極又はソース電極又はゲート電極と電気的に接続されていないフローティング電位となっている。特許文献2の構造を図4で示す。   Further, as an outer region outside the trench gate type power MOSFET, as shown in Patent Document 2, an outer trench reaching the drift region through the P-type region outside the trench gate type device, and a drift inside the outer trench. A region and a conductor provided via an insulating film. The conductor has a floating potential which is not electrically connected to the drain electrode, the source electrode, or the gate electrode. The structure of Patent Document 2 is shown in FIG.

特許文献2に開示された構造によれば、外側トレンチ内の導電体同士は、絶縁膜を介して容量結合されるため、活性領域から離れるにつれて外側トレンチごとに電位が上昇する。よって、ドレイン・ソース間に印加される電位を外側トレンチ毎に分割させることによって、半導体装置の外側領域の耐圧を確保することができる。   According to the structure disclosed in Patent Literature 2, the conductors in the outer trenches are capacitively coupled to each other via the insulating film. Therefore, the potential increases for each outer trench as the distance from the active region increases. Therefore, by dividing the potential applied between the drain and the source for each outer trench, the withstand voltage of the outer region of the semiconductor device can be ensured.

特開2002−083963号公報JP-A-2002-083963 再公表WO2011/024842号公報Republished WO2011 / 024842

特許文献2の半導体装置は、活性領域に最も近い導電体がフローティング電位であるため、活性領域に近いエッジ領域の部分における空乏層をなだらかにすることができず、活性領域の最も外側のトレンチにおける耐圧が十分に得られないという問題があった。   In the semiconductor device of Patent Document 2, since the conductor closest to the active region has a floating potential, the depletion layer in the edge region near the active region cannot be made gentle, and the trench in the outermost trench in the active region cannot There is a problem that a sufficient withstand voltage cannot be obtained.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、
活性領域と活性領域の外側のエッジ領域を備える半導体装置において、
活性領域は、第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域上に第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2半導体領域と、第2半導体領域上に第1導電型の第3半導体領域と、第2半導体領域上にゲート絶縁膜を介して配置された制御電極と、第3半導体領域と電気的に接続された第1の主電極と、第1半導体領域側に配置された第2の主電極と、を含み、
エッジ領域は、第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第1のエッジトレンチと、第1のエッジトレンチの外側に設けられ、第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第2のエッジトレンチと、第1のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介して第1の主電極と電気的に接続した第1の導電体と、第2のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介してフローティング電位の第2の導電体とを含み、
第1及び第2のエッジトレンチは複数配置されており、第2のエッジトレンチ同士で挟まれた半導体領域の幅は第1のエッジトレンチ同士で挟まれた半導体領域の幅よりも広いことを特徴とする
The present invention has the following configurations in order to solve the above problems.
The semiconductor device of the present invention
In a semiconductor device having an active region and an edge region outside the active region,
The active region includes a first semiconductor region of a first conductivity type, a second semiconductor region of a second conductivity type opposite to the first conductivity type on the first semiconductor region, and a first semiconductor region on the second semiconductor region. A conductive third semiconductor region, a control electrode disposed on the second semiconductor region via a gate insulating film, a first main electrode electrically connected to the third semiconductor region, and a first semiconductor region. A second main electrode disposed on the side,
The edge region is provided with a first edge trench dug in the thickness direction of the first conductivity type semiconductor region, and provided outside the first edge trench, and is dug in the thickness direction of the first conductivity type semiconductor region. A second edge trench, a first conductor electrically connected to the first main electrode via an insulating film on the wall surface of the first edge trench, and an insulating film on the wall surface of the second edge trench. look including a second conductor of the floating potential through,
A plurality of first and second edge trenches are arranged, and the width of the semiconductor region sandwiched between the second edge trenches is wider than the width of the semiconductor region sandwiched between the first edge trenches. And

本発明は以上のように構成されているので、活性領域に最も近い導電体がソース電位であるため、活性領域からエッジ領域に至る空乏層をなだらかにすることができ、ソース電位の導電体の外側の領域の導電体がフローティング電位であるため、活性領域からエッジ領域に至る空乏層を従来よりもなだらかにすることができる。その結果、半導体装置の耐圧を高めることができる。   Since the present invention is configured as described above, the conductor closest to the active region has the source potential, so that the depletion layer from the active region to the edge region can be made gentle, and the conductor of the source potential has Since the conductor in the outer region has a floating potential, the depletion layer from the active region to the edge region can be made gentler than before. As a result, the withstand voltage of the semiconductor device can be increased.

半導体装置1の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1. 半導体装置1に所定の電位を印加した場合の電気力線図である。FIG. 4 is an electric line diagram when a predetermined potential is applied to the semiconductor device 1. 半導体装置1の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 1. 従来の半導体装置の断面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view of a conventional semiconductor device.

以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described.

半導体装置1の断面図を図1で示す。この半導体装置1は、シリコンで構成された半導体基体2に形成されたトレンチゲート型の素子部(活性領域)200を含む。この半導体基体2においては、ドレイン領域となるN+層10の上に、ドリフト領域となるn−層(第1の半導体領域)20、ベース領域となるp−層(第2の半導体領域)30が順次形成されている。半導体基体2の表面側には、p−層30を貫通して底部がn−層に達する溝(ゲートトレンチ)100が形成されている。溝100は、図1における紙面と垂直方向に延伸し、図3の平面図で示すように並行に複数形成されている。   A cross-sectional view of the semiconductor device 1 is shown in FIG. The semiconductor device 1 includes a trench gate type element portion (active region) 200 formed in a semiconductor substrate 2 made of silicon. In the semiconductor substrate 2, an n − layer (first semiconductor region) 20 as a drift region and ap − layer (second semiconductor region) 30 as a base region are formed on the N + layer 10 as a drain region. They are formed sequentially. A groove (gate trench) 100 is formed on the front surface side of the semiconductor substrate 2, penetrating the p − layer 30 and reaching the n − layer at the bottom. The grooves 100 extend in a direction perpendicular to the paper surface of FIG. 1 and are formed in parallel as shown in the plan view of FIG.

半導体基体2の表面側の溝100の両側に、ソース領域となるn+層40が形成されている。溝100の内面(側面及び底面)には絶縁膜70が形成されている。   On both sides of the groove 100 on the surface side of the semiconductor substrate 2, n + layers 40 serving as source regions are formed. An insulating film 70 is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the groove 100.

まず、ゲート電極60は、絶縁膜70を介してp−層30と対向するように設けられている。ゲート電極60は、例えば高濃度にドープされた導電性の多結晶シリコンで構成される。ゲート電極60は図1のように溝100内に1つずつ配置しても良いし、溝100の左右の側壁部に左右のゲート電極60が設けても良い。この場合、左右のゲート電極60の各々は電気的に接続されている。   First, the gate electrode 60 is provided so as to face the p − layer 30 via the insulating film 70. The gate electrode 60 is made of, for example, highly doped conductive polycrystalline silicon. The gate electrodes 60 may be arranged one by one in the groove 100 as shown in FIG. 1, or the left and right gate electrodes 60 may be provided on the left and right side walls of the groove 100. In this case, each of the left and right gate electrodes 60 is electrically connected.

ゲート電極60の下にはゲート電極60と分離(絶縁)された補助電極50が形成されている。溝100の底面においても絶縁膜70が形成されているため、補助電極50はその下のn−層20とも絶縁される。補助電極50とゲート電極60間には、絶縁膜70が形成されている。   An auxiliary electrode 50 separated (insulated) from the gate electrode 60 is formed below the gate electrode 60. Since the insulating film 70 is also formed on the bottom surface of the groove 100, the auxiliary electrode 50 is also insulated from the n − layer 20 thereunder. An insulating film 70 is formed between the auxiliary electrode 50 and the gate electrode 60.

半導体基板2の表面上に、ソース電極(第1の主電極)80が形成されており、ソース電極80は半導体基板2の表面においてn+層40と接続される。ソース電極80とゲート電極60との間は絶縁されている。なお、ソース電極80はp−層30とも接続されていても良い。半導体基板2の裏面全面には、N+層(ドレイン領域)10と電気的に接続されるドレイン電極(第2の主電極)90が形成されている。   A source electrode (first main electrode) 80 is formed on the surface of the semiconductor substrate 2, and the source electrode 80 is connected to the n + layer 40 on the surface of the semiconductor substrate 2. The source electrode 80 and the gate electrode 60 are insulated. Note that the source electrode 80 may be connected to the p − layer 30 as well. On the entire back surface of the semiconductor substrate 2, a drain electrode (second main electrode) 90 electrically connected to the N + layer (drain region) 10 is formed.

この構造においては、ゲート電極60が溝100の底面側に形成されず、溝100の底部には補助電極50がソース電極80と同電位(接地電位)となるよう配置されているため、ゲート・ドレイン間の容量Cgd(帰還容量)が低減される。   In this structure, the gate electrode 60 is not formed on the bottom surface side of the groove 100, and the auxiliary electrode 50 is arranged at the bottom of the groove 100 so as to have the same potential (ground potential) as the source electrode 80. The capacitance Cgd (feedback capacitance) between the drains is reduced.

また、補助電極50をゲート電極60よりも下側に配置しているので、補助電極50によって溝24の底部及び側面からn−層20側に空乏層が良好に広がり、耐圧を向上させることが可能である。   Further, since the auxiliary electrode 50 is disposed below the gate electrode 60, the depletion layer can be favorably spread from the bottom and side surfaces of the groove 24 to the n − layer 20 side by the auxiliary electrode 50, and the breakdown voltage can be improved. It is possible.

活性領域200の外側にはエッジ領域300が形成されている。エッジ領域300内には、n+層40が設けられておらず、エッジ領域300はトランジスタとして機能しない領域である。また、エッジ領域300には、半導体基体2の表面からn−層20の厚み方向に掘られ、互いに離間した1つ以上の第1及び第2のエッジトレンチ110,210を備える。第2のエッジトレンチ210は第1のエッジトレンチ110の外側に設けたトレンチである。図1の半導体装置では、4つの第1のエッジトレンチ110と、3つの第2のエッジトレンチ210となっている。   An edge region 300 is formed outside the active region 200. In the edge region 300, the n + layer 40 is not provided, and the edge region 300 is a region that does not function as a transistor. The edge region 300 includes one or more first and second edge trenches 110 and 210 that are dug from the surface of the semiconductor substrate 2 in the thickness direction of the n − layer 20 and are separated from each other. The second edge trench 210 is a trench provided outside the first edge trench 110. In the semiconductor device of FIG. 1, four first edge trenches 110 and three second edge trenches 210 are provided.

第1及び第2のエッジトレンチ110,210を平面図で見ると、図3のように配置されている。最も活性領域200に近い第1のエッジトレンチ110は溝100と並行に設けられており、その他の第1のエッジトレンチ110及び第2のエッジトレンチ210は最も活性領域200に近い第1のエッジトレンチ110及び溝100を囲むように活性領域200の外側に形成されている。   When the first and second edge trenches 110 and 210 are viewed in a plan view, they are arranged as shown in FIG. The first edge trench 110 closest to the active region 200 is provided in parallel with the groove 100, and the other first edge trench 110 and second edge trench 210 are the first edge trench closest to the active region 200. It is formed outside the active region 200 so as to surround the groove 110 and the groove 110.

第1及び第2のエッジトレンチ110,210の底部及び側面には、溝100と同じように絶縁膜が設けられている。その絶縁膜を介して第1及び第2のエッジトレンチ110,210の内側には高濃度にドープされた導電性の多結晶シリコンからなるエッジ電極120,220が配置されている。エッジ電極120はソース電極80と電気的に接続されており、エッジ電極220はドレイン電極90又はソース電極80又はゲート電極60と電気的に接続されていないフローティング電位となっている。   An insulating film is provided on the bottom and side surfaces of the first and second edge trenches 110 and 210 in the same manner as the groove 100. Edge electrodes 120 and 220 made of highly doped conductive polycrystalline silicon are arranged inside the first and second edge trenches 110 and 210 with the insulating film interposed therebetween. The edge electrode 120 is electrically connected to the source electrode 80, and the edge electrode 220 has a floating potential that is not electrically connected to the drain electrode 90, the source electrode 80, or the gate electrode 60.

図1の半導体装置1において、少なくとも最も外側の第1のエッジトレンチ110の上方には、周知のフィールドプレート電極130が第1のエッジトレンチ110の開口部から外側に向かって延びるように形成されている。第1のエッジトレンチ110の開口部から延伸しているフィールドプレート電極130は第1のエッジトレンチ110の開口部を介して第1のエッジトレンチ110内に配置されたエッジ電極120と電気的に接続されている。   In the semiconductor device 1 of FIG. 1, at least above the outermost first edge trench 110, a well-known field plate electrode 130 is formed so as to extend outward from the opening of the first edge trench 110. I have. The field plate electrode 130 extending from the opening of the first edge trench 110 is electrically connected to the edge electrode 120 disposed in the first edge trench 110 via the opening of the first edge trench 110. Have been.

また、第2のエッジトレンチ210の上方には、周知のフィールドプレート電極130が第2のエッジトレンチ210の開口部から外側に向かって延びるように形成されている。第2のエッジトレンチ210の開口部から延伸しているフィールドプレート電極130は第2のエッジトレンチ210の開口部を介して第2のエッジトレンチ210内に配置されたエッジ電極220と電気的に接続されている。図1の半導体装置1において、全ての第2のエッジトレンチ210の上方にフィールドプレート電極130が設けられているが、全ての第2のエッジトレンチ210の上方にフィールドプレート電極130を設けなくても良い。   A well-known field plate electrode 130 is formed above the second edge trench 210 so as to extend outward from the opening of the second edge trench 210. The field plate electrode 130 extending from the opening of the second edge trench 210 is electrically connected to the edge electrode 220 disposed in the second edge trench 210 via the opening of the second edge trench 210. Have been. Although the field plate electrode 130 is provided above all the second edge trenches 210 in the semiconductor device 1 of FIG. 1, the field plate electrode 130 may not be provided above all the second edge trenches 210. good.

最も外側の第1のエッジトレンチ110と第2のエッジトレンチ210との間に挟まれた半導体基体2(n−層20)の領域、及び隣り合う第2のエッジトレンチ210の間に挟まれた半導体基体2(n−層20)の領域には、p−型のフローティング領域140がn−層20内に埋め込まれており、半導体基体2の表面はn−層20となっている。図3を見るとわかるように、フローティング領域140は活性領域200を囲むように形成されており、少なくとも基板2上面から見る限り、内側及び外側のフローティング領域140とはエッジトレンチによって分断されている。フローティング領域140の不純物濃度は、ソース電極80とドレイン電極90に所定の電位が印加された半導体装置1のオフ時にフローティング領域140が完全空乏化しない程度に、p−層30の不純物濃度よりも小さい。   A region of the semiconductor body 2 (n-layer 20) sandwiched between the outermost first edge trench 110 and the second edge trench 210, and sandwiched between adjacent second edge trenches 210 In the region of the semiconductor substrate 2 (n− layer 20), a p− type floating region 140 is embedded in the n− layer 20, and the surface of the semiconductor substrate 2 is the n− layer 20. As can be seen from FIG. 3, the floating region 140 is formed so as to surround the active region 200, and is separated from the inner and outer floating regions 140 by edge trenches at least when viewed from the upper surface of the substrate 2. The impurity concentration of floating region 140 is lower than the impurity concentration of p − layer 30 such that floating region 140 is not completely depleted when semiconductor device 1 with a predetermined potential applied to source electrode 80 and drain electrode 90 is turned off. .

また、隣り合う第1のエッジトレンチ110間、隣り合う第2のエッジトレンチ210間、第1のエッジトレンチ110と第2のエッジトレンチ210との間の何れかのフローティング領域140は、外側トレンチ110の側壁に接する部分の厚みよりもその外側トレンチ120の側壁から隣り合う外側トレンチ110との間(隣り合う外側トレンチ110間)の領域における厚みの方が大きくしても良い。図1の半導体装置1のように、隣り合う外側トレンチ110間のポイントで最も不純物濃度が高く、外側トレンチの側壁側で不純物濃度が低くなるようにしてもよいが、隣り合う外側トレンチ110の対向する側面をつなぐように設けられていればよい。   In addition, any of the floating regions 140 between the adjacent first edge trenches 110, between the adjacent second edge trenches 210, and between the first edge trenches 110 and the second edge trenches 210, The thickness in the region between the side wall of the outer trench 120 and the adjacent outer trench 110 (between the adjacent outer trenches 110) may be larger than the thickness of the portion in contact with the side wall. As in the semiconductor device 1 of FIG. 1, the impurity concentration may be the highest at the point between the adjacent outer trenches 110 and the impurity concentration may be lower on the side walls of the outer trenches. What is necessary is just to be provided so that the side which connects may be provided.

半導体装置1にドレイン電極90とソース電極80との間に所定の電位を与え、半導体装置1がオフとする。オフ時の半導体装置1における等電位線を図2の一点斜線で示す。
図2で示すように、フローティング領域140の底部とn−層20とのpn接合界面から空乏層が広がり、フローティング領域140の上部とn−層20とのpn接合界面からも空乏層が広がる。
n−層20と第1のエッジトレンチ110と第2のエッジトレンチ210内のエッジ電極120,220との間の絶縁膜との界面から広がる空乏層、及びn−層20とフィールドプレート電極130との間の絶縁膜との界面から広がる空乏層とがつながることによって、図2のような等電位線となる。
A predetermined potential is applied between the drain electrode 90 and the source electrode 80 to the semiconductor device 1, and the semiconductor device 1 is turned off. Equipotential lines in the semiconductor device 1 when turned off are shown by hatched lines in FIG.
As shown in FIG. 2, the depletion layer extends from the pn junction interface between the bottom of floating region 140 and n − layer 20, and the depletion layer also extends from the pn junction interface between the upper portion of floating region 140 and n − layer 20.
a depletion layer extending from the interface between the n − layer 20 and the insulating film between the edge electrodes 120 and 220 in the first edge trench 110 and the second edge trench 210, and the n − layer 20 and the field plate electrode 130. Are connected to the depletion layer extending from the interface with the insulating film between them, thereby forming an equipotential line as shown in FIG.

第1のエッジトレンチ110内のエッジ電極120下の空乏層の深さはソース電極80と接続されているので、活性領域の補助電極50によって広がる空乏層と同程度の深さとなり、活性領域200からエッジ領域300のエッジ電極120下における空乏層を従来よりも平坦化することができる。よって、従来の半導体装置では、活性領域200の最も外側の溝100の角部に空乏層が近くなってしまい、その付近でブレークダウンが生じていたが、半導体装置1は活性領域に近い第1のエッジトレンチ110内のエッジ電極120がソース電極と電気的に接続していることにより、その問題を抑制することができる。   Since the depth of the depletion layer below the edge electrode 120 in the first edge trench 110 is connected to the source electrode 80, the depth of the depletion layer is almost the same as the depth of the depletion layer spread by the auxiliary electrode 50 in the active region. Therefore, the depletion layer below the edge electrode 120 in the edge region 300 can be made flatter than before. Therefore, in the conventional semiconductor device, the depletion layer becomes close to the corner of the outermost groove 100 of the active region 200, and a breakdown occurs near the corner. The problem can be suppressed because the edge electrode 120 in the edge trench 110 is electrically connected to the source electrode.

また、第1のエッジトレンチ110の壁面と第2のエッジトレンチ210の壁面は、p−型のフローティング領域140を挟むように配置されている。よって、第1のエッジトレンチ110内のエッジ電極120とp−型のフローティング領域140間、第2のエッジトレンチ210内のエッジ電極220とp−型のフローティング領域140間はトレンチ壁面の絶縁膜を介して容量結合している。また、第2のエッジトレンチ210内のエッジ電極220はフローティング電位であり、第2のエッジトレンチ210はp−型のフローティング領域140を挟むように配置されている。従って、エッジトレンチ210内のエッジ電極220とフローティング領域140はエッジトレンチ210の壁面の絶縁膜を介して容量結合している。   Further, the wall surface of the first edge trench 110 and the wall surface of the second edge trench 210 are arranged so as to sandwich the p − type floating region 140. Therefore, the insulating film on the wall of the trench is formed between the edge electrode 120 in the first edge trench 110 and the p − type floating region 140 and between the edge electrode 220 in the second edge trench 210 and the p − type floating region 140. Through capacitive coupling. The edge electrode 220 in the second edge trench 210 has a floating potential, and the second edge trench 210 is arranged so as to sandwich the p − type floating region 140. Therefore, the edge electrode 220 in the edge trench 210 and the floating region 140 are capacitively coupled via the insulating film on the wall surface of the edge trench 210.

よって、最も外側の第1のエッジトレンチ110内のエッジ電極140から外側のエッジトレンチ内のエッジ電極220及びフローティング領域140は容量性結合によって、ドレイン・ソース間に生じる電位差を各々で分担しており、その分担した電位がエッジ電極220及びフローティング領域140に生じている。従って、半導体装置1の外側に向かう等電位線をなだらかにすることができ、半導体装置1の耐圧を更に向上することができる。
ここで、最も外側の第1のエッジトレンチ110と最も内側の第2のエッジトレンチ210間に挟まれた半導体領域(n−層20)の幅、及び/又は第2のエッジトレンチ210間に挟まれた半導体領域(n−層20)の幅は、第1のエッジトレンチ110間に挟まれた半導体領域(n−層20)の幅よりも大きい事が望ましい。これによって、高電位領域を外側に移動させることによって、エッジ領域の活性領域側における空乏層をなだらかにすることで、半導体装置1の耐圧を更に向上することができる。
Therefore, the edge electrode 140 in the outermost first edge trench 110 to the edge electrode 220 in the outer edge trench and the floating region 140 share the potential difference between the drain and the source by capacitive coupling. The shared potential is generated in the edge electrode 220 and the floating region 140. Therefore, the equipotential lines toward the outside of the semiconductor device 1 can be made gentle, and the withstand voltage of the semiconductor device 1 can be further improved.
Here, the width of the semiconductor region (n− layer 20) sandwiched between the outermost first edge trench 110 and the innermost second edge trench 210, and / or the width of the semiconductor region (n− layer 20) sandwiched between the second edge trenches 210. It is desirable that the width of the semiconductor region (n− layer 20) formed is larger than the width of the semiconductor region (n− layer 20) interposed between the first edge trenches 110. Thus, the breakdown voltage of the semiconductor device 1 can be further improved by moving the high-potential region outward to make the depletion layer on the active region side of the edge region gentle.

半導体装置1において、フローティング領域140が半導体基体2の表面に露出していない。可動イオンやマイナスイオン或いは水分が外周構造表面の酸化膜表面に侵入した場合に、酸化膜下の半導体基体2表面にプラスの電荷が誘起されたとしても、p−型のフローティング領域140が半導体基体2の表面ではなくn−層20内に埋め込まれているので、p−型のフローティング領域140の電位分布に不均一な部分が生じて、耐圧の低下を招くことを抑制することができる。   In the semiconductor device 1, the floating region 140 is not exposed on the surface of the semiconductor substrate 2. If mobile ions, negative ions, or moisture enter the oxide film surface on the outer peripheral structure surface, even if a positive charge is induced on the surface of the semiconductor substrate 2 under the oxide film, the p − -type floating region 140 remains 2 is embedded in the n − layer 20 instead of the surface, so that a non-uniform portion is generated in the potential distribution of the p − type floating region 140, and it is possible to suppress a decrease in breakdown voltage.

フローティング領域140の上面の高さはp−層30の底部の高さよりも下にある事が望ましい。さらに、半導体基板2の内側のフローティング領域140(図1の紙面から見て左側のフローティング領域140)は、第1のエッジトレンチ110及び第2のエッジトレンチ210の底部の角部を含むように形成されていることが望ましい。更に、図1のように、図1の紙面から見て左側のフローティング領域140は図1の紙面から見て右側のフローティング領域140よりも深くなっており、半導体装置1の外周側(図1の紙面から見て右側)ほど浅くなっていることが望ましい。また、外側に向かって(図1の紙面から見て右側に向かって)フローティング領域140の深さ方向の厚みが小さくなり、また外側に向かってフローティング領域の不純物濃度が下がっていくことが望ましい。これらによって、半導体装置1の外側に向かう等電位線を更になだらかにすることができ、半導体装置1の耐圧を更に向上することができる。   It is desirable that the height of the upper surface of floating region 140 be lower than the height of the bottom of p − layer 30. Further, the floating region 140 inside the semiconductor substrate 2 (the floating region 140 on the left side when viewed from the plane of FIG. 1) is formed to include the bottom corners of the first edge trench 110 and the second edge trench 210. It is desirable to have been. Further, as shown in FIG. 1, the floating region 140 on the left side when viewed from the plane of FIG. 1 is deeper than the floating area 140 on the right side when viewed from the plane of FIG. It is desirable that the depth becomes shallower (right side as viewed from the paper). Further, it is desirable that the thickness of the floating region 140 in the depth direction becomes smaller toward the outside (toward the right as viewed from the plane of FIG. 1), and that the impurity concentration of the floating region be reduced toward the outside. Accordingly, the equipotential lines toward the outside of the semiconductor device 1 can be made more gentle, and the withstand voltage of the semiconductor device 1 can be further improved.

また、最も外側にあるフローティング領域140は厚みよりも横方向に長い事が望ましい。
更に、最も外側にあるフローティング領域140はフィールドプレート電極130よりも外側まで延伸していることが望ましい。下方に設けられたフローティング領域140と上方に設けられたフィールドプレート電極130の両方の効果によって、最も外側の第2のエッジトレンチ210の側面及び角部における電界集中を緩和し、半導体装置1の耐圧を更に向上することができる。
Further, it is desirable that the outermost floating region 140 is longer in the lateral direction than the thickness.
Further, it is desirable that the outermost floating region 140 extends to the outside of the field plate electrode 130. By the effects of both the floating region 140 provided below and the field plate electrode 130 provided above, the electric field concentration on the side surfaces and corners of the outermost second edge trench 210 is reduced, and the breakdown voltage of the semiconductor device 1 is reduced. Can be further improved.

なお、上記において、活性領域200の素子構造がトレンチゲート型のパワーMOSFETであるものとしたが、IGBTや図1以外のトレンチ内の電極構造を備えるMOSFET等のトレンチゲート型の素子を活性領域200に備える場合においても同様の構造を用いることができる。   In the above description, the element structure of the active region 200 is a trench gate type power MOSFET. However, a trench gate type element such as an IGBT or a MOSFET having an electrode structure in a trench other than FIG. A similar structure can also be used when preparing for

また、上記の構成は、いずれもnチャネル型の素子であったが、導電型(p型、n型)を逆転させ、pチャネル型の素子を同様に得ることができることは明らかである。この場合、図1に示されたアクセプタ濃度は、p−層23に対応するn−層におけるドナー濃度となる。また、半導体基板、ゲート電極等を構成する材料によらずに、上記の構造、製造方法を実現することができ、同様の効果を奏することも明らかである。   In addition, although the above-described configurations are all n-channel elements, it is obvious that p-channel elements can be similarly obtained by reversing the conductivity type (p-type and n-type). In this case, the acceptor concentration shown in FIG. 1 is the donor concentration in the n − layer corresponding to the p − layer 23. In addition, it is apparent that the above-described structure and manufacturing method can be realized irrespective of the materials constituting the semiconductor substrate, the gate electrode, and the like, and the same effects are obtained.

1 半導体装置
2 半導体基体
10 N+層
20 n−層
30 p―層
40 n+層
50 補助電極
60 ゲート電極
70 絶縁膜
80 ソース電極(第1の主電極)
90 ドレイン電極(第2の主電極)
100 溝
110 第1のエッジトレンチ
120 第1のエッジ電極
130 フィールドプレート電極
140 フローティング領域
210 第2のエッジトレンチ
220 第2のエッジ電極
Reference Signs List 1 semiconductor device 2 semiconductor substrate 10 N + layer 20 n− layer 30 p− layer 40 n + layer 50 auxiliary electrode 60 gate electrode 70 insulating film 80 source electrode (first main electrode)
90 drain electrode (second main electrode)
Reference Signs List 100 groove 110 first edge trench 120 first edge electrode 130 field plate electrode 140 floating region 210 second edge trench 220 second edge electrode

Claims (5)

活性領域と活性領域の外側のエッジ領域を備える半導体装置において、
前記活性領域は、
第1導電型の第1半導体領域と
前記第1半導体領域上に第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域上に第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体領域上にゲート絶縁膜を介して配置された制御電極と、
前記第3半導体領域と電気的に接続された第1の主電極と、
前記第1半導体領域側に配置された第2の主電極と、
を含み、
前記エッジ領域は、
前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第1のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの外側に設けられ、前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第2のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介して前記第1の主電極と電気的に接続した第1の導電体と、
前記第2のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介してフローティング電位の第2の導電体とを含み、
前記第1及び第2のエッジトレンチは複数配置されており、
前記第2のエッジトレンチ同士で挟まれた半導体領域の幅は前記第1のエッジトレンチ同士で挟まれた半導体領域の幅よりも広いことを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having an active region and an edge region outside the active region,
The active area is
A first semiconductor region of a first conductivity type, and a second semiconductor region of a second conductivity type having a conductivity type opposite to the first conductivity type on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type on the second semiconductor region;
A control electrode disposed on the second semiconductor region via a gate insulating film,
A first main electrode electrically connected to the third semiconductor region;
A second main electrode disposed on the first semiconductor region side;
Including
The edge area is
A first edge trench dug in the thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A second edge trench provided outside the first edge trench and dug in a thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A first conductor electrically connected to the first main electrode via an insulating film on a wall surface of the first edge trench,
Look including a second conductor of the floating potential via an insulating film on the walls of the second edge trench,
A plurality of the first and second edge trenches are arranged,
A semiconductor device, wherein a width of a semiconductor region sandwiched between the second edge trenches is wider than a width of a semiconductor region sandwiched between the first edge trenches .
活性領域と活性領域の外側のエッジ領域を備える半導体装置において、
前記活性領域は、
第1導電型の第1半導体領域と
前記第1半導体領域上に第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域上に第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体領域上にゲート絶縁膜を介して配置された制御電極と、
前記第3半導体領域と電気的に接続された第1の主電極と、
前記第1半導体領域側に配置された第2の主電極と、
を含み、
前記エッジ領域は、
前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第1のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの外側に設けられ、前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第2のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介して前記第1の主電極と電気的に接続した第1の導電体と、
前記第2のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介してフローティング電位の第2の導電体とを含み、
前記第1のエッジトレンチは複数配置されており、
前記第1のエッジトレンチと前記第2のエッジトレンチで挟まれた半導体領域の幅は、前記第1のエッジトレンチ同士で挟まれた半導体領域の幅よりも広い事を特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having an active region and an edge region outside the active region,
The active area is
A first semiconductor region of a first conductivity type, and a second semiconductor region of a second conductivity type having a conductivity type opposite to the first conductivity type on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type on the second semiconductor region;
A control electrode disposed on the second semiconductor region via a gate insulating film,
A first main electrode electrically connected to the third semiconductor region;
A second main electrode disposed on the first semiconductor region side;
Including
The edge area is
A first edge trench dug in the thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A second edge trench provided outside the first edge trench and dug in a thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A first conductor electrically connected to the first main electrode via an insulating film on a wall surface of the first edge trench,
Look including a second conductor of the floating potential via an insulating film on the walls of the second edge trench,
A plurality of the first edge trench is arranged,
A semiconductor device, wherein a width of a semiconductor region sandwiched between the first edge trench and the second edge trench is wider than a width of a semiconductor region sandwiched between the first edge trenches .
活性領域と活性領域の外側のエッジ領域を備える半導体装置において、
前記活性領域は、
第1導電型の第1半導体領域と
前記第1半導体領域上に第1導電型と反対導電型である第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域上に第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体領域上にゲート絶縁膜を介して配置された制御電極と、
前記第3半導体領域と電気的に接続された第1の主電極と、
前記第1半導体領域側に配置された第2の主電極と、
を含み、
前記エッジ領域は、
前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第1のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの外側に設けられ、前記第1導電型の半導体領域の厚み方向に掘られた第2のエッジトレンチと、
前記第1のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介して前記第1の主電極と電気的に接続した第1の導電体と、
前記第2のエッジトレンチの壁面上に絶縁膜を介してフローティング電位の第2の導電体とを含み、
前記第1のエッジトレンチは複数配置されており、
前記第1のエッジトレンチ間の前記第1半導体領域内に埋め込まれた第2導電型の第4半導体領域が配置されていることを特徴とする半導体装置。
In a semiconductor device having an active region and an edge region outside the active region,
The active area is
A first semiconductor region of a first conductivity type, and a second semiconductor region of a second conductivity type having a conductivity type opposite to the first conductivity type on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type on the second semiconductor region;
A control electrode disposed on the second semiconductor region via a gate insulating film,
A first main electrode electrically connected to the third semiconductor region;
A second main electrode disposed on the first semiconductor region side;
Including
The edge area is
A first edge trench dug in the thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A second edge trench provided outside the first edge trench and dug in a thickness direction of the semiconductor region of the first conductivity type;
A first conductor electrically connected to the first main electrode via an insulating film on a wall surface of the first edge trench,
Look including a second conductor of the floating potential via an insulating film on the walls of the second edge trench,
A plurality of the first edge trenches are arranged;
A semiconductor device, wherein a fourth semiconductor region of a second conductivity type embedded in the first semiconductor region between the first edge trenches is arranged .
前記第1のエッジトレンチと前記第2のエッジトレンチ間の前記第1半導体領域内に埋め込まれた第2導電型の第5半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項1の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a fifth semiconductor region of a second conductivity type buried in the first semiconductor region between the first edge trench and the second edge trench is arranged. . 前記第2のエッジトレンチは複数配置されており、
前記第2のエッジトレンチ間の前記第1半導体領域内に埋め込まれた第2導電型の第6半導体領域が配置されていることを特徴とする請求項の半導体装置。
A plurality of the second edge trenches are arranged;
2. The semiconductor device according to claim 1 , wherein a sixth semiconductor region of a second conductivity type embedded in the first semiconductor region between the second edge trenches is arranged.
JP2015195357A 2015-09-30 2015-09-30 Semiconductor device Active JP6624370B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015195357A JP6624370B2 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015195357A JP6624370B2 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017069464A JP2017069464A (en) 2017-04-06
JP6624370B2 true JP6624370B2 (en) 2019-12-25

Family

ID=58492806

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015195357A Active JP6624370B2 (en) 2015-09-30 2015-09-30 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6624370B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022011834A1 (en) * 2020-07-13 2022-01-20 苏州东微半导体有限公司 Terminal structure for semiconductor power device and manufacturing method therefor
US11538934B2 (en) 2021-01-12 2022-12-27 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device having a group of trenches in an active region and a mesa portion

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6648331B1 (en) 2019-06-07 2020-02-14 新電元工業株式会社 Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
JP7317752B2 (en) * 2020-03-17 2023-07-31 株式会社東芝 semiconductor equipment

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4528460B2 (en) * 2000-06-30 2010-08-18 株式会社東芝 Semiconductor element
WO2011024842A1 (en) * 2009-08-28 2011-03-03 サンケン電気株式会社 Semiconductor device
JP6037499B2 (en) * 2011-06-08 2016-12-07 ローム株式会社 Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2013069866A (en) * 2011-09-22 2013-04-18 Toshiba Corp Semiconductor device
JP2014175640A (en) * 2013-03-13 2014-09-22 Renesas Electronics Corp Vertical composite power MOSFET

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022011834A1 (en) * 2020-07-13 2022-01-20 苏州东微半导体有限公司 Terminal structure for semiconductor power device and manufacturing method therefor
US11538934B2 (en) 2021-01-12 2022-12-27 Sanken Electric Co., Ltd. Semiconductor device having a group of trenches in an active region and a mesa portion

Also Published As

Publication number Publication date
JP2017069464A (en) 2017-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9852993B2 (en) Lateral high voltage integrated devices having trench insulation field plates and metal field plates
TWI595749B (en) Variable snubber for mosfet application
US9935193B2 (en) MOSFET termination trench
KR101864889B1 (en) Lateral DMOS transistor and method of fabricating the same
US9799764B2 (en) Lateral power integrated devices having low on-resistance
TWI501399B (en) Lateral transistor and method for manufacturing the same
WO2016152058A1 (en) Semiconductor device
JP6624370B2 (en) Semiconductor device
US9859414B2 (en) Semiconductor device
KR20160088962A (en) Semiconductor device
JP6573107B2 (en) Semiconductor device
JP2013069866A (en) Semiconductor device
CN107919383B (en) Switching element
US10332992B1 (en) Semiconductor device having improved trench, source and gate electrode structures
JP5519461B2 (en) Horizontal semiconductor device
JP6758592B2 (en) Semiconductor device
JP2018181933A (en) Semiconductor device
JP6458994B2 (en) Semiconductor device
KR20150142220A (en) Power semiconductor device
KR20160038692A (en) Semiconductor device
CN112889158B (en) Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
JP7230477B2 (en) Manufacturing method of trench gate type switching element
TW201407779A (en) Lateral diffusion metal oxide semiconductor transistor structure
JP6536814B2 (en) Semiconductor device
JP6513932B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20180629

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20190318

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20190402

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20190514

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191030

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191112

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6624370

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250