JPH1174524A - Semiconductor device and its manufacture - Google Patents

Semiconductor device and its manufacture

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JPH1174524A JP10060190A JP6019098A JPH1174524A JP H1174524 A JPH1174524 A JP H1174524A JP 10060190 A JP10060190 A JP 10060190A JP 6019098 A JP6019098 A JP 6019098A JP H1174524 A JPH1174524 A JP H1174524A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To prevent a breakdown of an insulation film (heat oxide film) caused by an electric field concentration. SOLUTION: An n<-> -type silicon carbide semiconductor layer 2 and a p-type silicon carbide semiconductor layer 3 are laminated on an n<+> -type silicon carbide semiconductor substrate 1, a groove 7 forming a cell region and a groove 5 forming a tapered mesa structure of the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and the nθtype silicon carbide semiconductor layer 2 are formed on a semiconductor substrate 100 with its main surface comprising the surface of the p-type silicon carbide semiconductor layer 3. In the heat oxide film 9 and the layer between, the nθtype silicon semiconductor layer 2 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 on the side of the groove 5, a high resistance layer 6 comprising an electric field suppression layer suppressing an electric field concentration at the heat oxide film 9, for instance, n<-> -type semiconductor having higher resistance than the n<-> -type silicon carbide semiconductor layer 2, and p-type silicon carbide semiconductor layer, are formed.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置及びそ
の製造方法に関し、特に、絶縁ゲート型電界効果トラン
ジスタ(以下、パワーMOSFETという)等、とりわ
け縦型パワーMOSFETに適用して好適である。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing the same, and is particularly suitable for application to an insulated gate field effect transistor (hereinafter referred to as "power MOSFET"), especially to a vertical power MOSFET.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体装置のチップ外周領域(ユニット
セルの外周領域)に適用される構造として、フィールド
プレート構造やガードリング構造がある。これらの構造
の一例としてフィールドプレート構造を適用した蓄積チ
ャネル型のプレーナ型MOSFETを図27に示す。
2. Description of the Related Art There are a field plate structure and a guard ring structure as a structure applied to a chip peripheral region (peripheral region of a unit cell) of a semiconductor device. As an example of these structures, a storage channel type planar MOSFET to which a field plate structure is applied is shown in FIG.

【0003】図27に示されるように、プレーナ型MO
SFET500が形成されたセル領域の外周部領域に
は、n+ 型半導体基板501上に形成されたn- 型半導
体層502の表層部においてセル領域の外側に向かって
延設されたp型層領域507が備えられている。このp
型層領域507は、n- 型半導体層502とPN接合を
形成することによってブレークダウンを防止する役割を
果たす。
As shown in FIG. 27, a planar type MO
In the outer peripheral region of the cell region where the SFET 500 is formed, a p-type layer region extending toward the outside of the cell region in the surface layer portion of the n -type semiconductor layer 502 formed on the n + -type semiconductor substrate 501 507 are provided. This p
The mold layer region 507 serves to prevent breakdown by forming a PN junction with the n -type semiconductor layer 502.

【0004】さらに、外周部領域には、絶縁膜518に
形成されたコンタクトホールを介してp型層507と接
触しており、セル領域の外側に向かって延設された電極
522が備えられている。この電極522がフィールド
プレートであり、セル領域の外側に向かって延設された
電極522が等電位となり空乏層をセル領域の外周に延
びるようにすることで耐圧の向上が図れるようになって
いる。
Further, an electrode 522 which is in contact with the p-type layer 507 through a contact hole formed in the insulating film 518 and extends toward the outside of the cell region is provided in the outer peripheral region. I have. The electrode 522 is a field plate, and the withstand voltage is improved by making the electrode 522 extending toward the outside of the cell region have the same potential and extending the depletion layer to the outer periphery of the cell region. .

【0005】また、一般に、半導体装置の耐圧はpn接
合の終端する領域の形状等で決まるため、高耐圧の半導
体装置を得るために、この領域における電界を偏りなく
弱くするターミネーション技術がある。このターミネー
ション技術の1つとして特開平4−239778号公報
に示すようなメサ型構造が提案されている。メサ型構造
を有する半導体装置として、nチャネル型の縦型パワー
MOSFETを図28に示し、この図に基づきメサ型構
造について説明する。
In general, the withstand voltage of a semiconductor device is determined by the shape of the region where the pn junction is terminated. To obtain a semiconductor device with a high withstand voltage, there is a termination technique for uniformly reducing the electric field in this region. As one of the termination techniques, a mesa structure as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-239778 has been proposed. FIG. 28 shows an n-channel vertical power MOSFET as a semiconductor device having a mesa structure, and the mesa structure will be described with reference to FIG.

【0006】この縦型パワーMOSFETの半導体基板
120には、n+ 型炭化珪素半導体基板101上にn-
型炭化珪素半導体層102とp型炭化珪素導体層103
とを積層形成したものが用いられており、この基板に溝
107を形成して、酸化膜109、ゲート電極110を
形成すると共に、溝107の周囲にソース領域104を
形成してセル領域とする。そして、セル領域の周囲を囲
むような溝105を形成する。例えば、溝105の側面
がテーパ形状になるようにする。このようにセル領域の
周囲におけるn- 型炭化珪素半導体層102とp型炭化
珪素導体層103からなるpn接合を溝105の側面で
終端させたものがメサ型構造である。
The semiconductor substrate 120 of this vertical power MOSFET has an n type silicon carbide semiconductor substrate 101 with n
-Type silicon carbide semiconductor layer 102 and p-type silicon carbide conductor layer 103
A groove 107 is formed in this substrate, an oxide film 109 and a gate electrode 110 are formed, and a source region 104 is formed around the groove 107 to form a cell region. . Then, a groove 105 surrounding the periphery of the cell region is formed. For example, the side surface of the groove 105 is tapered. A mesa structure in which the pn junction formed of the n -type silicon carbide semiconductor layer 102 and the p-type silicon carbide conductor layer 103 around the cell region is terminated at the side surface of the groove 105 as described above.

【0007】このようなメサ型構造を採用することによ
って半導体装置を高耐圧にすることが図られている。な
お、図29に示すように、メサ型構造は溝105の側面
がテーパ形状のものでなく、基板表面に対して略垂直と
なるようにする場合もある。
It has been attempted to increase the breakdown voltage of a semiconductor device by employing such a mesa structure. As shown in FIG. 29, in the mesa structure, the side surface of the groove 105 may not be tapered, but may be substantially perpendicular to the substrate surface.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
造には、以下に示す問題があることが判った。まず、図
27に示したフィールドプレート構造においては、半導
体材料として炭化珪素を用いた場合、シリコンを用いた
場合に比して、アバランシェブレークダウンが起きる臨
界電界強度が1桁大きく、n型ドレイン層の不純物濃度
を1桁高く設定できることから、ドレイン層(n+ 型半
導体層501)の抵抗値を下げることができ、低オン抵
抗化を図ることができるをいう利点を有している。しか
しながら、その反面、そのように不純物濃度を高く設定
すると、セル領域の外側への空乏層の延びが抑えられ絶
縁膜509の界面で電界集中が生じるため、一旦この界
面でアバランシェブレークダウンが発生すると高エネル
ギーを持ったホットキャリアが絶縁膜509に注入され
絶縁破壊されてしまうという問題が発生する。この問題
はガードリング構造を採用した場合においても同様に発
生する。
However, it has been found that the above structure has the following problems. First, in the field plate structure shown in FIG. 27, when silicon carbide is used as the semiconductor material, the critical electric field strength at which avalanche breakdown occurs is one order of magnitude higher than when silicon is used, and the n-type drain layer Has an advantage that the resistance value of the drain layer (n + -type semiconductor layer 501) can be reduced and the on-resistance can be reduced. However, on the other hand, when the impurity concentration is set to such a high level, the extension of the depletion layer to the outside of the cell region is suppressed, and electric field concentration occurs at the interface of the insulating film 509. Therefore, once avalanche breakdown occurs at this interface, A problem arises in that hot carriers having high energy are injected into the insulating film 509 and dielectric breakdown occurs. This problem also occurs when a guard ring structure is employed.

【0009】一方、図28に示したメサ型構造において
は、メサ型構造を構成する溝105の側面の部分、具体
的にはn- 型炭化珪素半導体層102及びp型炭化珪素
半導体層103の界面と酸化膜109との接続部で電界
集中が生じ、この電界集中部分における酸化膜109が
絶縁破壊されるという問題がある。さらに、メサ型構造
の場合、特に図29に示されるように溝105の側面が
基板表面に対して略垂直になるようにする場合には、図
中の等電位線で示されるように溝105の角の部分にお
いても電界集中が発生しやすく、この部分における絶縁
膜109が絶縁破壊されるという問題もある。
On the other hand, in the mesa structure shown in FIG. 28, a portion of the side surface of trench 105 constituting the mesa structure, specifically, n - type silicon carbide semiconductor layer 102 and p-type silicon carbide semiconductor layer 103 are formed. There is a problem that electric field concentration occurs at a connection portion between the interface and the oxide film 109, and the dielectric breakdown of the oxide film 109 at the electric field concentration portion occurs. Further, in the case of the mesa structure, particularly when the side surface of the groove 105 is made substantially perpendicular to the substrate surface as shown in FIG. 29, the groove 105 is formed as shown by an equipotential line in the figure. There is also a problem that electric field concentration is likely to occur even at the corners of FIG.

【0010】本発明は上記問題に鑑みたもので、炭化珪
素半導体装置において、電界集中によって発生する絶縁
膜の絶縁破壊を防止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 prevent dielectric breakdown of an insulating film caused by electric field concentration in a silicon carbide semiconductor device.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、以下の技術的手段を採用する。請求項1に記載の発
明においては、第1導電型の低抵抗層(1)と、この低
抵抗層上に形成された第1導電型で低抵抗層よりも高抵
抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層上に
形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを有
し、第2の半導体層の表面を主表面とする半導体基板
(100)を用いて、セル領域を構成する第1の溝
(7)と、メサ型構造を構成する第2の溝(5)とを形
成し、第2の溝の側面における絶縁膜(9)と第2の半
導体層及び前記第1の半導体層の間に、絶縁膜における
電界集中を緩和する電界緩和層(6、30、50)を形
成していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the following technical means are employed. According to the first aspect of the present invention, the first conductive type low-resistance layer (1) and the first conductive type first semiconductor layer formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. (2) and a semiconductor substrate (100) having a second conductivity-type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer, and having a surface of the second semiconductor layer as a main surface. ) To form a first groove (7) forming a cell region and a second groove (5) forming a mesa structure, and to form an insulating film (9) on a side surface of the second groove. An electric field relaxation layer (6, 30, 50) for reducing electric field concentration in an insulating film is formed between the second semiconductor layer and the first semiconductor layer.

【0012】このように、セル領域が溝型となっている
ものにおいても、第2の溝の側面における絶縁膜と第2
の半導体層及び前記第1の半導体層の間に電界緩和層
(6)を形成することによって、メサ型構造を構成する
第2の溝の部分、すなわち第1の半導体層及び第2の半
導体層の界面と絶縁膜の接続部における電界集中を緩和
することができ、絶縁膜の絶縁破壊を防止することがで
きる。
As described above, even when the cell region has a groove shape, the insulating film on the side surface of the second groove and the second
Forming an electric field relaxation layer (6) between the first semiconductor layer and the first semiconductor layer, thereby forming a mesa-type portion of the second trench, that is, the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The electric field concentration at the connection between the interface of the insulating film and the insulating film can be reduced, and dielectric breakdown of the insulating film can be prevented.

【0013】また、請求項2に示すように、電界緩和層
(50)を第2の溝の側面から底面にかけて形成するこ
とによっても同様の効果を得ることができる。さらに、
この場合には溝コーナー部の電界集中も緩和でき、この
部分の絶縁膜の絶縁破壊を防止することができる。請求
項3に記載の発明においては、電界緩和層は、第1導電
型材料で形成されており、かつ第1の半導体層よりも高
抵抗で形成されていることを特徴としている。
Further, the same effect can be obtained by forming the electric field relaxation layer (50) from the side surface to the bottom surface of the second groove. further,
In this case, the electric field concentration at the corner of the groove can be reduced, and the dielectric breakdown of the insulating film at this portion can be prevented. According to a third aspect of the present invention, the electric field relaxation layer is formed of a first conductivity type material and has a higher resistance than the first semiconductor layer.

【0014】このように、電界緩和層を第1の半導体層
よりも高抵抗な第1導電型材料で形成することにより、
この電界緩和層によって空乏層の伸びを大きくし、第1
の半導体層及び第2の半導体層の界面と絶縁膜の接続部
における電界集中を緩和することができる。また、請求
項4に記載の発明においては、電界緩和層の表面に形成
された絶縁膜の表面に、電界緩和層の電位を制御する電
極層(12)を備え、この電極層によって電界緩和層を
しきい値電圧よりも低い電圧にしていることを特徴とし
ている。
As described above, by forming the electric field relaxation layer with the first conductivity type material having a higher resistance than the first semiconductor layer,
The extension of the depletion layer is increased by this electric field relaxation layer.
The electric field concentration at the connection between the interface between the semiconductor layer and the second semiconductor layer and the insulating film can be reduced. Further, in the invention according to claim 4, an electrode layer (12) for controlling the potential of the electric field relaxation layer is provided on the surface of the insulating film formed on the surface of the electric field relaxation layer, and the electric field relaxation layer is formed by this electrode layer. Is set to a voltage lower than the threshold voltage.

【0015】このように、電界緩和層の電圧をしきい値
電圧よりも低くすることによって、電界緩和層を常に空
乏化させることができるため、第1の半導体層及び第2
の半導体層の界面と絶縁膜の接続部で電界集中が発生し
ないようにすることができる。請求項5に記載の発明に
おいては、電界緩和層は、第2導電型材料で形成されて
いることを特徴としている。
As described above, by setting the voltage of the electric field relaxation layer lower than the threshold voltage, the electric field relaxation layer can be always depleted, so that the first semiconductor layer and the second semiconductor layer can be depleted.
Electric field concentration can be prevented from occurring at the connection between the interface of the semiconductor layer and the insulating film. According to a fifth aspect of the invention, the electric field relaxation layer is formed of a second conductivity type material.

【0016】このように電界緩和層を第2導電型材料で
形成することによって、第1の半導体層における電界が
第2の溝の底面方向に逃げるようにし、これにより第1
の半導体層及び第2の半導体層の界面と絶縁膜の接続部
で電界集中が発生しないようにすることができる。さら
に、第2の溝の側面から底面にかけて電界緩和層を形成
した場合には、電界緩和層と第1の半導体層によって形
成されるpn接合で発生する空乏層によって、第1の半
導体層中でアバランシェブレークダウンを生じさせて、
より効果的に絶縁膜の絶縁破壊を防止することができ
る。
By forming the electric field relaxation layer of the second conductivity type material as described above, the electric field in the first semiconductor layer escapes in the direction of the bottom surface of the second groove.
Electric field concentration can be prevented from occurring at the connection between the interface between the semiconductor layer and the second semiconductor layer and the insulating film. Further, when the electric field relaxation layer is formed from the side surface to the bottom surface of the second groove, a depletion layer generated at a pn junction formed by the electric field relaxation layer and the first semiconductor layer causes the depletion layer in the first semiconductor layer. Causing avalanche breakdown,
The dielectric breakdown of the insulating film can be more effectively prevented.

【0017】請求項6に記載の発明においては、第1の
溝と第2の溝の間に形成され、主表面から第2の半導体
層を貫通する第3の溝(70)を備え、第3の溝によっ
て第2の半導体層を電気的に分断していることを特徴と
している。このように、第3の溝によって第1の溝と第
2の溝間で第2の半導体層を電気的に分断することによ
って、セル領域にアバランシェブレークダウン電流が流
れることによってセル領域が損傷することを防ぐことが
できる。これにより、半導体装置の寿命性を向上させる
ことができる。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided a third groove (70) formed between the first groove and the second groove and penetrating from the main surface to the second semiconductor layer. The second semiconductor layer is electrically divided by the third groove. As described above, by electrically dividing the second semiconductor layer between the first groove and the second groove by the third groove, the avalanche breakdown current flows through the cell region, and the cell region is damaged. Can be prevented. Thus, the life of the semiconductor device can be improved.

【0018】なお、請求項7に示すように、1乃至6に
記載の発明は、低抵抗層、第1の半導体層、第2の半導
体層及び電界緩和層を炭化珪素にて構成した炭化珪素半
導体装置に適用すると好適である。また、請求項8に示
すように、請求項1乃至6に記載の発明を低抵抗層、第
1の半導体層及び第2の半導体層は炭化珪素で構成し、
電界緩和層をアルミニウム合金で構成することもでき
る。この場合、アルミニウム合金をエピタキシャル成長
法以外の方法で形成することができるため、電界緩和層
を形成する工程を簡略化できる。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided a silicon carbide in which the low resistance layer, the first semiconductor layer, the second semiconductor layer, and the electric field relaxation layer are made of silicon carbide. It is preferable to apply to a semiconductor device. According to an eighth aspect of the present invention, in the first to sixth aspects, the low resistance layer, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer are made of silicon carbide.
The electric field relaxation layer may be made of an aluminum alloy. In this case, since the aluminum alloy can be formed by a method other than the epitaxial growth method, the step of forming the electric field relaxation layer can be simplified.

【0019】請求項9に記載の発明においては、第2の
溝(5)の底面における第1の半導体層(2)に形成さ
れた第2導電型の第2の半導体領域(80)を形成し、
第1の半導体領域と電気的に接触する第1の電極(1
2)とこの第2の半導体領域を電気的に接触させるよう
にしていることを特徴としている。第2の溝の底面にお
ける第1の半導体層は、第2の溝が形成されていない部
分に比して層が薄い。このため、第2の溝の底面におけ
る第1の半導体層に第2導電型の第2の半導体領域を形
成することにより、第1の半導体層と第2の半導体領域
によって形成されるpn接合は、第1の半導体層と第2
の半導体層(3)によって形成されるpn接合よりも低
い耐圧になる。
According to the ninth aspect of the present invention, the second semiconductor region (80) of the second conductivity type formed in the first semiconductor layer (2) at the bottom of the second groove (5) is formed. And
A first electrode (1) in electrical contact with the first semiconductor region
2) and the second semiconductor region are electrically contacted with each other. The first semiconductor layer on the bottom surface of the second groove is thinner than the portion where the second groove is not formed. For this reason, by forming the second semiconductor region of the second conductivity type in the first semiconductor layer on the bottom surface of the second groove, the pn junction formed by the first semiconductor layer and the second semiconductor region is formed. , The first semiconductor layer and the second
Withstand voltage lower than the pn junction formed by the semiconductor layer (3).

【0020】従って、第1の半導体領域と電気的に接触
する第1の電極とこの第2の半導体領域とを電気的に接
触させれば、第1の半導体層(2)及び第2の半導体層
の界面と絶縁膜(9)の接続部で電界集中が生じ、絶縁
膜が絶縁破壊されてしまう前に第1の半導体層と第2の
半導体領域によって形成されるpn接合でアバランシェ
ブレークダウンさせることができる。これにより、絶縁
膜の絶縁破壊を防止することができる。
Therefore, if the first electrode which is in electrical contact with the first semiconductor region and the second semiconductor region are in electrical contact, the first semiconductor layer (2) and the second semiconductor layer An avalanche breakdown is caused by a pn junction formed by the first semiconductor layer and the second semiconductor region before electric field concentration occurs at a connection portion between the interface of the layers and the insulating film (9) and the insulating film is broken down. be able to. Thereby, dielectric breakdown of the insulating film can be prevented.

【0021】請求項10に記載の発明においては、メサ
型構造を構成する溝(5)と、この溝上に形成された絶
縁膜(9)とを有しており、溝の側面における第1の半
導体層(2)及び第2の半導体層(3)と絶縁膜との間
に、この絶縁膜における電界集中を緩和する電界緩和層
(6、30、50)を形成していることを特徴とする。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a groove (5) forming a mesa structure, and an insulating film (9) formed on the groove, and the first film on the side surface of the groove. An electric field relaxation layer (6, 30, 50) for reducing electric field concentration in the insulating film is formed between the semiconductor layer (2) and the second semiconductor layer (3) and the insulating film. I do.

【0022】このように、溝の側面における第1の半導
体層及び第2の半導体層と、絶縁膜との間に電界緩和層
を形成すれば、メサ型構造を構成する溝の部分、すなわ
ち第1の半導体層及び第2の半導体層の界面と絶縁膜の
接続部における電界集中を緩和することができる。この
ように、溝ゲート型に限らず、メサ型構造を有する他の
種類の炭化珪素半導体装置においても電界緩和層を形成
することにより、絶縁膜の絶縁破壊を防止することがで
きる。
As described above, if the electric field relaxation layer is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on the side surface of the groove and the insulating film, the portion of the groove forming the mesa structure, that is, the first Electric field concentration at the connection between the interface between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer and the insulating film can be reduced. As described above, the dielectric breakdown of the insulating film can be prevented by forming the electric field relaxation layer not only in the trench gate type but also in another type of silicon carbide semiconductor device having a mesa structure.

【0023】請求項11に記載の発明においては、メサ
型構造形成用溝(5)を形成したのち、メサ型構造形成
用溝の少なくとも側面に電界緩和層(6、30、50)
を形成し、その後にセル領域形成用溝(7)を形成する
ことを特徴としている。このように、セル領域形成用溝
の形成を電界緩和層を形成した後にしているため、セル
領域形成用溝の中に電界緩和層が形成されない。このた
め、セル領域形成用溝内に他の半導体層を形成する等の
選択が自由にでき、半導体装置におけるパラメータに変
化をつけることができる。
According to the eleventh aspect of the present invention, after forming the mesa structure forming groove (5), the electric field relaxation layer (6, 30, 50) is formed on at least the side surface of the mesa structure forming groove.
And then forming a cell region forming groove (7). As described above, since the formation of the cell region forming groove is performed after the formation of the electric field relaxing layer, the electric field relaxing layer is not formed in the cell region forming groove. For this reason, it is possible to freely select, for example, to form another semiconductor layer in the cell region forming groove, and to change parameters in the semiconductor device.

【0024】請求項12に記載の発明においては、メサ
型構造形成用溝(5)とセル領域形成用溝(7)とを同
時に形成することを特徴としている。このように、メサ
型構造形成用溝とセル領域形成用溝とを同時に形成すれ
ば、製造工程を簡略化することができる。請求項13に
記載の発明においては、溝(5)の角部における第1半
導体層(2)の表層部に第2導電型の半導体領域(20
1)が形成されていることを特徴としている。
According to a twelfth aspect of the present invention, the mesa structure forming groove (5) and the cell region forming groove (7) are formed simultaneously. As described above, by simultaneously forming the mesa structure forming groove and the cell region forming groove, the manufacturing process can be simplified. According to the thirteenth aspect of the present invention, the second conductive type semiconductor region (20) is formed in the surface layer of the first semiconductor layer (2) at the corner of the groove (5).
1) is formed.

【0025】このように、溝の角部に第2導電型の半導
体領域を形成することにより、第1の半導体層(2)及
び第2の半導体層(3)によって構成されるPN接合間
に高電圧が印加されても、半導体領域の周囲に空乏層を
広げることができる。このため、半導体領域によって溝
の角部における電界集中を緩和することができ、絶縁膜
(9)が絶縁破壊されてしまうのを防止することができ
る。
As described above, by forming the semiconductor region of the second conductivity type at the corner of the groove, the PN junction between the first semiconductor layer (2) and the second semiconductor layer (3) is formed. Even when a high voltage is applied, the depletion layer can be expanded around the semiconductor region. For this reason, the electric field concentration at the corners of the groove can be reduced by the semiconductor region, and dielectric breakdown of the insulating film (9) can be prevented.

【0026】請求項14に記載の発明においては、ユニ
ットセル領域が形成される第1の溝(7)の周囲を囲む
ように形成された第2の溝(5)を有し、この第2の溝
の角部における第1半導体層(2)の表層部に第2導電
型の第2の半導体領域(201)が形成されていること
を特徴としている。このように、溝ゲート型の炭化珪素
半導体装置において溝の角部に第2導電型の第2の半導
体領域を形成することにより、第1の半導体領域(4)
と第2の電極層(13)との間に高電圧が印加されても
請求項13と同様に、絶縁膜(9)が絶縁破壊されてし
まうのを防止することができる。
According to the present invention, the second groove (5) is formed so as to surround the periphery of the first groove (7) in which the unit cell region is formed. A second semiconductor region (201) of the second conductivity type is formed in a surface layer portion of the first semiconductor layer (2) at a corner of the groove. As described above, by forming the second conductivity type second semiconductor region at the corner of the trench in the trench gate type silicon carbide semiconductor device, the first semiconductor region (4)
Even if a high voltage is applied between the second electrode layer and the second electrode layer, the dielectric breakdown of the insulating film can be prevented in the same manner as in the thirteenth aspect.

【0027】請求項15に記載の発明においては、第2
の溝の側面に第1導電型の半導体からなる電界緩和層
(6)が形成されていることを特徴としている。これに
より、請求項14と同様の効果が得られると共に、請求
項1と同様の効果も得ることができる。請求項16に記
載の発明においては、第2の半導体領域は、第2の溝の
側面と底面とが接する部分を含んで形成されていること
を特徴としている。
In the invention according to claim 15, the second
An electric field relaxation layer (6) made of a semiconductor of the first conductivity type is formed on the side surface of the groove. Accordingly, the same effect as that of the fourteenth aspect can be obtained, and the same effect as that of the first aspect can be obtained. According to a sixteenth aspect of the present invention, the second semiconductor region is formed including a portion where the side surface and the bottom surface of the second groove are in contact with each other.

【0028】溝の角部のうち、最も電界集中が起こる場
所は第2の溝の側面と底面とが接する部分であるため、
この部分を含んで第2の半導体領域を形成するようにす
れば、最も効果的に電界集中を緩和することができる。
請求項17に示すように、メサ型構造形成用溝(5)の
角部における第1の半導体層(2)の表層部に第2導電
型の第2の半導体領域(201)を形成することによっ
て、請求項13の効果が得られる炭化珪素半導体装置と
することができる。
Among the corners of the groove, the place where the electric field concentration occurs most is where the side surface and the bottom surface of the second groove are in contact.
If the second semiconductor region is formed including this portion, the electric field concentration can be reduced most effectively.
Forming a second semiconductor region of a second conductivity type in a surface layer of the first semiconductor layer at a corner of the trench for forming a mesa structure; Accordingly, a silicon carbide semiconductor device having the effect of claim 13 can be obtained.

【0029】そして、請求項18に示すように、メサ型
構造形成用溝とセル領域形成用溝とを同一工程で形成す
ることにより、製造工程を簡略化することができる。請
求項19に記載の発明においては、フィールドプレート
(322)の下部に配置された絶縁膜(309)と第1
の半導体層(302)との間には、第1の半導体層より
も高抵抗の第1導電型の半導体薄膜層(308)が形成
されていることを特徴としている。
Further, by forming the mesa-type structure forming groove and the cell region forming groove in the same step, the manufacturing process can be simplified. In the invention according to claim 19, the insulating film (309) disposed under the field plate (322) and the first
A semiconductor thin film layer (308) of the first conductivity type having a higher resistance than the first semiconductor layer is formed between the first semiconductor layer and the semiconductor layer (302).

【0030】このように、フィールドプレートの下部に
第1の半導体層よりも高抵抗の半導体薄膜層を形成する
ことにより、第1、第2の電極(312、313)の間
に逆バイアス電圧が印加された場合に、素子分離層(3
07)からセル形成領域の外側への空乏層の延びを大き
くすることができるため、フィールドプレートの下部に
おける絶縁膜と炭化珪素との界面における電界強度を緩
和することができる。これにより、絶縁膜の絶縁破壊を
防止することができる。
As described above, by forming the semiconductor thin film layer having a higher resistance than the first semiconductor layer below the field plate, a reverse bias voltage is applied between the first and second electrodes (312, 313). When the voltage is applied, the element isolation layer (3
07), the extension of the depletion layer to the outside of the cell formation region can be increased, so that the electric field intensity at the interface between the insulating film and silicon carbide under the field plate can be reduced. Thereby, dielectric breakdown of the insulating film can be prevented.

【0031】なお、半導体薄膜層は、請求項21に示す
ように、第1の半導体層上にエピタキシャル膜を成長さ
せることによって形成することができる。このように、
エピタキシャル膜で半導体薄膜層を形成することによっ
て、制御性良く第1の半導体層よりも低濃度の不純物濃
度を有するものにすることができる。例えば、第1の半
導体層にイオン注入によって半導体薄膜層を形成してい
る場合には、半導体薄膜層の不純物濃度を第1の半導体
層よりも低濃度に補償することが困難である。
Incidentally, the semiconductor thin film layer can be formed by growing an epitaxial film on the first semiconductor layer. in this way,
By forming the semiconductor thin film layer using an epitaxial film, the semiconductor thin film layer can have an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer with good controllability. For example, in the case where the semiconductor thin film layer is formed in the first semiconductor layer by ion implantation, it is difficult to compensate the impurity concentration of the semiconductor thin film layer to be lower than that of the first semiconductor layer.

【0032】請求項22に記載の発明においては、素子
分離層(307)から所定間隔おきに複数個配置され
た、所定幅を有する第2導電型の第2の半導体層(40
9)のそれぞれの間、及びこの第2の半導体層と素子分
離層との間における第1の半導体層(302)上には、
第1の半導体層よりも高抵抗の第1導電型の半導体薄膜
層(408)が形成されていることを特徴としている。
In the invention according to claim 22, the second conductive type second semiconductor layer (40) having a predetermined width and arranged in plural at predetermined intervals from the element isolation layer (307).
9), and on the first semiconductor layer (302) between the second semiconductor layer and the element isolation layer,
A semiconductor thin film layer (408) of the first conductivity type having a higher resistance than the first semiconductor layer is formed.

【0033】このように、第2の半導体層(409)が
構成するガードリング構造の間に、半導体薄膜層(40
8)を形成することにより、第2の半導体層の間におけ
る空乏層の伸びを大きくすることができ、この間に形成
された絶縁膜(309)を絶縁破壊から防止することが
できる。なお、この場合において、請求項23に示すよ
うに、フィールドプレート(322)の下部の絶縁膜と
第1の半導体層の間に、第1の半導体層よりも高抵抗の
第1導電型の半導体薄膜層(408)が形成されていれ
ば、さらに請求項19と同様の効果を得ることができ
る。
As described above, the semiconductor thin film layer (40) is interposed between the guard ring structures formed by the second semiconductor layer (409).
By forming 8), the extension of the depletion layer between the second semiconductor layers can be increased, and the insulating film (309) formed therebetween can be prevented from dielectric breakdown. In this case, a semiconductor of the first conductivity type having a higher resistance than the first semiconductor layer is provided between the insulating film below the field plate (322) and the first semiconductor layer. If the thin film layer (408) is formed, the same effect as the nineteenth aspect can be further obtained.

【0034】請求項24に記載の発明においては、第1
の半導体層(302)の上に、第1の半導体層よりも低
濃度の第1導電型の薄膜層を成膜することにより、第1
のベース領域(303)に接続される表面チャネル層
(304)と、セル形成予定領域の周囲に配置される薄
膜半導体層(308)とを同時に形成することを特徴と
している。
In the invention according to claim 24, the first
Forming a first conductive type thin film layer having a lower concentration than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer (302);
Is characterized in that a surface channel layer (304) connected to the base region (303) is formed simultaneously with a thin film semiconductor layer (308) arranged around the cell formation planned region.

【0035】このように、表面チャネル層と薄膜半導体
層とを同時に形成することにより、製造工程の簡略化を
図ることができる。請求項25に記載の発明において
は、第1のベース領域の所定領域及び素子分離層(30
7)の所定領域に、第1のベース領域よりも接合深さが
深い第2導電型の第2のベース領域(303a)を形成
することを特徴としている。
As described above, by simultaneously forming the surface channel layer and the thin film semiconductor layer, the manufacturing process can be simplified. In the invention according to claim 25, the predetermined region of the first base region and the element isolation layer (30
The method is characterized in that a second conductivity type second base region (303a) having a junction depth deeper than the first base region is formed in the predetermined region of (7).

【0036】このように、第1のベース領域よりも接合
深さが深い第2のベース領域を形成することにより、こ
の領域における曲率を小さくして電界強度を高くするこ
とができる。このため、第1、第2の電極(312、3
13)の間に逆バイアス電圧が印加された場合に、第2
のベース領域でアバランシェブレークダウンを起こさせ
ることができる。
As described above, by forming the second base region having a junction depth deeper than that of the first base region, the curvature in this region can be reduced and the electric field intensity can be increased. For this reason, the first and second electrodes (312, 312
If a reverse bias voltage is applied during 13), the second
Avalanche breakdown can occur in the base region.

【0037】なお、この第2のベース領域の形成位置
は、マスク位置により任意に決定することができるた
め、例えばセルとしてFETを形成する場合には、FE
Tの寄生ドランジスタが動作しにくくなる位置に形成す
ることが可能である。このため、このような位置に第2
のベース領域を形成することにより、L負荷駆動時にお
ける逆起エネルギー耐量を高くすることができる。
Since the formation position of the second base region can be arbitrarily determined by the mask position, for example, when forming an FET as a cell, the FE
It can be formed at a position where the parasitic transistor of T becomes difficult to operate. Therefore, the second position
By forming the base region described above, it is possible to increase the resistance to back electromotive energy when driving the L load.

【0038】請求項26に記載の発明においては、第1
の半導体層(302)の上に、第1の半導体層(30
2)よりも低濃度の第1導電型の薄膜層を成膜すること
により、第1のベース領域に接続される表面チャネル層
(304)と、セル形成予定領域の周囲に薄膜半導体層
(408)を形成することを特徴としている。このよう
に、ガードリング構造を採用する場合においても、表面
チャネル層と薄膜半導体層とを同時に形成することによ
り、製造工程の簡略化を図ることができる。
In the twenty-sixth aspect of the present invention, the first
A first semiconductor layer (30) on the first semiconductor layer (302).
By forming a first conductivity type thin film layer having a lower concentration than in 2), the surface channel layer (304) connected to the first base region and the thin film semiconductor layer (408) around the cell formation planned region are formed. ) Is formed. As described above, even when the guard ring structure is adopted, the manufacturing process can be simplified by simultaneously forming the surface channel layer and the thin film semiconductor layer.

【0039】請求項27に記載の発明においては、第1
の半導体層(301)の表層部のうちのセル形成予定領
域に、所定深さを有する複数個の第2導電型の第1のベ
ース領域(303)を形成すると共に、該第1のベース
領域の周囲に配置される素子分離用の第2導電型の素子
分離層(307)、及び該素子分離層の周囲に所定間隔
おきに配置される第2導電型の複数のリング層(40
9)を形成することを特徴としている。
In the invention according to claim 27, the first aspect
A plurality of first base regions (303) of a second conductivity type having a predetermined depth in a region where a cell is to be formed in a surface layer portion of the semiconductor layer (301); And a plurality of ring layers of the second conductivity type (40) arranged at predetermined intervals around the device isolation layer.
9) is formed.

【0040】このように、第1のベース領域、素子分離
層及びリング層を同一工程で形成することにより、製造
工程の簡略化を図ることができる。請求項28に記載の
発明においては、周辺領域には、第1導電型の半導体層
の表面に接し、第1導電型の半導体層よりも高抵抗な第
1導電型の半導体電界緩和領域が形成されていることを
特徴としている。
As described above, by forming the first base region, the element isolation layer, and the ring layer in the same process, the manufacturing process can be simplified. In the invention according to claim 28, a first-conductivity-type semiconductor electric-field relaxation region that is in contact with the surface of the first-conductivity-type semiconductor layer and has higher resistance than the first-conductivity-type semiconductor layer is formed in the peripheral region. It is characterized by being.

【0041】このような構成では、半導体装置のセル領
域外周の周辺領域において、第1導電型の半導体層より
も高抵抗、すなわち低不純物濃度の第1導電型からなる
半導体電界緩和領域が前記第1導電型の半導体層に接し
て形成されるため、周辺領域において第2導電型の半導
体領域と第1導電型の半導体層との間に形成される空乏
層の延びを前記第1導電柄型の半導体層に比べ大きくす
ることができる。これによって、半導体装置のセル領域
外周に位置する周辺部領域における耐圧を向上させるこ
とができる。
In such a configuration, in the peripheral region around the cell region of the semiconductor device, the semiconductor electric field relaxation region of the first conductivity type having a higher resistance than the semiconductor layer of the first conductivity type, that is, a lower impurity concentration, is formed. Since the first conductivity type semiconductor layer is formed in contact with the one conductivity type semiconductor layer, the depletion layer formed between the second conductivity type semiconductor region and the first conductivity type semiconductor layer extends in the peripheral region. Larger than that of the semiconductor layer. As a result, the withstand voltage in the peripheral region located on the outer periphery of the cell region of the semiconductor device can be improved.

【0042】特に、半導体として炭化珪素(SiC)を
用いた場合には、材料の特性により第1導電型の半導体
層を高濃度にできるため、空乏層の広がりが大きくなら
ず、半導体装置のセル外周部における周辺領域での耐圧
の確保が懸念されるが、上述の第1導電型の半導体電界
緩和領域により周辺領域における耐圧を確保する1つの
手段とすることができる。
In particular, when silicon carbide (SiC) is used as the semiconductor, the concentration of the first conductivity type semiconductor layer can be increased due to the characteristics of the material. Although there is a concern that the withstand voltage in the peripheral region in the outer peripheral portion may be ensured, it may be one means for ensuring the withstand voltage in the peripheral region by the above-described semiconductor electric field relaxation region of the first conductivity type.

【0043】また、請求項29においては、周辺領域に
おいて、第2導電型の半導体層が第1導電型の半導体層
上に形成されており、第2導電型の半導体層の表面から
第1導電型の半導体層に達する溝が形成されており、半
導体電界緩和領域は溝側面に形成されていることを特徴
としている。このように、溝側面に電界緩和領域を形成
することにより、溝側面に現れる第1導電型の半導体層
と第2導電型の半導体層との間における電界集中を半導
体電界緩和領域にて電界緩和できる。
According to a twenty-ninth aspect, in the peripheral region, the second conductive type semiconductor layer is formed on the first conductive type semiconductor layer, and the first conductive type semiconductor layer extends from the surface of the second conductive type semiconductor layer. A groove reaching the semiconductor layer of the mold is formed, and the semiconductor electric field relaxation region is formed on a side surface of the groove. As described above, by forming the electric field relaxation region on the groove side surface, the electric field concentration between the first conductivity type semiconductor layer and the second conductivity type semiconductor layer appearing on the groove side surface is reduced by the semiconductor electric field relaxation region. it can.

【0044】一方、請求項30に記載の発明において
は、周辺領域において第1導電型の半導体層上に第1導
電型の半導体電界緩和領域が形成されていることを特徴
としており、第1導電型の半導体層上に形成された半導
体電界緩和領域により第1導電型の半導体層にて集中し
ようとする電界を緩和できる。
On the other hand, the invention according to claim 30 is characterized in that the first conductivity type semiconductor electric field relaxation region is formed on the first conductivity type semiconductor layer in the peripheral region, The electric field which tends to concentrate in the first conductivity type semiconductor layer can be reduced by the semiconductor electric field relaxation region formed on the semiconductor layer of the first conductivity type.

【0045】[0045]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示す実施形態
について説明する。 (第1実施形態)図1に本発明の一実施形態にかかるn
チャネルタイプの縦型パワーMOSFETの断面図を示
す。以下、図1に基づいて縦型パワーMOSFETの構
造について説明する。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of the present invention. (First Embodiment) FIG. 1 shows n according to an embodiment of the present invention.
1 shows a cross-sectional view of a channel type vertical power MOSFET. Hereinafter, the structure of the vertical power MOSFET will be described with reference to FIG.

【0046】六方晶の炭化珪素からなる低抵抗半導体層
としてのn+ 型炭化珪素半導体基板1に、高抵抗半導体
層としてのn- 型炭化珪素半導体層2とp型炭化珪素半
導体層3が順次積層されており、これらn+ 型炭化珪素
半導体基板1、n- 型炭化珪素半導体層2及び第1のp
型炭化珪素半導体層3から単結晶炭化珪素よりなる半導
体基板100が構成されている。そして、この半導体基
板100の上面を略(0001−)カーボン面としてい
る。
On an n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 as a low-resistance semiconductor layer made of hexagonal silicon carbide, an n -type silicon carbide semiconductor layer 2 and a p-type silicon carbide semiconductor layer 3 as a high-resistance semiconductor layer are sequentially formed. These n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1, n -type silicon carbide semiconductor layer 2 and first p-type silicon carbide semiconductor layer 2 are stacked.
Semiconductor substrate 100 made of single-crystal silicon carbide is formed from type silicon carbide semiconductor layer 3. The upper surface of the semiconductor substrate 100 is substantially a (0001-) carbon surface.

【0047】p型炭化珪素半導体層3内の表層部におけ
る所定領域には、半導体領域としてのn+ 型ソース領域
4が形成されている。また、n+ 型ソース領域4の所定
領域に溝7が形成されている。この溝7は、n+ 型ソー
ス領域4とp型炭化珪素半導体層3を貫通しており、n
- 型炭化珪素半導体層2に達している。そして、p型炭
化珪素半導体層3の所定領域に溝5が形成されており、
この溝5は、溝7と同一若しくは深く形成されている。
この溝5は、セル領域となる溝7を中心として円形で囲
むように形成されており、この溝5によってメサ型構造
が構成されている。
An n + -type source region 4 as a semiconductor region is formed in a predetermined region in a surface layer portion in p-type silicon carbide semiconductor layer 3. In addition, a groove 7 is formed in a predetermined region of the n + type source region 4. This trench 7 penetrates n + -type source region 4 and p-type silicon carbide semiconductor layer 3,
- it has reached the -type silicon carbide semiconductor layer 2. A groove 5 is formed in a predetermined region of p-type silicon carbide semiconductor layer 3,
The groove 5 is formed to be the same as or deeper than the groove 7.
The groove 5 is formed so as to surround the groove 7 serving as a cell region in a circular shape with the center as a center. The groove 5 forms a mesa structure.

【0048】また、溝5の溝側面には、炭化珪素半導体
よりなる電界緩和層としてのn- 型の高抵抗層6が形成
されている。この高抵抗層6は、n- 型炭化珪素半導体
層2より高抵抗で、不純物濃度に換算すると1桁程度低
濃度に形成している。さらに、溝7、溝5を含む基板上
に、ゲート絶縁膜としての熱酸化膜9が形成されてい
る。そして、溝5内のチャネル形成部には、ポリシリコ
ンからなるベース電極10が形成されており、このゲー
ト電極10を含む半導体基板100上に絶縁膜11が形
成されている。
An n -type high-resistance layer 6 as an electric field relaxation layer made of a silicon carbide semiconductor is formed on the groove side surface of groove 5. This high resistance layer 6 has a higher resistance than the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 and is formed to have a concentration lower by about one digit in terms of impurity concentration. Further, a thermal oxide film 9 as a gate insulating film is formed on the substrate including the grooves 7 and 5. A base electrode 10 made of polysilicon is formed in a channel forming portion in the groove 5, and an insulating film 11 is formed on a semiconductor substrate 100 including the gate electrode 10.

【0049】また、熱酸化膜9上にはソース電極12が
形成されており、熱酸化膜9及び絶縁膜10に形成され
たコンタクトホールを通じてソース電極12はn+ 型ソ
ース領域4やp型炭化珪素半導体層3と電気的に導通し
ている。なお、溝5の底面を成すn- 型炭化珪素半導体
層2の表層部には、セル領域を囲むように高濃度なn+
型炭化珪素半導体層15が形成されている。このn+
炭化珪素半導体層15は、熱酸化膜9及び絶縁膜10に
形成されたコンタクトホールを介して電気配線16と電
気的に導通しており、縦型パワーMOSFETを使用す
るときには、電気配線16によってセル周囲を同電位に
保持して、p型炭化珪素半導体層3とn- 型炭化珪素半
導体層2によるpn接合における空乏層の伸び具合を均
一にしている。
[0049] Further, on the thermal oxide film 9 is the source electrode 12 is formed, the source electrode 12 through a contact hole formed in the thermal oxide film 9 and the insulating film 10 is n + -type source region 4 and the p-type carbide It is electrically connected to the silicon semiconductor layer 3. The surface of the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 forming the bottom surface of the trench 5 has a high concentration of n + so as to surround the cell region.
Type silicon carbide semiconductor layer 15 is formed. This n + -type silicon carbide semiconductor layer 15 is electrically connected to electric wiring 16 through contact holes formed in thermal oxide film 9 and insulating film 10. The periphery of the cell is maintained at the same potential by the wiring 16, so that the depletion layer in the pn junction formed by the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 extends uniformly.

【0050】このように、縦型パワーMOSFETは、
最外周の溝側面にn- 型の高抵抗層6を備えた構成とな
っている。そして、このn- 型の高抵抗層6が、n-
炭化珪素半導体層2及びp型炭化珪素半導体層3の界面
近傍における熱酸化膜9、すなわちメサ構造をなす部分
における熱酸化膜9における絶縁破壊を防止する役割を
果たす。
Thus, the vertical power MOSFET is
The structure is such that an n -type high-resistance layer 6 is provided on the outermost groove side surface. The n -type high resistance layer 6 is formed in the thermal oxide film 9 near the interface between the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3, that is, in the thermal oxide film 9 in the portion forming the mesa structure. It plays a role in preventing dielectric breakdown.

【0051】また、このように構成された縦型パワーM
OSFETにおけるゲート電極10に所定の駆動電圧を
印加すると、n- 型炭化珪素半導体層2とn+ 型ソース
領域4の間におけるp型炭化珪素半導体層3がチャネル
領域となって電流を流す。なお、縦型パワーMOSFE
Tにおけるゲート、ソース、ドレインの各電位をそれぞ
れVG、VS、VDで表してある。
Further, the vertical power M thus configured
When a predetermined drive voltage is applied to gate electrode 10 of the OSFET, p-type silicon carbide semiconductor layer 3 between n -type silicon carbide semiconductor layer 2 and n + -type source region 4 serves as a channel region to flow current. In addition, the vertical power MOSFE
The gate, source, and drain potentials at T are represented by VG, VS, and VD, respectively.

【0052】図2に図1に示した縦型パワーMOSFE
Tの使用時におけるn- 型炭化珪素半導体層2中の電界
分布曲線を点線で示す。この図に示すように、n- 型炭
化珪素半導体層2における電界は、メサ型構造によって
平面的に広がった分布を示す。そして、高抵抗層6の近
傍で電界が集中している。そして、高抵抗層6を通じて
電界分布曲線が終端している。
FIG. 2 shows the vertical power MOSFET shown in FIG.
An electric field distribution curve in n -type silicon carbide semiconductor layer 2 when T is used is shown by a dotted line. As shown in this figure, the electric field in n -type silicon carbide semiconductor layer 2 shows a distribution that spreads two-dimensionally due to the mesa structure. The electric field is concentrated near the high resistance layer 6. Then, the electric field distribution curve ends through the high resistance layer 6.

【0053】このとき、高抵抗層6部分で電界集中して
いるため、熱酸化膜9にも電界集中が見られるが、仮に
高抵抗層6でブレークダウンした場合においても、その
ブレークダウンは高抵抗層6とp型炭化珪素半導体層3
とn- 型炭化珪素半導体層2の交わる領域近傍でのアバ
ランシェブレークダウンとなり、熱酸化膜9とn- 型炭
化珪素半導体層2とp型炭化珪素半導体層3との界面に
おけるブレークダウンではないため、ブレークダウンに
よって熱酸化膜9の絶縁破壊が抑制される。このよう
に、熱酸化膜9の絶縁破壊を防止することができるた
め、縦型パワーMOSFETにおける耐圧を向上させる
ことができる。
At this time, since the electric field is concentrated in the high resistance layer 6, the electric field concentration is also observed in the thermal oxide film 9. However, even if the breakdown occurs in the high resistance layer 6, the breakdown is high. Resistance layer 6 and p-type silicon carbide semiconductor layer 3
Since the mold is not a breakdown at the interface between the silicon carbide semiconductor layer 2 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 - and n - type becomes avalanche breakdown in a region near the intersection of the silicon carbide semiconductor layer 2, the thermal oxide film 9 and the n The breakdown of the thermal oxide film 9 is suppressed by the breakdown. As described above, since the dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 can be prevented, the withstand voltage of the vertical power MOSFET can be improved.

【0054】次に、溝ゲート型パワーMOSFETの製
造工程を図3〜図5に基づいて説明する。 〔図3(a)に示す工程〕まず、主表面が(0001
−)カーボン面である低抵抗のn+ 型炭化珪素半導体基
板1を用意し、その表面にn- 型炭化珪素半導体層2を
エピタキシャル成長し、さらに、n- 型炭化珪素半導体
層2上にp型炭化珪素半導体層3をエピタキシャル成長
する。これにより、n+ 型炭化珪素半導体基板1とn-
型炭化珪素半導体層2とp型炭化珪素半導体層3からな
るダブルエピの半導体基板100が形成される。
Next, a manufacturing process of the trench gate type power MOSFET will be described with reference to FIGS. [Step shown in FIG. 3A] First, the main surface is (0001)
-) A low-resistance n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 having a carbon surface is prepared, an n -type silicon carbide semiconductor layer 2 is epitaxially grown on the surface thereof, and a p - type silicon carbide semiconductor layer 2 is further formed on the n -type silicon carbide semiconductor layer 2. Silicon carbide semiconductor layer 3 is epitaxially grown. Thereby, n + type silicon carbide semiconductor substrate 1 and n
Double-epi semiconductor substrate 100 including p-type silicon carbide semiconductor layer 2 and p-type silicon carbide semiconductor layer 3 is formed.

【0055】そして、p型炭化珪素半導体層3に対して
マスク材を用いて、例えば窒素等のイオン注入を行い、
p型炭化珪素半導体層3の表層部の所定領域にn+ 型ソ
ース領域4を形成する。 〔図3(b)に示す工程〕ドライエッチングを行い、p
型炭化珪素半導体層3を貫通してn- 型炭化珪素半導体
層2に達する溝5を形成する。このとき、セル領域とな
るn+ 型ソース領域4を中心とした略円形状を成すよう
に、溝5を形成する。
Then, ion implantation of, for example, nitrogen or the like is performed on the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 using a mask material.
An n + -type source region 4 is formed in a predetermined region of a surface layer portion of p-type silicon carbide semiconductor layer 3. [Step shown in FIG. 3B] Dry etching is performed, and p
A groove 5 penetrating through n - type silicon carbide semiconductor layer 2 to reach n -type silicon carbide semiconductor layer 2 is formed. At this time, the groove 5 is formed so as to form a substantially circular shape with the n + type source region 4 serving as a cell region as a center.

【0056】〔図3(c)に示す工程〕エピタキシャル
成長させて、そのエピタキシャル成長層を熱酸化するこ
とにより溝5の側面にn- 型炭化珪素半導体からなる高
抵抗層6を形成する。但し、この高抵抗層6は、n-
炭化珪素半導体層2よりも低濃度、すなわちn- 型炭化
珪素半導体層2よりも高抵抗で形成する。このエピタキ
シャル成長及び熱酸化において、n- 型炭化珪素半導体
層2とp型炭化珪素半導体層3が六方晶の結晶構造を有
することから、これらのエピタキシャル成長の異方性或
いは酸化の異方性によってn- 型炭化珪素半導体層6は
均一に制御よく形成される(特開平7−326755号
公報、特開平9−74193号公報、特願平8−962
5参照)。
[Step shown in FIG. 3 (c)] A high-resistance layer 6 made of an n -type silicon carbide semiconductor is formed on the side surface of the trench 5 by epitaxial growth and thermally oxidizing the epitaxial growth layer. However, the high-resistance layer 6, n - lower concentration than type silicon carbide semiconductor layer 2, i.e. n - than -type silicon carbide semiconductor layer 2 is formed of a high resistance. In this epitaxial growth and thermal oxidation, n - since the -type silicon carbide semiconductor layer 2 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 having a hexagonal crystal structure, the anisotropy of the anisotropic or oxidation of epitaxial growth n - Type silicon carbide semiconductor layer 6 is formed uniformly and with good control (Japanese Patent Application Laid-Open Nos. Hei 7-326755, Hei 9-74193, Japanese Patent Application Hei 8-962).
5).

【0057】〔図4(a)に示す工程〕n+ 型ソース領
域4の中央部に、n+ 型ソース領域4及びp型炭化珪素
半導体3を貫通する溝7を形成する。このとき、溝7の
深さは、溝5と同一深さ若しくは浅くしておく。また、
この溝7を形成する工程をn- 型炭化珪素半導体層6を
形成した工程の後に行っているため、溝7の中に炭化珪
素半導体層が形成されない。このため、溝7内に、半導
体層を形成したい場合には、溝7内にn- 型炭化珪素半
導体層6とは異なる導電型の半導体層や同じ導電型で濃
度が異なる半導体層、若しくは厚さの異なる半導体層を
別個に形成することができる。これにより、縦型パワー
MOSFETにおけるパラメータに変化をつけることが
できる。
[0057] the central portion of the n + -type source region 4 step shown in FIGS. 4 (a)], to form a groove 7 extending through the n + -type source region 4 and the p-type silicon carbide semiconductor 3. At this time, the depth of the groove 7 is made equal to or shallower than the groove 5. Also,
Since the step of forming groove 7 is performed after the step of forming n -type silicon carbide semiconductor layer 6, no silicon carbide semiconductor layer is formed in groove 7. Therefore, when it is desired to form a semiconductor layer in trench 7, a semiconductor layer of a conductivity type different from n -type silicon carbide semiconductor layer 6, a semiconductor layer of the same conductivity type but different in concentration, or a thickness in trench 7 is set. Different semiconductor layers can be formed separately. As a result, the parameters of the vertical power MOSFET can be varied.

【0058】〔図4(b)に示す工程〕マスク材を用い
て溝5が形成された部分におけるn- 型炭化珪素半導体
層2に、例えば窒素をイオン注入して、溝5の底部にセ
ル領域を一周するn+ 型炭化珪素半導体層8を形成す
る。 〔図4(c)に示す工程〕熱酸化により溝5及び溝7を
含む半導体基板100の表面に熱酸化膜9を形成する。
このとき、ウェット雰囲気により熱酸化を行う。そし
て、ダブルエピ基板を1000℃まで上昇し、溝側面に
例えば100nm、溝底面には例えば500nmの熱酸
化膜9を形成する。
[Step shown in FIG. 4B] Nitrogen is ion-implanted into the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 at the portion where the groove 5 is formed using a mask material, and a cell is formed at the bottom of the groove 5. An n + -type silicon carbide semiconductor layer 8 surrounding the region is formed. [Step shown in FIG. 4C] A thermal oxide film 9 is formed on the surface of the semiconductor substrate 100 including the grooves 5 and 7 by thermal oxidation.
At this time, thermal oxidation is performed in a wet atmosphere. Then, the temperature of the double epi substrate is raised to 1000 ° C., and a thermal oxide film 9 having a thickness of, for example, 100 nm is formed on the side surface of the groove and a thickness of, for example, 500 nm is formed on the bottom surface of the groove.

【0059】〔図5(a)に示す工程〕半導体基板10
0上にポリシリコン層を積層形成し、フォト・エッチン
グによって溝7内の熱酸化膜9の表面にゲート電極層1
0を形成する。 〔図5(b)に示す工程〕ゲート電極層10上面に気相
成長法(例えば化学蒸着法)等により絶縁膜1を形成す
る。そして、フォト・エッチングによって所定領域に選
択的にコンタクトホールを形成する。
[Step shown in FIG. 5A] Semiconductor substrate 10
And a gate electrode layer 1 on the surface of the thermal oxide film 9 in the groove 7 by photo-etching.
0 is formed. [Step shown in FIG. 5B] The insulating film 1 is formed on the upper surface of the gate electrode layer 10 by a vapor deposition method (for example, a chemical vapor deposition method). Then, contact holes are selectively formed in predetermined regions by photo-etching.

【0060】〔図5(c)に示す工程〕絶縁膜11上を
含むソース領域4とp型炭化珪素半導体層3の表面に、
例えばNiからなるソース電極12を形成する。そし
て、n+ 型炭化珪素半導体基板1の裏側に、例えばNi
からなるドレイン電極13を形成すると、図1に示す構
成を有する縦型パワーMOSFETが完成する。
[Step shown in FIG. 5C] The source region 4 including the surface of the insulating film 11 and the surface of the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 are
For example, a source electrode 12 made of Ni is formed. Then, on the back side of the n + type silicon carbide semiconductor substrate 1, for example, Ni
When the drain electrode 13 is formed, a vertical power MOSFET having the configuration shown in FIG. 1 is completed.

【0061】(第2実施形態)次に本発明を適用した第
2実施形態について、図6に基づき説明する。上述した
第1実施形態では、溝5の側面5にn- 型炭化珪素半導
体層6を電界緩和層として形成したが、本実施形態では
- 型炭化珪素半導体層6に変えて、p型炭化珪素半導
体層30を溝6の側面に電界緩和層として形成する。
(Second Embodiment) Next, a second embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, n -type silicon carbide semiconductor layer 6 is formed on side surface 5 of trench 5 as an electric field relaxation layer. However, in the present embodiment, n -type silicon carbide semiconductor layer 6 is replaced with p-type silicon carbide semiconductor layer 6. The silicon semiconductor layer 30 is formed on the side surface of the groove 6 as an electric field relaxation layer.

【0062】図7に、図6における縦型パワーMOSF
ETを使用したときの電界分布を示す。この図に示すよ
うに、p型炭化珪素半導体層30とn- 型炭化珪素半導
体層2におけるpn接合によって発生する空乏層によっ
て電界が変化し、電界分布曲線は溝5の底面方向に延び
たような状態で示される。このように、メサ型構造を構
成する溝5の側面に、p型炭化珪素半導体層30を形成
することによって、溝5の側面の電界集中を防止するこ
とができる。これにより、前記電界集中によって発生す
る熱酸化膜9の絶縁破壊を防止することができる。
FIG. 7 shows the vertical power MOSF shown in FIG.
4 shows an electric field distribution when ET is used. As shown in this figure, the electric field changes due to the depletion layer generated by the pn junction in p-type silicon carbide semiconductor layer 30 and n -type silicon carbide semiconductor layer 2, and the electric field distribution curve extends toward the bottom surface of trench 5. It is shown in a state. As described above, by forming p-type silicon carbide semiconductor layer 30 on the side surface of groove 5 forming the mesa structure, electric field concentration on the side surface of groove 5 can be prevented. Thus, dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 caused by the electric field concentration can be prevented.

【0063】なお、上述した第1実施形態におけるn-
型炭化珪素半導体層6を形成する工程の際に、炭化珪素
半導体層をエピタキシャル成長させるのに代えて、例え
ばアルミニウムをイオン注入することによってp型炭化
珪素半導体層30を形成することができ、本実施形態に
おける縦型パワーMOSFETを製造することができ
る。さらに、アルミ合金をデポジションすることによっ
てp型炭化珪素半導体層30と同様の効果を得ることが
できる金属層を形成することができる。これらの場合、
エピタキシャル成長法を用いなくても溝6の側面に電界
緩和層を形成することができる。
Note that n in the first embodiment described above.
In the step of forming silicon carbide semiconductor layer 6, p-type silicon carbide semiconductor layer 30 can be formed by ion implantation of aluminum, for example, instead of epitaxially growing the silicon carbide semiconductor layer. The vertical power MOSFET in the form can be manufactured. Further, by depositing an aluminum alloy, it is possible to form a metal layer capable of obtaining the same effect as p-type silicon carbide semiconductor layer 30. In these cases,
The electric field relaxation layer can be formed on the side surface of the groove 6 without using the epitaxial growth method.

【0064】(第3実施形態)次に本発明にかかわる第
3実施形態について、図8に基づき説明する。上述した
第1実施形態では、溝5の側面5にn- 型炭化珪素半導
体層6を電界緩和層として形成したのみであるが、本実
施形態では縦型パワーMOSFETを使用するときにn
- 型炭化珪素半導体層6を常に空乏化させるべく、溝5
の側面のうち、前記熱酸化膜9を挟んでn- 型炭化珪素
半導体層6の反対側に電極層40を設けている。
(Third Embodiment) Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, only the n -type silicon carbide semiconductor layer 6 is formed on the side surface 5 of the trench 5 as an electric field relaxation layer. However, in the present embodiment, when a vertical power MOSFET is used, n type silicon carbide semiconductor layer 6 is formed.
- in order to always depleted type silicon carbide semiconductor layer 6, the groove 5
The electrode layer 40 is provided on the side opposite to the n -type silicon carbide semiconductor layer 6 with the thermal oxide film 9 interposed therebetween.

【0065】この電極層40は絶縁膜11に形成された
コンタクトホールを介してn+ 型ソース領域12と電気
的に導通している。そして、縦型パワーMOSFETを
使用するときには、電極層40をソース電極12と同電
位にクランプすることによってn- 型炭化珪素半導体層
6内の電子を排除し、これによりn- 型炭化珪素半導体
層6を常に空乏化させている。そして、このようにn-
型炭化珪素半導体層6を空乏化させることによって、溝
5の側面における電界集中を防止できるため、溝5の側
面における熱酸化膜9の絶縁破壊を防止することができ
る。
This electrode layer 40 is electrically connected to n + -type source region 12 through a contact hole formed in insulating film 11. When a vertical power MOSFET is used, the electrons in n -type silicon carbide semiconductor layer 6 are eliminated by clamping electrode layer 40 to the same potential as source electrode 12, whereby n -type silicon carbide semiconductor layer 6 is always depleted. And, this way, n -
By depleting type silicon carbide semiconductor layer 6, electric field concentration on the side surface of trench 5 can be prevented, so that dielectric breakdown of thermal oxide film 9 on the side surface of groove 5 can be prevented.

【0066】これにより、第1実施形態に比して熱酸化
膜9の絶縁破壊をよりいっそう防止することができる。
なお、本実施形態においては、電極層40とソース電極
12とを電気的に導通させているが、これはn- 型炭化
珪素半導体層6の電圧をしきい電圧よりも低い電圧にす
るためであり、この条件を満たすようにすればソース電
極12以外によって電極層40の電位を設定しても良
い。
As a result, the dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 can be further prevented as compared with the first embodiment.
Note that, in the present embodiment, the electrode layer 40 and the source electrode 12 are electrically connected, but this is for setting the voltage of the n -type silicon carbide semiconductor layer 6 to a voltage lower than the threshold voltage. Yes, if this condition is satisfied, the potential of the electrode layer 40 may be set by means other than the source electrode 12.

【0067】また、この電極層40を図5(a)に示す
ゲート電極層10を形成する工程において同時に形成し
ており、さらに図5(c)に示す絶縁膜1にコンタクト
ホールを形成する際に電極層40とソース電極12とを
連通するコンタクトホールを同時に形成することによっ
て、本実施形態における縦型パワーMOSFETを製造
することができる。
The electrode layer 40 is formed simultaneously in the step of forming the gate electrode layer 10 shown in FIG. 5A, and when the contact hole is formed in the insulating film 1 shown in FIG. By simultaneously forming a contact hole for connecting the electrode layer 40 and the source electrode 12 to each other, the vertical power MOSFET according to the present embodiment can be manufactured.

【0068】(第4実施形態)次に、本発明にかかわる
第3実施形態について図9に基づいて説明する。上述し
た第2実施形態では、溝5の側面にp型炭化珪素半導体
層30を形成したが、本実施形態においては、溝5の側
面及び底面の略全体に電界緩和層としてp型ドーパント
を含む電極層50を形成する。
(Fourth Embodiment) Next, a third embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described second embodiment, the p-type silicon carbide semiconductor layer 30 is formed on the side surface of the groove 5, but in this embodiment, substantially the entire side surface and bottom surface of the groove 5 contain a p-type dopant as an electric field relaxation layer. The electrode layer 50 is formed.

【0069】図10に、図9における縦型パワーMOS
FETを使用したときの電界分布を示す。この図に示す
ように、電界は、メサ型構造を構成する溝5の側面部で
はなく、溝5の底面部で終端していることが分かる。つ
まり、電極層50を形成することにより溝5の側面での
電界集中を溝5の底面側へ移動させ、さらに電極層50
とn- 型炭化珪素半導体層2におけるpn接合で発生す
る空乏層によって、n - 型炭化珪素半導体層2中でアバ
ランシェブレークダウンを生じるようにしている。
FIG. 10 shows the vertical power MOS shown in FIG.
4 shows an electric field distribution when an FET is used. Shown in this figure
As described above, the electric field is generated on the side surface of the groove 5 forming the mesa structure.
However, it can be seen that it is terminated at the bottom of the groove 5. One
In other words, by forming the electrode layer 50,
The electric field concentration is moved to the bottom side of the groove 5 and the
And n-Occurs at the pn junction in the p-type silicon carbide semiconductor layer 2
The depletion layer -In the silicon carbide semiconductor layer 2
Lanche breakdown is caused.

【0070】このように、メサ型構造を構成する溝5の
側面に加えて、溝5の底面にも全体的に電極層50を形
成することによって、溝5の側面及び底面に電界集中が
生じないため、電界集中によって発生する熱酸化膜9の
絶縁破壊を防止することができると共に、高耐圧で、ア
バランシェ耐圧の大きな縦型パワーMOSFETにする
ことができる。
As described above, by forming the electrode layer 50 entirely on the bottom surface of the groove 5 in addition to the side surface of the groove 5 constituting the mesa structure, electric field concentration occurs on the side surface and the bottom surface of the groove 5. Therefore, dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 caused by electric field concentration can be prevented, and a vertical power MOSFET having a high withstand voltage and a large avalanche withstand voltage can be obtained.

【0071】なお、本実施形態においては、電極層50
をp型ドーパントを含む電極層で形成したが、電極層5
0を炭化珪素層によって形成してもよい。この場合、炭
化珪素層からなる電極層50の部分が常に空乏化した状
態となっているため、p型ドーパントを含む電極層50
の場合と同様の効果を得ることができる。また、電極層
50として、Al−Ti等の金属を適用した場合におい
ても、上記と同様の効果を得ることができる。なお、こ
のAl−Ti等の金属を適用した場合には、アルミニウ
ムをイオン注入することによって電界緩和層を形成する
ことができる。このため、炭化珪素層のようにエピタキ
シャル成長によらないでイオン注入によって電界緩和層
を形成することができるため、電界緩和層を形成するた
めの工程を簡略化できる。
In this embodiment, the electrode layer 50
Was formed with an electrode layer containing a p-type dopant,
0 may be formed by a silicon carbide layer. In this case, since the portion of electrode layer 50 made of a silicon carbide layer is always in a depleted state, electrode layer 50 containing a p-type dopant
The same effect as in the case of can be obtained. Further, even when a metal such as Al-Ti is applied as the electrode layer 50, the same effect as described above can be obtained. When a metal such as Al-Ti is applied, the electric field relaxation layer can be formed by ion implantation of aluminum. Therefore, unlike the silicon carbide layer, the electric field relaxation layer can be formed by ion implantation without using epitaxial growth, so that the process for forming the electric field relaxation layer can be simplified.

【0072】(第5実施形態)次に、本発明にかかわる
第5実施形態について図11に基づいて説明する。上述
した第1実施形態においては、メサ型構造を構成する溝
5の側面とキャリア形成領域とがp型炭化珪素半導体層
3によってつながっていたが、本実施形態では、溝5の
側面とセル領域の間に溝70を形成することによって溝
5の側面とキャリア形成領域とを電気的に分断(絶縁分
離)する。
(Fifth Embodiment) Next, a fifth embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, the side surface of the trench 5 forming the mesa structure and the carrier forming region are connected by the p-type silicon carbide semiconductor layer 3. However, in the present embodiment, the side surface of the trench 5 and the cell region are connected. The side surfaces of the groove 5 and the carrier forming region are electrically separated (insulated) by forming a groove 70 between them.

【0073】すなわち、p型炭化珪素半導体層3とn-
型炭化珪素半導体層2によって形成されるpn接合のう
ち、溝70と溝5の間におけるpn接合(以下、側面側
pn接合という)と、溝70と溝7との間におけるpn
接合(以下、セル側pn接合という)とを電気的に分断
している。この溝70は、溝7と同じ若しくは浅く形成
されており、溝70に形成された熱酸化膜9における電
界集中が少さくなるようにしてある。
That is, p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and n
Junction between the groove 70 and the groove 5 (hereinafter, referred to as a side pn junction) and a pn junction between the groove 70 and the groove 7 among the pn junctions formed by the silicon carbide semiconductor layer 2.
A junction (hereinafter, referred to as a cell-side pn junction) is electrically separated. The groove 70 is formed to be the same as or shallower than the groove 7 so that the electric field concentration in the thermal oxide film 9 formed in the groove 70 is reduced.

【0074】図12に、図11における縦型パワーMO
SFETを使用したときの電界分布を示す。溝5の側面
側とセル領域側とを電気的に分断すれば、チャネル領域
と装置に耐圧を持たせる領域とを分離できるため、図1
2に示すような電界分布になる。そして、高電圧がドレ
イン電極13に印加された時に、アバランシェブレーク
ダウン電流が側面側pn接合に流れるため、セル側pn
接合における素子破壊が発生しにくい。これにより、セ
ル領域にアバランシェブレークダウン電流が流れること
によってセル領域が損傷することを防ぐことができるた
め、縦型パワーMOSFETの寿命性を向上させること
ができる。
FIG. 12 shows the vertical power MO shown in FIG.
4 shows an electric field distribution when an SFET is used. If the side surface of the trench 5 is electrically separated from the cell region, the channel region and the region for withstanding the device can be separated.
An electric field distribution as shown in FIG. When a high voltage is applied to the drain electrode 13, the avalanche breakdown current flows to the side-side pn junction.
Element destruction at bonding is less likely to occur. Thus, the cell region can be prevented from being damaged by the avalanche breakdown current flowing through the cell region, so that the lifetime of the vertical power MOSFET can be improved.

【0075】(第6実施形態)次に、本発明を適用した
第6実施形態について図13に基づいて説明する。上述
した第1実施形態においては、メサ型構造を構成する溝
5の側面にn- 型炭化珪素半導体層6を形成し、これに
より溝5の側面における電界集中を防止して熱酸化膜9
の絶縁破壊を防止しているが、本実施形態においては、
溝5の底に位置するn- 型炭化珪素半導体層2の表層部
にp型炭化珪素半導体層80を形成して、熱酸化膜9が
絶縁破壊を起こす前にp型炭化珪素半導体層80でブレ
ークダウンさせることによって熱酸化膜9の絶縁破壊を
防止する。
(Sixth Embodiment) Next, a sixth embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. In the above-described first embodiment, n -type silicon carbide semiconductor layer 6 is formed on the side surface of groove 5 forming the mesa structure, thereby preventing electric field concentration on the side surface of groove 5 and thermally oxide film 9.
Is prevented, but in the present embodiment,
A p-type silicon carbide semiconductor layer 80 is formed on the surface layer of n -type silicon carbide semiconductor layer 2 located at the bottom of groove 5, and is formed by p-type silicon carbide semiconductor layer 80 before thermal oxide film 9 causes dielectric breakdown. Breakdown prevents dielectric breakdown of the thermal oxide film 9.

【0076】具体的に説明すると、本実施形態における
縦型パワーMOSFETは、上記したp型炭化珪素半導
体層80を備えている。そして、n+ 型ソース領域12
を溝5の内部まで延設し、絶縁膜11及び熱酸化膜9に
形成されたコンタクトホールを介してn+ 型ソース領域
12とp型炭化珪素半導体層80とを電気的に導通させ
ている。すなわち、p型炭化珪素半導体層80とn+
ソース領域12とを同電位にしている。
More specifically, the vertical power MOSFET according to the present embodiment includes the p-type silicon carbide semiconductor layer 80 described above. Then, the n + type source region 12
Is extended to the inside of the groove 5 to electrically connect the n + -type source region 12 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 80 via the contact holes formed in the insulating film 11 and the thermal oxide film 9. . That is, p-type silicon carbide semiconductor layer 80 and n + -type source region 12 have the same potential.

【0077】n- 型炭化珪素半導体層2の厚さにおい
て、溝5が形成されている部分の厚さL1と、溝5が形
成されていない部分の厚さL2とでは厚さL2の方が厚
い。これは、n- 型炭化珪素半導体層2における耐圧が
厚さL1の部分よりも厚さL2の部分の方が大きいこと
を示している。従って、p型炭化珪素半導体層80とn
- 型炭化珪素半導体層2によるpn接合(以下、補助接
合という)と、p型炭化珪素半導体層3とn- 型炭化珪
素半導体層2によるpn接合(以下、主接合という)を
比較すると、補助接合の方が主接合よりも低い電圧でア
バランシェブレークダウンする。
In the thickness of the n -type silicon carbide semiconductor layer 2, the thickness L 2 of the portion where the groove 5 is formed and the thickness L 2 of the portion where the groove 5 is not formed is larger. thick. This indicates that the breakdown voltage of the n -type silicon carbide semiconductor layer 2 is greater in the portion having the thickness L2 than in the portion having the thickness L1. Therefore, p-type silicon carbide semiconductor layer 80 and n
- pn junction by type silicon carbide semiconductor layer 2 (hereinafter, referred to as auxiliary bonding) and, p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and the n - pn junction by type silicon carbide semiconductor layer 2 (hereinafter, referred to as the main junction) Comparing, auxiliary Avalanche breakdown occurs at the junction at a lower voltage than the main junction.

【0078】このように、セル領域と分離された外側の
領域でブレークダウンするため、メサ形構造を構成する
溝5の側面における熱酸化膜9の絶縁破壊を防止するこ
とができる。また、アバランシェブレークダウンを生じ
た部分は、熱酸化膜9の絶縁破壊と異なり、半導体にお
けるブレークダウンであるため、ブレークダウン後にお
いても縦型パワーMOSFETが故障するわけではな
い。このため、永久故障の生じにくい縦型パワーMOS
FETにすることができる。
As described above, since breakdown occurs in the outer region separated from the cell region, dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 on the side surface of the groove 5 constituting the mesa structure can be prevented. Also, the portion where the avalanche breakdown occurs is different from the dielectric breakdown of the thermal oxide film 9 and is a breakdown in the semiconductor. Therefore, even after the breakdown, the vertical power MOSFET does not fail. For this reason, a vertical power MOS that is unlikely to cause permanent failure
It can be an FET.

【0079】(第7実施形態)次に、本発明を適用した
第7実施形態について図14に基づいて説明する。本実
施形態では、セル領域の周縁に形成された溝5の角部に
おける熱酸化膜309の絶縁破壊を防止できる構造につ
いて説明する。図14に示すように、溝ゲート型の縦型
パワーMOSFETに形成された溝5の底面のうち最も
セル領域に近い側(溝の角部側)には、p型層領域20
1が形成されている。このp型層領域201は、ガード
リングとして機能するため、図14の等電位線(点線
部)に示されるように、空乏層をp型層領域201の周
囲まで拡げることができる。
(Seventh Embodiment) Next, a seventh embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to FIG. In the present embodiment, a structure that can prevent dielectric breakdown of the thermal oxide film 309 at the corner of the groove 5 formed on the periphery of the cell region will be described. As shown in FIG. 14, the p-type layer region 20 is located on the side (corner side of the trench) closest to the cell region on the bottom surface of the trench 5 formed in the trench gate type vertical power MOSFET.
1 is formed. Since the p-type layer region 201 functions as a guard ring, the depletion layer can be extended to the periphery of the p-type layer region 201 as shown by the equipotential lines (dotted line) in FIG.

【0080】具体的に、図14のA−A断面部での電界
強度分布と、図28のB−B断面部での電界強度を調べ
たところ、それぞれ図15(a)、(b)に示される結
果が得られた。これらの図からも明らかなように、溝5
の角部における電界強度分布は、p型層領域201を形
成した場合の方が形成していない従来のものよりも最大
電界強度が下がっており、電界集中が緩和されているこ
とが判る。
Specifically, when the electric field intensity distribution at the AA cross section in FIG. 14 and the electric field intensity at the BB cross section in FIG. 28 were examined, the results are shown in FIGS. 15 (a) and (b), respectively. The results shown were obtained. As is clear from these figures, the groove 5
It can be seen that the electric field intensity distribution at the corners of FIG. 7 is lower in the case where the p-type layer region 201 is formed than in the conventional case where the p-type layer region 201 is not formed, and the electric field concentration is reduced.

【0081】このため、溝5の角部の電界集中が緩和さ
れ、この部分における熱酸化膜9が絶縁破壊されないよ
うにできる。これにより、半導体装置の耐圧向上を図る
ことができる。なお、本実施形態では溝5の角部の底面
部分にのみp型層領域201を形成しているが、角部を
全体的に覆うように形成すればより電界集中を緩和する
ことができる。
Therefore, the concentration of the electric field at the corner of the groove 5 is reduced, and the thermal oxide film 9 at this portion can be prevented from being dielectrically broken down. Thereby, the withstand voltage of the semiconductor device can be improved. In the present embodiment, the p-type layer region 201 is formed only on the bottom surface of the corner of the groove 5. However, if the p-type layer region 201 is formed so as to entirely cover the corner, the electric field concentration can be further reduced.

【0082】また、本実施形態では、溝5の角部に電界
集中が特に発生し易くなる溝5の側面が基板表面に略垂
直な場合を示しているが、溝5の側面がテーパ形状を成
すような場合にも適用できる。次に、図14に示す縦型
パワーMOSFETの製造方法について、図16(a)
〜(c)に示す製造工程図に基づいて説明する。なお、
第1実施形態に示す縦型パワーMOSFETの製造方法
と異なる部分についてのみ説明し、共通する部分につい
ては省略する。なお、本図では溝5の角部に電界集中が
発生し易い溝5の側面が基板表面に対して略垂直の場合
を示して説明する。
In this embodiment, the case where the side surface of the groove 5 where the electric field concentration is particularly likely to occur at the corner of the groove 5 is substantially perpendicular to the substrate surface is shown, but the side surface of the groove 5 has a tapered shape. It can be applied to such cases. Next, a method of manufacturing the vertical power MOSFET shown in FIG. 14 will be described with reference to FIG.
Description will be made based on manufacturing process diagrams shown in FIGS. In addition,
Only the parts different from the method of manufacturing the vertical power MOSFET shown in the first embodiment will be described, and the common parts will be omitted. In this figure, the case where the side surface of the groove 5 where the electric field concentration is likely to occur at the corner of the groove 5 is substantially perpendicular to the substrate surface will be described.

【0083】まず、図3(a)に示す工程を経たのち、
図16(a)に示すように、ドライエッチングを行い、
p型炭化珪素半導体層3を貫通してn+ 型ソース領域2
に達する溝5を形成する。次に、図16(b)に示すよ
うに、フォト工程を経て、溝5の角部以外の領域をマス
ク材200で覆ったのち、p型不純物をイオン注入して
p型層領域を形成する。
First, after the process shown in FIG.
As shown in FIG. 16A, dry etching is performed,
N + -type source region 2 penetrating p-type silicon carbide semiconductor layer 3
Is formed. Next, as shown in FIG. 16B, a region other than the corners of the groove 5 is covered with a mask material 200 through a photo process, and then a p-type impurity is ion-implanted to form a p-type layer region. .

【0084】その後、図16(c)に示すように、エピ
タキシャル成長させて、そのエピタキシャル成長層を酸
化することにより溝5の側面にn- 型炭化珪素半導体か
らなる高抵抗層6を形成する。この後、図4〜図5に示
す工程を経て本実施形態における縦型パワーMOSFE
Tが完成する。 (第8実施形態)次に、本発明を適用した第8実施形態
について説明する。本実施形態では、セル領域の外周部
領域にフィールドプレート構造を採用したときにおいて
耐圧が向上できるようになっている。図17に、本実施
形態における炭化珪素半導体装置を示す。
Thereafter, as shown in FIG. 16C, epitaxial growth is performed, and the epitaxially grown layer is oxidized to form a high resistance layer 6 made of an n -type silicon carbide semiconductor on the side surface of the groove 5. Thereafter, through the steps shown in FIGS. 4 and 5, the vertical power MOSFET according to the present embodiment is formed.
T is completed. (Eighth Embodiment) Next, an eighth embodiment to which the present invention is applied will be described. In the present embodiment, the withstand voltage can be improved when the field plate structure is adopted in the outer peripheral region of the cell region. FIG. 17 shows a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment.

【0085】図17に示すように、本実施形態ではセル
領域にプレーナ型のMOSFETを形成している。プレ
ーナ型MOSFETの全体的な構成は、図1に示した溝
ゲート型のMOSFETと比較すると、溝を形成せずに
チャネル形成用の薄膜層304を形成している点で相違
しているが、その他の点についてはほぼ同様であるた
め、相違点についてのみ具体的に説明し、同様の部分に
ついては省略する。
As shown in FIG. 17, in this embodiment, a planar MOSFET is formed in a cell region. The overall configuration of the planar type MOSFET is different from the trench gate type MOSFET shown in FIG. 1 in that a thin film layer 304 for forming a channel is formed without forming a groove. Since other points are almost the same, only the differences will be specifically described, and the same parts will be omitted.

【0086】プレーナ型MOSFETは、n+ 型炭化珪
素半導体基板301とn- 型炭化珪素半導体層302と
を基板とし、n- 型炭化珪素半導体層302の表層部に
形成された複数のp型炭化珪素半導体層(以下、p型ベ
ース領域という)303と、基板表面に平行な表面チャ
ネル層304とを備えている。そして、ゲート電極30
6に正電圧が印加されると、表面チャネル層304にチ
ャネルが形成され、トランジスタ動作が行われるように
なっている。なお、312はソース電極であり、313
はドレイン電極である。また、320は、ゲート電極層
306と電気的に接続されたゲート電極である。
The planar type MOSFET has an n + -type silicon carbide semiconductor layer 301 and an n -type silicon carbide semiconductor layer 302 as substrates, and a plurality of p-type silicon carbide layers formed on the surface of n -type silicon carbide semiconductor layer 302. A silicon semiconductor layer (hereinafter, referred to as a p-type base region) 303 and a surface channel layer 304 parallel to the substrate surface are provided. Then, the gate electrode 30
When a positive voltage is applied to 6, a channel is formed in the surface channel layer 304, so that a transistor operation is performed. Reference numeral 312 denotes a source electrode;
Is a drain electrode. Reference numeral 320 denotes a gate electrode which is electrically connected to the gate electrode layer 306.

【0087】セル領域の外周部領域には、ブレークダウ
ン防止用のp型領域307と、フィールドプレートを成
す電極322とが備えられている。p型領域307はn
- 型エピタキシャル層302の表層部に形成されてお
り、絶縁膜309に形成されたコンタクトホールを介し
て電極322と接触している。電極322は、セル領域
の外側に向かって延設されている。この電極322が等
電位となるため、空乏層がセル領域の外周に延び、耐圧
の向上が図れるようになっている。
The outer peripheral region of the cell region is provided with a p-type region 307 for preventing breakdown and an electrode 322 forming a field plate. The p-type region 307 is n
It is formed in the surface portion of the type epitaxial layer 302 and is in contact with the electrode 322 via a contact hole formed in the insulating film 309. The electrode 322 extends toward the outside of the cell region. Since the electrode 322 has the same potential, the depletion layer extends to the outer periphery of the cell region, and the breakdown voltage can be improved.

【0088】さらに、フィールドプレートを成す電極3
22の下部において、n- 型エピタキシャル層302の
上部には、n- 型エピタキシャル層302よりも不純物
濃度が低いn--型薄膜層(薄膜半導体層)308が備え
られている。具体的には、n - 型エピタキシャル層30
2の不純物濃度は2×1016cm-3であり、n--型薄膜
層308は不純物濃度が1×1015cm-3、膜厚が0.
3μmで構成されている。また、n--型薄膜層308の
セル領域から離れる方向への幅は、ドレイン電極313
とソース電極312の間に逆バイアスが印加されたとき
においても空乏層がn--型薄膜層308内で終端する程
度になっている。
Further, the electrode 3 forming the field plate
At the bottom of 22-Type epitaxial layer 302
On top, n-Impurity than the epitaxial layer 302
Low concentration n-Type thin film layer (thin film semiconductor layer) 308 is provided
Have been. Specifically, n -Type epitaxial layer 30
The impurity concentration of 2 is 2 × 1016cm-3And n-Type thin film
The layer 308 has an impurity concentration of 1 × 10Fifteencm-3And the film thickness is 0.
It is 3 μm. Also, n-Type thin film layer 308
The width in the direction away from the cell region is equal to the drain electrode 313.
When a reverse bias is applied between the transistor and the source electrode 312
The depletion layer is n-End in the mold thin film layer 308
It has become a degree.

【0089】なお、n--型薄膜層308は、基本的に半
導体装置周辺にて半導体装置全体に渡りセル領域を囲む
ように形成される。このように構成されたプレーナ型M
OSFETに逆バイアスが印加された場合において示さ
れる等電位線を図17中に点線で表す。このように、n
--型薄膜層308が形成されており、n--型薄膜層30
8がn- 型エピタキシャル層2よりも低濃度となってい
るため、上記逆バイアスが印加された場合における空乏
層の横方向への延びを大きくすることができる。
The n type thin film layer 308 is basically formed around the semiconductor device so as to surround the cell region over the entire semiconductor device. The planar type M thus configured
Equipotential lines shown when a reverse bias is applied to the OSFET are shown by dotted lines in FIG. Thus, n
- -type thin film layer 308 is formed, n - -type thin film layer 30
8 has a lower concentration than the n -type epitaxial layer 2, so that the extension of the depletion layer in the lateral direction when the reverse bias is applied can be increased.

【0090】参考として、n--型薄膜層308を形成し
た場合と形成していない場合において、フィールドプレ
ート下部の深さ方向における最大電界強度を測定した結
果をそれぞれ図18(a)、(b)に示す。図18に示
される距離が零(Distance=0)のとき、つまり熱酸化
膜309の界面における最大電界強度を比較してみる
と、図18(a)では1.05MV/cmであり、図1
8(b)では1.25mv/cmであることから、n--
型薄膜層308を形成することにより最大電界強度が約
20%低減できていることが判る。
For reference, the results of measuring the maximum electric field strength in the depth direction under the field plate when the n -type thin film layer 308 is formed and when it is not formed are shown in FIGS. 18A and 18B, respectively. ). When the distance shown in FIG. 18 is zero (Distance = 0), that is, when the maximum electric field strength at the interface of the thermal oxide film 309 is compared, it is 1.05 MV / cm in FIG.
In FIG. 8B, since it is 1.25 mv / cm, n
It can be seen that the maximum electric field intensity can be reduced by about 20% by forming the mold thin film layer 308.

【0091】このように、熱酸化膜309の界面におけ
る電界強度を低減することができ、熱酸化膜309が絶
縁破壊されることを防止することができる。また、p型
ベース領域303は、部分的に接合深さが深くなって形
成されている。この接合深さが深くなった領域(第2の
ベース領域)303aを形成することにより、p型ベー
ス領域303の底部の曲率を小さくすることができ、電
界強度を高くすることができる。このため、この領域3
03aでアバランシェブレークダウンを発生させ易くす
ることができ、プレーナ型MOSFETのp型ベース領
域303の領域303aで耐圧を決定させることができ
る。なお、この領域303aの形成位置は、任意に設定
することができるため、プレーナ型MOSFETが形成
する寄生トランジスタを動作させにくい位置に形成する
ことが可能である。このようにすると、L負荷駆動時に
おける逆起エネルギー耐量を高くすることができる。
As described above, the electric field intensity at the interface of thermal oxide film 309 can be reduced, and dielectric breakdown of thermal oxide film 309 can be prevented. Further, the p-type base region 303 is formed with a partially deep junction. By forming the region (second base region) 303a having a large junction depth, the curvature at the bottom of the p-type base region 303 can be reduced, and the electric field strength can be increased. Therefore, this region 3
03a can easily cause avalanche breakdown, and the breakdown voltage can be determined in the region 303a of the p-type base region 303 of the planar MOSFET. Note that since the formation position of the region 303a can be set arbitrarily, it can be formed at a position where the parasitic transistor formed by the planar MOSFET is difficult to operate. By doing so, the back electromotive energy tolerance during L load driving can be increased.

【0092】なお、図17、図20、図21に示された
--型薄膜層308に接続しているn+ 型領域311及
び電極323は等電位リング(EQR)と呼ばれるもの
であり、半導体装置周辺における半導体装置の電位が半
導体装置全体に渡り等しくなるようにするものである。
基本的に、これらは半導体装置周辺において、セル領域
を囲むように形成されており、電位はフローティング電
位となっている。また、本実施形態では、n+ 型領域3
11がn--型薄膜層308に接続しているが分離してい
てもよい。
The n + -type region 311 and the electrode 323 connected to the n -type thin film layer 308 shown in FIGS. 17, 20, and 21 are called an equipotential ring (EQR). The potential of the semiconductor device around the semiconductor device is made equal over the entire semiconductor device.
Basically, these are formed so as to surround the cell region around the semiconductor device, and the potential is a floating potential. In this embodiment, the n + type region 3
11 is connected to the n -type thin film layer 308, but may be separated.

【0093】次に、図17に示されるプレーナ型MOS
FETの製造方法について図19〜図20に基づいて説
明する。 〔図19(a)に示す工程〕低抵抗のn+ 型炭化珪素半
導体基板301を用意し、このn+ 型炭化珪素半導体基
板301上に高抵抗のn- 型炭化珪素半導体層302を
エピタキシャル成長させる。
Next, the planar type MOS shown in FIG.
A method of manufacturing the FET will be described with reference to FIGS. [Step shown in FIG. 19A] A low-resistance n + -type silicon carbide semiconductor substrate 301 is prepared, and a high-resistance n -- type silicon carbide semiconductor layer 302 is epitaxially grown on this n + -type silicon carbide semiconductor substrate 301. .

【0094】〔図19(b)に示す工程〕n- 型炭化珪
素半導体層302の表層部のうち、セル形成予定領域に
イオン注入を行いp型ベース層303を形成する。 〔図19(c)に示す工程〕p型ベース層303上を含
むn- 型炭化珪素半導体層302上にエピタキシャル成
長法によって不純物濃度がn- 型炭化珪素半導体層30
2よりも低いn--型薄膜層350を形成する。このn--
型薄膜層350がチャネル形成用の表面チャネル層30
4を構成すると共に、上記したように熱酸化膜309の
界面における電界強度を低減する役割を果たすn--型薄
膜層308を構成する。
[Step shown in FIG. 19B] In a surface layer portion of the n -type silicon carbide semiconductor layer 302, ions are implanted into a region where a cell is to be formed, thereby forming a p-type base layer 303. [Step shown in FIG. 19C] On the n -type silicon carbide semiconductor layer 302 including the p-type base layer 303, the impurity concentration is set to n -type silicon carbide semiconductor layer 30 by epitaxial growth.
An n -type thin film layer 350 lower than 2 is formed. The n -
Type thin film layer 350 is a surface channel layer 30 for forming a channel.
4 and the n -type thin film layer 308 that plays a role in reducing the electric field intensity at the interface of the thermal oxide film 309 as described above.

【0095】このように、チャネル形成用の表面チャネ
ル層304を形成する工程と、n--型薄膜層308を形
成する工程とを兼用することにより、従来に比して別途
工程を増加させることなくn--型薄膜層308を形成す
ることができる。 〔図20(a)に示す工程〕n型不純物をイオン注入
し、p型ベース層303上の所定領域にn+ 型ソース領
域305と、外周部領域の所定領域にコンタクト用のn
+ 型層311を形成する。
As described above, since the step of forming the surface channel layer 304 for forming the channel and the step of forming the n -type thin film layer 308 are also used, the number of additional steps can be increased as compared with the conventional case. Thus, the n -type thin film layer 308 can be formed. [Step shown in FIG. 20 (a)] An n-type impurity is ion-implanted, and an n + -type source region 305 is provided in a predetermined region on the p-type base layer 303, and a contact n is provided in a predetermined region in the outer peripheral region.
The + type layer 311 is formed.

【0096】〔図20(b)に示す工程〕p型不純物を
イオン注入し、ユニットセル領域では、p型ベース層3
03とのコンタクトが取れるように、p型ベース層30
3上におけるn--型薄膜層304のうち、チャネル形成
する部分以外(図中ではn+ 型ソース層305の間)を
p型に反転させ、外周部領域では、ブレークダウン防止
用のp型領域307を形成する。
[Step shown in FIG. 20B] A p-type impurity is ion-implanted, and the p-type base layer 3 is formed in the unit cell region.
03 so that the p-type base layer 30
In the n -type thin film layer 304 on the substrate 3, portions other than the portion where the channel is formed (between the n + -type source layers 305 in the figure) are inverted to p-type. A region 307 is formed.

【0097】このとき、p型不純物がp型ベース領域3
03よりも深く注入されるように、イオン注入を行う。
このため、p型ベース領域303は部分的に深く形成さ
れた領域303aを有して構成される。これにより、p
型ベース領域303のうち、深く形成された部分でアバ
ランシェブレークダウンを起こし易くできる。この領域
303aの形成位置は、イオン注入のマスク位置を変更
することにより任意に変更することができる。
At this time, the p-type impurity is
Ion implantation is performed so that implantation is deeper than 03.
For this reason, the p-type base region 303 is configured to have a region 303a formed partially deep. This gives p
Avalanche breakdown can easily occur in a deeply formed portion of the mold base region 303. The formation position of the region 303a can be arbitrarily changed by changing the ion implantation mask position.

【0098】なお、ここでは領域303aを形成してい
るが、この領域303aを形成することは任意であり、
形成しなくてもよい。このような場合には、p型領域3
07をp型ベース領域303と同時に形成すれば、p型
領域307を形成する工程を簡略化できるため、製造工
程の簡略化を図ることも可能である。また、p型領域3
07をp型ベース領域303と同時に形成しておき、p
型領域307のうち必要な位置のみを領域303aと同
時に形成して、その部分の接合深さを深くすることも可
能である。
Although the region 303a is formed here, the formation of the region 303a is optional.
It need not be formed. In such a case, the p-type region 3
If the step 07 is formed simultaneously with the p-type base region 303, the step of forming the p-type region 307 can be simplified, so that the manufacturing process can be simplified. Also, the p-type region 3
07 is formed simultaneously with the p-type base region 303,
It is also possible to form only a necessary position in the mold region 307 at the same time as the region 303a, and to increase the junction depth at that portion.

【0099】〔図20(c)に示す工程〕フォトリソグ
ラフィ工程を経て、p型領域307上に所定膜厚の酸化
膜(SiO2 )360を形成する。 〔図21(a)に示す工程〕熱酸化によってウェハ全面
に熱酸化膜309を形成する。この熱酸化膜309がゲ
ート酸化膜を構成する。そして、ポリシリコン等を堆積
したのち、パターニングしてゲート電極306を形成す
る。
[Step shown in FIG. 20C] An oxide film (SiO 2 ) 360 having a predetermined thickness is formed on the p-type region 307 through a photolithography step. [Step shown in FIG. 21A] A thermal oxide film 309 is formed on the entire surface of the wafer by thermal oxidation. This thermal oxide film 309 forms a gate oxide film. After depositing polysilicon or the like, the gate electrode 306 is formed by patterning.

【0100】〔図21(b)に示す工程〕熱酸化膜30
9上を含むウェハ上に層間絶縁膜318を形成する。こ
の後、層間絶縁膜318にコンタクトホールを形成した
のち、アルミ配線をパターニングし、ゲート電極32
0、ソース電極312及びフィールドプレートとなる電
極322を形成する。そして、ゲート電極320、ソー
ス電極312及び電極322上にパッシベーション膜3
70を形成し、さらにウェハの裏面にドレイン電極31
3を形成して、図17に示すプレーナ型MOSFETが
完成する。
[Step shown in FIG. 21B] Thermal oxide film 30
An interlayer insulating film 318 is formed on the wafer including the substrate 9. Thereafter, after forming a contact hole in the interlayer insulating film 318, the aluminum wiring is patterned and the gate electrode 32 is formed.
0, a source electrode 312 and an electrode 322 serving as a field plate are formed. Then, the passivation film 3 is formed on the gate electrode 320, the source electrode 312, and the electrode 322.
70, and a drain electrode 31 is formed on the back surface of the wafer.
3 is completed to complete the planar MOSFET shown in FIG.

【0101】(第9実施形態)次に、本発明を適用した
第9実施形態について説明する。本実施形態では、セル
領域の外周部領域にガードリング構造を採用したときに
おいて、耐圧が向上できるようになっている。図22
に、本実施形態における炭化珪素半導体装置を示す。
(Ninth Embodiment) Next, a ninth embodiment to which the present invention is applied will be described. In the present embodiment, the withstand voltage can be improved when the guard ring structure is employed in the outer peripheral region of the cell region. FIG.
2 shows a silicon carbide semiconductor device according to the present embodiment.

【0102】図22に示すように、本実施形態ではプレ
ーナ型のMOSFETをセル領域としている。プレーナ
型MOSFETの全体的な構成は、図17と同様である
ため、同様の構成については図17と同じ符号を付して
説明を省略する。セル領域の外周部領域には、セル領域
を囲むように、ブレークダウン防止用のp型領域307
と、ガードリングを構成する所定幅のp型領域409と
が備えられている。p型領域307及びp型領域409
は、n- 型炭化珪素半導体層302の表層部に形成され
ている。p型領域409、は、複数個形成されておりp
型領域307からユニットセル領域の外側に向かって所
定間隔おきに配置されている。
As shown in FIG. 22, in this embodiment, a planar MOSFET is used as a cell region. Since the overall configuration of the planar MOSFET is the same as in FIG. 17, the same components are denoted by the same reference numerals as in FIG. A p-type region 307 for preventing breakdown is formed around the cell region so as to surround the cell region.
And a p-type region 409 having a predetermined width that forms a guard ring. p-type region 307 and p-type region 409
Are formed on the surface of n -type silicon carbide semiconductor layer 302. A plurality of p-type regions 409 are formed.
They are arranged at predetermined intervals from the mold region 307 toward the outside of the unit cell region.

【0103】そして、p型領域409のうち、最もセル
領域から離れた位置にあるものは、フィールドプレート
を構成する電極410に電気的に接続されている。さら
に、ガードリングを構成する複数のp型領域409のそ
れぞれの間、p型領域407とp型領域409との間、
及びp型領域409のうち最外周に位置するものからさ
らにセル領域の外側(セル領域から離れる側)におい
て、n- 型炭化珪素半導体層302の上部には、n-
エピタキシャル層302よりも不純物濃度が低いn--
薄膜層408が備えられている。具体的には、n--型薄
膜層408は不純物濃度が1×1016cm-3、膜厚が
0.3μmで構成されている。
[0103] Of the p-type regions 409, the one farthest from the cell region is electrically connected to the electrode 410 constituting the field plate. Further, between each of the plurality of p-type regions 409 constituting the guard ring, between the p-type region 407 and the p-type region 409,
Of the p-type regions 409 and further out of the cell region (on the side away from the cell region) from those located at the outermost periphery, the n - type silicon carbide semiconductor layer 302 has a higher impurity than the n - type epitaxial layer 302 An n -type thin film layer 408 having a low concentration is provided. Specifically, the n -type thin film layer 408 has an impurity concentration of 1 × 10 16 cm −3 and a thickness of 0.3 μm.

【0104】このように構成されたプレーナ型MOSF
ETのドレインに高電圧が印加された場合に示される等
電位線を図22中に点線で表す。このように、n--型薄
膜層408が形成されており、n--型薄膜層408がn
- 型炭化珪素半導体層302よりも低濃度となっている
ため、空乏層の横方向への延びを大きくすることができ
る。
The planar type MOSF thus constructed
Equipotential lines shown when a high voltage is applied to the drain of the ET are indicated by dotted lines in FIG. Thus, the n type thin film layer 408 is formed, and the n type thin film layer 408 is
Since the concentration is lower than that of-type silicon carbide semiconductor layer 302, the lateral extension of the depletion layer can be increased.

【0105】このように、酸化膜の界面における電界強
度を低減することができ、熱酸化膜309が絶縁破壊さ
れることを防止することができる。次に、図22に示さ
れるプレーナ型MOSFETの製造方法について図23
〜図25に基づいて説明する。 〔図23(a)に示す工程〕低抵抗のn+ 型炭化珪素半
導体基板301を用意し、このn+ 型炭化珪素半導体基
板301上に高抵抗のn- 型炭化珪素半導体層302を
エピタキシャル成長させる。
As described above, the electric field intensity at the interface of the oxide film can be reduced, and the dielectric breakdown of the thermal oxide film 309 can be prevented. Next, a method of manufacturing the planar type MOSFET shown in FIG.
This will be described with reference to FIG. [Step shown in FIG. 23 (a)] A low-resistance n + -type silicon carbide semiconductor substrate 301 is prepared, and a high-resistance n -- type silicon carbide semiconductor layer 302 is epitaxially grown on the n + -type silicon carbide semiconductor substrate 301. .

【0106】〔図23(b)に示す工程〕n- 型炭化珪
素半導体層302の表層部のうち、ユニットセル形成予
定領域にp型ベース層303を形成する。 〔図23(c)に示す工程〕p型ベース層303上を含
むn- 型炭化珪素半導体層302上にエピタキシャル成
長法によってn--型薄膜層450を形成する。このn--
型薄膜層450がチャネル形成用の表面チャネル層30
4を構成すると共に、上記したように熱酸化膜309の
界面における電界強度を低減する役割を果たすn--型薄
膜層408を構成する。
[Step shown in FIG. 23B] A p-type base layer 303 is formed in a region where a unit cell is to be formed in a surface layer portion of n -type silicon carbide semiconductor layer 302. [Step shown in FIG. 23C] An n -type thin film layer 450 is formed on the n -type silicon carbide semiconductor layer 302 including the p-type base layer 303 by an epitaxial growth method. The n -
Type thin film layer 450 is a surface channel layer 30 for forming a channel.
4 and an n -type thin film layer 408 that plays a role in reducing the electric field intensity at the interface of the thermal oxide film 309 as described above.

【0107】〔図24(a)に示す工程〕n型不純物を
イオン注入し、p型ベース層303上の所定領域にn+
型ソース領域305と、外周部領域の所定領域にコンタ
クト用のn+ 型層311を形成する。 〔図24(b)に示す工程〕p型不純物をイオン注入
し、ユニットセル領域では、p型ベース層303とのコ
ンタクトが取れるように、p型ベース層303上におけ
るn--型薄膜層304のうち、チャネル形成する部分以
外(図中ではn+ 型ソース層305の間)をp型に反転
させ、外周部領域では、ブレークダウン防止用のp型領
域307を形成すると共にこのp型領域307からユニ
ットセル領域の外側に向けてガードリンクとなるp型領
域409を複数個形成する。
[Step shown in FIG. 24A] An n-type impurity is ion-implanted, and n + is implanted into a predetermined region on the p-type base layer 303.
An n + -type layer 311 for contact is formed in the mold source region 305 and a predetermined region in the outer peripheral region. [Step shown in FIG. 24B] A p-type impurity is ion-implanted, and in the unit cell region, an n -type thin film layer 304 is formed on the p-type base layer 303 so as to make contact with the p-type base layer 303. Out of the portion other than the portion where the channel is to be formed (between the n + -type source layers 305 in the figure) is inverted to p-type, and in the outer peripheral region, a p-type region 307 for preventing breakdown is formed and this p-type region is formed. A plurality of p-type regions 409 serving as guard links are formed from 307 to the outside of the unit cell region.

【0108】なお、このとき、p型不純物がp型ベース
層305よりも深く注入されるようにイオン注入するこ
とで、p型ベース領域305を部分的に深く形成でき、
素子の耐圧を向上させることができる。 〔図24(c)に示す工程〕フォトリソグラフィ工程を
経て、p型領域307上に所定膜厚の酸化膜(Si
2 )360を形成する。 〔図25(a)に示す工程〕熱酸化によってウェハ全面
に熱酸化膜309を形成する。この熱酸化膜309がゲ
ート酸化膜を構成する。そして、ポリシリコン等を堆積
したのち、パターニングしてゲート電極を形成する。
At this time, by implanting ions so that the p-type impurity is implanted deeper than the p-type base layer 305, the p-type base region 305 can be formed partially deeper.
The withstand voltage of the element can be improved. [Step shown in FIG. 24C] An oxide film (Si) having a predetermined thickness is formed on the p-type region 307 through a photolithography step.
O 2 ) 360 is formed. [Step shown in FIG. 25A] A thermal oxide film 309 is formed on the entire surface of the wafer by thermal oxidation. This thermal oxide film 309 forms a gate oxide film. After depositing polysilicon or the like, patterning is performed to form a gate electrode.

【0109】〔図25(b)に示す工程〕ゲート絶縁膜
上を含むウェハ上に層間絶縁膜318を形成する。この
後、層間絶縁膜318にコンタクトホールを形成したの
ち、アルミ配線をパターニングし、ゲート電極320、
ソース電極312、及びフィールドプレートを構成する
電極22を形成する。そして、ゲート電極320、ソー
ス電極312、及び電極410上にパッシベーション膜
370を形成し、さらにn+ 型炭化珪素半導体基板30
1の裏面にドレイン電極313を形成して、図22に示
すプレーナ型MOSFETが完成する。
[Step shown in FIG. 25B] An interlayer insulating film 318 is formed on the wafer including the gate insulating film. Thereafter, after forming a contact hole in the interlayer insulating film 318, the aluminum wiring is patterned to form a gate electrode 320,
The source electrode 312 and the electrode 22 forming the field plate are formed. Then, passivation film 370 is formed on gate electrode 320, source electrode 312, and electrode 410, and n + -type silicon carbide semiconductor substrate 30
The drain electrode 313 is formed on the back surface of the semiconductor device 1 to complete the planar MOSFET shown in FIG.

【0110】(他の実施形態)この他、例えば、n+
ソース領域4とp型炭化珪素半導体層3に形成されるソ
ース電極12、及びn+ 型炭化珪素半導体基板1の裏側
表面に形成去れるドレイン電極13はNi以外の電極で
もよい。また、上述した実施形態ではnチャネル縦型M
OSFETに本発明を適用した場合について説明した
が、pチャネル縦型MOSFETに本発明を適用しても
よく、さらには縦型、横型に関わらず基板に溝7を掘ら
ないようなMOSFETに本発明を適用していもよい。
(Other Embodiments) In addition, for example, the source electrode 12 formed on the n + -type source region 4 and the p-type silicon carbide semiconductor layer 3 and the back side surface of the n + -type silicon carbide semiconductor substrate 1 The leaving drain electrode 13 may be an electrode other than Ni. In the above-described embodiment, the n-channel vertical M
The case where the present invention is applied to the OSFET has been described. However, the present invention may be applied to a p-channel vertical MOSFET. May be applied.

【0111】さらに、溝7、溝5は基板表面に対して垂
直でもV溝型、U溝型でもよい。また、溝側面は平面出
なくても良く、滑らかな曲面でもよい。そして、上記第
1〜第7実施形態においては、基板に炭化珪素を用いた
縦型パワーMOSFETに本発明を適用したものを説明
したが、基板にシリコン基板を用いる半導体装置に本発
明を適用することもできる。
Further, the grooves 7 and 5 may be perpendicular to the substrate surface, V-groove type, or U-groove type. Further, the groove side surface does not need to be flat, and may be a smooth curved surface. In the first to seventh embodiments, the description has been given of the case where the present invention is applied to the vertical power MOSFET using silicon carbide for the substrate. However, the present invention is applied to a semiconductor device using a silicon substrate for the substrate. You can also.

【0112】また、第1実施形態では、メサ型形状の溝
5とセル領域に形成するチャネル領域となる溝7を別工
程で形成したが、特開平9−74193号公報に示され
るように溝7の側面にチャネル領域となる高抵抗半導体
層を形成する場合には、その高抵抗半導体層と高抵抗層
6とを同時に形成できるため、溝5を形成するための特
別な工程を必要としない。図面を用いて説明すると、図
3(a)に示されるように半導体基板100を用意し、
図14(a)に示すように溝5と溝7を形成する。その
後、図4(c)以降に示される工程と同様の工程によっ
て図14(b)に示す半導体装置を形成する。このよう
にして、溝5と溝7を同時に形成した半導体装置を完成
させることができる。
In the first embodiment, the mesa-shaped groove 5 and the groove 7 serving as a channel region formed in the cell region are formed in separate steps, but as shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. In the case where a high-resistance semiconductor layer serving as a channel region is formed on the side surface of the semiconductor device 7, the high-resistance semiconductor layer and the high-resistance layer 6 can be formed at the same time. . Referring to the drawings, a semiconductor substrate 100 is prepared as shown in FIG.
A groove 5 and a groove 7 are formed as shown in FIG. Thereafter, the semiconductor device shown in FIG. 14B is formed by steps similar to those shown in FIG. 4C and thereafter. Thus, a semiconductor device in which the groove 5 and the groove 7 are simultaneously formed can be completed.

【0113】なお、第6実施形態のように、溝5の角部
にp型層領域を201を形成する場合においても溝7の
側面にチャネル領域となる高抵抗半導体層を形成するこ
とができ、この場合においてもチャネル領域となる高抵
抗半導体層と高抵抗層6とを同時に形成することができ
る。第8、第9実施形態では、p型領域307、40
7、409を形成する前にn --型薄膜層304、404
を形成しているが、後で形成してもよい。
Note that, as in the sixth embodiment, the corners of the groove 5 are formed.
When the p-type layer region 201 is formed in
Form a high-resistance semiconductor layer to be a channel region on the side.
In this case as well, the high resistance that becomes the channel
The anti-semiconductor layer and the high resistance layer 6 can be formed simultaneously.
You. In the eighth and ninth embodiments, the p-type regions 307 and 40
Before forming 7, 409, n -Type thin film layers 304 and 404
Is formed, but may be formed later.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明にかかわる第1実施形態における縦型パ
ワーMOSFETの断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a vertical power MOSFET according to a first embodiment of the present invention.

【図2】図1に示す縦型パワーMOSFETの電界分布
を示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing an electric field distribution of the vertical power MOSFET shown in FIG.

【図3】図1に示す縦型パワーMOSFETの製造工程
を示す図である。
FIG. 3 is a view showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 1;

【図4】図3に続く製造工程を示す図である。FIG. 4 is a view showing a manufacturing step following FIG. 3;

【図5】図4に続く製造工程を示す図である。FIG. 5 is a view showing a manufacturing step following FIG. 4;

【図6】本発明にかかわる第2実施形態における縦型パ
ワーMOSFETの断面図である。
FIG. 6 is a sectional view of a vertical power MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【図7】図6に示す縦型パワーMOSFETの電界分布
を示す図である。
7 is a diagram showing an electric field distribution of the vertical power MOSFET shown in FIG.

【図8】本発明にかかわる第3実施形態における縦型パ
ワーMOSFETの断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view of a vertical power MOSFET according to a third embodiment of the present invention.

【図9】本発明にかかわる第4実施形態における縦型パ
ワーMOSFETの断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view of a vertical power MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図9に示す縦型パワーMOSFETの電界分
布を示す図である。
10 is a diagram showing an electric field distribution of the vertical power MOSFET shown in FIG.

【図11】本発明にかかわる第5実施形態における縦型
パワーMOSFETの断面図である。
FIG. 11 is a cross-sectional view of a vertical power MOSFET according to a fifth embodiment of the present invention.

【図12】図11に示す縦型パワーMOSFETの電界
分布を示す図である。
12 is a diagram showing an electric field distribution of the vertical power MOSFET shown in FIG.

【図13】本発明にかかわる第6実施形態における縦型
パワーMOSFETの断面図である。
FIG. 13 is a sectional view of a vertical power MOSFET according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】本発明にかかわる第6実施形態における縦型
パワーMOSFETの断面図である。
FIG. 14 is a sectional view of a vertical power MOSFET according to a sixth embodiment of the invention.

【図15】図14に示す縦型パワーMOSFETと、従
来の縦型パワーMOSFETの電界分布を比較した図で
ある。
15 is a diagram comparing electric field distributions of the vertical power MOSFET shown in FIG. 14 and a conventional vertical power MOSFET.

【図16】図16に示す縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
FIG. 16 is a view showing a manufacturing process of the vertical power MOSFET shown in FIG. 16;

【図17】本発明にかかわる第7実施形態における縦型
パワーMOSFETの断面図である。
FIG. 17 is a sectional view of a vertical power MOSFET according to a seventh embodiment of the present invention.

【図18】図14に示す縦型パワーMOSFETと、従
来の縦型パワーMOSFETの電界分布を比較した図で
ある。
18 is a diagram comparing electric field distributions of the vertical power MOSFET shown in FIG. 14 and a conventional vertical power MOSFET.

【図19】図17に示す縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
19 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET illustrated in FIG. 17;

【図20】図19に続く縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
20 is a view illustrating a manufacturing step of the vertical power MOSFET following FIG. 19;

【図21】図20に続く縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
FIG. 21 is a view illustrating a manufacturing step of the vertical power MOSFET following FIG. 20;

【図22】本発明にかかわる第8実施形態における縦型
パワーMOSFETの断面図である。
FIG. 22 is a sectional view of a vertical power MOSFET according to an eighth embodiment of the present invention.

【図23】図22に示す縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
FIG. 23 is a view illustrating a manufacturing process of the vertical power MOSFET illustrated in FIG. 22;

【図24】図23に続く縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
FIG. 24 is a view illustrating a manufacturing step of the vertical power MOSFET following FIG. 23;

【図25】図24に続く縦型パワーMOSFETの製造
工程を示す図である。
FIG. 25 is a view showing a manufacturing step of the vertical power MOSFET following FIG. 24;

【図26】他の実施形態における縦型パワーMOSFE
Tの製造工程を示す図である。
FIG. 26 is a vertical power MOSFET according to another embodiment.
It is a figure showing the manufacturing process of T.

【図27】従来におけるメサ型構造を有する縦型パワー
MOSFETの電界分布を示す図である。
FIG. 27 is a diagram showing an electric field distribution of a conventional vertical power MOSFET having a mesa structure.

【図28】従来におけるメサ型構造を有する縦型パワー
MOSFETの電界分布を示す図である。
FIG. 28 is a diagram showing an electric field distribution of a conventional vertical power MOSFET having a mesa structure.

【図29】従来におけるフィールドプレート構造を採用
した縦型パワーMOSFETの電界分布を示す図であ
る。
FIG. 29 is a diagram showing an electric field distribution of a conventional vertical power MOSFET employing a field plate structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n+ 型炭化珪素半導体基板、2…n- 型炭化珪素半
導体層、3…p型炭化珪素半導体層、4…n+ 型ソース
領域、5…メサ型構造を構成する溝、6…高抵抗層、7
…溝、9…熱酸化膜、10…ゲート電極、11…絶縁
膜、12…ソース電極、13…ドレイン電極、30…p
型炭化珪素半導体層、40…電極層、50…電極層、7
0…溝、80…p型炭化珪素半導体層、201…p型層
領域、301…n+ 型炭化珪素半導体基板、 302…
- 型炭化珪素半導体層、303…p型ベース領域、3
04…表面チャネル層、305…n+ 型ソース領域、3
06…ゲート電極層、307…p型領域、308…n--
型薄膜層、309…熱酸化膜、312…ソース電極、3
13…ドレイン電極、320…ゲート電極、322…電
極、408…n--型薄膜層、409…p型領域。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... n <+> type silicon carbide semiconductor substrate, 2 ... n < - > type silicon carbide semiconductor layer, 3 ... p-type silicon carbide semiconductor layer, 4 ... n <+> type source region, 5 ... groove | channel which comprises a mesa structure, 6 ... high Resistance layer, 7
... groove, 9 ... thermal oxide film, 10 ... gate electrode, 11 ... insulating film, 12 ... source electrode, 13 ... drain electrode, 30 ... p
Type silicon carbide semiconductor layer, 40 ... electrode layer, 50 ... electrode layer, 7
0 ... groove, 80 ... p-type silicon carbide semiconductor layer, 201 ... p-type layer region, 301 ... n + -type silicon carbide semiconductor substrate, 302 ...
n type silicon carbide semiconductor layer, 303... p type base region, 3
04 ... surface channel layer, 305 ... n + type source region, 3
06 ... gate electrode layer, 307 ... p-type region, 308 ... n -
Mold thin film layer, 309: thermal oxide film, 312: source electrode, 3
13 ... drain electrode, 320 ... gate electrode, 322 ... electrode, 408 ... n - type thin film layer, 409 ... p-type region.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラジェシュ クマール 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 片岡 光浩 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 ──────────────────────────────────────────────────の Continuing on the front page (72) Inventor Rajesh Kumar 1-1-1, Showa-cho, Kariya-shi, Aichi Prefecture Inside Denso Corporation (72) Inventor Mitsuhiro Kataoka 1-1-1, Showa-cho, Kariya City, Aichi Prefecture Inside

Claims (30)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この低
抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも高
抵抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層上
に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを有
し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導体基
板(100)と、 前記第2の半導体層内に形成されると共に、前記主表面
で接合部が終端するように形成された第1導電型の半導
体領域(4)と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通する第1、第2の溝(7、5)と、 前記第2の溝(5)の側面に形成された電界緩和層
(6、30、50)と、 前記電界緩和層の表面及び前記第1の溝(7)を含んで
前記主表面の上に形成された絶縁膜(9)と、 前記第1の溝内における前記絶縁膜の内側に形成された
ゲート電極(10)と、 前記半導体領域に電気的に接触する第1の電極(12)
と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(13)とを備え、 前記電界緩和層によって前記絶縁膜における電界集中を
緩和するようになっていることを特徴とする半導体装
置。
1. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A semiconductor substrate (100) having a second conductivity-type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer, and having a surface of the second semiconductor layer as a main surface; A first conductivity type semiconductor region (4) formed in the second semiconductor layer and formed such that a junction is terminated at the main surface; and the semiconductor region and the second semiconductor region extending from the main surface. First and second grooves (7, 5) penetrating the semiconductor layer of (1), an electric field relaxation layer (6, 30, 50) formed on a side surface of the second groove (5); An insulating film (9) formed on the main surface including the surface of the first groove and the first groove (7); A gate electrode formed on the side (10), a first electrode in electrical contact with the semiconductor region (12)
And a second electrode (13) that is in electrical contact with the back side of the semiconductor substrate, wherein the electric field relaxation layer reduces electric field concentration in the insulating film. apparatus.
【請求項2】 前記電界緩和層は、前記第2の溝の側面
から該第2の溝の底面にかけて形成されていることを特
徴とする請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said electric field relaxation layer is formed from a side surface of said second groove to a bottom surface of said second groove.
【請求項3】 前記電界緩和層は、第1導電型材料で形
成されており、かつ前記第1の半導体層よりも高抵抗で
形成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載
の半導体装置。
3. The electric field relaxation layer according to claim 1, wherein the electric field relaxation layer is formed of a first conductivity type material and has a higher resistance than the first semiconductor layer. Semiconductor device.
【請求項4】 前記電界緩和層の表面に形成された前記
絶縁膜の表面に、前記電界緩和層の電位を制御する電極
層(12)を備え、 前記電極層によって前記電界緩和層を所定のしきい値電
圧よりも低い電圧にしていることを特徴とする請求項3
に記載の半導体装置。
4. An electrode layer (12) for controlling a potential of the electric field relaxation layer on a surface of the insulating film formed on a surface of the electric field relaxation layer, and the electric field relaxation layer is formed by a predetermined amount by the electrode layer. 4. A voltage lower than a threshold voltage.
3. The semiconductor device according to claim 1.
【請求項5】 前記電界緩和層は、第2導電型材料で形
成されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の
半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electric field relaxation layer is formed of a second conductivity type material.
【請求項6】 前記第1の溝と前記第2の溝の間に形成
され、前記主表面から前記第2の半導体層を貫通する第
3の溝(70)を備え、 前記第3の溝(70)によって前記第2の半導体層を電
気的に分断していることを特徴とする請求項1乃至5の
いずれか1つに記載の半導体装置。
6. A third groove (70) formed between the first groove and the second groove and penetrating from the main surface to the second semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second semiconductor layer is electrically divided by (70).
【請求項7】 請求項1乃至6に示す半導体装置におい
て、 前記低抵抗層、前記第1の半導体層、前記第2の半導体
層及び前記電界緩和層は炭化珪素にて構成されているこ
とを特徴とする炭化珪素半導体装置。
7. The semiconductor device according to claim 1, wherein said low-resistance layer, said first semiconductor layer, said second semiconductor layer, and said electric field relaxation layer are made of silicon carbide. A silicon carbide semiconductor device, characterized by:
【請求項8】 請求項1乃至6に示す半導体装置におい
て、 前記低抵抗層、前記第1の半導体層及び前記第2の半導
体層は炭化珪素にて構成されており、 前記電界緩和層はアルミニウム合金にて構成されている
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置。
8. The semiconductor device according to claim 1, wherein said low resistance layer, said first semiconductor layer, and said second semiconductor layer are made of silicon carbide, and said electric field relaxation layer is made of aluminum. A silicon carbide semiconductor device comprising an alloy.
【請求項9】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この低
抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも高
抵抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層上
に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを有
し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導体基
板(100)と、 前記第2の半導体層内に形成されると共に、前記主表面
に接合部が終端するように形成された第1導電型の半導
体領域(4)と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通する第1、第2の溝(7、5)と、 少なくとも前記第1、第2の溝の表面に形成された絶縁
膜(9)と、 前記第1の溝(7)内における前記絶縁膜の内側に形成
されたゲート電極(10)と、 前記第2の溝(5)の底面を構成する前記第1の半導体
層に形成された第2導電型の第2の半導体領域(80)
と、 前記第2の半導体領域及び前記第1の半導体領域と電気
的に接触する第1の電極(12)と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(13)とを備えたことを特徴とする半導体装置。
9. A low-resistance layer of a first conductivity type and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A semiconductor substrate (100) having a second conductivity-type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer, and having a surface of the second semiconductor layer as a main surface; A first conductivity type semiconductor region (4) formed in the second semiconductor layer and formed such that a junction terminates at the main surface; and the semiconductor region and the second semiconductor region extending from the main surface. First and second grooves (7, 5) penetrating the semiconductor layer of (1), an insulating film (9) formed at least on the surface of the first and second grooves, and the first groove (7). A gate electrode (10) formed inside the insulating film and a first semiconductor layer forming a bottom surface of the second groove (5). Of a second conductivity type made second semiconductor region (80)
A first electrode (12) in electrical contact with the second semiconductor region and the first semiconductor region; and a second electrode (13) in electrical contact with the back side of the semiconductor substrate. A semiconductor device comprising:
【請求項10】 第1導電型の基板(1)と、 前記基板上に形成された第1導電型で該基板よりも高抵
抗の第1の半導体層(2)と、 前記第1の半導体層上に形成された第2導電型の第2の
半導体層(3)と、 前記第2の半導体層を貫通し、前記第1の半導体層に達
する溝(5)と、 前記第2の半導体層内に形成されると共に、該第2の半
導体層の表面に接合部が終端するように形成された第1
導電型の半導体領域(4)と、 前記第1の半導体層と前記半導体領域間の前記第2半導
体層をチャネル領域として、このチャネル領域と前記溝
の上に形成された絶縁膜(9)と、 前記チャネル領域上における前記絶縁膜を介して形成さ
れたゲート電極(10)と、 前記半導体領域に電気的に接触する第1の電極(12)
と、 前記基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極(1
3)とを備え、 前記溝の側面部分における前記第1の半導体層及び前記
第2の半導体層と、前記絶縁膜との間に、前記絶縁膜に
おける電界集中を緩和する電界緩和層を形成したことを
特徴とする半導体装置。
10. A substrate of a first conductivity type, a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the substrate and having a higher resistance than the substrate, and a first semiconductor. A second semiconductor layer (3) of a second conductivity type formed on the layer; a groove (5) penetrating through the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer; A first semiconductor layer formed in the first semiconductor layer and having a junction terminated on a surface of the second semiconductor layer;
A conductive semiconductor region (4), and an insulating film (9) formed on the channel region and the trench with the second semiconductor layer between the first semiconductor layer and the semiconductor region as a channel region. A gate electrode formed on the channel region via the insulating film; and a first electrode electrically connected to the semiconductor region.
And a second electrode (1) electrically contacting the back side of the substrate.
And 3) forming an electric field relaxation layer for reducing electric field concentration in the insulating film between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer on the side surface of the groove and the insulating film. A semiconductor device characterized by the above-mentioned.
【請求項11】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この
低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも
高抵抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層
上に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを
有し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導体
基板(100)を形成する工程と、 前記第2の半導体層内に、接合部が前記主表面で終端す
る第1導電型の半導体領域(4)を形成する工程と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通するメサ型構造を構成するメサ型構造形成用溝
(5)を形成する工程と、 前記メサ型構造形成用溝の少なくとも側面に電界緩和層
(6、30、50)を形成する工程と、 前記電界緩和層を形成した後に、前記主表面から前記半
導体領域及び前記第2の半導体層を貫通するセル部を構
成するセル形成用溝(7)を形成する工程と、 前記メサ型構造形成用溝及び前記セル部形成用溝を含ん
で前記第2の半導体層の表面に絶縁膜(9)を形成する
工程と、 前記セル部形成用溝内における前記絶縁膜の内側にゲー
ト電極(10)を形成する工程と、 前記半導体領域に電気的に接触する第1の電極(11)
を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(13)を形成する工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
11. A low-resistance layer of a first conductivity type and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. And a second semiconductor layer (3) of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer, and a semiconductor substrate (100) having a surface of the second semiconductor layer as a main surface is formed. Forming a first conductivity type semiconductor region (4) in which a junction terminates at the main surface in the second semiconductor layer; and forming the semiconductor region and the second semiconductor region from the main surface. Forming a mesa structure forming groove (5) forming a mesa structure penetrating the semiconductor layer; and forming an electric field relaxation layer (6, 30, 50) on at least a side surface of the mesa structure forming groove. And after the formation of the electric field relaxation layer, the semiconductor region and the second semiconductor are separated from the main surface. Forming a cell forming groove (7) constituting a cell part penetrating the layer; and an insulating film on a surface of the second semiconductor layer including the mesa structure forming groove and the cell part forming groove. Forming (9); forming a gate electrode (10) inside the insulating film in the cell portion forming groove; and a first electrode (11) electrically contacting the semiconductor region.
And a step of forming a second electrode (13) that is in electrical contact with the back surface of the semiconductor substrate.
【請求項12】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この
低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも
高抵抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層
上に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを
有し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導体
基板(100)を形成する工程と、 前記第2の半導体層内に、接合部が前記主表面で終端す
る第1導電型の半導体領域(4)を形成する工程と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通するメサ型構造を構成するメサ型構造形成用溝
(5)及びセル部を構成するセル形成用溝(7)を同時
に形成する工程と、 前記メサ型構造形成用溝及び前記セル部形成用溝を含ん
で前記第2の半導体層の表面に絶縁膜(9)を形成する
工程と、 前記セル部形成用溝内における前記絶縁膜の内側にゲー
ト電極(10)を形成する工程と、 前記半導体領域に電気的に接触する第1の電極(11)
を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(13)を形成する工程とを備えていることを特徴とす
る半導体装置の製造方法。
12. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. And a second semiconductor layer (3) of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer, and a semiconductor substrate (100) having a surface of the second semiconductor layer as a main surface is formed. Forming a first conductivity type semiconductor region (4) in which a junction terminates at the main surface in the second semiconductor layer; and forming the semiconductor region and the second semiconductor region from the main surface. Simultaneously forming a mesa structure forming groove (5) forming a mesa structure penetrating a semiconductor layer and a cell forming groove (7) forming a cell portion; and forming the mesa structure forming groove and the cell. Forming an insulating film (9) on the surface of the second semiconductor layer including a portion forming groove; Forming a gate electrode (10) on the inside of the insulating film in forming a groove, a first electrode in electrical contact with the semiconductor region (11)
And a step of forming a second electrode (13) that is in electrical contact with the back surface of the semiconductor substrate.
【請求項13】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この
低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも
高抵抗な第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層
の上に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)と
を有し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導
体基板(100)と、 前記半導体基板の主表面のうち、少なくとも前記第2の
半導体層の上に絶縁膜(9)を介して配置された第1の
電極層(12)と、 前記半導体基板の裏面側に形成された第2の電極層(1
3)と、 前記第2の半導体層を貫通して前記第1の半導体層に達
する溝(5)と、 前記溝の角部における前記第1半導体層の表層部に形成
された第2導電型の半導体領域(201)とを備えてい
ることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
13. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A semiconductor substrate (100) having a second conductivity-type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer, and having a surface of the second semiconductor layer as a main surface; A first electrode layer (12) disposed on at least the second semiconductor layer of the main surface of the semiconductor substrate via an insulating film (9); and a first electrode layer (12) formed on the back surface side of the semiconductor substrate. The second electrode layer (1
3); a groove (5) penetrating through the second semiconductor layer to reach the first semiconductor layer; and a second conductivity type formed in a surface layer of the first semiconductor layer at a corner of the groove. And a semiconductor region (201).
【請求項14】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この
低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも
高抵抗な第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層
の上に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)と
を有し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導
体基板(100)と、 前記第2の半導体層の所定領域に形成されると共に、前
記主表面で接合部が終端するように形成された第1導電
型の第1の半導体領域(4)と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通する第1の溝(7)と、 前記第1の溝から離間して、前記第1の溝を囲むように
形成され、前記主表面から前記半導体領域及び前記第2
の半導体層を貫通する第2の溝(5)と、 前記第2の溝の角部における前記第1半導体層の表層部
に形成された第2導電型の第2の半導体領域(201)
と、 前記第1、第2の溝(7、5)を含んで、前記主表面上
に形成された絶縁膜(9)と、 前記第1の溝内における前記絶縁膜の内側に形成された
ゲート電極層(10)と、 前記半導体領域に電気的に接触する第1の電極(12)
と、 前記半導体基板の裏面側に形成された第2の電極層(1
3)とを備えていることを特徴とする炭化珪素半導体装
置。
14. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A semiconductor substrate (100) having a second conductivity-type second semiconductor layer (3) formed on the first semiconductor layer, and having a surface of the second semiconductor layer as a main surface; A first conductivity type first semiconductor region (4) formed in a predetermined region of the second semiconductor layer and formed such that a junction terminates at the main surface; A first groove that penetrates a semiconductor region and the second semiconductor layer; a first groove that is formed to be spaced apart from the first groove and to surround the first groove; And the second
A second groove (5) penetrating through the semiconductor layer, and a second semiconductor region (201) of the second conductivity type formed in a surface portion of the first semiconductor layer at a corner of the second groove.
An insulating film (9) formed on the main surface including the first and second grooves (7, 5); and an insulating film formed inside the insulating film in the first groove. A gate electrode layer (10) and a first electrode (12) that is in electrical contact with the semiconductor region
And a second electrode layer (1) formed on the back side of the semiconductor substrate.
3) A silicon carbide semiconductor device comprising:
【請求項15】 前記第2の溝の側面における前記第2
の半導体層と前記第1の半導体層の表面には、第1導電
型の半導体からなる電界緩和層(6))が備えられてい
ることを特徴とする請求項14に記載の炭化珪素半導体
装置。
15. The second groove on a side surface of the second groove.
15. The silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein an electric field relaxation layer (6) made of a semiconductor of the first conductivity type is provided on the surfaces of the semiconductor layer and the first semiconductor layer. .
【請求項16】 前記第2の半導体領域は、前記第2の
溝の側面と底面とが接する部分を含んで形成されている
ことを特徴とする請求項14又は15に記載の炭化珪素
半導体装置。
16. The silicon carbide semiconductor device according to claim 14, wherein the second semiconductor region includes a portion where a side surface and a bottom surface of the second groove are in contact with each other. .
【請求項17】 第1導電型の低抵抗層(1)と、この
低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よりも
高抵抗の第1の半導体層(2)と、この第1の半導体層
上に形成された第2導電型の第2の半導体層(3)とを
有し、前記第2の半導体層の表面を主表面とする半導体
基板(100)を形成する工程と、 前記第2の半導体層内に、接合部が前記主表面で終端す
る第1導電型の第1の半導体領域(4)を形成する工程
と、 前記主表面から前記半導体領域及び前記第2の半導体層
を貫通するメサ型構造形成用溝(5)を形成する工程
と、 前記メサ型構造形成用溝の角部における前記第1の半導
体層の表層部に第2導電型の第2の半導体領域(20
1)を形成する工程と、 前記主表面から前記第1の半導体領域及び前記第2の半
導体層を貫通するセル部を構成するセル部形成用溝
(7)を形成する工程と、 前記メサ型構造形成用溝及び前記セル部形成用溝を含む
前記第2の半導体層の表面に絶縁膜(9)を形成する工
程と、 前記セル部形成用溝内における前記絶縁膜の内側にゲー
ト電極(10)を形成する工程と、 前記第1の半導体領域に電気的に接触する第1の電極
(11)を形成する工程と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(13)を形成する工程と、を備えていることを特徴と
する半導体装置の製造方法。
17. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. And a second semiconductor layer (3) of the second conductivity type formed on the first semiconductor layer, and a semiconductor substrate (100) having a surface of the second semiconductor layer as a main surface is formed. Forming a first conductive type first semiconductor region (4) having a junction terminated at the main surface in the second semiconductor layer; and forming the semiconductor region and the semiconductor region from the main surface. Forming a mesa structure forming groove (5) penetrating the second semiconductor layer; and forming a second conductivity type second groove in a surface layer portion of the first semiconductor layer at a corner of the mesa structure forming groove. 2 semiconductor regions (20
Forming a cell portion forming groove (7) constituting a cell portion penetrating the first semiconductor region and the second semiconductor layer from the main surface; and forming the mesa type. Forming an insulating film on the surface of the second semiconductor layer including the structure forming groove and the cell portion forming groove; and forming a gate electrode inside the insulating film in the cell portion forming groove. Forming a first electrode (11) that is in electrical contact with the first semiconductor region; and forming a second electrode (11) that is in electrical contact with the back side of the semiconductor substrate. 13) forming a semiconductor device.
【請求項18】 前記メサ型構造形成用溝と前記セル部
形成用溝を同一工程で形成することを特徴とする請求項
17に記載の半導体装置の製造方法。
18. The method according to claim 17, wherein the mesa structure forming groove and the cell portion forming groove are formed in the same step.
【請求項19】 第1導電型の低抵抗層(301)と、 この低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よ
りも高抵抗の第1の半導体層(302)と、 前記第1の半導体層の所定領域に形成されたユニットセ
ルと、 前記ユニットセルが形成されたセル領域の周囲に設けら
れ、前記第1の半導体層(302)の表層部において該
セル領域から離れる方向へ延設された素子分離用の第2
導電型の素子分離層(307)と、 前記素子分離層上に絶縁膜(309)を介して配置さ
れ、該素子分離層よりも前記セル領域の外側に張り出し
て延設されたフィールドプレート(322)と、 前記ユニットセルと前記素子分離層とに電気的に接触す
る第1の電極(312)と、前記半導体基板の裏面側に
電気的に接触する第2の電極(313)とを備えてお
り、 前記フィールドプレートの下部に配置された前記絶縁膜
と前記第1の半導体層との間には、前記第1の半導体層
よりも高抵抗の第1導電型の半導体薄膜層(308)が
形成されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
19. A low-resistance layer of a first conductivity type, and a first semiconductor layer of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A unit cell formed in a predetermined region of the first semiconductor layer; and a unit cell provided around the cell region in which the unit cell is formed. A second element separation extending in a direction away from
A conductive element isolation layer (307); and a field plate (322) disposed on the element isolation layer via an insulating film (309) and extending beyond the element isolation layer outside the cell region. ), A first electrode (312) electrically in contact with the unit cell and the element isolation layer, and a second electrode (313) in electrical contact with the back side of the semiconductor substrate. And a first conductive type semiconductor thin film layer (308) having a higher resistance than the first semiconductor layer is provided between the insulating film disposed below the field plate and the first semiconductor layer. A silicon carbide semiconductor device characterized by being formed.
【請求項20】 前記半導体薄膜層は、前記第2の電極
と前記第1の電極との間に所定の逆バイアス電圧が印加
された場合に、前記素子分離層より前記絶縁膜と該半導
体薄膜層の界面に沿って該半導体薄膜層中を外側に延び
る空乏層の大きさよりも大きく形成されていることを特
徴とする請求項19に記載の炭化珪素半導体装置。
20. The semiconductor thin film layer, wherein when a predetermined reverse bias voltage is applied between the second electrode and the first electrode, the insulating film and the semiconductor thin film are separated from the element isolation layer. 20. The silicon carbide semiconductor device according to claim 19, wherein said silicon carbide semiconductor device is formed to be larger than a depletion layer extending outward in said semiconductor thin film layer along a layer interface.
【請求項21】 前記半導体薄膜層は、前記第1の半導
体層上に成長させたエピタキシャル膜であることを特徴
とする請求項19又は20に記載の炭化珪素半導体装
置。
21. The silicon carbide semiconductor device according to claim 19, wherein said semiconductor thin film layer is an epitaxial film grown on said first semiconductor layer.
【請求項22】 第1導電型の低抵抗層(301)と、 この低抵抗層上に形成された第1導電型で該低抵抗層よ
りも高抵抗の第1の半導体層(302)と、 前記第1の半導体層の所定領域に形成されたユニットセ
ルと、 前記ユニットセルが形成されたセル領域の周囲に設けら
れ、前記第1の半導体層の表層部において該セル領域か
ら離れる方向へ延設された素子分離用の第2導電型の素
子分離層(307)と、 前記第1の半導体層の表層部のうち前記素子分離層より
も前記セル領域から離れる側に、前記素子分離層から所
定間隔おきに複数個配置された、所定幅を有する第2導
電型の第2の半導体層(409)と、 前記第2の半導体層のそれぞれの間、及び前記第2の半
導体層と前記素子分離層との間における前記第1の半導
体層上に形成された前記第1の半導体層よりも高抵抗の
第1導電型の半導体薄膜層(408)と、 前記素子分離層上に絶縁膜(309)を介して配置され
ると共に前記第2の半導体層のうち最も前記セル領域か
ら離れる側と電気的に接続され、該素子分離層よりも前
記セル領域の外側に張り出して延設されたフィールドプ
レート(322)と、 前記ユニットセルと素子分離層に電気的に接触する第1
の電極(312)と、 前記半導体基板の裏面側に電気的に接触する第2の電極
(313)とを備えていることを特徴とする炭化珪素半
導体装置。
22. A low-resistance layer of a first conductivity type (301), and a first semiconductor layer (302) of a first conductivity type formed on the low-resistance layer and having a higher resistance than the low-resistance layer. A unit cell formed in a predetermined region of the first semiconductor layer; and a unit cell provided around the cell region in which the unit cell is formed, in a direction away from the cell region in a surface layer portion of the first semiconductor layer. An extended element isolation layer (307) of element isolation type for element isolation, and an element isolation layer on a side of the surface layer of the first semiconductor layer farther from the cell region than the element isolation layer. A plurality of second semiconductor layers (409) of a second conductivity type having a predetermined width and arranged at predetermined intervals from each other, between each of the second semiconductor layers, and between the second semiconductor layer and the second semiconductor layer. Formed on the first semiconductor layer between the device isolation layer A first conductive type semiconductor thin film layer (408) having a higher resistance than the first semiconductor layer and a second semiconductor layer disposed on the element isolation layer via an insulating film (309). A field plate (322) that is electrically connected to the side farthest from the cell region and protrudes outside the cell region beyond the element isolation layer; and electrically connects the unit cell and the element isolation layer. First contact
And a second electrode (313) that is in electrical contact with the back surface of the semiconductor substrate.
【請求項23】 前記フィールドプレートの下部の前記
絶縁膜と前記第1の半導体層の間には、該第1の半導体
層よりも高抵抗な第1導電型の半導体薄膜層(408)
が形成されていることを特徴とする請求項22に記載の
炭化珪素半導体装置。
23. A semiconductor thin film layer of a first conductivity type having a higher resistance than the first semiconductor layer, between the insulating film below the field plate and the first semiconductor layer.
23. The silicon carbide semiconductor device according to claim 22, wherein
【請求項24】 炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(301)の主表面上に、該半導体基板よりも低い
ドーパント濃度を有する第1導電型の第1の半導体層
(302)を形成する工程と、 前記第1の半導体層の表層部のうちのセル形成予定領域
に、所定深さを有する複数個の第2導電型の第1のベー
ス領域(303)を形成する工程と、 前記第1の半導体層の上に、該第1の半導体層よりも低
濃度の第1導電型の薄膜層(350)を成膜することに
より、前記第1のベース領域に接続される表面チャネル
層(304)と、前記セル形成予定領域の周囲に薄膜半
導体層(308)を形成する工程と、 前記第1のベース領域と前記薄膜半導体層との間に素子
分離用の第2導電型の素子分離層(307)を形成する
工程と、 前記第1のベース領域の表層部の所定領域に、該第1の
ベース領域の深さよりも浅い第1導電型のソース領域
(305)を形成する工程と、 前記表面チャネル層及び前記素子分離層の表面に絶縁膜
(309)を形成する工程と少なくも前記表面チャネル
層の上の前記絶縁膜上にゲート電極(320)を形成す
る工程と、 前記第1のベース領域及び前記ソース領域に接触するソ
ース電極(312)を形成する工程と、 前記素子分離層上から外側に前記絶縁膜を介して前記ゲ
ート電極又は前記ソース電極に電気的に接続されたフィ
ールドプレート(322)を形成する工程と、を備えて
いることを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
24. A first conductive type first semiconductor layer (302) having a lower dopant concentration than the semiconductor substrate is formed on a main surface of a first conductive type semiconductor substrate (301) made of silicon carbide. Forming a plurality of second conductivity type first base regions (303) having a predetermined depth in a cell formation scheduled region of a surface layer portion of the first semiconductor layer; Forming a thin film layer (350) of a first conductivity type having a lower concentration than the first semiconductor layer on the first semiconductor layer, thereby forming a surface channel layer connected to the first base region; (304), a step of forming a thin film semiconductor layer (308) around the cell formation scheduled area, and a second conductivity type element for element isolation between the first base region and the thin film semiconductor layer. Forming a separation layer (307); Forming a first conductivity type source region (305) shallower than a depth of the first base region in a predetermined region of a surface layer portion of the source region; insulating the surface of the surface channel layer and the element isolation layer from each other; Forming a film (309), forming a gate electrode (320) on at least the insulating film on the surface channel layer, and forming a source electrode (contact with the first base region and the source region). 312); and forming a field plate (322) electrically connected to the gate electrode or the source electrode via the insulating film from above the element isolation layer to the outside. A method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device.
【請求項25】 前記第1のベース領域の所定領域及び
前記素子分離層の所定領域に、前記第1のベース領域の
深さよりも深い第2導電型の第2のベース領域(303
a)を形成する工程を備えたことを特徴とする請求項2
4に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。
25. A second conductive type second base region (303) deeper than the first base region in a predetermined region of the first base region and a predetermined region of the element isolation layer.
3. The method according to claim 2, further comprising the step of forming a).
5. The method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to item 4.
【請求項26】 炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(301)の主表面上に、該半導体基板よりも低い
ドーパント濃度を有する第1導電型の第1の半導体層
(302)を形成する工程と、 前記第1の半導体層の表層部の所定領域に、所定深さを
有する複数個の第2導電型のベース領域(303)を形
成する工程と、 前記第1の半導体層の上に、該第1の半導体層よりも低
濃度の第1導電型の薄膜層(450)を成膜することに
より、前記ベース領域に接続される表面チャネル層(3
04)と、前記セル形成予定領域の周囲に薄膜半導体層
(408)を形成する工程と、 前記ベース領域の所定領域に、該ベース領域よりも接合
深さが深い第2導電型の第2のベース領域を形成すると
共に、前記ベース領域の周囲に配置される素子分離用の
素子分離層(307)及びこの素子分離層の周囲に所定
間隔おきに配置された複数の電界緩和用のリング層(4
09)を形成する工程と、 前記ベース領域内の表層部の所定領域に、該ベース領域
の深さよりも接合深さが浅い第1導電型のソース領域
(305)を形成する工程と、 前記表面チャネル層及び前記素子分離層の表面に絶縁膜
(309)を形成する工程と少なくも前記表面チャネル
層の上における前記絶縁膜上にゲート電極(320)を
形成すると共に、前記ベース領域及び前記ソース領域に
接触するソース電極(312)を形成する工程と、 前記リング層のうち最も外周側に位置するものが電気的
に接続されており該リング層から前記セル形成予定領域
の外側に張り出すように、前記絶縁膜を介してフィール
ドプレート(410)を形成する工程と、を備えている
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
26. A first conductive type first semiconductor layer (302) having a lower dopant concentration than the semiconductor substrate is formed on a main surface of a first conductive type semiconductor substrate (301) made of silicon carbide. Forming a plurality of second conductivity type base regions (303) having a predetermined depth in predetermined regions of a surface portion of the first semiconductor layer; Forming a first conductivity type thin film layer (450) having a lower concentration than the first semiconductor layer, thereby forming a surface channel layer (3) connected to the base region.
04), a step of forming a thin film semiconductor layer (408) around the cell formation planned region, and a second conductive type second region having a junction depth deeper than the base region in a predetermined region of the base region. A base region is formed, and an element isolation layer (307) for element isolation arranged around the base area and a plurality of ring layers for electric field relaxation arranged at predetermined intervals around the element isolation layer ( 4
09); forming a first conductivity type source region (305) having a junction depth shallower than a depth of the base region in a predetermined region of a surface layer portion in the base region; Forming an insulating film (309) on the surface of the channel layer and the device isolation layer; forming a gate electrode (320) on the insulating film at least on the surface channel layer; Forming a source electrode (312) in contact with the region, wherein the outermost one of the ring layers is electrically connected so as to protrude from the ring layer to the outside of the cell formation planned region. Forming a field plate (410) with the insulating film interposed therebetween.
【請求項27】 炭化珪素よりなる第1導電型の半導体
基板(301)の主表面上に、該半導体基板よりも低い
ドーパント濃度を有する第1導電型の第1の半導体層
(302)を形成する工程と、 前記第1の半導体層の表層部のうちのセル形成予定領域
に、所定深さを有する複数個の第2導電型のベース領域
(303)を形成すると共に、該ベース領域の周囲に配
置される素子分離用の第2導電型の素子分離層(30
7)、及び該素子分離層の周囲に所定間隔おきに配置さ
れる第2導電型の複数のリング層(409)を形成する
工程と、 前記第1の半導体層の上に、該第1の半導体層よりも低
濃度の第1導電型の薄膜層を成膜することにより、前記
ベース領域に接続される表面チャネル層(304)と、
前記セル形成予定領域の周囲に薄膜半導体層(408)
を形成する工程と、 前記ベース領域の表層部の所定領域に、前記表面チャネ
ル層に接続され、前記ベース領域の深さよりも浅い第1
導電型のソース領域を形成する工程と、 前記表面チャネル層及び前記素子分離層の表面に絶縁膜
(309)を形成する工程と少なくも前記表面チャネル
層の上における前記絶縁膜の上にゲート電極(320)
を形成すると共に、前記ベース領域及び前記ソース領域
に接触するソース電極(312)を形成する工程と、 前記リング層のうち最も外周側に位置するものが電気的
に接続されており該リング層から前記セル形成予定領域
の外側に張り出すように、前記絶縁膜を介してフィール
ドプレート(410)を形成する工程と、を備えている
ことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
27. A first conductive type first semiconductor layer (302) having a lower dopant concentration than the semiconductor substrate is formed on a main surface of a first conductive type semiconductor substrate (301) made of silicon carbide. Forming a plurality of second conductivity type base regions (303) having a predetermined depth in a cell formation planned region of a surface layer portion of the first semiconductor layer, and forming a plurality of base regions around the base region. The second conductivity type element isolation layer (30)
7) and a step of forming a plurality of second conductivity type ring layers (409) arranged at predetermined intervals around the element isolation layer; and forming the first semiconductor layer on the first semiconductor layer. Forming a first conductivity type thin film layer having a lower concentration than the semiconductor layer to form a surface channel layer (304) connected to the base region;
A thin-film semiconductor layer (408) around the area where the cell is to be formed;
Forming a first region connected to the surface channel layer in a predetermined region of a surface layer of the base region, the first region being shallower than a depth of the base region.
Forming a source region of conductivity type; forming an insulating film on the surface of the surface channel layer and the element isolation layer; and forming a gate electrode on the insulating film at least on the surface channel layer. (320)
Forming a source electrode (312) in contact with the base region and the source region; and connecting the outermost one of the ring layers to the base layer and the source region. Forming a field plate (410) with the insulating film interposed therebetween so as to protrude outside the cell formation scheduled region.
【請求項28】 第1導電型の半導体層を含む半導体基
板と、 前記第1導電型の半導体層上に形成された第2導電型の
半導体領域及びこの上に形成された第1導電型の半導体
領域を有して構成されたセル領域と、 前記セル領域の周辺に位置する周辺領域とを備える半導
体装置であって、 前記周辺領域には、前記第1導電型の半導体層の表面に
接し、前記第1導電型の半導体層よりも高抵抗な第1導
電型の半導体電界緩和領域が形成されていることを特徴
とする半導体装置。
28. A semiconductor substrate including a semiconductor layer of a first conductivity type, a semiconductor region of a second conductivity type formed on the semiconductor layer of the first conductivity type, and a semiconductor region of a first conductivity type formed thereon. A semiconductor device comprising: a cell region having a semiconductor region; and a peripheral region located around the cell region, wherein the peripheral region is in contact with a surface of the semiconductor layer of the first conductivity type. A semiconductor device, wherein a first conductivity type semiconductor electric field relaxation region having a higher resistance than the first conductivity type semiconductor layer is formed.
【請求項29】 前記周辺領域において、第2導電型の
半導体層が前記第1導電型の半導体層上に形成されてお
り、前記第2導電型の半導体層の表面から前記第1導電
型の半導体層に達する溝が形成されており、前記半導体
電界緩和領域は前記溝側面に形成されていることを特徴
とする請求項28に記載の半導体装置。
29. In the peripheral region, a semiconductor layer of the second conductivity type is formed on the semiconductor layer of the first conductivity type, and the semiconductor layer of the second conductivity type is formed from the surface of the semiconductor layer of the second conductivity type. 29. The semiconductor device according to claim 28, wherein a groove reaching the semiconductor layer is formed, and the semiconductor electric field relaxation region is formed on a side surface of the groove.
【請求項30】 前記周辺領域において前記第1導電型
の半導体層上に前記第1導電型の半導体電界緩和領域が
形成されていることを特徴とする請求項28に記載の半
導体装置。
30. The semiconductor device according to claim 28, wherein the first conductivity type semiconductor electric field relaxation region is formed on the first conductivity type semiconductor layer in the peripheral region.
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