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JP4830732B2 - Semiconductor device - Google Patents

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JP4830732B2 JP2006241916A JP2006241916A JP4830732B2 JP 4830732 B2 JP4830732 B2 JP 4830732B2 JP 2006241916 A JP2006241916 A JP 2006241916A JP 2006241916 A JP2006241916 A JP 2006241916A JP 4830732 B2 JP4830732 B2 JP 4830732B2
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  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

本発明は半導体装置に関する。特に、半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びている終端絶縁領域を有する半導体装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device having a terminal insulating region that extends around a cell area in which a semiconductor structure that functions as a semiconductor device is formed.

ドリフト領域の表面にボディ領域が積層されている半導体基板に、半導体装置として機能する半導体構造を作り込む技術が発達している。例えば、ドリフト領域とボディ領域を利用してMOSやIGBTやダイオード等を実現する技術が発達している。
この種の半導体装置では、MOSやIGBTやダイオード等として機能する半導体構造が作り込まれている範囲(セルエリア)の外側に、セルエリアを一巡する終端絶縁領域を形成することによって、半導体装置の耐圧が高められることが知られている。通常は、セルエリアを取り囲んで伸びる少なくとも2重の終端トレンチを形成し、各々の終端トレンチに終端絶縁領域を充填する。各々の終端トレンチは半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しており、従って、各々の終端絶縁領域もボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。各々の終端絶縁領域は、セルエリアを一巡する閉ループ形状となっている。このため、最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士は絶縁されている。
2. Description of the Related Art A technique for developing a semiconductor structure that functions as a semiconductor device on a semiconductor substrate in which a body region is stacked on the surface of a drift region has been developed. For example, a technology for realizing a MOS, IGBT, diode, or the like using a drift region and a body region has been developed.
In this type of semiconductor device, by forming a terminal insulating region that goes around the cell area outside the range (cell area) in which a semiconductor structure that functions as a MOS, IGBT, diode, or the like is formed, It is known that the breakdown voltage can be increased. Usually, at least double termination trenches extending around the cell area are formed, and each termination trench is filled with a termination insulating region. Each termination trench penetrates the body region from the surface of the semiconductor substrate and reaches the drift region. Therefore, each termination insulating region also penetrates the body region and reaches the drift region. Each terminal insulating region has a closed loop shape that goes around the cell area. For this reason, the body regions located inside and outside the innermost terminal insulating region are insulated from each other.

上記の一例が、特許文献1に開示されている。図7は特許文献1の半導体装置500の平面図であり、図8は図7のVIII−VIII線の断面図である。正確には、図7は図8のVII−VII線の断面図である。ただし、図7において、ドレイン領域512に対するハッチングは省略されている。
半導体装置500は、外周504を有する半導体基板502を利用して製造されており、半導体基板502は、裏面側から表面側に向けて、nドレイン領域511、nドリフト領域512、pボディ領域541の順に積層されている。
半導体基板502の外周504の内側を外周504に沿って伸びる3重の終端トレンチ563−1〜563−3が形成されている。各々の終端トレンチ563−1〜563−3に終端絶縁領域573−1〜573−3が充填されている。各々の終端トレンチ563−1〜563−3は半導体基板502の表面501からボディ領域541を貫通してドリフト領域512に達しており、各々の終端絶縁領域573−1〜573−3もボディ領域541を貫通してドリフト領域512に達している。終端絶縁領域573−1〜573−3は、半導体基板502の外周504に沿って一巡する閉ループ形状となっている。最も内側の終端絶縁領域573−1の内側に位置するボディ領域541aと外側に位置するボディ領域541bは絶縁されている。中間の終端絶縁領域573−2の内側に位置するボディ領域541bと外側に位置するボディ領域541cも絶縁されている。
最も内側の終端絶縁領域573−1の内側の範囲(セルエリア505)には、半導体基板502の表面501からボディ領域541を貫通してドリフト領域512に達している複数本(図示では一例として6本を示している。)のメイントレンチ513が形成されている。各々のメイントレンチ513の少なくとも壁面は、メイン絶縁領域523で被覆されている。各々のメイントレンチ513には、メイン絶縁領域523で半導体基板502から絶縁された状態で、ゲート電極522が埋め込まれている。各々のゲート電極522は、ボディ領域541を貫通してドリフト領域512に達している。各々のメイントレンチ513は、各々のゲート電極522よりも深く伸びており、ゲート電極522が存在しない深さでは、メイン絶縁領域523で充填されている。
半導体基板502の表面501のメイントレンチ513に隣接する位置には、nソース領域531が形成されている。またセルエリア505のボディ領域541aの表面501には、pボディコンタクト領域532が形成されている。
ソース領域531とpボディコンタクト領域532の表面には、ソース電極533が形成されており、ソース電極533はソース配線Sに接続されている。ゲート電極522はゲート配線Gに接続されている。nドレイン領域511はドレイン配線Dに接続されている。ドレイン配線Dはプラスの電位に接続され、ソース配線Sは接地されて用いられる。
半導体装置500は、ゲート配線Gに加える電圧を制御することによってソース配線Sとドレイン配線Dの間を流れる電流を制御することができ、トランジスタ動作をする。
半導体装置500は、トランジスタ動作をする半導体構造が作り込まれているセルエリア505と、セルエリア505を取り囲む終端絶縁領域573−1〜573−3が形成されている終端エリア507に区分されている。
なお、最も内側の終端絶縁領域573−1には、ダミーゲート電極524が埋め込まれている。ダミーゲート電極524は、セルエリア505に形成されているゲート電極522と同一材料で同一形状を備えている。
An example of the above is disclosed in Patent Document 1. 7 is a plan view of the semiconductor device 500 of Patent Document 1, and FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. To be precise, FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. However, in FIG. 7, the hatching with respect to the drain region 512 is omitted.
The semiconductor device 500 is manufactured by using a semiconductor substrate 502 having an outer periphery 504. The semiconductor substrate 502 is formed from an n + drain region 511, an n drift region 512, and a p body from the back surface side to the front surface side. The regions 541 are stacked in this order.
Triple termination trenches 563-1 to 563-3 extending along the outer periphery 504 inside the outer periphery 504 of the semiconductor substrate 502 are formed. Each of the termination trenches 563-1 to 563-3 is filled with termination insulating regions 573-1 to 573-3. Each of the termination trenches 563-1 to 563-3 penetrates the body region 541 from the surface 501 of the semiconductor substrate 502 and reaches the drift region 512, and each of the termination insulating regions 573-1 to 573-3 is also the body region 541. And reaches the drift region 512. The terminal insulating regions 573-1 to 573-3 have a closed loop shape that makes a circuit along the outer periphery 504 of the semiconductor substrate 502. The body region 541a located inside the innermost terminal insulating region 573-1 and the body region 541b located outside are insulated. The body region 541b located inside the intermediate terminal insulating region 573-2 and the body region 541c located outside are also insulated.
In the inner range (cell area 505) of the innermost termination insulating region 573-1, a plurality (6 as an example in the figure) that penetrates the body region 541 from the surface 501 of the semiconductor substrate 502 and reaches the drift region 512. The main trench 513 is formed. At least a wall surface of each main trench 513 is covered with a main insulating region 523. A gate electrode 522 is embedded in each main trench 513 in a state where it is insulated from the semiconductor substrate 502 by the main insulating region 523. Each gate electrode 522 passes through the body region 541 and reaches the drift region 512. Each main trench 513 extends deeper than each gate electrode 522, and is filled with the main insulating region 523 at a depth where the gate electrode 522 does not exist.
An n + source region 531 is formed at a position adjacent to the main trench 513 on the surface 501 of the semiconductor substrate 502. A p + body contact region 532 is formed on the surface 501 of the body region 541a of the cell area 505.
A source electrode 533 is formed on the surfaces of the n + source region 531 and the p + body contact region 532, and the source electrode 533 is connected to the source wiring S. The gate electrode 522 is connected to the gate wiring G. The n + drain region 511 is connected to the drain wiring D. The drain wiring D is connected to a positive potential, and the source wiring S is grounded.
The semiconductor device 500 can control a current flowing between the source wiring S and the drain wiring D by controlling a voltage applied to the gate wiring G, and operates as a transistor.
The semiconductor device 500 is divided into a cell area 505 in which a semiconductor structure that operates as a transistor is formed, and a termination area 507 in which termination insulating regions 573-1 to 573-3 surrounding the cell area 505 are formed. .
A dummy gate electrode 524 is embedded in the innermost terminal insulating region 573-1. The dummy gate electrode 524 has the same material and the same shape as the gate electrode 522 formed in the cell area 505.

半導体装置500によると、ゲート電圧がオフのときに、セルエリア505と終端エリア507の両方で、pボディ領域541とドリフト領域512に向けて空乏層が広く拡がり、半導体装置500の耐圧を高めることができる。
特開2006−128507号公報
According to the semiconductor device 500, when the gate voltage is off, the depletion layer spreads widely toward the p body region 541 and the drift region 512 in both the cell area 505 and the termination area 507, thereby increasing the breakdown voltage of the semiconductor device 500. be able to.
JP 2006-128507 A

しかしながら、特許文献1の半導体装置500では、最も内側の終端絶縁領域573−1の外側に位置するボディ領域541bは、いずれの電極とも接続されておらず、周囲から絶縁された状態にあり(このことをフローティング状態という)、電位が不安定に変動する。
このために、半導体装置500では、ゲート電圧がオフのときに、最も内側の終端絶縁領域573−1の外側に位置するボディ領域541bと、ダミーゲート電極524の電位差が大きくなり、両者を絶縁している終端絶縁領域573−1に高い電圧がかかることがある。特に、図8のサークルMで示す部分では、ダミーゲート電極524のコーナ部に電界集中が発生しやすいために、絶縁膜573−1が破壊されることがある。
リング状の終端絶縁領域を利用して耐圧を確保する半導体装置の場合、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域がフローティング状態にあるために、絶縁膜が破壊されることがある。
However, in the semiconductor device 500 of Patent Document 1, the body region 541b located outside the innermost terminal insulating region 573-1 is not connected to any electrode and is insulated from the surroundings (this state) This is called a floating state), and the potential fluctuates unstablely.
For this reason, in the semiconductor device 500, when the gate voltage is off, the potential difference between the body region 541b located outside the innermost termination insulating region 573-1 and the dummy gate electrode 524 becomes large, thereby insulating the two. A high voltage may be applied to the terminal insulating region 573-1. In particular, in the portion indicated by the circle M in FIG. 8, since the electric field concentration is likely to occur at the corner portion of the dummy gate electrode 524, the insulating film 573-1 may be broken.
In the case of a semiconductor device that uses a ring-shaped terminal insulating region to ensure a withstand voltage, the insulating film is destroyed because the body region located outside the ring-shaped terminal insulating region forming the closed loop is in a floating state. Sometimes.

この問題を解決するためには、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域をソース電極Sに接続することが重要である。しかしながら、通常は、セルエリアよりも厚い層間絶縁膜で終端エリアの半導体基板表面を覆うことが多いので、リング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域をソース電極Sに接続するためのコンタクトホールを形成することが難しい。また、通常は、セルエリアでのメイントレンチ間間隔よりも、終端エリアでの終端トレンチ間間隔を短く取ることが多く、終端トレンチ間にコンタクト領域を形成することも難しい。   In order to solve this problem, it is important to connect the body region located outside the ring-shaped terminal insulating region forming the closed loop to the source electrode S. However, since the surface of the semiconductor substrate in the termination area is usually covered with an interlayer insulating film thicker than the cell area, the contact for connecting the body region located outside the ring-shaped termination insulating region to the source electrode S is often used. It is difficult to form a hole. Further, usually, the interval between the termination trenches in the termination area is often shorter than the interval between the main trenches in the cell area, and it is difficult to form a contact region between the termination trenches.

本発明では、閉ループを形成するリング状の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域がフローティング状態にあるために、高電位となって、絶縁膜が破壊される事象に対策する。本発明では、終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域の電位が不安定に変動しないようにする。   In the present invention, since the body region located outside the ring-shaped terminal insulating region forming the closed loop is in a floating state, a countermeasure against an event that the insulating film is broken due to a high potential is taken. In the present invention, the potential of the body region located outside the termination insulating region is prevented from unstablely changing.

本発明の半導体装置は、第2導電型のドリフト領域の表面に第1導電型のボディ領域が積層されている半導体基板と、半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びているとともに半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している少なくとも2重の終端トレンチと、各々の終端トレンチを充填している終端絶縁領域を備えている。少なくとも最も内側の終端絶縁領域は、セルエリアの外側を一巡するループの少なくとも1箇所で切断されている。それにより、最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士の導通が確保されている。
この半導体装置の場合、終端絶縁領域が切断されている部分では、最も内側の終端絶縁領域の内側のボディ領域と外側のボディ領域を導通させるボディ領域が確保されており、少なくとも最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域はその内側に位置するボディ領域に導通する。
一般的に、最も内側の終端絶縁領域の内側に位置するボディ領域(すなわちセルエリアに位置するボディ領域)は、フローティング状態でなく、電位の安定が確保されている(さもなければ半導体装置の動作が不安定となってしまう)。例えば、図7に例示した場合、セルエリア505に位置するボディ領域541aは、ソース電極Sを介して接地されており、GND電圧に固定されている。IGBTの場合も同様であり、セルエリアに位置するボディ領域は、ソース電極を介して接地されており、GND電圧に固定されている。ダイオードの場合は、セルエリアに位置するボディ領域がアノード電極またはカソード電極に接続されており、フローティング状態でない。
少なくとも最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域が、その内側に位置するボディ領域に導通していると、最も内側の終端絶縁領域に過剰な電圧が作用することを防止でき、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
The semiconductor device of the present invention surrounds a semiconductor substrate in which a body region of the first conductivity type is laminated on the surface of the drift region of the second conductivity type, and a cell area in which a semiconductor structure that functions as a semiconductor device is built. And at least double termination trenches extending from the surface of the semiconductor substrate to the drift region through the body region, and termination insulating regions filling each termination trench. At least the innermost terminal insulating region is cut at at least one point in a loop that goes around the outside of the cell area. Thereby, conduction between the body regions located inside and outside the innermost terminal insulating region is ensured.
In the case of this semiconductor device, in the portion where the termination insulating region is cut, a body region is provided to connect the inner body region and the outer body region of the innermost termination insulating region, and at least the innermost termination insulation is secured. The body region located outside the region is electrically connected to the body region located inside the region.
In general, the body region located inside the innermost termination insulating region (that is, the body region located in the cell area) is not in a floating state, and is stable in potential (otherwise the operation of the semiconductor device) Becomes unstable). For example, in the case illustrated in FIG. 7, the body region 541a located in the cell area 505 is grounded via the source electrode S and is fixed to the GND voltage. The same applies to the IGBT, and the body region located in the cell area is grounded via the source electrode and is fixed to the GND voltage. In the case of a diode, the body region located in the cell area is connected to the anode electrode or the cathode electrode and is not in a floating state.
If at least the body region located outside the innermost termination insulating region is electrically connected to the body region located inside the semiconductor region, it is possible to prevent an excessive voltage from acting on the innermost termination insulating region. The withstand voltage can be improved.

本発明の一つの具体的形態では、最も内側の終端絶縁領域の内側の半導体基板(すなわちセルエリア)に下記の構造が形成されている。
半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているメイントレンチが形成されている。メイントレンチの少なくとも壁面は、メイン絶縁領域で被覆されている。メイントレンチの内部には、メイン絶縁領域によって半導体基板から絶縁された状態で、ゲート電極が収容されている。ゲート電極は、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している。半導体基板の表面のメイントレンチに隣接する位置には、第2導電型のソース領域が形成されている。また、ボディ領域の表面には、第1導電型の不純物を高濃度に含むボディコンタクト領域が形成されている。
半導体基板のセルアリアに形成されているソース領域とボディコンタクト領域は、ソース電極に接続されている。
In one specific form of the present invention, the following structure is formed on the semiconductor substrate (that is, the cell area) inside the innermost terminal insulating region.
A main trench is formed through the body region from the surface of the semiconductor substrate to reach the drift region. At least the wall surface of the main trench is covered with the main insulating region. A gate electrode is accommodated inside the main trench in a state insulated from the semiconductor substrate by the main insulating region. The gate electrode penetrates the body region from the surface of the semiconductor substrate and reaches the drift region. A source region of the second conductivity type is formed at a position adjacent to the main trench on the surface of the semiconductor substrate. A body contact region containing a high concentration of the first conductivity type impurity is formed on the surface of the body region.
The source region and the body contact region formed in the cell area of the semiconductor substrate are connected to the source electrode.

上記の半導体装置では、セルエリアに形成されいる半導体構造がトランジスタ動作をする。
この場合、最も内側の終端絶縁領域の外側のボディ領域は、終端絶縁領域の切れ目を介してセルエリア内のボディ領域に導通しており、セルエリア内のボディ領域はソース電極の電位に固定されている。したがって、トランジスタがオフするときに、最も内側の終端絶縁領域の外側に位置するボディ領域の電位が不安定に変動することがない。最も内側の終端絶縁領域に過剰な電圧がかかることがなく、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
さらに、上記の半導体装置では、最も内側の終端絶縁領域が、セルエリアに形成されているメイントレンチと平行に伸びている位置で切断されている。
この場合、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧の低下が実質的に生じない。セルエリアをメイントレンチが一方方向に伸びている場合、それと平行に伸びている半導体基板の外周よりも、それに直交する方向に伸びている外周の近傍で半導体装置が破壊されやすい。メイントレンチと直交している外周で終端絶縁領域が切れ目なく伸びていれば、終端絶縁領域による耐圧向上効果が得られる。メイントレンチと平行に伸びている位置で終端絶縁領域を切断すれば、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧向上効果の低下が実際的な問題とならないようにすることができる。
In the aforementioned semiconductor device, a semiconductor structure formed in the cell area to the transistor operation.
In this case, the body region outside the innermost termination insulating region is electrically connected to the body region in the cell area through the cut of the termination insulating region, and the body region in the cell area is fixed to the potential of the source electrode. ing. Therefore, when the transistor is turned off, the potential of the body region located outside the innermost termination insulating region does not fluctuate unstably. An excessive voltage is not applied to the innermost terminal insulating region, and the breakdown voltage of the semiconductor device can be improved.
Further, in the above semiconductor device, the innermost terminal insulating region is cut at a position extending in parallel with the main trench formed in the cell area.
In this case, there is substantially no reduction in breakdown voltage that can occur by cutting the terminal insulating region. When the main trench extends in one direction in the cell area, the semiconductor device is likely to be destroyed in the vicinity of the outer periphery extending in the direction orthogonal to the outer periphery of the semiconductor substrate extending in parallel to the cell trench. If the termination insulating region extends seamlessly on the outer periphery orthogonal to the main trench, the withstand voltage improvement effect by the termination insulating region can be obtained. If the termination insulating region is cut at a position extending in parallel with the main trench, it is possible to prevent a reduction in the breakdown voltage improvement effect caused by cutting the termination insulating region from becoming a practical problem.

セルエリアにトレンチゲート電極を利用してトランジスタ動作する半導体構造が形成されている場合、最も内側の終端絶縁領域に、トレンチゲート電極と同じ材質の導体が、トレンチゲート電極と同じ深さまで埋め込まれており、そのダミートレンチゲート電極が、他のトレンチゲート電極と同電位に維持されることが好ましい。
ダミートレンチゲート電極を設けることによって、セルエリアと終端エリアの両方で、ボディ領域とドリフト領域の両者に向けて空乏層を広く拡げることが可能となり、半導体装置の耐圧を高めることができる。反面、ダミートレンチゲート電極とボディ領域を絶縁する絶縁膜が薄くなりやすく、絶縁膜が破壊されやすくなる。
終端絶縁領域を切断することによって終端絶縁領域の内側ボディ領域と外側のボディ領域を導通させる本発明は、ダミートレンチゲート電極が利用される場合に特に有効に機能する。ダミートレンチゲート電極と終端エリア内のボディ領域を絶縁する薄い絶縁膜の破壊を防止することができる。
When a semiconductor structure that operates as a transistor is formed in the cell area using a trench gate electrode, a conductor made of the same material as the trench gate electrode is buried in the innermost terminal insulating region to the same depth as the trench gate electrode. The dummy trench gate electrode is preferably maintained at the same potential as other trench gate electrodes.
By providing the dummy trench gate electrode, the depletion layer can be widely expanded toward both the body region and the drift region in both the cell area and the termination area, and the breakdown voltage of the semiconductor device can be increased. On the other hand, the insulating film that insulates the dummy trench gate electrode from the body region is likely to be thin, and the insulating film is easily destroyed.
The present invention in which the inner body region and the outer body region of the termination insulating region are made conductive by cutting the termination insulating region functions particularly effectively when a dummy trench gate electrode is used. The breakdown of the thin insulating film that insulates the dummy trench gate electrode and the body region in the termination area can be prevented.

終端絶縁領域を切断するにあたっては、1.1μm以下の幅のボディ領域が残されるように切断することが好ましい。
切れ目が1.1μm以下であれば、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧の低下が実際的な問題とならない。
When cutting the terminal insulating region, it is preferable to cut so that a body region having a width of 1.1 μm or less remains.
If the break is 1.1 μm or less, a decrease in breakdown voltage that can be caused by cutting the terminal insulating region does not become a practical problem.

終端絶縁領域を構成する終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁に、第1導電型の不純物が注入されていることが好ましい。すなわち、終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁には第2導電型のドリフト領域が露出するので、そこに第1導電型の不純物が注入されていることが好ましい。
この場合も、終端絶縁領域を切断することによって生じ得る耐圧向上効果の低下が実際的な問題とならないようにすることができる。
It is preferable that an impurity of the first conductivity type is implanted into the walls facing each other across the cut portion of the termination trench constituting the termination insulating region. That is, since the second conductivity type drift region is exposed on the walls facing each other across the cut portion of the termination trench, it is preferable that the first conductivity type impurity is implanted therein.
Also in this case, it is possible to prevent a decrease in the withstand voltage improvement effect that can be caused by cutting the terminal insulating region from becoming a practical problem.

以下に説明する実施例の主要な特徴を最初に整理する。
(特徴1)ボディ領域はp型であり、本発明を実施しなければ、終端エリアのp型ボディ領域がフローティング状態となってしまう。
(特徴2)一部で切断された終端トレンチを形成した後に不純物を斜めに注入する処理を施して、切断箇所を挟んで向かい合う壁にp型の不純物を注入する。
The main features of the embodiments described below are first organized.
(Feature 1) The body region is p-type. If the present invention is not carried out, the p-type body region in the termination area will be in a floating state.
(Characteristic 2) After forming a terminal trench cut in part, a process of injecting impurities obliquely is performed, and p-type impurities are injected into the walls facing each other across the cut portion.

以下、図面を参照しつつ本発明を具現化した半導体装置の一例を詳細に説明する。図1は第1実施例の半導体装置100の平面図であり、図2は図1のII−II線の断面図である。正確には、図1は図2のII−II線の断面図である。ただし、図1において、ドレイン領域112に対するハッチングは省略されている。
半導体装置100は、外周104を有する半導体基板102を利用して製造されており、半導体基板102は、裏面側から表面側に向けて、nドレイン領域111、nドリフト領域112、pボディ領域141の順に積層されている。
半導体基板102の外周104の内側を外周104に沿って伸びる3重の終端トレンチ163−1〜163−3が形成されている。各々の終端トレンチ163−1〜163−3に終端絶縁領域173−1〜173−3が充填されている。各々の終端トレンチ163−1〜163−3は半導体基板102の表面101からボディ領域141を貫通してドリフト領域112に達しており、各々の終端絶縁領域173−1〜173−3もボディ領域141を貫通してドリフト領域112に達している。外側の終端絶縁領域173−3と中間の終端絶縁領域173−2は、半導体基板102の外周104に沿って一巡する閉ループ形状となっている。最も内側の終端絶縁領域173−1も、半導体基板102の外周104に沿って伸びているが、2箇所に切れ目199,199が残されており、閉ループとはなっていない。最も内側の終端絶縁領域173−1の内側に位置するボディ領域141aと外側に位置するボディ領域141bは、2箇所に切れ目199,199によって導通している。なお、中間の終端絶縁領域173−2は閉ループ形状となっているために、その内側に位置するボディ領域141bと外側に位置するボディ領域141cは絶縁されている。
終端絶縁領域173−1の〜173−3の底面に沿って、p型領域153が形成されている。p型領域153は、周囲から絶縁されたフローティング領域であり、終端絶縁領域173の下端を囲むように形成されている。p型領域153の断面は、終端トレンチの底部を中心とする半径0.6μmの略円形となっている。
Hereinafter, an example of a semiconductor device embodying the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a plan view of a semiconductor device 100 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a sectional view taken along line II-II in FIG. 1 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. However, in FIG. 1, hatching for the drain region 112 is omitted.
The semiconductor device 100 is manufactured by using a semiconductor substrate 102 having an outer periphery 104. The semiconductor substrate 102 is formed from the back surface side to the front surface side by an n + drain region 111, an n drift region 112, and a p body. The regions 141 are stacked in this order.
Triple termination trenches 163-1 to 163-3 extending along the outer periphery 104 inside the outer periphery 104 of the semiconductor substrate 102 are formed. Each termination trench 163-1 to 163-3 is filled with termination insulating regions 173-1 to 173-3. Each termination trench 163-1 to 163-3 penetrates body region 141 from surface 101 of semiconductor substrate 102 to reach drift region 112, and each termination insulating region 173-1 to 173-3 is also body region 141. And reaches the drift region 112. The outer terminal insulating region 173-3 and the intermediate terminal insulating region 173-2 have a closed loop shape that makes a circuit along the outer periphery 104 of the semiconductor substrate 102. The innermost terminal insulating region 173-1 also extends along the outer periphery 104 of the semiconductor substrate 102. However, the cuts 199 and 199 are left at two places and are not closed loops. The body region 141a located inside the innermost terminal insulating region 173-1 and the body region 141b located outside are electrically connected to each other by cuts 199 and 199. Since the intermediate terminal insulating region 173-2 has a closed loop shape, the body region 141b located inside and the body region 141c located outside are insulated.
A p-type region 153 is formed along the bottom surfaces of ˜173-3 of termination insulating region 173-1. The p-type region 153 is a floating region insulated from the surroundings, and is formed so as to surround the lower end of the termination insulating region 173. The cross section of the p-type region 153 has a substantially circular shape with a radius of 0.6 μm centered on the bottom of the termination trench.

最も内側の終端絶縁領域173−1の内側の範囲(セルエリア105)には、半導体基板102の表面101からボディ領域141を貫通してドリフト領域112に達している6本のメイントレンチ113が形成されている。各々のメイントレンチ113の少なくとも壁面は、メイン絶縁領域123で被覆されている。各々のメイントレンチ113には、メイン絶縁領域123で半導体基板102から絶縁された状態で、ゲート電極122が埋め込まれている。各々のゲート電極122は、ボディ領域141を貫通してドリフト領域112に達している。各々のメイントレンチ113は、各々のゲート電極122よりも深く伸びており、ゲート電極122が存在しない深さでは、メイン絶縁領域123で充填されている。
メイン絶縁領域123の底面に沿って、p型領域151が形成されている。p型領域151は、周囲から絶縁されたフローティング領域であり、メイン絶縁領域123の下端を囲むように形成されている。p型領域151の断面は、メイントレンチの底部を中心とする半径0.6μmの略円形となっている。
Six main trenches 113 that penetrate from the surface 101 of the semiconductor substrate 102 to the drift region 112 through the body region 141 are formed in the inner region (cell area 105) of the innermost termination insulating region 173-1. Has been. At least a wall surface of each main trench 113 is covered with a main insulating region 123. In each main trench 113, a gate electrode 122 is embedded in a state in which the main trench 113 is insulated from the semiconductor substrate 102 by the main insulating region 123. Each gate electrode 122 passes through the body region 141 and reaches the drift region 112. Each main trench 113 extends deeper than each gate electrode 122, and is filled with the main insulating region 123 at a depth where the gate electrode 122 does not exist.
A p-type region 151 is formed along the bottom surface of the main insulating region 123. The p-type region 151 is a floating region insulated from the surroundings, and is formed so as to surround the lower end of the main insulating region 123. The cross section of the p-type region 151 has a substantially circular shape with a radius of 0.6 μm centered on the bottom of the main trench.

最も内側の終端絶縁領域173−1には、ダミーゲート電極124が埋め込まれている。ダミーゲート電極124は、セルエリアに形成されているゲート電極122と同一材料で同一形状を備えている。他の終端トレンチ162−2,162−3には、終端絶縁領域173−2、173−2のみが充填されている。
半導体基板102の表面101のメイントレンチ113に隣接する位置には、nソース領域131が形成されている。またセル領域105のボディ領域141aの表面101には、pボディコンタクト領域132が形成されている。
ソース領域131とpボディコンタクト領域132の表面には、ソース電極133が形成されており、ソース電極133はソース配線Sに接続されている。ゲート電極122はゲート配線Gに接続されている。nドレイン領域111はドレイン配線Dに接続されている。ドレイン配線Dはプラスの電位に接続され、ソース電線Sは接地されて用いられる。
半導体装置100は、トランジスタ動作をする半導体構造が作り込まれているセルエリア105と、そのセルエリア195を取り囲む終端絶縁領域173−1〜173−3が形成されている終端エリア107に区分されている。
ドリフト領域112の不純物濃度は、1.5〜2.5×1016/cmであり、ボディ領域141の不純物濃度は1.0〜2.0×1017/cmであり、フローティング領域151,153の不純物濃度は、1.0〜2.0×1017/cmである。ドレイン領域111、ソース領域131、ボディコンタクト領域132の濃度はそれよりも高く、電極との間でオーミック特性が確保される。
A dummy gate electrode 124 is embedded in the innermost terminal insulating region 173-1. The dummy gate electrode 124 has the same material and the same shape as the gate electrode 122 formed in the cell area. The other termination trenches 162-2 and 162-3 are filled only with the termination insulating regions 173-2 and 173-2.
An n + source region 131 is formed at a position adjacent to the main trench 113 on the surface 101 of the semiconductor substrate 102. A p + body contact region 132 is formed on the surface 101 of the body region 141 a of the cell region 105.
A source electrode 133 is formed on the surfaces of the n + source region 131 and the p + body contact region 132, and the source electrode 133 is connected to the source line S. The gate electrode 122 is connected to the gate wiring G. The n + drain region 111 is connected to the drain wiring D. The drain wiring D is connected to a positive potential, and the source wire S is used while being grounded.
The semiconductor device 100 is divided into a cell area 105 in which a semiconductor structure that operates as a transistor is formed, and a termination area 107 in which termination insulating regions 173-1 to 173-3 surrounding the cell area 195 are formed. Yes.
The drift region 112 has an impurity concentration of 1.5 to 2.5 × 10 16 / cm 3 , the body region 141 has an impurity concentration of 1.0 to 2.0 × 10 17 / cm 3 , and the floating region 151. , 153 has an impurity concentration of 1.0 to 2.0 × 10 17 / cm 3 . The concentration of the drain region 111, the source region 131, and the body contact region 132 is higher than that, and ohmic characteristics are secured between the drain region 111, the source region 131, and the body contact region 132.

メイントレンチ113と終端トレンチ163は、同じ深さを有している。なお、ボディ領域141の厚さは1.0μmであり、メイントレンチ113と終端トレンチ163の深さは2.5μmである。メイントレンチ113同士のピッチ(隣接するメイントレンチの中心と中心の間の距離)は、2.5μmで均一である。一方、終端トレンチ163同士のピッチは、2.0μmで均一であり、メイントレンチ113同士のピッチよりも狭い。最も外側のメイントレンチ113と最も内側の終端トレンチ163−1の間のピッチは、2.5μmである。ここで、メイントレンチ113同士のピッチや、最も外側のメイントレンチ113と最も内側の終端トレンチ163−1の間のピッチや、終端トレンチ163同士のピッチなどは、前記の数値に限るものではなく、一般的に2〜3μmの範囲に設定される場合が多い。   The main trench 113 and the termination trench 163 have the same depth. The body region 141 has a thickness of 1.0 μm, and the main trench 113 and the termination trench 163 have a depth of 2.5 μm. The pitch between the main trenches 113 (the distance between the centers of adjacent main trenches) is uniform at 2.5 μm. On the other hand, the pitch between the termination trenches 163 is uniform at 2.0 μm and is narrower than the pitch between the main trenches 113. The pitch between the outermost main trench 113 and the innermost termination trench 163-1 is 2.5 μm. Here, the pitch between the main trenches 113, the pitch between the outermost main trench 113 and the innermost termination trench 163-1, the pitch between the termination trenches 163, and the like are not limited to the above values. Generally, it is often set in a range of 2 to 3 μm.

半導体装置100の構造について、図2を参照して説明したが、各構成部分はメイントレンチ113又は終端トレンチ163の延在方向に沿って略均一な構成を有している。また、一枚の半導体基板に一個の半導体装置100のみが形成されるとは限られない。一枚の半導体基板に複数個の半導体装置100が形成されることもある。あるいは一枚の半導体基板に半導体装置100とその他の半導体装置が一緒に形成されることもある。この場合の終端領域107は、半導体装置100を形成するセルアリア105を取り囲む範囲であり、必ずしも半導体基板の外周に沿って伸びる範囲であるとは限られない。   Although the structure of the semiconductor device 100 has been described with reference to FIG. 2, each component has a substantially uniform configuration along the extending direction of the main trench 113 or the termination trench 163. In addition, only one semiconductor device 100 is not necessarily formed on one semiconductor substrate. A plurality of semiconductor devices 100 may be formed on one semiconductor substrate. Alternatively, the semiconductor device 100 and other semiconductor devices may be formed together on one semiconductor substrate. The termination region 107 in this case is a range that surrounds the cell area 105 that forms the semiconductor device 100, and is not necessarily a range that extends along the outer periphery of the semiconductor substrate.

最も内側の終端絶縁領域173−1に形成されている2箇所の切断部199は、メイントレンチ113と平行に伸びている部分の略中央の位置に形成されている。以下、図3を参照しながら、最も内側の終端絶縁領域173−1の切断部199を説明する。図3は図1の半導体装置100のIII−III線の断面図である。二つの切断部199は、同じ構成と寸法を有している。切断部199は、終端絶縁領域173−1の両端面154a,154bの間に介在する半導体基板102で構成されている。終端絶縁領域173−1の両端面154a,154bは、切断部199を挟んで、向かい合っている。   Two cut portions 199 formed in the innermost terminal insulating region 173-1 are formed at a substantially central position of a portion extending in parallel with the main trench 113. Hereinafter, the cut portion 199 of the innermost terminal insulating region 173-1 will be described with reference to FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III of the semiconductor device 100 of FIG. The two cutting parts 199 have the same configuration and dimensions. The cutting part 199 is configured by the semiconductor substrate 102 interposed between both end faces 154a and 154b of the termination insulating region 173-1. Both end surfaces 154a and 154b of the terminal insulating region 173-1 are opposed to each other with the cut portion 199 interposed therebetween.

終端絶縁領域173−1の一方の端面を画定する壁面154aと、他方の端面を画定する壁面154bの間隔Gは、1.1μm以下である。
壁面154a、154bにはp型の不純物が不純物注入されている。その不純物は、斜め不純物注入方法によって、壁面154a、154bに注入されている。不純物注入領域152では抵抗が低く、最も内側の終端絶縁領域173−1よりも内側に位置しているボディ領域141aと外側に位置しているボディ領域141bを同じ電位に維持する。
不純物注入領域152の不純物濃度と厚みdは、半導体装置100の耐圧を配慮して決定されている。半導体装置100の耐圧を保持するためには、半導体装置100がオフのときに、不純物注入領域152が完全に空乏化されることが理想である。一方、終端絶縁領域173−1の内外に位置するボディ領域141aと141bを同じ電位に維持するためには、不純物濃度が高いことが好ましい。、シミュレーションによって、不純物のピーク濃度がおよそ0.7×1016/cmであり、厚みdが0.3μmであれば、耐圧と導電性を両立できることが判明している。なお、終端絶縁領域173−1の底面の周囲は、フローティング領域153で覆われている。
The distance G between the wall surface 154a that defines one end surface of the terminal insulating region 173-1 and the wall surface 154b that defines the other end surface is 1.1 μm or less.
The wall surfaces 154a and 154b are doped with p-type impurities. The impurities are implanted into the wall surfaces 154a and 154b by an oblique impurity implantation method. In the impurity implantation region 152, the resistance is low, and the body region 141a located inside the innermost termination insulating region 173-1 and the body region 141b located outside are maintained at the same potential.
The impurity concentration and thickness d of the impurity implantation region 152 are determined in consideration of the breakdown voltage of the semiconductor device 100. In order to maintain the breakdown voltage of the semiconductor device 100, it is ideal that the impurity implantation region 152 is completely depleted when the semiconductor device 100 is off. On the other hand, in order to maintain body regions 141a and 141b located inside and outside termination insulating region 173-1 at the same potential, the impurity concentration is preferably high. From the simulation, it has been found that if the peak concentration of the impurity is about 0.7 × 10 16 / cm 3 and the thickness d is 0.3 μm, both breakdown voltage and conductivity can be achieved. Note that the periphery of the bottom surface of the termination insulating region 173-1 is covered with a floating region 153.

以下実施例の半導体装置100の動作を説明する。この半導体装置100は、ソース電極配線Sが接地されてGND電位に維持され、ドレイン配線Dに正の電圧が印加された状態で用いられる。ゲート電極122に正の電圧を加えると、ゲート電極122に向かい合う領域において、ボディ領域141aが反転し、チャネルが形成されて、ソース領域131とドレイン領域111の間が導通する。ゲート電極122に正の電圧を加えなければ、ソース領域131とドレイン領域111の間に電流が流れない。半導体装置100は、トランジスタ動作をする。   The operation of the semiconductor device 100 according to the embodiment will be described below. The semiconductor device 100 is used in a state where the source electrode wiring S is grounded and maintained at the GND potential, and a positive voltage is applied to the drain wiring D. When a positive voltage is applied to the gate electrode 122, the body region 141a is inverted in a region facing the gate electrode 122, a channel is formed, and the source region 131 and the drain region 111 are electrically connected. Unless a positive voltage is applied to the gate electrode 122, no current flows between the source region 131 and the drain region 111. The semiconductor device 100 performs a transistor operation.

ゲート電極122に正の電圧が印加されないと、ドリフト領域112とボディ領域141の間のPN接合面から、ドリフト領域112とボディ領域141に向けて、空乏層が伸びる。空乏層の先端がフローティング領域151,153に到達すると、ボディ領域141とのPN接合面からフローティング領域151,153までのドリフト領域112が空乏化される。また、ドレイン配線Dに正の電圧が印加されているために、フローティング領域151,153とドリフト領域112の間のPN接合面から、ドレイン領域111に向けて空乏層がドリフト領域112内を伸びる。ボディ領域141とドリフト領域112のPN接合面と、フローティング領域151,153とドリフト領域112のPN接合面の2箇所において、電界強度はピークとなる。電界強度のピークが2箇所に分散して形成されるために、最大電界強度のピークを低下させることができる。それにより、高耐圧化が図られることができる。   When a positive voltage is not applied to gate electrode 122, a depletion layer extends from PN junction surface between drift region 112 and body region 141 toward drift region 112 and body region 141. When the tips of the depletion layers reach the floating regions 151 and 153, the drift region 112 from the PN junction surface with the body region 141 to the floating regions 151 and 153 is depleted. Further, since a positive voltage is applied to the drain wiring D, a depletion layer extends in the drift region 112 from the PN junction surface between the floating regions 151 and 153 and the drift region 112 toward the drain region 111. The electric field intensity has a peak at two locations, that is, the PN junction surface of the body region 141 and the drift region 112 and the PN junction surfaces of the floating regions 151 and 153 and the drift region 112. Since the peak of the electric field strength is dispersed and formed at two places, the peak of the maximum electric field strength can be reduced. Thereby, a high breakdown voltage can be achieved.

また、本実施例の半導体装置100では、メイントレンチ113の深部にメイン絶縁領域123が充填されていることにより次のような特性を有する。フローティング領域151は、メイントレンチ113の底部に、例えば不純物を注入して形成されるため、メイントレンチ113の底部には少なからず損傷が生じている。メイントレンチ113の深部にメイン絶縁領域123が充填されていると、メイントレンチ113の底面に生じている損傷による影響を回避し、半導体装置100の信頼性の低下を防止することができる。
また、メイントレンチ113の深部をメイン絶縁領域123で充填しない場合に比較すると、ゲート電極122が小さくなり、ゲート−ドレイン間容量Cgdが小さくなり、スイッチングスピードが速くなる。
Further, the semiconductor device 100 of the present embodiment has the following characteristics because the main insulating region 123 is filled in the deep portion of the main trench 113. Since the floating region 151 is formed, for example, by injecting impurities into the bottom of the main trench 113, the bottom of the main trench 113 is damaged to some extent. When the main insulating region 123 is filled in the deep portion of the main trench 113, the influence of damage generated on the bottom surface of the main trench 113 can be avoided, and the reliability of the semiconductor device 100 can be prevented from being lowered.
Further, as compared with the case where the deep part of the main trench 113 is not filled with the main insulating region 123, the gate electrode 122 becomes smaller, the gate-drain capacitance Cgd becomes smaller, and the switching speed becomes faster.

半導体装置100の終端エリア107では、ソース領域131もゲート電極122も形成されておらず、電流が流れない。終端トレンチ163に充填されている終端絶縁領域173が、セルエリア105のガードリングとして機能する。半導体装置100がオフのとき、セルエリア105の周辺部分に電界集中が発生しやすい。終端絶縁領域173がセルエリア105を取り囲んでいると、ドリフト領域112に形成される空乏層が終端エリア107まで広く拡がり、電界集中が緩和される。フローティング領域153によって、さらに効果的に電界集中が緩和される。終端エリア107のサイズを大きくしないで、半導体装置100の高耐圧化を図ることができる。なお終端絶縁領域173の本数は3本に限るものではない。すなわち、耐圧保持が可能であれば、終端絶縁領域173の本数を2本(最少本数)としてもよい。また、3本では耐圧が保持できなければ、3本以上にしてもよい。   In the termination area 107 of the semiconductor device 100, neither the source region 131 nor the gate electrode 122 is formed, and no current flows. A termination insulating region 173 filled in the termination trench 163 functions as a guard ring for the cell area 105. When the semiconductor device 100 is off, electric field concentration tends to occur in the peripheral portion of the cell area 105. When the termination insulating region 173 surrounds the cell area 105, a depletion layer formed in the drift region 112 extends widely to the termination area 107, and electric field concentration is reduced. The electric field concentration is more effectively mitigated by the floating region 153. The breakdown voltage of the semiconductor device 100 can be increased without increasing the size of the termination area 107. Note that the number of the terminal insulating regions 173 is not limited to three. That is, the number of the terminal insulating regions 173 may be two (the minimum number) as long as the withstand voltage can be maintained. Further, if the withstand voltage cannot be maintained with three, it may be three or more.

最も内側の終端絶縁領域173−1内にダミートレンチゲート電極124が設けられていることにより、次のような特性を有する。すなわち、最も内側の終端絶縁領域173−1の構造がメイントレンチ123の構造と同様になるため、終端絶縁領域173−1の近傍でも、空乏層が広く拡がる。そのため、終端絶縁領域173−1では、セルエリア105に形成される空乏層を終端エリア107に広げることができる。
終端エリア107では、終端絶縁領域173同士のピッチが、メイン絶縁領域123同士のピッチより小さく設定されている。半導体装置100がオフのとき、終端エリア107において空乏層の繋がりを促進し、終端領域の高耐圧化を図ることができる。
The provision of the dummy trench gate electrode 124 in the innermost termination insulating region 173-1 has the following characteristics. That is, since the structure of the innermost termination insulating region 173-1 is the same as the structure of the main trench 123, the depletion layer extends widely even in the vicinity of the termination insulating region 173-1. Therefore, the depletion layer formed in the cell area 105 can be extended to the termination area 107 in the termination insulating region 173-1.
In the termination area 107, the pitch between the termination insulating regions 173 is set smaller than the pitch between the main insulation regions 123. When the semiconductor device 100 is off, the connection of the depletion layer in the termination area 107 can be promoted, and the breakdown voltage of the termination region can be increased.

本実施例の半導体装置100では、最も内側の終端絶縁領域173−1が切断されていることによって、半導体装置100の耐圧が向上している。
終端絶縁領域173−1が切断されているために、最も内側の終端絶縁領域173−1の内側のボディ領域141a(終端絶縁領域173−1とメイン絶縁領域123と間の部分)と、外側のボディ領域141b(終端絶縁領域173−1と終端絶縁領域173−2との間の部分)が、切断部199によって導通している。内側のボディ領域141aは、ボディコンタクト領域132を介して接地されているためにGND電位に維持されている。従って、外側のボディ領域141bも概ねGND電位に維持される。半導体装置100がオフのときに、外側のボディ領域141bの電位が不安定に変動することがなく、終端絶縁領域173−1に高い電圧がかかることがない。
In the semiconductor device 100 of the present embodiment, the breakdown voltage of the semiconductor device 100 is improved by cutting the innermost terminal insulating region 173-1.
Since the terminal insulating region 173-1 is cut, the inner body region 141a (the portion between the terminal insulating region 173-1 and the main insulating region 123) inside the innermost terminal insulating region 173-1 and the outer The body region 141b (the portion between the termination insulating region 173-1 and the termination insulating region 173-2) is electrically connected by the cut portion 199. Since the inner body region 141a is grounded through the body contact region 132, it is maintained at the GND potential. Accordingly, the outer body region 141b is also generally maintained at the GND potential. When the semiconductor device 100 is off, the potential of the outer body region 141b does not fluctuate in an unstable manner, and a high voltage is not applied to the termination insulating region 173-1.

また、半導体装置100では、切断部199がメイントレンチ113と平行に伸びている部分に形成されている。これによっても、終端絶縁領域173−1がガードリングとして機能して耐圧を保持する効果が低下することを抑制している。具体的に、半導体装置100がオフのときに、メイントレンチ113に直交して伸びる辺(図1の上下を左右方向に伸びる辺)の近傍に強い電界集中が発生しやすい。それに対して、メイントレンチ113に平行に伸びる辺(図1の左右を上下方向に伸びる辺)の近傍には強い電界集中が発生しづらい。半導体装置100では、強い電界集中が発生しづらい部分に切断部199が形成されているために、終端絶縁領域173−1を切断したことによってガードリングとしての効果が低下することを抑制している。   In the semiconductor device 100, the cut portion 199 is formed at a portion extending in parallel with the main trench 113. This also prevents the termination insulating region 173-1 from functioning as a guard ring and reducing the effect of maintaining the breakdown voltage. Specifically, when the semiconductor device 100 is off, a strong electric field concentration is likely to occur in the vicinity of a side extending perpendicularly to the main trench 113 (a side extending in the horizontal direction in FIG. 1). On the other hand, strong electric field concentration hardly occurs in the vicinity of the side extending in parallel with the main trench 113 (the side extending in the vertical direction on the left and right in FIG. 1). In the semiconductor device 100, since the cut portion 199 is formed in a portion where it is difficult to generate strong electric field concentration, it is suppressed that the effect as a guard ring is reduced by cutting the terminal insulating region 173-1. .

さらに、二つの切断部199は、図1の左右を上下方向に伸びる終端絶縁領域173−1の略中央に形成されている。よって、切断部199は、電界集中が生じやすい図1の上下を左右方向に伸びる辺から離れた位置に形成されることになる。さらに、終端絶縁領域173−1と終端絶縁領域173−2の間のボディ領域141bの電位が周方向に均質に維持されやすい。それにより、終端絶縁領域173−1の逆電圧に対する耐圧特性を均一に保持することができる。   Further, the two cut portions 199 are formed at substantially the center of the terminal insulating region 173-1 extending in the vertical direction on the left and right in FIG. Therefore, the cutting part 199 is formed at a position away from the side extending in the left-right direction in FIG. Furthermore, the potential of the body region 141b between the termination insulating region 173-1 and the termination insulating region 173-2 is easily maintained uniformly in the circumferential direction. Thereby, the withstand voltage characteristic with respect to the reverse voltage of the termination insulating region 173-1 can be maintained uniformly.

ドレイン領域112の比抵抗が0.1〜0.5Ω・cmである場合、切断部199の長さG(終端絶縁領域173−1の両端面154a,154b間の距離)は1.1μm以下であることが好ましい。この場合、シミュレーションによって、半導体装置100がオフのときに、終端絶縁領域173−1の両端面154a,154bから広がる空乏層が繋がることが確認されている。それにより、終端絶縁領域173−1が切断されることによって、ガードリングとしての効果を低下させることがほぼない。特に、切断部199の長さが1.1μmであるときに、切断部199の電気抵抗が十分に小さくなるために、終端絶縁領域173−1が逆電圧に対する耐圧特性を十分に得ることができる。   When the specific resistance of the drain region 112 is 0.1 to 0.5 Ω · cm, the length G of the cut portion 199 (distance between both end surfaces 154a and 154b of the termination insulating region 173-1) is 1.1 μm or less. Preferably there is. In this case, it is confirmed by simulation that depletion layers extending from both end faces 154a and 154b of the termination insulating region 173-1 are connected when the semiconductor device 100 is off. Thereby, the termination insulating region 173-1 is cut, so that the effect as a guard ring is hardly lowered. In particular, when the length of the cut portion 199 is 1.1 μm, the electrical resistance of the cut portion 199 is sufficiently small, so that the termination insulating region 173-1 can sufficiently obtain a withstand voltage characteristic against a reverse voltage. .

以下図4及び図5を参照して実施例のゲート半導体100の効果を検証する。図4は半導体装置に70Vの逆電圧を加えたときに空乏層が広がる範囲を示す図であり、(a)は図7のような従来の半導体装置500の場合を示す図であり、(b)は実施例の半導体装置100の場合を示す図である。図4の座標Zは半導体基板の表面からの深さ(μm)を指し、ハッチングで示す領域は空乏層が広がる部分であり、白抜きの部分は空乏層が広がらない部分である。
図5は70Vの逆電圧を加えたときに、図4のC−C線に沿った電位分布を示すグラフであり、(a)は図7のような従来の半導体装置500の電位分布をを示す図であり、(b)は実施例の半導体装置100の電位分布を示す図である。図5で、座標Yは電位(V)を指し、座標Zは図4のZ軸に対応する深さ(μm)を指す。なお、図4と図5はシミュレーションによる結果である。
Hereinafter, the effect of the gate semiconductor 100 of the embodiment will be verified with reference to FIGS. FIG. 4 is a diagram showing a range where a depletion layer expands when a reverse voltage of 70 V is applied to the semiconductor device, and FIG. 4A is a diagram showing a case of a conventional semiconductor device 500 as shown in FIG. ) Is a diagram showing a case of the semiconductor device 100 of the example. The coordinate Z in FIG. 4 indicates the depth (μm) from the surface of the semiconductor substrate, the hatched region is a portion where the depletion layer extends, and the white portion is a portion where the depletion layer does not spread.
FIG. 5 is a graph showing the potential distribution along the line CC in FIG. 4 when a reverse voltage of 70 V is applied. FIG. 5A shows the potential distribution of the conventional semiconductor device 500 as shown in FIG. FIG. 6B is a diagram illustrating a potential distribution of the semiconductor device 100 according to the embodiment. In FIG. 5, the coordinate Y indicates the potential (V), and the coordinate Z indicates the depth (μm) corresponding to the Z axis in FIG. 4 and 5 are the results of simulation.

従来の半導体装置500の場合、半導体装置500がオフのときに、図4(a)に示すように、最も内側の終端絶縁領域573−1とその外側の終端絶縁領域573−2の間のボディ領域541bが周囲から絶縁されているために、ボディ領域541b内の電子が脱出し難く、空乏層が充分に拡がらない。そのために、ボディ領域541bの直下のドリフト領域512でも空乏層が十分に広がることができない(サークルNに注目)。空乏化される領域のみで電位を保持することできるために、空乏化される領域での電界が集中することになる。
また、C−C線に沿った電位分布は、図5(a)に示すように、最も内側の終端絶縁領域573−1とその外側の終端絶縁領域573−2の間のボディ領域541bがフローティング状態であるために、その電位がGND電位に落ちることができない。サークルMで示す深さで50Vの電位になっている。このときに、ダミートレンチゲート電極524の電位はGND電位になっているために、サークルM(図8も参照)では、ダミートレンチゲート電極524のコーナ部とボディ領域541bを絶縁している薄い終端絶縁領域573−1に、50V程度の逆電圧が印加されることになる。この逆電圧は、薄い終端絶縁領域573−1を破壊する可能性がある。
In the case of the conventional semiconductor device 500, when the semiconductor device 500 is off, as shown in FIG. 4A, the body between the innermost terminal insulating region 573-1 and the outer terminal insulating region 573-2 is provided. Since the region 541b is insulated from the surroundings, electrons in the body region 541b are difficult to escape, and the depletion layer does not expand sufficiently. For this reason, the depletion layer cannot sufficiently spread even in the drift region 512 immediately below the body region 541b (note the circle N). Since the potential can be held only in the depleted region, the electric field in the depleted region is concentrated.
Further, as shown in FIG. 5A, the potential distribution along the line C-C indicates that the body region 541b between the innermost terminal insulating region 573-1 and the outer terminal insulating region 573-2 floats. Since this is a state, the potential cannot fall to the GND potential. The electric potential is 50 V at the depth indicated by the circle M. At this time, since the potential of the dummy trench gate electrode 524 is the GND potential, in the circle M (see also FIG. 8), the thin end that insulates the corner portion of the dummy trench gate electrode 524 and the body region 541b. A reverse voltage of about 50 V is applied to the insulating region 573-1. This reverse voltage can destroy the thin termination insulating region 573-1.

一方、実施例の半導体装置100の場合、半導体装置100がオフのときに、図4(b)に示すように、最も内側の終端絶縁領域173−1とその外側の終端絶縁領域173−2の間のボディ領域141bにおいて、空乏層が十分に広がることができる。そのために、ボディ領域141bの直下のドリフト領域112でも空乏層が十分に広がることができる(サークルNに注目)。
また、C−C線に沿った電位分布は、図5(b)に示すように、半導体装置100がオフのときに、最も内側の終端絶縁領域173−1とその外側の終端絶縁領域173−2の間のボディ領域141bにおいて、その電位がGND電位に近い値にまで落ちることができる。結果として、サークルM(図8も参照)の深さでの電位が30V程度に落ちっている。この場合、ダミートレンチゲート電極124のコーナ部とボディ領域141bを絶縁している薄い終端絶縁領域173−1にかかる逆電圧が30ボルト程度に低減される。このために、終端絶縁領域173−1が逆電圧にによって破壊される可能性は低い。
On the other hand, in the case of the semiconductor device 100 of the embodiment, when the semiconductor device 100 is off, as shown in FIG. 4B, the innermost terminal insulating region 173-1 and the outer terminal insulating region 173-2 are separated. In the intermediate body region 141b, the depletion layer can sufficiently spread. Therefore, the depletion layer can be sufficiently expanded even in the drift region 112 immediately below the body region 141b (note the circle N).
Further, as shown in FIG. 5B, the potential distribution along the line C-C shows that the innermost terminal insulating region 173-1 and the outer terminal insulating region 173- 3 when the semiconductor device 100 is off. In the body region 141b between 2, the potential can drop to a value close to the GND potential. As a result, the potential at the depth of the circle M (see also FIG. 8) drops to about 30V. In this case, the reverse voltage applied to the thin termination insulating region 173-1 that insulates the corner portion of the dummy trench gate electrode 124 from the body region 141b is reduced to about 30 volts. For this reason, the possibility that the terminal insulating region 173-1 is destroyed by the reverse voltage is low.

以上本発明を具現化する半導体装置を説明したが、本発明の半導体装置は、前記の具体的な構成に限定されるものではない。特に、切断部199の個数や形成位置や長さGなどが、実施例のように限定されなくても、本発明の効果を発揮することができる。例えば、図6に示すように、切断部199がメイントレンチと直交して伸びる辺に沿った位置に形成されていてもよい。
また、各半導体領域については,P型とN型とを入れ替えてもよい。また、絶縁領域については,酸化膜に限らず、窒化膜等の他の種類の絶縁膜でもよいし、複合膜でもよい。また、半導体についても,シリコンに限らず、他の種類の半導体(SiC,GaN,GaAs等)であってもよい。また、実施の形態の半導体装置は、伝導度変調型パワーIGBTに対しても適用可能である。
Although the semiconductor device embodying the present invention has been described above, the semiconductor device of the present invention is not limited to the specific configuration described above. In particular, the effects of the present invention can be exhibited even if the number, the forming position, the length G, and the like of the cutting portions 199 are not limited as in the embodiment. For example, as shown in FIG. 6, the cutting part 199 may be formed at a position along a side extending perpendicular to the main trench.
For each semiconductor region, the P-type and N-type may be interchanged. In addition, the insulating region is not limited to the oxide film, and may be another type of insulating film such as a nitride film or a composite film. Also, the semiconductor is not limited to silicon, but may be other types of semiconductors (SiC, GaN, GaAs, etc.). The semiconductor device of the embodiment can also be applied to a conductivity modulation type power IGBT.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology illustrated in the present specification or the drawings achieves a plurality of objects at the same time, and has technical utility by achieving one of the objects.

本発明の実施例の半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor device of the Example of this invention. 図1のII−II線の断面図である。It is sectional drawing of the II-II line of FIG. 図1のIII−III線の断面図である。It is sectional drawing of the III-III line | wire of FIG. 半導体装置の空乏層を示す図であり、(a)は従来の半導体装置を示す図であり、(b)は実施例の半導体装置を示す図である。It is a figure which shows the depletion layer of a semiconductor device, (a) is a figure which shows the conventional semiconductor device, (b) is a figure which shows the semiconductor device of an Example. 半導体装置の厚さ方向の電位分布を示すグラフであり、(a)は従来の半導体装置を示す図であり、(b)は実施例の半導体装置を示す図である。It is a graph which shows the electric potential distribution of the thickness direction of a semiconductor device, (a) is a figure which shows the conventional semiconductor device, (b) is a figure which shows the semiconductor device of an Example. 本発明の変形例の半導体装置を示す平面図である。It is a top view which shows the semiconductor device of the modification of this invention. 従来の半導体装置の平面図である。It is a top view of the conventional semiconductor device. 図7のVIII−VIII線の断面図である。It is sectional drawing of the VIII-VIII line of FIG.

符号の説明Explanation of symbols

100: 半導体装置
101: 表面
102: 半導体基板
104: 外周
105: セルエリア
107: 終端エリア
111: ドレイン領域
112: ドリフト領域
122: トレンチゲート電極
124: ダミートレンチゲート電極
131: ソース領域
132: ボデイコンタクト領域
133: ソース電極
141: ボディ領域
D : ドレイン配線
S : ソース配線
G : ゲート配線
113: メイントレンチ
123: メイン絶縁領域
151: フローティング領域
152: 不純物注入領域
153: フローティング領域
163: 終端トレンチ
173: 終端絶縁領域
199: 切断部
100: Semiconductor device 101: Surface 102: Semiconductor substrate 104: Perimeter 105: Cell area 107: Termination area 111: Drain region 112: Drift region 122: Trench gate electrode 124: Dummy trench gate electrode 131: Source region 132: Body contact region 133: Source electrode 141: Body region D: Drain wiring S: Source wiring G: Gate wiring 113: Main trench 123: Main insulation region 151: Floating region 152: Impurity implantation region 153: Floating region 163: Termination trench 173: Termination insulation Area 199: cutting part

Claims (4)

第2導電型のドリフト領域の表面に第1導電型のボディ領域が積層されている半導体基板と、
半導体装置として機能する半導体構造が作り込まれているセルエリアを取り囲んで伸びているとともに、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達している少なくとも2重の終端トレンチと、
各々の終端トレンチを充填している終端絶縁領域を備えており、
少なくとも最も内側の終端絶縁領域は、セルエリアの外側を一巡するループの少なくとも1箇所で切断されており、
前記の最も内側の終端絶縁領域の内外に位置するボディ領域同士の導通が確保されており
前記の最も内側の終端絶縁領域の内側の半導体基板には、
半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているメイントレンチと、
メイントレンチの少なくとも壁面を被覆しているメイン絶縁領域と、
メイン絶縁領域によって半導体基板から絶縁された状態でメイントレンチ内に収容されており、半導体基板の表面からボディ領域を貫通してドリフト領域に達しているゲート電極と、
半導体基板の表面のメイントレンチに隣接する位置に形成されている第2導電型のソース領域と、
ボディ領域の表面に形成されているとともに、第1導電型の不純物を高濃度に含むボディコンタクト領域と、
ソース領域とボディコンタクト領域に導通しているソース電極を備える半導体構造が形成されており、その半導体構造はトランジスタ動作をし、
前記の最も内側の終端絶縁領域は、その内側に形成されているメイントレンチと平行に伸びている位置で切断されていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate in which a body region of the first conductivity type is stacked on the surface of the drift region of the second conductivity type;
At least double termination trenches extending around a cell area in which a semiconductor structure functioning as a semiconductor device is built, and reaching the drift region from the surface of the semiconductor substrate through the body region;
Comprising a termination insulating region filling each termination trench;
At least the innermost terminal insulating region is cut at at least one point in a loop that goes around the outside of the cell area,
Conduction are ensured in the body region between the positions inside and outside the innermost end insulating region of the,
In the semiconductor substrate inside the innermost termination insulating region,
A main trench that reaches the drift region through the body region from the surface of the semiconductor substrate;
A main insulating region covering at least the wall surface of the main trench;
A gate electrode which is housed in the main trench in a state insulated from the semiconductor substrate by the main insulating region, and penetrates the body region from the surface of the semiconductor substrate to the drift region;
A source region of a second conductivity type formed at a position adjacent to the main trench on the surface of the semiconductor substrate;
A body contact region formed on the surface of the body region and containing a first conductivity type impurity at a high concentration;
A semiconductor structure is formed that includes a source electrode that is electrically connected to the source region and the body contact region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the innermost terminal insulating region is cut at a position extending in parallel with a main trench formed inside the terminal insulating region .
前記の最も内側の終端絶縁領域に、前記ゲート電極と同じ材質の導体が、前記ゲート電極と同じ深さまで埋め込まれていることを特徴とする請求項の半導体装置。 The innermost end insulating region of the conductor of the same material as the gate electrode, the semiconductor device according to claim 1, characterized in that embedded to the same depth as the gate electrode. 前記の最も内側の終端絶縁領域は、1.1μm以下の幅のボディ領域を残して切断されていることを特徴とする請求項1又は2の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the innermost terminal insulating region is cut leaving a body region having a width of 1.1 [mu] m or less. 前記の最も内側の終端絶縁領域を構成する終端トレンチの切断箇所を挟んで向かい合う壁に、第1導電型の不純物が注入されていることを特徴とする請求項1〜のいずれかの半導体装置。 The wall facing across the cut portion of the terminal trench constituting the innermost end insulating region of the, or of a semiconductor device according to claim 1 to 3 in which the impurity of the first conductivity type is characterized in that it is injected .
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JP4538211B2 (en) * 2003-10-08 2010-09-08 トヨタ自動車株式会社 Insulated gate semiconductor device and manufacturing method thereof
JP4721653B2 (en) * 2004-05-12 2011-07-13 トヨタ自動車株式会社 Insulated gate semiconductor device
JP4414863B2 (en) * 2004-10-29 2010-02-10 トヨタ自動車株式会社 Insulated gate semiconductor device and manufacturing method thereof
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