Deprecated: The each() function is deprecated. This message will be suppressed on further calls in /home/zhenxiangba/zhenxiangba.com/public_html/phproxy-improved-master/index.php on line 456
JP6964564B2 - Semiconductor device - Google Patents
[go: Go Back, main page]

JP6964564B2 - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP6964564B2
JP6964564B2 JP2018137029A JP2018137029A JP6964564B2 JP 6964564 B2 JP6964564 B2 JP 6964564B2 JP 2018137029 A JP2018137029 A JP 2018137029A JP 2018137029 A JP2018137029 A JP 2018137029A JP 6964564 B2 JP6964564 B2 JP 6964564B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diffusion region
trench
terminal
voltage
mosfet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2018137029A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020013959A (en
Inventor
知秀 寺島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2018137029A priority Critical patent/JP6964564B2/en
Publication of JP2020013959A publication Critical patent/JP2020013959A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6964564B2 publication Critical patent/JP6964564B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

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

Description

本願明細書に開示される技術は、半導体装置に関するものである。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices.

junction field effect transistor(JFET)と、JFETのソース端子にドレイン端子が接続される金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor、すなわち、MOSFET)とを備える半導体装置において、接合電位(Vj)とソース電圧(Vs)とが短絡(ショート)されている場合、MOSFETのオン状態が保たれたままドレイン電圧(Vd)が上昇していくと、ドレイン電圧(Vd)が一定値以上になるとドレイン電流(Id)が大きくなりすぎて飽和する(すなわち、過電流状態となる)。この状態では、自己発熱などによってMOSFETの素子破壊(具体的には、短絡破壊)が発生する。 In a semiconductor device including a junction field effect transistor (JFET) and a metal-oxide-semicon field effect transistor (that is, MOSFET) in which a drain terminal is connected to a source terminal of the JFET. When the junction potential (Vj) and the source voltage (Vs) are short-circuited (short-circuited), the drain voltage (Vd) increases as the drain voltage (Vd) rises while the MOSFET is kept on. When it exceeds a certain value, the drain current (Id) becomes too large and saturates (that is, an overcurrent state occurs). In this state, MOSFET element destruction (specifically, short-circuit destruction) occurs due to self-heating or the like.

そのため、従来は、過電流状態を検出してゲート電圧(Vg)を低下させるなどの措置をとることによって、MOSFETの素子破壊を防止していた(たとえば、特許文献1を参照)。 Therefore, conventionally, the element destruction of the MOSFET has been prevented by taking measures such as detecting an overcurrent state and lowering the gate voltage (Vg) (see, for example, Patent Document 1).

特開2012−191320号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-191320

半導体素子の低オン抵抗化によって、ドレイン電圧(Vd)が上昇していく際のドレイン電流(Id)の上昇は、より急峻なものとなる。また、半導体素子の低オン抵抗化によって、ドレイン電流(Id)の電流値自体も大きくなる。 Due to the low on-resistance of the semiconductor element, the rise of the drain current (Id) when the drain voltage (Vd) rises becomes steeper. Further, as the on-resistance of the semiconductor element is lowered, the current value of the drain current (Id) itself becomes large.

そのため、素子破壊が生じない範囲で過電流状態が許容される時間はより短くなる。このため、半導体素子の低オン抵抗化と半導体素子の過電流保護との両立は本質的にトレードオフの関係にあり、両者を同時に改善することは困難であった。 Therefore, the time during which the overcurrent state is allowed is shorter as long as the element is not destroyed. For this reason, there is essentially a trade-off between lowering the on-resistance of the semiconductor element and protecting the overcurrent of the semiconductor element, and it has been difficult to improve both at the same time.

本願明細書に開示される技術は、以上に記載されたような問題を解決するためになされたものであり、半導体装置において過電流保護と低オン抵抗化とを両立させる技術を提供することを目的とするものである。 The technique disclosed in the present specification has been made in order to solve the above-mentioned problems, and provides a technique for achieving both overcurrent protection and low on-resistance in a semiconductor device. It is the purpose.

本願明細書に開示される技術の第1の態様は、第1の導電型の第1の半導体層と、前記第1の半導体層の表層に形成される、第2の導電型の第1の拡散領域と、前記第1の拡散領域の表層に形成される、第1の導電型の第2の拡散領域と、前記第2の拡散領域の上面から前記第1の半導体層に達して形成される、トレンチと、前記トレンチ内に形成されるゲート酸化膜と、前記トレンチ内において、前記ゲート酸化膜に少なくとも一部を囲まれて形成されるゲート電極と、前記第1の拡散領域の上面と前記第2の拡散領域の上面とに跨って形成される、上面電極と、前記トレンチの下方から前記トレンチの下面に接触して形成される第2の導電型の第3の拡散領域と、前記上面電極とは電気的に独立する、前記第3の拡散領域に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、前記第3の拡散領域は、前記トレンチ外において前記トレンチの下面および一方の側面に沿って形成され、かつ、前記第1の拡散領域の下面に接触して形成され、前記第3の拡散領域が接触する前記第1の拡散領域の表層に形成される前記第2の拡散領域は、前記ゲート電極と電気的に接続される。 A first aspect of the technique disclosed in the present specification is a first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type first semiconductor layer formed on the surface layer of the first semiconductor layer. The diffusion region, the first conductive type second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region, and the first semiconductor layer formed from the upper surface of the second diffusion region. A trench, a gate oxide film formed in the trench, a gate electrode formed in the trench surrounded by at least a part of the gate oxide film, and an upper surface of the first diffusion region. A top electrode formed over the upper surface of the second diffusion region, a second conductive type third diffusion region formed in contact with the lower surface of the trench from below the trench, and the above. It is provided with a first voltage applying portion for applying a voltage to the third diffusion region, which is electrically independent of the top electrode, and the third diffusion region is outside the trench and includes the lower surface of the trench and the lower surface of the trench. The second, which is formed along one side surface and is formed in contact with the lower surface of the first diffusion region, and is formed on the surface layer of the first diffusion region with which the third diffusion region is in contact. diffusion region of the Ru is connected to the gate electrode and electrically.

本願明細書に開示される技術の第1の態様によれば、第3の拡散領域の電位を、上面電極とは電気的に独立する第1の電圧印加部によって独立して制御することによって、半導体装置の低オン抵抗と過電流保護との両立が可能となる。 According to a first state like the techniques disclosed herein, by the potential of the third diffusion region and the upper electrode is controlled independently by the first voltage applying unit that electrically independent , It is possible to achieve both low on-resistance of semiconductor devices and overcurrent protection.

また、本願明細書に開示される技術に関する目的と、特徴と、局面と、利点とは、以下に示される詳細な説明と添付図面とによって、さらに明白となる。 Also, the objectives, features, aspects and advantages of the technology disclosed herein will be further clarified by the detailed description and accompanying drawings set forth below.

実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 図1に示された構造の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the structure shown in FIG. 半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each terminal voltage in the operating state of a semiconductor device. 半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each terminal voltage in the operating state of a semiconductor device. 半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each terminal voltage in the operating state of a semiconductor device. 実施の形態に関する半導体装置の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する半導体装置の回路を示す図である。It is a figure which shows the circuit of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。It is sectional drawing which shows typically the example of the structure of the semiconductor device which concerns on embodiment. 図17に示された構造の等価回路を示す図である。It is a figure which shows the equivalent circuit of the structure shown in FIG. 半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。It is a figure which shows the example of each terminal voltage in the operating state of a semiconductor device. 実施の形態に関する、Vj端子の形態の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the example of the form of the Vj terminal which concerns on embodiment. 実施の形態に関する、Vj端子の形態の例を示す平面図である。It is a top view which shows the example of the form of the Vj terminal which concerns on embodiment.

以下、添付される図面を参照しながら実施の形態について説明する。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the attached drawings.

なお、図面は概略的に示されるものであり、説明の便宜のため、適宜、構成の省略、または、構成の簡略化がなされるものである。また、異なる図面にそれぞれ示される構成などの大きさおよび位置の相互関係は、必ずしも正確に記載されるものではなく、適宜変更され得るものである。また、断面図ではない平面図などの図面においても、実施の形態の内容を理解することを容易にするために、ハッチングが付される場合がある。 It should be noted that the drawings are shown schematically, and for convenience of explanation, the configuration is omitted or the configuration is simplified as appropriate. Further, the interrelationship between the sizes and positions of the configurations and the like shown in different drawings is not always accurately described and can be changed as appropriate. Further, even in a drawing such as a plan view which is not a cross-sectional view, hatching may be added to facilitate understanding of the contents of the embodiment.

また、以下に示される説明では、同様の構成要素には同じ符号を付して図示し、それらの名称と機能とについても同様のものとする。したがって、それらについての詳細な説明を、重複を避けるために省略する場合がある。 Further, in the description shown below, similar components are illustrated with the same reference numerals, and their names and functions are also the same. Therefore, detailed description of them may be omitted to avoid duplication.

また、以下に記載される説明において、「上」、「下」、「左」、「右」、「側」、「底」、「表」または「裏」などの特定の位置と方向とを意味する用語が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、実際に実施される際の方向とは関係しないものである。 Also, in the description described below, a specific position and direction such as "top", "bottom", "left", "right", "side", "bottom", "front" or "back". Even if terms that mean are used, these terms are used for convenience to facilitate understanding of the content of the embodiments and have nothing to do with the direction in which they are actually implemented. It doesn't.

また、以下に記載される説明において、「第1の」、または、「第2の」などの序数が用いられる場合があっても、これらの用語は、実施の形態の内容を理解することを容易にするために便宜上用いられるものであり、これらの序数によって生じ得る順序などに限定されるものではない。 Also, even if ordinal numbers such as "first" or "second" may be used in the description described below, these terms should be used to understand the content of the embodiment. It is used for convenience for ease of use, and is not limited to the order that can occur due to these ordinals.

<第1の実施の形態>
以下、本実施の形態に関する半導体装置について説明する。説明の便宜上、まず、接合電位(Vj)とソース電圧(Vs)とが短絡(ショート)されている半導体装置の構成の例について説明する。
<First Embodiment>
Hereinafter, the semiconductor device according to the present embodiment will be described. For convenience of explanation, first, an example of the configuration of a semiconductor device in which the junction potential (Vj) and the source voltage (Vs) are short-circuited will be described.

図17は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。また、図18は、図17に示された構造の等価回路を示す図である。また、図19は、半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。 FIG. 17 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. Further, FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit having the structure shown in FIG. Further, FIG. 19 is a diagram showing an example of each terminal voltage in the operating state of the semiconductor device.

図17に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n+型の半導体基板1の上面に形成されたn−型の半導体層2と、n−型の半導体層2の表層に形成されたp型の拡散領域3と、p型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4と、n+型の拡散領域4の上面からn−型の半導体層2内に渡るトレンチ100の下方からトレンチ100の下面に接触して形成されたp型の拡散領域6と、トレンチ100内に形成されたゲート酸化膜101と、トレンチ100内においてゲート酸化膜101に囲まれて形成されたゲート電極5と、p型の拡散領域3の上面とn+型の拡散領域4の上面とに跨って形成されたソース電極7と、n+型の半導体基板1の下面に接触して形成されたドレイン電極8とを備える。 As an example is shown in FIG. 17, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2 formed on the upper surface of the n + type semiconductor substrate 1, and n−. The p-type diffusion region 3 formed on the surface layer of the type semiconductor layer 2, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3, and n− from the upper surface of the n + type diffusion region 4. A p-type diffusion region 6 formed in contact with the lower surface of the trench 100 from below the trench 100 extending into the semiconductor layer 2 of the mold, a gate oxide film 101 formed in the trench 100, and a gate in the trench 100. A gate electrode 5 formed surrounded by an oxide film 101, a source electrode 7 formed straddling the upper surface of a p-type diffusion region 3 and an upper surface of an n + type diffusion region 4, an n + type semiconductor substrate 1 A drain electrode 8 formed in contact with the lower surface of the surface is provided.

ここで、p型の拡散領域6は、ソース電極7に電気的に接続されている。また、p型の拡散領域6は、p型の拡散領域6の上面に形成されたゲート酸化膜101が、ゲート−ドレイン間の電界によって破壊されることを防ぐために用いられる。 Here, the p-type diffusion region 6 is electrically connected to the source electrode 7. Further, the p-type diffusion region 6 is used to prevent the gate oxide film 101 formed on the upper surface of the p-type diffusion region 6 from being destroyed by the electric field between the gate and the drain.

図18は、図17に示された構造の等価回路を示す図である。図18に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、junction field effect transistor(JFET)200と、JFET200のソース端子にドレイン端子が接続される金属−酸化膜−半導体電界効果トランジスタ(metal−oxide−semiconductor field−effect transistor、すなわち、MOSFET)201とを備える。 FIG. 18 is a diagram showing an equivalent circuit having the structure shown in FIG. As an example shown in FIG. 18, the semiconductor device according to the present embodiment includes a junction field effect transistor (JFET) 200 and a metal-oxide film-semiconductor field effect transistor (JFET) in which a drain terminal is connected to a source terminal of the JFET 200. It includes a metal-axis-semiconductor field-effect transistor, that is, a MOSFET) 201.

JFET200は、p型の拡散領域6をゲート電極とする構成として形成されている。また、MOSFET201は、ゲート電極5を有する構成として形成されている。 The JFET 200 is formed so as to have a p-type diffusion region 6 as a gate electrode. Further, the MOSFET 201 is formed as having a gate electrode 5.

図17に例が示されたように、p型の拡散領域6(接合電位(Vj))とp型の拡散領域3(ソース電圧(Vs))とが短絡(ショート)されていることから、常に、以下の関係式が成り立つ。 As an example is shown in FIG. 17, the p-type diffusion region 6 (junction potential (Vj)) and the p-type diffusion region 3 (source voltage (Vs)) are short-circuited (short-circuited). The following relational expression always holds.

Figure 0006964564
Figure 0006964564

ここで、MOSFET201のオン状態が保たれたままドレイン電圧(Vd)が上昇していく場合、すなわち、短絡状態に至る場合を考える。図19は、このような場合の、それぞれの端子電圧の例を示す図である。図19において、縦軸はドレイン電流(Id)または接合電位(Vj)を示し、横軸はドレイン電圧(Vd)を示す。 Here, consider a case where the drain voltage (Vd) rises while the ON state of the MOSFET 201 is maintained, that is, a case where a short-circuit state is reached. FIG. 19 is a diagram showing an example of each terminal voltage in such a case. In FIG. 19, the vertical axis represents the drain current (Id) or the junction potential (Vj), and the horizontal axis represents the drain voltage (Vd).

図19に例が示されるように、ドレイン電圧(Vd)が一定値以上になるとドレイン電流(Id)が大きくなりすぎて飽和する(すなわち、過電流状態となる)。この状態では、自己発熱などによってMOSFET201の素子破壊(具体的には、短絡破壊)が発生する。 As an example is shown in FIG. 19, when the drain voltage (Vd) exceeds a certain value, the drain current (Id) becomes too large and saturates (that is, an overcurrent state occurs). In this state, element destruction (specifically, short-circuit destruction) of the MOSFET 201 occurs due to self-heating or the like.

そのため、従来は、過電流状態を検出してゲート電圧(Vg)を素早く低下させるなどの措置をとることによって、MOSFET201の素子破壊を防止していた。 Therefore, conventionally, the element destruction of the MOSFET 201 has been prevented by taking measures such as detecting an overcurrent state and quickly lowering the gate voltage (Vg).

半導体素子の低オン抵抗化によって、ドレイン電圧(Vd)が上昇していく際のドレイン電流(Id)の上昇は、より急峻なものとなる。また、半導体素子の低オン抵抗化によって、ドレイン電流(Id)の電流値自体も大きくなる。 Due to the low on-resistance of the semiconductor element, the rise of the drain current (Id) when the drain voltage (Vd) rises becomes steeper. Further, as the on-resistance of the semiconductor element is lowered, the current value of the drain current (Id) itself becomes large.

そのため、素子破壊が生じない範囲で過電流状態が許容される時間はより短くなる。このため、半導体素子の低オン抵抗化と半導体素子の過電流保護との両立は本質的にトレードオフの関係にあり、両者を同時に改善することは困難であった。 Therefore, the time during which the overcurrent state is allowed is shorter as long as the element is not destroyed. For this reason, there is essentially a trade-off between lowering the on-resistance of the semiconductor element and protecting the overcurrent of the semiconductor element, and it has been difficult to improve both at the same time.

<半導体装置の構成について>
図1は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図1に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n+型の半導体基板1の上面に形成されたn−型の半導体層2と、n−型の半導体層2の表層に形成されたp型の拡散領域3と、p型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4と、n+型の拡散領域4の上面からn−型の半導体層2内に渡るトレンチ100の下方からトレンチ100の下面に接触して形成されたp型の拡散領域6と、トレンチ100内に形成されたゲート酸化膜101と、トレンチ100内においてゲート酸化膜101に囲まれて形成されたゲート電極5と、p型の拡散領域3の上面とn+型の拡散領域4の上面とに跨って形成されたソース電極7と、n+型の半導体基板1の下面に接触して形成されたドレイン電極8と、p型の拡散領域6に電圧を印加するためのVj端子とを備える。なお、Vj端子に外部から印加される電圧は、p型の拡散領域6に印加される電圧となる。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing an example of a configuration of a semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 1, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2 formed on the upper surface of the n + type semiconductor substrate 1, and n−. The p-type diffusion region 3 formed on the surface layer of the type semiconductor layer 2, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3, and n− from the upper surface of the n + type diffusion region 4. A p-type diffusion region 6 formed in contact with the lower surface of the trench 100 from below the trench 100 extending into the semiconductor layer 2 of the mold, a gate oxide film 101 formed in the trench 100, and a gate in the trench 100. A gate electrode 5 formed surrounded by an oxide film 101, a source electrode 7 formed straddling the upper surface of a p-type diffusion region 3 and an upper surface of an n + type diffusion region 4, an n + type semiconductor substrate 1 A drain electrode 8 formed in contact with the lower surface of the semiconductor device and a Vj terminal for applying a voltage to the p-type diffusion region 6 are provided. The voltage applied to the Vj terminal from the outside is the voltage applied to the p-type diffusion region 6.

ここで、p型の拡散領域6は、ソース電極7に電気的に接続されていない。すなわち、p型の拡散領域6に印加される接合電位(Vj)は、Vj端子を介して、ソース電圧(Vs)とは独立して制御可能である。 Here, the p-type diffusion region 6 is not electrically connected to the source electrode 7. That is, the junction potential (Vj) applied to the p-type diffusion region 6 can be controlled independently of the source voltage (Vs) via the Vj terminal.

また、図20は、本実施の形態に関するVj端子の形態の例を示す断面図である。図20に例が示されるように、p型の拡散領域3aがn−型の半導体層2の表層における手前側に形成され、p型の拡散領域3aの上面にはソース電極7(ここでは、図示しない)が形成される。 Further, FIG. 20 is a cross-sectional view showing an example of the form of the Vj terminal according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 20, a p-type diffusion region 3a is formed on the front side of the surface layer of the n-type semiconductor layer 2, and a source electrode 7 (here, here) is formed on the upper surface of the p-type diffusion region 3a. (Not shown) is formed.

一方で、図20に例が示されるように、p型の拡散領域3bがn−型の半導体層2の表層における奥側に形成され、p型の拡散領域3bが接触するトレンチ100の側壁にもp型の拡散領域6が形成されることによって、トレンチ100の下面に位置するp型の拡散領域6とVj端子(ここでは、図示しない)とが接続される。 On the other hand, as shown in FIG. 20, a p-type diffusion region 3b is formed on the inner side of the surface layer of the n-type semiconductor layer 2, and is formed on the side wall of the trench 100 in contact with the p-type diffusion region 3b. By forming the p-type diffusion region 6, the p-type diffusion region 6 located on the lower surface of the trench 100 and the Vj terminal (not shown here) are connected.

また、図21は、本実施の形態に関するVj端子の形態の例を示す平面図である。図20においては、p型の拡散領域3aの形成領域と、p型の拡散領域3bの形成領域とが、n−型の半導体層2の表層における手前側と奥側とに分かれていたが、図21に例が示されるように、互いに離間しつつ、複雑に入り組んだ形成領域がそれぞれ形成されていてもよい。 Further, FIG. 21 is a plan view showing an example of the form of the Vj terminal according to the present embodiment. In FIG. 20, the formation region of the p-type diffusion region 3a and the formation region of the p-type diffusion region 3b are divided into a front side and a back side in the surface layer of the n-type semiconductor layer 2. As an example is shown in FIG. 21, intricately intricate forming regions may be formed while being separated from each other.

図2は、図1に示された構造の等価回路を示す図である。図2におけるJFET200は、p型の拡散領域6をゲート電極とする構成として形成されている。Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に電圧が印加される。 FIG. 2 is a diagram showing an equivalent circuit having the structure shown in FIG. The JFET 200 in FIG. 2 is formed so as to have a p-type diffusion region 6 as a gate electrode. A voltage is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal.

JFET200のVj端子は、トレンチゲート型のMOSFET201のソース端子とは接続されておらず、電気的に独立である。すなわち、JFET200では、p型の拡散領域6とp型の拡散領域3とが電気的に接続されていないため、接合電位(Vj)はソース電圧(Vs)とは独立して制御可能である。 The Vj terminal of the JFET 200 is not connected to the source terminal of the trench gate type MOSFET 201 and is electrically independent. That is, in the JFET 200, since the p-type diffusion region 6 and the p-type diffusion region 3 are not electrically connected, the junction potential (Vj) can be controlled independently of the source voltage (Vs).

図3は、半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。図3において、縦軸はドレイン電流(Id)または接合電位(Vj)を示し、横軸はドレイン電圧(Vd)を示す。 FIG. 3 is a diagram showing an example of each terminal voltage in the operating state of the semiconductor device. In FIG. 3, the vertical axis represents the drain current (Id) or the junction potential (Vj), and the horizontal axis represents the drain voltage (Vd).

図3に例が示されるように、MOSFET201のドレイン電圧(Vd)の上昇に伴ってドレイン電流(Id)が増加し、さらに、ドレイン電流(Id)が過電流状態となった時点で、接合電位(Vj)を0Vから負バイアスに変化させる。 As shown in FIG. 3, the junction potential increases when the drain current (Id) increases as the drain voltage (Vd) of the MOSFET 201 rises and the drain current (Id) becomes an overcurrent state. (Vj) is changed from 0V to a negative bias.

そうすると、JFET抵抗の増加によってドレイン電流(Id)が低下するため、過電流状態が解消される。したがって、過電流保護が可能となる。 Then, the drain current (Id) decreases due to the increase in the JFET resistance, so that the overcurrent state is eliminated. Therefore, overcurrent protection is possible.

このように、MOSFET201の通常の動作(具体的には、オン動作およびオフ動作)では接合電位(Vj)=0Vの従来の特性を維持しつつ、MOSFET201が過電流状態となった場合にのみ接合電位(Vj)を負バイアス方向に変化させることによってJFET抵抗を増加させ、その結果、ドレイン電流(Id)を低下させることができる。そのため、半導体装置の低オン抵抗化と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。 As described above, in the normal operation of the MOSFET 201 (specifically, the on operation and the off operation), the conventional characteristic of the junction potential (Vj) = 0V is maintained, and the MOSFET 201 is joined only when the MOSFET 201 is in an overcurrent state. By changing the potential (Vj) in the negative bias direction, the JFET resistance can be increased, and as a result, the drain current (Id) can be decreased. Therefore, it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and protection of overcurrent of the semiconductor device.

また、従来は、MOSFETの通常の動作と過電流状態におけるドレイン電流(Id)の抑制制御とを、入力インピーダンスの高いゲート電圧(Vg)の制御によって行っていた。そのため、ゲート−ドレイン間の容量結合などが、過電流保護を不安定化させる要因になっていた。 Further, conventionally, the normal operation of the MOSFET and the suppression control of the drain current (Id) in the overcurrent state are performed by controlling the gate voltage (Vg) having a high input impedance. Therefore, the capacitive coupling between the gate and the drain has become a factor that destabilizes the overcurrent protection.

しかしながら、本実施の形態によれば、MOSFET201の通常の動作を制御するゲート電圧(Vg)と、過電流保護のための動作を制御する接合電位(Vj)とを別々に制御することができる。そのため、動作の安定性を高めることができる。 However, according to this embodiment, the gate voltage (Vg) that controls the normal operation of the MOSFET 201 and the junction potential (Vj) that controls the operation for overcurrent protection can be controlled separately. Therefore, the stability of operation can be improved.

さらに、過電流保護のための動作において、接合電位(Vj)を低下させる制御にゲート電圧(Vg)も低下させる制御を連動させることによって、ドレイン電流(Id)の抑制効果を高めることも可能である。 Further, in the operation for overcurrent protection, it is possible to enhance the effect of suppressing the drain current (Id) by interlocking the control for lowering the junction potential (Vj) with the control for lowering the gate voltage (Vg). be.

<第2の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Second Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図4は、半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。図4において、縦軸はドレイン電流(Id)または接合電位(Vj)を示し、横軸はドレイン電圧(Vd)を示す。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 4 is a diagram showing an example of each terminal voltage in the operating state of the semiconductor device. In FIG. 4, the vertical axis represents the drain current (Id) or the junction potential (Vj), and the horizontal axis represents the drain voltage (Vd).

図4に例が示されるように、MOSFET201の通常の動作では、接合電位(Vj)を正バイアス方向に変化させることによって、JFET抵抗を低下させる。一方で、MOSFET201のドレイン電圧(Vd)の上昇に伴ってドレイン電流(Id)が増加し、さらに、ドレイン電流(Id)が過電流状態となった時点で、接合電位(Vj)を0Vから負バイアスに変化させる。 As an example is shown in FIG. 4, in the normal operation of the MOSFET 201, the JFET resistance is lowered by changing the junction potential (Vj) in the positive bias direction. On the other hand, the drain current (Id) increases as the drain voltage (Vd) of the MOSFET 201 rises, and when the drain current (Id) becomes an overcurrent state, the junction potential (Vj) becomes negative from 0 V. Change to bias.

なお、接合電位(Vj)が正バイアスである場合には、MOSFET201のオフ状態でMOSFET201近傍の電界が強くなる。そのため、MOSFET201の耐圧低下を招く可能性がある。 When the junction potential (Vj) is positive bias, the electric field in the vicinity of the MOSFET 201 becomes stronger in the off state of the MOSFET 201. Therefore, the withstand voltage of the MOSFET 201 may decrease.

しかしながら、MOSFET201のオフ状態で接合電位(Vj)を0Vまたは負バイアスとすることによって、MOSFET201の耐圧低下を回避することができる。 However, by setting the junction potential (Vj) to 0 V or a negative bias in the off state of the MOSFET 201, it is possible to avoid a decrease in the withstand voltage of the MOSFET 201.

以上のように、本実施の形態によれば、半導体装置の低オン抵抗化と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and protection of overcurrent of the semiconductor device.

また、MOSFET201の通常の動作時の接合電位(Vj)の正バイアスをホール注入動作が生じる程度まで増加させると、JFET200近傍のn−型の半導体層2が伝導度変調効果によって低抵抗化する。そうすれば、さらにMOSFET201のオン抵抗が低下する。 Further, when the positive bias of the junction potential (Vj) during the normal operation of the MOSFET 201 is increased to the extent that the hole injection operation occurs, the resistance of the n-type semiconductor layer 2 in the vicinity of the JFET 200 is lowered by the conductivity modulation effect. Then, the on-resistance of the MOSFET 201 is further reduced.

<第3の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Third embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図5は、半導体装置の動作状態におけるそれぞれの端子電圧の例を示す図である。図5において、縦軸はドレイン電流(Id)または接合電位(Vj)を示し、横軸はドレイン電圧(Vd)を示す。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 5 is a diagram showing an example of each terminal voltage in the operating state of the semiconductor device. In FIG. 5, the vertical axis represents the drain current (Id) or the junction potential (Vj), and the horizontal axis represents the drain voltage (Vd).

図5に例が示されるように、MOSFET201のオフ状態では接合電位(Vj)を負バイアスとし、MOSFET201のオン状態では接合電位(Vj)の負バイアスを小さくする。そして、MOSFET201のドレイン電流(Id)が過電流状態となった時点で、再び接合電位(Vj)の負バイアスを大きくする。 As an example is shown in FIG. 5, the junction potential (Vj) is set to a negative bias when the MOSFET 201 is off, and the negative bias of the junction potential (Vj) is reduced when the MOSFET 201 is on. Then, when the drain current (Id) of the MOSFET 201 becomes an overcurrent state, the negative bias of the junction potential (Vj) is increased again.

MOSFET201のオフ状態でのゲート酸化膜101を保護する観点から、接合電位(Vj)=0Vの構造では、JFET抵抗を一定値以下に設定することができない。 From the viewpoint of protecting the gate oxide film 101 in the off state of the MOSFET 201, the JFET resistance cannot be set below a certain value in the structure of the junction potential (Vj) = 0V.

しかしながら、本実施の形態に関する構造であれば、MOSFET201のオフ状態で接合電位(Vj)を負バイアスとすることによって、電界遮蔽効果を高めることができる。そのため、抵抗がより小さいJFETを採用することができる。 However, in the structure according to the present embodiment, the electric field shielding effect can be enhanced by setting the junction potential (Vj) to a negative bias in the off state of the MOSFET 201. Therefore, a JFET having a smaller resistance can be adopted.

第1の実施の形態に示された例では、MOSFET201のオン状態での接合電位(Vj)の正バイアスは、ドレイン電圧(Vd)以下に制限される。 In the example shown in the first embodiment, the positive bias of the junction potential (Vj) of the MOSFET 201 in the on state is limited to the drain voltage (Vd) or less.

第2の実施の形態に示された例では、接合電位(Vj)の正バイアスの制限はないが、特定の値以上に接合電位(Vj)を高めるとホール注入が生じる。これは、MOSFET201のオン抵抗低減という観点では有効であるが、残存ホールによるターンオフ時間およびターンオフロスの上昇、さらには、電子ホール再結合に起因する結晶欠陥の成長の危険性などが懸念される。 In the example shown in the second embodiment, there is no limitation on the positive bias of the junction potential (Vj), but if the junction potential (Vj) is increased above a specific value, hole injection occurs. This is effective from the viewpoint of reducing the on-resistance of the MOSFET 201, but there are concerns about an increase in turn-off time and turn-off loss due to residual holes, and a risk of growth of crystal defects due to electron hole recombination.

第3の実施の形態に示された例では、接合電位(Vj)の負バイアスの範囲内でほぼ制限のない大きな電位変化が可能となる。そのため、半導体装置の低オン抵抗化と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。 In the example shown in the third embodiment, a large potential change with almost no limitation is possible within the range of the negative bias of the junction potential (Vj). Therefore, it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and protection of overcurrent of the semiconductor device.

<第4の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Fourth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図6は、本実施の形態に関する半導体装置の回路を示す図である。図6に例が示されるように、半導体装置は、JFET200と、JFET200のソース端子とドレイン端子が接続されるMOSFET201と、アノード端子がJFET200のゲート端子に接続され、かつ、カソード端子がMOSFET201のゲート端子に接続されるダイオード202とを備える。この構造では、JFET200のVj端子とMOSFET201のゲート端子との間にダイオード202が付加される。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 6 is a diagram showing a circuit of a semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, in the semiconductor device, the JFET 200, the MOSFET 201 to which the source terminal and the drain terminal of the JFET 200 are connected, the anode terminal is connected to the gate terminal of the JFET 200, and the cathode terminal is the gate of the MOSFET 201. It includes a diode 202 connected to a terminal. In this structure, a diode 202 is added between the Vj terminal of the JFET 200 and the gate terminal of the MOSFET 201.

図7は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図7に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、トレンチ100外においてトレンチ100の下面および一方の側面に沿って形成され、かつ、p型の拡散領域3に達して形成されたp型の拡散領域6Aと、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、ソース電極7と、ドレイン電極8と、Vj端子とを備える。 FIG. 7 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 7, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2, a p type diffusion region 3, and an n + type diffusion region 4. The p-type diffusion region 6A formed outside the trench 100 along the lower surface and one side surface of the trench 100 and reached the p-type diffusion region 3, the gate oxide film 101, and the gate electrode. 5, a source electrode 7, a drain electrode 8, and a Vj terminal are provided.

ここで、ゲート電極5は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4と、電気的に接続される。なお、n+型の拡散領域4は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層においては、ゲート酸化膜101から離間して形成される。 Here, the gate electrode 5 is electrically connected to the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact. The n + type diffusion region 4 is formed apart from the gate oxide film 101 on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact.

この構造では、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3とn+型の拡散領域4との間で形成されるpn接合をダイオード202として利用しているため、ダイオードを形成するための新たな製造工程を追加する必要がない。なお、接合電位(Vj)は、外部とは接続されていなくてもよい。 In this structure, since the pn junction formed between the p-type diffusion region 3 and the n + -type diffusion region 4 in contact with the p-type diffusion region 6A is used as the diode 202, the diode is formed. There is no need to add a new manufacturing process. The junction potential (Vj) does not have to be connected to the outside.

ダイオード202の順バイアス立ち上がり電圧をVfとすると、MOSFET201のオフ状態では、以下の関係式が成り立つ。 Assuming that the forward bias rising voltage of the diode 202 is Vf, the following relational expression holds in the off state of the MOSFET 201.

Figure 0006964564
Figure 0006964564

そのため、ゲート電圧(Vg)の負バイアスに伴って、接合電位(Vj)も負バイアスされることとなり、その結果、過電流保護動作が可能となる。 Therefore, the junction potential (Vj) is also negatively biased along with the negative bias of the gate voltage (Vg), and as a result, the overcurrent protection operation becomes possible.

このように、本実施の形態の構成によれば、接合電位(Vj)の電位制御を、ゲート電圧(Vg)の制御のみによって行うことができる。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the potential control of the junction potential (Vj) can be performed only by controlling the gate voltage (Vg).

なお、MOSFET201のターンオン動作時には、Vfは、最大のゲート電圧(Vg)+Vfまで上昇可能であるが、逆に接合電位(Vj)が下がる方向はダイオード202の耐圧まで電圧クランプされないため接合電位(Vj)が負バイアスになる。そのため、JFET抵抗が増加し、MOSFET201のオン抵抗が悪化する可能性がある。 During the turn-on operation of the MOSFET 201, Vf can be increased to the maximum gate voltage (Vg) + Vf, but conversely, in the direction in which the junction potential (Vj) decreases, the voltage is not clamped to the withstand voltage of the diode 202, so the junction potential (Vj) ) Becomes a negative bias. Therefore, the JFET resistance may increase and the on-resistance of the MOSFET 201 may deteriorate.

これに対する対応としては、ダイオード202の耐圧Vbを調整して接合電位(Vj)を0V以上に制御する方法、逆並列のダイオードを付加して当該ダイオードのVfでクランプする方法、または、図7におけるp型の拡散領域3とp型の拡散領域6Aとの間のパンチスルー電圧によって、耐圧Vbと同様に電圧クランプする方法がある。 Countermeasures against this include a method of adjusting the withstand voltage Vb of the diode 202 to control the junction potential (Vj) to 0 V or higher, a method of adding an antiparallel diode and clamping with the Vf of the diode, or FIG. There is a method of voltage clamping by the punch-through voltage between the p-type diffusion region 3 and the p-type diffusion region 6A in the same manner as the withstand voltage Vb.

なお、MOSFET201のオン状態で、以下が成り立つ。 In the ON state of MOSFET 201, the following holds.

Figure 0006964564
Figure 0006964564

<第5の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Fifth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図8は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図8に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、n+型の拡散領域4の上面からn−型の半導体層2内に渡るトレンチ100内に形成されたゲート酸化膜101Bと、トレンチ100内において下面を除く部分がゲート酸化膜101Bに囲まれて形成されたゲート電極5Bと、トレンチ100の下方からトレンチ100の下面に接触して形成され、かつ、上面がゲート電極5Bの下面に接触して形成されたp型の拡散領域6Bと、ソース電極7と、ドレイン電極8と、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 8 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 8, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2, a p type diffusion region 3, and an n + type diffusion region 4. The gate oxide film 101B formed in the trench 100 extending from the upper surface of the n + type diffusion region 4 into the n− type semiconductor layer 2 and the portion of the trench 100 excluding the lower surface are surrounded by the gate oxide film 101B. A p-type diffusion region 6B formed by contacting the lower surface of the trench 100 from below the trench 100 and the upper surface of the gate electrode 5B in contact with the lower surface of the gate electrode 5B, and a source. It includes an electrode 7, a drain electrode 8, and a Vj terminal.

ゲート電極5Bは、たとえば、n型のポリシリコンである。そのため、p型の拡散領域6Bと接触する面においてpn接合が形成される(図8におけるゲート電極5Bの少なくとも下方にはn型の領域が形成されている)。 The gate electrode 5B is, for example, n-type polysilicon. Therefore, a pn junction is formed on the surface in contact with the p-type diffusion region 6B (an n-type region is formed at least below the gate electrode 5B in FIG. 8).

この構造では、ゲート電極5Bとp型の拡散領域6Bとの間で形成されるpn接合をダイオード202(図6を参照)として利用している。 In this structure, the pn junction formed between the gate electrode 5B and the p-type diffusion region 6B is used as the diode 202 (see FIG. 6).

本実施の形態の構造によれば、ダイオードを形成するためにMOSFETのチャネルとして機能する領域を削減する必要がないため、MOSFET201のオン抵抗を悪化させることが抑制される。 According to the structure of the present embodiment, it is not necessary to reduce the region functioning as the channel of the MOSFET in order to form the diode, so that the deterioration of the on-resistance of the MOSFET 201 is suppressed.

なお、MOSFET201のターンオン動作時における接合電位(Vj)が負バイアスになる問題に対しては、第4の実施の形態において示された方法と同様に対応可能である。 The problem that the junction potential (Vj) during the turn-on operation of the MOSFET 201 becomes a negative bias can be dealt with in the same manner as the method shown in the fourth embodiment.

<第6の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Sixth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図9は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図9に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、p型の拡散領域6と、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、ソース電極7と、ドレイン電極8と、Vj端子と、Vj端子とゲート電極5とに接続されたダイオード203とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 9 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 9, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2, a p type diffusion region 3, and an n + type diffusion region 4. , The p-type diffusion region 6, the gate oxide film 101, the gate electrode 5, the source electrode 7, the drain electrode 8, the Vj terminal, and the diode 203 connected to the Vj terminal and the gate electrode 5. Be prepared.

ここで、ダイオード203は、アノード端子がp型の拡散領域6に接続され、カソード端子がゲート電極5に接続される。また、ダイオード203は、複数のダイオード素子が直列接続されたものである。 Here, in the diode 203, the anode terminal is connected to the p-type diffusion region 6, and the cathode terminal is connected to the gate electrode 5. Further, the diode 203 is a diode 203 in which a plurality of diode elements are connected in series.

ダイオード203は、要求される半導体装置の特性に応じて、直列接続される数を変更可能である。また、ダイオード203は、MOSFETの素子構造におけるゲート電極などに用いられるn型のポリシリコンおよびそれに接触するp型の領域からなるpnダイオードで形成されてもよい。 The number of diodes 203 connected in series can be changed according to the required characteristics of the semiconductor device. Further, the diode 203 may be formed of an n-type polysilicon used for a gate electrode or the like in the element structure of the MOSFET and a pn diode composed of a p-type region in contact with the polysilicon.

なお、MOSFET201のターンオン動作時における接合電位(Vj)が負バイアスになる問題に対しては、第4の実施の形態において示された方法と同様に対応可能である。 The problem that the junction potential (Vj) during the turn-on operation of the MOSFET 201 becomes a negative bias can be dealt with in the same manner as the method shown in the fourth embodiment.

<第7の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<7th embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図10は、本実施の形態に関する半導体装置の回路を示す図である。図10に例が示されるように、半導体装置は、JFET200と、JFET200のソース端子とドレイン端子が接続されるMOSFET201と、アノード端子がVj端子に接続され、かつ、カソード端子がVjout端子に接続されるダイオード204と、ダイオード204のアノード端子とMOSFET201のゲート端子とに接続されるコンデンサー205とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 10 is a diagram showing a circuit of a semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 10, in the semiconductor device, the JFET 200, the MOSFET 201 to which the source terminal and the drain terminal of the JFET 200 are connected, the anode terminal is connected to the Vj terminal, and the cathode terminal is connected to the Vjout terminal. The diode 204 and the capacitor 205 connected to the anode terminal of the diode 204 and the gate terminal of the MOSFET 201 are provided.

図11は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図11に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、n+型の半導体基板1と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、p型の拡散領域6Aと、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、ソース電極7と、ドレイン電極8と、Vj端子とを備える。 FIG. 11 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 11, the semiconductor device according to the present embodiment includes an n + type semiconductor substrate 1, an n− type semiconductor layer 2, a p type diffusion region 3, and an n + type diffusion region 4. A p-type diffusion region 6A, a gate oxide film 101, a gate electrode 5, a source electrode 7, a drain electrode 8, and a Vj terminal are provided.

ここで、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4は、Vjout端子に接続される。なお、n+型の拡散領域4は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層においては、ゲート酸化膜101から離間して形成される。 Here, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 with which the p-type diffusion region 6A contacts is connected to the Vjout terminal. The n + type diffusion region 4 is formed apart from the gate oxide film 101 on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact.

Vjout端子は、ゲート電極5とは電気的に独立する。また、Vjout端子を介して、n+型の拡散領域4に電圧が印加される。 The Vjout terminal is electrically independent of the gate electrode 5. Further, a voltage is applied to the n + type diffusion region 4 via the Vjout terminal.

Vjout端子に一定電位を印加し、付加されたダイオード204の順バイアス立ち上がり電圧をVfとすると、ゲート電圧(Vg)が高電位となった場合に付加された容量(コンデンサー205)にゲート電圧(Vg)−Vf−Vjoutの電圧が保持される。そして、接合電位(Vj)は、ゲート電圧(Vg)に対してVjout−Vf分低い電圧で変化する。 When a constant potential is applied to the Vjout terminal and the forward bias rising voltage of the added diode 204 is Vf, the gate voltage (Vg) is applied to the added capacitance (capacitor 205) when the gate voltage (Vg) becomes high potential. ) -Vf-Vjout voltage is maintained. Then, the junction potential (Vj) changes at a voltage Vjout-Vf lower than the gate voltage (Vg).

たとえば、Vjout=0Vとして、ゲート電圧(Vg)がV1から0の間で駆動されているとすると、MOSFET201のオン状態で接合電位(Vj)=Vf、MOSFET201のオフ状態で接合電位(Vj)=Vf−V1と負バイアスされる。 For example, assuming that Vjout = 0V and the gate voltage (Vg) is driven between V1 and 0, the junction potential (Vj) = Vf when the MOSFET 201 is on and the junction potential (Vj) = when the MOSFET 201 is off. It is negatively biased with Vf-V1.

このように、本実施の形態の構成によれば、ゲート電圧(Vg)の電圧値V1に応じて、図4に示されたような接合電位(Vj)の電位制御、および、図5に示されたような接合電位(Vj)の電位制御を行うことができる。 As described above, according to the configuration of the present embodiment, the potential control of the junction potential (Vj) as shown in FIG. 4 and the potential control of the junction potential (Vj) as shown in FIG. 4 according to the voltage value V1 of the gate voltage (Vg) are shown in FIG. It is possible to control the potential of the junction potential (Vj) as described above.

この構造では、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3とn+型の拡散領域4との間で形成されるpn接合をダイオード204として利用している。また、この構造では、ゲート酸化膜101が容量(コンデンサー205)として利用されている。 In this structure, the pn junction formed between the p-type diffusion region 3 and the n + -type diffusion region 4 in contact with the p-type diffusion region 6A is used as the diode 204. Further, in this structure, the gate oxide film 101 is used as a capacitance (capacitor 205).

そのため、これらを形成するための新たな製造工程を追加する必要がない。ただし、ダイオード、容量ともに、外部に付加される態様であってもよい。 Therefore, it is not necessary to add a new manufacturing process for forming these. However, both the diode and the capacitance may be added to the outside.

<第8の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<Eighth Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図12は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図12に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、たとえば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(insulated gate bipolar transistor、すなわち、IGBT)の適用例であり、p+型の半導体層9と、p+型の半導体層9の上面に形成されたn型のバッファ層10と、n型のバッファ層10の上面に形成されたn−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、トレンチ100の下方からトレンチ100の下面に接触して形成されたp型の拡散領域6と、トレンチ100内に形成されたゲート酸化膜101と、トレンチ100内においてゲート酸化膜101に囲まれて形成されたゲート電極5と、p型の拡散領域3の上面とn+型の拡散領域4の上面とに跨って形成されたエミッタ電極7Cと、p+型の半導体層9の下面に接触して形成されたコレクタ電極8Cと、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 12 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 12, the semiconductor device according to the present embodiment is, for example, an application example of an insulated gate bipolar transistor, that is, an IGBT, and the p + type semiconductor layer 9 and the semiconductor layer 9 An n-type buffer layer 10 formed on the upper surface of the p + -type semiconductor layer 9, an n-type semiconductor layer 2 formed on the upper surface of the n-type buffer layer 10, a p-type diffusion region 3, and n +. The mold diffusion region 4, the p-type diffusion region 6 formed in contact with the lower surface of the trench 100 from below the trench 100, the gate oxide film 101 formed in the trench 100, and gate oxidation in the trench 100. A gate electrode 5 formed by being surrounded by a film 101, an emitter electrode 7C formed straddling the upper surface of a p-type diffusion region 3 and an upper surface of an n + type diffusion region 4, and a p + type semiconductor layer 9. It includes a collector electrode 8C formed in contact with the lower surface and a Vj terminal.

ここで、n型のバッファ層10の不純物濃度は、n−型の半導体層2の不純物濃度よりも高い。 Here, the impurity concentration of the n-type buffer layer 10 is higher than the impurity concentration of the n-type semiconductor layer 2.

IGBTにおいても、JFET抵抗に起因するオン抵抗の増加はMOSFETと同様に課題であるが、IGBTにおいては、それに加えてもう1つの問題がある。 In the IGBT, the increase in the on-resistance due to the JFET resistance is a problem as in the MOSFET, but in the IGBT, there is another problem in addition to the problem.

IGBTは、オン状態においてコレクタ電極8Cからのホール注入をn−型の半導体層2内で蓄積させる必要があるが、p型の拡散領域6がエミッタ電極7Cと短絡(すなわち、ショート)されていると、ホールがp型の拡散領域6を経由して流れ出す。そして、ホール蓄積が阻害されるため、オン抵抗が大幅に悪化してしまう。 In the IGBT, it is necessary to accumulate the hole injection from the collector electrode 8C in the n-type semiconductor layer 2 in the on state, but the p-type diffusion region 6 is short-circuited (that is, short-circuited) with the emitter electrode 7C. Then, the hole flows out through the p-type diffusion region 6. Then, since the hole accumulation is inhibited, the on-resistance is significantly deteriorated.

本実施の形態の構造によれば、IGBTのオン状態でp型の拡散領域6が正バイアスされるため、JFET抵抗が低下するだけでなく、電位的にp型の拡散領域6へのホールの流れ込みが抑制される。その結果、IGBTにおいても、低オン抵抗化と過電流保護との両立が可能となる。 According to the structure of the present embodiment, since the p-type diffusion region 6 is positively biased when the IGBT is on, not only the JFET resistance is lowered, but also the hole in the p-type diffusion region 6 is potentially reduced. The inflow is suppressed. As a result, even in the IGBT, it is possible to achieve both low on-resistance and overcurrent protection.

<第9の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<9th embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図13は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図13に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、たとえば、IGBTの適用例であり、p+型の半導体層9と、n型のバッファ層10と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、p型の拡散領域6Aと、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、エミッタ電極7Cと、コレクタ電極8Cと、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 13 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 13, the semiconductor device according to the present embodiment is, for example, an application example of the IGBT, which is a p + type semiconductor layer 9, an n-type buffer layer 10, and an n-type semiconductor layer. 2, p-type diffusion region 3, n + -type diffusion region 4, p-type diffusion region 6A, gate oxide film 101, gate electrode 5, emitter electrode 7C, collector electrode 8C, and Vj terminal. And.

ここで、ゲート電極5は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4と、電気的に接続される。なお、n+型の拡散領域4は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層においては、ゲート酸化膜101から離間して形成される。 Here, the gate electrode 5 is electrically connected to the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact. The n + type diffusion region 4 is formed apart from the gate oxide film 101 on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact.

本実施の形態の構造によれば、IGBTのオン状態において、p型の拡散領域6Aによって付加されたダイオードの順バイアス立ち上がり電圧であるVf分だけ、接合電位(Vj)がエミッタ電極7Cよりも高電位となる。その結果、IGBTにおいても、低オン抵抗化と過電流保護との両立が可能となる。 According to the structure of the present embodiment, in the ON state of the IGBT, the junction potential (Vj) is higher than that of the emitter electrode 7C by Vf, which is the forward bias rising voltage of the diode added by the p-type diffusion region 6A. It becomes an electric potential. As a result, even in the IGBT, it is possible to achieve both low on-resistance and overcurrent protection.

<第10の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<10th Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図14は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図14に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、たとえば、IGBTの適用例であり、p+型の半導体層9と、n型のバッファ層10と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、ゲート酸化膜101Bと、ゲート電極5Bと、p型の拡散領域6Bと、エミッタ電極7Cと、コレクタ電極8Cと、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 14 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 14, the semiconductor device according to the present embodiment is, for example, an application example of the IGBT, which is a p + type semiconductor layer 9, an n-type buffer layer 10, and an n-type semiconductor layer. 2, p-type diffusion region 3, n + -type diffusion region 4, gate oxide film 101B, gate electrode 5B, p-type diffusion region 6B, emitter electrode 7C, collector electrode 8C, and Vj terminal. And.

本実施の形態の構造によれば、IGBTのオン状態において、p型の拡散領域6Bによって付加されたダイオードの順バイアス立ち上がり電圧であるVf分だけ、接合電位(Vj)がエミッタ電極7Cよりも高電位となるため、ホールの流れ込みが抑制される。 According to the structure of the present embodiment, in the ON state of the IGBT, the junction potential (Vj) is higher than that of the emitter electrode 7C by Vf, which is the forward bias rising voltage of the diode added by the p-type diffusion region 6B. Since it becomes an electric potential, the inflow of holes is suppressed.

その結果、IGBTにおいても、低オン抵抗化と過電流保護との両立が可能となる。また、ダイオードを形成するためにチャネルとして機能する領域を削減する必要がないため、オン抵抗を悪化させることが抑制される。 As a result, even in the IGBT, it is possible to achieve both low on-resistance and overcurrent protection. In addition, since it is not necessary to reduce the region that functions as a channel in order to form the diode, deterioration of the on-resistance is suppressed.

<第11の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<11th Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図15は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図15に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、たとえば、IGBTの適用例であり、p+型の半導体層9と、n型のバッファ層10と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、p型の拡散領域6と、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、エミッタ電極7Cと、コレクタ電極8Cと、ダイオード203と、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 15 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 15, the semiconductor device according to the present embodiment is, for example, an application example of the IGBT, which is a p + type semiconductor layer 9, an n-type buffer layer 10, and an n-type semiconductor layer. 2, p-type diffusion region 3, n + -type diffusion region 4, p-type diffusion region 6, gate oxide film 101, gate electrode 5, emitter electrode 7C, collector electrode 8C, and diode 203. And a Vj terminal.

ここで、ダイオード203は、アノード端子がVj端子に接続され、カソード端子がゲート電極5に接続される。また、ダイオード203は、複数のダイオード素子が直列接続されたものである。 Here, in the diode 203, the anode terminal is connected to the Vj terminal, and the cathode terminal is connected to the gate electrode 5. Further, the diode 203 is a diode 203 in which a plurality of diode elements are connected in series.

本実施の形態の構造では、ダイオード203が外部に付加されている。そのため、シリーズ接続によってVfをより大きくすることが可能となり、p型の拡散領域6へのホールの流れ込みを抑制することができる。このため、IGBTにおいても、低オン抵抗化と過電流保護との両立が可能となる。 In the structure of this embodiment, the diode 203 is added to the outside. Therefore, it is possible to increase Vf by series connection, and it is possible to suppress the inflow of holes into the p-type diffusion region 6. Therefore, even in the IGBT, it is possible to achieve both low on-resistance and overcurrent protection.

<第12の実施の形態>
本実施の形態に関する半導体装置について説明する。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態で説明された構成要素と同様の構成要素については同じ符号を付して図示し、その詳細な説明については適宜省略するものとする。
<12th Embodiment>
The semiconductor device according to this embodiment will be described. In the following description, components similar to the components described in the above-described embodiment will be illustrated with the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted as appropriate. ..

<半導体装置の構成について>
図16は、本実施の形態に関する半導体装置の構成の例を概略的に示す断面図である。図16に例が示されるように、本実施の形態に関する半導体装置は、たとえば、IGBTの適用例であり、p+型の半導体層9と、n型のバッファ層10と、n−型の半導体層2と、p型の拡散領域3と、n+型の拡散領域4と、p型の拡散領域6Aと、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、エミッタ電極7Cと、コレクタ電極8Cと、Vj端子とを備える。
<About the configuration of semiconductor devices>
FIG. 16 is a cross-sectional view schematically showing an example of the configuration of the semiconductor device according to the present embodiment. As an example is shown in FIG. 16, the semiconductor device according to the present embodiment is, for example, an application example of an IGBT, which is a p + type semiconductor layer 9, an n-type buffer layer 10, and an n-type semiconductor layer. 2, p-type diffusion region 3, n + -type diffusion region 4, p-type diffusion region 6A, gate oxide film 101, gate electrode 5, emitter electrode 7C, collector electrode 8C, and Vj terminal. And.

ここで、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されたn+型の拡散領域4は、Vjout端子に接続される。なお、n+型の拡散領域4は、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層においては、ゲート酸化膜101から離間して形成される。 Here, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 with which the p-type diffusion region 6A contacts is connected to the Vjout terminal. The n + type diffusion region 4 is formed apart from the gate oxide film 101 on the surface layer of the p-type diffusion region 3 in which the p-type diffusion region 6A is in contact.

本実施の形態の構造によれば、IGBTにおいても、低オン抵抗化と過電流保護との両立が可能となる。 According to the structure of the present embodiment, it is possible to achieve both low on-resistance and overcurrent protection even in the IGBT.

また、p型の拡散領域6Aへのホールの流れ込みは、Vjoutによって調整することができる。 Further, the flow of holes into the p-type diffusion region 6A can be adjusted by Vjout.

また、以上に記載された複数の実施の形態では、スイッチング素子またはダイオード素子などの素子が珪素によって形成される場合が示されたが、これら(具体的には、少なくともn−型の半導体層2)が、珪素に比べてバンドギャップが大きいワイドバンドギャップ半導体によって形成されていてもよい。 Further, in the plurality of embodiments described above, the case where an element such as a switching element or a diode element is formed of silicon has been shown, but these (specifically, at least an n-type semiconductor layer 2) have been shown. ) May be formed by a wide bandgap semiconductor having a larger bandgap than silicon.

ここで、ワイドギャップ半導体とは、一般に、およそ2eV以上の禁制帯幅をもつ半導体を指し、窒化ガリウム(GaN)などの3族窒化物、酸化亜鉛(ZnO)などの2族酸化物、セレン化亜鉛(ZnSe)などの2族カルコゲナイド、ダイヤモンドおよび炭化珪素などが知られる。 Here, the wide-gap semiconductor generally refers to a semiconductor having a forbidden band width of about 2 eV or more, and is a group 3 nitride such as gallium nitride (GaN), a group 2 oxide such as zinc oxide (ZnO), and selenium. Group 2 chalcogenides such as zinc (ZnSe), diamonds, silicon carbide and the like are known.

このようなワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子またはダイオード素子は、耐電圧性が高く、かつ、許容電流密度も高い。そのため、スイッチング素子またはダイオード素子の小型化が可能となる。そして、このような小型化されたスイッチング素子またはダイオード素子を用いることによって、これらの素子が組み込まれた半導体モジュールの小型化が可能となる。 The switching element or diode element formed of such a wide bandgap semiconductor has high withstand voltage resistance and high allowable current density. Therefore, the switching element or the diode element can be miniaturized. Then, by using such a miniaturized switching element or diode element, the semiconductor module in which these elements are incorporated can be miniaturized.

また、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子またはダイオード素子は耐熱性も高いため、ヒートシンクの放熱フィンの小型化、または、水冷部の空冷化が可能となる。そのため、これらの素子が組み込まれた半導体モジュールの小型化が可能となる。 Further, since the switching element or diode element formed of the wide bandgap semiconductor has high heat resistance, it is possible to reduce the size of the heat radiation fins of the heat sink or to air-cool the water-cooled portion. Therefore, the semiconductor module in which these elements are incorporated can be miniaturized.

さらに、ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子またはダイオード素子は電力損失が低いため、スイッチング素子またはダイオード素子の高効率化が可能となる。そのため、これらの素子が組み込まれた半導体モジュールの高効率化が可能になる。 Further, since the switching element or the diode element formed by the wide bandgap semiconductor has a low power loss, the efficiency of the switching element or the diode element can be improved. Therefore, it is possible to improve the efficiency of the semiconductor module in which these elements are incorporated.

なお、スイッチング素子およびダイオード素子の両方がワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることが望ましいが、いずれか一方の素子がワイドバンドギャップ半導体よって形成されていてもよい。 It is desirable that both the switching element and the diode element are formed of the wide bandgap semiconductor, but one of the elements may be formed of the wide bandgap semiconductor.

<以上に記載された実施の形態によって生じる効果について>
次に、以上に記載された実施の形態によって生じる効果の例を示す。なお、以下の説明においては、以上に記載された実施の形態に例が示された具体的な構成に基づいて当該効果が記載されるが、同様の効果が生じる範囲で、本願明細書に例が示される他の具体的な構成と置き換えられてもよい。
<About the effect caused by the above-described embodiment>
Next, an example of the effect produced by the above-described embodiment will be shown. In the following description, the effect is described based on the specific configuration shown in the embodiment described above, but to the extent that the same effect occurs, the examples in the present specification. May be replaced with other specific configurations indicated by.

また、当該置き換えは、複数の実施の形態に跨ってなされてもよい。すなわち、異なる実施の形態において例が示されたそれぞれの構成が組み合わされて、同様の効果が生じる場合であってもよい。 Further, the replacement may be made across a plurality of embodiments. That is, it may be the case that the respective configurations shown in the examples in different embodiments are combined to produce the same effect.

以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第1の導電型の第1の半導体層と、第2の導電型の第1の拡散領域と、第1の導電型の第2の拡散領域と、トレンチ100と、ゲート酸化膜101と、ゲート電極5と、上面電極と、第2の導電型の第3の拡散領域と、第1の電圧印加部とを備える。ここで、第1の半導体層は、たとえば、n−型の半導体層2に対応するものである。また、第1の拡散領域は、たとえば、p型の拡散領域3に対応するものである。また、第2の拡散領域は、たとえば、n+型の拡散領域4に対応するものである。また、上面電極は、たとえば、ソース電極7またはエミッタ電極7Cに対応するものである。また、第3の拡散領域は、たとえば、p型の拡散領域6、p型の拡散領域6Aおよびp型の拡散領域6Bのうちの少なくとも1つに対応するものである。また、第1の電圧印加部は、たとえば、Vj端子に対応するものである。p型の拡散領域3は、n−型の半導体層2の表層に形成される。n+型の拡散領域4は、p型の拡散領域3の表層に形成される。トレンチ100は、n+型の拡散領域4の上面からn−型の半導体層2に達して形成される。ゲート酸化膜101は、トレンチ100内に形成される。ゲート電極5は、トレンチ100内において、ゲート酸化膜101に少なくとも一部を囲まれて形成される。ソース電極7は、p型の拡散領域3の上面とn+型の拡散領域4の上面とに跨って形成される。p型の拡散領域6は、トレンチ100の下方からトレンチ100の下面に接触して形成される。そして、Vj端子は、ソース電極7とは電気的に独立する。また、Vj端子は、p型の拡散領域6に電圧を印加するための構成である。 According to the embodiment described above, the semiconductor device includes a first conductive type first semiconductor layer, a second conductive type first diffusion region, and a first conductive type second. The diffusion region, the trench 100, the gate oxide film 101, the gate electrode 5, the upper surface electrode, the second conductive type third diffusion region, and the first voltage application portion are provided. Here, the first semiconductor layer corresponds to, for example, the n-type semiconductor layer 2. The first diffusion region corresponds to, for example, the p-type diffusion region 3. The second diffusion region corresponds to, for example, the n + type diffusion region 4. The top electrode corresponds to, for example, the source electrode 7 or the emitter electrode 7C. The third diffusion region corresponds to, for example, at least one of a p-type diffusion region 6, a p-type diffusion region 6A, and a p-type diffusion region 6B. Further, the first voltage application unit corresponds to, for example, a Vj terminal. The p-type diffusion region 3 is formed on the surface layer of the n-type semiconductor layer 2. The n + type diffusion region 4 is formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3. The trench 100 is formed by reaching the n− type semiconductor layer 2 from the upper surface of the n + type diffusion region 4. The gate oxide film 101 is formed in the trench 100. The gate electrode 5 is formed in the trench 100 so as to be at least partially surrounded by the gate oxide film 101. The source electrode 7 is formed so as to straddle the upper surface of the p-type diffusion region 3 and the upper surface of the n + type diffusion region 4. The p-shaped diffusion region 6 is formed in contact with the lower surface of the trench 100 from below the trench 100. The Vj terminal is electrically independent of the source electrode 7. Further, the Vj terminal is configured to apply a voltage to the p-type diffusion region 6.

このような構成によれば、p型の拡散領域6の接合電位(Vj)を、ソース電極7とは電気的に独立するVj端子を介して独立して制御することによって、半導体装置の低オン抵抗と過電流保護との両立が可能となる。 According to such a configuration, the junction potential (Vj) of the p-type diffusion region 6 is controlled independently via the Vj terminal electrically independent of the source electrode 7, so that the semiconductor device is low on. Both resistance and overcurrent protection can be achieved at the same time.

なお、これらの構成以外の本願明細書に例が示される他の構成については適宜省略することができる。すなわち、少なくともこれらの構成を備えていれば、以上に記載された効果を生じさせることができる。 In addition to these configurations, other configurations whose examples are shown in the present specification can be omitted as appropriate. That is, if at least these configurations are provided, the effects described above can be produced.

しかしながら、本願明細書に例が示される他の構成のうちの少なくとも1つを、以上に記載された構成に適宜追加した場合、すなわち、以上に記載された構成としては言及されなかった本願明細書に例が示される他の構成が適宜追加された場合であっても、同様の効果を生じさせることができる。 However, the present specification is not mentioned when at least one of the other configurations illustrated in the present specification is appropriately added to the above-described configuration, that is, as the above-described configuration. Similar effects can be produced even if other configurations, for example, are added as appropriate.

また、以上に記載された実施の形態によれば、p型の拡散領域6Aは、トレンチ100外においてトレンチ100の下面および一方の側面に沿って形成される。また、p型の拡散領域6Aは、p型の拡散領域3の下面に接触して形成される。そして、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されるn+型の拡散領域4は、ゲート電極5と電気的に接続される。このような構成によれば、ゲート電圧(Vg)を制御することによって、間接的に接合電位(Vj)を変化させることができる。そして、接合電位(Vj)を制御することによって、半導体装置の低オン抵抗と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。また、p型の拡散領域6Aは、p型の拡散領域6を変形させて流用することができるため、p型の拡散領域6Aを形成するために別途製造プロセスを追加する必要がない。 Further, according to the embodiment described above, the p-type diffusion region 6A is formed outside the trench 100 along the lower surface and one side surface of the trench 100. Further, the p-type diffusion region 6A is formed in contact with the lower surface of the p-type diffusion region 3. Then, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 with which the p-type diffusion region 6A is in contact is electrically connected to the gate electrode 5. According to such a configuration, the junction potential (Vj) can be indirectly changed by controlling the gate voltage (Vg). Then, by controlling the junction potential (Vj), it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and overcurrent protection of the semiconductor device. Further, since the p-type diffusion region 6A can be diverted by deforming the p-type diffusion region 6, it is not necessary to add a separate manufacturing process to form the p-type diffusion region 6A.

また、以上に記載された実施の形態によれば、ゲート電極5Bは、トレンチ100の下面に達して形成される。また、p型の拡散領域6Bは、ゲート電極5Bの下面に接触して形成される。このような構成によれば、ダイオードを形成するためにMOSFETのチャネルとして機能する領域を削減する必要がないため、MOSFETのオン抵抗を悪化させることが抑制される。 Further, according to the embodiment described above, the gate electrode 5B is formed so as to reach the lower surface of the trench 100. Further, the p-type diffusion region 6B is formed in contact with the lower surface of the gate electrode 5B. According to such a configuration, it is not necessary to reduce the region functioning as the channel of the MOSFET in order to form the diode, so that the deterioration of the on-resistance of the MOSFET is suppressed.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、カソード端子がゲート電極5に接続され、かつ、アノード端子がVj端子に接続されるダイオード203を備える。このような構成によれば、たとえば、MOSFETの素子構造におけるゲート電極などに用いられるn型のポリシリコンおよびそれに接触するp型の領域からなるpnダイオードを利用する場合、ダイオード特性または順バイアス電圧などの調整を、ダイオードの多段化によって容易に行うことができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a diode 203 in which the cathode terminal is connected to the gate electrode 5 and the anode terminal is connected to the Vj terminal. According to such a configuration, for example, when a pn diode composed of n-type polysilicon used for a gate electrode in a MOSFET element structure and a p-type region in contact with the n-type polysilicon is used, a diode characteristic or a forward bias voltage or the like is used. Can be easily adjusted by increasing the number of stages of the diode.

また、以上に記載された実施の形態によれば、p型の拡散領域6Aは、トレンチ100外においてトレンチ100の下面および一方の側面に沿って形成される。また、p型の拡散領域6Aは、p型の拡散領域3の下面に接触して形成される。そして、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3の表層に形成されるn+型の拡散領域4は、第2の電圧印加部に接続される。ここで、第2の電圧印加部は、たとえば、Vjout端子に対応するものである。Vjout端子は、ゲート電極5とは電気的に独立する、n+型の拡散領域4に電圧を印加するための構成である。このような構成によれば、p型の拡散領域6Aが接触するp型の拡散領域3とn+型の拡散領域4との間で形成されるpn接合をダイオードとして利用し、さらに、ゲート酸化膜101が容量(コンデンサー)として利用することができるため、ダイオードおよびコンデンサーを形成するために別途製造プロセスを追加する必要がない。 Further, according to the embodiment described above, the p-type diffusion region 6A is formed outside the trench 100 along the lower surface and one side surface of the trench 100. Further, the p-type diffusion region 6A is formed in contact with the lower surface of the p-type diffusion region 3. Then, the n + type diffusion region 4 formed on the surface layer of the p-type diffusion region 3 with which the p-type diffusion region 6A contacts is connected to the second voltage application portion. Here, the second voltage application unit corresponds to, for example, the Vjout terminal. The Vjout terminal is configured to apply a voltage to the n + type diffusion region 4, which is electrically independent of the gate electrode 5. According to such a configuration, the pn junction formed between the p-type diffusion region 3 and the n + -type diffusion region 4 in contact with the p-type diffusion region 6A is used as a diode, and a gate oxide film is further formed. Since 101 can be used as a capacitance (capacitor), there is no need to add a separate manufacturing process to form the diode and capacitor.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、第1の導電型の第2の半導体層と、第2の導電型の第3の半導体層と、下面電極とを備える。ここで、第2の半導体層は、たとえば、バッファ層10に対応するものである。また、第3の半導体層は、たとえば、p+型の半導体層9に対応するものである。また、下面電極は、たとえば、コレクタ電極8Cに対応するものである。バッファ層10は、n−型の半導体層2の下面に形成される、n−型の半導体層2よりも高い不純物濃度を有する。p+型の半導体層9は、バッファ層10の下面に形成される。コレクタ電極8Cは、p+型の半導体層9の下面に形成される。このような構成によれば、p型の拡散領域6の接合電位(Vj)を、エミッタ電極7Cとは異なる電極であるVj端子によって独立して制御することによって、半導体装置の低オン抵抗と過電流保護との両立が可能となる。また、接合電位(Vj)をより高くすることによって、p型の拡散領域6へのホール流れ込みを防ぐことができる。よって、半導体装置の低オン抵抗が実現される。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a first conductive type second semiconductor layer, a second conductive type third semiconductor layer, and a bottom electrode. Here, the second semiconductor layer corresponds to, for example, the buffer layer 10. Further, the third semiconductor layer corresponds to, for example, the p + type semiconductor layer 9. The bottom electrode corresponds to, for example, the collector electrode 8C. The buffer layer 10 has a higher impurity concentration than the n-type semiconductor layer 2 formed on the lower surface of the n-type semiconductor layer 2. The p + type semiconductor layer 9 is formed on the lower surface of the buffer layer 10. The collector electrode 8C is formed on the lower surface of the p + type semiconductor layer 9. According to such a configuration, the junction potential (Vj) of the p-type diffusion region 6 is independently controlled by the Vj terminal, which is an electrode different from the emitter electrode 7C, so that the semiconductor device has a low on-resistance and an excess. It is possible to achieve both current protection. Further, by increasing the junction potential (Vj), it is possible to prevent the hole from flowing into the p-type diffusion region 6. Therefore, low on-resistance of the semiconductor device is realized.

また、以上に記載された実施の形態によれば、少なくともn−型の半導体層2が、ワイドバンドギャップ半導体からなる。ワイドバンドギャップ半導体によって形成されたスイッチング素子またはダイオード素子は、耐電圧性が高く、かつ、許容電流密度も高い。そのため、スイッチング素子またはダイオード素子の小型化が可能となる。そして、このような小型化されたスイッチング素子またはダイオード素子を用いることによって、これらの素子が組み込まれた半導体モジュールの小型化が可能となる。 Further, according to the embodiment described above, at least the n-type semiconductor layer 2 is made of a wide bandgap semiconductor. A switching element or diode element formed of a wide bandgap semiconductor has high withstand voltage resistance and high allowable current density. Therefore, the switching element or the diode element can be miniaturized. Then, by using such a miniaturized switching element or diode element, the semiconductor module in which these elements are incorporated can be miniaturized.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、トレンチゲート型のMOSFET201と、JFET200と、Vj端子とを備える。ここで、JFET200は、MOSFET201のドレイン端子にソース端子が接続される。Vj端子は、JFET200のゲート端子に電圧を印加するための構成である。また、Vj端子は、ソース端子とは電気的に独立する。このような構成によれば、JFET200の接合電位(Vj)を、ソース端子とは電気的に独立するVj端子を介して独立して制御することによって、半導体装置の低オン抵抗と過電流保護との両立が可能となる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a trench gate type MOSFET 201, a JFET 200, and a Vj terminal. Here, in the JFET 200, the source terminal is connected to the drain terminal of the MOSFET 201. The Vj terminal is configured to apply a voltage to the gate terminal of the JFET 200. Further, the Vj terminal is electrically independent of the source terminal. According to such a configuration, the junction potential (Vj) of the JFET 200 is controlled independently via the Vj terminal that is electrically independent of the source terminal, thereby achieving low on-resistance and overcurrent protection of the semiconductor device. Can be compatible with each other.

また、以上に記載された実施の形態によれば、MOSFET201のオン状態において、MOSFET201に流れる電流が過電流状態となった場合、Vj端子を介してJFET200のゲート端子に印加される電圧を下げる。このような構成によれば、JFET抵抗の増加によってドレイン電流(Id)が低下するため、過電流状態が解消される。したがって、過電流保護が可能となる。 Further, according to the embodiment described above, when the current flowing through the MOSFET 201 becomes an overcurrent state in the ON state of the MOSFET 201, the voltage applied to the gate terminal of the JFET 200 is lowered via the Vj terminal. According to such a configuration, the drain current (Id) decreases due to the increase in the JFET resistance, so that the overcurrent state is eliminated. Therefore, overcurrent protection is possible.

また、以上に記載された実施の形態によれば、MOSFET201のオフ状態において、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に電圧は印加されない。また、MOSFET201のオン状態において、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に正バイアスが印加される。また、MOSFET201に流れる電流が過電流状態となった場合、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に負バイアスが印加される。このような構成によれば、半導体装置の低オン抵抗化と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。また、MOSFET201の通常動作時の接合電位(Vj)の正バイアスをホール注入動作が生じる程度まで増加させると、JFET200近傍のn−型の半導体層2が伝導度変調効果によって低抵抗化する。そうすれば、さらにMOSFET201のオン抵抗が低下する。 Further, according to the embodiment described above, no voltage is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal in the off state of the MOSFET 201. Further, in the ON state of the MOSFET 201, a positive bias is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal. Further, when the current flowing through the MOSFET 201 becomes an overcurrent state, a negative bias is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal. According to such a configuration, it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and protection of overcurrent of the semiconductor device. Further, when the positive bias of the junction potential (Vj) during the normal operation of the MOSFET 201 is increased to the extent that the hole injection operation occurs, the resistance of the n-type semiconductor layer 2 in the vicinity of the JFET 200 is lowered by the conductivity modulation effect. Then, the on-resistance of the MOSFET 201 is further reduced.

また、以上に記載された実施の形態によれば、MOSFET201のオフ状態において、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に第1の負バイアスが印加される。また、MOSFET201のオン状態において、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に第2の負バイアスが印加される。また、MOSFET201に流れる電流が過電流状態となった場合、Vj端子を介して、JFET200のゲート端子に第3の負バイアスが印加される。ここで、第1の負バイアスは、第2の負バイアスよりも低い電圧である。また、第1の負バイアスは、第3の負バイアスよりも高い電圧である。このような構成によれば、接合電位(Vj)の負バイアスの範囲内でほぼ制限のない大きな電位変化が可能となる。そのため、半導体装置の低オン抵抗化と半導体装置の過電流保護とを両立させることができる。 Further, according to the embodiment described above, the first negative bias is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal in the off state of the MOSFET 201. Further, in the ON state of the MOSFET 201, a second negative bias is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal. Further, when the current flowing through the MOSFET 201 becomes an overcurrent state, a third negative bias is applied to the gate terminal of the JFET 200 via the Vj terminal. Here, the first negative bias is a voltage lower than that of the second negative bias. Further, the first negative bias is a voltage higher than that of the third negative bias. According to such a configuration, a large potential change with almost no limitation is possible within the range of the negative bias of the junction potential (Vj). Therefore, it is possible to achieve both low on-resistance of the semiconductor device and protection of overcurrent of the semiconductor device.

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、カソード端子がMOSFET201のゲート端子に接続され、かつ、アノード端子がVj端子に接続されるダイオード202を備える。このような構成によれば、接合電位(Vj)の電位制御を、ゲート電圧(Vg)の制御のみによって行うことができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a diode 202 in which the cathode terminal is connected to the gate terminal of the MOSFET 201 and the anode terminal is connected to the Vj terminal. According to such a configuration, the potential control of the junction potential (Vj) can be performed only by controlling the gate voltage (Vg).

また、以上に記載された実施の形態によれば、半導体装置は、Vj端子に接続されるVjout端子と、ダイオード204と、コンデンサー205とを備える。ダイオード204は、カソード端子がVjout端子に接続される。また、ダイオード204は、アノード端子がVj端子に接続される。コンデンサー205は、MOSFET201のゲート端子と、ダイオード204のアノード端子との間に接続される。このような構成によれば、ゲート電圧(Vg)によって接合電位(Vj)を制御することができ、かつ、Vjoutによって接合電位(Vj)の変化を制御することができる。 Further, according to the embodiment described above, the semiconductor device includes a Vjout terminal connected to the Vj terminal, a diode 204, and a capacitor 205. The cathode terminal of the diode 204 is connected to the Vjout terminal. Further, the anode terminal of the diode 204 is connected to the Vj terminal. The capacitor 205 is connected between the gate terminal of the MOSFET 201 and the anode terminal of the diode 204. According to such a configuration, the junction potential (Vj) can be controlled by the gate voltage (Vg), and the change of the junction potential (Vj) can be controlled by Vjout.

<以上に記載された実施の形態における変形例について>
以上に記載された実施の形態では、それぞれの構成要素の材質、材料、寸法、形状、相対的配置関係または実施の条件などについても記載する場合があるが、これらはすべての局面においてひとつの例であって、本願明細書に記載されたものに限られることはないものとする。
<About the modified example in the above-described embodiment>
In the embodiments described above, the materials, materials, dimensions, shapes, relative arrangement relationships, implementation conditions, etc. of each component may also be described, but these are one example in all aspects. However, it is not limited to those described in the present specification.

したがって、例が示されていない無数の変形例、および、均等物が、本願明細書に開示される技術の範囲内において想定される。たとえば、少なくとも1つの構成要素を変形する場合、追加する場合または省略する場合、さらには、少なくとも1つの実施の形態における少なくとも1つの構成要素を抽出し、他の実施の形態の構成要素と組み合わせる場合が含まれるものとする。 Therefore, innumerable variants and equivalents for which examples are not shown are envisioned within the scope of the techniques disclosed herein. For example, when transforming, adding or omitting at least one component, or when extracting at least one component in at least one embodiment and combining it with the components of another embodiment. Shall be included.

また、矛盾が生じない限り、以上に記載された実施の形態において「1つ」備えられるものとして記載された構成要素は、「1つ以上」備えられていてもよいものとする。 Further, as long as there is no contradiction, "one or more" components described as being provided in the above-described embodiment may be provided.

さらに、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素は概念的な単位であって、本願明細書に開示される技術の範囲内には、1つの構成要素が複数の構造物から成る場合と、1つの構成要素がある構造物の一部に対応する場合と、さらには、複数の構成要素が1つの構造物に備えられる場合とを含むものとする。 Further, each component in the above-described embodiment is a conceptual unit, and within the scope of the technology disclosed in the present specification, one component is composed of a plurality of structures. And the case where one component corresponds to a part of a structure, and further, the case where a plurality of components are provided in one structure.

また、以上に記載された実施の形態におけるそれぞれの構成要素には、同一の機能を発揮する限り、他の構造または形状を有する構造物が含まれるものとする。 In addition, each component in the above-described embodiment shall include a structure having another structure or shape as long as it exhibits the same function.

また、本願明細書における説明は、本技術に関するすべての目的のために参照され、いずれも、従来技術であると認めるものではない。 In addition, the description in the present specification is referred to for all purposes relating to the present technology, and none of them is recognized as a prior art.

また、以上に記載された実施の形態において、特に指定されずに材料名などが記載された場合は、矛盾が生じない限り、当該材料に他の添加物が含まれた、たとえば、合金などが含まれるものとする。 Further, in the above-described embodiment, when a material name or the like is described without being specified, the material contains other additives, for example, an alloy, etc., as long as there is no contradiction. It shall be included.

また、以上に記載された実施の形態では、第1の導電型がn型であり、第2の導電型がp型であるとして説明されたが、逆に、第1の導電型がp型であり、第2の導電型がn型であってもよいものとする。 Further, in the above-described embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but conversely, the first conductive type is p-type. It is assumed that the second conductive type may be n type.

1 半導体基板、2 n−型の半導体層、3,3a,3b,6,6A,6B p型の拡散領域、4 n+型の拡散領域、5,5B ゲート電極、7 ソース電極、7C エミッタ電極、8 ドレイン電極、8C コレクタ電極、9 p+型の半導体層、10 バッファ層、100 トレンチ、101,101B ゲート酸化膜、200 JFET、201 MOSFET、202,203,204 ダイオード、205 コンデンサー。 1 Semiconductor substrate, 2n-type semiconductor layer, 3,3a, 3b, 6,6A, 6Bp type diffusion region, 4n + type diffusion region, 5,5B gate electrode, 7 source electrode, 7C emitter electrode, 8 drain electrode, 8C collector electrode, 9 p + type semiconductor layer, 10 buffer layer, 100 trench, 101, 101B gate oxide film, 200 JFET, 201 MOSFET, 202, 203, 204 diode, 205 condenser.

Claims (10)

第1の導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の表層に形成される、第2の導電型の第1の拡散領域と、
前記第1の拡散領域の表層に形成される、第1の導電型の第2の拡散領域と、
前記第2の拡散領域の上面から前記第1の半導体層に達して形成される、トレンチと、
前記トレンチ内に形成されるゲート酸化膜と、
前記トレンチ内において、前記ゲート酸化膜に少なくとも一部を囲まれて形成されるゲート電極と、
前記第1の拡散領域の上面と前記第2の拡散領域の上面とに跨って形成される、上面電極と、
前記トレンチの下方から前記トレンチの下面に接触して形成される第2の導電型の第3の拡散領域と、
前記上面電極とは電気的に独立する、前記第3の拡散領域に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、
前記第3の拡散領域は、前記トレンチ外において前記トレンチの下面および一方の側面に沿って形成され、かつ、前記第1の拡散領域の下面に接触して形成され、
前記第3の拡散領域が接触する前記第1の拡散領域の表層に形成される前記第2の拡散領域は、前記ゲート電極と電気的に接続される、
導体装置。
The first conductive type first semiconductor layer and
A second conductive type first diffusion region formed on the surface layer of the first semiconductor layer, and
A first conductive type second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region,
A trench formed by reaching the first semiconductor layer from the upper surface of the second diffusion region, and
The gate oxide film formed in the trench and
A gate electrode formed in the trench, at least partially surrounded by the gate oxide film,
An upper surface electrode formed so as to straddle the upper surface of the first diffusion region and the upper surface of the second diffusion region.
A second conductive type third diffusion region formed in contact with the lower surface of the trench from below the trench,
It is provided with a first voltage applying portion for applying a voltage to the third diffusion region, which is electrically independent of the top electrode.
The third diffusion region is formed outside the trench along the lower surface of the trench and one side surface, and is formed in contact with the lower surface of the first diffusion region.
The second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region with which the third diffusion region contacts is electrically connected to the gate electrode.
Semiconductors devices.
第1の導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の表層に形成される、第2の導電型の第1の拡散領域と、
前記第1の拡散領域の表層に形成される、第1の導電型の第2の拡散領域と、
前記第2の拡散領域の上面から前記第1の半導体層に達して形成される、トレンチと、
前記トレンチ内に形成されるゲート酸化膜と、
前記トレンチ内において、前記ゲート酸化膜に少なくとも一部を囲まれて形成されるゲート電極と、
前記第1の拡散領域の上面と前記第2の拡散領域の上面とに跨って形成される、上面電極と、
前記トレンチの下方から前記トレンチの下面に接触して形成される第2の導電型の第3の拡散領域と、
前記上面電極とは電気的に独立する、前記第3の拡散領域に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、
カソード端子が前記ゲート電極に接続され、かつ、アノード端子が前記第1の電圧印加部に接続されるダイオードをさらに備える、
導体装置。
The first conductive type first semiconductor layer and
A second conductive type first diffusion region formed on the surface layer of the first semiconductor layer, and
A first conductive type second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region,
A trench formed by reaching the first semiconductor layer from the upper surface of the second diffusion region, and
The gate oxide film formed in the trench and
A gate electrode formed in the trench, at least partially surrounded by the gate oxide film,
An upper surface electrode formed so as to straddle the upper surface of the first diffusion region and the upper surface of the second diffusion region.
A second conductive type third diffusion region formed in contact with the lower surface of the trench from below the trench,
It is provided with a first voltage applying portion for applying a voltage to the third diffusion region, which is electrically independent of the top electrode.
Further comprising a diode in which the cathode terminal is connected to the gate electrode and the anode terminal is connected to the first voltage application portion.
Semi conductor device.
第1の導電型の第1の半導体層と、
前記第1の半導体層の表層に形成される、第2の導電型の第1の拡散領域と、
前記第1の拡散領域の表層に形成される、第1の導電型の第2の拡散領域と、
前記第2の拡散領域の上面から前記第1の半導体層に達して形成される、トレンチと、
前記トレンチ内に形成されるゲート酸化膜と、
前記トレンチ内において、前記ゲート酸化膜に少なくとも一部を囲まれて形成されるゲート電極と、
前記第1の拡散領域の上面と前記第2の拡散領域の上面とに跨って形成される、上面電極と、
前記トレンチの下方から前記トレンチの下面に接触して形成される第2の導電型の第3の拡散領域と、
前記上面電極とは電気的に独立する、前記第3の拡散領域に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、
前記第3の拡散領域は、前記トレンチ外において前記トレンチの下面および一方の側面に沿って形成され、かつ、前記第1の拡散領域の下面に接触して形成され、
前記第3の拡散領域が接触する前記第1の拡散領域の表層に形成される前記第2の拡散領域は、前記ゲート電極とは電気的に独立し前記第2の拡散領域に電圧を印加するための第2の電圧印加部に接続される、
導体装置。
The first conductive type first semiconductor layer and
A second conductive type first diffusion region formed on the surface layer of the first semiconductor layer, and
A first conductive type second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region,
A trench formed by reaching the first semiconductor layer from the upper surface of the second diffusion region, and
The gate oxide film formed in the trench and
A gate electrode formed in the trench, at least partially surrounded by the gate oxide film,
An upper surface electrode formed so as to straddle the upper surface of the first diffusion region and the upper surface of the second diffusion region.
A second conductive type third diffusion region formed in contact with the lower surface of the trench from below the trench,
It is provided with a first voltage applying portion for applying a voltage to the third diffusion region, which is electrically independent of the top electrode.
The third diffusion region is formed outside the trench along the lower surface of the trench and one side surface, and is formed in contact with the lower surface of the first diffusion region.
The second diffusion region formed on the surface layer of the first diffusion region in contact with the third diffusion region is electrically independent of the gate electrode and applies a voltage to the second diffusion region. Connected to the second voltage application part for
Semi conductor device.
前記第1の半導体層の下面に形成される、前記第1の半導体層よりも高い不純物濃度を有する第1の導電型の第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の下面に形成される、第2の導電型の第3の半導体層と、
前記第3の半導体層の下面に形成される、下面電極とをさらに備える、
請求項1から請求項のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
A first conductive type second semiconductor layer having a higher impurity concentration than the first semiconductor layer, which is formed on the lower surface of the first semiconductor layer,
A second conductive type third semiconductor layer formed on the lower surface of the second semiconductor layer, and
A lower surface electrode formed on the lower surface of the third semiconductor layer is further provided.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3.
少なくとも前記第1の半導体層が、ワイドバンドギャップ半導体からなる、
請求項1から請求項のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
At least the first semiconductor layer is made of a wide bandgap semiconductor.
The semiconductor device according to any one of claims 1 to 4.
トレンチゲート型のMOSFETと、
前記MOSFETのドレイン端子にソース端子が接続されるJFETと、
前記MOSFETのソース端子とは電気的に独立する、前記JFETのゲート端子に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、
カソード端子が前記MOSFETのゲート端子に接続され、かつ、アノード端子が前記第1の電圧印加部に接続されるダイオードをさらに備える、
導体装置。
Trench gate type MOSFET and
A JFET whose source terminal is connected to the drain terminal of the MOSFET,
It is provided with a first voltage application unit for applying a voltage to the gate terminal of the JFET, which is electrically independent of the source terminal of the MOSFET.
A diode in which the cathode terminal is connected to the gate terminal of the MOSFET and the anode terminal is connected to the first voltage application portion is further provided.
Semi conductor device.
トレンチゲート型のMOSFETと、
前記MOSFETのドレイン端子にソース端子が接続されるJFETと、
前記MOSFETのソース端子とは電気的に独立する、前記JFETのゲート端子に電圧を印加するための第1の電圧印加部とを備え、
前記第1の電圧印加部に接続される第2の電圧印加部と、
カソード端子が前記第2の電圧印加部に接続され、かつ、アノード端子が前記第1の電圧印加部に接続されるダイオードと、
前記MOSFETのゲート端子と、前記ダイオードのアノード端子との間に接続されるコンデンサーとをさらに備える、
導体装置。
Trench gate type MOSFET and
A JFET whose source terminal is connected to the drain terminal of the MOSFET,
It is provided with a first voltage application unit for applying a voltage to the gate terminal of the JFET, which is electrically independent of the source terminal of the MOSFET.
A second voltage application unit connected to the first voltage application unit and
A diode in which the cathode terminal is connected to the second voltage application unit and the anode terminal is connected to the first voltage application unit.
A capacitor connected between the gate terminal of the MOSFET and the anode terminal of the diode is further provided.
Semi conductor device.
前記MOSFETのオン状態において、前記MOSFETに流れる電流が過電流状態となった場合、前記第1の電圧印加部を介して前記JFETのゲート端子に印加される電圧を下げる、
請求項6または請求項7に記載の半導体装置。
When the current flowing through the MOSFET becomes an overcurrent state in the ON state of the MOSFET, the voltage applied to the gate terminal of the JFET is lowered via the first voltage application unit.
The semiconductor device according to claim 6 or 7.
前記MOSFETのオフ状態において、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に電圧は印加されず、
前記MOSFETのオン状態において、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に正バイアスが印加され、かつ、
前記MOSFETに流れる電流が過電流状態となった場合、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に負バイアスが印加される、
請求項6から請求項8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
In the OFF state of the MOSFET, no voltage is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit.
In the ON state of the MOSFET, a positive bias is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit, and the positive bias is applied.
When the current flowing through the MOSFET becomes an overcurrent state, a negative bias is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit.
The semiconductor device according to any one of claims 6 to 8.
前記MOSFETのオフ状態において、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に第1の負バイアスが印加され、
前記MOSFETのオン状態において、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に第2の負バイアスが印加され、かつ、
前記MOSFETに流れる電流が過電流状態となった場合、前記第1の電圧印加部を介して、前記JFETのゲート端子に第3の負バイアスが印加され、
前記第1の負バイアスは、前記第2の負バイアスよりも低い電圧であり、
前記第1の負バイアスは、前記第3の負バイアスよりも高い電圧である、
請求項6から請求項8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置。
In the OFF state of the MOSFET, a first negative bias is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit.
In the ON state of the MOSFET, a second negative bias is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit, and the second negative bias is applied.
When the current flowing through the MOSFET becomes an overcurrent state, a third negative bias is applied to the gate terminal of the JFET via the first voltage application unit.
The first negative bias is a voltage lower than that of the second negative bias.
The first negative bias is a higher voltage than the third negative bias.
The semiconductor device according to any one of claims 6 to 8.
JP2018137029A 2018-07-20 2018-07-20 Semiconductor device Active JP6964564B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018137029A JP6964564B2 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018137029A JP6964564B2 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020013959A JP2020013959A (en) 2020-01-23
JP6964564B2 true JP6964564B2 (en) 2021-11-10

Family

ID=69169604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018137029A Active JP6964564B2 (en) 2018-07-20 2018-07-20 Semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6964564B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113270495A (en) * 2020-02-14 2021-08-17 苏州华太电子技术有限公司 VDMOSFET device structure and manufacturing method thereof
CN115084229B (en) * 2022-06-29 2026-02-10 电子科技大学 P+ shielding layer self-clamping trench silicon carbide IGBT device and its fabrication method
WO2026018895A1 (en) * 2024-07-18 2026-01-22 ローム株式会社 Semiconductor device

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4835586A (en) * 1987-09-21 1989-05-30 Siliconix Incorporated Dual-gate high density fet
JPH09181304A (en) * 1995-12-21 1997-07-11 Toyota Motor Corp Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP3916874B2 (en) * 2001-02-06 2007-05-23 関西電力株式会社 Semiconductor device
JP4839548B2 (en) * 2001-08-29 2011-12-21 株式会社デンソー Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2005011846A (en) * 2003-06-16 2005-01-13 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device
JP2015119157A (en) * 2013-11-12 2015-06-25 住友電気工業株式会社 Silicon carbide semiconductor device and semiconductor circuit
WO2015111177A1 (en) * 2014-01-24 2015-07-30 株式会社日立製作所 Semiconductor device, power module, power conversion device, and railway vehicle
JP6283709B2 (en) * 2016-03-18 2018-02-21 株式会社豊田中央研究所 Semiconductor device
JP6513168B2 (en) * 2017-11-29 2019-05-15 三菱電機株式会社 Semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020013959A (en) 2020-01-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9318547B2 (en) Wide bandgap insulated gate semiconductor device
JP4250144B2 (en) Semiconductor device having highly doped channel conduction region and manufacturing method thereof
JP4417677B2 (en) Power semiconductor device
US20200350427A1 (en) Group-iii nitride semiconductor device and method for fabricating the same
CN104299991B (en) Semiconductor device
JP7581468B2 (en) Semiconductor Device
JP5646044B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
CN111129135A (en) semiconductor device
CN105226096A (en) Field-effect semiconductor device and its method run and manufacture
US10361267B2 (en) Semiconductor device
CN111092114A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
CN108258039B (en) Conductivity modulated drain extension MOSFET
CN113410284A (en) Silicon carbide semiconductor structure and silicon carbide semiconductor device
JPWO2017179102A1 (en) Semiconductor device
JP7178950B2 (en) semiconductor equipment
CN112466922A (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
KR102518586B1 (en) Semiconductor device and method manufacturing the same
WO2012124191A1 (en) Semiconductor device
CN112466923A (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP6964564B2 (en) Semiconductor device
CN102468298A (en) Accumulator Field Effect Transistor with Integrated Clamp Circuit
CN109427706B (en) Packaged fast reverse diode assembly for PFC applications
US10211331B2 (en) Semiconductor device
US9698138B2 (en) Power semiconductor device with improved stability and method for producing the same
US9349853B2 (en) Semiconductor transistor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20200715

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20210414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20210420

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20210524

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

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210921

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20211019

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6964564

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250