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JP7010095B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description

本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。 The techniques disclosed herein relate to semiconductor devices.

半導体装置の小型化を進めるために、半導体層の表層部にコンタクト用トレンチを形成する技術が知られている。コンタクト用トレンチ内に充填された電極は、コンタクト用トレンチの側面を利用して半導体層に接触することができる。このため、半導体層の面内方向における電極の接触面積を削減することができるので、半導体装置の小型化が実現される。 In order to promote the miniaturization of semiconductor devices, a technique for forming a contact trench on the surface layer of a semiconductor layer is known. The electrode filled in the contact trench can contact the semiconductor layer by utilizing the side surface of the contact trench. Therefore, the contact area of the electrodes in the in-plane direction of the semiconductor layer can be reduced, so that the semiconductor device can be miniaturized.

アバランシェ降伏時に発生する正孔を引き抜くために、このようなコンタクト用トレンチの下方にp型の正孔引き抜き領域を形成する技術が知られている。特許文献1は、アバランシェ耐量を向上させるために、この正孔引き抜き領域を深く形成する技術を開示する。 A technique for forming a p-type hole extraction region below such a contact trench is known in order to extract holes generated during avalanche breakdown. Patent Document 1 discloses a technique for deeply forming this hole extraction region in order to improve the avalanche withstand capability.

特開2009-43966号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-43966

特許文献1に開示される正孔引き抜き領域は、ボディ領域を超えてドリフト領域に侵入するように形成されている。このため、正孔引き抜き領域は、ドリフト領域とボディ領域の間のpn接合に隣接して配置されている。例えば、半導体装置がオンしているときに負荷短絡等が生じると、半導体装置に大電圧が印加されるときがある。このとき、ドリフト領域とボディ領域の間のpn接合に隣接する正孔引き抜き領域の側面近傍が高電界領域となり、この部分でアバランシェ降伏が発生することが懸念される。この高電界領域は、トレンチゲート部の側面に存在する寄生npnトランジスタ(ドリフト領域とボディ領域とソース領域で構成される寄生npnトランジスタ)に近接している。このため、高電界領域のアバランシェ降伏で発生したアバランシェ電流が寄生npnトランジスタのベース電流となり、寄生npnトランジスタが動作する2次降伏が発生してしまう。このように、特許文献1に開示される半導体装置は、オン耐量が低いという問題がある。本明細書は、オン耐量を向上させる技術を提供することを目的とする。 The hole extraction region disclosed in Patent Document 1 is formed so as to penetrate the drift region beyond the body region. Therefore, the hole extraction region is arranged adjacent to the pn junction between the drift region and the body region. For example, if a load short circuit occurs while the semiconductor device is on, a large voltage may be applied to the semiconductor device. At this time, there is a concern that the vicinity of the side surface of the hole extraction region adjacent to the pn junction between the drift region and the body region becomes a high electric field region, and avalanche breakdown occurs in this region. This high electric field region is close to a parasitic npn transistor (parasitic npn transistor composed of a drift region, a body region, and a source region) existing on the side surface of the trench gate portion. Therefore, the avalanche current generated by the avalanche breakdown in the high electric field region becomes the base current of the parasitic npn transistor, and the secondary breakdown in which the parasitic npn transistor operates is generated. As described above, the semiconductor device disclosed in Patent Document 1 has a problem that the on-resistance is low. It is an object of the present specification to provide a technique for improving the on-tolerance.

本明細書が開示する半導体装置は、その種類は特に限定されず、例えばMOSFET又はIGBTである。また、本明細書が開示する半導体装置の半導体材料は、特に限定されるものではなく、例えばワイドバンドギャップ半導体である。ワイドバンドギャップ半導体は、例えば炭化珪素、窒化物半導体又は酸化物半導体であってもよい。本明細書が開示する半導体装置の一実施形態は、第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域上に設けられている第2導電型の第2半導体領域と、第2半導体領域上に設けられている第1導電型の第3半導体領域と、第3半導体領域を超えて第2半導体領域に達するコンタクト用トレンチ内に充填されている表面電極と、コンタクト用トレンチの下方に設けられている第2導電型のキャリア引き抜き領域と、キャリア引き抜き領域の下方に設けられており、第1半導体領域と第2半導体領域の間のpn接合に隣接して配置されている第2導電型の電界緩和領域と、電界緩和領域の下方に設けられている第2導電型の下部領域と、第3半導体領域及び前記第2半導体領域を超えて第1半導体領域に達するゲート用トレンチ内に配置されており、第1半導体領域と第3半導体領域を隔てる位置にある第2半導体領域に対向するトレンチゲート部と、を備えることができる。コンタクト用トレンチ内に充填されている表面電極は、その側面で第3半導体領域に接しており、その底面で前記キャリア引き抜き領域に接している。キャリア引き抜き領域の不純物濃度は、第2半導体領域の不純物濃度よりも濃い。電界緩和領域の不純物濃度は、第2半導体領域の不純物濃度よりも薄い。下部領域の不純物濃度は、電界緩和領域の不純物濃度よりも濃い。この半導体装置では、第1半導体領域と第2半導体領域の間のpn接合に隣接する位置に電界緩和領域が配置されており、その電界緩和領域の不純物濃度が第2半導体領域の不純物濃度よりも薄く形成されている。これにより、半導体装置がオンしているときに半導体装置に大電圧が印加されても、この電界緩和領域の側面近傍の電界が緩和され、第1半導体領域と第2半導体領域と第3半導体領域で構成される寄生トランジスタが動作することが抑えられる。この半導体装置は、高いオン耐量という特性を有することができる。 The type of the semiconductor device disclosed in the present specification is not particularly limited, and is, for example, a MOSFET or an IGBT. Further, the semiconductor material of the semiconductor device disclosed in the present specification is not particularly limited, and is, for example, a wide bandgap semiconductor. The wide bandgap semiconductor may be, for example, silicon carbide, a nitride semiconductor or an oxide semiconductor. One embodiment of the semiconductor device disclosed in the present specification is a first conductive type first semiconductor region, a second conductive type second semiconductor region provided on the first semiconductor region, and a second semiconductor region. A first conductive type third semiconductor region provided above, a surface electrode filled in a contact trench extending beyond the third semiconductor region to reach the second semiconductor region, and provided below the contact trench. A second conductive type carrier drawn region and a second conductive type provided below the carrier drawn region and adjacent to a pn junction between the first semiconductor region and the second semiconductor region. The electric field relaxation region, the lower region of the second conductive type provided below the electric power relaxation region, the third semiconductor region, and the gate trench extending beyond the second semiconductor region to reach the first semiconductor region. A trench gate portion facing the second semiconductor region located at a position separating the first semiconductor region and the third semiconductor region can be provided. The surface electrode filled in the contact trench is in contact with the third semiconductor region on the side surface thereof, and is in contact with the carrier extraction region on the bottom surface thereof. The impurity concentration in the carrier extraction region is higher than the impurity concentration in the second semiconductor region. The impurity concentration in the electric field relaxation region is lower than the impurity concentration in the second semiconductor region. The impurity concentration in the lower region is higher than the impurity concentration in the electric field relaxation region. In this semiconductor device, an electric field relaxation region is arranged at a position adjacent to the pn junction between the first semiconductor region and the second semiconductor region, and the impurity concentration in the electric field relaxation region is higher than the impurity concentration in the second semiconductor region. It is thinly formed. As a result, even if a large voltage is applied to the semiconductor device while the semiconductor device is on, the electric field near the side surface of the electric field relaxation region is relaxed, and the first semiconductor region, the second semiconductor region, and the third semiconductor region are relaxed. The operation of the parasitic transistor composed of is suppressed. This semiconductor device can have the characteristic of high on-resistance.

上記実施形態の半導体装置はさらに、ゲート用トレンチ内において、トレンチゲート部よりも下方に配置されている埋設プレート部をさらに備えていてもよい。埋設プレート部は、埋設絶縁膜と、埋設絶縁膜を介して第1半導体領域に対向するプレート電極と、を有することができる。この半導体装置は、埋設プレート部のプレート電極に印加される電圧に基づいて、耐圧向上及び/又はオン抵抗の低下が可能となる。 The semiconductor device of the above embodiment may further include an embedded plate portion arranged below the trench gate portion in the gate trench. The embedded plate portion can have an embedded insulating film and a plate electrode facing the first semiconductor region via the embedded insulating film. This semiconductor device can improve the withstand voltage and / or reduce the on-resistance based on the voltage applied to the plate electrode of the embedded plate portion.

上記実施形態の半導体装置では、下部領域が、隣接する第1半導体領域との間でスーパージャンクション構造を構成してもよい。この半導体装置は、高耐圧という特性を有することができる。 In the semiconductor device of the above embodiment, the lower region may form a super junction structure with the adjacent first semiconductor region. This semiconductor device can have a characteristic of high withstand voltage.

半導体装置の要部断面図を模式的に示す。The cross-sectional view of the main part of the semiconductor device is schematically shown.

図1に示されるように、半導体装置1は、縦型のMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)であり、半導体層10、半導体層10の裏面10Aを被覆するドレイン電極22、半導体層10の表面10Bを被覆するソース電極24、トレンチゲート部30及び埋設プレート部40を備えている。半導体層10の材料は、シリコンである。この例に代えて、半導体層10の材料は、例えば炭化珪素又は窒化物半導体であってもよい。半導体層10は、n+型のドレイン領域11、n-型のドリフト領域12、p型のボディ領域13、n+型のソース領域14、p+型の正孔引き抜き領域15、p-型の電界緩和領域16及びp型の下部領域17を有している。 As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 is a vertical MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), and is a semiconductor layer 10, a drain electrode 22 covering the back surface 10A of the semiconductor layer 10, and the surface of the semiconductor layer 10. It includes a source electrode 24 that covers 10B, a trench gate portion 30, and an embedded plate portion 40. The material of the semiconductor layer 10 is silicon. Instead of this example, the material of the semiconductor layer 10 may be, for example, silicon carbide or a nitride semiconductor. The semiconductor layer 10 has an n + type drain region 11, an n - type drift region 12, a p-type body region 13, an n + type source region 14, a p + type hole extraction region 15, and a p - type. It has an electric field relaxation region 16 and a p-type lower region 17.

半導体層10の表面10Bからソース領域14及びボディ領域13を貫通してドリフト領域12の一部に侵入するようにゲート用トレンチTR1が形成されており、そのゲート用トレンチTR1内にトレンチゲート部30及び埋設プレート部40が設けられている。トレンチゲート部30がゲート用トレンチTR1内の上側に配置されており、埋設プレート部40がゲート用トレンチTR1内の下側に配置されている。さらに、半導体層10の表面10Bからソース領域14を貫通してボディ領域13の一部に侵入するようにコンタクト用トレンチTR2が形成されており、そのコンタクト用トレンチTR2内にソース電極24の一部が充填されている。コンタクト用トレンチTR2は、隣り合うゲート用トレンチTR1の間に配置されている。 A gate trench TR1 is formed so as to penetrate a part of the drift region 12 from the surface 10B of the semiconductor layer 10 through the source region 14 and the body region 13, and the trench gate portion 30 is formed in the gate trench TR1. And the buried plate portion 40 is provided. The trench gate portion 30 is arranged on the upper side in the gate trench TR1, and the embedded plate portion 40 is arranged on the lower side in the gate trench TR1. Further, a contact trench TR2 is formed so as to penetrate a part of the body region 13 from the surface 10B of the semiconductor layer 10 through the source region 14, and a part of the source electrode 24 is formed in the contact trench TR2. Is filled. The contact trench TR2 is arranged between adjacent gate trenches TR1.

ドレイン領域11は、半導体層10の裏層部に設けられており、半導体層10の裏面10Aに露出している。ドレイン領域11は、ドレイン電極22にオーミック接触している。 The drain region 11 is provided on the back layer portion of the semiconductor layer 10 and is exposed on the back surface 10A of the semiconductor layer 10. The drain region 11 is in ohmic contact with the drain electrode 22.

ドリフト領域12は、ドレイン領域11上に設けられており、ドレイン領域11とボディ領域13の間に配置されている。ドリフト領域12に対応する深さに埋設プレート部40が配置されている。ドリフト領域12は、埋設プレート部40の側面に接している。ドリフト領域12は、第1半導体領域の一例である。 The drift region 12 is provided on the drain region 11 and is arranged between the drain region 11 and the body region 13. The buried plate portion 40 is arranged at a depth corresponding to the drift region 12. The drift region 12 is in contact with the side surface of the buried plate portion 40. The drift region 12 is an example of the first semiconductor region.

ボディ領域13は、ドリフト領域12上に設けられており、ドリフト領域12とソース領域14の間に配置されている。ボディ領域13に対応する深さにトレンチゲート部30が配置されている。ボディ領域13は、トレンチゲート部30の側面に接している。ボディ領域13の不純物濃度は、閾値電圧及びチャネル抵抗を考慮して設計されており、例えば5×1016~5×1017cm-3の範囲である。ボディ領域13は、第2半導体領域の一例である。 The body region 13 is provided on the drift region 12 and is arranged between the drift region 12 and the source region 14. The trench gate portion 30 is arranged at a depth corresponding to the body region 13. The body region 13 is in contact with the side surface of the trench gate portion 30. The impurity concentration of the body region 13 is designed in consideration of the threshold voltage and the channel resistance, and is, for example, in the range of 5 × 10 16 to 5 × 10 17 cm -3 . The body region 13 is an example of the second semiconductor region.

ソース領域14は、ボディ領域13上に設けられており、半導体層10の表面10Bに露出している。ソース領域14は、ソース電極24にオーミック接触している。図1に示されるように、コンタクト用トレンチTR2内に充填されているソース電極24は、その側面でソース領域14に接している。このように、コンタクト用トレンチTR2を利用することで、ソース領域14の面方向の面積を広く確保しなくても、ソース領域14とソース電極24の接触面積を十分に確保することができる。このため、隣り合うゲート用トレンチTR1の間隔(ゲートピッチ)を短くすることができる。ソース領域14は、第3半導体領域の一例である。 The source region 14 is provided on the body region 13 and is exposed on the surface 10B of the semiconductor layer 10. The source region 14 is in ohmic contact with the source electrode 24. As shown in FIG. 1, the source electrode 24 filled in the contact trench TR2 is in contact with the source region 14 on its side surface. As described above, by using the contact trench TR2, it is possible to sufficiently secure the contact area between the source region 14 and the source electrode 24 without securing a wide area in the surface direction of the source region 14. Therefore, the distance (gate pitch) between adjacent gate trenches TR1 can be shortened. The source region 14 is an example of a third semiconductor region.

正孔引き抜き領域15は、コンタクト用トレンチTR2の下方に配置されている。半導体層10の表面10Bに直交する方向(紙面上下方向)から観測したときに(以下、「平面視したときに」という)、正孔引き抜き領域15は、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲内に収まるように配置されていてもよく、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲を超えて配置されていてもよい。コンタクト用トレンチTR2内に充填されているソース電極24は、その底面で正孔引き抜き領域15にオーミック接触している。なお、正孔引き抜き領域15は、コンタクト用トレンチTR2の底面の角部を覆うように形成されていてもよい。正孔引き抜き領域15の不純物濃度は、ボディ領域13の不純物濃度よりも濃く、例えば5×1018~1×1020cm-3の範囲である。正孔引き抜き領域15は、キャリア引き抜き領域の一例である。 The hole extraction region 15 is arranged below the contact trench TR2. When observed from a direction orthogonal to the surface 10B of the semiconductor layer 10 (vertical direction on the paper surface) (hereinafter referred to as “when viewed in a plane”), the hole extraction region 15 falls within the existence range of the contact trench TR2. It may be arranged so as to exceed the existence range of the contact trench TR2. The source electrode 24 filled in the contact trench TR2 is in ohmic contact with the hole extraction region 15 at the bottom surface thereof. The hole extraction region 15 may be formed so as to cover the corner portion of the bottom surface of the contact trench TR2. The impurity concentration in the hole extraction region 15 is higher than the impurity concentration in the body region 13, for example, in the range of 5 × 10 18 to 1 × 10 20 cm -3 . The hole extraction region 15 is an example of a carrier extraction region.

電界緩和領域16は、正孔引き抜き領域15の下方に配置されており、正孔引き抜き領域15と下部領域17の間に配置されており、正孔引き抜き領域15と下部領域17の双方に接している。電界緩和領域16は、正孔引き抜き領域15から離れていていもよい。この場合、電界緩和領域16と正孔引き抜き領域15の間に、ボディ領域13の一部が配置される。電界緩和領域16は、平面視したときに、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲内に収まるように配置されていてもよく、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲を超えて配置されていてもよい。また、電界緩和領域16は、平面視したときに、正孔引き抜き領域15の存在範囲内に収まるように配置されていてもよく、正孔引き抜き領域15の存在範囲を超えて配置されていてもよい。電界緩和領域16は、ドリフト領域12とボディ領域13の間のpn接合に対応した深さに設けられており、そのpn接合に隣接して配置されている。電界緩和領域16の不純物濃度は、ボディ領域13の不純物濃度よりも薄く、例えば5×1015~5×1016cm-3の範囲である。 The electric field relaxation region 16 is arranged below the hole extraction region 15, is arranged between the hole extraction region 15 and the lower region 17, and is in contact with both the hole extraction region 15 and the lower region 17. There is. The electric field relaxation region 16 may be separated from the hole extraction region 15. In this case, a part of the body region 13 is arranged between the electric field relaxation region 16 and the hole extraction region 15. The electric field relaxation region 16 may be arranged so as to be within the existing range of the contact trench TR2 when viewed in a plan view, or may be arranged beyond the existing range of the contact trench TR2. Further, the electric field relaxation region 16 may be arranged so as to be within the existence range of the hole extraction region 15 when viewed in a plan view, or may be arranged beyond the existence range of the hole extraction region 15. good. The electric field relaxation region 16 is provided at a depth corresponding to the pn junction between the drift region 12 and the body region 13, and is arranged adjacent to the pn junction. The impurity concentration in the electric field relaxation region 16 is thinner than the impurity concentration in the body region 13, and is, for example, in the range of 5 × 10 15 to 5 × 10 16 cm -3 .

下部領域17は、電界緩和領域16の下方に配置されている。下部領域17は、平面視したときに、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲内に収まるように配置されていてもよく、コンタクト用トレンチTR2の存在範囲を超えて配置されていてもよい。また、下部領域17は、平面視したときに、電界緩和領域16の存在範囲内に収まるように配置されていてもよく、電界緩和領域16の存在範囲を超えて配置されていてもよい。下部領域17の不純物濃度は、電界緩和領域16の不純物濃度よりも濃く、例えば5×1016~5×1017cm-3の範囲である。また、下部領域17は隣り合うゲート用トレンチTR1の間に配置されており、これらゲート用トレンチTR1と下部領域17の間に一対のドリフト部分領域12aが配置されている。下部領域17と一対のドリフト部分領域12aは、スーパージャンクション構造となるように構成されている。 The lower region 17 is arranged below the electric field relaxation region 16. The lower region 17 may be arranged so as to be within the existing range of the contact trench TR2 when viewed in a plan view, or may be arranged beyond the existing range of the contact trench TR2. Further, the lower region 17 may be arranged so as to be within the existing range of the electric field relaxation region 16 when viewed in a plan view, or may be arranged beyond the existing range of the electric field relaxation region 16. The impurity concentration in the lower region 17 is higher than the impurity concentration in the electric field relaxation region 16, for example, in the range of 5 × 10 16 to 5 × 10 17 cm -3 . Further, the lower region 17 is arranged between adjacent gate trenches TR1, and a pair of drift partial regions 12a are arranged between the gate trench TR1 and the lower region 17. The lower region 17 and the pair of drift partial regions 12a are configured to have a super junction structure.

上記したように、半導体装置1では、コンタクト用トレンチTR2の下方において、下部領域17と電界緩和領域16と正孔引き抜き領域15が深さ方向に沿ってこの順で積層されている。コンタクト用トレンチTR2の下方における深さ方向の不純物濃度分布を測定すると、下部領域17と正孔引き抜き領域15に極大値が位置し、電界緩和領域16に極小値が位置している。換言すると、下部領域と17と正孔引き抜き領域15の間において、ボディ領域13の不純物濃度よりも薄い不純物濃度の領域を電界緩和領域16ということができる。 As described above, in the semiconductor device 1, the lower region 17, the electric field relaxation region 16, and the hole extraction region 15 are laminated in this order in the depth direction below the contact trench TR2. When the impurity concentration distribution in the depth direction below the contact trench TR2 is measured, the maximum value is located in the lower region 17 and the hole extraction region 15, and the minimum value is located in the electric field relaxation region 16. In other words, the region between the lower region and 17 and the hole extraction region 15 having an impurity concentration lower than that of the body region 13 can be referred to as an electric field relaxation region 16.

トレンチゲート部30は、ゲート用トレンチTR1の上側に配置されており、ゲート電極32及びゲート絶縁膜34を有している。ゲート電極32は、ドリフト領域12とソース領域14を隔てる位置にあるボディ領域13にゲート絶縁膜34を介して対向している。これにより、半導体装置1がオンするときには、ドリフト領域12とソース領域14を隔てる位置にあるボディ領域13にチャネル(反転層)が形成される。 The trench gate portion 30 is arranged above the gate trench TR1 and has a gate electrode 32 and a gate insulating film 34. The gate electrode 32 faces the body region 13 at a position separating the drift region 12 and the source region 14 via the gate insulating film 34. As a result, when the semiconductor device 1 is turned on, a channel (inversion layer) is formed in the body region 13 located at a position separating the drift region 12 and the source region 14.

埋設プレート部40は、ゲート用トレンチTR1の下側に配置されており、プレート電極42及び埋設絶縁膜44を有している。プレート電極42は、埋設絶縁膜44を介してドリフト領域12に対向している。プレート電極42は、ソース電極24に電気的に接続されていてもよく、ゲート電極32に電気的に接続されていてもよい。プレート電極42がソース電極24に電気的に接続されている場合、半導体装置1がオフしたときに、フィールドプレート効果によって埋設プレート部40の側面に接するドリフト領域12内に空乏層が素早く形成され、半導体装置1の耐圧が向上する。一方、プレート電極42がゲート電極32に電気的に接続されている場合、半導体装置1がオンしたときに、埋設プレート部40の側面に接するドリフト領域12内に蓄積層が形成され、半導体装置1のオン抵抗が低下する。なお、この例では、ゲート用トレンチTR1の幅が深さ方向に一定の形態を例示しているが、ゲート用トレンチTR1の幅は深さ方向に変わってもよい。ゲート用トレンチTR1の幅は、深部に向けて先細りのテーパであってもよく、埋設プレート部40に対応する深さとトレンチゲート部30に対応する深さの間に段差が形成されるように埋設プレート部40に対応する深さの幅がトレンチゲート部30に対応する深さの幅よりも小さくてもよい。 The embedded plate portion 40 is arranged under the gate trench TR1 and has a plate electrode 42 and an embedded insulating film 44. The plate electrode 42 faces the drift region 12 via the embedded insulating film 44. The plate electrode 42 may be electrically connected to the source electrode 24 or may be electrically connected to the gate electrode 32. When the plate electrode 42 is electrically connected to the source electrode 24, when the semiconductor device 1 is turned off, a depletion layer is quickly formed in the drift region 12 in contact with the side surface of the embedded plate portion 40 due to the field plate effect. The withstand voltage of the semiconductor device 1 is improved. On the other hand, when the plate electrode 42 is electrically connected to the gate electrode 32, when the semiconductor device 1 is turned on, an accumulation layer is formed in the drift region 12 in contact with the side surface of the embedded plate portion 40, and the semiconductor device 1 is formed. On resistance decreases. In this example, the width of the gate trench TR1 is constant in the depth direction, but the width of the gate trench TR1 may change in the depth direction. The width of the gate trench TR1 may be tapered toward the deep part, and is buried so that a step is formed between the depth corresponding to the buried plate portion 40 and the depth corresponding to the trench gate portion 30. The width of the depth corresponding to the plate portion 40 may be smaller than the width of the depth corresponding to the trench gate portion 30.

次に、半導体装置1の動作を説明する。ソース電極24よりも高い電圧がドレイン電極22に印加され、ゲート電極32に閾値電圧よりも高い電圧が印加されると、半導体装置1はオンとなる。このとき、トレンチゲート部30の側面に接するボディ領域13内にチャネル(反転層)が形成される。ソース領域14から注入された電子は、ボディ領域13内に形成されたチャネルを介してドリフト領域12に移動し、半導体装置1がオンする。上記したように、下部領域17と一対のドリフト部分領域12aは、スーパージャンクション構造となるように構成されている。このため、ドリフト部分領域12aの不純物濃度は比較的に濃く調整されており、ドリフト抵抗は低い。半導体装置1は、低オン抵抗という特性を有することができる。 Next, the operation of the semiconductor device 1 will be described. When a voltage higher than the source electrode 24 is applied to the drain electrode 22 and a voltage higher than the threshold voltage is applied to the gate electrode 32, the semiconductor device 1 is turned on. At this time, a channel (inverted layer) is formed in the body region 13 in contact with the side surface of the trench gate portion 30. The electrons injected from the source region 14 move to the drift region 12 via the channel formed in the body region 13, and the semiconductor device 1 is turned on. As described above, the lower region 17 and the pair of drift partial regions 12a are configured to have a super junction structure. Therefore, the impurity concentration in the drift partial region 12a is adjusted to be relatively high, and the drift resistance is low. The semiconductor device 1 can have a characteristic of low on-resistance.

ゲート電極32に印加される電圧が閾値電圧を下回ると、ボディ領域13内のチャネルが消失し、半導体装置1がオフとなる。上記したように、下部領域17と一対のドリフト部分領域12aは、スーパージャンクション構造となるように構成されている。このため、このスーパージャンクション構造において電界強度が深さ方向に一様となり、半導体装置1は高い耐圧を有することができる。また、半導体装置1がターンオフするときに、サージ等の高電圧が印加されると、ゲート用トレンチTR1の底部又はスーパージャンクション構造においてアバランシェ降伏することができる。このアバランシェ降伏で発生した正孔は、下部領域17と電界緩和領域16と正孔引き抜き領域15を介して速やかにソース電極24に排出される。これにより、半導体装置1は、オフ時において、高いアバランシェ耐量を有することができる。 When the voltage applied to the gate electrode 32 falls below the threshold voltage, the channel in the body region 13 disappears and the semiconductor device 1 is turned off. As described above, the lower region 17 and the pair of drift partial regions 12a are configured to have a super junction structure. Therefore, in this super junction structure, the electric field strength becomes uniform in the depth direction, and the semiconductor device 1 can have a high withstand voltage. Further, when a high voltage such as a surge is applied when the semiconductor device 1 is turned off, the avalanche breakdown can occur at the bottom of the gate trench TR1 or in the super junction structure. The holes generated by this avalanche breakdown are rapidly discharged to the source electrode 24 via the lower region 17, the electric field relaxation region 16, and the hole extraction region 15. As a result, the semiconductor device 1 can have a high avalanche withstand when off.

次に、半導体装置1の負荷短絡時の挙動を説明する。半導体装置1がオンしているときに負荷が短絡すると、ドレイン電極22とソース電極24の間に電源電圧に相当する高い電圧(例えば100V)が印加される。このとき、仮に電界緩和領域16の不純物濃度がボディ領域13の不純物濃度よりも濃く設定されていると、ドリフト領域12とボディ領域13の間のpn接合に隣接する電界緩和領域16の側面近傍16aが高電界領域となり、この部分でアバランシェ降伏が発生することが懸念される。この側面近傍16aでアバランシェ降伏が発生すると、アバランシェ電流が寄生npnトランジスタ(ドリフト領域12とボディ領域13とソース領域14で構成される寄生npnトランジスタ)のベース電流となり、寄生npnトランジスタが動作する2次降伏が発生してしまう。特に、上記したように、コンタクト用トレンチTR2を有する半導体装置1では、隣り合うゲート用トレンチTR1の間隔(ゲートピッチ)が短いことから、高電界領域と寄生npnトランジスタが近接しており、2次降伏が発生し易い。 Next, the behavior of the semiconductor device 1 when the load is short-circuited will be described. If the load is short-circuited while the semiconductor device 1 is on, a high voltage (for example, 100 V) corresponding to the power supply voltage is applied between the drain electrode 22 and the source electrode 24. At this time, if the impurity concentration of the electric field relaxation region 16 is set to be higher than the impurity concentration of the body region 13, the vicinity of the side surface 16a of the electric field relaxation region 16 adjacent to the pn junction between the drift region 12 and the body region 13a. Becomes a high electric field region, and there is concern that avalanche breakdown will occur in this region. When the avalanche breakdown occurs in the vicinity of the side surface 16a, the avalanche current becomes the base current of the parasitic npn transistor (the parasitic npn transistor composed of the drift region 12, the body region 13 and the source region 14), and the secondary order in which the parasitic npn transistor operates becomes. Surrender will occur. In particular, as described above, in the semiconductor device 1 having the contact trench TR2, since the distance (gate pitch) between the adjacent gate trenches TR1 is short, the high electric field region and the parasitic npn transistor are close to each other and are secondary. Surrender is likely to occur.

一方、半導体装置1では、電界緩和領域16の不純物濃度がボディ領域13の不純物濃度よりも薄く形成されている。これにより、半導体装置1がオンしているときに半導体装置1に大電圧が印加されても、この電界緩和領域16の側面近傍16aの電界が緩和され、寄生npnトランジスタが動作することが抑えられる。半導体装置1は、高いオン耐量という特性を有することができる。 On the other hand, in the semiconductor device 1, the impurity concentration in the electric field relaxation region 16 is formed to be thinner than the impurity concentration in the body region 13. As a result, even if a large voltage is applied to the semiconductor device 1 while the semiconductor device 1 is on, the electric field near the side surface 16a of the electric field relaxation region 16 is relaxed, and the operation of the parasitic npn transistor is suppressed. .. The semiconductor device 1 can have a characteristic of high on-resistance.

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

1:半導体装置
10:半導体層
11:ドレイン領域
12:ドリフト領域
13:ボディ領域
14:ソース領域
16:電界緩和領域
17:下部領域
22:ドレイン電極
24:ソース電極
30:トレンチゲート部
40:埋設プレート部
TR1:ゲート用トレンチ
TR2:コンタクト用トレンチ
1: Semiconductor device 10: Semiconductor layer 11: Drain region 12: Drift region 13: Body region 14: Source region 16: Electric field relaxation region 17: Lower region 22: Drain electrode 24: Source electrode 30: Trench gate portion 40: Embedded plate Part TR1: Gate trench TR2: Contact trench

Claims (3)

第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域上に設けられている第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域上に設けられている第1導電型の第3半導体領域と、
前記第3半導体領域を超えて前記第2半導体領域に達するコンタクト用トレンチ内に充填されている表面電極と、
前記コンタクト用トレンチの下方に設けられている第2導電型のキャリア引き抜き領域と、
前記キャリア引き抜き領域の下方に設けられており、前記第1半導体領域と前記第2半導体領域の間のpn接合に隣接して配置されている第2導電型の電界緩和領域と、
前記電界緩和領域の下方に設けられている第2導電型の下部領域と、
前記第3半導体領域及び前記第2半導体領域を超えて前記第1半導体領域に達するゲート用トレンチ内に配置されており、前記第1半導体領域と前記第3半導体領域を隔てる位置にある前記第2半導体領域に対向するトレンチゲート部と、を備えており、
前記コンタクト用トレンチ内に充填されている前記表面電極は、その側面で前記第3半導体領域に接しており、その底面で前記キャリア引き抜き領域に接しており、
前記キャリア引き抜き領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも濃く、
前記電界緩和領域の不純物濃度は、前記第2半導体領域の不純物濃度よりも薄く、
前記下部領域の不純物濃度は、前記電界緩和領域の不純物濃度よりも濃い、半導体装置。
The first semiconductor region of the first conductive type and
The second conductive type second semiconductor region provided on the first semiconductor region and
The first conductive type third semiconductor region provided on the second semiconductor region and
A surface electrode filled in a contact trench that extends beyond the third semiconductor region and reaches the second semiconductor region.
A second conductive type carrier drawing region provided below the contact trench, and
A second conductive type electric field relaxation region provided below the carrier extraction region and adjacent to the pn junction between the first semiconductor region and the second semiconductor region.
The lower region of the second conductive type provided below the electric field relaxation region and
The second semiconductor region is arranged in a gate trench that extends beyond the third semiconductor region and the second semiconductor region and reaches the first semiconductor region, and is located at a position separating the first semiconductor region and the third semiconductor region. It is equipped with a trench gate section facing the semiconductor region.
The surface electrode filled in the contact trench is in contact with the third semiconductor region on its side surface and in contact with the carrier extraction region on its bottom surface.
The impurity concentration in the carrier extraction region is higher than the impurity concentration in the second semiconductor region.
The impurity concentration in the electric field relaxation region is thinner than the impurity concentration in the second semiconductor region.
A semiconductor device in which the impurity concentration in the lower region is higher than the impurity concentration in the electric field relaxation region.
前記ゲート用トレンチ内において、前記トレンチゲート部よりも下方に配置されている埋設プレート部、をさらに備えており、
前記埋設プレート部は、
埋設絶縁膜と、
前記埋設絶縁膜を介して前記第1半導体領域に対向するプレート電極と、を有している、請求項1に記載の半導体装置。
In the gate trench, a buried plate portion, which is arranged below the trench gate portion, is further provided.
The buried plate portion is
Buried insulating film and
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a plate electrode facing the first semiconductor region via the embedded insulating film.
前記下部領域は、隣接する前記第1半導体領域との間でスーパージャンクション構造を構成する、請求項2に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 2, wherein the lower region constitutes a super junction structure with the adjacent first semiconductor region.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005317905A (en) 2004-03-31 2005-11-10 Denso Corp Manufacturing method of semiconductor substrate
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5812029B2 (en) * 2012-06-13 2015-11-11 株式会社デンソー Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
JP2017050423A (en) * 2015-09-02 2017-03-09 株式会社東芝 Semiconductor device manufacturing method
JP6400548B2 (en) * 2015-09-14 2018-10-03 株式会社東芝 Semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005317905A (en) 2004-03-31 2005-11-10 Denso Corp Manufacturing method of semiconductor substrate
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