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JP4794545B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

パワーMOSFET(MOS Field Effect Transistor)の構成を有する半導体装置において、トレンチゲート構造が形成されたものは、近年、DC−DCコンバータ等、各種電源に幅広く応用されている。トレンチゲート型MOSFETを備えた半導体装置においては、ゲート電極に関わる構造を改良することによって、耐圧の向上が図られている。一般に、MOSFETにおいては、ドレイン層とベース拡散層との間のPN接合によって寄生ダイオードが形成されている。   In a semiconductor device having a power MOSFET (MOS field effect transistor) configuration, a trench gate structure is widely applied to various power sources such as a DC-DC converter in recent years. In a semiconductor device including a trench gate type MOSFET, the breakdown voltage is improved by improving the structure related to the gate electrode. In general, in a MOSFET, a parasitic diode is formed by a PN junction between a drain layer and a base diffusion layer.

図11は、トレンチゲート型のMOS構造を備えた従来の半導体装置2の断面構造を示している。このような構造の半導体装置は、例えば特許文献1に記載されている。高濃度のP型不純物を含むP基板201上には、N型不純物を含むNエピタキシャル層202が形成されている。Nエピタキシャル層202上には、Nエピタキシャル層202よりも低濃度のN型不純物を含むNエピタキシャル層203が形成されている。Nエピタキシャル層203の表面領域には、P型不純物を含むPウェル204および204aが形成され、Pウェル204の表面近傍には、高濃度のN型不純物を含むNエミッタ領域205が形成されている。FIG. 11 shows a cross-sectional structure of a conventional semiconductor device 2 having a trench gate type MOS structure. A semiconductor device having such a structure is described in Patent Document 1, for example. An N epitaxial layer 202 containing N-type impurities is formed on a P + substrate 201 containing high-concentration P-type impurities. On the N epitaxial layer 202, an N epitaxial layer 203 containing an N-type impurity at a concentration lower than that of the N epitaxial layer 202 is formed. P wells 204 and 204 a containing P-type impurities are formed in the surface region of N epitaxial layer 203, and an N + emitter region 205 containing high-concentration N-type impurities is formed in the vicinity of the surface of P well 204. ing.

エピタキシャル層203の表面には、断面の形状が矩形である複数のトレンチ206が形成されている。このトレンチ206の内面(側壁面206aおよび底面206bを含む)には、ゲート絶縁膜207が形成されている。トレンチ206の内部には、ゲート絶縁膜207等によって囲まれた、ポリシリコンからなるゲート電極208が形成されている。この半導体装置2においては、Pウェル204および204aとNエピタキシャル層202との間に寄生ダイオードが形成されている。上記の構造の最上部には、金属からなるエミッタ電極膜209が形成されている。P基板201の裏面には、金属からなるコレクタ電極膜210が形成されている。A plurality of trenches 206 having a rectangular cross section are formed on the surface of the N epitaxial layer 203. A gate insulating film 207 is formed on the inner surface of the trench 206 (including the side wall surface 206a and the bottom surface 206b). Inside the trench 206, a gate electrode 208 made of polysilicon surrounded by a gate insulating film 207 and the like is formed. In semiconductor device 2, a parasitic diode is formed between P wells 204 and 204 a and N epitaxial layer 202. An emitter electrode film 209 made of metal is formed on the top of the above structure. A collector electrode film 210 made of metal is formed on the back surface of the P + substrate 201.

基板201、Nエピタキシャル層202、Nエピタキシャル層203、Pウェル204、Nエミッタ領域205、ゲート電極208、エミッタ電極膜209、およびコレクタ電極膜210によってMOS構造が構成されている。能動領域には、MOS構造が複数形成されている。図11は能動領域の外縁周辺の構造を示している。Pウェル204aは、電界集中が起きやすい最外縁のトレンチ206の角部における電界強度を緩和するためのものであり、最外縁のトレンチ206の外周周辺において、最外縁のトレンチ206に接するように形成されている。The P + substrate 201, N epitaxial layer 202, N epitaxial layer 203, P well 204, N + emitter region 205, gate electrode 208, emitter electrode film 209, and collector electrode film 210 constitute a MOS structure. A plurality of MOS structures are formed in the active region. FIG. 11 shows the structure around the outer edge of the active region. The P well 204a is for reducing the electric field strength at the corner of the outermost trench 206 where electric field concentration is likely to occur, and is formed so as to be in contact with the outermost trench 206 around the outer periphery of the outermost trench 206. Has been.

エミッタ電極膜209を接地し、コレクタ電極膜210に正電圧を印加し、ゲート電極208に正電圧を印加すると、Pウェル204とトレンチ206との界面に反転層が形成され、コレクタ電極膜210からエミッタ電極膜209へ向かって電流が流れる。図11に示される構造は、P基板201上にNエピタキシャル層202等が形成されたIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)のみの構造であるが、P基板201に相当するP層が存在しないMOSFETのみの構造や、部分的にP層が存在しないIGBTとMOSFETとの複合構造においても、同様に少数キャリアが注入される。また、MOSFETのみの構造、またはIGBTとMOSFETとの複合構造の場合には、ゲート電極208およびコレクタ電極膜210を接地し、エミッタ電極膜209に正電圧を印加すると、Pウェル204および204aとNエピタキシャル層203との間のPN接合が順バイアスとなる。このとき、Pウェル204および204aからNエピタキシャル層203に少数キャリアが注入される。When the emitter electrode film 209 is grounded, a positive voltage is applied to the collector electrode film 210, and a positive voltage is applied to the gate electrode 208, an inversion layer is formed at the interface between the P well 204 and the trench 206. A current flows toward the emitter electrode film 209. Structure shown in FIG. 11 is a structure of only P + IGBT of such N epitaxial layer 202 on the substrate 201 is formed (Insulated Gate Bipolar Transistor), there is no P layer corresponding to the P + substrate 201 MOSFET Minority carriers are injected in the same manner in the structure of only the structure or the composite structure of the IGBT and the MOSFET in which the P layer does not partially exist. In the case of a MOSFET-only structure or a composite structure of IGBT and MOSFET, when the gate electrode 208 and the collector electrode film 210 are grounded and a positive voltage is applied to the emitter electrode film 209, the P wells 204 and 204a and the N - PN junction between the epitaxial layer 203 becomes forward biased. At this time, minority carriers are injected into the N epitaxial layer 203 from the P wells 204 and 204a.

その状態でエミッタ電極膜209とコレクタ電極膜210との間の電圧が反転すると、Nエピタキシャル層203に注入された少数キャリアは、Pウェル204および204aに流れ込む。最も外側のトレンチ206(図11において右端のトレンチ206)よりも外側のNエピタキシャル層203に注入された少数キャリアは、Nエピタキシャル層203に沿って水平に移動し、Pウェル204aに流れ込む。このため、Pウェル204aには少数キャリアが集中する。また、IGBTのみの構造では、IGBTがオフとなったときに、同様の少数キャリアの集中が起こる。したがって、いずれの構造においても、能動領域の外縁周辺には、最外縁のトレンチ206の角部における電界強度を緩和するだけでなく、少数キャリアを局所的に集中させずに素子の外部へ積極的に引き抜く構造が必要になる。In this state, when the voltage between the emitter electrode film 209 and the collector electrode film 210 is inverted, minority carriers injected into the N epitaxial layer 203 flow into the P wells 204 and 204a. Minority carriers injected into the N epitaxial layer 203 outside the outermost trench 206 (the rightmost trench 206 in FIG. 11) move horizontally along the N epitaxial layer 203 and flow into the P well 204a. For this reason, minority carriers concentrate in the P well 204a. Further, in the structure of only the IGBT, when the IGBT is turned off, the same minority carrier concentration occurs. Therefore, in any structure, not only the electric field strength at the corner of the outermost trench 206 is relaxed around the outer edge of the active region, but also the active region is actively exposed to the outside without locally concentrating minority carriers. A structure to be pulled out is required.

このように、トレンチゲート型MOSFET等の半導体装置においては、寄生ダイオードを回路の一部として利用することがあるが、能動領域の外縁に位置する寄生ダイオードにキャリアが集中し、素子破壊を起こしやすいという問題があった。特許文献2には、プレーナ型MOSFETにおいて、キャリアが流れ込む固定電位拡散層を設けることにより、キャリアの集中による素子破壊を防止する技術が開示されている。
特開平6−45612号公報 特開2001−7322号公報
As described above, in a semiconductor device such as a trench gate type MOSFET, a parasitic diode may be used as a part of a circuit. However, carriers are concentrated on the parasitic diode located at the outer edge of the active region, and element breakdown is likely to occur. There was a problem. Patent Document 2 discloses a technique for preventing element destruction due to carrier concentration by providing a fixed potential diffusion layer into which carriers flow in a planar MOSFET.
JP-A-6-45612 JP 2001-7322 A

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、耐圧を向上し、素子破壊の発生を低減することができる半導体装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the breakdown voltage and reducing the occurrence of element breakdown.

本発明は、対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、前記第2の半導体層の表面において、前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、前記第2の半導体層の表面において、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、前記第2の主面に接し、金属からなる第2の電極とを備えたことを特徴とする半導体装置である。   The present invention includes a first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor, and the first semiconductor layer exposed on the first main surface. A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having a low impurity concentration, a plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer, a gate insulating film formed in the groove, and the gate A gate electrode surrounded by an insulating film; a surface of the second semiconductor layer; a first region of a second conductivity type formed between two trenches; and a surface of the first region. A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer, and a surface of the second semiconductor layer in contact with the groove in contact with the first region; A third region of the second conductivity type adjacent to the first region, and a surface of the third region; A second conductivity type fourth region having an impurity concentration higher than that of the third region; a second conductivity type carrier extraction region in contact with the third region on the surface of the second semiconductor layer; An insulating layer made of an insulating material, formed on the surface of the carrier extraction region, and formed on the surface of the insulating layer, and seen from the direction perpendicular to the first main surface, is identical to the carrier extraction region. A gate electrode pad having overlapping portions, a first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region, and a second electrode made of metal in contact with the second main surface. This is a semiconductor device.

本発明は、対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、前記第2の半導体層の表面において、前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、前記第2の半導体層の表面において、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、前記第2の主面に露出する、第2導電型の半導体からなる第3の半導体層と、前記第3の半導体層に接し、金属からなる第2の電極とを備えたことを特徴とする半導体装置である。   The present invention includes a first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor, and the first semiconductor layer exposed on the first main surface. A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having a low impurity concentration, a plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer, a gate insulating film formed in the groove, and the gate A gate electrode surrounded by an insulating film; a surface of the second semiconductor layer; a first region of a second conductivity type formed between two trenches; and a surface of the first region. A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer, and a surface of the second semiconductor layer in contact with the groove in contact with the first region; A third region of the second conductivity type adjacent to the first region, and a surface of the third region; A second conductivity type fourth region having an impurity concentration higher than that of the third region; a second conductivity type carrier extraction region in contact with the third region on the surface of the second semiconductor layer; An insulating layer made of an insulating material, formed on the surface of the carrier extraction region, and formed on the surface of the insulating layer, and seen from the direction perpendicular to the first main surface, is identical to the carrier extraction region. A gate electrode pad having overlapping portions, a first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region, and a second conductive type semiconductor exposed on the second main surface. And a second electrode made of metal in contact with the third semiconductor layer.

前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さは、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さくてもよい。   The depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer may be smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer.

前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さよりも小さくてもよい。   In the region where the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region overlaps with the gate electrode pad when viewed from the direction perpendicular to the first main surface. It may be smaller than the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer.

前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さく、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも大きくてもよい。   The depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region is smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. When viewed from the direction perpendicular to the surface, the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the region overlapping with the gate electrode pad is the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. It may be larger than this.

前記ゲート絶縁膜は、前記溝の底面上に形成された部分の厚さが、前記溝の側壁面上に形成された部分の厚さよりも大きくてもよい。   In the gate insulating film, the thickness of the portion formed on the bottom surface of the trench may be larger than the thickness of the portion formed on the sidewall surface of the trench.

本発明によれば、耐圧を向上し、素子破壊の発生を低減することができるという効果が   According to the present invention, it is possible to improve the breakdown voltage and reduce the occurrence of element breakdown.

図1は、本発明の第1の実施形態による半導体装置1aの断面構造を示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing a sectional structure of a semiconductor device 1a according to the first embodiment of the present invention. 図2Aは半導体装置1aの平面図である。FIG. 2A is a plan view of the semiconductor device 1a. 図2Bは半導体装置1aの平面図である。FIG. 2B is a plan view of the semiconductor device 1a. 図3Aは半導体装置1aの平面図である。FIG. 3A is a plan view of the semiconductor device 1a. 図3Bは半導体装置1aの平面図である。FIG. 3B is a plan view of the semiconductor device 1a. 図4は、キャリア引き抜き領域112の形成方法を説明するための断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view for explaining a method for forming the carrier extraction region 112. 図5は、キャリア引き抜き領域112の形成方法を説明するための断面図である。FIG. 5 is a cross-sectional view for explaining a method for forming the carrier extraction region 112. 図6は、キャリア引き抜き領域112の形成方法を説明するための断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view for explaining a method for forming the carrier extraction region 112. 図7は、キャリア引き抜き領域112の形成方法を説明するための断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view for explaining a method for forming the carrier extraction region 112. 図8は、本発明の第2の実施形態による半導体装置1bの断面構造を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a sectional structure of a semiconductor device 1b according to the second embodiment of the present invention. 図9は、本発明の第3の実施形態による半導体装置1cの断面構造を示す断面図である。FIG. 9 is a sectional view showing a sectional structure of a semiconductor device 1c according to the third embodiment of the present invention. 図10は、本発明の第4の実施形態による半導体装置1dの断面構造を示す断面図である。FIG. 10 is a sectional view showing a sectional structure of a semiconductor device 1d according to the fourth embodiment of the present invention. 図11は、従来の半導体装置2の断面構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a conventional semiconductor device 2.

符号の説明Explanation of symbols

1a,1b,2・・・半導体装置、101・・・ドレイン層、102・・・ドリフト層、103,110,133,140・・・P型ボディ領域、104,111,134,141・・・P型拡散領域、105,205・・・N型ソース領域、106,136,206・・・トレンチ、106a,136a,206a・・・側壁面、106b,136b,206b・・・底面、107,137,207・・・ゲート絶縁膜、108,138,208・・・ゲート電極、109,115,116,126,139,145,146,153・・・層間絶縁膜、112,112a,142・・・キャリア引き抜き領域、113,143・・・P型ウェル、114,121,144,151・・・絶縁膜、117,147・・・ポリシリコン膜、118・・・ソース電極膜、119,149・・・ゲート電極パッド、120,150・・・ツェナーダイオード、122・・・ドレイン電極膜、123,124・・・酸化膜、125・・・注入層、131・・・高濃度層、132・・・低濃度層、135・・・N型エミッタ領域、148・・・エミッタ電極膜、152・・・コレクタ電極膜、154・・・コレクタ層、P201・・・基板、202・・・Nエピタキシャル層、203・・・Nエピタキシャル層、204,204a・・・Pウェル、205・・・Nエミッタ領域、209・・・エミッタ電極膜、210・・・コレクタ電極膜、301,302,303,304・・・主面。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1a, 1b, 2 ... Semiconductor device, 101 ... Drain layer, 102 ... Drift layer, 103, 110, 133, 140 ... P-type body region, 104, 111, 134, 141 ... P + -type diffusion region, 105, 205... N + -type source region, 106, 136, 206... Trench, 106a, 136a, 206a... Side wall surface, 106b, 136b, 206b. , 137, 207... Gate insulating film, 108, 138, 208... Gate electrode, 109, 115, 116, 126, 139, 145, 146, 153... Interlayer insulating film, 112, 112a, 142. .... Carrier extraction region, 113, 143 ... P-type well, 114, 121, 144, 151 ... insulating film, 117, 147 ... polysilicon 118 ... Source electrode film, 119, 149 ... Gate electrode pad, 120, 150 ... Zener diode, 122 ... Drain electrode film, 123, 124 ... Oxide film, 125 ... Injection 131, high concentration layer, 132, low concentration layer, 135, N + type emitter region, 148, emitter electrode film, 152, collector electrode film, 154, collector layer , P + 201 ... substrate, 202 ... N epitaxial layer, 203 ... N - epitaxial layer, 204, 204a ... P well, 205 ... N + emitter region, 209 ... emitter electrode Membrane 210 ... collector electrode membrane 301, 302, 303, 304 ... principal surface.

以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態による半導体装置1aの断面構造を示している。この半導体装置1aはMOSFETである。高濃度のN型不純物を含むドレイン層101は、対向する2つの主面301および302を有し、N型シリコン基板を構成している。ドレイン層101の主面301上には、低濃度のN型不純物を含むドリフト層102が形成されている。ドリフト層102上には、P型不純物を含むP型ボディ領域103が形成されている。P型ボディ領域103の表面近傍には、P型ボディ領域103よりも高濃度のP型不純物を含むP型拡散領域104が形成されている。P型ボディ領域103の表面には、P型拡散領域104を挟むように、高濃度のN型不純物を含むN型ソース領域105も形成されている。The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a semiconductor device 1a according to the first embodiment of the present invention. The semiconductor device 1a is a MOSFET. The drain layer 101 containing a high-concentration N-type impurity has two main surfaces 301 and 302 facing each other, and constitutes an N + -type silicon substrate. On the main surface 301 of the drain layer 101, a drift layer 102 containing a low concentration N-type impurity is formed. A P-type body region 103 containing P-type impurities is formed on the drift layer 102. In the vicinity of the surface of the P-type body region 103, a P + -type diffusion region 104 containing P-type impurities at a higher concentration than the P-type body region 103 is formed. An N + type source region 105 containing a high concentration N type impurity is also formed on the surface of the P type body region 103 so as to sandwich the P + type diffusion region 104.

P型ボディ領域103の表面からドリフト層102に至るまでの領域には、断面の形状が矩形である複数のトレンチ106が形成されている。このトレンチ106の内面(側壁面106aおよび底面106bを含む)には、ゲート絶縁膜107および層間絶縁膜126が形成されている。トレンチ106の内部には、ゲート絶縁膜107および層間絶縁膜126によって囲まれた、ポリシリコンからなるゲート電極108が形成されている。トレンチ106およびN型ソース領域105上には、BPSG(Boro-Phospho silicate glass)からなる絶縁用の層間絶縁膜109が形成されている。ゲート絶縁膜107は、トレンチ106の底面106b上に形成された部分の厚さが、トレンチ106の側壁面106a上に形成された部分の厚さよりも大きくなるように形成されていてもよい。このようにすれば、オン抵抗静電容量を低く抑えることができる。In a region from the surface of the P-type body region 103 to the drift layer 102, a plurality of trenches 106 having a rectangular cross-sectional shape are formed. A gate insulating film 107 and an interlayer insulating film 126 are formed on the inner surface (including the side wall surface 106 a and the bottom surface 106 b) of the trench 106. Inside the trench 106, a gate electrode 108 made of polysilicon surrounded by a gate insulating film 107 and an interlayer insulating film 126 is formed. An insulating interlayer insulating film 109 made of BPSG (Boro-Phosphosilicate glass) is formed on the trench 106 and the N + type source region 105. The gate insulating film 107 may be formed such that the thickness of the portion formed on the bottom surface 106 b of the trench 106 is larger than the thickness of the portion formed on the sidewall surface 106 a of the trench 106. In this way, the on-resistance capacitance can be kept low.

ドリフト層102の表面には、P型不純物を含むP型ボディ領域110も形成されている。P型ボディ領域103とP型ボディ領域110は、トレンチ106を介して隣り合っている。このP型ボディ領域110の表面には、P型ボディ領域110よりも高濃度のP型不純物を含むP型拡散領域111が形成されている。また、ドリフト層102の表面において、P型ボディ領域110に接するように、P型不純物を含むキャリア引き抜き領域112が形成されている。A P-type body region 110 containing a P-type impurity is also formed on the surface of the drift layer 102. P-type body region 103 and P-type body region 110 are adjacent to each other through trench 106. On the surface of the P-type body region 110, a P + -type diffusion region 111 containing a P-type impurity having a higher concentration than the P-type body region 110 is formed. A carrier extraction region 112 containing a P-type impurity is formed on the surface of the drift layer 102 so as to be in contact with the P-type body region 110.

ドリフト層102の表面からのキャリア引き抜き領域112の深さ(図中の距離X)は、ドリフト層102の表面からのトレンチ106の深さ(図中の距離X)よりも小さい。キャリア引き抜き領域112が不純物拡散によって形成されるので、距離Xを距離Xと同じ、または距離Xよりも大きくすると、横方向への拡散も大きくなる。横方向への拡散が大きくなると、キャリア引き抜き領域112の面積が増大するので、半導体装置1aの面積を増大させる必要が生じる。したがって、半導体装置1aの小型化が特に必要となる場合には、本実施形態のように、距離Xを距離Xよりも小さくすることが望ましい。このキャリア引き抜き領域112には、半導体装置1aの動作時にドリフト層102に注入された少数キャリアが流れ込む。これにより、少数キャリアの集中を緩和し、素子破壊を防ぐことができる。The depth of the carrier extraction region 112 from the surface of the drift layer 102 (distance X 1 in the drawing) is smaller than the depth of the trench 106 from the surface of the drift layer 102 (distance X 2 in the drawing). The carrier extracting region 112 is formed by impurity diffusion, the distance X 1 same as the distance X 2, or if the distance X 2 is made larger than, the greater diffusion in the lateral direction. When the diffusion in the lateral direction increases, the area of the carrier extraction region 112 increases, so that the area of the semiconductor device 1a needs to be increased. Therefore, if the size of the semiconductor device 1a is particularly necessary, as in the present embodiment, it is desirable to be smaller than the distance X 1 distance X 2. Minority carriers injected into the drift layer 102 during the operation of the semiconductor device 1a flow into the carrier extraction region 112. Thereby, the concentration of minority carriers can be alleviated and element breakdown can be prevented.

ドリフト層102の表面には、ゲート−ドレイン間の容量を低下させるための、P型不純物を含むP型ウェル113が、キャリア引き抜き領域112と隣り合うように設けられている。キャリア引き抜き領域112およびP型ウェル113の表面には、SiOからなる絶縁膜114が形成されている。絶縁膜114はキャリア引き抜き領域112の一部を被覆している。この絶縁膜114上には、BPSGからなる層間絶縁膜115および116が形成され、ポリシリコンからなるポリシリコン膜117も形成されている。A P-type well 113 containing a P-type impurity is provided on the surface of the drift layer 102 so as to be adjacent to the carrier extraction region 112 in order to reduce the gate-drain capacitance. An insulating film 114 made of SiO 2 is formed on the surface of the carrier extraction region 112 and the P-type well 113. The insulating film 114 covers a part of the carrier extraction region 112. On this insulating film 114, interlayer insulating films 115 and 116 made of BPSG are formed, and a polysilicon film 117 made of polysilicon is also formed.

上記の構造の最上部には、金属からなるソース電極膜118が形成されている。ソース電極膜118はN型ソース領域105およびP型拡散領域111と電気的に接続され、ゲート電極108とは絶縁されている。ソース電極膜118はN型ソース領域105およびP型拡散領域111とオーミック接合を形成している。キャリア引き抜き領域112は、P型ボディ領域110およびP型拡散領域111を介してソース電極膜118と電気的に接続される。層間絶縁膜116上には、外部からゲート電極108に電圧を印加するためのゲート電極パッド119が形成されている。図示されていないが、このゲート電極パッド119はゲート電極108と電気的に接続されている。主面301に垂直な方向から半導体装置1aを見たときに、キャリア引き抜き領域112とゲート電極パッド119は、互いに一部が重なるように形成されている。A source electrode film 118 made of metal is formed on the top of the above structure. The source electrode film 118 is electrically connected to the N + type source region 105 and the P + type diffusion region 111, and is insulated from the gate electrode 108. The source electrode film 118 forms an ohmic junction with the N + type source region 105 and the P + type diffusion region 111. The carrier extraction region 112 is electrically connected to the source electrode film 118 through the P-type body region 110 and the P + -type diffusion region 111. A gate electrode pad 119 for applying a voltage to the gate electrode 108 from the outside is formed on the interlayer insulating film 116. Although not shown, the gate electrode pad 119 is electrically connected to the gate electrode 108. When the semiconductor device 1a is viewed from a direction perpendicular to the main surface 301, the carrier extraction region 112 and the gate electrode pad 119 are formed so as to partially overlap each other.

ソース電極膜118とゲート電極パッド119との間には、絶縁膜114の表面に沿って、高濃度のN型層、P型層、高濃度のN型層、P型層、高濃度のN型層が順に並んだツェナーダイオード120が形成されている。ソース電極膜118とゲート電極パッド119との間に電圧が印加された場合、電圧値が所定の値に達するまではツェナーダイオード120には電流が流れないが、電圧値が所定の値を超えると、ソース電極膜118とゲート電極パッド119との間を電流が流れる。これにより、高電圧が印加されてゲート電極パッド119が破壊することを防ぐことができる。ツェナーダイオード120上には、絶縁膜121が形成されている。   Between the source electrode film 118 and the gate electrode pad 119, along the surface of the insulating film 114, a high concentration N-type layer, a P-type layer, a high concentration N-type layer, a P-type layer, and a high concentration N A Zener diode 120 in which mold layers are arranged in order is formed. When a voltage is applied between the source electrode film 118 and the gate electrode pad 119, no current flows through the Zener diode 120 until the voltage value reaches a predetermined value, but if the voltage value exceeds the predetermined value, A current flows between the source electrode film 118 and the gate electrode pad 119. Thereby, it is possible to prevent the gate electrode pad 119 from being broken by applying a high voltage. An insulating film 121 is formed on the Zener diode 120.

ドレイン層101の主面302には、金属からなるドレイン電極膜122が形成されている。ドレイン電極膜122はドレイン層101とオーミック接合を形成している。ドレイン層101、ドリフト層102、P型ボディ領域103、N型ソース領域105、ゲート電極108、ソース電極膜118、およびドレイン電極膜122によってMOSFETが構成されている。能動領域には、MOSFET構造が複数形成されている。図1は能動領域の外縁周辺の構造を示している。A drain electrode film 122 made of metal is formed on the main surface 302 of the drain layer 101. The drain electrode film 122 forms an ohmic junction with the drain layer 101. The drain layer 101, the drift layer 102, the P-type body region 103, the N + -type source region 105, the gate electrode 108, the source electrode film 118, and the drain electrode film 122 constitute a MOSFET. A plurality of MOSFET structures are formed in the active region. FIG. 1 shows the structure around the outer edge of the active region.

上述した構造においてドリフト層102は、N型不純物を含むシリコンをドレイン層101の表面上にエピタキシャル成長させることにより形成されている。P型ボディ領域103およびP型ボディ領域110は、ドリフト層102の表面からP型不純物を注入し、表面から所定の深さの範囲内にその不純物を高温で拡散することにより形成されている。P型拡散領域104は、P型ボディ領域103の表面からP型不純物を選択的に注入し、表面から所定の深さの範囲内にその不純物を高温で拡散することにより形成されている。P型拡散領域111も同様に、P型ボディ領域110の表面からP型不純物を選択的に注入し、表面から所定の深さの範囲内にその不純物を高温で拡散することにより形成されている。In the structure described above, the drift layer 102 is formed by epitaxially growing silicon containing N-type impurities on the surface of the drain layer 101. P-type body region 103 and P-type body region 110 are formed by implanting P-type impurities from the surface of drift layer 102 and diffusing the impurities at a high temperature within a predetermined depth from the surface. The P + -type diffusion region 104 is formed by selectively injecting a P-type impurity from the surface of the P-type body region 103 and diffusing the impurity at a high temperature within a predetermined depth from the surface. Similarly, the P + -type diffusion region 111 is formed by selectively injecting a P-type impurity from the surface of the P-type body region 110 and diffusing the impurity at a high temperature within a predetermined depth from the surface. Yes.

型ソース領域105は、P型ボディ領域103の表面からN型不純物を選択的に注入し、表面から所定の深さの範囲内にその不純物を高温で拡散することにより形成されている。図1においては、ソース電極膜118と接触しているP型ボディ領域103、P型拡散領域104、およびN型ソース領域105の各表面の高さが等しく、各表面が同一平面内にあるメサ状の構造が形成されている。The N + type source region 105 is formed by selectively injecting an N type impurity from the surface of the P type body region 103 and diffusing the impurity at a high temperature within a predetermined depth from the surface. In FIG. 1, the heights of the surfaces of the P-type body region 103, the P + -type diffusion region 104, and the N + -type source region 105 that are in contact with the source electrode film 118 are equal, and the surfaces are in the same plane. A mesa structure is formed.

トレンチ106は、ドリフト層102をエッチングすることによって形成され、P型ボディ領域103の表面からドリフト層102まで達している。ゲート絶縁膜107は、高温の酸素雰囲気中でトレンチ106の表面を酸化することにより形成されている。ゲート電極108は、N型不純物を含むポリシリコンをゲート絶縁膜107の表面に堆積することにより形成されている。   The trench 106 is formed by etching the drift layer 102 and reaches the drift layer 102 from the surface of the P-type body region 103. The gate insulating film 107 is formed by oxidizing the surface of the trench 106 in a high-temperature oxygen atmosphere. The gate electrode 108 is formed by depositing polysilicon containing N-type impurities on the surface of the gate insulating film 107.

キャリア引き抜き領域112は、ドリフト層102の表面からP型不純物を注入し、表面から所定の深さの範囲内にその不純物を高温で拡散することにより形成されている。ソース電極膜118およびドレイン電極膜122は、例えば電極材料のスパッタリングによって形成されている。   The carrier extraction region 112 is formed by injecting a P-type impurity from the surface of the drift layer 102 and diffusing the impurity at a high temperature within a predetermined depth from the surface. The source electrode film 118 and the drain electrode film 122 are formed, for example, by sputtering an electrode material.

ドレイン層101の不純物濃度は例えば1019〜1020cm−3である。P型ボディ領域103およびP型ボディ領域110の表面における不純物濃度は例えば1017〜1018cm−3である。P型拡散領域104およびP型拡散領域111の表面における不純物濃度は例えば1018〜1019cm−3である。N型ソース領域105の表面における不純物濃度は例えば1019〜1020cm−3である。キャリア引き抜き領域112の表面における不純物濃度は例えば1017〜1018cm−3である。The impurity concentration of the drain layer 101 is, for example, 10 19 to 10 20 cm −3 . The impurity concentration on the surfaces of the P-type body region 103 and the P-type body region 110 is, for example, 10 17 to 10 18 cm −3 . The impurity concentration on the surfaces of the P + -type diffusion region 104 and the P + -type diffusion region 111 is, for example, 10 18 to 10 19 cm −3 . The impurity concentration on the surface of the N + -type source region 105 is, for example, 10 19 to 10 20 cm −3 . The impurity concentration on the surface of the carrier extraction region 112 is, for example, 10 17 to 10 18 cm −3 .

図2A〜図3Bは、本実施形態による半導体装置1aを主面301に垂直な方向から見た平面図である。これらの図においては、ソース電極膜118やゲート電極パッド119等の図示が省略されている。図1は、図2Aの線分A−A’における断面構造の一部を示している。図2A〜図2Bは、キャリア引き抜き領域112およびP型ウェル113の配置の一例を示している。図3A〜図3Bは、P型ウェル113の周囲を取り囲むようにキャリア引き抜き領域112aが形成され、その外側を取り囲むようにガードリング領域112bが形成されている例を示している。   2A to 3B are plan views of the semiconductor device 1a according to the present embodiment as viewed from a direction perpendicular to the main surface 301. FIG. In these drawings, the source electrode film 118, the gate electrode pad 119, and the like are not shown. FIG. 1 shows a part of a cross-sectional structure taken along line A-A ′ in FIG. 2A. 2A to 2B show an example of the arrangement of the carrier extraction region 112 and the P-type well 113. FIG. 3A to 3B show an example in which the carrier extraction region 112a is formed so as to surround the periphery of the P-type well 113 and the guard ring region 112b is formed so as to surround the outside thereof.

次に、半導体装置1aの動作について説明する。ソース電極膜118を接地し、ドレイン電極膜122に正電圧を印加し、ゲート電極108に正電圧を印加すると、P型ボディ領域103とトレンチ106との界面に反転層が形成され、ドレイン電極膜122からソース電極膜118へ向かって電流が流れる。その状態からゲート電極108に接地電圧を印加すると、P型ボディ領域103とトレンチ106との界面に形成されていた反転層が消滅し、電流は遮断される。   Next, the operation of the semiconductor device 1a will be described. When the source electrode film 118 is grounded, a positive voltage is applied to the drain electrode film 122, and a positive voltage is applied to the gate electrode 108, an inversion layer is formed at the interface between the P-type body region 103 and the trench 106, and the drain electrode film A current flows from 122 toward the source electrode film 118. When a ground voltage is applied to the gate electrode 108 from this state, the inversion layer formed at the interface between the P-type body region 103 and the trench 106 disappears and the current is cut off.

また、ソース電極膜118にドレイン電極膜122よりも高い電圧が印加された場合には、ドリフト層102、P型ボディ領域103、およびP型拡散領域104によって形成される寄生ダイオードと、ドリフト層102、P型ボディ領域110、およびP型拡散領域111によって形成される寄生ダイオードとが順バイアスされ、それらの寄生ダイオードを通って電流が流れる。その電流により、ドリフト層102内に少数キャリアが注入される。その状態でソース電極膜118とドレイン電極膜122との間の電圧が反転すると、ドリフト層102に注入された少数キャリアは、ソース電極膜118に接続されたP型ボディ領域103および110に流れ込む。In addition, when a voltage higher than that of the drain electrode film 122 is applied to the source electrode film 118, a parasitic diode formed by the drift layer 102, the P-type body region 103, and the P + -type diffusion region 104, and the drift layer 102, the P-type body region 110, and the parasitic diode formed by the P + -type diffusion region 111 are forward-biased, and current flows through these parasitic diodes. Minority carriers are injected into the drift layer 102 by the current. In this state, when the voltage between the source electrode film 118 and the drain electrode film 122 is inverted, minority carriers injected into the drift layer 102 flow into the P-type body regions 103 and 110 connected to the source electrode film 118.

MOSFET構造が形成された能動領域の端部では、最外周に位置するP型ボディ領域103および110に少数キャリアが集中しやすいが、ソース電極膜118に電気的に接続されたキャリア引き抜き領域112が形成されていることにより、少数キャリアがこのキャリア引き抜き領域112に流れ込むため、少数キャリアの集中は起こらない。したがって、耐圧を向上し、素子破壊を低減することができる。   Minority carriers tend to concentrate on the P-type body regions 103 and 110 located on the outermost periphery at the end of the active region where the MOSFET structure is formed, but the carrier extraction region 112 electrically connected to the source electrode film 118 is formed. By being formed, minority carriers flow into the carrier extraction region 112, so that minority carriers do not concentrate. Therefore, the breakdown voltage can be improved and the element breakdown can be reduced.

次に、キャリア引き抜き領域112の形成方法について、図4〜図7を用いて説明する。まず、ドレイン層101上に、エピタキシャル成長によってドリフト層102を形成し、ドリフト層102上にSiO等の酸化物を堆積し、酸化膜123を形成する(図4)。続いて、酸化膜123上にレジストを塗布し、写真工程(露光および現像)によってレジストのパターンを形成する。このレジストのパターンをマスクとして酸化膜123をエッチングして、ドリフト層102の表面を露出させた後、レジストを除去する(図5)。Next, a method for forming the carrier extraction region 112 will be described with reference to FIGS. First, the drift layer 102 is formed by epitaxial growth on the drain layer 101, and an oxide such as SiO 2 is deposited on the drift layer 102 to form an oxide film 123 (FIG. 4). Subsequently, a resist is applied on the oxide film 123, and a resist pattern is formed by a photographic process (exposure and development). The oxide film 123 is etched using the resist pattern as a mask to expose the surface of the drift layer 102, and then the resist is removed (FIG. 5).

続いて、高温の酸素雰囲気中で熱酸化を行い、ドリフト層102の表面のうち、酸化膜123によって被覆された部分以外の部分の表面に薄い酸化膜124を形成する。この酸化膜124を通過するように、ドリフト層102の表面にB(ボロン)等のP型不純物を注入し、注入層125を形成する(図6)。高温の酸素雰囲気中でアニールを行うと、注入層125内のBがドリフト層102内に拡散し、キャリア引き抜き領域112およびP型ウェル113が形成される(図7)。   Subsequently, thermal oxidation is performed in a high-temperature oxygen atmosphere to form a thin oxide film 124 on the surface of the drift layer 102 other than the portion covered with the oxide film 123. A P-type impurity such as B (boron) is implanted into the surface of the drift layer 102 so as to pass through the oxide film 124, thereby forming an implantation layer 125 (FIG. 6). When annealing is performed in a high-temperature oxygen atmosphere, B in the injection layer 125 diffuses into the drift layer 102, and a carrier extraction region 112 and a P-type well 113 are formed (FIG. 7).

次に、本発明の第2の実施形態について説明する。図8は、本実施形態による半導体装置1bの断面構造を示している。図1に示された構造と同一の機能を有する構造には同一の符号が付与されている。この半導体装置1bはMOSFETである。この半導体装置1bにおいては、P型ボディ領域110の近傍におけるドリフト層102の表面からのキャリア引き抜き領域112の深さ(図中の距離X)が、主面301に垂直な方向から見て、ゲート電極パッド119およびツェナーダイオード120と重なる領域におけるドリフト層102の表面からのキャリア引き抜き領域112の深さ(図中の距離X)よりも小さい。すなわち、キャリア引き抜き領域112は、P型ボディ領域110の近傍における部分が、ゲート電極パッド119およびツェナーダイオード120の下方に位置する部分よりも浅くなるように形成されている。Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 8 shows a cross-sectional structure of the semiconductor device 1b according to the present embodiment. Structures having the same functions as those shown in FIG. 1 are given the same reference numerals. The semiconductor device 1b is a MOSFET. In this semiconductor device 1b, the depth of the carrier extraction region 112 (distance X 3 in the figure) from the surface of the drift layer 102 in the vicinity of the P-type body region 110 is viewed from the direction perpendicular to the main surface 301. The depth is smaller than the depth (distance X 4 in the drawing) of the carrier extraction region 112 from the surface of the drift layer 102 in the region overlapping with the gate electrode pad 119 and the Zener diode 120. That is, the carrier extraction region 112 is formed such that a portion in the vicinity of the P-type body region 110 is shallower than a portion located below the gate electrode pad 119 and the Zener diode 120.

言い換えると、P型ボディ領域110の近傍におけるドリフト層102の表面からのキャリア引き抜き領域112の深さ(図中の距離X)が、ドリフト層102の表面からのトレンチ106の深さ(図中の距離X)よりも小さく、主面301に垂直な方向から見て、ゲート電極パッド119およびツェナーダイオード120と重なる領域におけるドリフト層102の表面からのキャリア引き抜き領域112の深さ(図中の距離X)が、ドリフト層102の表面からのトレンチ106の深さ(図中の距離X)よりも小さい。すなわち、キャリア引き抜き領域112は、P型ボディ領域110の近傍における部分がトレンチ106よりも浅く、ゲート電極パッド119およびツェナーダイオード120の下方に位置する部分がトレンチ106よりも深く形成されている。In other words, the depth of the carrier extraction region 112 (distance X 3 in the figure) from the surface of the drift layer 102 in the vicinity of the P-type body region 110 is the depth of the trench 106 from the surface of the drift layer 102 (in the figure). small distance X 5) than when seen in a direction perpendicular to the main surface 301, the depth of the carrier extracting region 112 from the surface of the drift layer 102 in the region overlapping with the gate electrode pad 119 and the Zener diode 120 (in FIG. The distance X 4 ) is smaller than the depth of the trench 106 from the surface of the drift layer 102 (distance X 5 in the figure). That is, in the carrier extraction region 112, a portion in the vicinity of the P-type body region 110 is shallower than the trench 106, and a portion located below the gate electrode pad 119 and the Zener diode 120 is formed deeper than the trench 106.

キャリア引き抜き領域112は、寄生ダイオードへの逆電圧の印加時に、能動領域の最も外側に位置するトレンチ106に隣接する、P型ボディ領域110およびドリフト層102によって構成される寄生ダイオードに対するキャリアの集中を緩和する。この作用を十分に発揮させるためには、キャリア引き抜き領域112が、能動領域の最も外側のトレンチ106の外側へ向かって広くかつ深く形成されていることが望ましい。   The carrier extraction region 112 concentrates carriers on the parasitic diode constituted by the P-type body region 110 and the drift layer 102 adjacent to the trench 106 located on the outermost side of the active region when a reverse voltage is applied to the parasitic diode. ease. In order to sufficiently exhibit this action, it is desirable that the carrier extraction region 112 is formed wide and deep toward the outside of the outermost trench 106 in the active region.

しかし、キャリア引き抜き領域112が能動領域の最も外側のトレンチ106を覆うほどに広がると、最も外側のトレンチ106とその1つ内側のトレンチ106との間にあるP型ボディ領域103に対して、キャリア引き抜き領域112が部分的に重なってしまい、この付近の不純物濃度に影響を与えることになる。当然、最も外側のトレンチ106におけるMOSFETの動作に好ましくない影響が及ぶ。これを避けるためには、プロセス上のばらつきが若干生じたとしても、キャリア引き抜き領域112において、最も外側のトレンチ106に近い部分はトレンチ106よりも浅く形成し、キャリア引き抜き領域112が最も外側のトレンチ106を覆わないようにすることが望ましい。   However, when the carrier extraction region 112 expands so as to cover the outermost trench 106 in the active region, the carrier with respect to the P-type body region 103 between the outermost trench 106 and the inner trench 106 is in a carrier state. The extraction region 112 partially overlaps, affecting the concentration of impurities in the vicinity. Of course, an undesirable effect is exerted on the operation of the MOSFET in the outermost trench 106. In order to avoid this, even if there is a slight process variation, the portion near the outermost trench 106 in the carrier extraction region 112 is formed shallower than the trench 106, and the carrier extraction region 112 is formed in the outermost trench. It is desirable not to cover 106.

上記の構造とすることにより、ドリフト層102において、能動領域よりも外側の領域に発生した少数キャリアをより効率的にキャリア引き抜き領域112に流し込ませることができる。また、キャリア引き抜き領域112をドリフト層102のより深い領域まで形成することにより、キャリア引き抜き領域112の端部の曲率半径が大きくなるので、端部における電界の集中が緩和し、耐圧を向上することができる。   With the above structure, minority carriers generated in a region outside the active region in the drift layer 102 can be more efficiently caused to flow into the carrier extraction region 112. Further, by forming the carrier extraction region 112 to a deeper region of the drift layer 102, the radius of curvature of the end of the carrier extraction region 112 is increased, so that the concentration of the electric field at the end is reduced and the breakdown voltage is improved. Can do.

キャリア引き抜き領域112を形成するには、Bの注入を2回以上行う必要がある。つまり、ゲート電極パッド119およびツェナーダイオード120の直下におけるドリフト層102の表面領域と、P型ボディ領域110の近傍におけるドリフト層102の表面領域とに分けて、Bの注入を行うことになる。   In order to form the carrier extraction region 112, it is necessary to inject B twice or more. That is, B is implanted separately into the surface region of the drift layer 102 immediately below the gate electrode pad 119 and the Zener diode 120 and the surface region of the drift layer 102 in the vicinity of the P-type body region 110.

次に、本発明の第3の実施形態について説明する。図9は、本実施形態による半導体装置1cの断面構造を示している。この半導体装置1cはIGBTである。エピタキシャル成長によって形成された高濃度のN型不純物を含む高濃度層131は、対向する2つの主面303および304を有している。高濃度層131の主面303上には、低濃度のN型不純物を含む低濃度層132が形成されている。低濃度層132上には、P型不純物を含むP型ボディ領域133が形成されている。P型ボディ領域133の表面近傍には、P型ボディ領域133よりも高濃度のP型不純物を含むP型拡散領域134が形成されている。P型ボディ領域133の表面には、P型拡散領域134を挟むように、高濃度のN型不純物を含むN型エミッタ領域135も形成されている。Next, a third embodiment of the present invention will be described. FIG. 9 shows a cross-sectional structure of the semiconductor device 1c according to the present embodiment. The semiconductor device 1c is an IGBT. A high-concentration layer 131 containing a high-concentration N-type impurity formed by epitaxial growth has two main surfaces 303 and 304 facing each other. On the main surface 303 of the high concentration layer 131, a low concentration layer 132 containing a low concentration N-type impurity is formed. A P-type body region 133 containing P-type impurities is formed on the low concentration layer 132. In the vicinity of the surface of the P-type body region 133, a P + -type diffusion region 134 containing a P-type impurity having a higher concentration than the P-type body region 133 is formed. An N + type emitter region 135 containing a high concentration N type impurity is also formed on the surface of the P type body region 133 so as to sandwich the P + type diffusion region 134.

P型ボディ領域133の表面から低濃度層132に至るまでの領域には、断面の形状が矩形である複数のトレンチ136が形成されている。このトレンチ136の内面(側壁面136aおよび底面136bを含む)には、ゲート絶縁膜137および層間絶縁膜153が形成されている。トレンチ136の内部には、ゲート絶縁膜137および層間絶縁膜153によって囲まれた、ポリシリコンからなるゲート電極138が形成されている。トレンチ136およびN型エミッタ領域135上には、BPSGからなる絶縁用の層間絶縁膜139が形成されている。ゲート絶縁膜137は、トレンチ136の底面136b上に形成された部分の厚さが、トレンチ136の側壁面136a上に形成された部分の厚さよりも大きくなるように形成されていてもよい。このようにすれば、オン抵抗静電容量を低く抑えることができる。In the region from the surface of the P-type body region 133 to the low concentration layer 132, a plurality of trenches 136 having a rectangular cross section are formed. A gate insulating film 137 and an interlayer insulating film 153 are formed on the inner surface (including the side wall surface 136a and the bottom surface 136b) of the trench 136. A gate electrode 138 made of polysilicon surrounded by a gate insulating film 137 and an interlayer insulating film 153 is formed inside the trench 136. On the trench 136 and the N + -type emitter region 135, an insulating interlayer insulating film 139 made of BPSG is formed. The gate insulating film 137 may be formed such that the thickness of the portion formed on the bottom surface 136b of the trench 136 is larger than the thickness of the portion formed on the side wall surface 136a of the trench 136. In this way, the on-resistance capacitance can be kept low.

低濃度層132の表面には、P型不純物を含むP型ボディ領域140も形成されている。P型ボディ領域133とP型ボディ領域140は、トレンチ136を介して隣り合っている。このP型ボディ領域140の表面には、P型ボディ領域140よりも高濃度のP型不純物を含むP型拡散領域141が形成されている。また、低濃度層132の表面において、P型ボディ領域140に接するように、P型不純物を含むキャリア引き抜き領域142が形成されている。A P-type body region 140 containing P-type impurities is also formed on the surface of the low concentration layer 132. P-type body region 133 and P-type body region 140 are adjacent to each other through trench 136. On the surface of the P-type body region 140, a P + -type diffusion region 141 containing a P-type impurity having a higher concentration than the P-type body region 140 is formed. A carrier extraction region 142 containing a P-type impurity is formed on the surface of the low concentration layer 132 so as to be in contact with the P-type body region 140.

第1の実施形態による半導体装置1aと同様に、低濃度層132の表面からのキャリア引き抜き領域142の深さ(図中の距離X)は、低濃度層132の表面からのトレンチ136の深さ(図中の距離X)よりも小さい。このキャリア引き抜き領域142には、半導体装置1cの動作時に低濃度層132に注入された少数キャリアが流れ込む。これにより、少数キャリアの集中を緩和し、素子破壊を防ぐことができる。Similar to the semiconductor device 1a according to the first embodiment, the depth of the carrier extraction region 142 from the surface of the low concentration layer 132 (distance X 6 in the drawing) is the depth of the trench 136 from the surface of the low concentration layer 132. It is smaller than the distance (distance X 7 in the figure). Minority carriers injected into the low concentration layer 132 during the operation of the semiconductor device 1 c flow into the carrier extraction region 142. Thereby, the concentration of minority carriers can be alleviated and element breakdown can be prevented.

低濃度層132の表面には、ゲート−コレクタ間の容量を低下させるための、P型不純物を含むP型ウェル143が、キャリア引き抜き領域142と隣り合うように設けられている。キャリア引き抜き領域142およびP型ウェル143の表面には、SiOからなる絶縁膜144が形成されている。絶縁膜144はキャリア引き抜き領域142の一部を被覆している。この絶縁膜144上には、BPSGからなる層間絶縁膜145および146が形成され、ポリシリコンからなるポリシリコン膜147も形成されている。On the surface of the low-concentration layer 132, a P-type well 143 containing a P-type impurity for reducing the gate-collector capacitance is provided adjacent to the carrier extraction region 142. An insulating film 144 made of SiO 2 is formed on the surfaces of the carrier extraction region 142 and the P-type well 143. The insulating film 144 covers a part of the carrier extraction region 142. On this insulating film 144, interlayer insulating films 145 and 146 made of BPSG are formed, and a polysilicon film 147 made of polysilicon is also formed.

上記の構造の最上部には、金属からなるエミッタ電極膜148が形成されている。エミッタ電極膜148はN型エミッタ領域135およびP型拡散領域141と電気的に接続され、ゲート電極138とは絶縁されている。エミッタ電極膜148はN型エミッタ領域135およびP型拡散領域141とオーミック接合を形成している。キャリア引き抜き領域142は、P型ボディ領域140およびP型拡散領域141を介してエミッタ電極膜148と電気的に接続される。層間絶縁膜146上には、外部からゲート電極138に電圧を印加するためのゲート電極パッド149が形成されている。図示されていないが、このゲート電極パッド149はゲート電極138と電気的に接続されている。主面303に垂直な方向から半導体装置1cを見たときに、キャリア引き抜き領域142とゲート電極パッド149は、互いに一部が重なるように形成されている。An emitter electrode film 148 made of metal is formed on the top of the above structure. The emitter electrode film 148 is electrically connected to the N + type emitter region 135 and the P + type diffusion region 141, and is insulated from the gate electrode 138. The emitter electrode film 148 forms an ohmic junction with the N + -type emitter region 135 and the P + -type diffusion region 141. Carrier extraction region 142 is electrically connected to emitter electrode film 148 through P-type body region 140 and P + -type diffusion region 141. On the interlayer insulating film 146, a gate electrode pad 149 for applying a voltage to the gate electrode 138 from the outside is formed. Although not shown, the gate electrode pad 149 is electrically connected to the gate electrode 138. When the semiconductor device 1c is viewed from a direction perpendicular to the main surface 303, the carrier extraction region 142 and the gate electrode pad 149 are formed so as to partially overlap each other.

エミッタ電極膜148とゲート電極パッド149との間には、絶縁膜144の表面に沿って、高濃度のN型層、P型層、高濃度のN型層、P型層、高濃度のN型層が順に並んだツェナーダイオード150が形成されている。ツェナーダイオード150上には、絶縁膜151が形成されている。   Between the emitter electrode film 148 and the gate electrode pad 149, along the surface of the insulating film 144, a high-concentration N-type layer, a P-type layer, a high-concentration N-type layer, a P-type layer, and a high-concentration N A Zener diode 150 in which mold layers are arranged in order is formed. An insulating film 151 is formed on the Zener diode 150.

高濃度層131の主面304には、高濃度のP型不純物を含むコレクタ層154が形成されている。コレクタ層154はP型シリコン基板を構成している。コレクタ層154上には、金属からなるコレクタ電極膜152が形成されている。コレクタ電極膜152はコレクタ層154とオーミック接合を形成している。低濃度層131、高濃度層132、P型ボディ領域133、N型エミッタ領域135、ゲート電極138、エミッタ電極膜148、コレクタ層154、およびコレクタ電極膜152によってIGBTが構成されている。能動領域には、IGBT構造が複数形成されている。図9は能動領域の外縁周辺の構造を示している。On the main surface 304 of the high concentration layer 131, a collector layer 154 containing a high concentration P-type impurity is formed. The collector layer 154 constitutes a P + type silicon substrate. A collector electrode film 152 made of metal is formed on the collector layer 154. The collector electrode film 152 forms an ohmic junction with the collector layer 154. The low concentration layer 131, the high concentration layer 132, the P-type body region 133, the N + -type emitter region 135, the gate electrode 138, the emitter electrode film 148, the collector layer 154, and the collector electrode film 152 constitute an IGBT. A plurality of IGBT structures are formed in the active region. FIG. 9 shows the structure around the outer edge of the active region.

IGBT構造が形成された能動領域の端部では、最外周に位置するP型ボディ領域133および140に少数キャリアが集中しやすいが、エミッタ電極膜148に電気的に接続されたキャリア引き抜き領域142が形成されていることにより、少数キャリアがこのキャリア引き抜き領域142に流れ込むため、少数キャリアの集中は起こらない。したがって、耐圧を向上し、素子破壊を低減することができる。   At the end of the active region where the IGBT structure is formed, minority carriers tend to concentrate on the P-type body regions 133 and 140 located on the outermost periphery, but there are carrier extraction regions 142 electrically connected to the emitter electrode film 148. Due to the formation, minority carriers flow into the carrier extraction region 142, so that minority carriers do not concentrate. Therefore, the breakdown voltage can be improved and the element breakdown can be reduced.

次に、本発明の第4の実施形態について説明する。図10は、本実施形態による半導体装置1dの断面構造を示している。図9に示された構造と同一の機能を有する構造には同一の符号が付与されている。この半導体装置1dはIGBTである。この半導体装置1dにおいては、P型ボディ領域140の近傍における低濃度層132の表面からのキャリア引き抜き領域142の深さ(図中の距離X)が、主面303に垂直な方向から見て、ゲート電極パッド149およびツェナーダイオード150と重なる領域における低濃度層132の表面からのキャリア引き抜き領域142の深さ(図中の距離X)よりも小さい。すなわち、キャリア引き抜き領域142は、P型ボディ領域140の近傍における部分が、ゲート電極パッド149およびツェナーダイオード150の下方に位置する部分よりも浅くなるように形成されている。Next, a fourth embodiment of the present invention will be described. FIG. 10 shows a cross-sectional structure of the semiconductor device 1d according to the present embodiment. Structures having the same functions as those shown in FIG. 9 are given the same reference numerals. This semiconductor device 1d is an IGBT. In this semiconductor device 1 d, the depth of the carrier extraction region 142 (distance X 8 in the figure) from the surface of the low concentration layer 132 in the vicinity of the P-type body region 140 is viewed from a direction perpendicular to the main surface 303. The depth of the carrier extraction region 142 from the surface of the low concentration layer 132 in the region overlapping with the gate electrode pad 149 and the Zener diode 150 (distance X 9 in the drawing) is smaller. That is, the carrier extraction region 142 is formed such that a portion in the vicinity of the P-type body region 140 is shallower than a portion located below the gate electrode pad 149 and the Zener diode 150.

言い換えると、P型ボディ領域140の近傍における低濃度層132の表面からのキャリア引き抜き領域142の深さ(図中の距離X)が、低濃度層132の表面からのトレンチ136の深さ(図中の距離X10)よりも小さく、主面303に垂直な方向から見て、ゲート電極パッド149およびツェナーダイオード150と重なる領域における低濃度層132の表面からのキャリア引き抜き領域142の深さ(図中の距離X)が、低濃度層132の表面からのトレンチ136の深さ(図中の距離X10)よりも小さい。すなわち、キャリア引き抜き領域142は、P型ボディ領域140の近傍における部分がトレンチ136よりも浅く、ゲート電極パッド149およびツェナーダイオード150の下方に位置する部分がトレンチ136よりも深く形成されている。In other words, the depth of the carrier extraction region 142 (distance X 8 in the figure) from the surface of the low concentration layer 132 in the vicinity of the P-type body region 140 is the depth of the trench 136 from the surface of the low concentration layer 132 ( The depth of the carrier extraction region 142 from the surface of the low-concentration layer 132 in the region overlapping with the gate electrode pad 149 and the Zener diode 150 when viewed from the direction perpendicular to the main surface 303 and smaller than the distance X 10 in the figure ( The distance X 9 ) in the figure is smaller than the depth of the trench 136 from the surface of the low concentration layer 132 (distance X 10 in the figure). That is, the carrier extraction region 142 is formed such that a portion in the vicinity of the P-type body region 140 is shallower than the trench 136, and a portion located below the gate electrode pad 149 and the Zener diode 150 is formed deeper than the trench 136.

キャリア引き抜き領域142は、寄生ダイオードへの逆電圧の印加時に、能動領域の最も外側に位置するトレンチ136に隣接する、P型ボディ領域140および低濃度層132によって構成される寄生ダイオードに対するキャリアの集中を緩和する。この作用を十分に発揮させるためには、キャリア引き抜き領域142が、能動領域の最も外側のトレンチ136の外側へ向かって広くかつ深く形成されていることが望ましい。   The carrier extraction region 142 is a concentration of carriers with respect to the parasitic diode constituted by the P-type body region 140 and the low-concentration layer 132 adjacent to the trench 136 located on the outermost side of the active region when a reverse voltage is applied to the parasitic diode. To ease. In order to sufficiently exhibit this effect, it is desirable that the carrier extraction region 142 is formed wide and deep toward the outside of the outermost trench 136 in the active region.

しかし、キャリア引き抜き領域142が能動領域の最も外側のトレンチ136を覆うほどに広がると、最も外側のトレンチ136とその1つ内側のトレンチ136との間にあるP型ボディ領域133に対して、キャリア引き抜き領域142が部分的に重なってしまい、この付近の不純物濃度に影響を与えることになる。当然、最も外側のトレンチ136におけるIGBTの動作に好ましくない影響が及ぶ。これを避けるためには、プロセス上のばらつきが若干生じたとしても、キャリア引き抜き領域142において、最も外側のトレンチ136に近い部分はトレンチ136よりも浅く形成し、キャリア引き抜き領域142が最も外側のトレンチ136を覆わないようにすることが望ましい。   However, when the carrier extraction region 142 expands to cover the outermost trench 136 in the active region, the carrier type region 133 is located between the outermost trench 136 and the innermost trench 136. The extraction region 142 partially overlaps, which affects the impurity concentration in the vicinity. Of course, this has an undesirable effect on the operation of the IGBT in the outermost trench 136. In order to avoid this, even if there is a slight variation in process, the portion near the outermost trench 136 in the carrier extraction region 142 is formed shallower than the trench 136, and the carrier extraction region 142 is formed in the outermost trench. It is desirable not to cover 136.

上記の構造とすることにより、低濃度層132において、能動領域よりも外側の領域に発生した少数キャリアをより効率的にキャリア引き抜き領域142に流し込ませることができる。また、キャリア引き抜き領域142を低濃度層132のより深い領域まで形成することにより、キャリア引き抜き領域142の端部の曲率半径が大きくなるので、端部における電界の集中が緩和し、耐圧を向上することができる。   With the above structure, minority carriers generated in a region outside the active region in the low concentration layer 132 can be more efficiently caused to flow into the carrier extraction region 142. Further, by forming the carrier extraction region 142 to a deeper region of the low concentration layer 132, the radius of curvature of the end portion of the carrier extraction region 142 is increased, so that the concentration of the electric field at the end portion is relaxed and the breakdown voltage is improved. be able to.

以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、MOSFETおよびIGBTの複合構造も本発明の適用範囲に含まれる。   As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like within a scope not departing from the gist of the present invention. It is. For example, a composite structure of MOSFET and IGBT is also included in the scope of the present invention.

耐圧を向上し、素子破壊の発生を低減することができる。   The breakdown voltage can be improved and the occurrence of element breakdown can be reduced.

Claims (7)

対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さは、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A second electrode made of metal in contact with the second main surface;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
The depth of the carrier extracting region from the surface of the second semiconductor layer, said have rot smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に露出する、第2導電型の半導体からなる第3の半導体層と、
前記第3の半導体層に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さは、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A third semiconductor layer made of a semiconductor of the second conductivity type exposed on the second main surface;
A second electrode made of metal in contact with the third semiconductor layer;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
The depth of the carrier extracting region from the surface of the second semiconductor layer, said have rot smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さよりも小さくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A second electrode made of metal in contact with the second main surface;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
In the region where the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region overlaps with the gate electrode pad when viewed from the direction perpendicular to the first main surface. and rot smaller than the depth of the carrier extracting region from the surface of the second semiconductor layer,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に露出する、第2導電型の半導体からなる第3の半導体層と、
前記第3の半導体層に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さよりも小さくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A third semiconductor layer made of a semiconductor of the second conductivity type exposed on the second main surface;
A second electrode made of metal in contact with the third semiconductor layer;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
In the region where the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region overlaps with the gate electrode pad when viewed from the direction perpendicular to the first main surface. and rot smaller than the depth of the carrier extracting region from the surface of the second semiconductor layer,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さく、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも大きくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A second electrode made of metal in contact with the second main surface;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
The depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region is smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. When viewed from the direction perpendicular to the surface, the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the region overlapping with the gate electrode pad is the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. and rot size than of,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
対向する第1および第2の主面を有し、第1導電型の半導体からなる第1の半導体層と、
前記第1の主面に露出する、前記第1の半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型の半導体からなる第2の半導体層と、
前記第2の半導体層の表面に形成された複数の溝と、
前記溝に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜に囲まれたゲート電極と、
前記第2の半導体層の表面において、2つの前記溝の間に形成された第2導電型の第1の領域と、
前記第1の領域の表面において、前記第2の半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第2の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、最外周の前記第1の領域と接する前記溝に接し、前記溝を介して前記第1の領域と隣り合う第2導電型の第3の領域と、
前記第3の領域の表面において、前記第3の領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第4の領域と、
前記第2の半導体層の表面において、前記第4の領域とは接触せず、前記第3の領域と接する第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表面上に形成された、絶縁材料からなる絶縁層と、
前記絶縁層の表面上に形成され、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記キャリア引き抜き領域と一部が重なるゲート電極パッドと、
前記第2の領域および前記第4の領域に接し、金属からなる第1の電極と、
前記第2の主面に露出する、第2導電型の半導体からなる第3の半導体層と、
前記第3の半導体層に接し、金属からなる第2の電極と、
を備え
前記溝は、前記第2の半導体層の表面における前記第1の領域の表面から前記第2の半導体層まで達しており、
前記第3の領域の近傍における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも小さく、前記第1の主面に垂直な方向から見て、前記ゲート電極パッドと重なる領域における前記第2の半導体層の表面からの前記キャリア引き抜き領域の深さが、前記第2の半導体層の表面からの前記溝の深さよりも大きくされており、
前記キャリア引き抜き領域は、前記第3の領域および前記第4の領域を介して前記第1の電極に電気的に接続されたことを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor layer having first and second main surfaces facing each other and made of a first conductivity type semiconductor;
A second semiconductor layer made of a first conductivity type semiconductor having an impurity concentration lower than that of the first semiconductor layer exposed at the first main surface;
A plurality of grooves formed on the surface of the second semiconductor layer;
A gate insulating film formed in the trench;
A gate electrode surrounded by the gate insulating film;
A first region of a second conductivity type formed between the two grooves on the surface of the second semiconductor layer;
A first conductivity type second region having a higher impurity concentration than the second semiconductor layer on the surface of the first region;
On the surface of the second semiconductor layer, a third region of a second conductivity type that is in contact with the groove that is in contact with the first region on the outermost periphery and is adjacent to the first region through the groove;
A fourth region of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the third region on the surface of the third region;
On the surface of the second semiconductor layer, the second conductivity type carrier extraction region that does not contact the fourth region and contacts the third region;
An insulating layer made of an insulating material formed on the surface of the carrier extraction region;
A gate electrode pad formed on the surface of the insulating layer and partially overlapping with the carrier extraction region when viewed from a direction perpendicular to the first main surface;
A first electrode made of metal in contact with the second region and the fourth region;
A third semiconductor layer made of a semiconductor of the second conductivity type exposed on the second main surface;
A second electrode made of metal in contact with the third semiconductor layer;
Equipped with a,
The groove extends from the surface of the first region in the surface of the second semiconductor layer to the second semiconductor layer,
The depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the vicinity of the third region is smaller than the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. When viewed from the direction perpendicular to the surface, the depth of the carrier extraction region from the surface of the second semiconductor layer in the region overlapping with the gate electrode pad is the depth of the groove from the surface of the second semiconductor layer. and rot size than of,
The carrier extracting region, said third region and said fourth region semiconductors devices you characterized by being electrically connected to the first electrode through the.
前記ゲート絶縁膜は、前記溝の底面上に形成された部分の厚さが、前記溝の側壁面上に形成された部分の厚さよりも大きいことを特徴とする請求項1から請求項6の何れか1項に記載の半導体装置。7. The gate insulating film according to claim 1, wherein a thickness of a portion formed on a bottom surface of the groove is larger than a thickness of a portion formed on a side wall surface of the groove . The semiconductor device according to any one of the above.
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