JP5120418B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
この発明は、高電位部と低電位部を有する集積回路を構成する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device constituting an integrated circuit having a high potential portion and a low potential portion.
従来より、電源装置等の制御駆動用の高耐圧ドライバとして使用される集積回路では、高電位部と低電位部とを分離したレイアウトが採用されている。高電位部と低電位部との分離構造としては、pn接合を用いたもの(接合分離構造)と、SiO2等の誘電体を用いたもの(誘電体分離構造)が一般的である。 Conventionally, in an integrated circuit used as a high-voltage driver for control driving such as a power supply device, a layout in which a high potential portion and a low potential portion are separated is employed. As the separation structure of the high potential portion and the low potential portion, those using a pn junction (junction separation structure) and those using a dielectric such as SiO 2 (dielectric separation structure) are generally used.
接合分離構造では、たとえば、p型半導体基板の表面に低濃度のn型エピタキシャル層を積層した構成のウエハが用いられている。そして、n型エピタキシャル層に拡散により深いp型半導体層を形成してできたpn接合によって、3次元的にn型半導体層の島が形成されており、このn型半導体層の島の中に、CMOS回路よりなるドライバ回路などが造り込まれている。n型半導体層の島とp型半導体基板との間には逆バイアス電圧が印加されており、接合容量によってn型半導体層の島が電気的に分離され、高耐圧が実現されている。 In the junction isolation structure, for example, a wafer having a configuration in which a low-concentration n-type epitaxial layer is stacked on the surface of a p-type semiconductor substrate is used. An island of the n-type semiconductor layer is three-dimensionally formed by a pn junction formed by forming a deep p-type semiconductor layer by diffusion in the n-type epitaxial layer. A driver circuit composed of a CMOS circuit is built in. A reverse bias voltage is applied between the island of the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor substrate, and the island of the n-type semiconductor layer is electrically isolated by the junction capacitance, thereby realizing a high breakdown voltage.
また、接合分離構造では、分離されたn型半導体領域とp型半導体基板との間に逆バイアス電圧が印加されると、プレーナ接合の底部に当たる平行平板接合では、基板面に対して平行に空乏層が広がるが、n型半導体領域の端部では、一般的に空乏層が広がりにくく、電界が集中し易い。この電界集中を緩和するため、RESURF(REduced SURface electric field:リデュースト・サーフィス・エレクトリック・フィールド)構造やダブルRESURF構造が用いられている。 In the junction isolation structure, when a reverse bias voltage is applied between the separated n-type semiconductor region and the p-type semiconductor substrate, the parallel plate junction corresponding to the bottom of the planar junction is depleted in parallel to the substrate surface. Although the layer spreads, the depletion layer is generally difficult to spread at the end of the n-type semiconductor region, and the electric field tends to concentrate. In order to alleviate this electric field concentration, a RESURF (Reduced SURface electric field) structure or a double RESURF structure is used.
RESURF構造は、分離されたn型半導体領域の濃度を低めに設定することにより、その端部を空乏化し易くしたものである。ダブルRESURF構造は、分離されたn型半導体領域の端部の表面に低濃度のp-半導体領域を追加し、n型半導体領域の端部においてその表面側のp-半導体領域とp-半導体基板の両方の界面から空乏層が広がるようにしたものである。なお、本明細書および添付図面において、nまたはpを冠記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。 In the RESURF structure, the concentration of the separated n-type semiconductor region is set to be low so that the end portion is easily depleted. In the double RESURF structure, a low-concentration p − semiconductor region is added to the surface of the end portion of the separated n-type semiconductor region, and the p − semiconductor region and the p − semiconductor substrate on the surface side of the end portion of the n-type semiconductor region are added. The depletion layer spreads from both interfaces. Note that in this specification and the accompanying drawings, a layer or region with n or p is a sign that electrons or holes are carriers. Further, + or − attached to n or p represents a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively.
一方、誘電体分離構造では、たとえば、シリコン基板上に選択的に形成したSiO2によって電気的に分離されたシリコン領域内に、回路が作製されている。分離されたシリコン領域毎に異なる基準電位で回路を動作させることにより、高耐圧が実現されている。また、接合分離構造において、上述したようなエピタキシャルウエハを用いずに、通常のシリコンウエハを用いて、プレーナ接合のみによって接合分離をおこなう、一種の自己分離構造とみなせる分離構造が公知である(たとえば、特許文献1参照。)。また、接合分離構造とトレンチ分離構造とを組み合わせた分離構造が公知である(たとえば、特許文献2、特許文献3、特許文献4および特許文献5参照。)。
On the other hand, in the dielectric isolation structure, for example, a circuit is fabricated in a silicon region electrically isolated by SiO 2 selectively formed on a silicon substrate. High breakdown voltage is realized by operating the circuit with different reference potentials for each separated silicon region. Also, in the junction isolation structure, an isolation structure that is regarded as a kind of self-isolation structure is known in which a normal silicon wafer is used instead of the epitaxial wafer as described above, and the junction isolation is performed only by planar bonding (for example, , See Patent Document 1). Also, an isolation structure combining a junction isolation structure and a trench isolation structure is known (see, for example,
以下に、従来のダブルRESURF構造を有する集積回路の構成および動作について説明する。図15は、従来のダブルRESURF構造を有する集積回路よりなる高耐圧ドライバの構成を示す平面図である。図15に示すように、高耐圧ICチップ90には、U相、V相およびW相の各上アーム分の浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cと、GND基準回路形成領域902が形成されている。GND基準回路形成領域902は、接地電位GNDを基準電位としている。浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cは、接地電位GNDとは異なる電位(後述するVUL、VVL、VWL)を基準電位としている。各浮遊電位基準回路形成領域901a,901b,901cは、それぞれ高耐圧接合終端構造903a,903b,903cにより囲まれている。
The structure and operation of an integrated circuit having a conventional double RESURF structure will be described below. FIG. 15 is a plan view showing a configuration of a high voltage driver composed of an integrated circuit having a conventional double RESURF structure. As shown in FIG. 15, in the high
図16は、図15のU相の浮遊電位基準回路形成領域901aおよびGND基準回路形成領域902を横切る切断線C−C’における構成を示す断面図である。図17は、図15のU相とV相の浮遊電位基準回路形成領域901a,901bを横切る切断線D−D’における構成を示す断面図である。図16に示すように、p-半導体基板910の表面層に、浮遊電位基準回路形成領域901aとなるn半導体領域92aと、GND基準回路形成領域902となるn半導体領域702とが、離れて形成されている。高耐圧接合終端構造903aは、n半導体領域92aに接し、かつn半導体領域702から離れたn半導体領域98aに形成されている。
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration at section line CC ′ across U-phase floating potential reference
また、図17に示すように、p-半導体基板910の表面層に、U相の浮遊電位基準回路形成領域901aとなるn半導体領域92aと、V相の浮遊電位基準回路形成領域901bとなるn半導体領域92bとが、離れて形成されている。U相およびV相の各n半導体領域92a,92bは、それぞれ高耐圧接合終端構造903a,903bが形成されたn半導体領域98a,98bに接している。U相のn半導体領域98aとV相のn半導体領域98bとは離れて形成されており、n半導体領域92a,92bと同一プロセスで同時に形成されることがある。
In addition, as shown in FIG. 17, an
各n半導体領域92a,92b,702には、それぞれ、制御回路を構成するための種々の半導体素子が形成されている。図示例では、1個のPチャネルMOS(金属−酸化膜−半導体)トランジスタと1個のNチャネルMOSトランジスタがそれぞれ形成されている。各NチャネルMOSトランジスタは、各n半導体領域92a,92b,702内のp半導体領域93a,93b,703に形成されている。以下、PチャネルMOSトランジスタをP−MOSとし、NチャネルMOSトランジスタをN−MOSとする。
In each of the
p-半導体基板910の電位は、接地電位GNDとなる。GND基準回路形成領域902のn半導体領域702の電位は、図示しない下アームの電源電位Vccとなる。n半導体領域702内のp半導体領域703の電位は、GND基準回路形成領域902の基準電位である接地電位GNDとなる。接地電位GNDに対する下アームの電源電位Vcc、すなわち下アームの電源電圧は、任意であり、たとえば10〜20V程度に設定される。
The potential of the p − semiconductor substrate 910 becomes the ground potential GND. The potential of the
一方、浮遊電位基準回路形成領域901a,901bのn半導体領域92a,92bの電位は、浮遊電位基準回路の電源電位VUH,VVHとなる。n半導体領域92a,92b内のp半導体領域93a,93bの電位は、浮遊電位基準回路の基準電位VUL,VVLとなる。上アームの電源電圧は、浮遊電位基準回路の電源電位VUH,VVHと基準電位VUL,VVLとの電位差([VUH−VUL]、[VVH−VVL])で与えられ、任意であり、たとえば10〜20V程度に設定される。
On the other hand, the potentials of the
高耐圧接合終端構造903a,903bのn半導体領域98a,98bの表面層には、p-半導体領域が設けられている。このp-半導体領域の電位は、接地電位GNDである。なお、V相またはW相の各浮遊電位基準回路形成領域901b,901cとGND基準回路形成領域902とを横切る断面の構成は、図16と同様である。また、V相とW相の浮遊電位基準回路形成領域901b,901cを横切る断面の構成は、図17と同様である。
A p − semiconductor region is provided in the surface layer of the
U相の浮遊電位基準回路の基準電位VULが印加される配線は、この高耐圧ドライバが駆動する図示しないU相の上アームIGBT(絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)のエミッタと下アームIGBTのコレクタとの接続ノードに接続されている。したがって、基準電位VULは、上下アームのIGBTのスイッチングに応じて、たとえば600V仕様では0〜600V程度、また1200V仕様では0〜1200V程度まで激しく変動する。V相およびW相についても同様であり、V相およびW相の浮遊電位基準回路の基準電位VVL,VWLは、それぞれV相およびW相の上下アームのIGBTのスイッチングに応じて、激しく変動する。これら基準電位VUL,VVL,VWLの変化率dV/dtは、10000〜20000V/μs程度にまで達することがある。 The wiring to which the reference potential V UL of the U-phase floating potential reference circuit is applied includes the emitter of the U-phase upper arm IGBT (insulated gate bipolar transistor) (not shown) driven by the high voltage driver and the collector of the lower arm IGBT. Connected to the connection node. Therefore, the reference potential V UL varies greatly depending on switching of the IGBTs of the upper and lower arms, for example, about 0 to 600 V in the 600 V specification and about 0 to 1200 V in the 1200 V specification. The same applies to the V-phase and the W-phase, and the reference potentials V VL and V WL of the floating-phase reference circuit for the V-phase and the W-phase fluctuate greatly according to the switching of the IGBTs of the upper and lower arms of the V-phase and the W-phase, respectively. To do. The rate of change dV / dt of these reference potentials V UL , V VL , V WL may reach about 10,000 to 20000 V / μs.
ところで、上述した集積回路に形成されているpn接合のそれぞれには、接合容量が存在する。つまり、各pn接合にコンデンサが形成されているのと同じである。一つのコンデンサの容量値をCとすると、そのコンデンサに急峻な変化(dV/dt)波形を伴う電圧が印加されたときに、[C×(dV/dt)]で表される充電電流(変位電流)がpn接合の接合面全面に流れる。それによって、図16および図17に示すように、p半導体領域93a、n半導体領域92aおよびp-半導体基板910よりなる寄生トランジスタ911、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域702よりなる寄生トランジスタ912、並びにn半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域92bよりなる寄生トランジスタ913を動作させ、回路の誤動作や素子破壊を引き起こすことがある。
Incidentally, each of the pn junctions formed in the above-described integrated circuit has a junction capacitance. That is, it is the same as that a capacitor is formed at each pn junction. When the capacitance value of one capacitor is C, when a voltage with a steep change (dV / dt) waveform is applied to the capacitor, the charging current (displacement) represented by [C × (dV / dt)] Current) flows over the entire junction surface of the pn junction. As a result, as shown in FIGS. 16 and 17, a
図18および図19は、それぞれ図16および図17に示す断面構成において流れるラッチアップ電流を示す断面図である。図18および図19に示すように、従来の自己分離構造の場合には、p半導体領域93a、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域702よりなる寄生サイリスタによるラッチアップ電流915や、p半導体領域93a、n半導体領域92a、p-半導体基板910およびn半導体領域92bよりなる寄生サイリスタによるラッチアップ電流916が流れる可能性がある。V相およびW相についても同様である。
18 and 19 are cross-sectional views showing latch-up currents flowing in the cross-sectional configurations shown in FIGS. 16 and 17, respectively. As shown in FIGS. 18 and 19, in the case of the conventional self-isolation structure, a latch-
そこで、ラッチアップ電流が流れるのを防ぐため、図20に示すように、素子が形成されている拡散層の周囲に、イオン注入および熱拡散により深いガードリング917を形成した集積回路が公知である。しかし、ガードリング917を形成する際に拡散層が横方向にも広がるため、素子が形成される拡散層の間隔を広げておく必要がある。これは、チップサイズの拡大を招くため、好ましくない。なお、図20は、図15の切断線C−C’に相当する断面における構成を示している。
Therefore, in order to prevent a latch-up current from flowing, an integrated circuit in which a
一方、誘電体分離構造では、寄生サイリスタや寄生トランジスタが存在しないので、上述したような寄生動作が起こらないという利点があるが、ウエハの製造コストが高いという欠点がある。また、特許文献2〜5に開示されている接合分離構造とトレンチ分離構造とを組み合わせた構造は、1チップ上で、高電位部と低電位部の間で600〜1200Vクラスの分離が必要な高耐圧ICに適用することはできない。そこで、本発明者らは、トレンチ分離構造を用いて高耐圧ICの寄生素子の動作を抑制した半導体デバイスについて先に提案している(たとえば、特許文献6参照。)。
On the other hand, the dielectric isolation structure has an advantage that the parasitic operation as described above does not occur because there is no parasitic thyristor or parasitic transistor, but there is a disadvantage that the manufacturing cost of the wafer is high. Moreover, the structure combining the junction isolation structure and the trench isolation structure disclosed in
図21は、特許文献6に開示された半導体デバイスの構成を説明するための断面図である。図21に示すように、図20のガードリング917の代わりに、素子が形成されている拡散層の周囲に、その拡散層よりも深いトレンチ構造918が形成されている。このトレンチ構造918の内部には、接地電位GNDとなる電極919が設けられている。また、トレンチ壁に沿ってp+半導体領域920が設けられている。このような構成とすることによって、チップ面積の増大を抑えつつ、寄生素子の動作を抑制することが可能になる。
FIG. 21 is a cross-sectional view for explaining the configuration of the semiconductor device disclosed in Patent Document 6. In FIG. As shown in FIG. 21, instead of the
しかしながら、図21に示すトレンチ分離構造では、つぎのような問題点がある。すなわち、浮遊電位基準回路形成領域901aのn半導体領域92aに形成されるMOSトランジスタの特性(耐圧、闘値等)を所望のレベルにするため、そのn半導体領域92aの濃度をあまり高くすることができない。GND基準回路形成領域902のn半導体領域702についても同様であり、たとえば、それらn半導体領域92aおよびn半導体領域702の濃度は、1×1017/cm3以下である。また、高耐圧接合終端構造903aでの電界集中を防ぐため、p-半導体基板910の濃度もあまり高くすることができず、たとえば1200V品の比抵抗は200Ωcm程度(不純物濃度にして6×1013/cm3程度)である。
However, the trench isolation structure shown in FIG. 21 has the following problems. That is, in order to bring the characteristics (breakdown voltage, threshold value, etc.) of the MOS transistor formed in the
このような濃度の場合、高温環境下で浮遊電位基準回路に特に高いdV/dtが印加されると、寄生素子が動作してしまう可能性がある。これを防ぐためには、n半導体領域92aおよびn半導体領域702を、たとえば20μm以上の深さに形成する必要がある。しかし、n半導体領域92a,702を深くすると、それに対応してトレンチ構造918も深くしなければならないため、高度な製造技術を要するという問題点がある。
In the case of such a concentration, when a particularly high dV / dt is applied to the floating potential reference circuit in a high temperature environment, the parasitic element may be operated. In order to prevent this, it is necessary to form the
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、誤動作や素子破壊が生じにくい高耐圧ドライバとして使用することができる製造性に優れた半導体装置を提供することを目的とする。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device excellent in manufacturability that can be used as a high breakdown voltage driver that is less prone to malfunction and element destruction in order to eliminate the above-described problems caused by the prior art.
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に積層された第2導電型の半導体層と、前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備え、前記第1の半導体領域と前記半導体基板との間、および前記第2の半導体領域と前記半導体基板との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有し、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、いずれか一方が浮遊電位を基準とする半導体領域であり、もう一方が接地電位を基準とする半導体領域であり、前記トレンチ構造は、その内部に導電膜を有しており、該導電膜は、前記接地電位を基準とする半導体領域の接地点に接続されていることを特徴とする。
In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the invention of
請求項2の発明にかかる半導体装置は、請求項1に記載の発明において、前記第2の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子と、前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、をさらに備えることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first aspect, wherein the first conductive type drain region and the first conductive type source region are provided selectively in the second semiconductor region, respectively. A third insulated gate semiconductor element of the first conductivity type, a fourth semiconductor region of the first conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor region, and the fourth semiconductor region And a second conductive type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductive type drain region and a second conductive type source region, each of which is selectively provided.
請求項1または2の発明によれば、第1導電型の第3の半導体領域をエミッタとし、第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の埋め込み層をベースとし、かつ第1導電型の半導体基板をコレクタとする寄生トランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生トランジスタや寄生サイリスタの動作を抑制することができる。 According to the first or second aspect of the present invention, the first conductive type third semiconductor region is used as the emitter, the second conductive type first semiconductor region and the second conductive type buried layer are used as a base, and the first conductive type is used. Since the base concentration of the parasitic transistor using the conductive semiconductor substrate as the collector can be increased, the operation of the parasitic transistor or the parasitic thyristor can be suppressed.
また、請求項3の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記導電膜は、高濃度にドープされた第1導電型のポリシリコンでできていることを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, the conductive film is made of first conductivity type polysilicon doped at a high concentration. To do.
また、請求項4の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、前記浮遊電位を基準とする半導体領域の周囲に、高耐圧接合終端構造が前記トレンチ構造と接して設けられていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device according to the first or second aspect of the present invention, wherein the semiconductor region of the first semiconductor region and the second semiconductor region is based on the floating potential. A high-voltage junction termination structure is provided in contact with the trench structure around the periphery.
また、請求項5の発明にかかる半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記トレンチ構造の底部に、前記半導体基板よりも高濃度の第1導電型の半導体領域が設けられていることを特徴とする。請求項5の発明によれば、トレンチ構造の底部に半導体基板よりも高濃度の第1導電型の半導体領域が設けられていることによって、この第1導電型の高濃度半導体領域および半導体基板をベースとする寄生トランジスタの動作をより一層、抑制することができる。 According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the first conductivity type semiconductor region having a higher concentration than the semiconductor substrate is provided at the bottom of the trench structure. It is characterized by being. According to the fifth aspect of the present invention, the first conductivity type semiconductor region having a higher concentration than the semiconductor substrate is provided at the bottom of the trench structure. The operation of the base parasitic transistor can be further suppressed.
本発明にかかる半導体装置によれば、高度な製造技術を要する深いトレンチを形成しなくても、半導体装置内に寄生的に形成されてしまう寄生トランジスタや寄生サイリスタが、IGBT等の大容量電源半導体のスイッチング動作による急峻な電圧変化によってバイポーラ動作やラッチアップ動作などの寄生動作を起こすのをより効果的に抑制することができる。したがって、誤動作や素子破壊が生じにくい高耐圧ドライバを、従来よりも容易に実現することができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device of the present invention, a parasitic transistor or a parasitic thyristor that is parasitically formed in the semiconductor device without forming a deep trench that requires advanced manufacturing technology is a large-capacity power supply semiconductor such as an IGBT. It is possible to more effectively suppress a parasitic operation such as a bipolar operation or a latch-up operation due to a steep voltage change due to the switching operation. Therefore, there is an effect that it is possible to easily realize a high voltage driver that is unlikely to cause malfunctions and element destruction.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。以下の説明および添付図面において、nまたはpを冠記した層や領域は、それぞれ電子または正孔がキャリアであることを意味する。また、nやpに付す+または-は、それぞれ比較的高不純物濃度または比較的低不純物濃度であることを表す。なお、図1〜図14において同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description and the accompanying drawings, a layer or region with n or p is a sign that electrons or holes are carriers. Further, + or − attached to n or p represents a relatively high impurity concentration or a relatively low impurity concentration, respectively. 1 to 14, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.
実施の形態1.
図2は、本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す平面図である。図2に示すように、高耐圧ICチップ10には、U相、V相およびW相の各上アーム分の浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cと、GND基準回路形成領域22が形成されている。各浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cは、それぞれ高耐圧接合終端構造23a,23b,23cにより囲まれている。高耐圧接合終端構造23a,23b,23cおよびGND基準回路形成領域22は、素子分離領域となるトレンチ構造7により囲まれている。
FIG. 2 is a plan view showing the configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 2, the high
GND基準回路形成領域22は、接地電位GNDを基準電位としている。浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cは、それぞれ接地電位GNDとは異なる電位VUL、VVL、VWLを基準電位としている。この高耐圧ICチップ10よりなる高耐圧ドライバは、高耐圧接合終端構造23a,23b,23cをダブルRESURF構造とすることが可能である。
The GND reference
つぎに、図2に示す集積回路の断面構成について説明するが、U相の浮遊電位基準回路形成領域21aおよびGND基準回路形成領域22を横切る切断線A−A’における断面構成と、V相およびW相のそれぞれについて切断線A−A’に相当する断面における構成とは同じであるので、ここでは、U相、V相およびW相を代表してU相に対する切断線A−A’における断面構成について説明し、V相およびW相のそれぞれについて切断線A−A’に相当する断面における構成についての説明は省略する。また、以下の説明では、浮遊電位基準回路形成領域21a,21b,21cの符号を21で代表し、高耐圧接合終端構造23a,23b,23cの符号を23で代表して表す。これらのことは、他の実施の形態においても同じである。
Next, the cross-sectional configuration of the integrated circuit shown in FIG. 2 will be described. The cross-sectional configuration along the cutting line AA ′ across the U-phase floating potential reference
図1は、本発明の実施の形態1にかかる集積回路を備えた半導体装置の、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22を横切る切断線A−A’における構成を示す断面図である。図1に示すように、p+半導体基板1の上に、p+半導体基板1よりも不純物濃度の低いpエピタキシャル層27が積層されている。そして、このpエピタキシャル層27の表面層に、浮遊電位基準回路形成領域21となる第1の半導体領域としてのn半導体領域2と、GND基準回路形成領域22となる第2の半導体領域としてのn半導体領域202とが、離れて形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration at a cutting line AA ′ across a floating potential reference
高耐圧接合終端構造23は、n半導体領域2を囲み、かつn半導体領域202から離れたn半導体領域8に形成されている。また、pエピタキシャル層27の表面からpエピタキシャル層27を貫通してp+半導体基板1に達するトレンチ構造7が、n半導体領域2およびn半導体領域202の周囲を囲むように形成されている。図1には、n半導体領域2およびn半導体領域202を囲むトレンチ構造7のうち、n半導体領域2とn半導体領域202との間の部分のみが示されている。
The high breakdown voltage
浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2には、制御回路を構成するための種々の半導体素子が形成されており、一例として、1個の第1の絶縁ゲート型半導体素子であるP−MOS401と、1個の第2の絶縁ゲート型半導体素子であるN−MOS402がそれぞれ形成されている。N−MOS402は、n半導体領域2の表面層に設けられた第3の半導体領域であるp半導体領域3に形成されている。ここで、pエピタキシャル層27とn半導体領域2との間のpn接合を第1のpn接合とすると、この第1のpn接合に逆バイアス電圧が印加されたときに、第1のpn接合からn半導体領域2に広がる第1の空乏層の先端がp半導体領域3に達しないように、n半導体領域2の厚さおよび不純物濃度を選定するのが望ましい。
Various semiconductor elements for forming a control circuit are formed in the
GND基準回路形成領域22のn半導体領域202には、制御回路を構成するための種々の半導体素子の一例として、1個の第3の絶縁ゲート型半導体素子であるP−MOS403と、1個の第4の絶縁ゲート型半導体素子であるN−MOS404が形成されている。N−MOS404は、n半導体領域202の表面層に設けられた第4の半導体領域であるp半導体領域203に形成されている。なお、各n半導体領域2,202内にそれぞれ複数のP−MOSが形成されていてもよいし、各p半導体領域3,203内にそれぞれ複数のN−MOSが形成されていてもよい。
In the
図1において、各P−MOS401,403および各N−MOS402,404のD、GおよびSは、それぞれドレイン電極、ゲート電極およびソース電極を表す。ドレイン電極Dは、ドレイン領域となるp+半導体領域(P−MOSの場合)またはn+半導体領域(N−MOSの場合)に、金属電極17を介して電気的に接続されている。ソース電極Sは、ソース領域となるp+半導体領域(P−MOSの場合)またはn+半導体領域(N−MOSの場合)に、金属電極17を介して電気的に接続されている。各ゲート電極Gは、それぞれ所定の半導体領域の表面上に、図示省略した絶縁膜を介して形成されている。
In FIG. 1, D, G, and S of each P-
p+半導体基板1には、基板裏面に設けられたp+半導体層301にオーミック接触する金属電極18を介して、接地電位GNDが印加される。浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2には、その表面に設けられたn+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、浮遊電位基準回路の電源電位VUH(U相の場合)が印加される。n半導体領域2内のp半導体領域3には、その表面に設けられたp+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、浮遊電位基準回路の基準電位VUL(U相の場合)が印加される。
A ground potential GND is applied to the p + semiconductor substrate 1 through the
VUHおよびVULは、それぞれ、V相の場合にはVVHおよびVVLとなり、W相の場合にはVWHおよびVWLとなる。通常、U相のVUHとV相のVVHとW相のVWHは同じであり、またU相のVULとV相のVVLとW相のVWLも同じであるので、以下の説明では、各相の浮遊電位基準回路の電源電位および基準電位をそれぞれVUHおよびVULで代表する(他の実施の形態においても同じ)。 V UH and V UL are V VH and V VL in the case of the V phase, and V WH and V WL in the case of the W phase. Normally, U phase V UH , V phase V VH, and W phase V WH are the same, and U phase V UL , V phase V VL, and W phase V WL are the same. In the description, the power supply potential and the reference potential of the floating potential reference circuit of each phase are represented by V UH and V UL , respectively (the same applies to other embodiments).
通常使用時の上アームの電源電圧は、浮遊電位基準回路の電源電位VUHと基準電位VULとの電位差([VUH−VUL])で与えられる。この電位差は、任意であり、たとえば+10〜20V程度に設定される。浮遊電位基準回路の基準電位VULが印加される配線は、この高耐圧ドライバが駆動する図示しない上アームIGBTのエミッタと下アームIGBTのコレクタとの接続ノードに接続され得る。 The power supply voltage of the upper arm during normal use is given by the potential difference ([V UH −V UL ]) between the power supply potential V UH of the floating potential reference circuit and the reference potential V UL . This potential difference is arbitrary and is set to about +10 to 20V, for example. The wiring to which the reference potential V UL of the floating potential reference circuit is applied can be connected to a connection node between the emitter of the upper arm IGBT and the collector of the lower arm IGBT (not shown) driven by the high voltage driver.
GND基準回路形成領域22のn半導体領域202には、その表面に設けられたn+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、図示しない下アームの電源電位Vccが印加される。n半導体領域202内のp半導体領域203には、その表面に設けられたp+半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、GND基準回路形成領域22の基準電位である接地電位GNDが印加される。接地電位GNDに対する下アームの電源電位Vcc、すなわち下アームの電源電圧は、任意であり、たとえば+10〜20V程度に設定される。
The power supply potential V cc of the lower arm (not shown) is applied to the
高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8は、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2に接して設けられている。そのため、n半導体領域8の電位は、n半導体領域2と同じ浮遊電位基準回路の電源電位VUHとなる。n半導体領域8を、n半導体領域2と同一プロセスで同時に形成してもよい。n半導体領域8の表面層には、p半導体領域とそれよりも不純物濃度の低いp-半導体領域とが接して形成されている。このn半導体領域8に形成されたp半導体領域には、このp半導体領域にオーミック接触する金属電極17を介して、接地電位GNDが印加される。
The
したがって、pエピタキシャル層27とn半導体領域8との間のpn接合を第2のpn接合とし、n半導体領域8に形成されたp半導体領域およびp-半導体領域とn半導体領域8との間のpn接合を第3のpn接合とすると、これら第2および第3のpn接合は、ともに逆バイアスが印加された状態となる。このような逆バイアス状態において、第2のpn接合の両側に広がる第2の空乏層と、第3のpn接合の両側に広がる第3の空乏層とが、n半導体領域8で結合し、かつ第3の空乏層が、n半導体領域8内のp半導体領域およびp-半導体領域の表面に達するように、n半導体領域8内のp半導体領域およびp-半導体領域を形成するとよい。なお、高耐圧接合終端構造23の構造は、上述した構成の他にも種々変更可能である。
Therefore, the pn junction between the
トレンチ構造7は、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51と、アルミニウム等の金属材料を含む導電膜よりなる電極16を備えている。トレンチ壁p+半導体領域51は、トレンチの側面および底面に沿って設けられている。トレンチ壁p+半導体領域51のトレンチ底面部分は、p+半導体基板1に接しており、トレンチ壁p+半導体領域51はp+半導体基板1に電気的に接続されている。電極16は、トレンチ内に設けられており、トレンチ壁p+半導体領域51にオーミック接触している。電極16には、接地電位GNDが印加される。したがって、トレンチの側面においてトレンチ壁p+半導体領域51を介して電極16に電気的に接続されるpエピタキシャル層27の電位は、接地電位GNDとなる。
The
トレンチ構造7を形成するにあたっては、pエピタキシャル層27の表面からp+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そのトレンチの側面および底面に沿ってp+型半導体基板1に、p型不純物としてたとえばボロンをイオン注入して高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51を形成する。そして、トレンチ内に、アルミニウム等の金属を材料に含む電極16をスパッタリングにより形成し、電極16をトレンチ壁p+半導体領域51にオーミック接触させる。
In forming the
このように、トレンチ壁p+半導体領域51がp+半導体基板1に電気的に接続しているので、トレンチ壁p+半導体領域51は、p+半導体基板1と同電位、すなわち接地電位GNDとなる。上述したように、GND基準回路形成領域22のn半導体領域202の電位は、GND基準回路の電源電位Vccであるので、トレンチ壁p+半導体領域51の電位は、n半導体領域202の電位よりも低く保たれる。
Thus, since trench wall p + semiconductor region 51 is electrically connected to p + semiconductor substrate 1, trench wall p + semiconductor region 51 has the same potential as p + semiconductor substrate 1, that is, ground potential GND. Become. As described above, since the potential of the
ここで、pエピタキシャル層27とGND基準回路形成領域22のn半導体領域202との間のpn接合を第4のpn接合とする。また、pエピタキシャル層27とn半導体領域202との間の内蔵電位をVbiとする。第4のpn接合に電圧値Vccの逆バイアス電圧が印加された状態で、第4のpn接合からpエピタキシャル層27に広がる第4の空乏層の先端におけるpエピタキシャル層27の電位V1が、動作時において常につぎの不等式を成立させるように、トレンチ構造7を形成するのが望ましい。
Here, the pn junction between the
V1<Vcc+Vbi V 1 <V cc + V bi
つぎに、トレンチ構造7にトレンチ壁p+半導体領域51が設けられていることによって得られる効果について説明する。図1に示す構成において、p半導体領域3、n半導体領域2、pエピタキシャル層27およびp+半導体基板1、並びにn半導体領域202からなるpnpn構造の寄生サイリスタが存在する。
Next, effects obtained by providing the
したがって、p半導体領域3に急峻な変化(dV/dt)波形を伴う電圧が印加されると、pエピタキシャル層27とn半導体領域2とのpn接合部には、その接合容量Cに比例した変位電流[C×(dV/dt)]が流れる。その際、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27中には、上記変位電流に対応した充電電流が流れる。そのため、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27に、その電位が接地電位GNDレベル以上となる部分が発生する。
Therefore, when a voltage with a steep change (dV / dt) waveform is applied to the
トレンチ壁p+半導体領域51がない場合には、p半導体領域3の印加電圧の変化(dV/dt)が大きくなると、上記充電電流が大きくなるため、p+半導体基板1およびpエピタキシャル層27の電位上昇が増加する。その結果、pエピタキシャル層27の電位が高くなり、pエピタキシャル層27とn半導体領域202の間が順バイアス状態になると、寄生サイリスタのゲート電流が流れることになる。このゲート電流値が増加して所定の値に達すると、寄生サイリスタのアノードに相当するp半導体領域3と、カソードに相当するn半導体領域202との間の電位差が、寄生サイリスタのブレークオーバ電圧より低くても、サイリスタがオン状態となってラッチアップ現象が発生する。ラッチアップ現象の発生により過電流が流れ、半導体装置は破壊に至る。
In the absence of the trench wall p + semiconductor region 51, when the change in applied voltage (dV / dt) of the
しかし、本実施の形態のようにトレンチ壁p+半導体領域51がある場合には、トレンチ壁p+半導体領域51上の電極16がゲート電極の役割を果たすことになる。上述したように、この電極16を接地点に接続してその電位を接地電位GNDレベルに固定することにより、上記充電電流のうちトレンチ構造7ヘ流れ込む電流の割合が増加する。それによって、n半導体領域202周辺のpエピタキシャル層27中に流れる電流が減り、n半導体領域202周辺のpエピタキシャル層27の電位上昇を抑えることができるので、pエピタキシャル層27とn半導体領域202との間が順バイアスされて寄生サイリスタのゲート電流が流れるのを抑えることができる。つまり、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造となる。
However, if there is a trench wall p + semiconductor region 51 as in this embodiment, the
実施の形態1によれば、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2、pエピタキシャル層27およびp+半導体基板1、GND基準回路形成領域22のn半導体領域202よりなる寄生npnトランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生npnトランジスタが非常に動作しにくい構造となる。したがって、n半導体領域2,202およびトレンチ構造7を深くしなくてもよいので、プロセスコストを低減することができる。また、上述したように、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造が得られる。
According to the first embodiment, the base of the parasitic npn transistor including the
なお、図3に示すように、高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8に、横型の高耐圧MIS(金属−絶縁膜−半導体)トランジスタ405を形成してもよい。図3に示す構成は、図2の切断線B−B’における断面構成に相当する。このMISトランジスタ405のD、GおよびSは、それぞれドレイン電極、ゲート電極およびソース電極を表す。ドレイン電極Dは、n半導体領域8の表面層においてp-半導体領域9により囲まれたドレイン領域となるn半導体領域に、金属電極17を介して電気的に接続されている。ソース電極S、ソース電極Sが金属電極17を介して電気的に接続されたソース領域、およびゲート電極Gは、n半導体領域8の表面層においてp-半導体領域9のトレンチ構造側の外側に設けられている。
As shown in FIG. 3, a lateral high voltage MIS (metal-insulating film-semiconductor)
実施の形態2.
図4は、本発明の実施の形態2にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図4に示すように、実施の形態2は、図1に示す実施の形態1に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
FIG. 4 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the second embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 4, the second embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the configuration of the
実施の形態2では、トレンチ構造7は、トレンチ壁p+半導体領域51の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。埋め込みp+半導体領域41には、この埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触する金属電極17を介して、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDが印加される。
In the second embodiment, the
実施の形態2のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成し、ボロン等のp型不純物のイオン注入により高濃度のトレンチ壁p+半導体領域51を形成する。ついで、トレンチ内に、p型不純物を高濃度にドープしたポリシリコンをCVD(化学気相成長)法等により埋め込むことによって、埋め込みp+半導体領域41を形成する。そして、埋め込みp+半導体領域41の表面上に金属電極17を形成し、金属電極17を埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触させる。
In forming the
実施の形態2によれば、実施の形態1の効果に加えて、つぎのような効果が得られる。実施の形態1では、トレンチ内に金属の電極16をスパッタリングにより形成するため、電極16となる金属膜の被覆性を考慮して、トレンチの幅はトレンチ深さと同程度、たとえば5〜10μm程度である、それに対して、実施の形態2では、トレンチ内部をポリシリコンで埋めるので、トレンチの幅をたとえば3μm程度にすることができる。したがって、より小型の半導体装置を実現することができる。
According to the second embodiment, in addition to the effects of the first embodiment, the following effects can be obtained. In
実施の形態3.
図5は、本発明の実施の形態3にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図5に示すように、実施の形態3は、図1に示す実施の形態1に対して、トレンチ構造7およびその周辺部の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7およびその周辺部を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
FIG. 5 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the third embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 5, the third embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the structure of the
実施の形態3では、トレンチ構造7は、トレンチが絶縁体61で埋め込まれているとともに、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。このトレンチ底p+半導体領域52は、p+半導体基板1に電気的に接続している。また、実施の形態3では、トレンチ構造7の周囲において、pエピタキシャル層27には、金属電極17およびこの金属電極17がオーミック接触するp+半導体領域を介して、接地電位GNDが印加される。
In the third embodiment, the
実施の形態3のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そして、トレンチ底部にボロン等のp型不純物をイオン注入して高濃度のトレンチ底p+半導体領域52を形成する。ついで、トレンチ内に絶縁体61を埋め込む。その後、pエピタキシャル層27の表面の、絶縁体61を埋め込んだトレンチ構造7の周囲に、高濃度のp+半導体領域を形成し、このp+半導体領域の表面上に金属電極17を形成し、金属電極17をp+半導体領域にオーミック接触させる。
In forming the
実施の形態3によれば、実施の形態1と同様に、pエピタキシャル層27の電位上昇を抑制することができるので、寄生サイリスタがラッチアップしにくい構造が得られる。
According to the third embodiment, as in the first embodiment, since the potential increase of the
実施の形態4.
図6は、本発明の実施の形態4にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図6に示すように、実施の形態4は、図1に示す実施の形態1に対して、浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域2、高耐圧接合終端構造23のn半導体領域8およびGND基準回路形成領域22のn半導体領域202の構成、トレンチ構造7の構成、並びに高耐圧接合終端構造23の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図1に示す構成と同じである。したがって、n半導体領域2,8,202、トレンチ構造7および高耐圧接合終端構造23を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態1と同じである。
Embodiment 4 FIG.
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 6, the fourth embodiment is different from the first embodiment shown in FIG. 1 in the
n半導体領域2,8およびn半導体領域202は、pエピタキシャル層27上に積層されたnエピタキシャル層2aを、その表面からnエピタキシャル層2aおよびpエピタキシャル層27を貫通してp+半導体基板1に達するトレンチ構造7で分離することにより、形成されている。したがって、n半導体領域8およびn半導体領域202は、ともにトレンチ構造7に隣接している。
The
実施の形態4では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁に絶縁膜25が設けられ、その絶縁膜25の内側およびトレンチ底面に沿って電極16が設けられ、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。電極16は、トレンチ側壁の絶縁膜25により、n半導体領域8およびn半導体領域202から絶縁されている。また、電極16は、トレンチ底p+半導体領域52を介して、p+半導体基板1に電気的に接続している。電極16には接地電位GNDが印加されるので、トレンチ底p+半導体領域52の電位は、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDとなる。
In the fourth embodiment, the
実施の形態4のトレンチ構造7を形成するにあたっては、実施の形態1と同様にして、p+半導体基板1に達するトレンチを形成する。そして、トレンチの側壁および底部に熱酸化膜などの絶縁膜25を形成した後、異方性の酸化膜エッチャーにより、絶縁膜25のトレンチ底部分をエッチングしてコンタクト部を形成する。ついで、トレンチ底部にボロン等のp型不純物をイオン注入して高濃度のトレンチ底p+半導体領域52を形成する。その後、トレンチ内部に電極16となる金属膜をスパッター等で成膜し、電極16をトレンチ底p+領域52にオーミック接触させる。
In forming the
実施の形態4では、高耐圧接合終端構造23は、n半導体領域8の表面層に、金属電極17を介して接地電位GNDが印加されるp半導体領域46と、このp半導体領域46に接してそれよりも不純物濃度の低いp-半導体領域9a,9bが設けられた構成となっている。一方のp-半導体領域9aは、p半導体領域46と浮遊電位基準回路形成領域21のn半導体領域8との間に設けられている。もう一方のp-半導体領域9bは、p半導体領域46とトレンチ構造7との間に設けられている。
In the fourth embodiment, the high withstand voltage
p-半導体領域9bによって、n半導体領域8の、p-半導体領域9bの下側の部分が空乏化しやすくなっている。なお、p-半導体領域9a,9bのうち、浮遊電位基準回路形成領域21側のp-半導体領域9aにより高い電位がかかるので、このp-半導体領域9aの幅は、トレンチ構造7側のp-半導体領域9bの幅よりも大きい。
The p − semiconductor region 9b facilitates depletion of the portion of the
実施の形態5.
図7は、本発明の実施の形態5にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図7に示すように、実施の形態5は、図6に示す実施の形態4に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図6に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態4と同じである。
Embodiment 5 FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the fifth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 7, the fifth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in the configuration of the
実施の形態5では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁の絶縁膜25の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。埋め込みp+半導体領域41は、トレンチ底p+半導体領域52を介して、p+半導体基板1に電気的に接続している。埋め込みp+半導体領域41には、この埋め込みp+半導体領域41にオーミック接触する金属電極17を介して、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDが印加されるので、トレンチ底p+半導体領域52の電位は、p+半導体基板1と同じ接地電位GNDとなる。
In the fifth embodiment, the
実施の形態6.
図8は、本発明の実施の形態6にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図8に示すように、実施の形態6は、図6に示す実施の形態4に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図6に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態4と同じである。
Embodiment 6 FIG.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the sixth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the section line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 8, the sixth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in the configuration of the
実施の形態6では、トレンチ構造7は、トレンチが絶縁体61で埋め込まれているとともに、トレンチ構造7の底部に、p+半導体基板1よりも高濃度のトレンチ底p+半導体領域52が設けられた構成となっている。このトレンチ構造7は、実施の形態3のトレンチ構造と同じである。
In the sixth embodiment, the
実施の形態7.
図9は、本発明の実施の形態7にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図9に示すように、実施の形態7は、図6に示す実施の形態4に対して、pエピタキシャル層27を設けずに、p+半導体基板1の代わりに低濃度のp-半導体基板101を用いたものである。したがって、トレンチ底p+半導体領域52は、p-半導体基板101に電気的に接続することになる。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to a seventh embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 9, the seventh embodiment differs from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in that the
また、実施の形態7では、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とp-半導体基板101との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24が設けられている。GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。
Further, in the seventh embodiment, the
n+埋め込み層24がトレンチ構造7に接する構成において、仮に、トレンチ構造7が、図1に示すように、トレンチの周囲にトレンチ壁p+半導体領域51を有する構成である場合、n+埋め込み層24とトレンチ壁p+半導体領域51とが接すると、その接合耐圧が低いため、問題が生じる。それを回避するため、実施の形態7では、トレンチ壁p+半導体領域51を設けずに、トレンチ側壁に絶縁膜25を形成し、それによって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の電極16とp-半導体基板101とを絶縁し、トレンチ底部においてのみトレンチ底p+半導体領域52を介してp-半導体基板101に電極16を電気的に接続している。その他の構成は、図6に示す構成と同じである。
n + in the structure buried
実施の形態7によれば、浮遊電位基準回路形成領域21のp半導体領域3、n半導体領域2およびn+埋め込み層24、p-半導体基板101よりなる寄生pnpトランジスタのベース濃度を高くすることができるので、寄生pnpトランジスタが動作しにくくなる。したがって、n半導体領域2とn半導体領域202を従来ほど深く形成しなくてもよいので、トレンチ構造7の形成が容易になり、プロセスコストを低減することができる。
According to the seventh embodiment, the base concentration of the parasitic pnp transistor including the
実施の形態8.
図10は、本発明の実施の形態8にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図10に示すように、実施の形態8は、図9に示す実施の形態7に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図9に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態7と同じである。
FIG. 10 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the eighth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the section line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 10, the eighth embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 9 in the configuration of the
実施の形態8では、トレンチ構造7は、トレンチ側壁の絶縁膜25の内側がポリシリコンよりなる埋め込みp+半導体領域41で埋め込まれた構成となっている。このトレンチ構造7は、実施の形態5のトレンチ構造と同じである。トレンチ構造7は、GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24に接している。そのため、実施の形態8でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の埋め込みp+半導体領域41とp-半導体基板101とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ埋め込みp+半導体領域41がトレンチ底p+半導体領域52を介してp-半導体基板101に電気的に接続するようにしている。
In the eighth embodiment, the
実施の形態9.
図11は、本発明の実施の形態9にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図11に示すように、実施の形態9は、図9に示す実施の形態7に対して、トレンチ構造7の構成が異なっているものであり、その他の構成は、図9に示す構成と同じである。したがって、トレンチ構造7を作製するプロセスを除いて、その他のプロセスは、実施の形態7と同じである。実施の形態9では、トレンチ構造7は、実施の形態3と同様に、トレンチが絶縁体61で埋め込まれた構成となっている。
FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the ninth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 11, the ninth embodiment is different from the seventh embodiment shown in FIG. 9 in the configuration of the
実施の形態10.
図12は、本発明の実施の形態10にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図12に示すように、実施の形態10は、図6に示す実施の形態4に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。
FIG. 12 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor device including the integrated circuit according to the tenth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 12, the tenth embodiment is different from the fourth embodiment shown in FIG. 6 in that each of the
GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。そのため、実施の形態10でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の電極16とp+半導体基板1とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ電極16がトレンチ底p+半導体領域52を介してp+半導体基板1に電気的に接続するようにしている。その他の構成は、図6に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態4よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。
The n + buried
実施の形態11.
図13は、本発明の実施の形態11にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図13に示すように、実施の形態11は、図7に示す実施の形態5に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。
FIG. 13 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the eleventh embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ in FIG. As shown in FIG. 13, the eleventh embodiment is different from the fifth embodiment shown in FIG. 7 in that each of the
GND基準回路形成領域22に設けられたn+埋め込み層24は、トレンチ構造7に接している。そのため、実施の形態11でも実施の形態7と同様に、トレンチ側壁の絶縁膜25によって、トレンチ側壁では、トレンチ構造7内の埋め込みp+半導体領域41とp+半導体基板1とを絶縁し、トレンチ底部においてのみ埋め込みp+半導体領域41がトレンチ底p+半導体領域52を介してp+半導体基板1に電気的に接続するようにしている。その他の構成は、図7に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態5よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。
The n + buried
実施の形態12.
図14は、本発明の実施の形態12にかかる集積回路を備えた半導体装置の構成を示す断面図であり、図2の切断線A−A’に相当する断面の構成を示している。図14に示すように、実施の形態12は、図8に示す実施の形態6に対して、浮遊電位基準回路形成領域21およびGND基準回路形成領域22の各n半導体領域2,202とpエピタキシャル層27との境界付近に、それぞれ、n半導体領域2,202よりも高濃度のn+埋め込み層24を設けたものである。その他の構成は、図8に示す構成と同じである。n+埋め込み層24が設けられていることによって、実施の形態6よりもさらに寄生素子の動作を抑制することができる。
Embodiment 12 FIG.
FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device including an integrated circuit according to the twelfth embodiment of the present invention, and shows a cross-sectional configuration corresponding to the cutting line AA ′ of FIG. As shown in FIG. 14, the twelfth embodiment is different from the sixth embodiment shown in FIG. 8 in that each of the
以上において本発明は、上述した各実施の形態に限らず、種々変更可能である。たとえば、n+埋め込み層のない構成に対して、図9に示すようなトレンチ側壁に絶縁膜を形成したトレンチ構造を適用してもよい。また、上述した各実施の形態では、第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としたが、本発明は第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としても同様に成り立つ。 In the above, this invention is not restricted to each embodiment mentioned above, A various change is possible. For example, a trench structure in which an insulating film is formed on the trench sidewall as shown in FIG. 9 may be applied to a configuration without an n + buried layer. In each of the embodiments described above, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. However, in the present invention, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. The same holds true.
以上のように、本発明にかかる半導体装置は、高電位部と低電位部を有する集積回路に有用であり、特に、電源装置等の制御駆動用の高耐圧ドライバとして使用される集積回路に適している。 As described above, the semiconductor device according to the present invention is useful for an integrated circuit having a high-potential portion and a low-potential portion, and particularly suitable for an integrated circuit used as a high-voltage driver for control drive such as a power supply device. ing.
1 第1導電型の半導体基板(p+半導体基板)
2 第2導電型の第1の半導体領域(n半導体領域)
2a 第2導電型の半導体層(nエピタキシャル層)
3 第1導電型の第3の半導体領域(p半導体領域)
7 トレンチ構造
16 導電膜(電極)
21 浮遊電位基準回路形成領域
22 GND基準回路形成領域
23 高耐圧接合終端構造
24 第2導電型の埋め込み層(n+埋め込み層)
27 第1導電型のエピタキシャル層(pエピタキシャル層)
41 第1導電型のポリシリコン(埋め込みp+半導体領域)
51 高濃度の第1導電型の半導体領域(トレンチ壁p+半導体領域)
52 高濃度の第1導電型の半導体領域(トレンチ底p+半導体領域)
61 絶縁体
101 第1導電型の半導体基板(p-半導体基板)
202 第2導電型の第2の半導体領域(n半導体領域)
203 第1導電型の第4の半導体領域(p半導体領域)
401 第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子(P−MOS)
402 第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子(N−MOS)
403 第1導電型の第3の絶縁ゲート型半導体素子(P−MOS)
404 第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子(N−MOS)
1 First conductivity type semiconductor substrate (p + semiconductor substrate)
2 First semiconductor region of second conductivity type (n semiconductor region)
2a Second conductivity type semiconductor layer (n epitaxial layer)
3 Third semiconductor region of first conductivity type (p semiconductor region)
7
DESCRIPTION OF
27 First conductivity type epitaxial layer (p epitaxial layer)
41 First conductivity type polysilicon (buried p + semiconductor region)
51 High-concentration first conductivity type semiconductor region (trench wall p + semiconductor region)
52 High concentration first conductivity type semiconductor region (trench bottom p + semiconductor region)
61
202 Second conductivity type second semiconductor region (n semiconductor region)
203 4th semiconductor region of 1st conductivity type (p semiconductor region)
401 1st conductivity type 1st insulated gate semiconductor element (P-MOS)
402 Second conductivity type second insulated gate semiconductor element (N-MOS)
403 Third conductivity type third insulated gate semiconductor element (P-MOS)
404 Second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element (N-MOS)
Claims (5)
前記半導体基板上に積層された第2導電型の半導体層と、
前記第2導電型の半導体層の表面から同半導体層を貫通して前記半導体基板に達するトレンチ構造を有する素子分離領域と、
前記第2導電型の半導体層が前記素子分離領域により互いに分離されてできた第2導電型の第1の半導体領域および第2導電型の第2の半導体領域と、
前記第1の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第1導電型のドレイン領域および第1導電型のソース領域を有する第1導電型の第1の絶縁ゲート型半導体素子と、
前記第1の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第3の半導体領域と、
前記第3の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第2の絶縁ゲート型半導体素子と、を備え、
前記第1の半導体領域と前記半導体基板との間、および前記第2の半導体領域と前記半導体基板との間に、それぞれ前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域よりも高濃度の第2導電型の埋め込み層を有し、
前記第1の半導体領域および前記第2の半導体領域のうち、いずれか一方が浮遊電位を基準とする半導体領域であり、もう一方が接地電位を基準とする半導体領域であり、
前記トレンチ構造は、その内部に導電膜を有しており、該導電膜は、前記接地電位を基準とする半導体領域の接地点に接続されていることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductive type semiconductor layer stacked on the semiconductor substrate;
An element isolation region having a trench structure that penetrates the semiconductor layer from the surface of the second conductivity type semiconductor layer and reaches the semiconductor substrate;
A second conductive type first semiconductor region and a second conductive type second semiconductor region formed by separating the second conductive type semiconductor layer from each other by the element isolation region;
A first conductivity type first insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the first semiconductor regions;
A third semiconductor region of a first conductivity type selectively provided on a surface layer of the first semiconductor region;
A second conductivity type second insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in the third semiconductor region, respectively.
The first semiconductor region and the semiconductor substrate, and the second semiconductor region and the semiconductor substrate, each having a higher concentration than the first semiconductor region and the second semiconductor region, respectively. Having a buried layer of two conductivity types;
One of the first semiconductor region and the second semiconductor region is a semiconductor region with a floating potential as a reference, and the other is a semiconductor region with a ground potential as a reference,
The trench structure has a conductive film therein, and the conductive film is connected to a ground point of a semiconductor region with the ground potential as a reference.
前記第2の半導体領域の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第4の半導体領域と、
前記第4の半導体領域にそれぞれ選択的に設けられた第2導電型のドレイン領域および第2導電型のソース領域を有する第2導電型の第4の絶縁ゲート型半導体素子と、
をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 A first conductivity type third insulated gate semiconductor element having a first conductivity type drain region and a first conductivity type source region selectively provided in each of the second semiconductor regions;
A fourth semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor region;
A second conductivity type fourth insulated gate semiconductor element having a second conductivity type drain region and a second conductivity type source region selectively provided in each of the fourth semiconductor regions;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
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