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JP2016072532A - Semiconductor element - Google Patents

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JP2016072532A JP2014202597A JP2014202597A JP2016072532A JP 2016072532 A JP2016072532 A JP 2016072532A JP 2014202597 A JP2014202597 A JP 2014202597A JP 2014202597 A JP2014202597 A JP 2014202597A JP 2016072532 A JP2016072532 A JP 2016072532A
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semiconductor
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俊介 福永
Shunsuke Fukunaga
俊介 福永
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device in which a distance to an end of a control electrode far from a pull-up electrode is short and which causes less non-uniform operation in a plane of a semiconductor substrate.SOLUTION: A MOSFET comprises: a control electrode in a groove; an auxiliary electrode connected to a source electrode in the groove; a first upper electrode connected to one of the control electrode and the auxiliary electrode on a semiconductor substrate; and a second upper electrode connected to the other of the control electrode and the auxiliary electrode on the semiconductor substrate. In plan view of the MOSFET: the groove extends from one end to the other end of the semiconductor substrate; and the first upper electrode is provided to extend in a direction crossing a direction where the groove extends so as to cross the groove; and the second upper electrode is provided to extend in a direction crossing the direction where the groove extends so as to sandwich the first upper electrode.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、スイッチング動作を行うトレンチゲート型の半導体素子の構造に関する。   The present invention relates to a structure of a trench gate type semiconductor device that performs a switching operation.

大電流のスイッチング動作を行うスイッチング素子(パワー半導体素子)として、トレンチゲート型のパワーMOSFETが広く用いられている。   As a switching element (power semiconductor element) that performs a switching operation with a large current, a trench gate type power MOSFET is widely used.

トレンチゲート型のパワーMOSFETは、一般的に第1導電型のドレイン領域と、第1導電型のドレイン領域の上に形成された第1導電型のドリフト領域と、第1導電型のドリフト領域上に選択的に形成された第2導電型のベース領域と、第2導電型のベース領域上に選択的に形成された第1導電型のソース領域と、ソース領域からベース領域を貫通してドリフト領域に達する溝と、ベース領域と対向する溝の側壁に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、ソース領域と電気的に接続したソース電極と、ドレイン領域と電気的に接続したドレイン電極とを備える。しかし、このようなトレンチゲート型のパワーMOSFETはゲート電極とドリフト領域との対抗する面積が広いため、ゲート−ドレイン間の容量が大きくなる。これにより、オン/オフ時のミラー充電期間が長くなり、高速なスイッチング特性が得られないという問題がある。そこで、ゲート−ドレイン間容量を低減するため、溝内のゲート電極を左右に配置して、ドリフト領域と制御電極との対向する面積を小さくし、溝内のドリフト領域と対向する制御電極下の領域にソース電極と電気的に接続した補助電極を備える例が特許文献1に開示されている。さらに、ソース電極と電気的に接続した補助電極を制御電極よりも下方に突出するように配置した例が特許文献2に開示されている。   A trench gate type power MOSFET generally includes a first conductivity type drain region, a first conductivity type drift region formed on the first conductivity type drain region, and a first conductivity type drift region. A second conductive type base region selectively formed on the first conductive type, a first conductive type source region selectively formed on the second conductive type base region, and drift from the source region through the base region A trench reaching the region, a gate electrode formed on the sidewall of the trench facing the base region via an insulating film, a source electrode electrically connected to the source region, and a drain electrode electrically connected to the drain region Is provided. However, such a trench gate type power MOSFET has a large area between the gate electrode and the drift region, so that the capacitance between the gate and the drain increases. As a result, there is a problem that the mirror charging period at the on / off time becomes long, and high-speed switching characteristics cannot be obtained. Therefore, in order to reduce the gate-drain capacitance, the gate electrodes in the trench are arranged on the left and right sides, the area where the drift region and the control electrode are opposed to each other is reduced, and the region below the control electrode facing the drift region in the trench is Patent Document 1 discloses an example in which an auxiliary electrode electrically connected to a source electrode is provided in a region. Further, Patent Document 2 discloses an example in which an auxiliary electrode electrically connected to a source electrode is disposed so as to protrude downward from the control electrode.

特許文献2に開示された構造によれば、ドリフト領域とゲート電極とが対向する面積を小さくし、溝内に配置された左右のゲート電極間にソース電極と電気的に接続した補助電極をゲート電極よりも下方に突出させることによって、補助電極によるドリフト領域の空乏層が広範囲に生じることが可能となる。更に、ドリフト領域の不純物濃度を高めることが可能となり、半導体素子のオン抵抗を低減することができる。   According to the structure disclosed in Patent Document 2, the area where the drift region and the gate electrode face each other is reduced, and the auxiliary electrode electrically connected to the source electrode between the left and right gate electrodes arranged in the trench is gated. By projecting downward from the electrode, a depletion layer in the drift region by the auxiliary electrode can be generated in a wide range. Further, the impurity concentration in the drift region can be increased, and the on-resistance of the semiconductor element can be reduced.

特開2002−083963号公報JP 2002-083963 A 特開2007−165380号公報JP 2007-165380 A

特許文献1及び2の半導体装置は、一般的なトレンチゲート型のパワーMOSFETと比べて、溝内にゲート電極の他にソース電極と接続した補助電極を配しているため、ゲート電極と補助電極をどのように引き揚げるかが問題となる。例えば、特許文献1に記載の技術において、補助電極とゲート電極とを半導体基板上に引き揚げて上部電極と接続している例が示されている。ここでは、補助電極は半導体基板の一方の端部側から半導体基板上に引き揚げて上部電極と接続し、一方、ゲート電極は半導体基板の他方の端部側から半導体基板上に引き揚げて上部電極と接続している。このような場合、上部電極からゲート電極の端までの距離が長くなり、半導体基板の面内で不均一な動作が生じる問題がある。更に、ゲート電極の抵抗値が増大する問題もある。   Since the semiconductor devices of Patent Documents 1 and 2 have an auxiliary electrode connected to the source electrode in addition to the gate electrode in the trench, compared to a general trench gate type power MOSFET, the gate electrode and the auxiliary electrode The problem is how to lift For example, in the technique described in Patent Document 1, an example is shown in which an auxiliary electrode and a gate electrode are lifted on a semiconductor substrate and connected to an upper electrode. Here, the auxiliary electrode is lifted on the semiconductor substrate from one end side of the semiconductor substrate and connected to the upper electrode, while the gate electrode is lifted on the semiconductor substrate from the other end side of the semiconductor substrate and is connected to the upper electrode. Connected. In such a case, there is a problem in that the distance from the upper electrode to the end of the gate electrode becomes long, and uneven operation occurs in the plane of the semiconductor substrate. Furthermore, there is a problem that the resistance value of the gate electrode increases.

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and an object thereof is to provide an invention that solves the above problems.

本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域上に配置された第2導電型の第2半導体領域と、第2半導体領域上に配置された第1導電型の第3半導体領域と、を含む半導体基板と、第3半導体領域から第2半導体領域を貫通して第1半導体領域に達する溝と、溝の側面に絶縁膜を介して配置された制御電極と、溝内に制御電極と絶縁膜を介して配置された補助電極と、制御電極又は補助電極の一方と電気的に接続し、半導体基板上に配置された第1の上部電極と、制御電極又は補助電極の他方と電気的に接続し、半導体基板上に配置された第2の上部電極と、を備え、平面視において、溝は前記半導体基板の一方の端から他方の端へと延伸し、第1の上部電極は溝の延伸する方向と交差する方向に延伸し溝と交差するように設けられ、第2の上部電極は溝の延伸する方向と交差する方向に延伸し、第1の上部電極を挟むように備えることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configurations.
A semiconductor device of the present invention includes a first conductivity type first semiconductor region, a second conductivity type second semiconductor region disposed on the first semiconductor region, and a first conductivity disposed on the second semiconductor region. A semiconductor substrate including a third semiconductor region of the mold, a groove reaching the first semiconductor region from the third semiconductor region through the second semiconductor region, and a control electrode disposed on the side surface of the groove via an insulating film An auxiliary electrode disposed in the groove via a control electrode and an insulating film, a first upper electrode electrically connected to one of the control electrode and the auxiliary electrode, disposed on the semiconductor substrate, and a control electrode Or a second upper electrode electrically connected to the other of the auxiliary electrodes and disposed on the semiconductor substrate, and in a plan view, the groove extends from one end of the semiconductor substrate to the other end. The first upper electrode extends in the direction intersecting with the direction in which the groove extends and intersects with the groove. The second upper electrode is provided so as to extend in a direction intersecting with a direction in which the groove extends and to sandwich the first upper electrode.

本発明は以上のように構成されているので、制御電極の抵抗を低減でき、半導体基板の面内での不均一動作を抑制することができる。   Since this invention is comprised as mentioned above, the resistance of a control electrode can be reduced and the nonuniform operation in the surface of a semiconductor substrate can be suppressed.

半導体装置1の断面図である。1 is a cross-sectional view of a semiconductor device 1. 半導体装置1の平面図である。1 is a plan view of a semiconductor device 1. FIG. 図2の半導体装置1のII―IIで切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by II-II of the semiconductor device 1 of FIG. 図2の半導体装置1のIII―IIIで切断した断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along III-III of the semiconductor device 1 of FIG. 2. 図2の半導体装置1のIV―IVで切断した断面図である。It is sectional drawing cut | disconnected by IV-IV of the semiconductor device 1 of FIG. 図2の半導体装置1のV―Vで切断した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the semiconductor device 1 of FIG. 2 cut along VV.

以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。   Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described.

図1で示す半導体装置(MOSFET)1の断面図を図1である。この半導体装置1は、シリコンで構成された半導体基板2に形成されたトレンチゲート型の素子である。この半導体基板2においては、ドレイン領域となるN層10の上に、ドリフト領域となるn層20、ベース領域となるp層30が順次形成されている。半導体基板2の表面側には、p層30を貫通する溝(トレンチ)100が形成されている。溝100は、図1における紙面と垂直方向に延伸して並行に複数形成されており、図1においてはそのうちの一つ溝100を中心に半導体装置1の断面図の一部のみ示されている。 FIG. 1 is a sectional view of the semiconductor device (MOSFET) 1 shown in FIG. The semiconductor device 1 is a trench gate type element formed in a semiconductor substrate 2 made of silicon. In this semiconductor substrate 2, an n layer 20 serving as a drift region and a p layer 30 serving as a base region are sequentially formed on an N + layer 10 serving as a drain region. On the surface side of the semiconductor substrate 2, a groove (trench) 100 penetrating the p layer 30 is formed. A plurality of grooves 100 are formed in parallel with each other so as to extend in a direction perpendicular to the paper surface in FIG. 1. In FIG. 1, only a part of the cross-sectional view of the semiconductor device 1 is shown with one groove 100 as a center. .

半導体基板2の表面側においては、溝100の両側に、ソース領域となるn層40が形成されている。溝100の内面(側面及び底面)には絶縁膜71が形成されている。 On the surface side of the semiconductor substrate 2, n + layers 40 serving as source regions are formed on both sides of the trench 100. An insulating film 71 is formed on the inner surface (side surface and bottom surface) of the groove 100.

まず、ゲート電極60は、p層30と対向する溝100の左右の側壁部に沿ってそれぞれ設けられている。ただし、左右のゲート電極60の各々は後述の第1の上部電極(バスライン)によって接続されている。ゲート電極60は、例えば高濃度にドープされた導電性の多結晶シリコンで構成される。 First, the gate electrode 60 is provided along the left and right side walls of the groove 100 facing the p layer 30. However, each of the left and right gate electrodes 60 is connected by a first upper electrode (bus line) described later. The gate electrode 60 is made of, for example, conductive polycrystalline silicon doped at a high concentration.

一方、各溝100内の左右のゲート電極60の間において、左右のゲート電極60と分離(絶縁)された補助電極50がゲート電極60よりも下方まで延伸するように形成されている。溝100の底面においても絶縁膜71は形成されているため、補助電極50はその下のn層20とも絶縁される。この状態で、左右のゲート電極60を覆い、かつ補助電極50とその両側のゲート電極60とを分離するように、層間絶縁膜70が溝100内に形成されている。 On the other hand, between the left and right gate electrodes 60 in each groove 100, the auxiliary electrode 50 separated (insulated) from the left and right gate electrodes 60 is formed to extend below the gate electrode 60. Since the insulating film 71 is also formed on the bottom surface of the groove 100, the auxiliary electrode 50 is also insulated from the underlying n layer 20. In this state, an interlayer insulating film 70 is formed in the trench 100 so as to cover the left and right gate electrodes 60 and to separate the auxiliary electrode 50 from the gate electrodes 60 on both sides thereof.

この状態で、半導体基板2及び層間絶縁膜70の表面上に、ソース電極(第1の主電極)90が形成されている。上記の構成により、ソース電極90は、半導体基板2の表面においてp層30、n層40と接続される。層間絶縁膜70により、ソース電極90とゲート電極60とは絶縁される。一方、半導体基板2の裏面全面には、N層(ドレイン領域)10と電気的に接続されるドレイン電極(第2の主電極)80が形成されている。 In this state, a source electrode (first main electrode) 90 is formed on the surfaces of the semiconductor substrate 2 and the interlayer insulating film 70. With the above configuration, the source electrode 90 is connected to the p layer 30 and the n + layer 40 on the surface of the semiconductor substrate 2. The source electrode 90 and the gate electrode 60 are insulated by the interlayer insulating film 70. On the other hand, a drain electrode (second main electrode) 80 electrically connected to the N + layer (drain region) 10 is formed on the entire back surface of the semiconductor substrate 2.

この構造においては、ゲート電極60が溝100の底面側に形成されず、溝100の両側に分断されている。さらに、補助電極50がソース電極90と同電位(接地電位)とされるために、ゲート・ドレイン間の容量Cgd(帰還容量)が低減される。   In this structure, the gate electrode 60 is not formed on the bottom surface side of the groove 100 but is divided on both sides of the groove 100. Furthermore, since the auxiliary electrode 50 has the same potential (ground potential) as the source electrode 90, the gate-drain capacitance Cgd (feedback capacitance) is reduced.

また、補助電極50をゲート電極60よりも深くまで延びるように配置しているので、溝100の底部側における空乏層が良好に広がり、耐圧を向上させることが可能である。   Further, since the auxiliary electrode 50 is disposed so as to extend deeper than the gate electrode 60, the depletion layer on the bottom side of the groove 100 can be well spread and the breakdown voltage can be improved.

図2は半導体装置1の平面図である。図1は図2のI―Iで切断した断面図である。図2の半導体装置1の平面図で示すように、半導体基板2の一方の端部2a側から他方の端部2b側に向かって延伸する複数の溝100を備える。複数の溝100の端部は、隣り合う複数の溝100の端部同士を接続している接続溝101を備える。半導体基板2の一方の端部と他方の端部との間に挟まれた中央側には、溝100と交差し、溝100から隣り合う溝100の方向へと複数の溝100上にわたって延伸する第1の上部電極(バスライン)300が配置されている。第1の上部電極300はゲート電極60と電気的に接続している。第1の上部電極300から離間し、第1の上部電極300を挟むように第1の上部電極300から半導体基板2の一方の端部2a側との間の領域と第1の上部電極300から半導体基板2の他方の端部2b側との間の領域のそれぞれには、第2の上部電極200が配置されている。第2の上部電極は接続溝101上又は接続溝101よりも半導体基板2の端部側の半導体基板2上において補助電極50と接続されている。さらに、第2の上部電極200の各々は前述のソース電極90と電気的に接続しているが、第2の上部電極200とソース電極90とが一体化されても良い。第2の上部電極200は接続溝101上を含み、溝100の延伸方向において接続溝101よりも半導体基板2の端部側にまで延伸している。 FIG. 2 is a plan view of the semiconductor device 1. 1 is a cross-sectional view taken along the line II of FIG. As shown in the plan view of the semiconductor device 1 in FIG. 2, a plurality of grooves 100 extending from one end 2 a side of the semiconductor substrate 2 toward the other end 2 b side are provided. The end portions of the plurality of grooves 100 include connection grooves 101 that connect the end portions of the plurality of adjacent grooves 100. On the central side sandwiched between one end and the other end of the semiconductor substrate 2, it intersects with the groove 100 and extends from the groove 100 toward the adjacent groove 100 over the plurality of grooves 100. A first upper electrode (bus line) 300 is disposed. The first upper electrode 300 is electrically connected to the gate electrode 60. A region between the first upper electrode 300 and the one end 2a side of the semiconductor substrate 2 so as to be separated from the first upper electrode 300 and sandwich the first upper electrode 300, and from the first upper electrode 300 A second upper electrode 200 is disposed in each of the regions between the other end 2b side of the semiconductor substrate 2. The second upper electrode is connected to the auxiliary electrode 50 on the connection groove 101 or on the semiconductor substrate 2 closer to the end of the semiconductor substrate 2 than the connection groove 101. Further, each of the second upper electrodes 200 is electrically connected to the source electrode 90 described above, but the second upper electrode 200 and the source electrode 90 may be integrated. The second upper electrode 200 includes the connection groove 101 and extends to the end side of the semiconductor substrate 2 from the connection groove 101 in the extending direction of the groove 100.

層40は第1の上部電極300から接続溝101間の領域において、溝100に沿って左右に形成されている。なお、ゲート電極60は接続溝101内及び第1の上部電極300の直下の溝100内に設けられていない。さらに、n層40は接続溝101の開口部近傍及び第1の上部電極300の直下の溝100の開口部近傍に設けられていない。これにより、第1の上部電極300の直下は不活性領域となり、平面的に見て、第1の上部電極300を挟むように半導体基板2の一方の端部2a側と半導体基板2の他方の端部2b側に活性領域が形成されている。半導体装置1によれば、上部電極300を半導体基板2の中央側に1本のみ設けているので、不活性領域が少ない半導体装置を提供することができる。よって、オン抵抗の小さい半導体装置を提供することができる。更に、半導体基板2の一方の端部2a側及び他方の端部2b側に延伸するゲート電極の端部と第1の上部電極300との距離が短いので、ゲート抵抗を低減することができ、半導体基板の面内で不均一な動作を抑制することができる。 The n + layer 40 is formed on the left and right sides along the groove 100 in the region between the first upper electrode 300 and the connection groove 101. Note that the gate electrode 60 is not provided in the connection groove 101 and in the groove 100 immediately below the first upper electrode 300. Further, the n + layer 40 is not provided in the vicinity of the opening of the connection groove 101 and in the vicinity of the opening of the groove 100 immediately below the first upper electrode 300. As a result, an inactive region immediately below the first upper electrode 300 becomes an inactive region, and the one upper end 2a side of the semiconductor substrate 2 and the other end of the semiconductor substrate 2 are sandwiched so as to sandwich the first upper electrode 300 in plan view. An active region is formed on the end 2b side. According to the semiconductor device 1, since only one upper electrode 300 is provided on the center side of the semiconductor substrate 2, a semiconductor device with a small number of inactive regions can be provided. Therefore, a semiconductor device with low on-resistance can be provided. Furthermore, since the distance between the end of the gate electrode extending to the one end 2a side and the other end 2b side of the semiconductor substrate 2 and the first upper electrode 300 is short, the gate resistance can be reduced, Uneven operations can be suppressed in the plane of the semiconductor substrate.

溝100にはゲート電極60と補助電極50を有する。ゲート電極60は第1の上部電極300から接続溝101に至る領域において備えられ、接続溝101内には設けられていない。これにより、接続溝101の幅を小さくすることができ、半導体装置を小型化することができる。なお、溝の幅とは溝の延伸する溝の長さ方向と垂直な溝の寸法を言う。さらに、ゲート電極60はn層40よりも第1の上部電極300の近くまで延伸していることが望ましい。 The trench 100 has a gate electrode 60 and an auxiliary electrode 50. The gate electrode 60 is provided in a region from the first upper electrode 300 to the connection groove 101, and is not provided in the connection groove 101. Thereby, the width of the connection groove 101 can be reduced, and the semiconductor device can be miniaturized. The groove width refers to the dimension of the groove perpendicular to the length direction of the groove in which the groove extends. Further, it is desirable that the gate electrode 60 extends closer to the first upper electrode 300 than the n + layer 40.

一方、補助電極50は溝100内を延伸し、半導体基板2の一方の端部2a側及び他方の端部2bの接続溝101内にも延伸している。よって、補助電極50は溝100と接続溝101との接続部においてT字形状となっている。接続溝101内にも補助電極50が設けられていることにより、隣り合う溝100内の補助電極50が電気的に接続される。従って、各々の溝100に対して補助電極50を半導体基板2上まで引き揚げなくて良い。 On the other hand, the auxiliary electrode 50 extends in the groove 100, and also extends in the connection groove 101 on the one end 2 a side and the other end 2 b of the semiconductor substrate 2. Therefore, the auxiliary electrode 50 has a T shape at the connection portion between the groove 100 and the connection groove 101. Since the auxiliary electrode 50 is also provided in the connection groove 101, the auxiliary electrode 50 in the adjacent groove 100 is electrically connected. Therefore, the auxiliary electrode 50 does not have to be pulled up to the semiconductor substrate 2 with respect to each groove 100.

図2において、第1の上部電極300を含み、II―IIで切断した断面を図3に、III―IIIで切断した断面を図4に示す。図3及び図4で示す半導体素子1の断面によれば、第1の上部電極300の下にp層30とn層40が配置されていない。更に、図3で示すように、各溝100内の左右のゲート電極60が溝100の上方で補助電極50の上方を跨ぐように互いに接続されて半導体基板2上に引き揚げられている。さらに、左右のゲート電極60は半導体基板2上の層間絶縁膜70に設けた孔を介して層間絶縁膜70上の第1の上部電極300と接続している。 2, a cross section taken along II-II including the first upper electrode 300 is shown in FIG. 3, and a cross section taken along III-III is shown in FIG. According to the cross section of the semiconductor element 1 shown in FIGS. 3 and 4, the p layer 30 and the n + layer 40 are not disposed under the first upper electrode 300. Furthermore, as shown in FIG. 3, the left and right gate electrodes 60 in each groove 100 are connected to each other so as to straddle the auxiliary electrode 50 above the groove 100 and are pulled up on the semiconductor substrate 2. Further, the left and right gate electrodes 60 are connected to the first upper electrode 300 on the interlayer insulating film 70 through holes provided in the interlayer insulating film 70 on the semiconductor substrate 2.

図4は補助電極50の延伸方向に沿って切断した断面である。図4において溝100の補助電極50に沿って切断した断面のため、p層30及びゲート電極60は断面図上では見えないが、説明のためにp層30を一点破線で示し、ゲート電極60を波線で示している。図4で示すように、p層30の端部は溝100内のゲート電極60よりも第1の上部電極300側まで延伸している。また、p層30は第1の上部電極300の下で徐々に浅くなり、少なくとも第1の上部電極300の下の一部領域においてp層30が設けられておらず、半導体基板2の上面にn-領域20が露出している。また、補助電極50は一方の接続溝101内から他方の接続溝101内へと延伸しており、第1の上部電極300の下にも配置されている。 FIG. 4 is a cross section cut along the extending direction of the auxiliary electrode 50. In FIG. 4, the p layer 30 and the gate electrode 60 are not visible on the cross sectional view because of the cross section cut along the auxiliary electrode 50 of the groove 100, but for the sake of explanation, the p layer 30 is indicated by a one-dot broken line. The electrode 60 is indicated by a wavy line. As shown in FIG. 4, the end of the p layer 30 extends to the first upper electrode 300 side of the gate electrode 60 in the trench 100. Further, the p layer 30 gradually becomes shallow under the first upper electrode 300, and the p layer 30 is not provided at least in a partial region under the first upper electrode 300, so The n− region 20 is exposed on the upper surface. The auxiliary electrode 50 extends from one connection groove 101 to the other connection groove 101, and is also disposed under the first upper electrode 300.

ゲート電極60は第1の上部電極300の下に設けられておらず、第1の上部電極300から半導体基板2の一方の端部2aの間の領域の第1の部分と、第1の上部電極300から半導体基板2の他方の端部2bの間の領域の第2の部分に分割されて配置されている。ゲート電極60は第1の上部電極300の直下又はその外側近傍でゲート電極60の第1の部分とゲート電極60の第2の部分が半導体基板2の表面上に絶縁膜を介して引き揚げられる。さらに、半導体基板2の表面上に引き揚げられたゲート電極60の第1の部分とゲート電極60の第2の部分は半導体基板2の表面上の層間絶縁膜70に設けた孔を介して層間絶縁膜70上の第1の上部電極300と接続される。 The gate electrode 60 is not provided under the first upper electrode 300, and the first portion of the region between the first upper electrode 300 and one end 2 a of the semiconductor substrate 2, and the first upper electrode It is divided and arranged in a second portion of the region between the electrode 300 and the other end 2 b of the semiconductor substrate 2. In the gate electrode 60, the first portion of the gate electrode 60 and the second portion of the gate electrode 60 are pulled up on the surface of the semiconductor substrate 2 via an insulating film immediately below or near the outside of the first upper electrode 300. Further, the first portion of the gate electrode 60 and the second portion of the gate electrode 60 lifted on the surface of the semiconductor substrate 2 are interlayer-insulated through holes provided in the interlayer insulating film 70 on the surface of the semiconductor substrate 2. The first upper electrode 300 on the film 70 is connected.

補助電極50と第2の上部電極200と接続について説明する。接続溝101内の補助電極50を含み、補助電極50の延伸方向に沿ったIV―IVで切断した半導体装置1の断面図を図5に示し、溝100から接続溝101に至る補助電極50の延伸方向に沿ったV―Vで切断した半導体装置1の断面図を図6に示す。なお、図5及び図6は半導体基板2の他方の端部2b側での断面図であるが、半導体基板2の一方の端部2a側の断面図は図5及び図6とは左右対称であって同様の構造である。
図5及び図6で示すように、N層10上にn層20を有し、n層20に達する接続溝101内に補助電極50が絶縁膜71を介して設けられている。補助電極50は半導体基板2上に絶縁膜を介して引き揚げられ、引き揚げられた電極は層間絶縁膜70に設けた孔を介して第2の上部電極200と接続している。図6の断面図で示すように、第2の上部電極200は接続溝101上を含み、溝100の延伸方向において第2の上部電極200は接続溝101よりも広い。更に、第2の上部電極200は溝100の延伸方向において接続溝101又は溝100よりも半導体基板2の端部(2a、2b)側まで形成されている。これにより、第2の上部電極200はフィールドプレートとして機能して、半導体装置の端部側の耐圧を改善することができる。なお、図6において接続溝101よりも外側にはp層30が図示されていないが、p層30は接続溝101よりも外側(半導体基板2の端部(2a、2b)側)まで形成されていても良い。
The connection between the auxiliary electrode 50 and the second upper electrode 200 will be described. A cross-sectional view of the semiconductor device 1 including the auxiliary electrode 50 in the connection groove 101 and cut along IV-IV along the extending direction of the auxiliary electrode 50 is shown in FIG. 5, and the auxiliary electrode 50 extending from the groove 100 to the connection groove 101 is shown in FIG. FIG. 6 shows a cross-sectional view of the semiconductor device 1 cut along VV along the extending direction. 5 and 6 are cross-sectional views on the other end 2b side of the semiconductor substrate 2, but the cross-sectional view on the one end 2a side of the semiconductor substrate 2 is bilaterally symmetric with respect to FIGS. There is a similar structure.
As shown in FIGS. 5 and 6, the n layer 20 is provided on the N + layer 10, and the auxiliary electrode 50 is provided in the connection groove 101 reaching the n layer 20 via the insulating film 71. The auxiliary electrode 50 is lifted on the semiconductor substrate 2 via an insulating film, and the lifted electrode is connected to the second upper electrode 200 via a hole provided in the interlayer insulating film 70. As shown in the sectional view of FIG. 6, the second upper electrode 200 includes the connection groove 101, and the second upper electrode 200 is wider than the connection groove 101 in the extending direction of the groove 100. Furthermore, the second upper electrode 200 is formed to the end (2a, 2b) side of the semiconductor substrate 2 with respect to the connection groove 101 or the groove 100 in the extending direction of the groove 100. Thus, the second upper electrode 200 functions as a field plate, and the breakdown voltage on the end side of the semiconductor device can be improved. Although the p layer 30 is not shown outside the connection groove 101 in FIG. 6, the p layer 30 extends to the outside of the connection groove 101 (on the end (2a, 2b) side of the semiconductor substrate 2). It may be formed.

また、接続溝101内にも補助電極50が設けられていることにより、隣り合う溝100内の補助電極50が電気的に接続されている。従って、各々の溝100に対して補助電極50を半導体基板2上まで引き揚げなくて良く、複数の溝100に対して1箇所だけ引き揚げても良い。
また、接続溝101を設けなくても良い。この場合、ゲート電極60の引き揚げは上記実施例と同じであるが、補助電極50は溝100の端部又は溝100よりも半導体基板2の端部側において半導体基板2上に引き揚げられ、第2の上部電極200と接続される。
Further, since the auxiliary electrode 50 is also provided in the connection groove 101, the auxiliary electrode 50 in the adjacent groove 100 is electrically connected. Accordingly, the auxiliary electrode 50 does not have to be lifted up to the semiconductor substrate 2 with respect to each groove 100, and may be lifted only at one location with respect to the plurality of grooves 100.
Further, the connection groove 101 may not be provided. In this case, the lifting of the gate electrode 60 is the same as in the above embodiment, but the auxiliary electrode 50 is pulled up on the semiconductor substrate 2 at the end of the semiconductor substrate 2 or at the end of the semiconductor substrate 2 relative to the end of the groove 100. The upper electrode 200 is connected.

なお、溝100内において、左右のゲート電極60の間に補助電極50を有し、補助電極50がゲート電極60よりも下まで延伸しているトレンチゲート型のパワーMOSFETの例で示したが、溝100内に絶縁されたゲート電極60とゲート電極60と溝100の底面との間に絶縁された補助電極50とを有するトレンチゲート型のパワーMOSFETにおいても同様の構造を用いることができ、同様の効果を奏することは明らかである。
また、上記においては、半導体装置がトレンチゲート型のパワーMOSFETであるものとしたが、IGBT等のトレンチゲート型の素子においても同様の構造を用いることができる。すなわち、半導体基板の表面において溝が形成され、その内面に形成された酸化膜と接するゲート電極及び補助電極が設けられ、半導体基板の表面側に形成された第1の主電極と裏面側に形成された第2の主電極との間に流れる動作電流がゲート電極に印加された電圧によってスイッチング制御される半導体装置であれば、同様の構造を採用することができ、同様の効果を奏することは明らかである。
In addition, in the trench 100, the auxiliary electrode 50 is provided between the left and right gate electrodes 60, and the auxiliary electrode 50 is shown as an example of a trench gate type power MOSFET extending below the gate electrode 60. A similar structure can be used in a trench gate type power MOSFET having a gate electrode 60 insulated in the groove 100 and an auxiliary electrode 50 insulated between the gate electrode 60 and the bottom surface of the groove 100. It is clear that the effects of
In the above description, the semiconductor device is a trench gate type power MOSFET. However, a similar structure can be used for a trench gate type element such as an IGBT. That is, a groove is formed on the surface of the semiconductor substrate, a gate electrode and an auxiliary electrode that are in contact with the oxide film formed on the inner surface thereof are provided, and the first main electrode formed on the surface side of the semiconductor substrate and the back surface side are formed. The same structure can be adopted as long as the operating current flowing between the second main electrode and the second main electrode is controlled by the voltage applied to the gate electrode. it is obvious.

また、第2の上部電極200を補助電極50と接続し、第1の上部電極300をゲート電極60と接続する例を示したが、第2の上部電極200をゲート電極60と接続し、第1の上部電極300を補助電極50と接続するようにしても良い。   In addition, an example in which the second upper electrode 200 is connected to the auxiliary electrode 50 and the first upper electrode 300 is connected to the gate electrode 60 has been shown, but the second upper electrode 200 is connected to the gate electrode 60, One upper electrode 300 may be connected to the auxiliary electrode 50.

また、上記の構成は、いずれもnチャネル型の素子であったが、導電型(p型、n型)を逆転させ、pチャネル型の素子を同様に得ることができることは明らかである。この場合、図1に示されたアクセプタ濃度は、p層23に対応するn層におけるドナー濃度となる。また、半導体基板、ゲート電極等を構成する材料によらずに、上記の構造、製造方法を実現することができ、同様の効果を奏することも明らかである。 In addition, each of the above configurations is an n-channel element, but it is apparent that a p-channel element can be similarly obtained by reversing the conductivity type (p-type and n-type). In this case, the acceptor concentration shown in FIG. 1 is the donor concentration in the n layer corresponding to the p layer 23. In addition, it is obvious that the above-described structure and manufacturing method can be realized without depending on the material constituting the semiconductor substrate, the gate electrode, and the like, and the same effect can be obtained.

1 半導体装置
2 半導体基板
10 N
20 n
30 p
40 n
50 補助電極
60 ゲート電極
70 層間絶縁膜
80 ソース電極(第1の主電極)
90 ドレイン電極(第2の主電極)
100 溝
101 接続溝
200 第2の上部電極
300 第1の上部電極
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Semiconductor substrate 10 N + layer 20 n layer 30 p layer 40 n + layer 50 Auxiliary electrode 60 Gate electrode 70 Interlayer insulating film 80 Source electrode (first main electrode)
90 Drain electrode (second main electrode)
100 groove 101 connection groove 200 second upper electrode 300 first upper electrode

Claims (8)

第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体領域上に配置された第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体領域上に配置された第1導電型の第3半導体領域と、
を含む半導体基板と、
前記第3半導体領域から前記第2半導体領域を貫通して前記第1半導体領域に達する溝と、
前記溝の側面に絶縁膜を介して配置された制御電極と、
前記溝内に前記制御電極と絶縁膜を介して配置された補助電極と、
前記制御電極又は前記補助電極の一方と電気的に接続し、前記半導体基板上に配置された第1の上部電極と、
前記制御電極又は前記補助電極の他方と電気的に接続し、前記半導体基板上に配置された第2の上部電極と、
を備え、
平面視において、
前記溝は前記半導体基板の一方の端から他方の端へと延伸し、
前記第1の上部電極は、前記溝の延伸する方向と交差する方向に延伸し、前記溝と交差するように設けられ、
前記第2の上部電極は、前記溝の延伸する方向と交差する方向に延伸し、前記第1の上部電極を挟むように備えることを特徴とする半導体装置。
A first semiconductor region of a first conductivity type;
A second semiconductor region of a second conductivity type disposed on the first semiconductor region;
A third semiconductor region of a first conductivity type disposed on the second semiconductor region;
A semiconductor substrate comprising:
A trench reaching from the third semiconductor region to the first semiconductor region through the second semiconductor region;
A control electrode disposed on the side surface of the groove via an insulating film;
An auxiliary electrode disposed in the groove via the control electrode and an insulating film;
A first upper electrode electrically connected to one of the control electrode or the auxiliary electrode and disposed on the semiconductor substrate;
A second upper electrode electrically connected to the other of the control electrode or the auxiliary electrode and disposed on the semiconductor substrate;
With
In plan view,
The groove extends from one end of the semiconductor substrate to the other end,
The first upper electrode extends in a direction intersecting with the direction in which the groove extends, and is provided so as to intersect with the groove.
The second upper electrode extends in a direction intersecting with the direction in which the groove extends, and is provided so as to sandwich the first upper electrode.
前記第1の上部電極は前記制御電極と接続し、
前記第2の上部電極は前記補助電極と接続することを特徴とする請求項1の半導体装置。
The first upper electrode is connected to the control electrode;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second upper electrode is connected to the auxiliary electrode.
平面視において、
前記第1の上部電極の直下に前記第3半導体領域が形成されていないことを特徴とする請求項1又は2の半導体装置。
In plan view,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the third semiconductor region is not formed immediately below the first upper electrode.
平面視において、
前記第1の上部電極の直下の少なくとも一部に前記第2半導体領域が形成されておらず、前記半導体基板の上面の少なくとも一部が前記第1半導体領域の上面となっていることを特徴とする請求項1〜3いずれか1項に記載の半導体装置。
In plan view,
The second semiconductor region is not formed in at least a part immediately below the first upper electrode, and at least a part of the upper surface of the semiconductor substrate is the upper surface of the first semiconductor region. The semiconductor device according to claim 1.
平面視において、
前記第1の上部電極が活性領域と活性領域の間に設けられていることを特徴とする請求項1〜4いずれか1項に記載の半導体装置。
In plan view,
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the first upper electrode is provided between the active region and the active region.
前記溝の延伸する方向の前記第2の上部電極の端部は、前記溝の端部よりも前記半導体基板の端部側にあることを特徴とする請求項1〜5いずれか1項に記載の半導体装置。   The end portion of the second upper electrode in the direction in which the groove extends extends closer to the end portion side of the semiconductor substrate than the end portion of the groove. Semiconductor device. 隣り合う前記溝の端部は接続溝で接続されており、
隣り合う前記溝内の前記補助電極は前記接続溝内の補助電極を介して接続していることを特徴とする請求項1〜6いずれか1項に記載の半導体装置。
The ends of the adjacent grooves are connected by connecting grooves,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the auxiliary electrodes in the adjacent grooves are connected via auxiliary electrodes in the connection grooves.
前記接続溝の幅は前記溝の幅よりも狭いことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 7, wherein a width of the connection groove is narrower than a width of the groove.
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