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JP2001298191A - Semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device

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Publication number
JP2001298191A
JP2001298191A JP2001033408A JP2001033408A JP2001298191A JP 2001298191 A JP2001298191 A JP 2001298191A JP 2001033408 A JP2001033408 A JP 2001033408A JP 2001033408 A JP2001033408 A JP 2001033408A JP 2001298191 A JP2001298191 A JP 2001298191A
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JP
Japan
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parallel
vertical
substrate
semiconductor device
conductivity type
Prior art date
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Application number
JP2001033408A
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Japanese (ja)
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Inventor
Susumu Iwamoto
進 岩本
Tatsuhiko Fujihira
龍彦 藤平
Katsunori Ueno
勝典 上野
Yasuhiko Onishi
泰彦 大西
Takahiro Sato
高広 佐藤
Tatsuji Nagaoka
達司 永岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
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Publication of JP2001298191A publication Critical patent/JP2001298191A/en
Priority to DE10205345A priority patent/DE10205345B9/en
Priority to US10/073,671 priority patent/US6674126B2/en
Priority to US10/678,941 priority patent/US6903418B2/en
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    • H10D62/393Body regions of DMOS transistors or IGBTs 

Landscapes

  • Insulated Gate Type Field-Effect Transistor (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、MOSFET(絶
縁ゲート型電界効果トランジスタ)、IGBT(伝導度
変調型MOSFET)、バイポーラトンラジスタ等の能
動素子やダイオード等の受動素子に適用可能で高耐圧化
と大電流容量化が両立する縦形パワー半導体装置に関す
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is applicable to active devices such as MOSFETs (insulated gate type field effect transistors), IGBTs (conductivity modulation type MOSFETs), and bipolar devices, and passive devices such as diodes. The present invention relates to a vertical power semiconductor device that achieves both high performance and large current capacity.

【0002】一般に半導体装置は、基板の片面のみに電
極部を持つ横形素子と、基板の両面に電極部を持つ縦形
素子とに大別できる。縦形素子は、オン時にドリフト電
流が流れる方向と、オフ時に逆バイアス電圧による空乏
層が延びる方向とが共に基板の厚み方向(縦方向)であ
る。例えば、図13は通常のプレーナ型のnチャネル縦
形MOSFETの断面図である。この縦形MOSFET
は、裏側のドレイン電極18が導電接触した低抵抗のn
ドレイン層11の上に形成された高抵抗のn ドレイ
ン・ドリフト層12と、このドリフト層12の表面層に
選択的に形成されたチャネル拡散層としてのpベース領
域(pウェル)13と、そのpベース領域13内の表面
側に選択的に形成された高不純物濃度のnソース領域
14及びオーミックコンタクトを確保するための高不純
物濃度のpコンタクト領域19と、pベース領域13
のうちnソース領域14とドリフト層12とに挟まれ
た表面上にゲート絶縁膜15を介して設けられたポリシ
リコン等のゲート電極層16と、nソース領域14及
びpコンタクト領域19の双方表面に導電接触するソ
ース電極層17とを有している。
In general, a semiconductor device has an electric power applied to only one side of a substrate.
Horizontal element with poles and vertical with electrodes on both sides of substrate
They can be roughly classified into elements. The vertical element has a drift current when turned on.
Direction of flow and depletion due to reverse bias voltage when off
The direction in which the layer extends is the thickness direction (vertical direction) of the substrate.
You. For example, FIG. 13 shows a normal planar n-channel vertical
It is sectional drawing of a MOSFET. This vertical MOSFET
Is a low-resistance n with which the drain electrode 18 on the back side is in conductive contact.
+High resistance n formed on drain layer 11 Dray
Drift layer 12 and the surface layer of drift layer 12
P-base region as a selectively formed channel diffusion layer
Region (p well) 13 and its surface in p base region 13
High impurity concentration n selectively formed on the side+Source area
14 and high impurity to ensure ohmic contact
Substance concentration p+Contact region 19 and p base region 13
Among n+Sandwiched between the source region 14 and the drift layer 12
Provided on the gated film via the gate insulating film 15
A gate electrode layer 16 such as a recon, and n+Source area 14 and
And p+A source that makes conductive contact with both surfaces of the contact region 19
And a source electrode layer 17.

【0003】このような縦形素子において、高抵抗のn
ドレイン・ドリフト層12の部分は、MOSFETが
オン状態のときは縦方向にドリフト電流を流す領域とし
て働き、オフ状態のときはpベース領域13とのpn接
合から空乏層が深さ方向へ拡張して空乏化し耐圧を高め
る働きをする。この高抵抗のnドレイン・ドリフト層
12の厚さ(電流経路長)を薄くすることは、オン状態
ではドリフト抵抗が低くなるのでMOSFETの実質的
なオン抵抗(ドレイン−ソース抵抗)を下げる効果に繋
がるものの、オフ状態ではpベース領域13とnドレ
イン・ドリフト層12との間のpn接合から拡張するド
レイン−ベース間空乏層の拡張幅が狭くなるため、空乏
電界強度がシリコンの最大(臨界)電界強度に速く達す
るので、ドレイン−ソース電圧が素子耐圧の設計値に達
する前に、ブレークダウンが生じ、耐圧(ドレイン−ソ
ース電圧)が低下してしまう。逆に、nドレイン・ド
リフト層12を厚く形成すると、高耐圧化を図ることが
できるが、必然的にオン抵抗が大きくなり、オン損失が
増す。即ち、オン抵抗(電流容量)と耐圧との間にはト
レードオフ関係がある。この関係は、ドリフト層を持つ
IGBT,バイポーラトランジスタ,ダイオード等の半
導体素子においても同様に成立することが知られてい
る。
In such a vertical element, a high-resistance n
- portion of the drain-drift layer 12 is extended MOSFET acts as a region for flowing a drift current in the vertical direction when the on-state, the depletion layer depth direction from the pn junction between the p base region 13 is the off state And depletion to increase the breakdown voltage. Reducing the thickness (current path length) of the high-resistance n - drain / drift layer 12 has the effect of lowering the substantial on-resistance (drain-source resistance) of the MOSFET because the drift resistance is reduced in the on state. However, in the off state, the extension width of the drain-base depletion layer extending from the pn junction between the p-base region 13 and the n - drain / drift layer 12 is reduced, so that the depletion electric field strength is the maximum of silicon ( (Critical) Since the electric field intensity is quickly reached, the breakdown occurs before the drain-source voltage reaches the design value of the element withstand voltage, and the withstand voltage (drain-source voltage) decreases. Conversely, when the n - drain / drift layer 12 is formed thick, a high breakdown voltage can be achieved, but the on-resistance is inevitably increased and the on-loss is increased. That is, there is a trade-off relationship between the on-resistance (current capacity) and the withstand voltage. It is known that this relationship also holds true for semiconductor elements such as IGBTs, bipolar transistors, and diodes having a drift layer.

【0004】この問題に対する解決法として、縦形ドリ
フト部として不純物濃度を高めたn型の領域とp型の領
域とを交互に繰り返して多重接合した並列pn構造であ
る半導体装置が、EP0053854、USP5216
275、USP5438215、特開平9−26631
1、特開平10−223896などにおいて知られてい
る。
As a solution to this problem, a semiconductor device having a parallel pn structure in which an n-type region having a high impurity concentration and a p-type region having a high impurity concentration are alternately and repeatedly repeated as a vertical drift portion is disclosed in EP0053854 and USP5216.
275, USP 5,438,215, JP-A-9-26631
1, and JP-A-10-223896.

【0005】図14は、USP5216275に開示さ
れた縦形MOSFETの一例を示す断面図である。図1
3の半導体装置との構造上の違いは、ドレイン・ドリフ
ト部22が一様・単一のn導電型層(不純物拡散層)
ではなく、縦形層状のn型のドリフト電路領域22aと
縦形層状のp型の仕切領域22bとを交互に繰り返して
多重接合した並列pn構造となっているところである。
pベース領域13のウェル底にp型の仕切領域22bが
接続し、相隣接するpベース領域13,13のウェル端
部の間にn型のドリフト電路領域22aが接続してい
る。ドレイン・ドリフト部22の並列pn構造の不純物
濃度が高くても、オフ状態では並列pn構造の縦方向に
配向する各pn接合から空乏層がその横方向双方に拡張
し、ドリフト部22全体が早期に空乏化するため、高耐
圧化を図ることができる。なお、このような並列pn構
造のドレイン部22を備える半導体素子を、以下に超接
合半導体素子と称することとする。
FIG. 14 is a sectional view showing an example of a vertical MOSFET disclosed in US Pat. No. 5,216,275. FIG.
The difference in structure from the semiconductor device of No. 3 is that the drain / drift portion 22 is uniform and has a single n conductivity type layer (impurity diffusion layer).
Instead, a parallel pn structure is obtained in which a vertical layered n-type drift circuit region 22a and a vertical layered p-type partition region 22b are alternately repeated to form a multiple junction.
A p-type partition region 22b is connected to the well bottom of the p-base region 13, and an n-type drift circuit region 22a is connected between the well ends of the adjacent p-base regions 13 and 13. Even if the impurity concentration of the parallel pn structure of the drain / drift portion 22 is high, in the off state, the depletion layer expands in both lateral directions from each pn junction oriented in the vertical direction of the parallel pn structure, and the entire drift portion 22 becomes early. Depletion, the breakdown voltage can be increased. Note that a semiconductor device having such a parallel pn structure drain portion 22 is hereinafter referred to as a super junction semiconductor device.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】 上記のような超接
合半導体素子にあっては、表層部分に形成された複数の
pベース領域13(素子活性領域)の真下にある並列p
n構造のドレイン・ドリフト部22では耐圧確保が図れ
るものの、ドレイン・ドリフト部22の周りの耐圧構造
部では最外のpベース領域13のpn接合からの空乏層
が外方向や基板深部へは拡がり難く、空乏電界強度がシ
リコンの臨界電界強度に速く達するので、耐圧構造部で
耐圧が低下してしまう。
In the above-described super junction semiconductor device, the parallel p-type semiconductor device directly under a plurality of p base regions 13 (device active regions) formed in the surface layer portion is provided.
Although the withstand voltage can be ensured in the drain / drift portion 22 having the n-type structure, the depletion layer from the pn junction of the outermost p base region 13 spreads outward and deep into the substrate in the withstand voltage structure around the drain / drift portion 22. Difficultly, the depletion electric field intensity quickly reaches the critical electric field intensity of silicon, so that the withstand voltage decreases in the withstand voltage structure.

【0007】ここに、最外のpベース領域13の耐圧構
造部における耐圧も確保するために、耐圧構造部の表面
側に公知の空乏電界制御手段としてのガードリングを形
成することや、絶縁膜上に公知のフィールドプレートを
適用することが考えられる。ところが、並列pn構造の
ドリフト部22の形成によって従前に比しドリフト部2
2では高耐圧化が期待できるのに、その耐圧構造部の耐
圧確保のために従前通りのガードリングやフィールドプ
レートを併せて空乏電界強度の修正を外的付加により最
適構造に設計するのはますます困難が伴い、半導体素子
毎の信頼性が乏しく、またガードリングから離れた深部
では空乏化せず電界強度の制御が不能であるため、ドリ
フト部22での高耐圧化に追い付かず、全体として素子
のバランスの良い高耐圧化が難しくなり、超接合半導体
素子の機能を十分に引き出すことができない。また、そ
の構造を実現するためのマスク形成、不純物導入及び拡
散、あるいは金属被着及びそのパターニングというよう
な追加工程が必要である。
Here, in order to ensure the withstand voltage in the breakdown voltage structure of the outermost p base region 13, a guard ring is formed on the surface side of the breakdown voltage structure as well-known depletion electric field control means. It is conceivable to apply the known field plate above. However, by forming the drift portion 22 having the parallel pn structure, the drift portion
In 2, it is expected that a high breakdown voltage can be expected, but in order to secure the breakdown voltage of the breakdown voltage structure, it is increasingly necessary to modify the depletion field strength by adding external guard rings and field plates to the optimal structure by external addition. It is increasingly difficult, the reliability of each semiconductor element is poor, and since the electric field intensity cannot be controlled without being depleted in a deep part away from the guard ring, it cannot keep up with the high withstand voltage in the drift part 22, and as a whole, It becomes difficult to achieve a well-balanced and high breakdown voltage of the element, and the function of the super junction semiconductor element cannot be sufficiently brought out. In addition, additional steps such as mask formation, impurity introduction and diffusion, or metal deposition and patterning for realizing the structure are required.

【0008】 他方、パワー半導体装置においては、
チャンネル幅を長くして電流容量を高めるために、pベ
ース領域13及びゲート電極層16は平面的に環状又は
ストライプ状のセルとして長く引き延ばされており、配
線抵抗を下げるために、ソース電極層17はセル毎のp
ベース領域13上の接続孔又は接続溝を介してnソー
ス領域14及びpコンタクト領域19に接続し、各ゲ
ート電極層16を層間絶縁膜を介して覆う平面的連続層
として形成されている。その平面的連続層の周囲端部は
一般に電界集中を緩和するためのフィールドプレートと
してドリフト部22よりも外側へ張り出ている(図示せ
ず)。また、各セル毎のゲート電極層16はゲート取り
出し電極(ボンディングパッド)に接続し、このゲート
取り出し電極はソース電極層17である平面的連続層の
一辺途中部,コーナー部又は央部を欠損した部分の絶縁
膜上に位置し、少なくとも一部がソース電極層17のフ
ィールドプレート部分に近接又は囲まれている(図示せ
ず)。
On the other hand, in a power semiconductor device,
In order to increase the channel width and increase the current capacity, the p-base region 13 and the gate electrode layer 16 are elongated in plan view as annular or striped cells. Layer 17 has a p
It is connected to the n + source region 14 and the p + contact region 19 through a connection hole or a connection groove on the base region 13 and is formed as a planar continuous layer that covers each gate electrode layer 16 with an interlayer insulating film interposed therebetween. . The peripheral end of the planar continuous layer generally protrudes outside the drift portion 22 as a field plate for reducing electric field concentration (not shown). In addition, the gate electrode layer 16 of each cell is connected to a gate extraction electrode (bonding pad), and the gate extraction electrode has a defect in a middle portion, a corner portion, or a central portion of one side of the planar continuous layer that is the source electrode layer 17. It is located on a part of the insulating film, and at least a part thereof is close to or surrounded by the field plate part of the source electrode layer 17 (not shown).

【0009】ドリフト部22が並列pn構造となった超
接合半導体素子では、遮断瞬時にキャリアの残留する状
態で逆バイアス電圧が生じた際に起こるダイナミック・
アバランシェ・ブレイクダウン(動的なだれ降伏)は、
ドリフト部22では低逆バイアス電圧(50V程度)で
も空乏層が急速に拡張するため、比較的に発生し難く、
ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンがドリフ
ト部22の主面側のいずれの部位で万一発生しても、セ
ル毎の分散的配置のソース電極層17のコンタクト部が
その発生部位に必ず近接しているので、発生した過剰な
ホールはそのコンタクト部を介してソース電源に速やか
に引き抜かれる。
In a superjunction semiconductor device in which the drift portion 22 has a parallel pn structure, dynamic dynamics that occur when a reverse bias voltage is generated in a state where carriers remain at the moment of interruption.
Avalanche breakdown (dynamic droop surrender)
In the drift portion 22, the depletion layer expands rapidly even at a low reverse bias voltage (about 50 V), so that it is relatively unlikely to occur.
Even if the dynamic avalanche breakdown occurs in any part on the main surface side of the drift part 22, the contact part of the source electrode layer 17 in the distributed arrangement for each cell is always close to the part where it occurs. Therefore, the generated excess holes are quickly pulled out to the source power supply via the contact portions.

【0010】しかしながら、ゲート取り出し電極の直下
部分やソース電極層17のフィールドプレートの直下部
分ではドリフト部から外れた位置にあって局部的にn型
領域となっているため、遮断瞬時には空乏層の拡張がド
リフト部よりも遅れ、キャリアが残留し易く、ダイナミ
ック・アバランシェ・ブレイクダウンを発生し易い。そ
の上、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが
ゲート取り出し電極の直下部分やソース電極層17のフ
ィールドプレートの直下部分で発生した場合、発生した
過剰なホールはゲート取り出し電極と絶縁膜との界面に
一旦蓄積した後、ソース電極層17のうちゲート取り出
し電極を囲むフィールドプレート部分に向けて一斉放電
するため、発熱等により素子破壊を招くので、ゲート取
り出し電極層の直下部分では、どうしてもドリフト部よ
りもダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウン耐量
が低くなるか、耐圧不安定性を招く。
However, the portion immediately below the gate extraction electrode and the portion immediately below the field plate of the source electrode layer 17 are located at positions off the drift portion and are locally n-type regions. Is delayed more than the drift part, carriers are likely to remain, and dynamic avalanche breakdown is likely to occur. In addition, if the dynamic avalanche breakdown occurs immediately below the gate extraction electrode or immediately below the field plate of the source electrode layer 17, the excess holes generated temporarily accumulate at the interface between the gate extraction electrode and the insulating film. After that, simultaneous discharge is performed toward the field plate portion of the source electrode layer 17 surrounding the gate extraction electrode, which causes element destruction due to heat generation or the like. The avalanche breakdown resistance becomes low or the breakdown voltage becomes unstable.

【0011】そこで、上記問題点に鑑み、本発明の第1
の課題は、基板表面にガードリングやフィールドプレー
トを形成せずとも、ドリフト部の耐圧よりもその外周部
の耐圧を大きくできる半導体装置を提供することにあ
る。
In view of the above problems, the first aspect of the present invention
An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of making the breakdown voltage of the outer peripheral portion larger than that of the drift portion without forming a guard ring or a field plate on the substrate surface.

【0012】また、本発明の第2の課題は、ゲート取り
出し電極層等のオン・オフ制御用の電極層の直下部分や
フィールドプレートの直下部分でのダイナミック・アバ
ランシェ・ブレイクダウンを抑制し、安定した耐圧の確
保が可能であると共に、高いダイナミック・アバランシ
ェ・ブレイクダウン耐量を得ることが可能な半導体装置
を提供することにある。
A second object of the present invention is to suppress dynamic avalanche breakdown in a portion directly below an electrode layer for on / off control such as a gate extraction electrode layer or in a portion immediately below a field plate, thereby achieving stable operation. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of ensuring a high withstand voltage and achieving high dynamic avalanche breakdown resistance.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】本発明は以下の手段を講
じたものである。まず、本発明に係る半導体装置は、基
板の第1主面側に形成された活性部に導電接続する第1
の電極層と、基板の第2主面側に形成された第1導電型
の低抵抗層に導電接続する第2の電極層と、活性部と低
抵抗層との間に介在し、オン状態ではドリフト電流を縦
方向に流すと共にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト
部と、第1主面に絶縁膜を介して形成され、第1電極層
に少なくとも一部が近接して成るオン・オフ制御用の第
3電極層とを有するものであるが、超接合半導体素子と
して、縦形ドリフト部が基板の厚み方向に配向する縦形
第1導電型領域と基板の厚み方向に配向する縦形第2導
電型領域とを交互に繰り返して接合して成る第1の並列
pn構造となっている。本発明の第1の手段は、いわば
3端子又はそれ以上の端子を持つ縦形能動半導体装置に
適用できるものである。ここで、例えばMOSFETの
場合、nチャネル型のとき、活性部としては、ソース領
域やャネル拡散領域層などを含み、第1の電極層はソー
ス電極層、第2の電極層はドレイン電極層、外部接続用
電極層としてゲート取り出し電極である。バイポーラト
ランジスタの場合、第2の電極層はエミッタ又はコレク
タで、オン・オフ制御用の第3電極層である。
The present invention has the following means. First, a semiconductor device according to the present invention comprises a first conductively connected active portion formed on a first main surface side of a substrate.
An electrode layer, a second electrode layer conductively connected to a first conductivity type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate, and an active portion and a low resistance layer, A vertical drift portion which causes a drift current to flow in the vertical direction and is depleted in an off state; and an on / off control formed at the first main surface via an insulating film and at least partially adjacent to the first electrode layer. And a vertical second conductive type in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical first conductivity type region in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure is formed by alternately and repeatedly joining regions. The first means of the present invention can be applied to a vertical active semiconductor device having three or more terminals. Here, for example, in the case of an n-channel type MOSFET, the active portion includes a source region, a channel diffusion region layer, and the like, the first electrode layer is a source electrode layer, the second electrode layer is a drain electrode layer, A gate extraction electrode is used as an external connection electrode layer. In the case of a bipolar transistor, the second electrode layer is an emitter or a collector, and is a third electrode layer for on / off control.

【0014】第1に、上記第1の課題を解決するため、
本発明は、縦形ドリフト部の周りで第1主面と低抵抗層
との間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であって
オフ状態では空乏化する耐圧構造部が、基板の厚み方向
に配向する縦形第1導電型領域と基板の厚み方向に配向
する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して
成る第2の並列pn構造であことを特徴とする。
First, in order to solve the first problem,
The present invention provides a pressure-resistant structure that is interposed between a first main surface and a low-resistance layer around a vertical drift portion and is substantially a non-conductive area in an on state and depleted in an off state in a thickness direction of a substrate. A second parallel pn structure is formed by alternately and repeatedly joining a vertical first conductivity type region oriented in a vertical direction and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate.

【0015】ドリフト部の周りの耐圧構造部に第2の並
列pn構造が配置されているため、オフ状態では、多重
のpn接合面から空乏層が双方に拡張し、ドリフト部に
限らず、そこから外方向や第2主面方向の深部まで空乏
化するので、耐圧が大きくなる。また、第1主面側の活
性部からドリフト部を介して第2主面側の第1導電型の
低抵抗層に到達する直線状の電気力線の長さに比し、活
性部の側部から耐圧構造部を介して第1導電型の低抵抗
層にする曲線状の電気力線の方が長い分だけ、耐圧構造
部の第2の並列pn構造とドリフト部が同一不純物濃度
でも、耐圧構造部の第2の並列pn構造の空乏電界強度
の方がドリフト部よりも低くなることから、耐圧構造部
の耐圧はドリフト部の耐圧よりも大きい。従って、ドリ
フト部に第1の並列pn構造を採用した超接合半導体素
子にあっても、その周りの耐圧構造部の耐圧が十分に保
証されることになるため、ドリフト部の並列pn構造の
最適化が容易で、超接合半導体素子の設計自由度が高ま
り、超接合半導体素子を実用化できる。
Since the second parallel pn structure is arranged in the breakdown voltage structure around the drift portion, in the off state, the depletion layer extends to both sides from the multiple pn junction surfaces, and is not limited to the drift portion. Depletion from the top to the outside or to the deep portion in the direction of the second main surface, the breakdown voltage increases. Also, the length of the side of the active portion is smaller than the length of a straight line of electric force reaching the first conductive type low-resistance layer on the second main surface side from the active portion on the first main surface side via the drift portion. Even if the second parallel pn structure and the drift portion of the breakdown voltage structure have the same impurity concentration, the curved lines of electric force from the portion to the first conductivity type low-resistance layer via the breakdown voltage structure portion are longer than the curve. Since the depletion electric field strength of the second parallel pn structure of the withstand voltage structure is lower than that of the drift portion, the withstand voltage of the withstand voltage structure is higher than the withstand voltage of the drift portion. Therefore, even in a super-junction semiconductor device employing the first parallel pn structure for the drift portion, the withstand voltage of the surrounding withstand voltage structure portion is sufficiently ensured. Therefore, the degree of freedom in designing a super-junction semiconductor device is increased, and the super-junction semiconductor device can be put to practical use.

【0016】第2に、上記第2の課題を解決するため
に、本発明は、オン・オフ制御用の第3電極層の直下部
分が、基板の厚み方向に配向する縦形第1導電型領域と
基板の厚み方向に配向する縦形第2導電型領域とを交互
に繰り返して接合して成る第3の並列pn構造であり、
第3の並列pn構造のpn繰り返しピッチが第1の並列
pn構造のpn繰り返しピッチよりも狭いことを特徴と
する。オン・オフ制御用の第3電極層には第1の電極層
の端部が近接している場合は、「第3電極層の直下部
分」とは、第1の電極層の端部の直下部分も含むもので
ある。
Second, in order to solve the above second problem, the present invention provides a vertical first conductivity type region in which a portion immediately below a third electrode layer for on / off control is oriented in a thickness direction of a substrate. And a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate alternately and repeatedly to form a third parallel pn structure.
The pn repetition pitch of the third parallel pn structure is narrower than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure. In the case where the end of the first electrode layer is close to the third electrode layer for on / off control, “the portion directly below the third electrode layer” means “directly below the end of the first electrode layer”. It also includes parts.

【0017】オン・オフ制御用の第3電極層は第1の電
極層の一辺途中部,コーナー部又は央部を欠損した部分
の絶縁膜上に位置し、少なくとも一部が第1の電極層に
近接しているものであるが、第3電極層の直下部分も並
列pn構造であって、そのpn繰り返しピッチがドリフ
ト部のpn繰り返しピッチよりも狭くなっているため、
第3電極層の直下部分ではドリフト部に比し単位面積当
たりの空乏層が拡がり易く、素子耐圧が第3電極層の直
下部分で決定されることはない。また、遮断瞬時には第
3電極層の直下部分での空乏層の拡張がドリフト部より
も早まり、電界強度を緩和でき、キャリアがドリフト部
側へ締め出されるため、第3電極層の直下部分ではダイ
ナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが発生し難く
なる。従って、ダイナミック・アバランシェ・ブレイク
ダウンはドリフト部で発生し、第3電極層の直下部分で
のダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンを抑制
でき、安定した耐圧の確保が可能であると共に、高いダ
イナミック・アバランシェ・ブレイクダウン耐量を得る
ことができる。
The third electrode layer for on / off control is located on the insulating film at a part of the first electrode layer where a part of a side, a corner or a center is missing, and at least a part of the third electrode layer is the first electrode layer. However, since the portion immediately below the third electrode layer also has a parallel pn structure, and the pn repetition pitch thereof is smaller than the pn repetition pitch of the drift portion,
The depletion layer per unit area is more likely to expand in the portion immediately below the third electrode layer than in the drift portion, and the element breakdown voltage is not determined by the portion directly below the third electrode layer. At the moment of the cutoff, the expansion of the depletion layer immediately below the third electrode layer is faster than that of the drift portion, the electric field strength can be reduced, and carriers are locked out to the drift portion side. Dynamic avalanche breakdown is less likely to occur. Therefore, the dynamic avalanche breakdown occurs in the drift portion, the dynamic avalanche breakdown in the portion directly below the third electrode layer can be suppressed, a stable breakdown voltage can be secured, and a high dynamic avalanche breakdown can be achieved. Breakdown resistance can be obtained.

【0018】ここで、第3電極層の直下部分の第3の並
列pn構造の不純物濃度が第1の並列pn構造の不純物
濃度よりも低い場合には、空乏層の拡張が一層拡がるた
め、なおさらダイナミック・アバランシェ・ブレイクダ
ウンが発生し難くなる。勿論、耐圧構造部の第3の並列
pn構造のpn繰り返しピッチがドリフト部の第1の並
列pn構造のpn繰り返しピッチよりも同等又は広い場
合でも、相対的に第3の並列pn構造の不純物濃度を第
1の並列pn構造の不純物濃度よりも低く設定すること
によっても、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダ
ウンを発生し難くなる。
Here, when the impurity concentration of the third parallel pn structure immediately below the third electrode layer is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure, the expansion of the depletion layer is further expanded. Dynamic avalanche breakdown is less likely to occur. Of course, even when the pn repetition pitch of the third parallel pn structure of the withstand voltage structure portion is equal to or wider than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure of the drift portion, the impurity concentration of the third parallel pn structure is relatively small. Is set lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure, dynamic avalanche breakdown is less likely to occur.

【0019】第2の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
は第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチよりも狭く
することが望ましく、また、第2の並列pn構造の不純
物濃度は第1の並列pn構造の不純物濃度よりも低くす
ることが望ましい。これは、耐圧がドリフト部の第1の
並列pn構造で決定でき、また耐圧構造部でもダイナミ
ック・アバランシェ・ブレイクダウンが起こり難くなる
からである。
It is desirable that the pn repetition pitch of the second parallel pn structure is narrower than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure, and the impurity concentration of the second parallel pn structure is the first parallel pn structure. It is desirable to lower the impurity concentration. This is because the withstand voltage can be determined by the first parallel pn structure of the drift portion, and dynamic avalanche breakdown hardly occurs in the withstand voltage structure portion.

【0020】更に、第3の並列pn構造の第1主面側が
第1電極層に導電接続する第2導電型ウェル領域で覆わ
れて成る構成では、オフ時には第3の並列pn構造の各
縦形第2導電型領域が確実に逆バイアスとなり、第2導
電型領域のpn接合から深さ方向にも空乏層が拡がり易
く、第3電極層の直下部分では高耐圧であって、より一
層ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが起こ
り難くなるため、アバランシェ耐量を向上できる。しか
も、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが第
3電極層の直下部分で万一発生した場合、発生した過剰
なホールは外部接続用電極層と絶縁膜との界面に蓄積す
ることなく、キャリア引き抜き用として機能する第2導
電型ウェル領域を介して第1電極層に引き抜かれるた
め、発熱等による素子破壊を招くことがない。
Further, in the configuration in which the first main surface side of the third parallel pn structure is covered with the second conductivity type well region that is conductively connected to the first electrode layer, each vertical pn structure of the third parallel pn structure is turned off when off. The second conductivity type region is surely reverse biased, the depletion layer easily spreads in the depth direction from the pn junction of the second conductivity type region, and the portion immediately below the third electrode layer has a high breakdown voltage, and is more dynamic. Since avalanche breakdown hardly occurs, avalanche withstand capability can be improved. Moreover, in the event that dynamic avalanche breakdown occurs immediately below the third electrode layer, the excess holes generated do not accumulate at the interface between the external connection electrode layer and the insulating film, and are used for carrier extraction. Since the element is pulled out to the first electrode layer through the functioning second conductivity type well region, the element is not destroyed due to heat generation or the like.

【0021】ここで、第3の並列pn構造の第1主面側
を覆う第2導電型ウェル領域に着目すると、第2導電型
ウェル領域が第3の並列pn構造の第1主面側の一部を
覆う場合、第3の並列pn構造全体の空乏化が困難とな
るばかりか、第2導電型ウェル領域におけるウェル端部
の曲面では電界集中が起こり易いので、第3の並列pn
構造と第1の並列pn構造との境界に相当するpn接合
でダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが発生
し易くなる。
Here, focusing on the second conductivity type well region covering the first main surface side of the third parallel pn structure, the second conductivity type well region is located on the first main surface side of the third parallel pn structure. When the third parallel pn structure is partially covered, not only is it difficult to deplete the entire third parallel pn structure, but also the electric field concentration is likely to occur on the curved surface at the well end in the second conductivity type well region.
Dynamic avalanche breakdown easily occurs at the pn junction corresponding to the boundary between the structure and the first parallel pn structure.

【0022】そこで、第3の並列pn構造は第2導電型
領域のウェル両端部を除くウェル底に接続した構造を採
用することが望ましい。斯かる場合、第3の並列pn構
造全体を均等に空乏化することができる。第3電極層が
第1の電極層の一辺途中部やコーナー部に位置するとき
は、第2導電型領域のウェル端部のいずれの部位がドリ
フト部の第1の並列pn構造の端部又は耐圧構造部の第
2の並列pn構造の端部に接続し、また、第3電極層が
第1の電極層の央部に位置するときは、第2導電型領域
のウェル端部のいずれもの部位がドリフト部の第1の並
列pn構造の端部に接続しているものであるから、第3
の並列pn構造と第1の並列pn構造との境界に相当す
るpn接合が第2導電型ウェル領域に接続し、ダイナミ
ック・アバランシェ・ブレイクダウンの発生をドリフト
部へ締め出すことができると共に、第3の並列pn構造
と第2の並列pn構造との境界に相当するpn接合も第
2導電型ウェル領域に接続しているため、安定した耐圧
が確保できる。特に、第1の並列pn構造における最端
には縦形第2導電型領域を配置し、これが第2導電型ウ
ェル領域のウェル端部側に接続していることが望まし
い。隣接する第3の並列pn構造の最端の縦形第1導電
型領域とのチャージバランスをとることができるからで
ある。
Therefore, it is desirable that the third parallel pn structure adopt a structure connected to the bottom of the second conductivity type region except for both ends of the well. In such a case, the entire third parallel pn structure can be uniformly depleted. When the third electrode layer is located in the middle of one side or at the corner of the first electrode layer, which part of the well end of the second conductivity type region is the end of the first parallel pn structure of the drift portion or When the third electrode layer is connected to the end of the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure portion and the third electrode layer is located at the center of the first electrode layer, any of the well ends of the second conductivity type region Since the portion is connected to the end of the first parallel pn structure of the drift portion, the third
The pn junction corresponding to the boundary between the parallel pn structure and the first parallel pn structure is connected to the well region of the second conductivity type, so that the occurrence of dynamic avalanche breakdown can be suppressed to the drift portion, and Since the pn junction corresponding to the boundary between the parallel pn structure and the second parallel pn structure is also connected to the second conductivity type well region, a stable breakdown voltage can be secured. In particular, it is desirable that a vertical second conductivity type region is disposed at the extreme end of the first parallel pn structure, and this is connected to the well end side of the second conductivity type well region. This is because charge balance with the vertical first conductivity type region at the end of the adjacent third parallel pn structure can be achieved.

【0023】第1の並列pn構造と前記第2の並列pn
構造とが、平行に配置されていても、直交して配置され
ても構わない。また、第1の並列pn構造と第3の並列
pn構造とが、平行に配置されていても、直交して配置
されても構わない。第1、第2、及び第3の並列pn構
造を構成する縦形第1導電型領域と縦形第2導電型領域
は平面的にストライプ状とすることができるが、縦形第
1導電型領域と縦形第2導電型領域が層状ではなく、少
なくとも一方が柱状で、立体三方格子や立体四方格子等
の立体的格子点に配置されていても良い。単位体積当た
りのpn接合面積の比率が増すため、耐圧が向上する。
第1導電型領域と縦形第2導電型領域はそれぞれ一様不
純物分布の連続拡散領域としても良いが、縦形第1導電
型領域と縦形第2導電型領域のうち、少なくとも一方は
基板の厚み方向に離散的に埋め込んだ複数の拡散単位領
域が相互連結して成る会合構造とするのが望ましい。縦
形の並列pn構造自体の形成が頗る容易となるからであ
る。かかる場合、各拡散単位領域は中心部が最大濃度部
となって外方向に濃度漸減する濃度分布を持つ。
A first parallel pn structure and the second parallel pn structure
The structures may be arranged in parallel or orthogonally. In addition, the first parallel pn structure and the third parallel pn structure may be arranged in parallel or orthogonally. The vertical first conductivity type region and the vertical second conductivity type region constituting the first, second, and third parallel pn structures can be formed in a stripe shape in plan view. The second-conductivity-type region may not be in the form of a layer, but at least one may be in the form of a column, and may be arranged at a three-dimensional lattice point such as a three-dimensional lattice or a three-dimensional lattice. Since the ratio of the pn junction area per unit volume is increased, the breakdown voltage is improved.
The first conductivity type region and the vertical second conductivity type region may each be a continuous diffusion region having a uniform impurity distribution. At least one of the vertical first conductivity type region and the vertical second conductivity type region is in the thickness direction of the substrate. It is desirable to form an association structure in which a plurality of diffusion unit regions discretely embedded in the substrate are interconnected. This is because the formation of the vertical parallel pn structure itself becomes very easy. In such a case, each diffusion unit region has a density distribution in which the central portion becomes the maximum density portion and the density gradually decreases outward.

【0024】上記第1の手段は、第3電極層がオン・オ
フ制御用の電極層であるため、3端子以上の縦形能動素
子に適用するものであるが、第2の手段は、2端子の縦
形受動素子にも適用できるものである。
The first means is applied to a vertical active element having three or more terminals since the third electrode layer is an electrode layer for ON / OFF control. The present invention can also be applied to the vertical passive element.

【0025】即ち、上記第1の手段における第3電極層
の有無に拘わらず、第2の手段は、第1の並列pn構造
又は第2の並列pn構造のうち、少なくとも第1の電極
層の周縁部の直下部分における並列pn構造のpn繰り
返しピッチが第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
よりも狭くなっていることを特徴する。この第1の電極
層の周縁部としては、一般にフィールドプレートとして
機能しているものである。
That is, irrespective of the presence or absence of the third electrode layer in the first means, the second means comprises at least the first electrode layer of the first parallel pn structure or the second parallel pn structure. The pn repetition pitch of the parallel pn structure in a portion immediately below the peripheral portion is narrower than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure. The peripheral portion of the first electrode layer generally functions as a field plate.

【0026】斯かる手段によれば、第1の電極層の周縁
部の直下部分での耐圧を向上できると共に、ダイナミッ
ク・アバランシェ・ブレイクダウン耐量を向上できる。
その直下部分における並列pn構造の不純物濃度が第1
の並列pn構造の不純物濃度よりも低くなっていること
が望ましい。
According to such a means, it is possible to improve the withstand voltage in the portion immediately below the peripheral portion of the first electrode layer and to improve the dynamic avalanche breakdown resistance.
The impurity concentration of the parallel pn structure in the portion immediately below the
Is desirably lower than the impurity concentration of the parallel pn structure.

【0027】また、その直下部分の並列pn構造の第1
主面側は第1電極層に導電接続する第2導電型ウェル領
域で覆われて成ることが望ましい。オフ時にはその直下
部分を確実に逆バイアスに設定できるからであり、しか
も、その直下部分でダイナミック・アバランシェ・ブレ
イクダウンが万一生じた場合にはキャリア引き抜き用と
して機能する第2導電型ウェル領域を介して第1電極層
へキャリアを引き抜くことができ、素子破壊を防止でき
る。
The first part of the parallel pn structure immediately below the first part is
It is desirable that the main surface side be covered with a second conductivity type well region that is conductively connected to the first electrode layer. This is because the portion immediately below the second conductive type well region can be reliably set to a reverse bias when the device is turned off, and furthermore, if dynamic avalanche breakdown occurs immediately below the portion, the second conductive type well region functioning as a carrier withdrawal is formed. Carriers can be extracted to the first electrode layer via the first electrode layer, and device destruction can be prevented.

【0028】そして、第1の並列pn構造のうち前記直
下部分の並列pn構造に隣接する最端の縦形第2導電型
領域は、第2導電型ウェル領域のウェル端部に接続して
いることが望ましい。直下部分の並列pn構造の最端の
縦形第1導電型領域とその最端の縦形第2導電型領域と
のpn接合が第2導電型ウェル領域に接続しているた
め、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが生
じ難くなる。また、チャージバランスをとることができ
る。
In the first parallel pn structure, an endmost vertical second conductivity type region adjacent to the parallel pn structure immediately below the portion is connected to a well end of the second conductivity type well region. Is desirable. A dynamic avalanche break occurs because the pn junction between the endmost vertical first conductivity type region of the parallel pn structure immediately below and the endmost vertical second conductivity type region is connected to the second conductivity type well region. Down hardly occurs. In addition, charge balance can be obtained.

【0029】[0029]

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を添付図面
に基づいて説明する。なお、以下でn又はpを冠記した
層や領域は、それぞれ電子又は正孔を多数キャリアとす
る層や領域を意味する。また、上付き文字+は比較的高
不純物濃度、上付き文字−は比較的低不純物濃度を意味
する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In the following, a layer or a region with an abbreviation of n or p means a layer or a region using electrons or holes as majority carriers, respectively. The superscript + indicates a relatively high impurity concentration, and the superscript − indicates a relatively low impurity concentration.

【0030】〔実施例1〕図1は、本発明の実施例1に
係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図
で、MOSFETの表面活性部や絶縁膜上のソース電極
層及びゲート取り出し電極を省略してある。図2は、図
1中の矩形範囲A1−A2−A3−A4を拡大して示す
平面図である。図3は、図2中のA5−A6線に沿って
切断した状態を示す断面図である。
Embodiment 1 FIG. 1 is a schematic plan view showing a vertical MOSFET device chip according to Embodiment 1 of the present invention, in which a source electrode layer and a gate extraction electrode on a surface active portion and an insulating film of a MOSFET are shown. Omitted. FIG. 2 is an enlarged plan view showing a rectangular range A1-A2-A3-A4 in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state cut along the line A5-A6 in FIG.

【0031】本例のnチャネル縦形MOSFETは、裏
側のドレイン電極18が導電接触した低抵抗のn++
レイン層(ドレイン・コンタクト層)11の上に形成さ
れた第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト部1と、
このドリフト部1の表面側に選択的に環状又はストライ
プ状のセルとして形成された不純物高濃度のpベース領
域(pウェル)13と、そのpベース領域13内の表面
側に選択的に形成された不純物高濃度のnソース領域
14と、基板表面上にゲート絶縁膜15を介して設けら
れたポリシリコン等のゲート電極層16と、層間絶縁膜
20に開けたコンタクト孔を介してpベース領域13の
コンタクト領域19及びnソース領域14の双方
に導電接触するソース電極17とを有している。ウェル
状のpベース領域13の中にnソース領域14が浅く
形成されており、2重拡散型MOS部を構成している。
ここで、この素子の表面活性部はpベース領域13及び
ソース領域14に相当している。
The n-channel vertical MOSFET of the present embodiment has a first parallel pn structure drain / electrode formed on a low-resistance n ++ drain layer (drain / contact layer) 11 to which the backside drain electrode 18 is in conductive contact. Drift part 1;
A high impurity concentration p base region (p well) 13 selectively formed as an annular or striped cell on the surface side of drift portion 1, and selectively formed on the surface side in p base region 13. N + source region 14 having a high impurity concentration, a gate electrode layer 16 such as polysilicon provided on a substrate surface with a gate insulating film 15 interposed therebetween, and a p-type base through a contact hole formed in interlayer insulating film 20. A source electrode 17 that is in conductive contact with both the p + contact region 19 and the n + source region 14 in the region 13 is provided. An n + source region 14 is formed shallowly in a well-shaped p base region 13 to constitute a double diffusion type MOS portion.
Here, the surface active portion of this element corresponds to the p base region 13 and the source region 14.

【0032】このドレイン・ドリフト部1は、n++
レイン層11のサブストレートの上にn型のエピタキシ
ャル成長層を幾層も積み増した厚い積層として形成され
ており、基板の厚み方向に層状縦形のn型ドリフト電路
領域1aと基板の厚み方向に層状縦形のp型仕切領域1
bとを交互に繰り返して多重接合した構造である。本例
では、n型のドリフト電路領域1aは、隣接するpベー
ス領域13のウェル端部間に位置し、その上端が基板表
面のチャネル領域12eに達し、その下端がn ++ドレ
イン層11に接している。また、p型の仕切領域1b
は、その上端がpベース領域13aのウェル両端部を除
くウェル底に接し、その下端がn++ドレイン層11に
接している。本例は耐圧が600Vクラスのものであ
り、ドリフト電路領域1aとp型の仕切領域1bの層厚
は共に8μmで、深さは約40μmである。それぞれの
不純物濃度は2.5×1015cm−3であるが、1×
10 〜3×1015であれば良い。
The drain drift portion 1 has n++Do
N-type epitaxy on the substrate of the rain layer 11
Formed as a thick layer with several layers of
Vertical n-type drift circuit in the thickness direction of the substrate
Region 1a and p-type partition region 1 having a layered vertical shape in the thickness direction of the substrate
b is alternately repeated to form a multiple junction. This example
In this case, the n-type drift circuit region 1a is
Is located between the well ends of the substrate region 13, and the upper end is located on the substrate surface.
Surface channel region 12e, the lower end of which is n ++Dre
It is in contact with the in-layer 11. Also, the p-type partition region 1b
Have their upper ends removed from both ends of the well of the p base region 13a.
Contact the bottom of the well and the lower end is n++For the drain layer 11
In contact. This example has a withstand voltage of 600V class.
Layer thickness of the drift circuit region 1a and the p-type partition region 1b.
Are both 8 μm and the depth is about 40 μm. each
The impurity concentration is 2.5 × 10Fifteencm-3But 1 ×
101 5~ 3 × 10FifteenIs fine.

【0033】図1に示すように、チップ平面に主体的に
占めるドリフト部1の周りで、基板表面とn++ドレイ
ン層11との間には、オン状態では非電路領域であって
オフ状態では空乏化する耐圧構造部(素子外周部)2が
形成されている。この耐圧構造部2は、基板の厚さ方向
に配向する層状の縦形n型領域2aと、基板の厚さ方向
に配向する層状の縦形p型領域2bとを交互に繰り返し
て多重接合して成る第2の並列pn構造となっている。
ドリフト部1の第1の並列pn構造と耐圧構造部2の第
2の並列pn構造とは平行に配置されている。即ち、ド
リフト部1の第1の並列pn構造の層面と耐圧構造部2
の第2の並列pn構造とは層面が相平行し、それらの境
界部分では互いに逆導電型の領域となって、pn繰り返
しが連続している。図2に示すように、耐圧構造部2の
第2の並列pn構造におけるpn繰り返し端面とドリフ
ト部1の第2の並列pn構造におけるpn繰り返し端面
とが接続している。本例では、耐圧構造部2の第2の並
列pn構造におけるpn繰り返しピッチはドリフト部1
の第1の並列pn構造におけるpn繰り返しピッチより
も狭くなっている。また、耐圧構造部2の不純物濃度は
ドリフト部1の不純物濃度よりも低くなっている。縦形
n型領域2aと縦形p型領域2bの層厚は共に4μm
で、深さは約40μmである。それぞれの不純物濃度は
2.5×10 cm−3であるが、2×1014cm
−3以下であれば良い。なお、耐圧構造部2の表面上に
は、表面保護及び安定化のために、熱酸化膜又は燐シリ
カガラス(PSG)から成る酸化膜(絶縁膜)23が成
膜されている。
As shown in FIG. 1, around the drift portion 1 which mainly occupies the chip plane, between the substrate surface and the n ++ drain layer 11, there is a non-circuit region in the on state and a non-conductive region in the off state. A withstand voltage structure portion (element outer peripheral portion) 2 to be depleted is formed. The pressure-resistant structure 2 is formed by alternately repeating a layered vertical n-type region 2a oriented in the thickness direction of the substrate and a layered vertical p-type region 2b oriented in the thickness direction of the substrate. It has a second parallel pn structure.
The first parallel pn structure of the drift section 1 and the second parallel pn structure of the breakdown voltage section 2 are arranged in parallel. That is, the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the breakdown voltage structure portion 2
In the second parallel pn structure, the layer surfaces are parallel to each other, and the boundary portions thereof are regions of opposite conductivity types, and pn repetition is continuous. As shown in FIG. 2, the pn repeating end face in the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure section 2 is connected to the pn repeating end face in the second parallel pn structure of the drift section 1. In this example, the pn repetition pitch in the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure section 2 is the drift section 1
Is smaller than the pn repetition pitch in the first parallel pn structure. Further, the impurity concentration of the breakdown voltage structure 2 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1. Both the vertical n-type region 2a and the vertical p-type region 2b have a thickness of 4 μm.
And the depth is about 40 μm. Although each impurity concentration of 2.5 × 10 1 3 cm -3, 2 × 10 14 cm
-3 or less is sufficient. A thermal oxide film or an oxide film (insulating film) 23 made of phosphor silica glass (PSG) is formed on the surface of the pressure-resistant structure 2 for surface protection and stabilization.

【0034】耐圧構造部2の外側には、基板の厚み方向
に配向し、比較的厚い層厚のn型チャネルストッパ領域
24が配置されている。このn型チャネルストッパ領域
24はnコンタクト領域25を介してドレイン電圧と
同電位の周縁電極26に電気的に接続している。
Outside the breakdown voltage structure 2, an n-type channel stopper region 24 oriented in the thickness direction of the substrate and having a relatively large layer thickness is arranged. This n-type channel stopper region 24 is electrically connected to a peripheral electrode 26 having the same potential as the drain voltage via an n + contact region 25.

【0035】ドリフト部1はチップ平面上で矩形領域を
占め、その一辺中途部において、層間絶縁膜20上にゲ
ート取り出し電極30が位置している。このゲート取り
出し電極30の周りにはソース電極層17がフィールド
プレート17aとして張り出している。ゲート取り出し
電極30の直下でドリフト部1の第1の並列pn構造と
耐圧構造部2の第2の並列pn構造とに挟まれた直下部
分は、第3の並列pn構造となっている。この第3の並
列pn構造は、基板の厚さ方向に配向する層状の縦形n
型領域3aと、基板の厚さ方向に配向する層状の縦形p
型領域3bとを交互に繰り返して多重接合して成る。ド
リフト部1の第1の並列pn構造と直下部分3の第3の
並列pn構造とは相平行して配置されている。即ち、ド
リフト部1の第1の並列pn構造の層面と直下部分3の
第3の並列pn構造との層面とは相平行し、それらの境
界部分では互いに逆導電型の領域となって、pn繰り返
しが連続している。また、耐圧構造部2の第2の並列p
n構造の層面と直下部分3の第3の並列pn構造との層
面とは相平行し、それらの境界部分では互いに逆導電型
の領域となって、pn繰り返しが連続している。
The drift portion 1 occupies a rectangular area on the chip plane, and a gate extraction electrode 30 is located on the interlayer insulating film 20 at one halfway of one side. Around the gate extraction electrode 30, a source electrode layer 17 projects as a field plate 17a. Immediately below the gate extraction electrode 30, a portion immediately below the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure portion 2 has a third parallel pn structure. This third parallel pn structure is a layered vertical n-type structure oriented in the thickness direction of the substrate.
Mold region 3a and a layered vertical p oriented in the thickness direction of the substrate.
The mold region 3b is alternately repeated to form a multiple junction. The first parallel pn structure of the drift portion 1 and the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below are arranged in parallel with each other. That is, the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the layer surface of the third parallel pn structure of the immediately lower portion 3 are in parallel with each other, and at the boundary portions thereof, regions of opposite conductivity type are formed, and pn The repetition is continuous. In addition, the second parallel p
The layer surface of the n structure and the layer surface of the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below are parallel to each other, and at the boundary portions thereof, regions of opposite conductivity type are formed, and pn repetition is continuous.

【0036】本例では、直下部分3の第3の並列pn構
造におけるpn繰り返しピッチはドリフト部1の第1の
並列pn構造におけるpn繰り返しピッチよりも狭くな
っており、耐圧構造部2の第2の並列pn構造における
pn繰り返しピッチと同じである。直下部分3の第3の
並列pn構造の不純物濃度はドリフト部1の不純物濃度
よりも低くなっており、耐圧構造部2の第2の並列pn
構造の不純物濃度と同じである。n型領域3aとp型領
域3bの層厚は共に4μmで、深さは約40μmであ
る。それぞれの不純物濃度は2.5×1013cm−3
であるが、2×1014cm−3以下であれば良い。
In this example, the pn repetition pitch in the third parallel pn structure of the lower portion 3 is narrower than the pn repetition pitch in the first parallel pn structure of the drift portion 1, and Is the same as the pn repetition pitch in the parallel pn structure. The impurity concentration of the third parallel pn structure in the portion immediately below 3 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1, and the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure 2.
It is the same as the impurity concentration of the structure. Both the n-type region 3a and the p-type region 3b have a layer thickness of 4 μm and a depth of about 40 μm. Each impurity concentration is 2.5 × 10 13 cm −3.
However, it may be 2 × 10 14 cm −3 or less.

【0037】直下部分3の第3の並列pn構造の表面側
はp型ウェル領域40で覆われており、p型ウェル領域
40はその中に形成したpコンタクト領域41を介し
てコンタクト領域に電気的に接続している。直下部分3
の第3の並列pn構造はp型ウェル領域40のウェル端
を除くウェル底に接続している。ドリフト部1の最端の
縦形仕切領域1bはp型ウェル領域40の内側ウェル端
寄りでウェル底に接続し、隣接する直下部分3のn型領
域3aとのpn接合Jはp型領域40のウェル底に接続
している。耐圧構造部2の最端のp型領域2bはp型ウ
ェル領域40に外側ウェル端寄りで接続している。
The surface side of the third parallel pn structure of the portion 3 directly below is covered with a p-type well region 40, and the p-type well region 40 is connected to a contact region via a p + contact region 41 formed therein. Electrically connected. Immediately below part 3
The third parallel pn structure is connected to the bottom of the p-type well region 40 except for the well end. The outermost vertical partition region 1 b of the drift portion 1 is connected to the well bottom near the inner well end of the p-type well region 40, and the pn junction J between the adjacent immediately lower portion 3 and the n-type region 3 a is formed in the p-type region 40. Connected to well bottom. The outermost p-type region 2 b of the breakdown voltage structure 2 is connected to the p-type well region 40 near the outer well end.

【0038】なお、上記の並列pn構造は、縦形p型領
域と縦形n型領域のうち、少なくとも一方は基板の厚み
方向に離散的に埋め込んだ複数の拡散単位領域が相互連
結して成る会合構造とするのが望ましい。並列pn構造
自体の形成が頗る容易となるからである。かかる場合、
各拡散単位領域は中心部が最大濃度部となって外方向に
濃度漸減する濃度分布を持つものである。
The above parallel pn structure has an association structure in which at least one of a vertical p-type region and a vertical n-type region is interconnected by a plurality of diffusion unit regions discretely embedded in the thickness direction of the substrate. It is desirable that This is because the formation of the parallel pn structure itself becomes very easy. In such cases,
Each diffusion unit region has a density distribution in which the central portion becomes the maximum density portion and the density gradually decreases outward.

【0039】次に本例の動作について説明する。ゲート
電極層16に所定の正の電位を印加すると、nチャネル
型MOSFETはオン状態となり、ゲート電極層16直
下のpベース領域13の表面に誘起される反転層を介し
て、ソース領域14からチャネル領域12eに電子が注
入され、その注入された電子がドリフト電路領域1aを
通ってn++ドレイン層11に達し、ドレイン電極18
とソース電極17との間が導通する。
Next, the operation of this embodiment will be described. When a predetermined positive potential is applied to the gate electrode layer 16, the n-channel type MOSFET is turned on, and the channel from the source region 14 through the inversion layer induced on the surface of the p base region 13 immediately below the gate electrode layer 16. Electrons are injected into the region 12e, and the injected electrons reach the n ++ drain layer 11 through the drift circuit region 1a, and the drain electrode 18
And the source electrode 17 conducts.

【0040】ゲート電極層16への正の電位を取り去る
と、MOSFETはオフ状態となり、pベース領域13
の表面に誘起される反転層が消滅し、ドレイン電極18
とソース電極17との間が遮断する。更に、このオフ状
態の際、逆バイアス電圧(ソース・ドレイン間電圧)が
大きいと、pベース領域13とチャネル領域12eとの
間のpn接合からそれぞれpベース領域13とチャネル
領域12eに空乏層が拡張して空乏化すると共に、ドリ
フト部1の各仕切領域1bはpベース領域13を介して
ソース電極17に電気的に接続し、ドリフト部1の各ド
リフト電路領域1aはn++ドレイン層11を介してド
レイン電極18に電気的に接続しているため、仕切領域
1bとドリフト電路領域1aとの間のpn接合からの空
乏層が仕切領域1bとドリフト電路領域1aの双方に拡
張するので、ドリフト部1の空乏化が早まる。従って、
ドリフト部1の高耐圧化が十分確保されているので、ド
リフト部1の不純物濃度を高く設定でき、大電流容量化
も確保できる。
When the positive potential applied to the gate electrode layer 16 is removed, the MOSFET is turned off and the p base region 13 is turned off.
The inversion layer induced on the surface of the gate electrode disappears, and the drain electrode 18
And the source electrode 17 is cut off. Further, when the reverse bias voltage (source-drain voltage) is large in the off state, a depletion layer is formed in the p base region 13 and the channel region 12e from the pn junction between the p base region 13 and the channel region 12e. While expanding and depleting, each partition region 1b of the drift portion 1 is electrically connected to the source electrode 17 via the p base region 13, and each drift circuit region 1a of the drift portion 1 is connected to the n ++ drain layer 11. Since the depletion layer from the pn junction between the partition region 1b and the drift circuit region 1a is extended to both the partition region 1b and the drift circuit region 1a, Depletion of part 1 is accelerated. Therefore,
Since the high withstand voltage of the drift portion 1 is sufficiently ensured, the impurity concentration of the drift portion 1 can be set high, and a large current capacity can be ensured.

【0041】ここで、本例のドリフト部1の周りの耐圧
構造部2には第2の並列pn構造が形成されている。こ
の第2の並列pn構造の中で幾つかのp型領域2bは、
pベース領域13又はp型領域40を介してソース電極
17に電気的に接続し、また各n型領域20aはn++
ドレイン層11を介してドレイン電極18に電気的に接
続しているため、耐圧構造部2のpn接合から拡張した
空乏層によって、基板厚み全長に亘り概ね空乏化され
る。このため、表面ガードリング構造やフィールドプレ
ート構造のように耐圧構造部2の表面側を空乏化させる
だけではなく、外周部や基板深部までも空乏化させるこ
とができるので、耐圧構造部2の電界強度を大幅緩和で
き、高耐圧を確保できる。それ故、超接合半導体素子の
高耐圧化を実現できる。
Here, a second parallel pn structure is formed in the withstand voltage structure 2 around the drift portion 1 in this embodiment. Some p-type regions 2b in this second parallel pn structure are:
It is electrically connected to the source electrode 17 via the p base region 13 or the p type region 40, and each n type region 20a is n ++
Since it is electrically connected to the drain electrode 18 via the drain layer 11, the depletion layer extended from the pn junction of the breakdown voltage structure portion 2 is substantially depleted over the entire thickness of the substrate. For this reason, it is possible to deplete not only the surface side of the breakdown voltage structure portion 2 but also the outer peripheral portion and the deep portion of the substrate as in the case of the surface guard ring structure and the field plate structure. Strength can be greatly reduced, and high withstand voltage can be secured. Therefore, a high breakdown voltage of the super junction semiconductor element can be realized.

【0042】特に、本例では、耐圧構造部2の第2の並
列pn構造は、ドリフト部1の第1の並列pn構造より
もpn繰り返しピッチが狭く、しかも不純物量(不純物
濃度)が低くなっているため、耐圧構造部2はドリフト
部1よりも早く空乏化するため、耐圧信頼性が高い。耐
圧構造部2のpn繰り返し端面がドリフト部1のpn繰
り返し端面に接続しているため、耐圧構造部2の空乏化
率は高い。従って、ドリフト部1に第1の並列pn構造
を採用した超接合半導体素子にあっても、その周りの耐
圧構造部2の耐圧が第2の並列pn構造によって十分に
保証されることになるため、ドリフト部1の第1の並列
pn構造の最適化が容易で、超接合半導体素子の設計自
由度が高まり、超接合半導体素子を実用化できる。
In particular, in this example, the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure 2 has a smaller pn repetition pitch and a lower impurity amount (impurity concentration) than the first parallel pn structure of the drift portion 1. Therefore, the breakdown voltage structure portion 2 is depleted earlier than the drift portion 1, so that the breakdown voltage reliability is high. Since the pn repetition end face of the withstand voltage structure section 2 is connected to the pn repetition end face of the drift section 1, the depletion rate of the withstand voltage structure section 2 is high. Therefore, even in a super-junction semiconductor device employing the first parallel pn structure for the drift portion 1, the withstand voltage of the surrounding withstand voltage structure portion 2 is sufficiently ensured by the second parallel pn structure. In addition, the first parallel pn structure of the drift portion 1 can be easily optimized, the degree of freedom in designing a super junction semiconductor device can be increased, and the super junction semiconductor device can be put to practical use.

【0043】本例はまた、ゲート取り出し電極30の直
下部分3の第3の並列pn構造がドリフト部1の第1の
並列pn構造よりもpn繰り返しピッチが狭く、しかも
不純物濃度が低くなっているため、ゲート取り出し電極
30の直下部分3ではドリフト部1に比し単位面積当た
りの空乏層が拡がり易く、素子耐圧が直下部分3で決定
されることはない。特に、直下部分3の第3の並列pn
構造がドリフト部1の第1の並列pn構造よりもpn繰
り返しピッチが狭いことから、直下部分3のいずれのp
型領域3bもドリフト部1のp型仕切り領域1bの深さ
方向に沿って接続しているため、電位浮遊状態になら
ず、直下部分3の空乏化を保証できる。換言すれば、ド
リフト部1の第1の並列pn構造と直下部分3の第3の
並列pn構造とが相平行である配置関係の場合には、p
型領域40が存在しないときでも、ソース電位を直下部
分3のいずれものp型領域3bに導電するためには、直
下部分3の第3の並列pn構造のpn繰り返しピッチを
ドリフト部1の第1の並列pn構造のpn繰り返しピッ
チよりも狭くすることが望ましい。また、遮断時には直
下部分3での空乏層の拡張がドリフト部1よりも早ま
り、電界強度を緩和でき、キャリアがドリフト部1側へ
締め出されるため、直下部分3ではダイナミック・アバ
ランシェ・ブレイクダウンが発生し難くなり、安定した
耐圧の確保が可能であると共に、高いダイナミック・ア
バランシェ・ブレイクダウン耐量を得ることができる。
In this embodiment, the third parallel pn structure in the portion 3 immediately below the gate extraction electrode 30 has a smaller pn repetition pitch and a lower impurity concentration than the first parallel pn structure in the drift portion 1. Therefore, the depletion layer per unit area is more likely to expand in the portion 3 immediately below the gate extraction electrode 30 than in the drift portion 1, and the element breakdown voltage is not determined by the portion 3 directly below. In particular, the third parallel pn
Since the structure has a smaller pn repetition pitch than that of the first parallel pn structure of the drift portion 1, any p
Since the mold region 3b is also connected along the depth direction of the p-type partition region 1b of the drift portion 1, the potential does not float and the depletion of the portion 3 immediately below can be guaranteed. In other words, in the case where the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the third parallel pn structure of the immediately lower portion 3 are in an mutually parallel arrangement, p
Even when the mold region 40 does not exist, in order to conduct the source potential to any of the p-type regions 3 b of the immediately lower portion 3, the pn repetition pitch of the third parallel pn structure of the immediately lower portion 3 is set to the first value of the drift portion 1 It is desirable to make the pitch narrower than the pn repetition pitch of the parallel pn structure. Further, at the time of cutoff, the expansion of the depletion layer in the immediately lower portion 3 is faster than that in the drift portion 1 so that the electric field intensity can be reduced and carriers are locked out to the drift portion 1 side, so that a dynamic avalanche breakdown occurs in the immediately lower portion 3 This makes it possible to secure a stable withstand voltage and obtain a high dynamic avalanche breakdown resistance.

【0044】更に、第3の並列pn構造の表面側にはソ
ース電極17に電気的に接続するp型領域40が存在す
るため、オフ時には第3の並列pn構造の各p型領域2
bが確実に逆バイアスとなり、p型領域2bのpn接合
から深さ方向にも空乏層が拡がり易くなり、直下部分3
では高耐圧であって、より一層ダイナミック・アバラン
シェ・ブレイクダウンが起こり難くなるため、アバラン
シェ耐量を向上できる。しかも、ダイナミック・アバラ
ンシェ・ブレイクダウンが直下部分3で万一発生した場
合、発生した過剰なホールはp型領域40を介してソー
ス電極17に引き抜かれるため、発熱等による素子破壊
を招くことがない。
Further, since there is a p-type region 40 electrically connected to the source electrode 17 on the surface side of the third parallel pn structure, each p-type region 2 of the third parallel pn structure is turned off when off.
b is surely reverse-biased, and the depletion layer easily spreads in the depth direction from the pn junction of the p-type region 2b.
In this case, the breakdown voltage is high, and the dynamic avalanche breakdown is more difficult to occur, so that the avalanche resistance can be improved. In addition, if dynamic avalanche breakdown occurs in the portion 3 directly below, the excess holes generated are drawn out to the source electrode 17 via the p-type region 40, so that element destruction due to heat generation or the like does not occur. .

【0045】直下部分3の第3の並列pn構造はp型ウ
ェル領域40のウェル端を除くウェル底に接続している
ため、第3の並列pn構造全体を均等に空乏化すること
ができる。また、ドリフト部1の最端の縦形仕切領域1
bはp型ウェル領域40の内側ウェル端寄りでウェル底
に接続し、隣接する直下部分3のn型領域3aとのpn
接合Jはp型ウェル領域40のウェル底に接続してい
る。このため、内側ウェル端では電界集中が起こり易
く、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウンの発
生を招き易いが、その発生をドリフト部1に締め出すこ
とができると共に、隣接する第3の並列pn構造の最端
のn型領域3bとのチャージバランスをとることができ
る。
Since the third parallel pn structure of the lower portion 3 is connected to the well bottom excluding the well end of the p-type well region 40, the entire third parallel pn structure can be uniformly depleted. Further, the endmost vertical partition region 1 of the drift portion 1
b is connected to the bottom of the well near the inner well end of the p-type well region 40, and the pn with the n-type region 3a of the immediately lower portion 3 adjacent thereto.
The junction J is connected to the well bottom of the p-type well region 40. For this reason, electric field concentration is likely to occur at the inner well end, and dynamic avalanche breakdown is likely to occur. However, the occurrence can be suppressed to the drift section 1 and the end of the adjacent third parallel pn structure can be prevented. Can be balanced with the n-type region 3b.

【0046】なお、上記の並列pn構造1〜3のn型領
域1a〜3a及びp型領域1b〜3bは図2に示す如く
平面的にストライプ状に形成されているが、図4に示す
様に、地としてのn型領域1a′〜3a′の中にp型領
域1b′〜3b′を平面的格子状に形成しても良い。p
型領域1b′〜3b′は基板の深さ方向に柱状である。
各p型領域1b′〜3b′は少なくとも一方は基板の厚
み方向に離散的に埋め込んだ複数の拡散単位領域が相互
連結して成る会合構造であり、各拡散単位領域は中心部
が最大濃度部となって外方向に濃度漸減する濃度分布を
持つものである。勿論、地としてのp型領域の中にn型
領域を平面的格子状に形成しても良い。
The n-type regions 1a to 3a and the p-type regions 1b to 3b of the above-mentioned parallel pn structures 1 to 3 are formed in a planar stripe shape as shown in FIG. Alternatively, p-type regions 1b 'to 3b' may be formed in a planar lattice in n-type regions 1a 'to 3a' as the ground. p
The mold regions 1b 'to 3b' are columnar in the depth direction of the substrate.
At least one of the p-type regions 1b 'to 3b' has an association structure in which a plurality of diffusion unit regions discretely embedded in the thickness direction of the substrate are interconnected. And has a density distribution that gradually decreases outward. Of course, the n-type region may be formed in a planar lattice in the p-type region as the ground.

【0047】なお、耐圧クラスを変更する場合、各並列
pn構造の深さ方向の長さを耐圧クラスに応じた長さに
変更すれば良い。例えば900Vクラスの場合、60μ
m程度であれば良い。更に、第2及び第3の並列pn構
造は、そのピッチを狭くし、不純物濃度を低くしてある
が、ピッチが同じであっても濃度だけを低くすれば良
い。第2及び第3の並列pn構造の不純物濃度は、第1
の並列pn構造の不純物濃度の1/5〜1/100程度
が良い。
When the breakdown voltage class is changed, the length in the depth direction of each parallel pn structure may be changed to a length corresponding to the breakdown voltage class. For example, in case of 900V class, 60μ
m. Further, in the second and third parallel pn structures, the pitch is narrowed and the impurity concentration is low. However, even if the pitch is the same, only the concentration needs to be lowered. The impurity concentration of the second and third parallel pn structures is
Is preferably about 1/5 to 1/100 of the impurity concentration of the parallel pn structure.

【0048】〔実施例2〕図5は、本発明の実施例2に
係る縦形MOSFETにおけるチップの左上範囲を拡大
して示す平面図で、図2と同様に、図1中の矩形範囲A
1−A2−A3−A4に相当している。
[Embodiment 2] FIG. 5 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in a vertical MOSFET according to an embodiment 2 of the present invention. As in FIG. 2, a rectangular area A in FIG.
It corresponds to 1-A2-A3-A4.

【0049】本例の実施例1との構造上の違いは、耐圧
構造部2の第2の並列pn構造及び直下部分3の第3の
並列pn構造がドリフト部1の第1の並列pn構造と直
交して配置されているところである。即ち、ドリフト部
1の第1の並列pn構造の層面と直下部分3の第3の並
列pn構造の層面とは相直交し、ドリフト部1の第1の
並列pn構造の層面と耐圧構造部2の第2の並列pn構
造の層面とは相平行している。また、ドリフト部1の第
1の並列pn構造のpn繰り返しピッチに比し、直下部
分3と耐圧構造部2の並列pn構造のpn繰り返しピッ
チの方が狭くなっており、約半分である。更に、ドリフ
ト部1の不純物濃度に比し、直下部分3と耐圧構造部2
の不純物濃度が低くなっている。図5中では、直下部分
3の第3の並列pn構造の繰り返し端面とドリフト部1
のp型仕切り領域1bbとが接続している。このため、
ドリフト部1の第1の並列pn構造と直下部分3の第3
の並列pn構造とが相直交である配置関係の場合には、
p型ウェル領域40が存在しないときでも、直下部分3
とドリフト部1との境界の曲率線を考慮すれば、p型領
域40が存在しないときでも、ソース電位を直下部分3
のいずれものp型領域3bに導電することが可能であ
り、直下部分3におけるpn繰り返しピッチの方をドリ
フト部1におけるpn繰り返しピッチに比し狭くするこ
とは必須ではない。
The structure of the second embodiment differs from that of the first embodiment in that the second parallel pn structure of the breakdown voltage structure 2 and the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below the first parallel pn structure of the drift portion 1 are different from each other. Are arranged orthogonally to. That is, the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 is orthogonal to the layer surface of the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below, and the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the breakdown voltage structure portion 2 Are parallel to the layer plane of the second parallel pn structure. Also, the pn repetition pitch of the parallel pn structure of the portion 3 immediately below and the withstand voltage structure portion 2 is smaller than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure of the drift portion 1, which is about half. Further, compared to the impurity concentration of the drift portion 1, the portion 3 immediately below and the breakdown voltage
Has a low impurity concentration. In FIG. 5, the repetitive end face of the third parallel pn structure immediately below the portion 3 and the drift portion 1
Are connected to the p-type partition region 1bb. For this reason,
The first parallel pn structure of the drift portion 1 and the third
And the parallel pn structure is orthogonal to each other,
Even when the p-type well region 40 does not exist, the portion 3
Considering the curvature line at the boundary between the semiconductor device and the drift portion 1, even when the p-type region 40 does not exist, the source potential is reduced to the portion 3
It is possible to conduct electricity to the p-type region 3b, and it is not essential that the pn repetition pitch in the portion 3 immediately below is narrower than the pn repetition pitch in the drift portion 1.

【0050】このような3つの並列pn構造の配列関係
でも、実施例1と同様の作用効果を奏するものである。
Even in such an arrangement relationship of the three parallel pn structures, the same operation and effect as in the first embodiment can be obtained.

【0051】〔実施例3〕図6は、本発明の実施例3に
係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図
で、MOSFETの表面活性化部や絶縁膜上のソース電
極層及びゲート取り出し電極を省略してある。図7は、
図6中の矩形範囲B1−B2−B3−B4を拡大して示
す平面図である。図7中のB5−B6線に沿って切断し
た状態を示す断面図は、図3と同じである。
Third Embodiment FIG. 6 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET device according to a third embodiment of the present invention. A source electrode layer and a gate extraction electrode on a surface activated portion of a MOSFET and an insulating film. Is omitted. FIG.
It is a top view which expands and shows the rectangular range B1-B2-B3-B4 in FIG. A cross-sectional view showing a state cut along a line B5-B6 in FIG. 7 is the same as FIG.

【0052】本例におけるゲート取り出し電極の直下部
分3の第3の並列pn構造はドリフト部1の第1の並列
pn構造のコーナー部に位置している。ドリフト部1の
第1の並列pn構造の層面と直下部分3の第3の並列p
n構造との層面とは相平行し、ドリフト部1の第1の並
列pn構造の層面と耐圧構造部2の第2の並列pn構造
の層面とは相平行している。また、ドリフト部1の第1
の並列pn構造のpn繰り返しピッチに比し、直下部分
3と耐圧構造部2の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
の方が狭くなっており、約半分である。更に、ドリフト
部1の不純物濃度に比し、直下部分3と耐圧構造部2の
不純物濃度が低くなっている。特に、直下部分3の第3
の並列pn構造がドリフト部1の第1の並列pn構造よ
りもpn繰り返しピッチが狭いことから、p型ウェル領
域40が存在しないときでも、直下部分3のいずれのp
型領域3bもドリフト部1のp型仕切り領域1bの深さ
方向に沿って接続しているため、電位浮遊状態になら
ず、直下部分3の空乏化を保証できる。
In this embodiment, the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the corner of the first parallel pn structure of the drift portion 1. The layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the third parallel p
The layer surface of the drift structure 1 is parallel to the layer surface of the first parallel pn structure, and the layer surface of the first parallel pn structure of the drift unit 1 is parallel to the layer surface of the second parallel pn structure. The first part of the drift part 1
In comparison with the pn repetition pitch of the parallel pn structure, the pn repetition pitch of the parallel pn structure of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure 2 is narrower, which is about half. Further, the impurity concentration of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure portion 2 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1. In particular, the third
Has a smaller pn repetition pitch than the first parallel pn structure of the drift portion 1, even if the p-type well region 40 does not exist,
Since the mold region 3b is also connected along the depth direction of the p-type partition region 1b of the drift portion 1, the potential does not float and the depletion of the portion 3 immediately below can be guaranteed.

【0053】このように、ゲート取り出し電極の直下部
分3がドリフト部1のコーナー部に位置している場合で
も、実施例1と同様な作用効果を奏するものである。
As described above, even when the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the corner of the drift portion 1, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained.

【0054】〔実施例4〕図8は、本発明の実施例4に
係る縦形MOSFETにおけるチップの左上範囲を拡大
して示す平面図で、図7と同様に、図6中の矩形範囲B
1−B2−B3−B4に相当している。
[Embodiment 4] FIG. 8 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in a vertical MOSFET according to an embodiment 4 of the present invention. As in FIG. 7, a rectangular area B in FIG.
It corresponds to 1-B2-B3-B4.

【0055】本例もまた、実施例3と同様に、ゲート取
り出し電極の直下部分3の第3の並列pn構造はドリフ
ト部1の第1の並列pn構造のコーナー部に位置してい
るが、ドリフト部1の第1の並列pn構造の層面と直下
部分3の第3の並列pn構造との層面とは相直交し、ド
リフト部1の第1の並列pn構造の層面と耐圧構造部2
の第2の並列pn構造の層面とは相直交している。ま
た、ドリフト部1の第1の並列pn構造のpn繰り返し
ピッチに比し、直下部分3と耐圧構造部2の並列pn構
造のpn繰り返しピッチの方が狭くなっており、約半分
である。更に、ドリフト部1の不純物濃度に比し、直下
部分3と耐圧構造部2の不純物濃度が低くなっている。
In this embodiment, as in the third embodiment, the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the corner of the first parallel pn structure of the drift portion 1. The layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 is orthogonal to the layer surface of the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below, and the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the breakdown voltage structure portion 2
Are orthogonal to the layer plane of the second parallel pn structure. Also, the pn repetition pitch of the parallel pn structure of the portion 3 immediately below and the withstand voltage structure portion 2 is smaller than the pn repetition pitch of the first parallel pn structure of the drift portion 1, which is about half. Further, the impurity concentration of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure portion 2 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1.

【0056】このように、ゲート取り出し電極の直下部
分3がドリフト部1のコーナー部に位置している場合で
も、実施例1と同様な作用効果を奏するものである。コ
ーナー部では電界集中をできる限り避けるために、ドリ
フト部1と直下部分3との境界線は曲線を以って接続し
ているため、直下部分3における第3の並列pn構造の
pn繰り返し端面が一のp型仕切り領域に接続し難い。
その曲線の曲率にもよるが、むしろ、直下部分3におけ
るpn繰り返しピッチの方をドリフト部1におけるpn
繰り返しピッチに比し広くすると、p型ウェル領域40
が存在しないときでも、ソース電位を直下部分3のいず
れものp型領域3bに導電することが可能となる。
As described above, even when the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the corner of the drift portion 1, the same operation and effect as those of the first embodiment can be obtained. In the corner portion, the boundary between the drift portion 1 and the immediately lower portion 3 is connected with a curve in order to avoid electric field concentration as much as possible, so that the pn repeating end face of the third parallel pn structure in the immediately lower portion 3 is It is difficult to connect to one p-type partition region.
Although it depends on the curvature of the curve, the pn repetition pitch in the immediately lower portion 3 is rather pn in the drift portion 1.
If it is wider than the repetition pitch, the p-type well region 40
, The source potential can be conducted to any of the p-type regions 3b in the portion 3 immediately below.

【0057】〔実施例5〕図9は、本発明の実施例5に
係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図
で、MOSFETの表面活性化部や絶縁膜上のソース電
極層及びゲート取り出し電極を省略してある。図10
は、図9中の矩形範囲C1−C2−C3−C4を拡大し
て示す平面図である。図11は、図10中のC5−C6
線に沿って切断した状態を示す断面図である。
Fifth Embodiment FIG. 9 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET device according to a fifth embodiment of the present invention. Is omitted. FIG.
10 is an enlarged plan view showing a rectangular range C1-C2-C3-C4 in FIG. FIG. 11 shows C5-C6 in FIG.
It is sectional drawing which shows the state cut | disconnected along the line.

【0058】本例におけるゲート取り出し電極30の直
下部分3の第3の並列pn構造はドリフト部1の第1の
並列pn構造の中央部に位置している。ドリフト部1の
第1の並列pn構造の層面と直下部分3の第3の並列p
n構造との層面とは相平行し、ドリフト部1の第1の並
列pn構造の層面と耐圧構造部2の第2の並列pn構造
の層面とは相平行している。また、ドリフト部1の第1
の並列pn構造のpn繰り返しピッチに比し、直下部分
3と耐圧構造部2の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
の方が狭くなっており、約半分である。更に、ドリフト
部1の不純物濃度に比し、直下部分3と耐圧構造部2の
不純物濃度が低くなっている。直下部分3の第3の並列
pn構造がドリフト部1の第1の並列pn構造よりもp
n繰り返しピッチが狭いことから、p型ウェル領域40
が存在しないときでも、直下部分3のいずれのp型領域
3bもドリフト部1のp型仕切り領域1bの深さ方向に
沿って接続しているため、電位浮遊状態にならず、直下
部分3の空乏化を保証できる。
The third parallel pn structure of the portion 3 immediately below the gate extraction electrode 30 in this example is located at the center of the first parallel pn structure of the drift portion 1. The layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the third parallel p
The layer surface of the drift structure 1 is parallel to the layer surface of the first parallel pn structure, and the layer surface of the first parallel pn structure of the drift unit 1 is parallel to the layer surface of the second parallel pn structure. The first part of the drift part 1
In comparison with the pn repetition pitch of the parallel pn structure, the pn repetition pitch of the parallel pn structure of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure 2 is narrower, which is about half. Further, the impurity concentration of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure portion 2 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1. The third parallel pn structure of the lower portion 3 is more p-type than the first parallel pn structure of the drift portion 1.
Since the n-repetition pitch is narrow, the p-type well region 40
Does not exist, since any p-type region 3b of the immediately lower portion 3 is connected along the depth direction of the p-type partition region 1b of the drift portion 1, no potential floating state occurs, and Depletion can be guaranteed.

【0059】本例では、ゲート取り出し電極30がソー
ス電極層17の外周フィールドプレート17aはなく、
内周フィールドプレート17bに囲まれた領域に位置し
ているため、直下部分3の第3の並列pn構造がp型領
域40で覆われている外、外周フィールドプレート17
aの直下部分における第2の並列pn構造がp型ウェル
領域50で覆われ、p型ウェル領域50の中にソース電
極と導電接続するpコンタクト領域51が形成されて
いる。外周フィールドプレート17aの直下部分での空
乏化を早め、ダイナミック・アバランシェ・ブレイクダ
ウン耐量を確保できる。また、第1の並列pn構造の最
端の仕切り領域1bがp型ウェル領域50のウェル底に
接続していので、隣接する第2の並列pn構造の最端の
n型領域2aとのチャージバランスをとることができ
る。
In this embodiment, the gate extraction electrode 30 does not have the outer peripheral field plate 17 a of the source electrode layer 17,
Since the third parallel pn structure in the lower portion 3 is covered with the p-type region 40, the outer peripheral field plate 17 is located in the region surrounded by the inner peripheral field plate 17b.
The second parallel pn structure immediately below a is covered with a p-type well region 50, and ap + contact region 51 conductively connected to a source electrode is formed in the p-type well region 50. Depletion immediately under the outer peripheral field plate 17a can be accelerated, and dynamic avalanche breakdown resistance can be secured. Further, since the endmost partition region 1b of the first parallel pn structure is connected to the well bottom of the p-type well region 50, charge balance with the endmost n-type region 2a of the adjacent second parallel pn structure is made. Can be taken.

【0060】〔実施例6〕図12は、本発明の実施例4
に係る縦形MOSFETにおけるチップの左上範囲を拡
大して示す平面図である。図10と同様に、図9中の矩
形範囲C1−C2−C3−C4に相当している。
Embodiment 6 FIG. 12 shows Embodiment 4 of the present invention.
FIG. 3 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in the vertical MOSFET according to the first embodiment. Similar to FIG. 10, it corresponds to the rectangular range C1-C2-C3-C4 in FIG.

【0061】本例もまた、実施例5と同様に、ゲート取
り出し電極の直下部分3の第3の並列pn構造はドリフ
ト部1の第1の並列pn構造の中央部に位置している
が、ドリフト部1の第1の並列pn構造の層面と直下部
分3の第3の並列pn構造との層面とは相直交し、ドリ
フト部1の第1の並列pn構造の層面と耐圧構造部2の
第2の並列pn構造の層面とは相直交している。また、
ドリフト部1の第1の並列pn構造のpn繰り返しピッ
チに比し、直下部分3と耐圧構造部2の並列pn構造の
pn繰り返しピッチの方が狭くなっており、約半分であ
る。更に、ドリフト部1の不純物濃度に比し、直下部分
3と耐圧構造部2の不純物濃度が低くなっている。
In this embodiment, as in the fifth embodiment, the third parallel pn structure in the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the center of the first parallel pn structure in the drift portion 1. The layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the layer surface of the third parallel pn structure of the portion 3 immediately below are orthogonal to each other, and the layer surface of the first parallel pn structure of the drift portion 1 and the breakdown surface structure 2 The layer plane of the second parallel pn structure is orthogonal to the layer plane. Also,
Compared with the pn repetition pitch of the first parallel pn structure of the drift portion 1, the pn repetition pitch of the parallel pn structure of the portion 3 immediately below and the withstand voltage structure portion 2 is smaller, which is about half. Further, the impurity concentration of the portion 3 immediately below and the breakdown voltage structure portion 2 is lower than the impurity concentration of the drift portion 1.

【0062】直下部分3における第3の並列pn構造の
pn繰り返し端面が一のp型仕切り領域に接続している
ため、p型ウェル領域40が存在しないときでも、ソー
ス電位を直下部分3のいずれものp型領域3bに導電す
ることが可能となる。そして、ゲート取り出し電極の直
下部分3がドリフト部1のコーナー部に位置している場
合でも、実施例5と同様な作用効果を奏するものであ
る。
Since the pn repeating end face of the third parallel pn structure in the lower portion 3 is connected to one p-type partition region, even when the p-type well region 40 does not exist, the source potential is reduced to any one of the lower portion 3. It becomes possible to conduct electricity to the p-type region 3b. Then, even when the portion 3 immediately below the gate extraction electrode is located at the corner of the drift portion 1, the same operation and effect as those of the fifth embodiment can be obtained.

【0063】なお、上記各実施例では2重拡散型の縦形
MOSFETについて説明したが、本発明はIGBT
(伝導度変調型MOSFET)、バイポーラトランジス
タなどの3端子以上の縦形能動素子は勿論のこと、2端
子の受動素子に適用できるものである。
In each of the above embodiments, a double diffusion type vertical MOSFET has been described.
The present invention can be applied not only to vertical active devices having three or more terminals such as (conductivity modulation type MOSFET) and bipolar transistors but also to passive devices having two terminals.

【0064】[0064]

【発明の効果】以上説明したように、本発明は、ドリフ
ト部の周りの耐圧構造部を並列pn構造とすると共に、
第3電極層の直下部分や第1の電極層の周縁部の直下部
分もまた並列pn構造としながら、その直下部分のpn
繰り返しピッチをドリフト部のそれに比して狭くする
か、或いはその直下部分の不純物濃度をドリフト部のそ
れに比して低くした点に特徴を有するものであるから、
次のような効果を奏する。
As described above, according to the present invention, the withstand voltage structure around the drift portion has a parallel pn structure.
The portion immediately below the third electrode layer and the portion immediately below the peripheral portion of the first electrode layer also have a parallel pn structure, and the pn of the portion immediately below the parallel
It is characterized in that the repetition pitch is made narrower than that of the drift portion, or the impurity concentration in the portion immediately below it is lower than that of the drift portion,
The following effects are obtained.

【0065】(1) ドリフト部の周りに並列pn構造
が配置されているため、オフ状態では、多重のpn接合
面から空乏層が拡張し、活性部の近傍に限らず、外方向
や第2主面側まで空乏化するので、耐圧構造部の耐圧は
ドリフト部の耐圧よりも大きい。従って、ドリフト部に
縦形の並列pn構造を採用した超接合半導体素子におい
ても、耐圧構造部の耐圧が十分に保証されていることに
なるため、ドリフト部の並列pn構造の最適化が容易
で、超接合半導体素子の設計自由度が高まり、超接合半
導体素子を実用化できる。耐圧構造部の並列pn構造が
ドリフト部の並列pn構造よりも不純物量の少ない場
合、又は耐圧構造部の並列pn構造がドリフト部の並列
pn構造よりもpn繰り返しピッチの狭い場合、耐圧構
造部の耐圧をドリフト部の耐圧よりも確実に大きくで
き、信頼性が向上する。
(1) Since the parallel pn structure is disposed around the drift portion, in the off state, the depletion layer expands from the multiple pn junction surfaces, and is not limited to the vicinity of the active portion, but also in the outward direction or the second direction. Since the main surface side is depleted, the breakdown voltage of the breakdown voltage structure is higher than the breakdown voltage of the drift portion. Therefore, even in a super-junction semiconductor device employing a vertical parallel pn structure for the drift portion, the withstand voltage of the withstand voltage structure portion is sufficiently guaranteed, so that the parallel pn structure of the drift portion can be easily optimized. The degree of freedom in designing the super-junction semiconductor element is increased, and the super-junction semiconductor element can be put to practical use. When the parallel pn structure of the breakdown voltage structure has a smaller amount of impurities than the parallel pn structure of the drift portion, or when the parallel pn structure of the breakdown voltage structure has a smaller pn repetition pitch than the parallel pn structure of the drift portion, The withstand voltage can be surely made higher than the withstand voltage of the drift portion, and the reliability is improved.

【0066】(2) 第3電極層の直下部分又は第1の
電極層の周縁部の直下部分も並列pn構造であって、そ
のpn繰り返しピッチがドリフト部のpn繰り返しピッ
チよりも狭くなっているため、直下部分ではドリフト部
に比し単位面積当たりの空乏層が拡がり易く、直下部分
で決定されることはない。また、遮断瞬時には直下部分
での空乏層の拡張がドリフト部よりも早まり、電界強度
を緩和でき、キャリアがドリフト部側へ締め出されるた
め、直下部分ではダイナミック・アバランシェ・ブレイ
クダウンが発生し難くなる。従って、ダイナミック・ア
バランシェ・ブレイクダウンはドリフト部で発生し、直
下部分でのダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウ
ンを抑制でき、安定した耐圧の確保が可能であると共
に、高いダイナミック・アバランシェ・ブレイクダウン
耐量を得ることができる。直下部分の不純物濃度がドリ
フト部のそれに比して低い場合も同様の効果を得ること
ができる。
(2) The portion immediately below the third electrode layer or the portion immediately below the peripheral portion of the first electrode layer also has a parallel pn structure, and the pn repetition pitch is smaller than the pn repetition pitch of the drift portion. Therefore, the depletion layer per unit area is easy to expand in the portion directly below the drift portion, and is not determined in the portion directly below. In addition, at the moment of cutoff, the expansion of the depletion layer in the immediately lower part is faster than in the drift part, the electric field intensity can be reduced, and carriers are locked out to the drift part side, so that dynamic avalanche breakdown is less likely to occur in the immediately lower part. Become. Therefore, the dynamic avalanche breakdown occurs in the drift portion, the dynamic avalanche breakdown in the portion directly below can be suppressed, a stable breakdown voltage can be secured, and a high dynamic avalanche breakdown resistance can be obtained. be able to. The same effect can be obtained when the impurity concentration in the portion immediately below is lower than that in the drift portion.

【0067】(3) 直下部分の第1主面側が第1電極
層に導電接続する第2導電型ウェル領域で覆われて成る
構成では、オフ時には第3の並列pn構造の各縦形第2
導電型領域が確実に逆バイアスとなり、第2導電型領域
のpn接合から深さ方向にも空乏層が拡がり易く、第3
電極層の直下部分では高耐圧であって、より一層ダイナ
ミック・アバランシェ・ブレイクダウンが起こり難くな
るため、アバランシェ耐量を向上できる。しかも、ダイ
ナミック・アバランシェ・ブレイクダウンが第3電極層
の直下部分で万一発生した場合、キャリア引き抜き用と
して機能する第2導電型ウェル領域を介して第1電極層
に引き抜かれるため、発熱等による素子破壊を招くこと
がない。
(3) In the configuration in which the first main surface side of the immediately lower portion is covered with the second conductivity type well region that is conductively connected to the first electrode layer, each of the vertical parallel second structures of the third parallel pn structure is turned off.
The conductivity type region is surely reverse biased, and the depletion layer easily spreads in the depth direction from the pn junction of the second conductivity type region.
Since a high breakdown voltage is provided immediately below the electrode layer and dynamic avalanche breakdown is more unlikely to occur, the avalanche withstand capability can be improved. In addition, if a dynamic avalanche breakdown occurs immediately below the third electrode layer, the dynamic avalanche breakdown is drawn to the first electrode layer via the second conductive type well region functioning as a carrier withdrawal. No element destruction is caused.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の実施例1に係る縦形MOSFET素子
のチップを示す概略平面図である。
FIG. 1 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET device according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】図1中の矩形範囲A1−A2−A3−A4を拡
大して示す平面図である。
FIG. 2 is an enlarged plan view showing a rectangular range A1-A2-A3-A4 in FIG.

【図3】図2中のA5−A6線に沿って切断した状態を
示す断面図である。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state cut along line A5-A6 in FIG. 2;

【図4】実施例1における並列pn構造の変形例を示す
平面図である。
FIG. 4 is a plan view showing a modification of the parallel pn structure in the first embodiment.

【図5】本発明の実施例2に係る縦形MOSFETにお
けるチップの左上範囲を拡大して示す平面図である。
FIG. 5 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in a vertical MOSFET according to a second embodiment of the present invention.

【図6】本発明の実施例3に係る縦形MOSFET素子
のチップを示す概略平面図である。
FIG. 6 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET device according to a third embodiment of the present invention.

【図7】図6中の矩形範囲B1−B2−B3−B4を拡
大して示す平面図である。
FIG. 7 is an enlarged plan view showing a rectangular range B1-B2-B3-B4 in FIG. 6;

【図8】本発明の実施例4に係る縦形MOSFETにお
けるチップの左上範囲を拡大して示す平面図である。
FIG. 8 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in a vertical MOSFET according to Embodiment 4 of the present invention.

【図9】本発明の実施例5に係る縦形MOSFET素子
のチップを示す概略平面図である。
FIG. 9 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET device according to Embodiment 5 of the present invention.

【図10】図9中の矩形範囲C1−C2−C3−C4を
拡大して示す平面図である。
FIG. 10 is an enlarged plan view showing a rectangular range C1-C2-C3-C4 in FIG. 9;

【図11】図10中のC5−C6線に沿って切断した状
態を示す断面図である。
11 is a cross-sectional view showing a state cut along the line C5-C6 in FIG.

【図12】本発明の実施例6に係る縦形MOSFETに
おけるチップの左上範囲を拡大して示す平面図である。
FIG. 12 is an enlarged plan view showing an upper left area of a chip in a vertical MOSFET according to Embodiment 6 of the present invention.

【図13】従来の単一導電型のドリフト層を持つ縦形M
OSFETを示す部分断面図である。
FIG. 13 shows a conventional vertical M having a drift layer of a single conductivity type.
FIG. 3 is a partial cross-sectional view illustrating an OSFET.

【図14】従来の並列pn構造のドリフト層を持つ縦形
MOSFETを示す部分断面図である。
FIG. 14 is a partial cross-sectional view showing a conventional vertical MOSFET having a drift layer having a parallel pn structure.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ドレイン・ドリフト部 1a,1a′…n型ドリフト電路領域 1b,1b′…p型仕切領域 2…耐圧構造部 2a,2a′,3a,3a′…縦形n型領域 2b,2b′,3b,3b′…縦形p型領域 3…ゲート取り出し電極の直下部分 11…nドレイン層 12e…チャネル領域 13…高不純物濃度のpベース領域(pウェル) 14…nソース領域 15…ゲート絶縁膜 16…ゲート電極層 17…ソース電極 17a,17b…フィールドプレート 18…ドレイン電極 19,21,51…pコンタクト領域 20…層間絶縁膜 24…n型チャネルストッパ領域 25…nコンタクト領域 26…周縁電極 30…ゲート取り出し電極 40,50…p型ウェル領域 J…pn接合DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Drain drift part 1a, 1a '... N-type drift circuit area 1b, 1b' ... P-type partition area 2 ... Withstand voltage structure part 2a, 2a ', 3a, 3a' ... Vertical n-type area 2b, 2b ', 3b .., 3b '... vertical p-type region 3 ... directly below the gate extraction electrode 11 ... n + drain layer 12e ... channel region 13 ... p base region (p well) with high impurity concentration 14 ... n + source region 15 ... gate insulating film Reference Signs List 16 gate electrode layer 17 source electrode 17a, 17b field plate 18 drain electrode 19, 21, 51 p + contact region 20 interlayer insulating film 24 n-type channel stopper region 25 n + contact region 26 peripheral edge Electrode 30: gate extraction electrode 40, 50: p-type well region J: pn junction

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上野 勝典 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 大西 泰彦 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 佐藤 高広 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 (72)発明者 永岡 達司 神奈川県川崎市川崎区田辺新田1番1号 富士電機株式会社内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Katsunori Ueno 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-shi, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Inventor Yasuhiko Onishi No. 1, Tanabe-Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki-ku, Kanagawa No. 1 Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Takahiro Sato 1-1, Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture Inside Fuji Electric Co., Ltd. (72) Tatsushi Nagaoka, No. 1 Tanabe Nitta, Kawasaki-ku, Kawasaki City, Kanagawa Prefecture No. 1 Fuji Electric Co., Ltd.

Claims (23)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 基板の第1主面側に形成された活性部に
導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面側に
形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第2の
電極層と、前記活性部と前記低抵抗層との間に介在し、
オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共にオフ状
態では空乏化する縦形ドリフト部と、前記第1主面に絶
縁膜を介して形成され、前記第1電極層に少なくとも一
部が近接して成るオン・オフ制御用の第3電極層とを有
し、前記縦形ドリフト部が前記基板の厚み方向に配向す
る縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する
縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る
第1の並列pn構造となった半導体装置において、 前記縦形ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗
層との間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であっ
てオフ状態では空乏化する耐圧構造部が、前記基板の厚
み方向に配向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み
方向に配向する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返し
て接合して成る第2の並列pn構造であり、 前記第3電極層の直下部分が、前記基板の厚み方向に配
向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向
する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して
成る第3の並列pn構造であり、前記第3の並列pn構
造のpn繰り返しピッチが前記第1の並列pn構造のp
n繰り返しピッチよりも狭いことを特徴する半導体装
置。
1. A first electrode layer conductively connected to an active portion formed on a first main surface side of a substrate and a first conductive type low resistance layer formed on a second main surface side of the substrate. A second electrode layer for conductive connection, interposed between the active portion and the low resistance layer,
A vertical drift portion in which a drift current flows in a vertical direction in an on state and is depleted in an off state; and a vertical drift portion formed on the first main surface via an insulating film, and at least partially adjacent to the first electrode layer. A vertical first conductivity type region in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate, and a vertical second conductivity type region in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate; In a first parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining the semiconductor device, wherein the semiconductor device is interposed between the first main surface and the low resistance layer around the vertical drift portion, and is substantially in an on state. In the non-circuit area, the withstand voltage structure portion that is depleted in the off state alternates between a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. The second one that is repeatedly joined A parallel pn structure, in which a portion immediately below the third electrode layer alternates between a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A third parallel pn structure formed by joining the first parallel pn structure with the pn repetition pitch of the third parallel pn structure.
A semiconductor device characterized by being narrower than n repetition pitches.
【請求項2】 請求項1において、前記第3の並列pn
構造の不純物濃度は前記第1の並列pn構造の不純物濃
度よりも低いことを特徴とする半導体装置。
2. The method according to claim 1, wherein said third parallel pn
A semiconductor device, wherein the impurity concentration of the structure is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure.
【請求項3】 基板の第1主面側に形成された活性部に
導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面側に
形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第2の
電極層と、前記活性部と前記低抵抗層との間に介在し、
オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共にオフ状
態では空乏化する縦形ドリフト部と、前記1主面に絶縁
膜を介して形成され、前記第1電極層に少なくとも一部
が囲まれて成るオン・オフ制御用の第3電極層とを有
し、前記縦形ドリフト部が前記基板の厚み方向に配向す
る縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する
縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る
第1の並列pn構造となった半導体装置において、 前記縦形ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗
層との間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であっ
てオフ状態では空乏化する耐圧構造部が、前記基板の厚
み方向に配向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み
方向に配向する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返し
て接合して成る第2の並列pn構造であり、 前記第3電極層の直下部分が、前記基板の厚み方向に配
向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み方向に配向
する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して
成る第3の並列pn構造であり、前記第3の並列pn構
造の不純物濃度が前記第1の並列pn構造の不純物濃度
よりも低いことを特徴する半導体装置。
3. A first electrode layer conductively connected to an active portion formed on a first main surface side of a substrate and a first conductive type low resistance layer formed on a second main surface side of the substrate. A second electrode layer for conductive connection, interposed between the active portion and the low resistance layer,
A vertical drift portion in which a drift current flows in a vertical direction in an on state and is depleted in an off state; and an on-state portion formed on the one main surface via an insulating film and at least partially surrounded by the first electrode layer. A third electrode layer for off control, wherein a vertical first conductivity type region in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region in which the vertical drift portion is oriented in the thickness direction of the substrate; In a semiconductor device having a first parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining, the semiconductor device is interposed between the first main surface and the low resistance layer around the vertical drift portion, and is substantially non-conductive in an on state. The withstand voltage structure portion, which is a circuit region and is depleted in the off state, alternates between a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. Second line consisting of A column pn structure, wherein a portion immediately below the third electrode layer alternates between a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A third parallel pn structure formed by junction with the first parallel pn structure, wherein the impurity concentration of the third parallel pn structure is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure.
【請求項4】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項に
おいて、前記第2の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
は前記第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチよりも
狭いことを特徴する半導体装置。
4. The semiconductor according to claim 1, wherein a pn repetition pitch of the second parallel pn structure is smaller than a pn repetition pitch of the first parallel pn structure. apparatus.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
おいて、前記第2の並列pn構造の不純物濃度は前記第
1の並列pn構造の不純物濃度よりも低いことを特徴と
する半導体装置。
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein the impurity concentration of the second parallel pn structure is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure. .
【請求項6】 請求項1乃至請求項5のいずれか一項に
おいて、前記第3の並列pn構造の第1主面側が前記第
1電極層に導電接続する第2導電型ウェル領域で覆われ
て成ることを特徴する半導体装置。
6. The third conductive pn structure according to claim 1, wherein the first main surface side of the third parallel pn structure is covered with a second conductivity type well region that is conductively connected to the first electrode layer. A semiconductor device comprising:
【請求項7】 請求項6において、前記第3の並列pn
構造の第1主面側は前記第2導電型領域のウェル両端部
を除くウェル底に接続していることを特徴する半導体装
置。
7. The method of claim 6, wherein the third parallel pn
A semiconductor device, wherein the first main surface side of the structure is connected to the well bottom excluding both ends of the well of the second conductivity type region.
【請求項8】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に
おいて、前記第1の並列pn構造と前記第2の並列pn
構造とは層面が相平行して配置されていることを特徴と
する半導体装置。
8. The method according to claim 1, wherein the first parallel pn structure and the second parallel pn structure are connected to each other.
A semiconductor device, wherein the structure is such that the layer surfaces are arranged in parallel with each other.
【請求項9】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項に
おいて、前記第1の並列pn構造と前記第2の並列pn
構造とは層面が相直交して配置されていることを特徴と
する半導体装置。
9. The method according to claim 1, wherein the first parallel pn structure and the second parallel pn structure are connected to each other.
A semiconductor device, wherein the structure is such that the layer surfaces are arranged orthogonal to each other.
【請求項10】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項
において、前記第1の並列pn構造と前記第3の並列p
n構造とは層面が相平行して配置されていることを特徴
とする半導体装置。
10. The device according to claim 1, wherein the first parallel pn structure and the third parallel pn structure are connected to each other.
A semiconductor device characterized in that the n-type structure has layer surfaces arranged in parallel with each other.
【請求項11】 請求項1乃至請求項7のいずれか一項
において、前記第1の並列pn構造と前記第3の並列p
n構造とは層面が相直交して配置されていることを特徴
とする半導体装置。
11. The method according to claim 1, wherein the first parallel pn structure and the third parallel pn structure are connected to each other.
A semiconductor device characterized in that the n-structure is such that the layer surfaces are arranged orthogonal to each other.
【請求項12】 請求項1乃至請求項11のいずれか一
項において、前記第1、第2及び第3の並列pn構造を
構成する縦形第1導電型領域と縦形第2導電型領域と
は、平面的にストライプ状であることを特徴とする半導
体装置。
12. The vertical first conductivity type region and the vertical second conductivity type region constituting the first, second, and third parallel pn structures according to any one of claims 1 to 11, A semiconductor device having a stripe shape in plan view.
【請求項13】 基板の第1主面側に形成された活性部
に導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面側
に形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第2
の電極層と、前記活性部と前記低抵抗層との間に介在
し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共にオ
フ状態では空乏化する縦形ドリフト部とを有し、前記縦
形ドリフト部が前記基板の厚み方向に配向する縦形第1
導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する縦形第2導
電型とを交互に繰り返して接合して成る第1の並列pn
構造となった半導体装置において、 前記縦形ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗
層との間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であっ
てオフ状態では空乏化する耐圧構造部が、前記基板の厚
み方向に配向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み
方向に配向する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返し
て接合して成る第2の並列pn構造であり、 前記第1の並列pn構造又は前記第2の並列pn構造の
うち、少なくとも前記第1の電極層の周縁部の直下部分
における並列pn構造のpn繰り返しピッチが前記第1
の並列pn構造のpn繰り返しピッチよりも狭くなって
いることを特徴する半導体装置。
13. A first electrode layer conductively connected to an active portion formed on a first main surface side of a substrate and a first conductivity type low resistance layer formed on a second main surface side of the substrate. Conductive connection second
A vertical drift portion that is interposed between the active portion and the low resistance layer and that vertically flows a drift current in an on state and is depleted in an off state. A vertical first member oriented in the thickness direction of the substrate;
A first parallel pn formed by alternately and repeatedly joining a conductive type region and a vertical second conductive type oriented in the thickness direction of the substrate.
In the semiconductor device having a structure, a withstand voltage structure interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the vertical drift portion, and is substantially a non-circuit region in an on state and depleted in an off state. A second parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. In the first parallel pn structure or the second parallel pn structure, the pn repetition pitch of the parallel pn structure in at least a portion directly below the peripheral portion of the first electrode layer is the first pn structure.
Characterized in that the pitch is smaller than the pn repetition pitch of the parallel pn structure.
【請求項14】 請求項13において、前記直下部分に
おける並列pn構造の不純物濃度は前記第1の並列pn
構造の不純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体装
置。
14. The parallel pn structure according to claim 13, wherein an impurity concentration of the parallel pn structure in the immediately lower portion is equal to the first parallel pn structure.
A semiconductor device having a lower impurity concentration than a structure.
【請求項15】 基板の第1主面側に形成された活性部
に導電接続する第1の電極層と、前記基板の第2主面側
に形成された第1導電型の低抵抗層に導電接続する第2
の電極層と、前記活性部と前記低抵抗層との間に介在
し、オン状態ではドリフト電流を縦方向に流すと共にオ
フ状態では空乏化する縦形ドリフト部とを有し、前記縦
形ドリフト部が前記基板の厚み方向に配向する縦形第1
導電型領域と前記基板の厚み方向に配向する縦形第2導
電型とを交互に繰り返して接合して成る第1の並列pn
構造となった半導体装置において、 前記縦形ドリフト部の周りで前記第1主面と前記低抵抗
層との間に介在し、オン状態では概ね非電路領域であっ
てオフ状態では空乏化する耐圧構造部が、前記基板の厚
み方向に配向する縦形第1導電型領域と前記基板の厚み
方向に配向する縦形第2導電型領域とを交互に繰り返し
て接合して成る第2の並列pn構造であり、 前記第1の並列pn構造又は前記第2の並列pn構造の
うち、少なくとも前記第1の電極層の周縁部の直下部分
における並列pn構造の不純物濃度が前記第1の並列p
n構造の不純物濃度よりも低いことを特徴とする半導体
装置。
15. A first electrode layer conductively connected to an active portion formed on a first main surface side of a substrate and a first conductive type low resistance layer formed on a second main surface side of the substrate. Conductive connection second
A vertical drift portion that is interposed between the active portion and the low resistance layer and that vertically flows a drift current in an on state and is depleted in an off state. A vertical first member oriented in the thickness direction of the substrate;
A first parallel pn formed by alternately and repeatedly joining a conductive type region and a vertical second conductive type oriented in the thickness direction of the substrate.
In a semiconductor device having a structure, a withstand voltage structure interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the vertical drift portion, and is substantially a non-circuit region in an on state and depleted in an off state. A second parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining a vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. In the first parallel pn structure or the second parallel pn structure, the impurity concentration of the parallel pn structure in at least a portion directly below the peripheral portion of the first electrode layer is the first parallel pn structure.
A semiconductor device having a lower impurity concentration than an n-type structure.
【請求項16】 請求項13乃至請求項15のいずれか
一項において、前記第2の並列pn構造のpn繰り返し
ピッチは前記第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチ
よりも狭いことを特徴する半導体装置。
16. The semiconductor according to claim 13, wherein a pn repetition pitch of the second parallel pn structure is smaller than a pn repetition pitch of the first parallel pn structure. apparatus.
【請求項17】 請求項13乃至請求項16のいずれか
一項において、前記第2の並列pn構造の不純物濃度は
前記第1の並列pn構造の不純物濃度よりも低いことを
特徴とする半導体装置。
17. The semiconductor device according to claim 13, wherein an impurity concentration of the second parallel pn structure is lower than an impurity concentration of the first parallel pn structure. .
【請求項18】 請求項13乃至請求項17のいずれか
一項において、前記直下部分の並列pn構造の第1主面
側が前記第1電極層に導電接続する第2導電型ウェル領
域で覆われて成ることを特徴する半導体装置。
18. The well of any one of claims 13 to 17, wherein the first main surface side of the parallel pn structure immediately below the portion is covered with a second conductivity type well region conductively connected to the first electrode layer. A semiconductor device comprising:
【請求項19】 請求項18において、前記第1の並列
pn構造のうち前記直下部分の並列pn構造に隣接する
最端の縦形第2導電型領域は、前記第2導電型ウェル領
域のウェル端部に接続していることを特徴する半導体装
置。
19. The second conductive type well region according to claim 18, wherein an end of the first parallel pn structure, which is the last vertical second conductive type region adjacent to the parallel pn structure immediately below, is the well end of the second conductive type well region. A semiconductor device which is connected to a unit.
【請求項20】 請求項13乃至請求項19のいずれか
一項において、前記第1の電極層の周縁部はフィールド
プレートであることを特徴する半導体装置。
20. The semiconductor device according to claim 13, wherein a peripheral portion of the first electrode layer is a field plate.
【請求項21】 請求項13乃至請求項20のいずれか
一項において、前記第1の並列pn構造と前記第2の並
列pn構造とは層面が相平行して配置されていることを
特徴とする半導体装置。
21. The method according to claim 13, wherein the first parallel pn structure and the second parallel pn structure are arranged such that their layer surfaces are parallel to each other. Semiconductor device.
【請求項22】 請求項13乃至請求項20のいずれか
一項において、前記第1の並列pn構造と前記第2の並
列pn構造とは層面が相直交して配置されていることを
特徴とする半導体装置。
22. The method according to claim 13, wherein the first parallel pn structure and the second parallel pn structure are arranged such that their layer surfaces are orthogonal to each other. Semiconductor device.
【請求項23】 請求項13乃至請求項22のいずれか
一項において、前記第1及び第2の並列pn構造を構成
する縦形第1導電型領域と縦形第2導電型領域とは、平
面的にストライプ状であることを特徴とする半導体装
置。
23. The vertical first conductivity type region and the vertical second conductivity type region forming the first and second parallel pn structures according to any one of claims 13 to 22, wherein A semiconductor device characterized by having a stripe shape.
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