JPH11307785A - Power semiconductor device - Google Patents

Power semiconductor device

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Publication number
JPH11307785A
JPH11307785A JP10110729A JP11072998A JPH11307785A JP H11307785 A JPH11307785 A JP H11307785A JP 10110729 A JP10110729 A JP 10110729A JP 11072998 A JP11072998 A JP 11072998A JP H11307785 A JPH11307785 A JP H11307785A
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JP
Japan
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layer
type
electrode
groove
semiconductor substrate
Prior art date
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Abandoned
Application number
JP10110729A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masahiro Tanaka
雅浩 田中
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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Publication of JPH11307785A publication Critical patent/JPH11307785A/en
Abandoned legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D8/00Diodes
    • H10D8/411PN diodes having planar bodies
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D12/00Bipolar devices controlled by the field effect, e.g. insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/411Insulated-gate bipolar transistors [IGBT]
    • H10D12/441Vertical IGBTs
    • H10D12/461Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions
    • H10D12/481Vertical IGBTs having non-planar surfaces, e.g. having trenches, recesses or pillars in the surfaces of the emitter, base or collector regions having gate structures on slanted surfaces, on vertical surfaces, or in grooves, e.g. trench gate IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10DINORGANIC ELECTRIC SEMICONDUCTOR DEVICES
    • H10D64/00Electrodes of devices having potential barriers
    • H10D64/111Field plates
    • H10D64/117Recessed field plates, e.g. trench field plates or buried field plates

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 チップサイズを増加させずに耐圧を高める、
あるいは耐圧を減少させずにチップサイズを小さくする
こと。 【解決手段】 主要な表面を有するn- 型半導体層1
と、このn- 型半導体層1に形成され、このn- 型半導
体層1 との間のpn接合を主要な表面に終結させたp+
型アノード層2と、pn接合とn- 型半導体層1 の終端
との間の主要な表面に形成された溝6と、この溝6内に
形成された絶縁膜7と、溝6内に形成され、絶縁膜7を
介してn- 型半導体層1 と絶縁されたゲート電極8を具
備することを特徴としている。
(57) [Summary] [Problem] To increase breakdown voltage without increasing chip size,
Alternatively, reduce the chip size without reducing the withstand voltage. SOLUTION: An n- type semiconductor layer 1 having a main surface
And a p + formed on the n− type semiconductor layer 1 and terminating a pn junction with the n− type semiconductor layer 1 on the main surface.
Type anode layer 2, a groove 6 formed on the main surface between the pn junction and the end of n @-type semiconductor layer 1, an insulating film 7 formed in groove 6, and a groove 6 formed in groove 6. And a gate electrode 8 insulated from the n − type semiconductor layer 1 via an insulating film 7.

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】本発明は半導体装置に係わ
り、特に大電力用途の回路に使用される電力用半導体装
置の終端構造に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a termination structure of a power semiconductor device used in a circuit for high power use.

【0002】[0002]

【従来の技術】電気回路には、例えば100V程度の大
きな電圧がかかる大電力用途の回路がある。このような
大電力用途の回路には、例えば電力用半導体装置などと
呼ばれる、非常に耐圧の高い半導体装置が使用される。
2. Description of the Related Art As an electric circuit, there is a circuit for high power application to which a large voltage of, for example, about 100 V is applied. For such a circuit for high power use, a semiconductor device having a very high withstand voltage, for example, called a power semiconductor device is used.

【0003】この種の半導体装置としては、例えば回路
中の整流素子に使用される横型ダイオード等がある。図
19(A)は従来の横型ダイオードの平面図、図19
(B)は図19(A)中のXIXB−XIXB線に沿う断面図で
ある。
As this type of semiconductor device, there is, for example, a horizontal diode used as a rectifier in a circuit. FIG. 19A is a plan view of a conventional lateral diode, and FIG.
FIG. 20B is a sectional view taken along line XIXB-XIXB in FIG.

【0004】図19(A)、(B)に示すように、n-
型層301は例えばシリコン基板から成り、このn- 型
層301の表面領域にはp+ 型アノード層302が形成
されている。このp+ 型アノード層302はn- 型層3
01の終端、即ちチップの終端から離れている。これに
より、p+ 型アノード層302とn- 型層301とのp
n接合、即ち主接合は、n- 型層301の主要な平面に
終結する。アノード電極303はp+ 型アノード層30
2に電気的に接続される。n- 型層301の終端に沿っ
た部分には、n+ 型カソード層304が形成されてい
る。このn+ 型カソード層304は、n- 型層301の
終端に沿った部分、即ちチップの終端に沿って形成され
ることにより、p+ 型アノード層302を平面的に囲
む。これにより、横型のダイオードが構成される。
As shown in FIGS. 19A and 19B, n-
The mold layer 301 is made of, for example, a silicon substrate, and a p + -type anode layer 302 is formed in a surface region of the n − -type layer 301. This p + type anode layer 302 is an n − type layer 3
01, that is, away from the end of the chip. Thereby, the p + type anode layer 302 and the n− type layer 301
The n-junction, or main junction, terminates in the major plane of n-type layer 301. The anode electrode 303 is a p + type anode layer 30
2 is electrically connected. An n + -type cathode layer 304 is formed at a portion along the end of the n − -type layer 301. The n + -type cathode layer 304 is formed along the end of the n − -type layer 301, that is, along the end of the chip, and thus surrounds the p + -type anode layer 302 in a plane. Thereby, a horizontal diode is formed.

【0005】また、n+ 型カソード層304はチップの
終端に沿って形成されることにより、p+ 型アノード層
302とn- 型層301とのpn接合、即ち主接合から
チップの終端に向かって伸びる空乏層が、チップの終端
に接触することを防止する役目を持つ。即ちn+ 型カソ
ード層304は、カソードとして機能すると同時に、終
端構造の一つであるストッパ層を兼ねている。カソード
電極305はn+ 型カソード層304に電気的に接続さ
れる。
The n + -type cathode layer 304 is formed along the end of the chip, so that the pn junction between the p + -type anode layer 302 and the n − -type layer 301, that is, from the main junction to the end of the chip. The extended depletion layer serves to prevent contact with the end of the chip. That is, the n + -type cathode layer 304 functions as a cathode and also serves as a stopper layer, which is one of the terminal structures. Cathode electrode 305 is electrically connected to n + -type cathode layer 304.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
横型ダイオードでは、製品の耐圧を高めるためには、p
+ 型アノード層302とn+ 型カソード層304との距
離を大きくせざるを得ず、チップサイズの増加を伴う。
また、製品のチップサイズを小さくするためには、製品
の耐圧を低くしなければならない、という事情があっ
た。
However, in the conventional lateral diode, in order to increase the breakdown voltage of the product, p
The distance between the + type anode layer 302 and the n + type cathode layer 304 has to be increased, which leads to an increase in chip size.
Further, in order to reduce the chip size of a product, there has been a situation that the breakdown voltage of the product must be reduced.

【0007】この発明は上記の事情に鑑み為されたもの
で、その目的はチップサイズを増加させずに耐圧を高め
る、あるいは耐圧を減少させずにチップサイズを小さく
することができる電力用半導体装置を提供することにあ
る。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and has as its object to increase the withstand voltage without increasing the chip size or to reduce the chip size without decreasing the withstand voltage. Is to provide.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
にこの発明に係る電力用半導体装置では、主要な表面を
有する第1導電型の半導体基板と、この第1導電型の半
導体基板内に形成され、この半導体基板との間の主接合
を前記主要な表面に終結させた第2導電型の半導体領域
と、前記主接合と前記半導体基板の終端との間の前記主
要な表面に形成された溝と、この溝内に形成された絶縁
物と、前記溝内に形成され、前記絶縁物を介して前記半
導体基板と絶縁された電極体とを具備することを特徴と
している。
In order to achieve the above object, in a power semiconductor device according to the present invention, a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a semiconductor substrate of the first conductivity type are provided. A semiconductor region of the second conductivity type formed and terminating a main junction with the semiconductor substrate at the main surface; and formed at the main surface between the main junction and an end of the semiconductor substrate. A groove, an insulator formed in the groove, and an electrode body formed in the groove and insulated from the semiconductor substrate via the insulator.

【0009】また、主要な表面を有する第1導電型の半
導体基板と、この第1導電型の半導体基板内に形成さ
れ、この半導体基板との間の主接合を前記主要な表面に
終結させた第2導電型の半導体領域と、前記第1導電型
の半導体基板に電気的に接続された第1の電極と、前記
第2導電型の半導体領域に電気的に接続された第2の電
極と、前記第1導電型の半導体基板と前記第2導電型の
半導体領域との間の前記主要な表面に形成された溝と、
この溝内に形成された絶縁物と、前記溝内に形成され、
前記絶縁物を介して前記半導体基板と絶縁された電極体
とを具備することを特徴としている。
Further, a semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface and a main junction formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type and terminating at the main surface are terminated at the main surface. A semiconductor region of a second conductivity type, a first electrode electrically connected to the semiconductor substrate of the first conductivity type, and a second electrode electrically connected to the semiconductor region of the second conductivity type. A groove formed on the main surface between the semiconductor substrate of the first conductivity type and the semiconductor region of the second conductivity type;
An insulator formed in the groove, and an insulator formed in the groove;
It is characterized by comprising an electrode body insulated from the semiconductor substrate via the insulator.

【0010】上記構成を具備する電力用半導体装置にお
いては、半導体基板と半導体領域とを逆バイアスした
時、上記溝内に形成された絶縁物中の等電位線を“密”
とすることが可能である。上記溝内に形成された絶縁物
中の等電位線が“密”となれば、上記半導体基板中の等
電位線は“疎”になる。これにより、上記半導体基板中
の電界を小さくできる。
In the power semiconductor device having the above configuration, when the semiconductor substrate and the semiconductor region are reverse-biased, the equipotential lines in the insulator formed in the trench are set to “dense”.
It is possible. If the equipotential lines in the insulator formed in the trench become “dense”, the equipotential lines in the semiconductor substrate become “sparse”. Thus, the electric field in the semiconductor substrate can be reduced.

【0011】また、主接合と半導体基板の終端との間の
主要な表面に、電極体を内部に形成した溝を有するの
で、主接合から電界が集中するようなコーナー部を無く
せる、あるいはコーナー部があったとしても電界の集中
を緩和することが可能である。上記コーナー部を無くす
か、あるいはコーナー部の電界の緩和が可能なことによ
り、アバランシェブレークダウンを発生し難くできる。
したがって、チップサイズを増加させずに耐圧を高める
ことができ、あるいは耐圧を減少させずにチップサイズ
を小さくすることができる。
In addition, since the main surface between the main junction and the end of the semiconductor substrate has a groove in which an electrode body is formed, it is possible to eliminate a corner where an electric field is concentrated from the main junction, or Even if there is a part, it is possible to reduce the concentration of the electric field. Eliminating the corners or alleviating the electric field at the corners makes it less likely to cause avalanche breakdown.
Therefore, the breakdown voltage can be increased without increasing the chip size, or the chip size can be reduced without decreasing the breakdown voltage.

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して、本発明の
実施の形態を説明する。この説明において、全図にわた
り共通の部分には共通の参照符号を付す。[第1の実施
形態]図1(A)は本発明の第1の実施形態に係る横型
ダイオードの平面図、図1(B)は図1(A)中のIB
−IB線に沿う断面図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In this description, common parts are denoted by common reference numerals throughout the drawings. [First Embodiment] FIG. 1A is a plan view of a lateral diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG. 1B is a plan view of the IB in FIG. 1A.
It is sectional drawing which follows the -IB line.

【0013】図1(A)、(B)に示すように、n- 型
層1は例えばシリコン基板から成り、このn- 型層1の
表面領域にはp+ 型アノード層2が形成されている。こ
のp+ 型アノード層2はn- 型層1の終端、即ちチップ
の終端から離れている。これにより、p+ 型アノード層
2とn- 型層1とのpn接合、即ち主接合は、n- 型層
1の主要な平面に終結する。アノード電極3はp+ 型ア
ノード層2に電気的に接続される。n- 型層1の終端に
沿った部分には、n+ 型カソード層4が形成されてい
る。このn+ 型カソード層4は、n- 型層1の終端に沿
った部分、即ちチップの終端に沿って形成されることに
より、p+ 型アノード層2を平面的に囲む。これによ
り、横型のダイオードが構成される。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the n − type layer 1 is made of, for example, a silicon substrate, and ap + type anode layer 2 is formed in the surface region of the n − type layer 1. I have. The p @ + -type anode layer 2 is separated from the terminal of the n @-type layer 1, that is, the terminal of the chip. As a result, the pn junction between the p + -type anode layer 2 and the n − -type layer 1, that is, the main junction, terminates at the main plane of the n − -type layer 1. The anode electrode 3 is electrically connected to the p + type anode layer 2. An n + -type cathode layer 4 is formed at a portion along the end of the n − -type layer 1. The n + -type cathode layer 4 is formed along the end of the n − -type layer 1, that is, along the end of the chip, and thus surrounds the p + -type anode layer 2 in a plane. Thereby, a horizontal diode is formed.

【0014】また、n+ 型カソード層4はチップの終端
に沿って形成されることにより、p+ 型アノード層2と
n- 型層1とのpn接合、即ち主接合からチップの終端
に向かって伸びる空乏層が、チップの終端に接触するこ
とを防止する役目を持つ。即ちn+ 型カソード層4は、
カソードとして機能すると同時に、終端構造の一つであ
るストッパ層を兼ねている。カソード電極5はn+ 型カ
ソード層4に電気的に接続される。
The n + -type cathode layer 4 is formed along the end of the chip, so that the pn junction between the p + -type anode layer 2 and the n − -type layer 1, ie, from the main junction to the end of the chip. The extended depletion layer serves to prevent contact with the end of the chip. That is, the n + type cathode layer 4
At the same time as functioning as a cathode, it also serves as a stopper layer, which is one of the terminal structures. Cathode electrode 5 is electrically connected to n + type cathode layer 4.

【0015】さらに、p+ 型アノード層2とn+ 型カソ
ード層4との間のn- 型層1の部分には溝6が形成され
ている。溝6はp+ 型アノード層2とn- 型層1とのp
n接合とチップの終端との間に形成される。溝6の内部
には絶縁膜7を介してゲート電極8が形成されている。
絶縁膜7は例えば二酸化シリコンから成る。
Further, a groove 6 is formed in a portion of the n− type layer 1 between the p + type anode layer 2 and the n + type cathode layer 4. The groove 6 is formed between the p + type anode layer 2 and the n − type
It is formed between the n-junction and the end of the chip. A gate electrode 8 is formed inside the groove 6 via an insulating film 7.
The insulating film 7 is made of, for example, silicon dioxide.

【0016】図2は図1(B)中の枠II内の拡大図であ
る。なお、図2にはアノード電極3とカソード電極5と
を逆バイアスした状態でゲート電極8をアノード電極3
に接続した時の電位分布を示す。
FIG. 2 is an enlarged view of the inside of the frame II in FIG. FIG. 2 shows that the gate electrode 8 is connected to the anode electrode 3 with the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 reversely biased.
Shows the potential distribution when connected to.

【0017】図2に示すように、アノード電極3とカソ
ード電極5とを逆バイアスした状態では、n- 型層1
に、p+ 型アノード層2からn+ 型カソード層4に向か
う空乏層が伸びる。上記逆バイアスした状態でゲート電
極8をアノード電極3に接続すると、溝6の周囲にp型
の反転層が誘起される。これにより、p+ 型アノード層
2とn+ 型カソード層4との間に生じた電界の一部は、
溝6内の絶縁膜7にかかるようになる。よって、n- 型
層1中の電界が緩和され、このn- 型層1への空乏層の
伸びを抑えることができる。また、図2中の破線は等電
位線を示している。この破線に示すように、溝6に形成
された絶縁膜7中において、等電位線は“密”になる。
As shown in FIG. 2, when the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 are reversely biased, the n− type layer 1
Then, a depletion layer extends from the p + -type anode layer 2 to the n + -type cathode layer 4. When the gate electrode 8 is connected to the anode electrode 3 in the reverse biased state, a p-type inversion layer is induced around the groove 6. As a result, part of the electric field generated between the p + -type anode layer 2 and the n + -type cathode layer 4
It will cover the insulating film 7 in the groove 6. Therefore, the electric field in the n − -type layer 1 is reduced, and the extension of the depletion layer to the n − -type layer 1 can be suppressed. The broken lines in FIG. 2 indicate equipotential lines. As shown by the broken line, the equipotential lines become “dense” in the insulating film 7 formed in the trench 6.

【0018】図3(A)、(B)はそれぞれアノード電
極3とカソード電極5とを逆バイアスした状態でゲート
電極8をアノード電極3に接続した時の電位分布をより
詳細に示した図である。なお、図3(A)は従来の横型
ダイオード製品の電位分布を示しており、同図(B)は
本第1の実施形態に係る横型ダイオード製品の電位分布
を示している。また、アノード電極3とカソード電極5
との間に印加した電圧は100Vである。
FIGS. 3A and 3B are diagrams showing the potential distribution when the gate electrode 8 is connected to the anode electrode 3 in a state where the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 are reversely biased, respectively. is there. FIG. 3A shows the potential distribution of the conventional horizontal diode product, and FIG. 3B shows the potential distribution of the horizontal diode product according to the first embodiment. Further, the anode electrode 3 and the cathode electrode 5
Is 100 V.

【0019】図3(A)に示す従来の横型ダイオードに
比べて、同図(B)に示す本第1の実施形態に係る横型
ダイオードでは、溝6に形成された絶縁膜7中の等電位
線が“密”となる分、n- 型層1中の等電位線は“疎”
になる。等電位線が“密”な部分は電界が大きいこと
を、反対に“疎”な部分は電界が小さいことを示してい
る。例えばチップの終端から75Vの等電位線までの距
離を比較すると、同図(A)に示す従来の横型ダイオー
ドでは距離“L”であるのに対し、同図(B)に示すよ
うに本第1の実施形態に係る横型ダイオードでは距離
“L”よりも長い距離“L’”になる。このようにチッ
プの終端から例えば75Vの等電位線までの距離が長く
なることは、n- 型層3中の電界が小さくなったことを
示す。
As compared with the conventional lateral diode shown in FIG. 3A, the lateral diode according to the first embodiment shown in FIG. 3B has an equal potential in the insulating film 7 formed in the groove 6. Since the line becomes “dense”, the equipotential lines in the n− type layer 1 become “sparse”.
become. A "dense" portion of the equipotential lines indicates a large electric field, and a "sparse" portion indicates a small electric field. For example, comparing the distance from the end of the chip to the 75 V equipotential line, the distance is “L” in the conventional horizontal diode shown in FIG. In the lateral diode according to the first embodiment, the distance “L ′” is longer than the distance “L”. An increase in the distance from the end of the chip to an equipotential line of, for example, 75 V indicates that the electric field in the n − -type layer 3 has decreased.

【0020】また、同図(A)に示すように従来の横型
ダイオードでは、p+ 型アノード層2とn- 型層1との
pn接合、即ち主接合がn- 型層1の主要な表面に終結
している。このため主接合はコーナー部201を有す
る。コーナー部201は電界が集中し易く、アバランシ
ェブレークダウンを生じやすい。これに対し、本第1の
実施形態に係る横型ダイオードでは、同図(B)に示す
ように主接合を溝6に終結させることによって主接合か
らコーナー部を無くせる、あるいはたとえ主接合にコー
ナー部があってもそれに隣接してアノード電極3との間
に実質的に電位差がないゲート電極8を配置できるの
で、コーナー部に電界が集中することを緩和することが
できる。よって、アバランシェブレークダウンをより発
生し難くすることができる。
As shown in FIG. 2A, in the conventional lateral diode, the pn junction between the p + -type anode layer 2 and the n--type layer 1, that is, the main junction is the main surface of the n--type layer 1. Has ended. Therefore, the main joint has a corner portion 201. In the corner portion 201, the electric field is easily concentrated, and avalanche breakdown is likely to occur. On the other hand, in the lateral diode according to the first embodiment, the main junction is terminated in the groove 6 to eliminate a corner portion from the main junction as shown in FIG. Even if there is a portion, the gate electrode 8 having substantially no potential difference with the anode electrode 3 can be arranged adjacent to the portion, so that concentration of the electric field at the corner portion can be reduced. Therefore, avalanche breakdown can be made more difficult to occur.

【0021】このような本第1の実施形態によれば、p
+ 型アノード層2とn- 型層1とのpn接合、即ち主接
合に逆バイアスを印加した時、この主接合とn- 型層1
の終端、即ちチップの終端との間に生ずる等電位線を、
溝6に形成された絶縁膜7中で“密”、n- 型層1中で
“疎”となるように電位を偏在化できるので、n- 型層
1中の電界を小さくできる。
According to such a first embodiment, p
When a reverse bias is applied to the pn junction between the + type anode layer 2 and the n − type layer 1, that is, the main junction, the main junction and the n − type layer 1
The end of the chip, that is, the equipotential line generated between the end of the chip,
Since the potential can be unevenly distributed so as to be “dense” in the insulating film 7 formed in the groove 6 and “sparse” in the n − -type layer 1, the electric field in the n − -type layer 1 can be reduced.

【0022】また、主接合に電界が集中し易い部分があ
っても、この部分への電界の集中を緩和でき、アバラン
シェブレークダウンを発生し難くできる。したがって、
横型ダイオードの耐圧を向上でき、チップサイズを従来
の製品と同じとすれば耐圧をより高めることができ、ま
た、耐圧を従来の製品と同じとすれば、チップサイズを
より小さくすることができる。
Further, even if there is a portion where the electric field tends to concentrate at the main junction, the concentration of the electric field at this portion can be reduced, and avalanche breakdown can be less likely to occur. Therefore,
The breakdown voltage of the lateral diode can be improved, and if the chip size is the same as that of the conventional product, the breakdown voltage can be further increased. If the breakdown voltage is the same as that of the conventional product, the chip size can be further reduced.

【0023】上記横型ダイオードは、上述のように10
0V以上の逆バイアスが印加されるような大電力用途の
回路に使用される。このような大電力用途の回路におい
て、上記横型ダイオードは、例えば整流素子として使用
することができる。
The above-mentioned lateral diode has a capacity of 10 as described above.
It is used in circuits for high power applications where a reverse bias of 0 V or more is applied. In such a circuit for high power use, the horizontal diode can be used, for example, as a rectifier.

【0024】[第2の実施形態]上記第1の実施形態で
は横型ダイオードの例を示したが、本発明は横型ダイオ
ードばかりでなく、縦型ダイオードにも上記同様の効果
をもって適用することができる。
[Second Embodiment] In the above-described first embodiment, an example of a horizontal diode has been described. However, the present invention can be applied not only to a horizontal diode but also to a vertical diode with the same effect as described above. .

【0025】図4(A)は本発明の第2の実施形態に係
る縦型ダイオードの平面図、図4(B)は図4(A)中
のIVB−IVB線に沿う断面図である。また、図5は図4
(B)中の枠V内の拡大図である。
FIG. 4A is a plan view of a vertical diode according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4B is a sectional view taken along the line IVB-IVB in FIG. FIG. 5 is FIG.
It is an enlarged view in the frame V in (B).

【0026】図4(A)、(B)に示すように、n+ 型
カソード層4’はn- 型層1の終端ではなく、これの裏
面に形成されている。カソード電極5’はn- 型層1の
裏面に形成されたn+ 型カソード層4’に電気的に接続
されている。これにより、ダイオードは、縦型となる。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the n + -type cathode layer 4 ′ is formed not on the end of the n − -type layer 1 but on the back surface thereof. The cathode electrode 5 'is electrically connected to an n + type cathode layer 4' formed on the back surface of the n- type layer 1. Thereby, the diode becomes a vertical type.

【0027】また、n- 型層1の終端、即ちチップの終
端には、図1(A)、(B)に示したn+ 型カソード層
4と同様に、p+ 型アノード層2を平面的に囲むn+ 型
層24が形成されている。このn+ 型層24は終端構造
の一つであるストッパ層であり、p+ 型アノード層2と
n- 型層1とのpn接合、即ち主接合に発生する空乏層
がチップの終端に接触することを防止する役目を持つ。
これにより、空乏層が半導体基板の終端に達することに
起因した耐圧の著しい劣化を抑制している。
At the end of the n − -type layer 1, that is, at the end of the chip, the p + -type anode layer 2 is planarized similarly to the n + -type cathode layer 4 shown in FIGS. 1A and 1B. An n @ + -type layer 24 is formed so as to surround it. The n @ + -type layer 24 is a stopper layer which is one of the termination structures, and a pn junction between the p @ + -type anode layer 2 and the n @--type layer 1, that is, a depletion layer generated at the main junction contacts the end of the chip. Has the role of preventing
This suppresses remarkable deterioration in breakdown voltage caused by the depletion layer reaching the end of the semiconductor substrate.

【0028】本第2の実施形態では、図5に示すよう
に、アノード電極3とカソード電極5’とを逆バイアス
した状態では、n- 型層1に、p+ 型アノード層2から
n+ 型カソード層4に向かうと同時にn- 型層1の終端
に向かって伸びる空乏層が発生する。この逆バイアスし
た状態でゲート電極8をアノード電極3に接続すると、
溝6の周囲にp型の反転層が誘起される。これにより、
p+ 型アノード層2とn- 型層1とのpn接合から、n
- 型層1の終端に向かって生ずる電界の一部は、溝6内
の絶縁膜7にかかるようになる。
In the second embodiment, as shown in FIG. 5, when the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 'are reverse-biased, the p + type anode layer 2 A depletion layer is generated which extends toward the negative-type cathode layer 4 and at the same time toward the end of the n − -type layer 1. When the gate electrode 8 is connected to the anode electrode 3 in the reverse biased state,
A p-type inversion layer is induced around the groove 6. This allows
From the pn junction between the p + type anode layer 2 and the n − type layer 1, n
-A part of the electric field generated toward the end of the mold layer 1 is applied to the insulating film 7 in the groove 6.

【0029】図5中の破線は等電位線を示している。こ
の破線に示すように、本第2の実施形態においても上記
第1の実施形態と同様、溝6に形成された絶縁膜7中に
おいて、等電位線が“密”になる。これにより、n- 型
層1中の電界を緩和でき、このn- 型層1の終端に向か
うような空乏層の伸びを抑えることができる。
The broken lines in FIG. 5 indicate equipotential lines. As shown by the broken line, in the second embodiment, the equipotential lines are "dense" in the insulating film 7 formed in the groove 6 as in the first embodiment. Thereby, the electric field in the n − -type layer 1 can be reduced, and the extension of the depletion layer toward the end of the n − -type layer 1 can be suppressed.

【0030】また、上記第1の実施形態と同様、溝6を
有するので、p+ 型アノード層2とn- 型層1とのpn
接合からコーナー部を無くせる、あるいはコーナー部の
電界を緩和可能である。これにより、アバランシェブレ
ークダウンを発生し難くできる。
Further, similar to the first embodiment, since the groove 6 is provided, the pn layer between the p + type anode layer 2 and the n −
The corner portion can be eliminated from the junction, or the electric field at the corner portion can be reduced. Thereby, avalanche breakdown can hardly occur.

【0031】したがって、縦型ダイオードの耐圧を向上
でき、チップサイズを従来の製品と同じとすれば耐圧を
より高めることができ、また、耐圧を従来の製品と同じ
とすれば、チップサイズをより小さくすることができ
る。
Therefore, the withstand voltage of the vertical diode can be improved, the withstand voltage can be further increased if the chip size is the same as that of the conventional product, and the chip size can be further increased if the withstand voltage is the same as that of the conventional product. Can be smaller.

【0032】上記縦型ダイオードは、横型ダイオードと
同様に例えば100V以上の逆バイアスが印加されるよ
うな大電力用途の回路に使用され、例えば整流素子とし
て使用される。
The vertical diode is used in a circuit for a high power application in which a reverse bias of, for example, 100 V or more is applied, like the horizontal diode, and is used, for example, as a rectifier.

【0033】[第3の実施形態]上記第1、第2の実施
形態では半導体基板に形成される主接合、例えばダイオ
ードのアノード〜カソード間のpn接合と半導体基板の
終端との間の電界を緩和する例を示したが、本発明は上
記主接合と半導体基板の中程に形成される電極との間の
電界を緩和することもできる。半導体基板の中程に形成
される電極を有する半導体装置としては、例えば還流ダ
イオード付きのIGBTがある。
[Third Embodiment] In the first and second embodiments, the electric field between the main junction formed on the semiconductor substrate, for example, the pn junction between the anode and the cathode of the diode and the terminal of the semiconductor substrate is reduced. Although an example of relaxation is shown, the present invention can also relax the electric field between the main junction and an electrode formed in the middle of the semiconductor substrate. As a semiconductor device having an electrode formed in the middle of a semiconductor substrate, for example, there is an IGBT with a freewheeling diode.

【0034】図6は本発明の第3の実施形態に係る還流
ダイオード付きのIGBTの平面図、図7は図6中のVI
I −VII 線に沿う断面図である。また、図8は図7中の
枠VIII内の拡大図である。
FIG. 6 is a plan view of an IGBT with a free wheel diode according to a third embodiment of the present invention, and FIG.
It is sectional drawing which follows the I-VII line. FIG. 8 is an enlarged view in a frame VIII in FIG.

【0035】図6〜図8に示すように、n- 型ベース層
31は例えばシリコン基板から成り、このn- 型ベース
層31の表面領域にはp型ベース層32が形成されてい
る。このp型ベース層32はn- 型ベース層31の終
端、即ちチップの終端から離れている。本第3の実施形
態においてはp型ベース層32はチップのセンターに位
置する領域(以下センター領域)101を間に挟み、そ
の両側にそれぞれ配置される。本第3の実施形態におい
ては、このセンター領域101は一方向に延長され、平
面から見て帯状の領域とされている。このセンター領域
101の表面にはn- 型ベース層31が露呈する。セン
ター領域101にはn+ 型カソード層33が形成されて
いる。このn+ 型カソード層33はセンター領域101
の両側にそれぞれ配置されたp型ベース層32から離れ
ている。さらに本第3の実施形態においては、n+ 型カ
ソード層33はセンター領域101に沿って帯状に形成
されている。このn+ 型カソード層33にはカソード電
極34が電気的に接続されている。
As shown in FIGS. 6 to 8, the n − -type base layer 31 is made of, for example, a silicon substrate, and a p-type base layer 32 is formed in a surface region of the n − -type base layer 31. This p-type base layer 32 is separated from the end of the n − -type base layer 31, that is, the end of the chip. In the third embodiment, the p-type base layer 32 is disposed on both sides of a region 101 (hereinafter, center region) located at the center of the chip. In the third embodiment, the center region 101 is extended in one direction, and is a band-like region when viewed from a plane. On the surface of the center region 101, the n @-type base layer 31 is exposed. In the center region 101, an n + type cathode layer 33 is formed. This n + type cathode layer 33 is
Are separated from the p-type base layer 32 disposed on both sides of the p-type base layer 32. Further, in the third embodiment, the n + -type cathode layer 33 is formed in a band along the center region 101. A cathode electrode 34 is electrically connected to the n + type cathode layer 33.

【0036】上記n- 型ベース層31の裏面にはp+ 型
コレクタ層35が形成されている。このp+ 型コレクタ
層35にはコレクタ電極36が電気的に接続されてい
る。また、上記カソード電極34は、このコレクタ電極
36に電気的に接続されている(図7参照)。
On the back surface of the n- type base layer 31, ap + type collector layer 35 is formed. A collector electrode 36 is electrically connected to the p + type collector layer 35. The cathode electrode 34 is electrically connected to the collector electrode 36 (see FIG. 7).

【0037】上記p型ベース層32にはこれを貫通して
n- 型ベース層31に達する溝(以下トレンチ)37が
複数形成されている。本第3の実施形態においては、こ
れら複数のトレンチ37は上記センター領域101に沿
った方向に延長され、平面から見てストライプ状に配置
される。これらトレンチ37各々の中にはゲート絶縁膜
38が形成され、さらにこのゲート絶縁膜38を介して
上記p型ベース層32に容量結合するゲート電極39が
形成されている。ゲート絶縁膜38は例えば二酸化シリ
コンから成り、ゲート電極39は例えば導電性のポリシ
リコンから成る。このトレンチ37内に形成されたゲー
ト電極39はIGBTをスイッチングする制御信号を受
ける制御端子である。
The p-type base layer 32 has a plurality of trenches (hereinafter referred to as trenches) 37 penetrating therethrough and reaching the n − -type base layer 31. In the third embodiment, the plurality of trenches 37 extend in a direction along the center region 101, and are arranged in a stripe shape when viewed from above. A gate insulating film 38 is formed in each of the trenches 37, and a gate electrode 39 that is capacitively coupled to the p-type base layer 32 via the gate insulating film 38 is formed. The gate insulating film 38 is made of, for example, silicon dioxide, and the gate electrode 39 is made of, for example, conductive polysilicon. The gate electrode 39 formed in the trench 37 is a control terminal for receiving a control signal for switching the IGBT.

【0038】上記トレンチ37間に露呈したp型ベース
層32の表面には、n+ 型エミッタ層40が形成されて
いる。n+ 型エミッタ層40にはこれを貫通してp型ベ
ース層32に達するp+ 型層41が形成されている。こ
れらn+ 型エミッタ層40およびp+ 型層41にはエミ
ッタ電極42が電気的に接続されている。
An n + -type emitter layer 40 is formed on the surface of the p-type base layer 32 exposed between the trenches 37. In the n + type emitter layer 40, a p + type layer 41 penetrating therethrough and reaching the p type base layer 32 is formed. An emitter electrode 42 is electrically connected to the n + -type emitter layer 40 and the p + -type layer 41.

【0039】上記複数のトレンチ37のうち、センター
領域101に隣接するトレンチ37と、センター領域1
01に形成されたn+ 型カソード層33との間の領域に
は、p+ 型アノード層43が形成されている。このp+
型アノード層43はn+ 型カソード層33から離れてい
る。また、本第3の実施形態においては、p+ 型アノー
ド層43はトレンチ37に沿って、n+ 型カソード層3
3と互いに対向するように、ベルト状に形成されてい
る。このp+ 型アノード層43にはアノード電極44が
電気的に接続されている。このアノード電極44は、上
記エミッタ電極42に電気的に接続されている(図7参
照)。これにより、本第3の実施形態では、IGBT
と、カソードをIGBTのコレクタに接続し、アノード
を上記IGBTのエミッタに接続したダイオードとが互
いに1つのチップ内に形成されるようになる。このダイ
オードは、IGBTの還流ダイオードFWD(Free Whe
elingDiode )として機能する。また、チップの終端部
分に沿って、これらIGBTおよびその還流ダイオーF
WDが形成された部分を囲むように、n+ 型ストッパ層
45が形成されている。
Of the plurality of trenches 37, the trench 37 adjacent to the center region 101 and the center region 1
A p + -type anode layer 43 is formed in a region between the n + -type cathode layer 33 and the n + -type cathode layer 33. This p +
The anode layer 43 is separated from the n + cathode layer 33. In the third embodiment, the p + -type anode layer 43 is formed along the trench 37 along the n + -type cathode layer 3.
3 is formed in a belt shape so as to face each other. An anode electrode 44 is electrically connected to the p + type anode layer 43. The anode electrode 44 is electrically connected to the emitter electrode 42 (see FIG. 7). Thereby, in the third embodiment, the IGBT
And a diode having a cathode connected to the collector of the IGBT and an anode connected to the emitter of the IGBT, are formed in one chip. This diode is a freewheeling diode FWD (Free Whe
elingDiode). In addition, these IGBTs and the reflux diode F
An n + type stopper layer 45 is formed so as to surround the portion where WD is formed.

【0040】上記p+ 型アノード層43とn+ 型カソー
ド層33との間のn- 型ベース層31の部分には溝46
が形成されている。この溝46はp+ 型アノード層43
とn- ベース層31とのpn接合と、チップの中程に形
成される電極、本第3の実施形態においては還流ダイオ
ードのn+ 型カソード電極34(n+ 型カソード層3
3)との間に形成される。溝46の内部には絶縁膜47
を介してゲート電極48が形成されている。絶縁膜47
は例えば二酸化シリコンから成り、ゲート電極48は例
えば導電性のポリシリコンから成る。この溝46内に形
成されたゲート電極48は、p+ 型アノード層43とn
- 型ベース層31とのpn接合が逆バイアスされた時、
センター領域101におけるn- 型ベース層31に生ず
る電界を小さくするもので、上記第1、第2の実施形態
のゲート電極8と同様のものである。
A groove 46 is formed in the portion of the n − -type base layer 31 between the p + -type anode layer 43 and the n + -type cathode layer 33.
Are formed. This groove 46 is formed in the p + type anode layer 43.
Junction between the N + -type base layer 31 and an electrode formed in the middle of the chip. In the third embodiment, the n + -type cathode electrode 34 (the n + -type cathode layer 3
3) is formed. An insulating film 47 is provided inside the groove 46.
A gate electrode 48 is formed through the substrate. Insulating film 47
Is made of, for example, silicon dioxide, and the gate electrode 48 is made of, for example, conductive polysilicon. The gate electrode 48 formed in the groove 46 is formed between the p + type anode layer 43 and the n +
-When the pn junction with the mold base layer 31 is reverse biased,
The electric field generated in the n − -type base layer 31 in the center region 101 is reduced, and is similar to the gate electrode 8 of the first and second embodiments.

【0041】本第3の実施形態では、エミッタ電極42
が低電位、コレクタ電極36が高電位の状態、かつゲー
ト電極39が受ける制御信号がIGBTを“オフ”させ
るレベルである時、センター領域101におけるn- 型
ベース層31に、p+ 型アノード層43からn+ 型カソ
ード層33に向かって伸びる空乏層が発生する。この状
態でゲート電極48をエミッタ電極42に接続すると、
第1、第2の実施形態と同様に、溝46の周囲にp型の
反転層が誘起される。このため、p+ 型アノード層43
とn- 型ベース層31とのpn接合、即ち主接合から、
n+ 型カソード層33に向かって生ずる電界の一部が溝
46内の絶縁膜47にかかるようになり、上記第1、第
2の実施形態と同様、溝46に形成された絶縁膜47中
において、等電位線が“密”になる。これにより、セン
ター領域101におけるn- 型ベース層31中の電界を
緩和できる。
In the third embodiment, the emitter electrode 42
Is at a low potential, the collector electrode 36 is at a high potential, and the control signal received by the gate electrode 39 is at a level that turns off the IGBT. A depletion layer extends from 43 toward the n + -type cathode layer 33. When the gate electrode 48 is connected to the emitter electrode 42 in this state,
As in the first and second embodiments, a p-type inversion layer is induced around the groove 46. Therefore, the p + type anode layer 43
From the pn junction between the n− type base layer 31 and the main junction,
A part of the electric field generated toward the n + -type cathode layer 33 is applied to the insulating film 47 in the groove 46, and the electric field in the insulating film 47 formed in the groove 46 is similar to the first and second embodiments. , The equipotential lines become “dense”. Thereby, the electric field in the n − -type base layer 31 in the center region 101 can be reduced.

【0042】また、上記第1、第2の実施形態と同様、
溝46を有するので、p+ 型アノード層43とn- 型ベ
ース層31とのpn接合からコーナー部を無くせる、あ
るいはコーナー部があっても電界の集中を緩和できる。
これにより、アバランシェブレークダウンを発生し難く
できる。
As in the first and second embodiments,
Since the groove 46 is provided, the corner portion can be eliminated from the pn junction between the p + -type anode layer 43 and the n − -type base layer 31, or the concentration of the electric field can be reduced even if the corner portion exists.
Thereby, avalanche breakdown can hardly occur.

【0043】これにより、還流ダイオード付きのIGB
Tにおいて、チップサイズを従来の製品と同じとすれば
耐圧をより高めることができ、また、耐圧を従来の製品
と同じとすれば、チップサイズをより小さくすることが
できる。
As a result, the IGB with the freewheel diode is provided.
At T, the breakdown voltage can be further increased if the chip size is the same as that of the conventional product, and the chip size can be further reduced if the breakdown voltage is the same as that of the conventional product.

【0044】上記還流ダイオード付きのIGBTは、例
えば100V以上の逆バイアスが印加されるような大電
力用途の回路に使用され、例えばスイッチング素子とし
て使用される。
The IGBT with the freewheeling diode is used in a circuit for a high power application in which a reverse bias of, for example, 100 V or more is applied, and is used, for example, as a switching element.

【0045】なお、本第3の実施形態では、溝46はn
+ 型カソード層33を間に挟むように、2本形成する例
を示したが、例えば溝46はn+ 型カソード層33を囲
むように平面的に環状に形成されても良い。この場合に
は溝46内に形成されるゲート電極48もまた、溝46
と同様な環状に形成されて良い。
In the third embodiment, the groove 46 is n
Although an example is shown in which two are formed so as to sandwich the + type cathode layer 33 therebetween, for example, the groove 46 may be formed in a planar annular shape so as to surround the n + type cathode layer 33. In this case, the gate electrode 48 formed in the groove 46 also
It may be formed in an annular shape similar to the above.

【0046】[第4の実施形態]本第4の実施形態は上
記第3の実施形態と同様に還流ダイオード付きのIGB
Tの例である。上記第3の実施形態と異なるところは、
還流ダイオードのカソードまたはアノードをチップの終
端構造、即ちストッパ層として機能する領域と共有化し
たことにある。
[Fourth Embodiment] The fourth embodiment is similar to the third embodiment in that an IGB with a free wheel diode is provided.
It is an example of T. The difference from the third embodiment is that
That is, the cathode or anode of the reflux diode is shared with the terminal structure of the chip, that is, the region functioning as a stopper layer.

【0047】図9は本発明の第4の実施形態に係る還流
ダイオード付きのIGBTの平面図、図10(A)は図
9中のXA−XA線に沿う断面図、図10(B)は図9
中のXB−XB線に沿う断面図である。また、図11は
図10(A)中の枠XI内の拡大図である。
FIG. 9 is a plan view of an IGBT with a free wheel diode according to a fourth embodiment of the present invention, FIG. 10A is a sectional view taken along line XA-XA in FIG. 9, and FIG. FIG.
It is sectional drawing which follows the XB-XB line in the inside. FIG. 11 is an enlarged view of a frame XI in FIG.

【0048】図9〜図11に示すように、n+ 型カソー
ド層33’はチップのセンター領域ではなく、これの終
端、即ちn- 型ベース層31の終端に形成されている。
カソード電極34’はn+ 型カソード層33’に電気的
に接続されている。n+ 型カソード層33’はチップの
終端部分に沿って、IGBTが形成された部分を囲むよ
うに形成されており、故にn+ 型カソード層33’はス
トッパ層として機能する。これにより、本第4の実施形
態では還流ダイオードFWDのカソードが、チップの終
端構造、即ちストッパ層として機能する領域と共有化さ
れる。
As shown in FIGS. 9 to 11, the n + -type cathode layer 33 'is formed not at the center region of the chip but at its end, that is, at the end of the n--type base layer 31.
The cathode electrode 34 'is electrically connected to the n + type cathode layer 33'. The n + type cathode layer 33 'is formed along the terminal portion of the chip so as to surround the portion where the IGBT is formed. Therefore, the n + type cathode layer 33' functions as a stopper layer. Thus, in the fourth embodiment, the cathode of the free wheel diode FWD is shared with the chip termination structure, that is, the region functioning as the stopper layer.

【0049】また、本第4の実施形態においては、上記
第3の実施形態と異なり、IGBTを形成しないセンタ
ー領域はなく、n+ 型カソード層33’によって囲ま
れ、かつn+ 型カソード層33’から離れた部分全体
に、IGBTが形成される。
In the fourth embodiment, unlike the third embodiment, there is no center region where no IGBT is formed, and the fourth embodiment is surrounded by the n + -type cathode layer 33 ′ The IGBT is formed over the entire portion away from the ′.

【0050】本第4の実施形態においても、上記第3の
実施形態と同様に、エミッタ電極42が低電位、コレク
タ電極36が高電位の状態、かつゲート電極39が受け
る制御信号がIGBTを“オフ”させるレベルである
時、p+ 型アノード層43とn+ 型カソード層33’と
の間におけるn- 型ベース層31に、p+ 型アノード層
43からn+ 型カソード層33’に向かって伸びる空乏
層が発生する。この状態でゲート電極48をエミッタ電
極42に接続すると、第1〜第3の実施形態と同様に、
溝46の周囲にp型の反転層が誘起される。このため、
p+ 型アノード層43とn- 型ベース層31とのpn接
合から、n+ 型カソード層33’、即ちチップの終端に
向かって生ずる電界の一部が溝46内の絶縁膜47にか
かるようになり、上記第1〜第3の実施形態と同様、溝
46に形成された絶縁膜47中において、等電位線が
“密”になる。これにより、n- 型ベース層31中の電
界が緩和される。
In the fourth embodiment, as in the third embodiment, the emitter electrode 42 is at a low potential, the collector electrode 36 is at a high potential, and the control signal received by the gate electrode 39 is "IGBT". When the level is "off", the n- type base layer 31 between the p + type anode layer 43 and the n + type cathode layer 33 'and the p + type anode layer 43 toward the n + type cathode layer 33'. A depletion layer that extends is generated. When the gate electrode 48 is connected to the emitter electrode 42 in this state, similar to the first to third embodiments,
A p-type inversion layer is induced around the groove 46. For this reason,
From the pn junction between the p + -type anode layer 43 and the n − -type base layer 31, a part of the electric field generated toward the n + -type cathode layer 33 ′, that is, toward the end of the chip, is applied to the insulating film 47 in the groove 46. In the same manner as in the first to third embodiments, the equipotential lines become “dense” in the insulating film 47 formed in the groove 46. Thereby, the electric field in the n − -type base layer 31 is reduced.

【0051】また、上記第3の実施形態と同様、溝46
を有するので、p+ 型アノード層43とn- 型ベース層
31とのpn接合からコーナー部を無くせる、あるいは
コーナー部があっても電界の集中を緩和できる。これに
より、アバランシェブレークダウンを発生し難くでき
る。
Further, similarly to the third embodiment, the groove 46 is formed.
Therefore, the corner portion can be eliminated from the pn junction between the p + -type anode layer 43 and the n − -type base layer 31, or the concentration of the electric field can be reduced even if there is a corner portion. Thereby, avalanche breakdown can hardly occur.

【0052】よって、本第4の実施形態においても、上
記第3の実施形態と同様に還流ダイオード付きのIGB
T製品の耐圧が向上され、チップサイズを従来の製品と
同じとすれば耐圧をより高めることができ、また、耐圧
を従来の製品と同じとすれば、チップサイズをより小さ
くすることができる。
Therefore, in the fourth embodiment, similarly to the third embodiment, the IGB with the free wheel diode is provided.
The withstand voltage of the T product is improved, and if the chip size is the same as the conventional product, the withstand voltage can be further increased. If the withstand voltage is the same as the conventional product, the chip size can be further reduced.

【0053】なお、本第4の実施形態は、上記第3の実
施形態と組み合わせることもできる。このように組み合
わせた場合には、n+ 型カソード層33’は平面から見
て枠状に形成される。また、n+ 型カソード層33は上
記枠状のn+ 型カソード層33’どうしを繋いで線状、
或いはn+ 型カソード層33’どうしを繋いで格子状に
形成される。溝46はn+ 型カソード層33、33’に
よって囲まれた領域内に、環状に形成される。この環状
に形成された溝46はチップに複数形成され、IGBT
は、環状に形成された溝46によって囲まれた複数の領
域に、例えば各々に形成される。また、還流ダイオード
のp+ 型アノード層43は、上記IGBTが形成された
領域と溝46との間に、例えば環状に形成される。
The fourth embodiment can be combined with the third embodiment. When combined in this manner, the n + type cathode layer 33 'is formed in a frame shape when viewed from above. The n + -type cathode layer 33 connects the frame-shaped n + -type cathode layers 33 ′ with each other to form a linear shape.
Alternatively, the n @ + -type cathode layers 33 'are connected to each other to form a lattice. The groove 46 is formed in a ring shape in a region surrounded by the n + -type cathode layers 33 and 33 '. A plurality of the annular grooves 46 are formed in the chip,
Are formed in, for example, each of a plurality of regions surrounded by the groove 46 formed in an annular shape. The p + -type anode layer 43 of the free wheel diode is formed, for example, in an annular shape between the region where the IGBT is formed and the groove 46.

【0054】上記還流ダイオード付きのIGBTは、第
3の実施形態においても述べたように、例えば100V
以上の逆バイアスが印加されるような大電力用途の回路
に使用され、例えばスイッチング素子として使用され
る。
As described in the third embodiment, the IGBT with the freewheeling diode is, for example, 100 V
It is used in a circuit for a high power application to which the above reverse bias is applied, and is used, for example, as a switching element.

【0055】[第5の実施形態]本第5の実施形態は第
3の実施形態、または第4の実施形態を変形したもの
で、還流ダイオードのアノード電極をIGBTのエミッ
タ電極と共有化したものである。
[Fifth Embodiment] The fifth embodiment is a modification of the third embodiment or the fourth embodiment, in which the anode electrode of the freewheel diode is shared with the emitter electrode of the IGBT. It is.

【0056】図12は本発明の第5の実施形態に係る還
流ダイオード付きのIGBTの断面図である。この図1
2に示す断面は、例えば図7中の枠VIII内、あるいは図
10(A)中の枠XI内に示す断面に相当している。
FIG. 12 is a sectional view of an IGBT with a free wheel diode according to a fifth embodiment of the present invention. This figure 1
The cross section shown in FIG. 2 corresponds to, for example, a cross section shown in a frame VIII in FIG. 7 or a frame XI in FIG.

【0057】図12に示すように、p型ベース層32
は、トレンチ37どうし間だけでなく、トレンチ37と
溝46との間にも形成されている。これにより、トレン
チ37と溝46との間にはp型ベース層32の表面が露
呈する。この露呈したp型ベース層32には、n+ 型エ
ミッタ層40が形成されている。n+ 型エミッタ層40
の溝46側にはこれを貫通してp型ベース層32に達す
るp+ 型アノード層43’が形成されている。エミッタ
電極42’は、これらn+ 型エミッタ層40、p+ 型ア
ノード層43’それぞれに電気的に接続されている。
As shown in FIG. 12, the p-type base layer 32
Are formed not only between the trenches 37 but also between the trenches 37 and the grooves 46. Thereby, the surface of the p-type base layer 32 is exposed between the trench 37 and the groove 46. An n + -type emitter layer 40 is formed on the exposed p-type base layer 32. n + type emitter layer 40
A p + -type anode layer 43 ′ penetrating therethrough and reaching the p-type base layer 32 is formed on the groove 46 side. The emitter electrode 42 'is electrically connected to each of the n + type emitter layer 40 and the p + type anode layer 43'.

【0058】なお、p+ 型アノード層43’は、トレン
チ37どうし間の領域に形成されたp+ 型層41と酷似
するが、例えば濃度等は異なっている。例えばp+ 型層
41はエミッタ電極42とのオーミックな接触を達成す
るような濃度に設定されるのに対し、p+ 型アノード層
43’はエミッタ電極42とのオーミックな接触を達成
すると同時に、還流ダイオードに要求される特性に合っ
た濃度に設定される。
The p + -type anode layer 43 ′ is very similar to the p + -type layer 41 formed in the region between the trenches 37, but has a different concentration, for example. For example, the concentration of the p + -type layer 41 is set to achieve ohmic contact with the emitter electrode 42, while the p + -type anode layer 43 ′ achieves ohmic contact with the emitter electrode 42, The concentration is set to match the characteristics required for the reflux diode.

【0059】このような第5の実施形態では第3、第4
の実施形態と同様に、チップサイズを従来と同じとすれ
ばより耐圧の高い還流ダイオード付きのIGBT製品を
得ることができ、また、耐圧を従来と同じとすればより
チップサイズの小さい還流ダイオード付きのIGBT製
品を得ることができる。
In the fifth embodiment, the third and fourth embodiments
Similarly to the embodiment, if the chip size is the same as the conventional one, it is possible to obtain an IGBT product with a freewheeling diode with a higher withstand voltage, and if the withstand voltage is the same as the conventional one, with a freewheeling diode with a smaller chip size. IGBT products can be obtained.

【0060】また、本第5の実施形態では還流ダイオー
ドのアノード電極をIGBTのエミッタ電極と共有化す
るので、第3の実施形態、または第4の実施形態に比べ
てチップサイズを小さくできる利点を得ることができ
る。
Further, in the fifth embodiment, the anode electrode of the freewheeling diode is shared with the emitter electrode of the IGBT, so that there is an advantage that the chip size can be reduced as compared with the third embodiment or the fourth embodiment. Obtainable.

【0061】[第6の実施形態]上記第1〜第5の実施
形態では、p+ 型アノード層(2、43、43’)とn
+ 型カソード層(4、33、33’)とを逆バイアスし
た状態でゲート電極(8、48)をアノード電極に接続
すると、n- 型層1、またはn- 型層31中の電界を緩
和できることを説明した。
Sixth Embodiment In the first to fifth embodiments, the p + -type anode layers (2, 43, 43 ') and n +
When the gate electrode (8, 48) is connected to the anode electrode in a state where the + -type cathode layer (4, 33, 33 ') is reverse-biased, the electric field in the n- type layer 1 or the n- type layer 31 is reduced. Explained what you can do.

【0062】第6の実施形態は、ゲート電極(8、4
8)への他の電圧の印加例に関する。以下、本発明の第
6の実施形態に係るゲート電極(8、48)への他の電
圧の印加例を、横型ダイオードを例にして説明する。本
第6の実施形態は、特に“オン抵抗”を小さくすること
を目的とする。
In the sixth embodiment, the gate electrodes (8, 4
8) Regarding an example of applying another voltage to. Hereinafter, an example of applying another voltage to the gate electrodes (8, 48) according to the sixth embodiment of the present invention will be described with a horizontal diode as an example. The sixth embodiment aims particularly at reducing the “ON resistance”.

【0063】図13は本発明の第6の実施形態に係る電
圧の印加例を示す図である。図13に示すように、ダイ
オードのアノード電極3とカソード電極5との間を順バ
イアスし、p+ 型アノード層2からn- 型層1へ電流を
流すようにした時、ゲート電極8の電位をカソード電極
5に印加されている電位よりも低くして、n- 型層1中
に溝6に沿ってp型反転層61を生じさせるとともに、
このp型反転層61をp+ 型アノード層2に電気的に接
触させる。これにより、p+ 型アノード層2の実効的な
面積が増え、このp+ 型アノード層2とn- 型層1との
接触面積が増す。接触面積が増すことによって、p+ 型
アノード層2からn- 型層1へのp型キャリア、即ちホ
ールの注入効率が向上する。p+ 型アノード層2からn
- 型層1へのホールの注入効率が向上すると、p+ 型ア
ノード層2からn- 型層1へのホールの注入が促進され
てこのn- 型層1中のホールの密度が上がり、ダイオー
ドの“オン抵抗”を小さくすることができる。
FIG. 13 is a diagram showing a voltage application example according to the sixth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 13, when a forward bias is applied between the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 of the diode to cause a current to flow from the p + -type anode layer 2 to the n − -type layer 1, the potential of the gate electrode 8 is reduced. Is lower than the potential applied to the cathode electrode 5 to form a p-type inversion layer 61 along the groove 6 in the n − -type layer 1 and
This p-type inversion layer 61 is brought into electrical contact with the p + -type anode layer 2. As a result, the effective area of the p + -type anode layer 2 increases, and the contact area between the p + -type anode layer 2 and the n − -type layer 1 increases. By increasing the contact area, the efficiency of injection of p-type carriers, that is, holes, from the p + -type anode layer 2 to the n − -type layer 1 is improved. p + type anode layer 2 to n
When the efficiency of injecting holes into the n-type layer 1 is improved, the injection of holes from the p @ + type anode layer 2 into the n @-type layer 1 is promoted, and the density of holes in the n @-type layer 1 is increased. Can be reduced.

【0064】このような第6の実施形態では、p+ 型ア
ノード層2からn- 型層1へ電流を流すようにした時、
p+ 型アノード層2に電気的に接触するp型反転層61
を、溝6に沿って生じさせることによって、ダイオード
の“オン抵抗”を小さくすることができる。このような
電圧の印加例を上記第1〜第5の実施形態に組み合わせ
ることにより、上記第1〜第5の実施形態による効果を
損なうことなく製品の“オン抵抗”を小さくすることが
できる。
In the sixth embodiment, when a current is caused to flow from the p + type anode layer 2 to the n − type layer 1,
p-type inversion layer 61 electrically contacting p @ + -type anode layer 2
Is generated along the groove 6, the "on resistance" of the diode can be reduced. By combining such a voltage application example with the first to fifth embodiments, it is possible to reduce the “ON resistance” of the product without impairing the effects of the first to fifth embodiments.

【0065】[第7の実施形態]第7の実施形態は上記
第6の実施形態と同様なゲート電極への他の電圧の印加
例に関する。
[Seventh Embodiment] The seventh embodiment relates to an example of applying another voltage to the gate electrode as in the sixth embodiment.

【0066】図14は本発明の第7の実施形態に係る電
圧印加例を示す図である。図14に示すように、p+ 型
アノード層2からn- 型層1へ電流を流すようにした
時、p+ 型アノード層2に電気的に接触するp型反転層
61を、溝6に沿って生じさせるためには、ゲート電極
8の電位をアノード電極3に印加されている電位より低
くするようにしても良い。
FIG. 14 is a diagram showing a voltage application example according to the seventh embodiment of the present invention. As shown in FIG. 14, when a current is caused to flow from the p + -type anode layer 2 to the n − -type layer 1, a p-type inversion layer 61 that is in electrical contact with the p + -type anode layer 2 is formed in the groove 6. In order for the potential to be generated along, the potential of the gate electrode 8 may be lower than the potential applied to the anode electrode 3.

【0067】このような第7の実施形態においても、上
記第6の実施形態と同様な効果を得ることができる。
[第8の実施形態]第8の実施形態は、特に“逆回復損
失”を小さくすることを目的としたゲート電極への他の
電圧の印加例に関する。
In the seventh embodiment, the same effects as in the sixth embodiment can be obtained.
[Eighth Embodiment] The eighth embodiment relates to an example of applying another voltage to the gate electrode for the purpose of reducing the "reverse recovery loss".

【0068】図15は本発明の第8の実施形態に係る電
圧の印加例を示す図である。図15に示すように、ダイ
オードのアノード電極3とカソード電極5との間を順バ
イアスしている状態から、逆バイアスに切り換え、p+
型アノード層2からn- 型層1へ実質的に電流を流さな
いようにする直前に、ゲート電極8の電位をカソード電
極5に印加されている電位と同等にする。これにより、
例えばn- 型層1中に溝6に沿って生じていたp型反転
層61が消滅し、p+ 型アノード層2の実効的な面積が
減少してp+ 型アノード層2とn- 型層1との接触面積
が減る。接触面積が減ることによって、p+ 型アノード
層2からn- 型層1へのp型キャリア、即ちホールの注
入効率は低下する。このため、p+ 型アノード層2から
n- 型層1へのホールの注入が抑制されてこのn- 型層
1中のホールの密度が下がり、ダイオードの“逆回復損
失”を小さくすることができる。
FIG. 15 is a diagram showing an example of voltage application according to the eighth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 15, the diode is switched from a forward bias state between the anode electrode 3 and the cathode electrode 5 to a reverse bias state, and p +
Immediately before the current substantially does not flow from the mold anode layer 2 to the n − -type layer 1, the potential of the gate electrode 8 is made equal to the potential applied to the cathode electrode 5. This allows
For example, the p-type inversion layer 61 formed along the groove 6 in the n- type layer 1 disappears, the effective area of the p + type anode layer 2 decreases, and the p + type anode layer 2 and the n− type The contact area with layer 1 is reduced. By reducing the contact area, the efficiency of injection of p-type carriers, that is, holes, from the p + -type anode layer 2 to the n − -type layer 1 decreases. Therefore, the injection of holes from the p + -type anode layer 2 into the n − -type layer 1 is suppressed, the density of holes in the n − -type layer 1 is reduced, and the “reverse recovery loss” of the diode can be reduced. it can.

【0069】このような第8の実施形態では、p+ 型ア
ノード層2からn- 型層1へ電流を流していた状態か
ら、実質的に流さないようにする直前に、例えば溝6に
沿って生じていたp+ 型アノード層2に電気的に接触す
るp型反転層61を消滅させることによって、ダイオー
ドの“逆回復損失”を小さくすることができる。このよ
うな電圧の印加例を上記第1〜第5の実施形態に組み合
わせることにより、上記第1〜第5の実施形態による効
果を損なうことなく製品の“逆回復損失”を小さくする
ことができる。
In the eighth embodiment, the current flows from the p + -type anode layer 2 to the n − -type layer 1, for example, along the trench 6 immediately before the current is not substantially allowed to flow. The “reverse recovery loss” of the diode can be reduced by eliminating the p-type inversion layer 61 that is in electrical contact with the p + -type anode layer 2 that has occurred. By combining such a voltage application example with the first to fifth embodiments, the "reverse recovery loss" of the product can be reduced without impairing the effects of the first to fifth embodiments. .

【0070】もちろん、第8の実施形態は第6、第7の
実施形態と併用できる。 [第9の実施形態]第9の実施形態は上記第9の実施形
態と同様なゲート電極への他の電圧の印加例に関する。
Of course, the eighth embodiment can be used together with the sixth and seventh embodiments. Ninth Embodiment The ninth embodiment relates to an example of applying another voltage to the gate electrode as in the ninth embodiment.

【0071】図16は本発明の第9の実施形態に係る電
圧の印加例を示す図である。図16に示すように、p+
型アノード層2からn- 型層1へ電流を流していた状態
から、実質的に流さないようにする直前に、例えば溝6
に沿って生じていたp+ 型アノード層2に電気的に接触
するp型反転層61を消滅させるためには、ゲート電極
8の電位をアノード電極3に印加されている電位と同等
にするようにしても良い。
FIG. 16 is a diagram showing a voltage application example according to the ninth embodiment of the present invention. As shown in FIG.
In the state where a current is flowing from the mold anode layer 2 to the n − -type layer 1, immediately before the current is substantially prevented from flowing, for example, the groove 6
In order to eliminate the p-type inversion layer 61 that is in electrical contact with the p + -type anode layer 2 that has been generated along with the gate electrode 8, the potential of the gate electrode 8 is made equal to the potential applied to the anode electrode 3. You may do it.

【0072】このような第9の実施形態においても、上
記第8の実施形態と同様な効果を得ることができる。も
ちろん、第9の実施形態は第6、第7の実施形態と併用
できる。
In the ninth embodiment, the same effects as in the eighth embodiment can be obtained. Of course, the ninth embodiment can be used together with the sixth and seventh embodiments.

【0073】また、第8、第9の実施形態のようにp型
反転層61を消滅させるためには、ゲート電極8の電位
をカソード電極5の電位よりも高く、或いはアノード電
極3の電位よりも高くするようにしても良い。
In order to eliminate the p-type inversion layer 61 as in the eighth and ninth embodiments, the potential of the gate electrode 8 must be higher than the potential of the cathode electrode 5 or lower than the potential of the anode electrode 3. May be increased.

【0074】[第10の実施形態]第10の実施形態は
溝6内に形成される絶縁膜7の膜厚の規定例に関する。
以下、本発明の第10の実施形態に係る膜厚の規定例を
横型ダイオードを例にして説明する。
[Tenth Embodiment] The tenth embodiment relates to a specified example of the thickness of the insulating film 7 formed in the groove 6.
Hereinafter, a prescribed example of the film thickness according to the tenth embodiment of the present invention will be described using a lateral diode as an example.

【0075】図17は本発明の第10の実施形態に係る
絶縁膜7の膜厚と横型ダイオードの耐圧との関係を示す
図である。図17に示すように、絶縁膜7の膜厚を厚く
すると、ダイオードの耐圧が増す。これは、絶縁膜7の
膜厚を厚くするにつれて、絶縁膜7が負担する電界が増
加するためである。例えば絶縁膜7を二酸化シリコンで
構成した場合には、その膜厚が0.5μmで約100V
以上の耐圧を確保することができるが、2.0μmまで
厚くすると、約180V程度までその耐圧を向上させる
ことができる。
FIG. 17 is a diagram showing the relationship between the thickness of the insulating film 7 and the withstand voltage of the lateral diode according to the tenth embodiment of the present invention. As shown in FIG. 17, when the thickness of the insulating film 7 is increased, the breakdown voltage of the diode increases. This is because the electric field that the insulating film 7 bears increases as the thickness of the insulating film 7 increases. For example, when the insulating film 7 is made of silicon dioxide, its thickness is 0.5 μm and about 100 V
Although the above breakdown voltage can be ensured, when the thickness is increased to 2.0 μm, the breakdown voltage can be improved to about 180 V.

【0076】[第11の実施形態]上記第10の実施形
態により説明したように、例えば耐圧を200Vとする
ためには絶縁膜7に2.0μm以上の厚みが必要であ
る。
[Eleventh Embodiment] As described in the tenth embodiment, for example, in order to set the withstand voltage to 200 V, the insulating film 7 needs to have a thickness of 2.0 μm or more.

【0077】本第11の実施形態は絶縁膜7の厚みを減
らしても、耐圧を向上できる構造を提供しようとするも
のである。以下、本発明の第11の実施形態を縦型ダイ
オードを例にして説明する。
The eleventh embodiment intends to provide a structure capable of improving the breakdown voltage even if the thickness of the insulating film 7 is reduced. Hereinafter, an eleventh embodiment of the present invention will be described using a vertical diode as an example.

【0078】図18は本発明の第11の実施形態に係る
縦型ダイオードの断面図である。この図18に示す断面
は、例えば図4(B)の枠V内に示す断面に相当してい
る。図18に示すように、少なくとも二重の溝6−1、
6−2がそれぞれ、p+ 型アノード層2とn+ 型カソー
ド層4との間に形成されている。この二重に設けられた
溝6−1と6−2との相互間にはn- 型層1とは逆導電
型のp+ 型ガードリング71が形成されている。p+ 型
ガードリング71にはガードリング電極72が電気的に
接続されている。ガードリング電極72はn+ 型カソー
ド層4側の溝6−2内に形成されたゲート電極8−2に
電気的に接続されている。ガードリング電極72および
ゲート電極8−2は、電気的にフローティングな状態で
形成される。
FIG. 18 is a sectional view of a vertical diode according to the eleventh embodiment of the present invention. The cross section shown in FIG. 18 corresponds to, for example, the cross section shown in a frame V in FIG. As shown in FIG. 18, at least the double groove 6-1;
6-2 are formed between the p + -type anode layer 2 and the n + -type cathode layer 4, respectively. A p @ + -type guard ring 71 of a conductivity type opposite to that of the n @--type layer 1 is formed between the double grooves 6-1 and 6-2. A guard ring electrode 72 is electrically connected to the p + -type guard ring 71. The guard ring electrode 72 is electrically connected to the gate electrode 8-2 formed in the groove 6-2 on the n + type cathode layer 4 side. Guard ring electrode 72 and gate electrode 8-2 are formed in an electrically floating state.

【0079】次に、その原理を説明する。絶縁膜7を薄
くするとn- 型層1中の電界を緩和する効果が薄れ、p
+ 型アノード層2とn- 型層1とのpn接合、即ち主接
合のコーナー部の電界が比較的強い状態となる。しか
し、このコーナー部の電界が強くなっても、このコーナ
ー部のpn接合がアバランシェブレークダウンする前
に、上記主接合に発生した空乏層がp+ 型ガードリング
71とパンチスルーする。パンチスルーした結果、コー
ナー部の電界が一旦弱まり、このコーナー部のアバラン
シェブレークダウンが回避される。また、パンチスルー
した結果、ゲート電極8−2の電位はアノード電極3の
電位に近い電位となる。ゲート電極8−2の電位がアノ
ード電極3の電位に近い電位となると、溝6−1内に形
成された絶縁膜7−1と同様に、溝6−2内に形成され
た絶縁膜7−2は、溝6−2とn+ 型カソード層4との
間のn- 型層1中の等電位線を“疎”とし、この部分の
電界を小さくする。
Next, the principle will be described. When the thickness of the insulating film 7 is reduced, the effect of relaxing the electric field in the n − -type layer 1 is reduced.
The pn junction between the + type anode layer 2 and the n − type layer 1, that is, the electric field at the corner of the main junction becomes relatively strong. However, even if the electric field at this corner becomes strong, the depletion layer generated at the main junction punches through the p + guard ring 71 before the pn junction at this corner undergoes avalanche breakdown. As a result of the punch-through, the electric field at the corner part is once weakened, and avalanche breakdown at this corner part is avoided. In addition, as a result of the punch-through, the potential of the gate electrode 8-2 becomes a potential close to the potential of the anode electrode 3. When the potential of the gate electrode 8-2 becomes a potential close to the potential of the anode electrode 3, similarly to the insulating film 7-1 formed in the groove 6-1, the insulating film 7- formed in the groove 6-2. 2 makes the equipotential lines in the n − -type layer 1 between the groove 6-2 and the n + -type cathode layer 4 “sparse” and reduces the electric field in this portion.

【0080】このように第11の実施形態によれば、絶
縁膜7の厚みを減らしても、p+ 型アノード層2とn-
型層1とのpn接合、即ち主接合がブレークダウンする
ことを抑制することができる。
As described above, according to the eleventh embodiment, even if the thickness of the insulating film 7 is reduced, the p + type anode layer 2 and the n −
Breakdown of the pn junction with the mold layer 1, that is, the main junction, can be suppressed.

【0081】なお、上記第11の実施形態に係る構造
は、縦型ダイオードばかりでなく、第1の実施形態によ
り説明した横型ダイオード、第3、第4の実施形態によ
り説明した還流ダイオード付きのIGBTのいずれにも
適用することができる。
The structure according to the eleventh embodiment is not limited to the vertical diode, but also to the horizontal diode described in the first embodiment and the IGBT with a free wheel diode described in the third and fourth embodiments. Can be applied to any of the above.

【0082】また、本第11の実施形態を、第3、第4
の実施形態により説明した還流ダイオード付きのIGB
Tに適用した場合には、還流ダイオードのアノード電極
をIGBTのエミッタ電極と共有する第5の実施形態を
併用可能なことはもちろんである。
Further, the eleventh embodiment is described in the third and fourth embodiments.
With freewheel diode described according to the embodiment of the present invention
When applied to T, it goes without saying that the fifth embodiment in which the anode electrode of the freewheel diode is shared with the emitter electrode of the IGBT can be used together.

【0083】さらに本第11の実施形態は、第6〜第9
の実施形態により説明した電圧の印加例を併用すること
も可能である。以上、この発明を第1〜第11の実施形
態により説明したが、この発明はこれら実施形態に限ら
れるものではなく、その主旨を逸脱しない範囲で変形す
ることが可能である。
Further, the eleventh embodiment is similar to the sixth to ninth embodiments.
It is also possible to use the application example of the voltage described in the above embodiment together. As described above, the present invention has been described with reference to the first to eleventh embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and can be modified without departing from the gist thereof.

【0084】例えば上記実施形態では半導体基板をn-
型層1、即ちn型としたがp型としても良い。この場合
には、アノード電極がチップの終端に沿って、あるいは
第2の実施形態のようにチップの裏面、あるいは第3の
実施形態のようにチップの中程に形成されるように変形
される。
For example, in the above embodiment, the semiconductor substrate is n-
Although the mold layer 1 is of the n-type, it may be of the p-type. In this case, the anode electrode is deformed so as to be formed along the end of the chip, on the back surface of the chip as in the second embodiment, or in the middle of the chip as in the third embodiment. .

【0085】また、第3、第4の実施形態では還流ダイ
オードとトレンチ型のIGBTとをオンチップ化した例
を示したが、IGBTはトレンチ型に限らず、プレーナ
型のIGBTとしても良い。
In the third and fourth embodiments, the freewheeling diode and the trench type IGBT are shown as on-chip examples. However, the IGBT is not limited to the trench type, but may be a planar type IGBT.

【0086】また、第3、第4の実施形態では還流ダイ
オードとIGBTとをオンチップ化した例を示したが、
還流ダイオードは、IGBT以外の電力用半導体素子、
例えば二重拡散型のMOSFET(パワーMOSFE
T)等とオンチップ化されても良い。
In the third and fourth embodiments, an example is shown in which the freewheel diode and the IGBT are on-chip.
The freewheel diode is a power semiconductor element other than an IGBT,
For example, a double diffusion type MOSFET (power MOSFET)
T) etc. may be used on-chip.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
チップサイズを増加させずに耐圧を高めることができ、
あるいは耐圧を減少させずにチップサイズを小さくする
ことができる電力用半導体装置を提供できる。
As described above, according to the present invention,
The breakdown voltage can be increased without increasing the chip size,
Alternatively, it is possible to provide a power semiconductor device capable of reducing a chip size without reducing a withstand voltage.

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

【図1】図1(A)は本発明の第1の実施形態に係る横
型ダイオードの平面図、図1(B)は図1(A)中のI
B−IB線に沿う断面図。
FIG. 1A is a plan view of a lateral diode according to a first embodiment of the present invention, and FIG.
Sectional drawing which follows the B-IB line.

【図2】図2は図1(B)中の枠II内の拡大図。FIG. 2 is an enlarged view of a frame II in FIG. 1 (B).

【図3】図3(A)は従来の横型ダイオードの電位分布
を示す図、図3(B)は本発明の第1の実施形態に係る
横型ダイオードの電位分布を示す図。
FIG. 3A is a diagram showing a potential distribution of a conventional lateral diode, and FIG. 3B is a diagram showing a potential distribution of a lateral diode according to the first embodiment of the present invention.

【図4】図4(A)は本発明の第2の実施形態に係る縦
型ダイオードの平面図、図4(B)は図4(A)中のIV
B−IVB線に沿う断面図。
FIG. 4 (A) is a plan view of a vertical diode according to a second embodiment of the present invention, and FIG. 4 (B) is an IV in FIG. 4 (A).
Sectional drawing which follows the B-IVB line.

【図5】図5は図4(B)中の枠V内の拡大図。FIG. 5 is an enlarged view inside a frame V in FIG. 4 (B).

【図6】図6は本発明の第3の実施形態に係る還流ダイ
オード付きのIGBTの平面図。
FIG. 6 is a plan view of an IGBT with a free wheel diode according to a third embodiment of the present invention.

【図7】図7は図6中のVII −VII 線に沿う断面図。FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. 6;

【図8】図8は図7中の枠VIII内の拡大図。FIG. 8 is an enlarged view in a frame VIII in FIG. 7;

【図9】図9は本発明の第4の実施形態に係る還流ダイ
オード付きのIGBTの平面図。
FIG. 9 is a plan view of an IGBT with a free wheel diode according to a fourth embodiment of the present invention.

【図10】図10(A)は図9中のXA−XA線に沿う
断面図、図10(B)は図9中のXB−XB線に沿う断
面図、
10A is a sectional view taken along line XA-XA in FIG. 9, FIG. 10B is a sectional view taken along line XB-XB in FIG. 9,

【図11】図11は図10(A)中の枠XI内の拡大図。FIG. 11 is an enlarged view of a frame XI in FIG. 10 (A).

【図12】図12は本発明の第5の実施形態に係る還流
ダイオード付きのIGBTの断面図。
FIG. 12 is a cross-sectional view of an IGBT with a free wheel diode according to a fifth embodiment of the present invention.

【図13】図13は本発明の第6の実施形態に係る電圧
印加例を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing a voltage application example according to a sixth embodiment of the present invention.

【図14】図14は本発明の第7の実施形態に係る電圧
印加例を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a voltage application example according to a seventh embodiment of the present invention.

【図15】図15は本発明の第8の実施形態に係る電圧
印加例を示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a voltage application example according to an eighth embodiment of the present invention.

【図16】図16は本発明の第9の実施形態に係る電圧
印加例を示す図。
FIG. 16 is a diagram showing a voltage application example according to a ninth embodiment of the present invention.

【図17】図17は本発明の第10の実施形態に係る溝
内に形成される絶縁膜の膜厚と横型ダイオードの耐圧と
の関係を示す図。
FIG. 17 is a view showing the relationship between the thickness of an insulating film formed in a groove and the breakdown voltage of a lateral diode according to a tenth embodiment of the present invention.

【図18】図18は本発明の第11の実施形態に係る縦
型ダイオードの断面図。
FIG. 18 is a sectional view of a vertical diode according to an eleventh embodiment of the present invention.

【図19】図19(A)は従来の横型ダイオードの平面
図、図19(B)は図19(A)中のXIXB−XIXB線に沿
う断面図。
19A is a plan view of a conventional lateral diode, and FIG. 19B is a cross-sectional view taken along line XIXB-XIXB in FIG. 19A.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…n- 型層、 2…p+ 型アノード層、 3…アノード電極、 4、4’…n+ 型カソード層、 5、5’…カソード電極、 6、6−1、6−2…溝、 7…絶縁膜、 8、8−1、8−2…ゲート電極、 24…ストッパ層、 31…n- 型ベース層、 32…p型ベース層32、 33、33’…n+ 型カソード層、 34、34’…カソード電極、 35…p+ 型コレクタ層、 36…コレクタ電極、 37…溝(トレンチ)、 38…ゲート絶縁膜、 39…ゲート電極、 40…n+ 型エミッタ層、 41…p+ 型層、 42、42’…エミッタ電極、 43、43’…p+ 型アノード層、 44…アノード電極、 45…n+ 型ストッパ層、 46…溝、 47…絶縁膜、 48…ゲート電極、 61…p型反転層、 71…p+ 型ガードリング、 72…ガードリング電極、 101…センター領域。 1 ... n- type layer, 2 ... p + type anode layer, 3 ... anode electrode, 4, 4 '... n + type cathode layer, 5, 5' ... cathode electrode, 6, 6-1 and 6-2 ... groove , 7 ... insulating film, 8, 8-1, 8-2 ... gate electrode, 24 ... stopper layer, 31 ... n- type base layer, 32 ... p-type base layer 32, 33, 33 '... n + type cathode layer , 34, 34 '... cathode electrode, 35 ... p + type collector layer, 36 ... collector electrode, 37 ... groove (trench), 38 ... gate insulating film, 39 ... gate electrode, 40 ... n + type emitter layer, 41 ... p + -type layer, 42, 42 '... emitter electrode, 43, 43' ... p + -type anode layer, 44 ... anode electrode, 45 ... n + -type stopper layer, 46 ... groove, 47 ... insulating film, 48 ... gate electrode Reference numeral 61: p-type inversion layer 71: p + -type guard ring 72: guard ring electrode 101 ... Center area.

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 主要な表面を有する第1導電型の半導体
基板と、 前記第1導電型の半導体基板内に形成され、この半導体
基板との間の主接合を前記主要な表面に終結させた第2
導電型の半導体領域と、 前記主接合と前記半導体基板の終端との間の前記主要な
表面に形成された溝と、 前記溝内に形成された絶縁物と、 前記溝内に形成され、前記絶縁物を介して前記半導体基
板と絶縁された電極体とを具備することを特徴とする電
力用半導体装置。
A semiconductor substrate of a first conductivity type having a main surface; and a main junction formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type and terminating at the main surface with the semiconductor substrate. Second
A conductive semiconductor region, a groove formed on the main surface between the main junction and the end of the semiconductor substrate, an insulator formed in the groove, and formed in the groove, A power semiconductor device comprising: an electrode body that is insulated from the semiconductor substrate via an insulator.
【請求項2】 前記主接合はダイオードのアノード層と
カソード層との接合であることを特徴とする請求項1に
記載の電力用半導体装置。
2. The power semiconductor device according to claim 1, wherein said main junction is a junction between an anode layer and a cathode layer of a diode.
【請求項3】 前記アノード層に電気的に接続されるア
ノード電極または前記カソード層に接続されるカソード
電極は、前記半導体基板の終端に沿って形成されている
ことを特徴とする請求項2に記載の電力用半導体装置。
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein an anode electrode electrically connected to the anode layer or a cathode electrode connected to the cathode layer is formed along an end of the semiconductor substrate. The power semiconductor device according to any one of the preceding claims.
【請求項4】 主要な表面を有する第1導電型の半導体
基板と、 前記第1導電型の半導体基板内に形成され、この半導体
基板との間の主接合を前記主要な表面に終結させた第2
導電型の半導体領域と、 前記第1導電型の半導体基板に電気的に接続された第1
の電極と、 前記第2導電型の半導体領域に電気的に接続された第2
の電極と、 前記第1導電型の半導体基板と前記第2導電型の半導体
領域との間の前記主要な表面に形成された溝と、 前記溝内に形成された絶縁物と、 前記溝内に形成され、前記絶縁物を介して前記半導体基
板と絶縁された電極体とを具備することを特徴とする電
力用半導体装置。
4. A semiconductor substrate of a first conductivity type having a major surface, and a main junction formed in the semiconductor substrate of the first conductivity type and terminating at the major surface with the semiconductor substrate. Second
A conductive type semiconductor region; and a first conductive type semiconductor region electrically connected to the first conductive type semiconductor substrate.
And a second electrode electrically connected to the semiconductor region of the second conductivity type.
A groove formed on the main surface between the semiconductor substrate of the first conductivity type and the semiconductor region of the second conductivity type; an insulator formed in the groove; A power semiconductor device comprising: an electrode body formed on the semiconductor substrate and insulated from the semiconductor substrate via the insulator.
【請求項5】 前記主接合はダイオードのアノード層と
カソード層との接合であることを特徴とする請求項4に
記載の電力用半導体装置。
5. The power semiconductor device according to claim 4, wherein said main junction is a junction between an anode layer and a cathode layer of a diode.
【請求項6】 前記ダイオードは前記半導体基板に形成
された電力用半導体素子の還流ダイオードであることを
特徴とする請求項2、請求項3および請求項5いずれか
一項に記載の電力用半導体装置。
6. The power semiconductor according to claim 2, wherein the diode is a freewheeling diode of a power semiconductor element formed on the semiconductor substrate. apparatus.
【請求項7】 前記電力用半導体素子は絶縁ゲート型バ
イポーラトランジスタであり、前記還流ダイオードのア
ノード電極またはカソード電極は前記絶縁ゲート型バイ
ポーラトランジスタのエミッタ電極と共有化されている
ことを特徴とする請求項6に記載の電力用半導体装置。
7. The power semiconductor device is an insulated gate bipolar transistor, and an anode electrode or a cathode electrode of the freewheeling diode is shared with an emitter electrode of the insulated gate bipolar transistor. Item 7. A power semiconductor device according to item 6.
【請求項8】 前記アノード層と前記カソード層とを順
バイアスした時、前記電極体を、前記アノード層に電気
的に接続され、このアノード層と同じ導電型の反転層
を、前記溝に沿って生ずる電位にバイアスすることを特
徴とする請求項2、請求項3、請求項5、請求項6、請
求項7いずれか一項に記載の電力用半導体装置。
8. When the anode layer and the cathode layer are forward-biased, the electrode body is electrically connected to the anode layer, and an inversion layer of the same conductivity type as the anode layer is formed along the groove. 8. The power semiconductor device according to claim 2, wherein the bias is applied to a potential generated by the power semiconductor device.
【請求項9】 前記アノード層と前記カソード層とを順
バイアスから逆バイアスに切り換える前に、前記電極体
を、前記反転層を消滅させる電位にバイアスすることを
特徴とする請求項8に記載の電力用半導体装置。
9. The method according to claim 8, wherein before switching the anode layer and the cathode layer from a forward bias to a reverse bias, the electrode body is biased to a potential at which the inversion layer disappears. Power semiconductor device.
【請求項10】 前記溝は少なくとも二重に設けられ、
この二重に設けられた溝相互間に前記主表面と逆導電型
のガードリングが設けられていることを特徴とする請求
項1乃至請求項9いずれか一項に記載の電力用半導体装
置。
10. The groove is provided at least doubly,
The power semiconductor device according to claim 1, wherein a guard ring having a conductivity type opposite to that of the main surface is provided between the double grooves.
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