JP2007096006A - Method of manufacturing guard ring and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガードリングの製造方法およびその製造方法により製造されたガードリングを具備する半導体装置に関し、特には、例えばガードリングの幅、深さ、曲率およびガードリングの濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を簡単な方法によって容易に変更することができるガードリングの製造方法および半導体装置に関する。 The present invention relates to a manufacturing method of a guard ring and a semiconductor device including the guard ring manufactured by the manufacturing method, and in particular, a guard such as a guard ring width, depth, curvature, and guard ring concentration profile. The present invention relates to a guard ring manufacturing method and a semiconductor device in which the design conditions of the ring can be easily changed by a simple method.
更に、本発明は、ガードリングを形成した半導体装置に関し、特には、逆電圧阻止特性を向上させることができ、逆バイアス印加時に半導体装置内で局所的に電界強度が高まってしまうおそれを低減することができる半導体装置に関する。 Furthermore, the present invention relates to a semiconductor device in which a guard ring is formed. In particular, the reverse voltage blocking characteristic can be improved, and the possibility that the electric field strength locally increases in the semiconductor device when a reverse bias is applied is reduced. The present invention relates to a semiconductor device that can be used.
詳細には、本発明は、順電圧降下を低減し、逆電圧阻止特性を向上させ、逆回復時間を短縮することができるガードリングを具備する例えばダイオードのような半導体装置に関する。 Specifically, the present invention relates to a semiconductor device such as a diode including a guard ring that can reduce a forward voltage drop, improve a reverse voltage blocking characteristic, and shorten a reverse recovery time.
従来から、逆バイアス印加時におけるアクティブエリア(活性領域)周辺の電界を緩和するために、半導体装置にガードリングを形成することが知られている。例えば特開平9−237905号公報に記載されたような従来の半導体装置では、不純物としてのボロンを注入してガードリングを形成するために、環状のガードリング形成用開口が酸化膜のマスクに形成されている。 Conventionally, it is known to form a guard ring in a semiconductor device in order to relieve an electric field around an active area (active region) when a reverse bias is applied. For example, in a conventional semiconductor device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-237905, an annular guard ring forming opening is formed in an oxide film mask in order to form a guard ring by implanting boron as an impurity. Has been.
図8〜図10は従来の半導体装置の製造工程を説明するための図である。詳細には、図8は特開平9−237905号公報の図12に相当する図、図9は特開平9−237905号公報の図14に相当する図、図10は特開平9−237905号公報の図15に相当する図である。図8〜図10において、4は高濃度の不純物を含むN+半導体基板を示しており、5は低濃度の不純物を含むN−エピタキシャル層を示している。6はマスクとして機能する酸化膜を示しており、6’は酸化膜6に形成されたガードリング形成用開口を示しており、7はガードリングを示している。
8 to 10 are views for explaining a manufacturing process of a conventional semiconductor device. Specifically, FIG. 8 is a diagram corresponding to FIG. 12 of Japanese Patent Laid-Open No. 9-237905, FIG. 9 is a diagram corresponding to FIG. 14 of Japanese Patent Laid-Open No. 9-237905, and FIG. 10 is Japanese Patent Laid-Open No. 9-237905. FIG. 16 is a diagram corresponding to FIG. 15. 8 to 10, 4 indicates an N + semiconductor substrate containing a high concentration impurity, and 5 indicates an N − epitaxial layer containing a low concentration impurity.
特開平9−237905号公報に記載された従来の半導体装置の製造時には、まず最初に、図8に示すように、N+半導体基板4上にN−エピタキシャル層5が成長せしめられる。次いで、酸化炉で加熱することにより、N−エピタキシャル層5の上面に酸化膜6が形成される。次いで、図9に示すように、酸化膜6のうち、ガードリング7が形成される部分が、フォトリソグラフィー技術を用いて選択的にエッチングして除去され、ガードリング形成用開口6’が形成される。次いで、図10に示すように、P型不純物としてのボロンのデポジション(堆積)およびドライブイン(押し込み拡散)がガードリング形成用開口6’を介して行われ、それにより、半導体装置の耐圧を確保するためのガードリング7が形成される。
In manufacturing a conventional semiconductor device described in Japanese Patent Laid-Open No. 9-237905, first, as shown in FIG. 8, an N −
図11は図10に示した従来の半導体装置のN−エピタキシャル層5およびガードリング7を、上側から酸化膜6を透視して見た平面図である。図11に示すように、ガードリング7は所定の幅W2を有して環状に形成されている。つまり、ガードリング7のうち、N−エピタキシャル層5の表面(上面)と同じ高さの部分の幅はW2になっている。
FIG. 11 is a plan view of N -
図12は図10に示した従来の半導体装置のガードリング7等の拡大図である。図12に示すように、ガードリング形成用開口6’を介して導入されたドーパントとしてのP型不純物は、ガードリング形成用開口6’から下側に1拡散すると、ガードリング形成用開口6’の外周側の縁部から外周側(図12の右側)およびガードリング形成用開口6’の内周側の縁部から内周側(図12の左側)にそれぞれ0.8拡散することが、ドーパントの拡散理論として知られている。
FIG. 12 is an enlarged view of the
つまり、特開平9−237905号公報に記載されたような従来の半導体装置では、P型不純物のボロンが、ガードリング形成用開口6’上に堆積されるか、あるいは、ガードリング形成用開口6’を介してN−エピタキシャル層5内にイオン注入され、その後、P型不純物のボロンの押し込み拡散が行われ、その結果、ガードリング7が形成される。
That is, in a conventional semiconductor device as described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-237905, boron of P-type impurity is deposited on the guard ring forming opening 6 ′ or the guard ring forming opening 6 Then, ions are implanted into the N −
また、例えば特開2005−183605の段落〔0017〕、段落〔0025〕などに記載されているように、従来の半導体装置の製造時においては、1つの酸化膜をマスクとして用いることにより、ガードリングと、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域とが、同時に形成される。 Further, as described in, for example, paragraphs [0017] and [0025] of Japanese Patent Application Laid-Open No. 2005-183605, in manufacturing a conventional semiconductor device, a guard ring is formed by using one oxide film as a mask. And a P-type region in the active area (active region) are formed simultaneously.
そのため、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリングの設計条件に基づいてのみならず、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域の設計条件にも基づいて、P型不純物をガードリング形成用開口上に堆積する条件、あるいは、P型不純物をN−エピタキシャル層内にイオン注入する条件、および、N−エピタキシャル層内に導入されたP型不純物を押し込み拡散する条件が決定される。 Therefore, when manufacturing a conventional semiconductor device, not only based on the design condition of the guard ring, but also based on the design condition of the P-type region in the active area (active region), the guard ring is formed with the P-type impurity. The conditions for depositing on the opening for use, the conditions for ion-implanting P-type impurities into the N − epitaxial layer, and the conditions for injecting and diffusing the P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer are determined.
換言すれば、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリングの設計条件を変更するために、P型不純物をガードリング形成用開口上に堆積する条件、あるいは、P型不純物をN−エピタキシャル層内にイオン注入する条件、もしくは、N−エピタキシャル層内に導入されたP型不純物を押し込み拡散する条件を変更すると、それに伴って、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域の設計条件も変化してしまう。 In other words, in manufacturing a conventional semiconductor device, in order to change the design condition of the guard ring, the condition for depositing the P-type impurity on the guard ring forming opening, or the P-type impurity is added to the N − epitaxial layer. When the conditions for ion implantation into the semiconductor layer or the conditions for injecting and diffusing the P-type impurity introduced into the N − epitaxial layer are changed, the design conditions for the P-type region in the active area (active region) change accordingly. Resulting in.
一方、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域の設計条件を変更することなく、ガードリングの設計条件を変更しようとすると、ガードリング用のP型不純物の導入工程あるいはガードリング用のP型不純物の拡散工程を別個に追加・変更しなければならなくなってしまう。 On the other hand, if the design condition of the guard ring is changed without changing the design condition of the P-type region in the active area (active region), the process of introducing the P-type impurity for the guard ring or the P-type for the guard ring The impurity diffusion process must be added and changed separately.
そのため、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリングの設計条件を容易に変更することができなかった。 For this reason, the design conditions of the guard ring cannot be easily changed during the manufacture of the conventional semiconductor device.
ちなみに、ガードリングの深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより浅い場合には、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5との境界面のうち、外周側かつ下側の部分(図13中の破線部分)の曲率が大きくなり過ぎてしまう。図13はガードリング7の深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより浅い状態を示した半導体装置の断面図である。
By the way, when the guard ring depth D is shallower than the optimum design guard ring depth, the outer and lower portions of the boundary surface between the
図13に示すように、ガードリング7の深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより浅い場合には、上述したように、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5との境界面のうち、外周側かつ下側の部分(図13中の破線部分)の曲率が大きくなり過ぎてしまい、その結果、逆バイアス印加時に、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5との境界面のうち、外周側かつ下側の部分(図13中の破線部分)で局所的に電界強度が高まってしまい、逆電圧阻止特性が悪化してしまう。
As shown in FIG. 13, when the depth D of the
ところが、上述したように、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリング7を最適化してガードリング7の深さDを深くしようとすると、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域(図示せず)の設計条件が変化してしまう。そのため、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリング7の深さDを容易に深くすることができなかった。
However, as described above, when a conventional semiconductor device is manufactured, if the
一方、ガードリング7の深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより深い場合には、ガードリング7の下側のN−エピタキシャル層5の厚さt(図14参照)が薄くなってしまうため、低い逆方向電圧によって空乏層がN+半導体基板4にぶつかり電界強度が高まってしまう。図14はガードリング7の深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより深い状態を示した半導体装置の断面図である。
On the other hand, when the depth D of the
図14に示すように、ガードリング7の深さDが最適な設計条件のガードリングの深さより深い場合には、上述したように、ガードリング7の下側のN−エピタキシャル層5の厚さtが薄くなってしまうため、低い逆方向電圧によって空乏層がN+半導体基板4にぶつかる。そして更に印加電圧が高まると、電界強度が臨界電界を越え、アバランシェ降伏を起こし、半導体装置の高耐圧化が妨げられてしまう。
As shown in FIG. 14, when the depth D of the
また、ガードリング7の外周側かつ下側の部分の曲率を小さくするためにガードリング7の深さDを深くしようとすると、マスクのガードリング形成用開口の幅を広げなければならず、この場合、N−エピタキシャル層5内に拡散するP型不純物の総量が増大してしまう。その結果、順バイアス高電流領域においてN−エピタキシャル層5に移動するキャリヤ(ホール)が増大してしまい、逆回復時間が長くなってしまう。
In order to reduce the depth D of the
ところが、上述したように、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリング7を最適化してガードリング7の深さDを浅くしようとすると、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域(図示せず)の設計条件が変化してしまう。そのため、従来の半導体装置の製造時においては、ガードリング7の深さDを容易に浅くすることができなかった。
However, as described above, when a conventional semiconductor device is manufactured, if the
つまり、従来の半導体装置の製造時においては、P型不純物の導入工程あるいはP型不純物の拡散工程を追加・変更することなく、例えばガードリングの幅、深さ、曲率およびガードリングの濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を容易に変更することができなかった。 That is, when manufacturing a conventional semiconductor device, for example, the width, depth, curvature, and guard ring concentration profile of the guard ring without adding or changing the P-type impurity introduction process or the P-type impurity diffusion process. The design conditions of the guard ring such as can not be easily changed.
また、特開平9−237905号公報に記載されたような従来の半導体装置では、図9および図10に示したように、1つの環状のガードリング形成用開口6’を介してP型不純物としてのボロンをN−エピタキシャル層5内に注入することによりガードリング7が形成される。そのため、図13に示したように、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5との境界面のうち、外周側かつ下側の部分(図13中の破線部分)に曲率が大きい箇所が必ず生じてしまう。
Further, in the conventional semiconductor device as described in JP-A-9-237905, as shown in FIGS. 9 and 10, as a P-type impurity through one annular guard ring forming opening 6 ′. By injecting boron into the N −
その結果、1つの環状のガードリング形成用開口6’によってガードリング7が形成された従来の半導体装置においては、逆バイアス印加時に、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5との境界面のうち、外周側かつ下側の部分(図13中の破線部分)で局所的に電界強度が高まってしまい、逆電圧阻止特性が悪化してしまう。つまり、キャリア発生が局所的に起こり、ガードリング7のP型領域を流れるホール電流の電流密度が高まることによって、半導体装置が破壊するおそれが生じてしまう。
As a result, in the conventional semiconductor device in which the
前記問題点に鑑み、本発明は、例えばガードリングの幅、深さ、曲率およびガードリングの濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を簡単な方法によって容易に変更することができるガードリングの製造方法および半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention provides a guard ring that can easily change guard ring design conditions such as guard ring width, depth, curvature, and guard ring concentration profile by a simple method. An object is to provide a manufacturing method and a semiconductor device.
更に、本発明は、逆電圧阻止特性を向上させることができ、逆バイアス印加時に半導体装置内で局所的に電界強度が高まってしまうおそれを低減することができる半導体装置を提供することを目的とする。 Furthermore, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that can improve reverse voltage blocking characteristics and can reduce the possibility that the electric field strength locally increases in the semiconductor device when a reverse bias is applied. To do.
請求項1に記載の発明によれば、高濃度の不純物を含む第1導電型半導体基板上に低濃度の不純物を含む第1導電型半導体層を形成し、前記第1導電型半導体層の上面にマスクを形成し、前記マスクにガードリング形成用開口を形成し、前記ガードリング形成用開口を介して前記第1導電型半導体層内に第2導電型不純物を導入し、その第2導電型不純物を前記第1導電型半導体層内で拡散させることによりガードリングとしての第2導電型拡散領域を形成するガードリングの製造方法において、前記マスクに少なくとも2つのガードリング形成用開口を分割して形成し、一のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物と、前記一のガードリング形成用開口に隣接する他のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物とが一体化した1つのガードリングとしての第2導電型拡散領域を形成するように、前記一のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物と、前記他のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物とを拡散させることを特徴とするガードリングの製造方法が提供される。 According to the first aspect of the present invention, the first conductivity type semiconductor layer including the low concentration impurity is formed on the first conductivity type semiconductor substrate including the high concentration impurity, and the upper surface of the first conductivity type semiconductor layer is formed. A mask is formed, a guard ring formation opening is formed in the mask, a second conductivity type impurity is introduced into the first conductivity type semiconductor layer through the guard ring formation opening, and the second conductivity type is introduced. In a method for manufacturing a guard ring in which a second conductivity type diffusion region as a guard ring is formed by diffusing impurities in the first conductivity type semiconductor layer, at least two guard ring formation openings are divided in the mask. And a second conductivity type impurity introduced through one guard ring forming opening and a second introduced through another guard ring forming opening adjacent to the one guard ring forming opening. A second conductivity type impurity introduced through the one guard ring forming opening so as to form a second conductivity type diffusion region as one guard ring integrated with a conductivity type impurity; There is provided a method for manufacturing a guard ring, characterized by diffusing the second conductivity type impurity introduced through the opening for forming the guard ring.
請求項2に記載の発明によれば、前記マスクを用いることにより、前記ガードリングと、前記ガードリングの内周側の活性領域内の第2導電型拡散領域とを同時に形成することを特徴とする請求項1に記載のガードリングの製造方法が提供される。
According to the invention described in
請求項3に記載の発明によれば、分割して形成される複数のガードリング形成用開口のうち、ガードリング外周側のガードリング形成用開口の幅をガードリング内周側のガードリング形成用開口の幅より狭くすることを特徴とする請求項1又は2に記載のガードリングの製造方法が提供される。
According to the third aspect of the present invention, the width of the guard ring forming opening on the guard ring outer peripheral side among the plurality of guard ring forming openings formed in a divided manner is used for guard ring forming on the guard ring inner peripheral side. The guard ring manufacturing method according to
請求項4に記載の発明によれば、分割して形成される少なくとも3つのガードリング形成用開口のうち、ガードリング外周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅を、ガードリング内周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅より広くすることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載のガードリングの製造方法が提供される。 According to the fourth aspect of the present invention, the width of the mask portion between two adjacent guard ring forming openings on the outer periphery side of the guard ring among the at least three guard ring forming openings formed by division is set. The method for manufacturing a guard ring according to any one of claims 1 to 3, wherein the width of the mask portion between two adjacent guard ring forming openings on the inner side of the guard ring is wider. Provided.
請求項5に記載の発明によれば、請求項1〜4のいずれか一項に記載のガードリングの製造方法により製造されたガードリングを具備する半導体装置が提供される。
According to invention of
請求項6に記載の発明によれば、高濃度の不純物を含む第1導電型半導体基板上に低濃度の不純物を含む第1導電型半導体層を形成し、前記第1導電型半導体層内にガードリングを形成した半導体装置において、前記ガードリングとその周囲の前記第1導電型半導体層との境界面のうち、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率を、ガードリング内周側かつガードリング下側の部分の曲率より小さくしたことを特徴とする半導体装置が提供される。 According to a sixth aspect of the present invention, a first conductive type semiconductor layer containing a low concentration impurity is formed on a first conductive type semiconductor substrate containing a high concentration impurity, and the first conductive type semiconductor layer is formed in the first conductive type semiconductor layer. In the semiconductor device in which the guard ring is formed, the curvature of the guard ring outer peripheral side and the guard ring lower portion of the boundary surface between the guard ring and the first conductive type semiconductor layer around the guard ring is defined as the guard ring inner peripheral side. And the semiconductor device characterized by making it smaller than the curvature of the part below a guard ring is provided.
請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法では、マスクに少なくとも2つのガードリング形成用開口が分割して形成される。つまり、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法では、マスクに少なくとも2つのガードリング形成用開口が分割して形成され、一のガードリング形成用開口と、その一のガードリング形成用開口に隣接する他のガードリング形成用開口との間にマスク部分が残される。その結果、マスクに1つのみのガードリング形成用開口が形成される場合よりも、ガードリング形成用開口の総面積が減少せしめられる。
In the guard ring manufacturing method according to the first and second aspects, at least two guard ring forming openings are divided and formed in the mask. That is, in the guard ring manufacturing method according to
更に、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法では、一のガードリング形成用開口を介して第1導電型半導体層内に導入された第2導電型不純物と、他のガードリング形成用開口を介して第1導電型半導体層内に導入された第2導電型不純物とが一体化した1つのガードリングとしての第2導電型拡散領域を形成するように、一のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物と、他のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物とが拡散せしめられる。
Furthermore, in the guard ring manufacturing method according to
好ましくは、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法では、1つのマスクを用いることにより、ガードリングと、ガードリングの内周側の活性領域内の第2導電型拡散領域とが同時に形成される。
Preferably, in the method for manufacturing the guard ring according to
そのため、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法によれば、マスクに形成された1つのガードリング形成用開口によって1つのガードリングが形成される場合よりも、ガードリングの幅を狭くし、ガードリングの深さを浅くし、ガードリングの濃度を低くし、第2導電型不純物の総量を少なくすることができる。
Therefore, according to the manufacturing method of the guard ring of
つまり、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法によれば、第2導電型不純物の導入工程あるいは第2導電型不純物の拡散工程を追加・変更することなく、マスクに形成されるガードリング形成用開口を変更するという極めて簡単な方法により、例えばガードリングの幅、深さ、およびガードリングの濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を容易に変更することができる。
That is, according to the method for manufacturing a guard ring according to
詳細には、例えば同一の厚さ、同一の比抵抗の第1導電型半導体層としてのN−エピタキシャル層に対し、ガードリング形成用開口がマスクに分割して形成されない従来のガードリングの製造方法によって第2導電型拡散領域としてのP型ガードリング領域を拡散した場合と、ガードリング形成用開口がマスクに分割して形成される請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法によって第2導電型拡散領域としてのP型ガードリング領域を拡散した場合とを比較する。
Specifically, for example, a conventional method for manufacturing a guard ring in which an opening for forming a guard ring is not divided and formed in a mask for an N - epitaxial layer as the first conductive type semiconductor layer having the same thickness and the same specific resistance. And a guard ring forming method according to
請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法による場合には、従来のガードリングの製造方法による場合に比べ、ガードリングの深さが浅くなる。そのため、同一の逆バイアス電圧に対しガードリングのPN接合からN−エピタキシャル層中に延びる空乏層が第1導電型半導体基板としてのN+半導体基板にぶつかるまでの距離が長くなる。(図13における厚さtは、図14における厚さtより厚い。)また、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法による場合には、従来のガードリングの製造方法による場合に比べ、ガードリングのP型濃度が低くなる。そのため、ガードリングのPN接合からガードリングのP型領域内に延びる距離が長くなる。従って、請求項1及び2に記載の発明のガードリングの製造方法による場合には、従来のガードリングの製造方法による場合に比べ、同一の逆バイアス電圧に対し、電界を緩和することができ、逆電圧阻止特性を向上させることができる。
In the case of the guard ring manufacturing method according to the first and second aspects, the depth of the guard ring is shallower than in the case of the conventional guard ring manufacturing method. Therefore, for the same reverse bias voltage, the distance until the depletion layer extending from the PN junction of the guard ring into the N − epitaxial layer hits the N + semiconductor substrate as the first conductivity type semiconductor substrate is increased. (The thickness t in FIG. 13 is thicker than the thickness t in FIG. 14.) Further, in the case of the guard ring manufacturing method according to
また、詳細には、請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法によれば、上述したように、ガードリングの深さを浅くすることができるため、例えばガードリングの深さを浅くするのに加えて、第1導電型半導体層としてのN−エピタキシャル層の厚さを薄くすることにより、逆電圧阻止特性を維持したまま、N−エピタキシャル層のドリフト抵抗の低減により順電圧降下を減少させることができる。
More specifically, according to the method for manufacturing a guard ring according to
更に、詳細には、ガードリング形成用開口がマスクに分割して形成される請求項1及び2に記載のガードリングの製造方法によれば、ガードリングの第2導電型不純物としてのP型不純物の総量を少なくすることができる。そのため、P型不純物の総量を少なくすることにより、特に、順バイアス高電流領域においてN−エピタキシャル層への少数キャリア(ホール)の注入が減り、逆回復時間を短くすることができる。
More specifically, according to the method for manufacturing a guard ring according to
請求項3に記載のガードリングの製造方法では、分割して形成される複数のガードリング形成用開口のうち、ガードリング外周側のガードリング形成用開口の幅がガードリング内周側のガードリング形成用開口の幅より狭くされる。そのため、ガードリング外周側のガードリング形成用開口の幅とガードリング内周側のガードリング形成用開口の幅とが等しくされる場合、あるいは、マスクに1つのみのガードリング形成用開口が形成される場合よりも、ガードリングとしての第2導電型拡散領域とその周囲の第1導電型半導体層との境界面のうち、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率を小さくすることができる。 The guard ring manufacturing method according to claim 3, wherein among the plurality of guard ring forming openings formed in a divided manner, the width of the guard ring forming opening on the outer periphery side of the guard ring is the guard ring on the inner peripheral side of the guard ring. It is narrower than the width of the forming opening. Therefore, when the width of the guard ring forming opening on the outer peripheral side of the guard ring is made equal to the width of the guard ring forming opening on the inner peripheral side of the guard ring, or only one guard ring forming opening is formed in the mask. The curvature of the outer peripheral side of the guard ring and the lower side of the guard ring in the boundary surface between the second conductive type diffusion region as the guard ring and the surrounding first conductive type semiconductor layer is made smaller than the case where Can do.
つまり、請求項3に記載のガードリングの製造方法によれば、分割して形成される複数のガードリング形成用開口の幅を異ならせるという極めて簡単な方法により、ガードリングとしての第2導電型拡散領域とその周囲の第1導電型半導体層との境界面の曲率を容易に変更することができる。 That is, according to the method for manufacturing a guard ring according to claim 3, the second conductivity type as the guard ring can be obtained by a very simple method of making the widths of the plurality of guard ring forming openings formed differently. The curvature of the boundary surface between the diffusion region and the surrounding first conductive type semiconductor layer can be easily changed.
請求項4に記載のガードリングの製造方法では、分割して形成される少なくとも3つのガードリング形成用開口のうち、ガードリング外周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅が、ガードリング内周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅より広くされる。そのため、ガードリング外周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅とガードリング内周側の隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅とが等しくされる場合、あるいは、マスクに1つのみのガードリング形成用開口が形成される場合よりも、ガードリングとしての第2導電型拡散領域とその周囲の第1導電型半導体層との境界面のうち、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率を小さくすることができる。
In the guard ring manufacturing method according to
つまり、請求項4に記載のガードリングの製造方法によれば、分割して形成される少なくとも3つのガードリング形成用開口のうち、隣接する2つのガードリング形成用開口の間のマスク部分の幅をガードリング外周側とガードリング内周側とで異ならせるという極めて簡単な方法により、ガードリングとしての第2導電型拡散領域とその周囲の第1導電型半導体層との境界面の曲率を容易に変更することができる。
That is, according to the method for manufacturing a guard ring according to
請求項5に記載の半導体装置によれば、第2導電型不純物の導入工程あるいは第2導電型不純物の拡散工程を追加・変更することなく、マスクに形成されるガードリング形成用開口を変更するという極めて簡単な方法により、例えばガードリングの幅、深さ、曲率およびガードリングの濃度プロファイルなどのようなガードリングの条件を容易に変更することができる。 According to the semiconductor device of the fifth aspect, the guard ring forming opening formed in the mask is changed without adding or changing the second conductivity type impurity introduction step or the second conductivity type impurity diffusion step. By such an extremely simple method, for example, the guard ring conditions such as the guard ring width, depth, curvature, and guard ring concentration profile can be easily changed.
請求項6に記載の半導体装置では、ガードリングとその周囲の第1導電型半導体層との境界面のうち、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率が、ガードリング内周側かつガードリング下側の部分の曲率より小さくされている。そのため、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率と、ガードリング内周側かつガードリング下側の部分の曲率とがほぼ等しくされている場合よりも、逆電圧阻止特性を向上させることができる。
In the semiconductor device according to
詳細には、請求項6に記載の半導体装置によれば、ガードリング外周側かつガードリング下側の部分の曲率と、ガードリング内周側かつガードリング下側の部分の曲率とがほぼ等しくされている場合のように、逆バイアス印加時に半導体装置内で局所的に電界強度が高まってしまうおそれを低減することができる。 Specifically, according to the semiconductor device of the sixth aspect, the curvature of the guard ring outer peripheral side and the guard ring lower portion is substantially equal to the curvature of the guard ring inner peripheral side and the guard ring lower portion. As in the case where the reverse bias is applied, the possibility that the electric field strength locally increases in the semiconductor device when the reverse bias is applied can be reduced.
以下、本発明の半導体装置の第1の実施形態について説明する。図1は第1の実施形態の半導体装置としてのMPS(Merged p−i−n/Schottky)を示した図である。詳細には、図1(A)はガードリングを形成するためのガードリング形成用開口6’およびアクティブエリア(活性領域)内のP型領域を形成するためのP型領域形成用開口6”が形成されたマスクとしての酸化膜6の平面図、図1(B)は図1(A)のA−A断面図である。
Hereinafter, a first embodiment of a semiconductor device of the present invention will be described. FIG. 1 is a view showing an MPS (Merged pin / Schottky) as a semiconductor device of the first embodiment. More specifically, FIG. 1A shows a guard
図1(B)に示すように、第1の実施形態の半導体装置では、例えばリンP、砒素AsあるいはアンチモンSbのような高濃度の不純物を含むN+半導体基板4上に低濃度の不純物を含むN−エピタキシャル層5が形成されている。また、N−エピタキシャル層5の上面には、マスクとして機能する酸化膜6が形成され、酸化膜6には、ガードリング7を形成するためのガードリング形成用開口6’、および、ガードリング7の内周側(図1(B)の左側)のアクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’を形成するためのP型領域形成用開口6”が形成されている。
As shown in FIG. 1B, in the semiconductor device of the first embodiment, a low concentration impurity is formed on the N + semiconductor substrate 4 containing a high concentration impurity such as phosphorus P, arsenic As, or antimony Sb. An N − epitaxial layer 5 is formed. An
更に、第1の実施形態の半導体装置では、図1(A)および図1(B)に示すように、ガードリング形成用開口6’が、例えば8本の環状のガードリング形成用開口6−1,6−2,6−3,6−4,6−5,6−6,6−7,6−8に分割して形成されている。更に、例えばボロンBのようなP型不純物が、ガードリング形成用開口6−1,6−2,6−3,6−4,6−5,6−6,6−7,6−8を介してN−エピタキシャル層5内に導入され、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられ、その結果、1本の環状のガードリング7が形成されている。
Further, in the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIGS. 1A and 1B, the guard
第1の実施形態の半導体装置では、例えばイオン注入によってP型不純物がN−エピタキシャル層5内に導入され、次いで、押し込み拡散によってP型不純物がN−エピタキシャル層5内で拡散せしめられるが、第1の実施形態の半導体装置の変形例では、代わりに、例えばP型不純物をガードリング形成用開口6’上に堆積するなどの他の方法によってP型不純物をN−エピタキシャル層5内に導入し、次いで、押し込み拡散によってP型不純物をN−エピタキシャル層5内で拡散させることも可能である。
In the semiconductor device of the first embodiment, for example, P-type impurities are introduced into the N − epitaxial layer 5 by ion implantation, and then the P-type impurities are diffused in the N − epitaxial layer 5 by indentation diffusion. In the modification of the semiconductor device of the first embodiment, instead, the P-type impurity is introduced into the N − epitaxial layer 5 by another method, for example, by depositing the P-type impurity on the guard
詳細には、第1の実施形態の半導体装置では、図1(B)に示すように、ガードリング形成用開口6−1から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−2から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。また、ガードリング形成用開口6−2から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−3から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。更に、ガードリング形成用開口6−3から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−4から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。
Specifically, in the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIG. 1B, the P-type impurity introduced from the guard ring formation opening 6-1 and the guard ring formation opening 6-2 are used. The introduced P-type impurity is diffused and integrated in the N − epitaxial layer 5 to form a part of the
同様に、図1(B)に示すように、ガードリング形成用開口6−4から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−5から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。また、ガードリング形成用開口6−5から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−6から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。更に、ガードリング形成用開口6−6から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−7から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。また、ガードリング形成用開口6−7から導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−8から導入されたP型不純物とが、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられて一体化され、ガードリング7の一部を形成している。
Similarly, as shown in FIG. 1B, the P-type impurity introduced from the guard ring forming opening 6-4 and the P type impurity introduced from the guard ring forming opening 6-5 are N − A part of the
また、図1(B)に示すように、P型領域形成用開口6”から導入されたP型不純物が、N−エピタキシャル層5内で拡散せしめられ、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’を形成している。
Further, as shown in FIG. 1B, the P-type impurity introduced from the P-type
詳細には、第1の実施形態の半導体装置では、P型不純物をN−エピタキシャル層5内に導入し、N−エピタキシャル層5内で拡散させる工程によって、ガードリング7およびアクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’が同時に形成されている。更に詳細には、P型不純物をN−エピタキシャル層5内に導入するイオン注入条件が、例えばドーズ量1×1014〜1015イオン/cm2、加速電圧数十keVに設定されている。また、図1(B)に示すように、ガードリング形成用開口6−1,6−2,6−3,6−4,6−5,6−6,6−7,6−8が例えば約1〜2μmピッチで配列されている。
More specifically, in the semiconductor device of the first embodiment, the
第1の実施形態の半導体装置では、図1(A)に示すように、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’(図1(B)参照)を形成するためのP型領域形成用開口6”がストライプ状に形成されているが、第1の実施形態の半導体装置の他の変形例では、代わりに、P型領域形成用開口6”を例えばドット状のような他の任意の形状に形成することも可能である。
In the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIG. 1A, P-type region formation for forming a P-
図2はP型不純物がN−エピタキシャル層5内に導入される状態を説明するための図、図3はP型不純物がN−エピタキシャル層5内で拡散せしめられる状態を説明するための図である。詳細には、図2(A)および図3(A)は図1に示した第1の実施形態の半導体装置のように複数のガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)から導入されたP型不純物によって1つのガードリング7が形成される場合を示しており、図2(B)および図3(B)は図10に示した従来の半導体装置のように1つのガードリング形成用開口6’から導入されたP型不純物によって1つのガードリング7が形成される場合を示している。
FIG. 2 is a diagram for explaining a state in which P-type impurities are introduced into the N − epitaxial layer 5, and FIG. 3 is a diagram for explaining a state in which P-type impurities are diffused in the N − epitaxial layer 5. is there. Specifically, FIGS. 2A and 3A show a plurality of guard
注入エネルギー、ドーズ量などのイオン注入条件が図2(A)に示す半導体装置と図2(B)に示す半導体装置とで同一になるように設定されている場合、図2(A)に示すように、ガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)が複数に分割して形成されている半導体装置においては、イオン注入された例えばボロンBのようなドーパント原子7”は、互いに離間してN−エピタキシャル層5内に分布する。一方、図2(B)に示すように、ガードリング形成用開口6’が分割されていない半導体装置においては、イオン注入された例えばボロンBのようなドーパント原子7”は、水平方向に連続してN−エピタキシャル層5内に分布する。
When the ion implantation conditions such as implantation energy and dose are set to be the same in the semiconductor device shown in FIG. 2A and the semiconductor device shown in FIG. As described above, in the semiconductor device in which the guard
次いで、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置においては、ガードリング形成用開口6−1から導入されたドーパント原子7”の一部およびガードリング形成用開口6−2から導入されたドーパント原子7”の一部は、ガードリング形成用開口6−1とガードリング形成用開口6−2との間のマスク部分の下側に水平方向(図2(A)の左右方向)に拡散する。そのため、ガードリング形成用開口6−1から導入されたドーパント原子7”およびガードリング形成用開口6−2から導入されたドーパント原子7”が下側(図2(A)の下側)に拡散する速度は、ガードリング形成用開口6−1とガードリング形成用開口6−2との間にマスク部分が配置されていない場合よりも低下する。
Next, in the semiconductor device shown in FIG. 2A and FIG. 3A, a part of the
また、図2(A)および図3(A)に示すように、ガードリング形成用開口6−2から導入されたドーパント原子7”の一部およびガードリング形成用開口6−3から導入されたドーパント原子7”の一部は、ガードリング形成用開口6−2とガードリング形成用開口6−3との間のマスク部分の下側に水平方向(図2(A)の左右方向)に拡散する。そのため、ガードリング形成用開口6−2から導入されたドーパント原子7”およびガードリング形成用開口6−3から導入されたドーパント原子7”が下側(図2(A)の下側)に拡散する速度は、ガードリング形成用開口6−2とガードリング形成用開口6−3との間にマスク部分が配置されていない場合よりも低下する。
Further, as shown in FIGS. 2A and 3A, a part of the
更に、図2(A)および図3(A)に示すように、ガードリング形成用開口6−3から導入されたドーパント原子7”の一部およびガードリング形成用開口6−4から導入されたドーパント原子7”の一部は、ガードリング形成用開口6−3とガードリング形成用開口6−4との間のマスク部分の下側に水平方向(図2(A)の左右方向)に拡散する。そのため、ガードリング形成用開口6−3から導入されたドーパント原子7”およびガードリング形成用開口6−4から導入されたドーパント原子7”が下側(図2(A)の下側)に拡散する速度は、ガードリング形成用開口6−3とガードリング形成用開口6−4との間にマスク部分が配置されていない場合よりも低下する。
Further, as shown in FIGS. 2A and 3A, a part of the
その結果、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’の幅Wと図2(B)および図3(B)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’の幅Wとが等しい場合であっても、図3(A)に示す半導体装置のガードリング7の幅W1は、図3(B)に示す半導体装置のガードリング7の幅W2より狭くなる。また、図3(A)に示す半導体装置のガードリング7の深さD1は、図3(B)に示す半導体装置のガードリング7の深さD2より浅くなる。
As a result, the width W of the guard
また、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置では、ガードリング形成用開口6−1とガードリング形成用開口6−2との間、ガードリング形成用開口6−2とガードリング形成用開口6−3との間、および、ガードリング形成用開口6−3とガードリング形成用開口6−4との間にマスク部分が残されるため、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’の総面積は、図2(B)および図3(B)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’の総面積より小さくなる。その結果、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’から導入されるP型不純物の総量は、図2(B)および図3(B)に示す半導体装置のガードリング形成用開口6’から導入されるP型不純物の総量より少なくなる。それゆえ、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置におけるP型不純物の押し込み拡散条件と、図2(B)および図3(B)に示す半導体装置におけるP型不純物の押し込み拡散条件とが同一に設定されると、図2(A)および図3(A)に示す半導体装置のガードリング7のP型不純物濃度は、図2(B)および図3(B)に示す半導体装置のガードリング7のP型不純物濃度より低くなる。
In the semiconductor device shown in FIGS. 2A and 3A, the guard ring forming opening 6-2 and the guard ring are formed between the guard ring forming opening 6-1 and the guard ring forming opening 6-2. Since the mask portions remain between the ring forming opening 6-3 and between the guard ring forming opening 6-3 and the guard ring forming opening 6-4, FIG. The total area of the guard
換言すれば、図1に示した第1の実施形態の半導体装置では、マスクとしての酸化膜6に例えば8個のガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4,6−5,6−6,6−7,6−8)が分割して形成され、ガードリング形成用開口6−1とガードリング形成用開口6−2との間、ガードリング形成用開口6−2とガードリング形成用開口6−3との間、ガードリング形成用開口6−3とガードリング形成用開口6−4との間、ガードリング形成用開口6−4とガードリング形成用開口6−5との間、ガードリング形成用開口6−5とガードリング形成用開口6−6との間、ガードリング形成用開口6−6とガードリング形成用開口6−7との間、および、ガードリング形成用開口6−7とガードリング形成用開口6−8との間にマスク部分が残される。
In other words, in the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1, for example, eight guard
そのため、図10に示した従来の半導体装置のようにマスクとしての酸化膜6に1つのみのガードリング形成用開口6’が形成される場合よりも、ガードリング形成用開口6’の総面積が減少せしめられる。それゆえ、第1の実施形態の半導体装置によれば、マスクとしての酸化膜6に1つのみのガードリング形成用開口6’が形成される場合よりも、ガードリング7の幅を狭くし、ガードリング7の深さを浅くし、ガードリング7の濃度を低くし、P型不純物の総量を少なくすることができる。
Therefore, the total area of the guard
更に、図1に示した第1の実施形態の半導体装置では、ガードリング形成用開口6−1を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−2を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−3を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−4を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−5を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−6を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−7を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−8を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物とが、一体化した1つのガードリング7を形成するように拡散せしめられる。
Further, in the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1, the P-type impurity introduced into the N − epitaxial layer 5 through the guard ring formation opening 6-1 and the guard ring formation opening 6−. P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through 2, P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the guard ring forming opening 6-3, and guard ring forming openings P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through 6-4, P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the guard ring formation opening 6-5, and guard ring formation P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the openings 6-6 for use, P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the openings 6-7 for forming the guard ring, P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the trench forming openings 6-8 are diffused so as to form one
つまり、図1に示した第1の実施形態の半導体装置によれば、例えば注入エネルギー、ドーズ量等のようなP型不純物のイオン注入条件、あるいは、例えば熱処理温度、熱処理時間等のようなP型不純物の押し込み拡散条件を変更することなく、マスクとしての酸化膜6に形成されるガードリング形成用開口6’を変更するという極めて簡単な方法により、例えばガードリング7の幅、ガードリング7の深さ、ガードリング7の濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を容易に変更することができる。
That is, according to the semiconductor device of the first embodiment shown in FIG. 1, for example, P-type impurity ion implantation conditions such as implantation energy and dose, or P such as heat treatment temperature and heat treatment time. For example, the width of the
以下、本発明の半導体装置の第2の実施形態について説明する。第2の実施形態の半導体装置は、後述する点を除き、上述した第1の実施形態の半導体装置と同様に構成されている。従って、第2の実施形態の半導体装置によれば、後述する点を除き、上述した第1の実施形態の半導体装置と同様の効果を奏することができる。 Hereinafter, a second embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described. The semiconductor device of the second embodiment is configured in the same manner as the semiconductor device of the first embodiment described above, except for the points described below. Therefore, according to the semiconductor device of the second embodiment, the same effects as those of the semiconductor device of the first embodiment described above can be obtained except for the points described later.
図4は第2の実施形態の半導体装置としてのMPSの一部を拡大して示した図である。詳細には、図4はマスクとしての酸化膜6の上面と、酸化膜6、ガードリング7およびN−エピタキシャル層5の断面とを示した図である。図5は第2の実施形態の半導体装置としてのMPSの断面図である。
FIG. 4 is an enlarged view of a part of the MPS as the semiconductor device of the second embodiment. Specifically, FIG. 4 is a view showing the upper surface of
第1の実施形態の半導体装置では、図1(B)に示すように、幅の等しい8本の環状のガードリング形成用開口6−1,6−2,6−3,6−4,6−5,6−6,6−7,6−8が等間隔で配列されるが、第2の実施形態の半導体装置では、図4に示すように、最も内周側のガードリング形成用開口6−1の幅W6−1が、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2の幅W6−2より広くされる。また、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2の幅W6−2が、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3の幅W6−3より広くされる。更に、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3の幅W6−3が、最も外周側のガードリング形成用開口6−4の幅W6−4より広くされる。 In the semiconductor device of the first embodiment, as shown in FIG. 1B, eight annular guard ring forming openings 6-1, 6-2, 6-3, 6-4, and 6 having the same width. −5, 6-6, 6-7, 6-8 are arranged at equal intervals. In the semiconductor device of the second embodiment, as shown in FIG. The width W6-1 of 6-1 is made wider than the width W6-2 of the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side. Further, the width W6-2 of the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side is made wider than the width W6-3 of the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side. Furthermore, the width W6-3 of the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side is made wider than the width W6-4 of the guard ring forming opening 6-4 on the outermost peripheral side.
更に、第2の実施形態の半導体装置では、図4に示すように、最も内周側のガードリング形成用開口6−1と内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2との間のマスク部分の幅W12が、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2と内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3との間のマスク部分の幅W23より狭くされる。また、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2と内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3との間のマスク部分の幅W23が、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3と最も外周側のガードリング形成用開口6−4との間のマスク部分の幅W34より狭くされる。 Furthermore, in the semiconductor device of the second embodiment, as shown in FIG. 4, the innermost guard ring forming opening 6-1 and the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side are provided. The width W12 of the mask portion between them is from the width W23 of the mask portion between the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side and the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side. Narrowed. Further, the width W23 of the mask portion between the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side and the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side is the third from the inner peripheral side. The width W34 of the mask portion between the guard ring forming opening 6-3 and the outermost guard ring forming opening 6-4 is made narrower.
その結果、第2の実施形態の半導体装置では、図4および図5に示すように、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面のうち、外周側かつ下側の部分の曲率が、内周側かつ下側の部分の曲率より小さくなるように、すなわち、直線的になるように、ガードリング7が形成される。つまり、ガードリング7の内周側の部分の深さが、内周側になるに従って急激に浅くなるのに対し、ガードリング7の外周側の部分の深さが、外周側になるに従って緩やかに浅くなるように、ガードリング7が形成される。
As a result, in the semiconductor device of the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the outer peripheral side and lower part of the PN junction surface between the
そのため、第2の実施形態の半導体装置によれば、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面のうち、外周側かつ下側の部分の曲率と、内周側かつ下側の部分の曲率とがほぼ等しくされている場合よりも、逆電圧阻止特性を向上させることができる。
Therefore, according to the semiconductor device of the second embodiment, the curvature of the outer peripheral side and the lower portion of the PN junction surface between the
詳細には、第2の実施形態の半導体装置によれば、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面のうち、外周側かつ下側の部分の曲率と、内周側かつ下側の部分の曲率とがほぼ等しくされている場合のように、逆バイアス印加時に半導体装置内で局所的に電界強度が高まってしまうおそれを低減することができる。
Specifically, according to the semiconductor device of the second embodiment, the curvature of the outer peripheral side and the lower part of the PN junction surface between the
尚、図4および図5に示す第2の実施形態の半導体装置では、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面のうち、内周側かつ下側の部分の曲率が比較的大きくなるが、ガードリング7のPN接合部(ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面)からN−エピタキシャル層5内に延びる空乏層と、アクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’のPN接合部(P型領域7’とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面)からN−エピタキシャル層5内に延びる空乏層とがピンチオフし、電界を緩和するため、電界強度が高まらない。
In the semiconductor device of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the curvature of the inner peripheral side and the lower part of the PN junction surface between the
更に、図4および図5に示す第2の実施形態の半導体装置では、マスクとしての酸化膜6に例えば4個のガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)が分割して形成され、ガードリング形成用開口6−1とガードリング形成用開口6−2との間、ガードリング形成用開口6−2とガードリング形成用開口6−3との間、および、ガードリング形成用開口6−3とガードリング形成用開口6−4との間にマスク部分が残される。
Further, in the semiconductor device of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5, for example, four guard
そのため、図10に示した従来の半導体装置のようにマスクとしての酸化膜6に1つのみのガードリング形成用開口6’が形成される場合よりも、ガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)の総面積が減少せしめられる。それゆえ、第2の実施形態の半導体装置によれば、マスクとしての酸化膜6に1つのみのガードリング形成用開口6’が形成される場合よりも、ガードリング7の幅を狭くし、ガードリング7の深さを浅くし、ガードリング7の濃度を低くし、P型不純物の総量を少なくすることができる。
Therefore, as compared with the case where only one guard
また、図4および図5に示す第2の実施形態の半導体装置では、ガードリング形成用開口6−1を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−2を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−3を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物と、ガードリング形成用開口6−4を介してN−エピタキシャル層5内に導入されたP型不純物とが、一体化した1つのガードリング7を形成するように拡散せしめられる。
In the semiconductor device of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5, the P-type impurity introduced into the N − epitaxial layer 5 through the guard ring formation opening 6-1 and the guard ring formation opening are provided. P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through 6-2, P-type impurities introduced into the N − epitaxial layer 5 through the guard ring formation opening 6-3, and guard ring formation The P-type impurity introduced into the N − epitaxial layer 5 through the opening 6-4 is diffused so as to form one
つまり、図4および図5に示す第2の実施形態の半導体装置によれば、例えばドーズ量、加速電圧等のようなP型不純物のイオン注入条件、あるいは、例えば熱処理温度、熱処理時間等のようなP型不純物の押し込み拡散条件を変更することなく、マスクとしての酸化膜6に形成されるガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)を変更するという極めて簡単な方法により、例えばガードリング7の幅、深さ、曲率およびガードリング7の濃度プロファイルなどのようなガードリングの設計条件を容易に変更することができる。
That is, according to the semiconductor device of the second embodiment shown in FIGS. 4 and 5, for example, ion implantation conditions of a P-type impurity such as a dose amount and an acceleration voltage, or a heat treatment temperature, a heat treatment time, etc. The guard ring forming opening 6 '(6-1, 6-2, 6-3, 6-4) formed in the
以下、本発明の半導体装置の第3の実施形態について説明する。第3の実施形態の半導体装置は、後述する点を除き、上述した第2の実施形態の半導体装置と同様に構成されている。従って、第3の実施形態の半導体装置によれば、後述する点を除き、上述した第2の実施形態の半導体装置と同様の効果を奏することができる。 Hereinafter, a third embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described. The semiconductor device of the third embodiment is configured in the same manner as the semiconductor device of the second embodiment described above, except for the points described below. Therefore, according to the semiconductor device of the third embodiment, the same effects as those of the semiconductor device of the second embodiment described above can be obtained except for the points described later.
図6は第3の実施形態の半導体装置としてのMPSの一部を拡大して示した図である。詳細には、図6はマスクとしての酸化膜6の上面と、酸化膜6、ガードリング7およびN−エピタキシャル層5の断面とを示した図である。第3の実施形態の半導体装置としてのMPSの断面図は、図5に示した第2の実施形態の半導体装置としてのMPSの断面図とほぼ同様になる。
FIG. 6 is an enlarged view of a part of the MPS as the semiconductor device of the third embodiment. Specifically, FIG. 6 is a diagram showing the upper surface of
第2の実施形態の半導体装置では、図4に示したように、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3が環状かつ連続的に形成され、最も外周側のガードリング形成用開口6−4が環状かつ連続的に形成されているが、第3の実施形態の半導体装置では、図6に示すように、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3が、環状に配列された例えば矩形、多角形、円形などような任意の形状の複数の穴によって断続的に構成され、最も外周側のガードリング形成用開口6−4が、環状に配列された例えば矩形、多角形、円形などような任意の形状の複数の穴によって断続的に構成されている。 In the semiconductor device of the second embodiment, as shown in FIG. 4, the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side is formed annularly and continuously, and the outermost guard ring forming opening is formed. Although the opening 6-4 is annularly and continuously formed, in the semiconductor device of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side is For example, a plurality of holes having an arbitrary shape such as a rectangular shape, a polygonal shape, a circular shape, etc. arranged in an annular shape are formed intermittently, and the outermost guard ring forming openings 6-4 are arranged in an annular shape, for example, a rectangular shape. It is constituted intermittently by a plurality of holes having an arbitrary shape such as a polygon or a circle.
第3の実施形態の半導体装置では、図6に示すように、最も内周側のガードリング形成用開口6−1の幅W6−1が、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2の幅W6−2より広くされる。また、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2の幅W6−2が、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3の幅W6−3より広くされる。更に、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3の幅W6−3が、最も外周側のガードリング形成用開口6−4の幅W6−4より広くされる。
In the semiconductor device of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the width W6-1 of the guard ring forming opening 6-1 on the innermost side is the second guard
更に、第3の実施形態の半導体装置では、図6に示すように、最も内周側のガードリング形成用開口6−1と内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2との間のマスク部分の幅W12が、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2と内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3との間のマスク部分の幅W23より狭くされる。また、内周側から2番目のガードリング形成用開口6−2と内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3との間のマスク部分の幅W23が、内周側から3番目のガードリング形成用開口6−3と最も外周側のガードリング形成用開口6−4との間のマスク部分の幅W34より狭くされる。 Further, in the semiconductor device of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the innermost guard ring forming opening 6-1 and the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side are provided. The width W12 of the mask portion between them is from the width W23 of the mask portion between the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side and the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side. Narrowed. Further, the width W23 of the mask portion between the second guard ring forming opening 6-2 from the inner peripheral side and the third guard ring forming opening 6-3 from the inner peripheral side is the third from the inner peripheral side. The width W34 of the mask portion between the guard ring forming opening 6-3 and the outermost guard ring forming opening 6-4 is made narrower.
その結果、第3の実施形態の半導体装置では、図6に示すように、ガードリング7とその周囲のN−エピタキシャル層5とのPN接合面のうち、外周側かつ下側の部分の曲率が、内周側かつ下側の部分の曲率より小さくなるように、ガードリング7が形成される。つまり、ガードリング7の内周側の部分の深さが、内周側になるに従って急激に浅くなるのに対し、ガードリング7の外周側の部分の深さが、外周側になるに従って緩やかに浅くなるように、ガードリング7が形成される。
As a result, in the semiconductor device of the third embodiment, as shown in FIG. 6, the curvature of the outer peripheral side and the lower part of the PN junction surface between the
そのため、第3の実施形態の半導体装置によれば、第2の実施形態の半導体装置と同様の効果を奏することができる。 Therefore, according to the semiconductor device of 3rd Embodiment, there can exist an effect similar to the semiconductor device of 2nd Embodiment.
以下、本発明の半導体装置の第4の実施形態について説明する。第4の実施形態の半導体装置は、後述する点を除き、上述した第2または第3の実施形態の半導体装置と同様に構成されている。従って、第4の実施形態の半導体装置によれば、上述した第2または第3の実施形態の半導体装置と同様の効果を奏することができる。 Hereinafter, a fourth embodiment of the semiconductor device of the present invention will be described. The semiconductor device of the fourth embodiment is configured in the same manner as the semiconductor device of the second or third embodiment described above, except for points described below. Therefore, according to the semiconductor device of 4th Embodiment, there can exist an effect similar to the semiconductor device of 2nd or 3rd embodiment mentioned above.
図7は第4の実施形態の半導体装置としてのダイオードの断面図である。第4の実施形態の半導体装置のガードリング7は、図4に示した第2の実施形態の半導体装置と同様のガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)により形成されるか、あるいは、図6に示した第4の実施形態の半導体装置と同様のガードリング形成用開口6’(6−1,6−2,6−3,6−4)により形成される。
FIG. 7 is a cross-sectional view of a diode as a semiconductor device of the fourth embodiment. The
上述した第1から第4の実施形態の半導体装置では、ガードリング7およびアクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’を形成するためのマスクが酸化膜6によって構成されているが、第1から第4の実施形態の半導体装置の変形例では、ガードリング7およびアクティブエリア(活性領域)内のP型領域7’を形成するためのマスクをフォトレジストによって構成することも可能である。
In the semiconductor devices of the first to fourth embodiments described above, the mask for forming the
4 N+半導体基板
5 N−エピタキシャル層
6 酸化膜
6’ ガードリング形成用開口
6−1,6−2,6−3,6−4 ガードリング形成用開口
6−5,6−6,6−7,6−8 ガードリング形成用開口
6” P型領域形成用開口
7 ガードリング
7’ アクティブエリア(活性領域)内のP型領域
4 N + semiconductor substrate 5 N - epitaxial layer 6 oxide film 6 'guard ring forming openings 6-1, 6-2, 6-3 and 6-4 guard ring formed opening 6-5,6-6,6- 7, 6-8 Guard
Claims (6)
前記マスクに少なくとも2つのガードリング形成用開口を分割して形成し、一のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物と、前記一のガードリング形成用開口に隣接する他のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物とが一体化した1つのガードリングとしての第2導電型拡散領域を形成するように、前記一のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物と、前記他のガードリング形成用開口を介して導入された第2導電型不純物とを拡散させることを特徴とするガードリングの製造方法。 A first conductivity type semiconductor layer containing a low concentration impurity is formed on a first conductivity type semiconductor substrate containing a high concentration impurity, a mask is formed on the upper surface of the first conductivity type semiconductor layer, and a guard ring is formed on the mask. A formation opening is formed, a second conductivity type impurity is introduced into the first conductivity type semiconductor layer through the guard ring formation opening, and the second conductivity type impurity is introduced into the first conductivity type semiconductor layer. In the manufacturing method of the guard ring that forms the second conductivity type diffusion region as the guard ring by diffusing,
The mask is formed by dividing at least two guard ring forming openings, the second conductivity type impurity introduced through one guard ring forming opening, and the other adjacent to the one guard ring forming opening. Through the one guard ring forming opening so as to form a second conductivity type diffusion region as one guard ring integrated with the second conductivity type impurity introduced through the guard ring forming opening. A method of manufacturing a guard ring, comprising: diffusing the second conductivity type impurity introduced in this step and the second conductivity type impurity introduced through the other guard ring formation opening.
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