JP2007115935A - High withstand voltage semiconductor device and its manufacturing method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関し、特に大電力の制御に用いることを目的とした高耐圧半導体装置及びその製造方法に係わるものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a high voltage semiconductor device intended for use in high power control and a method for manufacturing the same.
パワーエレクトロニクス分野において、装置の小型化に伴い高耐圧半導体装置が多用されるようになってきている。そのため、高耐圧半導体装置に対しては、より高耐圧化・大電流化が望まれている。
この高耐圧化及び大電流化を実現させるため、高濃度の基板でも高耐圧化を可能とするスーパージャンクション構造を有する半導体装置が用いられている。
上記スーパージャンクション構造の例として、図18に示す縦型MOSの構造を簡単に説明する。
In the field of power electronics, high-voltage semiconductor devices have come to be used frequently with the miniaturization of devices. Therefore, higher breakdown voltage and higher current are desired for high breakdown voltage semiconductor devices.
In order to realize this high withstand voltage and large current, a semiconductor device having a super junction structure that enables high withstand voltage even with a high concentration substrate is used.
As an example of the super junction structure, the structure of the vertical MOS shown in FIG. 18 will be briefly described.
この縦型MOSは、N+型のドレイン層100と、このドレイン層100の上部に形成されたN−型のドリフト層101と、ドリフト層101内に形成され、かつドリフト層101に対し、反対導電型であるP−型のベース領域102と、ベース領域102内に形成された、ベース領域102に対し、反対導電型のN+型のソース領域103とを備えている。
また、上記縦型MOSは、ベース領域102やソース領域102等が露出する半導体基板の上面から、ドリフト層101の厚み方向に延伸する(ドリフト層101に空けられた)トレンチ104を有している。
The vertical MOS includes an N + -
The vertical MOS has a
そして、縦型MOSは、このトレンチ104の外周縁及び外周面に沿ってベース領域102と同じ導電型であるp−型の柱状部拡散層(ピラー領域)105を延伸させると共にトレンチ104内に絶縁体106が充填されている。
また、上記半導体基板の表面にゲート酸化膜が形成され、このゲート酸化膜表面の所定の位置にゲート電極107のパターンが形成され、露出されたゲート酸化膜106及びゲート電極107上に絶縁膜108が形成されている。
ソース領域103及びベース領域102を露出させるコンタクトホール109が形成され、このコンタクトホール109により、ソース電極103及びベース領域102とコンタクトが取られたソース電極110が設けられている(例えば、特許文献1参照)。
The vertical MOS extends a p − -type columnar diffusion layer (pillar region) 105 having the same conductivity type as the
A gate oxide film is formed on the surface of the semiconductor substrate, a pattern of the
A contact hole 109 exposing the
図18に示す素子構造によれば、ベース領域102直下に延伸する柱状部拡散層105が所謂リサーフ領域として機能するため、素子の高耐圧化か図られると共に、比較的低いオン電圧のMOSFETを実現することができる。
すなわち、ベース領域102とドリフト領域101との界面に形成される第1のPN接合に対し、逆方向電圧(ソース電圧<ドレイン電圧)が印加されると、この第1のPN接合から空乏層が広がる。
また、このとき、柱状部拡散層105とドリフト領域101との界面に形成される第2のPN接合における空乏層も広がる。
上述したように、逆方向電圧が印加された際、第1及び第2のPN接合において生成される空乏層がドリフト領域101内に良好に広がることにより電解集中を緩和し、素子の高耐圧化を実現することができる。
According to the element structure shown in FIG. 18, the columnar
That is, when a reverse voltage (source voltage <drain voltage) is applied to the first PN junction formed at the interface between the
At this time, the depletion layer in the second PN junction formed at the interface between the columnar
As described above, when a reverse voltage is applied, the depletion layer generated in the first and second PN junctions spreads well in the
また、このように逆方向電圧が印加される際、ドリフト層101内に空乏層が良好に広がることから、ドリフト層101の不純物濃度を比較的高く設定することができる。
これにドリフト層101の抵抗を低下させることができるため、縦型MOS等の素子のオン抵抗も比較的低くなる。
このように、柱状領域105を形成したMOSFETによれば、トレードオフ関係にある、素子の高耐圧化と低オン抵抗化の両方を達成することができる。
また、トレンチ104に沿って柱状部拡散層105を設けることにより、ドリフト層101の厚み方向に深く延伸する柱状部拡散層105を容易に形成できるという利点もある。
すなわち、ドリフト層101にトレンチ104を形成し、このトレンチ104の内壁面を通じて不純物を導入して柱状領域105を形成することができ、複数のエピタキシャル成長を繰り返して柱状領域105を形成する方法に比較し、柱状領域105を深く形成できるとともに、容易に任意の深さに形成することができる。
In addition, since the resistance of the
Thus, according to the MOSFET in which the
Further, by providing the columnar
That is, a
上述した半導体素子の高耐圧化を良好に達成するため、図1に示すように、トランジスタを形成するセル領域を囲む素子外周領域(半導体基板の外周側)の電界集中も緩和する必要がある。
このため、図1のA−Aにおける線視断面図の図19に示すように、素子外周領域にも複数の柱状領域(ソース領域を有さず、ソース電極に接続されていない)を形成して電界緩和を図ることが必要となる。
すなわち、上記セル領域を包囲する、環状に形成された柱状領域からなるFLR(Field Limiting Ring)領域を形成し、空乏層を素子外周方向に良好に広げることにより、セル領域おける最外周の素子に対する電界集中を緩和することが考えられる。
In order to satisfactorily achieve the high breakdown voltage of the semiconductor element described above, as shown in FIG. 1, it is necessary to alleviate the electric field concentration in the element outer peripheral region (the outer peripheral side of the semiconductor substrate) surrounding the cell region in which the transistor is formed.
For this reason, as shown in FIG. 19 in the sectional view taken along line AA in FIG. 1, a plurality of columnar regions (having no source region and not connected to the source electrode) are also formed in the element outer peripheral region. Therefore, it is necessary to reduce the electric field.
That is, by forming an FLR (Field Limiting Ring) region composed of a ring-shaped columnar region surrounding the cell region and spreading the depletion layer well in the outer peripheral direction of the device, It is conceivable to reduce the electric field concentration.
しかしながら、図19の従来例においては、実際に作成して耐圧を測定してみると、上述したFLR構造においては、十分な電界緩和効果が得られないことが確認された。
この要因としては、柱状領域のトレンチ104内部に充填された絶縁体が、図1に示すようにセル領域を連続的な環状にて包囲しているため、電位の伝達を阻害していることが考えられる。
すなわち、図19に示す従来の柱状領域の構造において、柱状部分の絶縁体が連続した壁となり、柱状領域を内側部分と外側部分とに分割し、この絶縁体の壁により内側部分の電位が外側部分へ十分に伝達されないことが考えられる。
これは、図20に示すシミュレーション結果(空乏層の電位分布)からも、空乏層の素子外周側への広がりが制限されることが判る。このシミュレーションは、二次元デバイスシミュレータで行った。
However, in the conventional example of FIG. 19, when the breakdown voltage was actually created and measured, it was confirmed that the above-described FLR structure could not provide a sufficient electric field relaxation effect.
The cause is that the insulator filled in the
That is, in the structure of the conventional columnar region shown in FIG. 19, the insulator of the columnar part becomes a continuous wall, the columnar region is divided into an inner part and an outer part, and the potential of the inner part is outside by the wall of this insulator. It is conceivable that it is not sufficiently transmitted to the part.
From the simulation result (potential distribution of the depletion layer) shown in FIG. 20, it can be seen that the spread of the depletion layer to the element outer peripheral side is limited. This simulation was performed with a two-dimensional device simulator.
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、セル領域のトランジスタと同様な構造の柱状領域を用いたFLRを形成し、素子外周領域における電界集中を緩和する高耐圧半導体装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such circumstances, and provides a high breakdown voltage semiconductor device that forms an FLR using a columnar region having a structure similar to that of a transistor in a cell region and relaxes electric field concentration in the element outer peripheral region. The purpose is to do.
本発明の高耐圧半導体装置は、素子が形成されたセル領域の外周に隣接した終端部において、リサーフ構造を有するFLRが所定の間隔にて複数設けられた高耐圧半導体装置であり、前記FLRが、第1導電型の基板表面に、環状に連続して設けられたトレンチと、該トレンチ外周面に沿って設けられた第2の導電型の第1の拡散領域と、前記トレンチ内部に充填された絶縁体と、前記絶縁体により、内周側拡散層と外周側拡散層とに分割された、半導体装置の各辺に沿うように環状に連続して設けられた第2導電型の第2の拡散領域と、前記第2の拡散領域における内周側拡散領域と外周側拡散領域とに介挿された導電体とを有することを特徴とする。 The high withstand voltage semiconductor device of the present invention is a high withstand voltage semiconductor device in which a plurality of FLRs having a RESURF structure are provided at a predetermined interval at a terminal portion adjacent to the outer periphery of a cell region in which an element is formed. A trench provided continuously in a ring shape on the surface of the first conductivity type substrate, a first diffusion region of the second conductivity type provided along the outer peripheral surface of the trench, and the inside of the trench is filled. And a second conductivity type second electrode that is divided into an inner peripheral diffusion layer and an outer peripheral diffusion layer by the insulator and continuously provided in an annular shape along each side of the semiconductor device. And a conductor interposed between the inner and outer diffusion regions in the second diffusion region.
本発明の高耐圧半導体装置は、前記FLRがそれぞれ電気的に分離されて形成されていることを特徴とする。 The high breakdown voltage semiconductor device of the present invention is characterized in that the FLRs are formed so as to be electrically separated from each other.
本発明の高耐圧半導体装置は、前記導電体が金属で構成され、前記第2の拡散領域の内周側拡散領域及び外周側拡散領域各々にコンタクトにて接続されていることを特徴とする。 The high breakdown voltage semiconductor device of the present invention is characterized in that the conductor is made of a metal and is connected to each of an inner peripheral diffusion region and an outer peripheral diffusion region of the second diffusion region by a contact.
本発明の高耐圧半導体装置は、前記導電体が第2導電型の半導体部で構成され、前記第2の拡散領域の内周側拡散領域及び外周側拡散領域各々に接続されていることを特徴とする。 In the high breakdown voltage semiconductor device of the present invention, the conductor is formed of a semiconductor portion of a second conductivity type, and is connected to each of the inner peripheral diffusion region and the outer peripheral diffusion region of the second diffusion region. And
本発明の高耐圧半導体装置は、前記トレンチが間欠に形成され、トレンチが間欠された領域に第2の導電体の拡散層が形成され、この拡散層により前記第2の拡散領域の内周側拡散領域及び外周側拡散領域とが接続されていることを特徴とする。 In the high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention, the trench is intermittently formed, and a diffusion layer of a second conductor is formed in the region where the trench is intermittently formed, and the inner side of the second diffusion region is formed by the diffusion layer. The diffusion region and the outer peripheral diffusion region are connected.
本発明の高耐圧半導体装置の製造方法は、素子が形成されたセル領域の外周に隣接した終端部において、リサーフ構造を有するFLRが所定の間隔にて複数設けられた高耐圧半導体装置の製造方法であり、前記FLRの形成において、第1導電型の基板表面トレンチを環状に連続して設ける第1の工程と、該トレンチの外周面に沿って第2導電型の第1の拡散層を形成する第2の工程と、前記トレンチ内部に絶縁体を充填する第3の工程と、前記絶縁体により、内周側拡散層と外周側拡散層とに分割され、半導体装置の各辺に沿うように環状に連続して設けられる第2導電型の第2の拡散領域を形成する第4の工程と、前記第2の拡散領域の内周側拡散領域及び外周側拡散領域を接続する導電部を形成する第5の工程とを有することを特徴とする The manufacturing method of a high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention is a method of manufacturing a high breakdown voltage semiconductor device in which a plurality of FLRs having a RESURF structure are provided at predetermined intervals in a terminal portion adjacent to the outer periphery of a cell region in which an element is formed. In the formation of the FLR, a first step of continuously providing a first conductive type substrate surface trench in a ring shape and a second conductive type first diffusion layer are formed along the outer peripheral surface of the trench And a third step of filling the trench with an insulator, and the insulator is divided into an inner peripheral diffusion layer and an outer peripheral diffusion layer so as to be along each side of the semiconductor device. A fourth step of forming a second diffusion region of the second conductivity type provided continuously in a ring shape, and a conductive portion connecting the inner peripheral diffusion region and the outer peripheral diffusion region of the second diffusion region. And having a fifth step of forming That
本発明の高耐圧半導体装置の製造方法は、前記第5の工程が、金属を堆積させる工程と、該金属をFLR各々における第2の拡散領域の内周側拡散領域と外周側拡散領域とを接続する導電部としてパターニングする工程とを有することを特徴とする。 In the method of manufacturing a high voltage semiconductor device according to the present invention, the fifth step includes a step of depositing a metal, and an inner peripheral side diffusion region and an outer peripheral side diffusion region of the second diffusion region in each FLR. And a step of patterning as a conductive portion to be connected.
本発明の高耐圧半導体装置の製造方法は、前記第1の工程において、前記トレンチを、間欠的に形成し、前記第5の工程が前記トレンチの間欠部分に、第2の拡散領域の内周側拡散領域と外周側拡散領域とを接続する第2の導電体の拡散層を形成する工程とを有することを特徴とする。 In the method of manufacturing a high breakdown voltage semiconductor device according to the present invention, in the first step, the trench is intermittently formed, and the fifth step is performed on the inner periphery of the second diffusion region in the intermittent portion of the trench. Forming a diffusion layer of a second conductor that connects the side diffusion region and the outer peripheral side diffusion region.
本発明の高耐圧半導体装置の製造方法は、各FLRの前記導電部が、他のFLRの導電部に対して絶縁されたパターンとして形成されることを特徴とする。 The high breakdown voltage semiconductor device manufacturing method of the present invention is characterized in that the conductive portion of each FLR is formed as a pattern insulated from the conductive portions of other FLRs.
本発明の高耐圧半導体装置の製造方法は、前記第2の工程が、第2の導電型の不純物をイオン注入または拡散源を用いた拡散処理により第1の拡散層を形成する工程を有することを特徴とする。 In the method of manufacturing a high breakdown voltage semiconductor device of the present invention, the second step includes a step of forming a first diffusion layer by ion implantation of a second conductivity type impurity or diffusion treatment using a diffusion source. It is characterized by.
以上説明したように、本発明によれば、素子外周部に形成した、内部の縦型トランジスタと同様な柱状領域(リサーフ構造)のFLRにおいて、各柱状領域に埋め込まれた絶縁体により、素子中央側と素子外周側とに分離された拡散領域を、導電体により接続することで、内周側の柱状領域から外周側の柱状領域へと、複数の柱状領域にわたり、効率的に電位を伝達することができ、従来の構造に比較して、空乏層を外側の柱状領域まで良好に延ばすことにより、効率的な電界緩和が可能となり、上述した柱状領域の構造によりにより、素子の外周側の終端部(リサーフが環状に形成されているリサーフ領域)における耐圧を向上させることができる。
また、本発明によれば、素子におけるセル領域内のトランジスタとほぼ同様な構造の柱状領域(リサーフ構造)を形成することができるため、余分な工程を加える必要がほとんど無く、容易に耐圧を向上させる構造を構成することが可能となる。
As described above, according to the present invention, in the FLR of the columnar region (Resurf structure) similar to the internal vertical transistor formed in the outer peripheral portion of the device, the insulator is embedded in each columnar region, so that the element center By connecting the diffusion region separated into the outer peripheral side and the device outer peripheral side with a conductor, the potential is efficiently transmitted from the inner peripheral side columnar region to the outer peripheral side columnar region over a plurality of columnar regions. Compared with the conventional structure, the depletion layer can be effectively extended to the outer columnar region to effectively reduce the electric field. The structure of the columnar region described above enables the termination on the outer peripheral side of the device. The breakdown voltage in the portion (the RESURF region where the RESURF is formed in an annular shape) can be improved.
In addition, according to the present invention, since a columnar region (Resurf structure) having a structure similar to that of a transistor in a cell region of an element can be formed, almost no extra process is required and the breakdown voltage can be easily improved. It is possible to configure the structure to be made.
<第1の実施形態>
以下、本発明の第1の実施形態による半導体装置の製造方法の一例を図面を参照して説明する。
本実施形態における素子の平面構造を、図1における領域Bの拡大図である図2、及び図2のC−Cにおける線視断面図である図3を用いて説明する。
FLR領域において、セル領域部におけるトランジスタと同様の構造の柱状領域を形成する構造としては従来例と同様である。
すなわち、N+型の不純物半導体層であるドレイン層100上部に、n−型の不純物半導体層であるドリフト層101が形成された基板を用い、このドリフト層101の表面部に、p型不純物の拡散層であるトランジスタのベース層102が形成されている。
<First Embodiment>
Hereinafter, an example of a semiconductor device manufacturing method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The planar structure of the element in the present embodiment will be described with reference to FIG. 2 which is an enlarged view of the region B in FIG. 1 and FIG. 3 which is a cross-sectional view taken along line CC in FIG.
In the FLR region, the structure in which the columnar region having the same structure as that of the transistor in the cell region is formed is the same as in the conventional example.
That is, a substrate in which a
このベース層102を内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとに分離する位置に、ベース層102を貫通してトレンチ104が形成されている。ここで、内周側とは高耐圧半導体装置の中心方向を向いている側を示し、外周側とは高耐圧半導体の中心と逆方向、すなわち高耐圧半導体装置の中心から外部方向(外周部方向)を向いている側を示している。
上記トレンチ104の外周面部にはP−型の不純物半導体拡散層である柱状部拡散層105(リサーフ層)が形成され、トレンチ104内部には絶縁体106が充填されて配設されている。トレンチ104は、素子のセル領域を囲む溝(堀)形状にて連続して形成されている。このトレンチ104内の絶縁体106及びトレンチ104外周面に形成されている柱状部拡散層105とによりリサーフ構造が形成されている。ベース層102の幅は、柱状部拡散層105の幅より広く形成されている(ここでの幅は、素子の表面に平行方向の各拡散層の幅)。
A
A columnar portion diffusion layer 105 (Resurf layer) which is a P − type impurity semiconductor diffusion layer is formed on the outer peripheral surface portion of the
セル領域のトランジスタには、ベース層102内にN++型の不純物半導体層であるソース領域103及び表面N+層112と、この表面N+層112上部にゲート絶縁膜を介してゲート電極107が設けられている。ここで、不純物の濃度は、N++型>N+型>N型、及びP型>P−型の関係となっている。
また、ドレイン層100の裏面部にドレイン電極111が設けられ、ソース領域103に対してソース電極110が形成されている。
また、素子の外周領域において、素子の周縁部における表面には、ガードリング113が設けられ、ガードリング電極119を介してドレイン電極111と電気的に接続されている。
In the transistor in the cell region, a
A
In the outer peripheral region of the element, a guard ring 113 is provided on the surface at the peripheral edge of the element, and is electrically connected to the
本実施形態においては、従来例と異なる点として、トレンチ104内に充填された絶縁体106により分離された内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとを接続する(短絡する)導電体10を設けている。また、同様に、リサーフ層である柱状部拡散層105もほとんど絶縁体106により分離されており、十分に電位を伝達することができないが、内周側拡散層102A,導電体10及び外周側拡散層102Bを介して接続され、電位が伝達されることとなる。
In this embodiment, as a point different from the conventional example, the
すなわち、露出しているドリフト層101,内周側拡散層102A,外周側拡散層102B及び絶縁体106の上部に絶縁膜108を形成して、内周側拡散層102A及び外周側拡散層102B各々に対し、少なくとも1部表面が露出するコンタクトホールを形成し、導電体10のパターンを形成する。ここで、内周側拡散層102A及び外周側拡散層102Bの全周にわたりコンタクトを形成し、導電体10を各柱状領域上に環状全面に形成する構成とする場合、電位の伝達がさらに良好に行われる。これにより、各柱状領域において、内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとがコンタクトホール内の導電体及び導電体10のパターンを介して電気的に接続されている。
上述の構成においては、導電体10が、各柱状領域間にて必ず分離して構成されなければならない。すなわち、上記導電体10のパターンは、FLR領域における各柱状領域間において分離されたストライプ形状となっており、各トレンチ104上部に形成され、素子の外周部に沿って環状に形成されている。
That is, the insulating
In the above-described configuration, the
上述した構造により、図3におけるセル領域のMOSトランジスタにおいて、ドレイン電極111及びソース電極110間に電圧が印加され、ゲート電極107に閾値を超える電圧が印加されるとトランジスタがオン状態、すなわち、ゲート電極107直下のベース層102の表面部にチャネルが形成され、キャリア(電子)がソース領域103から、ドリフト層101を経てドレイン層100に到達することにより、ドレイン電極111とソース電極110との間に電流が流れる。
ここで、ドレイン電極111に印加される電圧VD及びソース電極110に印加される電圧VSとはVD>VSの関係であり、またゲート電極107に印加される電圧VG及びソース電極110に印加される電圧VSとはVG>VSの関係である。
With the structure described above, in the MOS transistor in the cell region in FIG. 3, when a voltage is applied between the
Here, the voltage VD applied to the
一方、ゲート電極107に印加される電圧VGが閾値以下であり、また、ドレイン電極111に印加される電圧VD及びソース電極110に印加される電圧VSとがVD>VSの関係であるが、VDがVSに比較して非常に高い電圧である場合、ベース領域102とドリフト層101との接合面がpn接合であるため空乏層が延びる。
同様に、柱状拡散層部105にもベース領域102を介して電位が伝達されるため、柱状拡散層部105とドリフト層101との接合面もpn接合であるため、空乏層が延びる。
上述した空乏層の延びは、柱状拡散層部105が絶縁体106により制限されるため、ドリフト層101がより空乏層化されることとなる。
On the other hand, the voltage VG applied to the
Similarly, since the potential is transmitted to the columnar
The extension of the depletion layer described above is that the columnar
また、セル領域のトランジスタにおけるベース領域102と、絶縁体106により分離されている外周側拡散層102Bとは、ソース電極110で接続されており、ソース電極110に印加された高電圧の電位が伝達され、外周側拡散層102Bとドリフト層101とで形成されるpn接合部、及び柱状拡散層部105にも外周側拡散層102Bを介して電位が伝達されるため、この外周側拡散層102B下部の柱状拡散層部105とドリフト層101とで形成されるpn接合部各々にて空乏層化が起こる。
そして、この空乏層が外周側に隣接する柱状領域P1方向に延び、この隣接する柱状領域P1の内周側拡散層102A及びこの内周側拡散層102A下部の柱状拡散層部105へ到達することにより、空乏層化に対応する電位が導電体10を介して外周側拡散層102Bへ伝達される。
In addition, the
The depletion layer extends in the direction of the columnar region P1 adjacent to the outer peripheral side, and reaches the inner
これにより、柱状領域P1における外周側拡散層102Bとドリフト層101とで形成されるpn接合、及び柱状拡散層部105にも外周側拡散層102Bを介して電位が伝達されるため、この外周側拡散層102B下部の柱状拡散層部105とドリフト層101とで形成されるpn接合各々にて空乏層化が起こる。
そして、この空乏層が外周側に隣接する柱状領域P2方向に延び、この隣接する柱状領域P2の内周側拡散層102A及びこの内周側拡散層102A下部の柱状拡散層部105へ到達することにより、空乏層化に対応する電位が導電体10を介して外周側拡散層102Bへ伝達される。
これは、図4に示すシミュレーション結果(空乏層の電位分布を示す)からも、最外周の柱状領域(リサーフ層)まで電位が伝達され、すなわち空乏層の素子外周側への広がりが良好に実現されていることが判る。このシミュレーションは、従来例の場合と同様に、二次元デバイスシミュレータで行った。
As a result, the potential is transmitted to the pn junction formed by the outer
The depletion layer extends in the direction of the columnar region P2 adjacent to the outer peripheral side, and reaches the inner
This is because the potential is transmitted to the outermost columnar region (Resurf layer) from the simulation results shown in FIG. 4 (showing the potential distribution of the depletion layer), that is, the depletion layer is well spread to the device outer periphery side. It can be seen that This simulation was performed with a two-dimensional device simulator as in the case of the conventional example.
上述したように、各柱状領域において、内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとを接続する導電体10を設けることにより、ソース電極110とドレイン電極111との間に印加される電位が、ソース電極110の内周側から外周側に対して、電位が空乏層により良好に順次伝達され、FLR領域における隣接する柱状領域に対して空乏層が延び、素子の周縁部の高耐圧特性を向上させることができる。
As described above, in each columnar region, by providing the
次に、図面を参照し、上述したセル領域のトランジスタ及び柱状領域の製造方法の説明を行う。主要な製造工程の終了した段階での、トランジスタ及び柱状領域の断面を示す概念図である図5〜図16を参照して説明する。
ここで、FLR領域に形成される柱状領域もトランジスタと製造工程がほぼ同様であるため、トランジスタの製造工程を例に説明し、柱状領域が異なる点を必要に応じて説明する。また、上記トランジスタ及び柱状領域は、素子の周縁部に沿った環状に、各々複数個からなるストライプ状に形成される。
Next, with reference to the drawings, the above-described method for manufacturing the transistor in the cell region and the columnar region will be described. A description will be given with reference to FIGS. 5 to 16 which are conceptual diagrams showing cross sections of the transistor and the columnar region at the end of the main manufacturing process.
Here, since the columnar region formed in the FLR region has substantially the same manufacturing process as that of the transistor, the transistor manufacturing process will be described as an example, and the difference between the columnar regions will be described as necessary. The transistors and the columnar regions are formed in a plurality of stripes in a ring shape along the peripheral edge of the element.
図5において示すように、 N型基板(例えば、シリコン基板)にドレイン層100及びドリフト層101を形成する。例えば、ドレイン層100上部にCVD(化学気相成長)法でドリフト層101を堆積させても良いし、N−型のドリフト層101の下部にN型不純物を拡散させ、N+型のドレイン層100を形成させても良い。以下、素子の形成面として、ドリフト層101の露出した面(図5の上方向の面)を表面とし、ドレイン層100の露出した面(図5の下方向の面)を下部として説明する。
そして、ドリフト層101の表面及びドレイン層100の裏面に、所定の厚さの絶縁膜(シリコン酸化膜;SiO2)を、基板の熱酸化またはCVDにより形成する。
As shown in FIG. 5, the
Then, an insulating film (silicon oxide film; SiO2) having a predetermined thickness is formed on the surface of the
次に、図6において示すように、ドリフト層101表面上の絶縁膜にレジストを塗布し、フォトリソ技術により、このレジストをパターニングして、所定の領域の上記絶縁膜をエッチングする。
そして、続けて、図7に示すように、エッチングの施された上記絶縁膜をマスクとして、RIE(異方性エッチング)により、素子表面に対して垂直方向に、所定の深さのトレンチ104を形成する。ここで、トランジスタと柱状領域とのトレンチは、各々異なったマスクにてRIEを行い、異なった深さに形成しても良い(すなわち、各々の領域をレジストによりマスクして、エッチングする深さの異なるエッチング処理を2回行う)。また、本実施形態においては、トレンチ104はドリフト層101を貫通していないが、貫通する深さまでエッチングして形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 6, a resist is applied to the insulating film on the surface of the
Then, as shown in FIG. 7, a
次に、図8に示すように、上記レジストをマスクとして、表面に対して垂直な軸方向からではなく、斜め方向から、すなわちこの垂直な軸方向に対して所定の角度を持たせた方向からP型不純物(例えば、基板がシリコンであるとするとボロン)を、トレンチ104内における素子の内側方向及び外側方向の双方の側壁に対してイオン注入を行う。
そして、図9に示すように、レジストを除去した後、CVD等によりトレンチ104内部に絶縁体106を堆積させて、充填させる。そして、所定の温度でアニール処理を行い、絶縁体106の組成を改善させるとともに、イオン注入した不純物を拡散させ、リサーフ層としての柱状部拡散層105を形成する。
Next, as shown in FIG. 8, the resist is used as a mask, not from an axial direction perpendicular to the surface, but from an oblique direction, that is, from a direction having a predetermined angle with respect to the perpendicular axial direction. P-type impurities (for example, boron if the substrate is silicon) are ion-implanted into both the inner and outer sidewalls of the device in the
Then, as shown in FIG. 9, after removing the resist, an
次に、図10に示すように、セル領域において、ゲート酸化膜を形成するため、トレンチ104上部の絶縁膜を除いて、エッチングによりドリフト層101表面の絶縁層を除去し、所定の厚さのゲート酸化膜を形成する。このとき、FLR領域における絶縁膜も同様に除去される。
次に、図11に示すように、ドリフト層101表面に表面N+層112を、N型不純物(例えば、リンまたはヒ素)をイオン注入することによりり形成する。このとき、FLR領域及び外周領域上には、レジストをマスクとして形成し、N型不純物が注入されて、表面N+層112が形成されないようにする。そして、上記レジストを除去した後、ドリフト層101表面にポリシリコンの層をCVD等により形成する。
Next, as shown in FIG. 10, in order to form a gate oxide film in the cell region, the insulating layer on the surface of the
Next, as shown in FIG. 11, a surface N + layer 112 is formed on the surface of the
次に、図12に示すように、セル領域においては、上記ポリシリコンの層上にトランジスタのゲート電極107のパターンに形成されたレジストパターンを、フォトリソ技術を用いて形成する。また、FLR領域及び外周領域のポリシリコン上のレジストは全て除去する。上記形成したレジストのパターンをマスクとしてエッチング処理を行い、ゲート電極107を形成するとともに、FLR領域及び外周領域上のポリシリコンの層を除去する。
そして、レジストを塗布し、フォトリソ技術を用いて、ゲート電極107上と、FLR領域上に、ベース領域を形成するためのパターンを形成する。ゲート電極107上のレジストのパターンは、平面視においてほぼゲート電極107のパターンに重なる。
上記レジストのパターンをマスクとして、P型不純物をイオン注入した後に、レジストを除去する。その後、所定の温度にてアニール処理を行い、トランジスタにおけるベース領域102と、柱状領域におけるベース領域102(トレンチ104の内周側に位置する内周側拡散層102A及び、トレンチ104の外周側に位置する外周側拡散層102B)とを形成する。
Next, as shown in FIG. 12, in the cell region, a resist pattern formed in the pattern of the
Then, a resist is applied, and a pattern for forming a base region is formed on the
Using the resist pattern as a mask, P-type impurities are ion-implanted, and then the resist is removed. Thereafter, annealing is performed at a predetermined temperature, and the
次に、図13に示すように、レジストを塗布し、フォトリソ技術を用いて、セル領域におけるソース領域を形成するレジストのパターンを形成し、FLR領域全面をこのレジストでマスクし、外周領域におけるガードリングを形成するレジストのパターンを形成する。
そして、上記レジストのパターンをマスクとして、N型不純物をイオン注入し、レジストを除去した後にアニールを行い、トランジスタのソース領域103及び外周領域のガードリング113を形成する。このとき、FLR領域はレジストによりマスクされているため、N型不純物がイオン注入されず、ソース領域103が形成されない。
Next, as shown in FIG. 13, a resist is applied, and a resist pattern for forming a source region in the cell region is formed by using a photolithography technique. The entire FLR region is masked with this resist, and a guard in the outer peripheral region is formed. A resist pattern for forming a ring is formed.
Then, using the resist pattern as a mask, N-type impurities are ion-implanted, and after removing the resist, annealing is performed to form the
次に、図14に示すように、ドリフト層101の表面上部に、CVD法などにより、層間絶縁膜108を形成する。
そして、上記層間絶縁膜108上にレジストを塗布し、フォトリソ技術により、トランジスタにおけるベース層102及びソース領域103に対するコンタクトと、柱状領域における内周側拡散層102A及び外周側拡散層102Bに対するコンタクトと、外周領域におけるガードリング113に対するコンタクトとを形成するレジストのパターンを形成する。そして、上記レジストのパターンをマスクとして、層間絶縁膜108のエッチングを行い、上述した各コンタクトの穴を形成する。
Next, as shown in FIG. 14, an
Then, a resist is applied on the
次に、図15に示すように、層間絶縁膜108及び形成されたコンタクトの穴に対して、電極材料の導電体層をスパッタリングやCVD等により形成する。
そして、上記導電体層上にレジストを塗布し、フォトリソ技術により、セル領域,FLR領域及び外周領域各々に、電極に対応したレジストのパターンを形成する。このレジストのパターンをマスクとして、エッチングを行うことで、セル領域におけるトランジスタのソース電極110,FLR領域における柱状領域の導電体10,及び外周領域におけるガードリング電極119が形成される。
Next, as shown in FIG. 15, a conductor layer of an electrode material is formed by sputtering, CVD, or the like, with respect to the
Then, a resist is applied on the conductor layer, and a resist pattern corresponding to the electrode is formed in each of the cell region, the FLR region, and the outer peripheral region by photolithography. Etching is performed using the resist pattern as a mask to form the
ソース電極110はベース領域102及びソース領域103に対してソース電位を与え、導電体10は柱状領域単位で内周側拡散層102A及び外周側拡散層102Bを電気的に接続し、ガードリング電極119はガードリング113に対してドレイン電位を与える。
また、各電極上及び露出している層間絶縁膜108上に、保護膜をCVD等によりデポジションする(堆積させる)。この保護膜は、各電極及び層間絶縁膜108の段差を超えて、エッチングした後に、膜厚が薄くなる部分(すなわち各電極の上部)において、保護機能に十分な厚さが残る厚さに堆積させる。そして、上記保護膜を異方性エッチングによりエッチングし、保護膜表面の凹凸が規定の範囲とする。
The
Further, a protective film is deposited (deposited) on each electrode and the exposed
次に、図16に示すように、バックグラインダーにより、ドレイン層100裏面の絶縁膜及びドレイン層100の裏面を全面エッチングする。
そして、ドレイン層100の裏面にドレイン電極111として、金属をスパッタリングにより堆積させる。
また、上述した製造工程において、導電体10をソース電極110と同一プロセスにて形成したが、柱状領域におけるトレンチ104内に充填された絶縁体の表面部を、部分的にエッチングし、導電体10がドリフト層101に埋設されるように形成しても良い。
Next, as shown in FIG. 16, the whole surface of the insulating film on the back surface of the
Then, a metal is deposited on the back surface of the
In the manufacturing process described above, the
<第2の実施形態>
第2の実施形態は、第1の実施形態と異なり、導電体10を電極として形成せずに、ベース領域102の拡散層を導電体10として用いている。
すなわち、図17の柱状領域の構造を斜視した概念図に示されるように、トレンチ104を部分的に形成せずに、内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとを、ベース領域102と同一の拡散層により形成した導電層11により短絡したものである
これにより、各柱状領域において、内周側拡散層102Aと外周側拡散層102Bとが電気的に接続されているため、第1の実施形態と同様に、ドレイン電極111に対して、高電圧が印加された場合、外周部方向に空乏層が延び、順次電位が外側方向の柱状領域に伝達され、耐圧を向上させることができる。
<Second Embodiment>
Unlike the first embodiment, the second embodiment uses the diffusion layer of the
That is, as shown in the conceptual diagram in which the structure of the columnar region in FIG. 17 is perspectiveed, the inner
製造工程としては、図7の工程において、環状に連続した溝としてトレンチ104を形成するのではなく、間欠的に、すなわち所定の間隔を有してトレンチを形成する。この間隔は、柱状部拡散層105の素子表面に平行方向の厚さと同様な厚さが望ましい。
また、図12の工程において、このトレンチ104が形成されない部分にも、P型不純物をイオン注入して、導電層11を形成する。
そして、図15の工程において、電極を形成しない以外は、第1の実施形態の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
As a manufacturing process, in the process of FIG. 7, the
In the step of FIG. 12, the conductive layer 11 is formed by ion-implanting a P-type impurity in a portion where the
And since it is the same as that of the manufacturing method of 1st Embodiment except not forming an electrode in the process of FIG. 15, description is abbreviate | omitted.
10…導電体 11…導電層
100…ドレイン層 101…ドリフト層
102…ベース層 102A…内周側拡散層
102B…外周側拡散層 103…ソース領域
104…トレンチ 105…柱状部拡散層
106…絶縁体 107…ゲート電極
108…層間絶縁膜 110…ソース電極
111…ドレイン電極 112…表面N+層
113…ガードリング 119…ガードリング電極
DESCRIPTION OF
Claims (10)
前記FLRが、
第1導電型の基板表面に、環状に連続して設けられたトレンチと、
該トレンチ外周面に沿って設けられた第2の導電型の第1の拡散領域と、
前記トレンチ内部に充填された絶縁体と、
前記絶縁体により、内周側拡散層と外周側拡散層とに分割された、半導体装置の各辺に沿うように環状に連続して設けられた第2導電型の第2の拡散領域と、
前記第2の拡散領域における内周側拡散領域と外周側拡散領域とに介挿された導電体と
を有することを特徴とする高耐圧半導体装置。 A high withstand voltage semiconductor device in which a plurality of FLRs having a RESURF structure are provided at a predetermined interval at a terminal portion adjacent to the outer periphery of a cell region where an element is formed
The FLR is
A trench continuously provided in an annular shape on the surface of the first conductivity type substrate;
A first diffusion region of a second conductivity type provided along the outer peripheral surface of the trench;
An insulator filled inside the trench;
A second diffusion region of a second conductivity type, which is divided into an inner peripheral side diffusion layer and an outer peripheral side diffusion layer by the insulator, and is provided continuously in an annular shape along each side of the semiconductor device;
A high breakdown voltage semiconductor device comprising: a conductor interposed between an inner peripheral diffusion region and an outer peripheral diffusion region in the second diffusion region.
前記FLRの形成において、
第1導電型の基板表面トレンチを環状に連続して設ける第1の工程と、
該トレンチの外周面に沿って第2導電型の第1の拡散層を形成する第2の工程と、
前記トレンチ内部に絶縁体を充填する第3の工程と、
前記絶縁体により、内周側拡散層と外周側拡散層とに分割され、半導体装置の各辺に沿うように環状に連続して設けられる第2導電型の第2の拡散領域を形成する第4の工程と、
前記第2の拡散領域の内周側拡散領域及び外周側拡散領域を接続する導電部を形成する第5の工程と
を有することを特徴とする高耐圧半導体装置の製造方法 A method of manufacturing a high voltage semiconductor device in which a plurality of FLRs having a RESURF structure are provided at a predetermined interval at a terminal portion adjacent to the outer periphery of a cell region where an element is formed,
In forming the FLR,
A first step of providing a first conductive type substrate surface trench continuously in an annular shape;
A second step of forming a first conductivity type first diffusion layer along the outer peripheral surface of the trench;
A third step of filling the trench with an insulator;
A second conductive type second diffusion region is formed by the insulator, which is divided into an inner peripheral diffusion layer and an outer peripheral diffusion layer, and is continuously provided in an annular shape along each side of the semiconductor device. 4 steps,
And a fifth step of forming a conductive portion connecting the inner periphery side diffusion region and the outer periphery side diffusion region of the second diffusion region.
金属を堆積させる工程と、
該金属をFLR各々における第2の拡散領域の内周側拡散領域と外周側拡散領域とを接続する導電部としてパターニングする工程と
を有することを特徴とする請求項6に記載の高耐圧半導体装置の製造方法。 In the fifth step,
Depositing a metal;
7. The high breakdown voltage semiconductor device according to claim 6, further comprising a step of patterning the metal as a conductive portion that connects the inner diffusion region and the outer diffusion region of the second diffusion region in each FLR. Manufacturing method.
前記第5の工程が前記トレンチの間欠部分に、第2の拡散領域の内周側拡散領域と外周側拡散領域とを接続する第2の導電体の拡散層を形成する工程と
を有することを特徴とする請求項6に記載の高耐圧半導体装置の製造方法。 In the first step, the trench is formed intermittently;
The fifth step includes a step of forming a diffusion layer of a second conductor connecting the inner side diffusion region and the outer side diffusion region of the second diffusion region in the intermittent portion of the trench. The method of manufacturing a high voltage semiconductor device according to claim 6.
第2の導電型の不純物をイオン注入または拡散源を用いた拡散処理により第1の拡散層を形成する工程を有することを特徴とする請求項6から請求項9のいずれかに記載の高耐圧半導体装置の製造方法。
The second step includes
10. The high breakdown voltage according to claim 6, further comprising a step of forming a first diffusion layer by ion implantation of a second conductivity type impurity or diffusion treatment using a diffusion source. A method for manufacturing a semiconductor device.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005306719A JP2007115935A (en) | 2005-10-21 | 2005-10-21 | High withstand voltage semiconductor device and its manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2005306719A JP2007115935A (en) | 2005-10-21 | 2005-10-21 | High withstand voltage semiconductor device and its manufacturing method |
Publications (1)
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JP2007115935A true JP2007115935A (en) | 2007-05-10 |
Family
ID=38097849
Family Applications (1)
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JP2005306719A Withdrawn JP2007115935A (en) | 2005-10-21 | 2005-10-21 | High withstand voltage semiconductor device and its manufacturing method |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2007115935A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008066473A (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Toyota Motor Corp | Semiconductor device |
-
2005
- 2005-10-21 JP JP2005306719A patent/JP2007115935A/en not_active Withdrawn
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JP2008066473A (en) * | 2006-09-06 | 2008-03-21 | Toyota Motor Corp | Semiconductor device |
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