JP2007266267A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device.
近年、MOSFETを利用したパワースイッチング素子として、Deep Trench MOSFET(以下、DTMOSと称す)が提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, Deep Trench MOSFET (hereinafter referred to as DTMOS) has been proposed as a power switching element using MOSFET (see, for example, Patent Document 1).
従来、DTMOS構造は、n++型シリコン基板内に、従来のプレーナ型MOSFETには存在しない深さ約10〜60μmのトレンチが存在し、このトレンチ以外には、スーパージャンクション構造となるn型ピラー層やp型ピラー層が存在している。 Conventionally, in a DTMOS structure, a trench having a depth of about 10 to 60 μm that does not exist in a conventional planar MOSFET exists in an n ++ type silicon substrate. Besides this trench, an n-type pillar layer that becomes a super junction structure, A p-type pillar layer is present.
このスーパージャンクション構造により、高速なスイッチング特性が得られる。しかしながら、このスーパージャンクション構造では、その素子の最大耐圧を得る為に、縦方向の電界分布が矩形となりバルク層が一様に高電界となっている。そのため、この高電界による電界破壊が起こりやすく、この電界破壊に耐えうる破壊耐性を持ったDTMOSが望まれている。 With this super junction structure, high-speed switching characteristics can be obtained. However, in this super junction structure, in order to obtain the maximum breakdown voltage of the element, the electric field distribution in the vertical direction is rectangular and the bulk layer has a uniform high electric field. Therefore, electric field breakdown due to this high electric field is likely to occur, and a DTMOS having breakdown resistance that can withstand this electric field breakdown is desired.
そこで、DTMOSの破壊耐性を向上させるため、つまり、ゲート電極の内部抵抗を低減させるために、ゲート絶縁膜上にある、ゲート電極をn型ピラー層やp型ピラー層に平行に設けるだけでなく、直交する位置にもゲート電極を設け、格子状にゲート電極を配置し、自己整合的にn型ピラー層やp型ピラー層に直交するベース拡散層を形成することにより、ゲート電極の内部抵抗を低減させることができた。 Therefore, in order to improve the breakdown resistance of the DTMOS, that is, to reduce the internal resistance of the gate electrode, not only the gate electrode on the gate insulating film is provided in parallel to the n-type pillar layer and the p-type pillar layer. The gate electrode is also provided at the orthogonal position, the gate electrode is arranged in a lattice shape, and the base diffusion layer orthogonal to the n-type pillar layer and the p-type pillar layer is formed in a self-aligned manner, thereby Was able to be reduced.
しかしながら、このようなn型、p型ピラー層に直交したベース拡散層では、ベース拡散層のコーナー部、つまり、ゲート電極の四つ角部分のベース拡散層やそのベース拡散層とn型ピラー層との接続部が電界集中しやすく、高電界となり、この部分を起点にして、電界破壊が起こりやすいという問題点がある。 However, in such a base diffusion layer orthogonal to the n-type and p-type pillar layers, the corner portion of the base diffusion layer, that is, the base diffusion layer at the four corners of the gate electrode and the base diffusion layer and the n-type pillar layer There is a problem in that the electric field is easily concentrated at the connection portion and becomes a high electric field, and electric field breakdown is likely to occur starting from this portion.
また、この電界破壊を避ける為に、n型ピラー層やp型ピラー層に直交するゲート電極をなくすことも考えられるが、ゲート電極の内部抵抗を増大させてしまう問題が生じる。
本発明は、高速なスイッチング特性を補償するとともに、電界破壊による破壊耐性を上げ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。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can compensate for high-speed switching characteristics and can increase breakdown resistance due to electric field breakdown.
本発明の一態様の半導体装置は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板上に形成される第1導電型の第1の半導体層と、前記半導体基板上に形成され、前記第1の半導体層に隣接し、前記第1の半導体層と交互に縞状に配列した第2導電型の第2の半導体層と、前記第2の半導体層上に設けられる第2導電型の第1のベース層と、前記第1の半導体層上に形成されるゲート電極と、前記ゲート電極同士を接続し、前記ゲート電極と格子状を成す追加電極と、前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に形成され、前記ゲート電極の側方に形成される第1導電型のソース層と、前記追加電極の下部に形成され、前記第1のベース層と接続する第2導電型の第2のベース層と、を備えることを特徴としている。 A semiconductor device of one embodiment of the present invention includes a first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate, the first conductivity type semiconductor substrate, and the first conductivity type semiconductor substrate. A second conductivity type second semiconductor layer adjacent to the first semiconductor layer and arranged alternately in a stripe pattern with the first semiconductor layer, and a second conductivity type first provided on the second semiconductor layer. A base layer, a gate electrode formed on the first semiconductor layer, an additional electrode that connects the gate electrodes and forms a lattice with the gate electrode, the first semiconductor layer, and the second semiconductor layer A first conductivity type source layer formed on a side of the gate electrode and a second conductivity type second layer formed under the additional electrode and connected to the first base layer. And 2 base layers.
本発明によれば、高速なスイッチング特性を補償するとともに、電界破壊による破壊耐性を上げることができる。 According to the present invention, high-speed switching characteristics can be compensated and breakdown resistance due to electric field breakdown can be increased.
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施例1に係る半導体装置であるDTMOSの構造を模式的に示した断面斜視図である。図2は、本発明の実施例1に係るDTMOSの構造を示す図1のA−A′面の断面図であり、図3は、本発明の実施例1に係るDTMOSの構造を示す図1のB−B′面の断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of a DTMOS that is a semiconductor device according to Embodiment 1 of the present invention. 2 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 1 showing the structure of the DTMOS according to the first embodiment of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing the structure of the DTMOS according to the first embodiment of the present invention. It is sectional drawing of a BB 'surface.
図1に示すように、この本実施例のDTMOSは、共通のドレイン層となる高不純物濃度のn++型シリコン基板10上に、エピタキシャル成長により形成された低濃度のn−型の半導体層20が設けられ、この半導体層20を貫通して、n++型シリコン基板10に達するようなトレンチ30が設けられ、このトレンチ30内に、例えば、酸化膜を介して、多結晶シリコン、誘電体等が埋め込まれた埋め込み層35が形成されている。
As shown in FIG. 1, in the DTMOS of this embodiment, a low concentration n−
そして、この半導体層20には、この埋め込み層35側面に隣接する位置に、第1の半導体層であるn型ピラー層22が形成され、n型ピラー層22に隣接する位置に第2の半導体層であるp型ピラー層24が形成されている。この並んで配置されたn型ピラー層22及びp型ピラー層24がスーパージャンクション構造をとり、高速なスイッチング特性を得ることができる。
In the
ここで、トレンチ30及び埋め込み層35は、図1に示すように、図中の手前から奥行き方向に形成されている。また、n型ピラー層22及びp型ピラー層24についても、図中の手前から奥行き方向に形成されおり、埋め込み層35及びn型ピラー層22及びp型ピラー層24がストライプ状に形成されている。
Here, as shown in FIG. 1, the
そして、この埋め込み層35上には、ゲート絶縁膜(図示しない)を介してゲート電極40が形成される。つまり、このゲート電極40は、図中の手前から奥行き方向に形成されることになる。また、このゲート電極40は、隣接するゲート電極40と追加電極部45で接続され、格子形状を有する。
A
このように、ゲート電極40同士を追加電極部45で接続し、格子形状にすることにより、ゲート電極40全体の内部抵抗を減らすことができ、DTMOSの高電界による破壊耐性を上げることができる。
As described above, the
そして、ゲート電極40及び追加電極45の側方で、この半導体層20のn型ピラー層22の相互間、かつ半導体層20の表面には、p型ベース拡散層50及びp+型ベース拡散層52が設けられる。このp型ベース拡散層50の一部分は、ゲート電極40及び追加電極45下部の一部分にまで形成される。
Then, on the side of the
そして、このp型ベース拡散層50及びp+型ベース拡散層52の表面には、高濃度のn+型ソース拡散層54が選択的に形成される。このn+型ソース拡散層54は、ゲート電極40の側方に形成される。
A high concentration n + type
そして、図2、図3に示すように、埋め込み層35上にあるゲート電極40間を格子状に接続している追加電極部45下部には、p型ベース拡散層50と接続するようにp型ベース拡散層56が形成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the p-type
このp型ベース拡散層56の半導体層20への不純物拡散層の深さは、図3に示すように、隣接するp型ベース拡散層50の不純物拡散層の深さとおおよそ等しいことが望ましい。また、p型ベース拡散層50、56の不純物拡散層の深さが異なる場合には、p型ベース拡散層56の不純物拡散層の深さは、p型ベース拡散層50の電界集中による電界破壊が緩和される程度に、p型ベース拡散層50の不純物拡散層の深さよりも深いことが望ましい。
The depth of the impurity diffusion layer to the
また、p型ベース拡散層50、56の不純物濃度も、おおよそ等しいことが望ましい。また、p型ベース拡散層50、56の不純物濃度は、電界集中による電界破壊が緩和される程度に、不連続であってもかまわない。
Also, it is desirable that the impurity concentrations of the p-type
以上のように構成される本実施例のDTMOSは、ゲート電極が追加電極部により格子形状に構成されているため、ゲート電極の内部抵抗を小さくすることができ、高速なスイッチング特性を期待することできる。また、この追加電極部下部にp型ベース拡散層を設けることにより、従来、追加電極部との間で分離していたp型ベース拡散層をつなげることができ、ゲート電極及び追加電極側方に形成されたp型ベース拡散層のコーナー部やこのp型ベース拡散層とn型ピラー層との接合部での電界集中を緩和することができ、破壊耐性を向上させることができる。 In the DTMOS of the present embodiment configured as described above, since the gate electrode is configured in a lattice shape by the additional electrode portion, the internal resistance of the gate electrode can be reduced, and high-speed switching characteristics are expected. it can. Further, by providing a p-type base diffusion layer below the additional electrode portion, the p-type base diffusion layer that has been separated from the additional electrode portion can be connected to the side of the gate electrode and the additional electrode. Electric field concentration at the corner of the formed p-type base diffusion layer and at the junction between the p-type base diffusion layer and the n-type pillar layer can be alleviated, and breakdown resistance can be improved.
ここで、本実施例のDTMOSの構造として、nチャネル型のDTMOSについて述べるが、不純物を適宜変更することにより、本実施例のDTMOSをPチャネル型のDTMOSにも適用することができる。 Here, an n-channel type DTMOS will be described as the structure of the DTMOS of this embodiment, but the DTMOS of this embodiment can also be applied to a P-channel DTMOS by appropriately changing impurities.
図4は、本発明の実施例2に係る半導体装置であるパワーMOSFETの構造を模式的に示した断面斜視図である。図5は、本発明の実施例2に係るパワーMOSFETの構造を示す図4のC−C′面の断面図であり、図6は、本発明の実施例2に係るパワーMOSFETの構造を示す図4のD−D′面の断面図である。尚、実施例2と同一の構成については、同一符号を附している。 FIG. 4 is a cross-sectional perspective view schematically showing the structure of a power MOSFET which is a semiconductor device according to Embodiment 2 of the present invention. 5 is a cross-sectional view taken along the line CC ′ of FIG. 4 showing the structure of the power MOSFET according to the second embodiment of the present invention. FIG. 6 shows the structure of the power MOSFET according to the second embodiment of the present invention. It is sectional drawing of the DD 'surface of FIG. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the structure same as Example 2. FIG.
図4に示すように、この本実施例のパワーMOSFETは、実施例1のDTMOSと同様、共通のドレイン層となる高不純物濃度のn++型シリコン基板10上に、エピタキシャル成長により形成された低濃度のn−型の半導体層20であるn型ピラー層22が設けられる。そして、p型ピラー層24がn型ピラー層22と縞状になるように形成されている。
As shown in FIG. 4, the power MOSFET of this example, like the DTMOS of Example 1, has a low concentration formed by epitaxial growth on a high impurity concentration n ++
つまり、n型ピラー層22及びp型ピラー層24は、図中の手前から奥行き方向に形成されおり、n型ピラー層22及びp型ピラー層24が交互に形成されている。この並んで配置されたn型ピラー層22及びp型ピラー層24がスーパージャンクション構造をとり、高速なスイッチング特性を得ることができる。
That is, the n-
そして、このn型ピラー層22上には、ゲート絶縁膜(図示しない)を介してゲート電極40が形成される。このゲート電極40は、隣接するゲート電極40と追加電極部45で接続され、格子形状を有する。
A
このように、隣接するゲート電極40を追加電極部45で接続し、格子形状にすることにより、ゲート電極40全体の内部抵抗を減らすことができ、パワーMOSFETの高電界による破壊耐性を上げることができる。
Thus, by connecting the
そして、ゲート電極40及び追加電極45の側方で、この半導体層20のn型ピラー層22の相互間、かつ半導体層20の表面には、p型ベース拡散層50及びp+型ベース拡散層52が設けられる。このp型ベース拡散層50の一部分は、ゲート電極40及び追加電極45下部の一部分にまで形成される。
Then, on the side of the
そして、このp型ベース拡散層50及びp+型ベース拡散層52の表面には、高濃度のn+型ソース拡散層54が選択的に形成される。このn+型ソース拡散層54は、ゲート電極40の側方に形成される。
A high concentration n + type
そして、図4、図5に示すように、埋め込み層35上にあるゲート電極40間を格子状に接続している追加電極部45下部には、p型ベース拡散層50と接続するようにp型ベース拡散層56が形成されている。
As shown in FIGS. 4 and 5, the p-type
このp型ベース拡散層56の半導体層20への不純物拡散層の深さは、図3に示すように、隣接するp型ベース拡散層50の不純物拡散層の深さとおおよそ等しいことが望ましい。また、p型ベース拡散層50、56の不純物拡散層の深さが異なる場合には、p型ベース拡散層56の不純物拡散層の深さは、p型ベース拡散層50の電界集中による電界破壊が緩和される程度に、p型ベース拡散層50の不純物拡散層の深さよりも深いことが望ましい。
The depth of the impurity diffusion layer to the
また、p型ベース拡散層50、56の不純物濃度も、おおよそ等しいことが望ましい。また、p型ベース拡散層50、56の不純物濃度は、電界集中による電界破壊が緩和される程度に、不連続であってもかまわない。 Also, it is desirable that the impurity concentrations of the p-type base diffusion layers 50 and 56 are approximately equal. Further, the impurity concentration of the p-type base diffusion layers 50 and 56 may be discontinuous to such an extent that electric field breakdown due to electric field concentration is mitigated.
以上のように構成される本実施例のパワーMOSFETは、実施例1のDTMOSと同様、ゲート電極が追加電極部により格子形状に構成されているため、ゲート電極の内部抵抗を小さくすることができ、高速なスイッチング特性を期待することできる。また、この追加電極部下部にp型ベース拡散層を設けることにより、従来、追加電極部との間で分離していたp型ベース拡散層をつなげることができ、ゲート電極及び追加電極側方に形成されたp型ベース拡散層のコーナー部やこのp型ベース拡散層とn型ピラー層との接合部での電界集中を緩和することができ、破壊耐性を向上させることができる。 In the power MOSFET of the present embodiment configured as described above, the internal resistance of the gate electrode can be reduced because the gate electrode is configured in a lattice shape by the additional electrode portion, similarly to the DTMOS of the first embodiment. High-speed switching characteristics can be expected. Further, by providing a p-type base diffusion layer below the additional electrode portion, the p-type base diffusion layer that has been separated from the additional electrode portion can be connected to the side of the gate electrode and the additional electrode. Electric field concentration at the corner of the formed p-type base diffusion layer and at the junction between the p-type base diffusion layer and the n-type pillar layer can be alleviated, and breakdown resistance can be improved.
ここで、本実施例のパワーMOSFETの構造として、nチャネル型のパワーMOSFETについて述べるが、不純物を適宜変更することにより、本実施例のパワーMOSFETをPチャネル型のパワーMOSFETにも適用することができる。 Here, an n-channel type power MOSFET will be described as the structure of the power MOSFET of this embodiment, but the power MOSFET of this embodiment can also be applied to a P-channel type power MOSFET by appropriately changing impurities. it can.
なお、本発明は、上述したような実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変形して実施することができる。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
10 n++型シリコン基板
20 半導体層
22 n型ピラー層
24 p型ピラー層
30 トレンチ
35 埋め込み層
40 ゲート電極
45 追加電極
50、56 p型ベース拡散層
52 p+型ベース拡散層
54 n+型ソース拡散層
10 n ++
Claims (5)
前記半導体基板上に形成される第1導電型の第1の半導体層と、
前記半導体基板上に形成され、前記第1の半導体層に隣接し、前記第1の半導体層と交互に縞状に配列した第2導電型の第2の半導体層と、
前記第1の半導体層上に形成されるゲート電極と、
前記ゲート電極同士を接続し、前記ゲート電極と格子状を成す追加電極と、
前記第2の半導体層上に設けられ、前記ゲート電極及び前記追加電極側方に形成される第2導電型の第1のベース層と、
前記第1の半導体層及び前記第2の半導体層に形成され、前記ゲート電極側方の前記第1のベース層に形成される第1導電型のソース層と、
前記追加電極の下部に形成され、前記第1のベース層と接続する第2導電型の第2のベース層と、
を備えることを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductivity type first semiconductor layer formed on the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a second conductivity type formed on the semiconductor substrate, adjacent to the first semiconductor layer, and arranged alternately in a stripe pattern with the first semiconductor layer;
A gate electrode formed on the first semiconductor layer;
An additional electrode connecting the gate electrodes and forming a lattice shape with the gate electrodes;
A first base layer of a second conductivity type provided on the second semiconductor layer and formed on a side of the gate electrode and the additional electrode;
A source layer of a first conductivity type formed in the first base layer on the side of the gate electrode, formed in the first semiconductor layer and the second semiconductor layer;
A second base layer of a second conductivity type formed under the additional electrode and connected to the first base layer;
A semiconductor device comprising:
前記トレンチ内部に形成される埋め込み層と、
を備えることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。 A trench formed in the first semiconductor layer below the gate electrode and formed to reach the semiconductor substrate from the surface of the first semiconductor layer;
A buried layer formed inside the trench;
2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising:
Priority Applications (1)
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JP2006088707A JP2007266267A (en) | 2006-03-28 | 2006-03-28 | Semiconductor device |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012204379A (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Power semiconductor device |
JP2013251494A (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
US9048313B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device that can maintain high voltage while lowering on-state resistance |
-
2006
- 2006-03-28 JP JP2006088707A patent/JP2007266267A/en active Pending
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JP2012204379A (en) * | 2011-03-23 | 2012-10-22 | Toshiba Corp | Power semiconductor device |
US9048313B2 (en) | 2012-03-23 | 2015-06-02 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Semiconductor device that can maintain high voltage while lowering on-state resistance |
JP2013251494A (en) * | 2012-06-04 | 2013-12-12 | Hitachi Ltd | Semiconductor device and method for manufacturing the same |
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