JP2014160866A - 半導体装置 - Google Patents

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    • H01L29/0634Multiple reduced surface field (multi-RESURF) structures, e.g. double RESURF, charge compensation, cool, superjunction (SJ), 3D-RESURF, composite buffer (CB) structures

Abstract

【課題】スーパ・ジャンクション構造では、本体セル部(活性領域)の濃度が比較的高濃度となるため、従来型の周辺ターミネーション構造またはリサーフ構造によってセル部と同等以上の耐圧を周辺部(周辺領域、接合終端領域)で確保することは困難となることである。
【解決手段】本願発明は、セル部にトレンチ・フィル方式によって形成されたスーパ・ジャンクション構造を有するパワーMOSFETを含む半導体装置において、セル部の周辺のドリフト領域には、その各辺に沿うような配向を有するスーパ・ジャンクション構造が設けられているものである。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体装置(または半導体集積回路装置)および半導体装置(または半導体集積回路装置)の製造方法におけるセル周辺レイアウト技術または高耐圧化技術に適用して有効な技術に関する。
日本特開2007−116190号公報(特許文献1)または米国特許公開2005−098826号公報(特許文献2)マルチ・エピタキシ方式やトレンチ絶縁膜埋め込み方式(トレンチ内イオン注入方式)で製造されるスーパ・ジャンクション構造を有するパワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)のセル領域周辺レイアウトに関して、種々の構造が開示されている。たとえば、Pリサーフ領域、マルチ・エピタキシ方式によるリング状周辺P型ドリフト領域、トレンチ絶縁膜埋め込み方式による垂直配列の直線状周辺P型ドリフト領域および分割された垂直/平行配列の直線状周辺P型ドリフト領域等である。
特開2007−116190号公報 米国特許公開2005−098826号公報
パワーMOSFET等のドリフト領域に関して、従来のシリコン・リミット(Silicon Limit)による制約を回避して、オン抵抗の低い高耐圧FET等の開発が重要な課題となっている。そのため、ドリフト領域に比較的高濃度のスラブ(Slab)状のN型カラムおよびP型カラムを交互に有するスーパ・ジャンクション(Super Junction)構造を導入する方法が種々開発されている。このスーパ・ジャンクション構造を導入する方式は、大まかに言って3種類の方式、すなわち、マルチ・エピタキシャル方式、トレンチ絶縁膜埋め込み方式、および、トレンチ・フィル方式(トレンチ・フィリング方式またはトレンチ・エピタキシャル埋め込み方式)がある。これらのうち、エピタキシャル成長とイオン注入を多数回繰り返すマルチ・エピタキシャル方式はプロセスおよび設計の自由度が高い分、工程が複雑になるため高コストである。トレンチ絶縁膜埋め込み方式は、トレンチに斜めイオン注入した後、トレンチをCVD(Chemical Vapor Deposition)絶縁膜で埋め込むものであり、プロセス的にはより単純であるが、トレンチの面積分だけ面積的に不利となる。
これらに対して、トレンチ・フィル方式は埋め込みエピタキシャル成長の成長条件の制約のためにプロセスおよび設計の自由度が比較的低いが、工程が単純であるというメリットがある。そこで、本願発明者らは、トレンチ・フィル方式による高耐圧&低オン抵抗等に関して、パワーMOSFET等のデバイス構造および量産上の問題を検討したところ、以下のような問題があることが明らかとなった。すなわち、スーパ・ジャンクション構造では、本体セル部(活性領域)の濃度が比較的高濃度となるため、従来型の周辺ターミネーション構造(Junction Edge Termination Structure)またはリサーフ構造(Resurf Structure:Reduced Surface Field)によってセル部と同等以上の耐圧を周辺部(周辺領域、接合終端領域)で確保することは困難となることである。
本願発明は、これらの課題を解決するためになされたものである。
本発明の目的は、高耐圧&低オン抵抗の固体能動素子等の半導体装置を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、本願の一つの発明は、セル部にトレンチ・フィル方式によって形成されたスーパ・ジャンクション構造を有するパワーMOSFETを含む半導体装置において、セル部の周辺のドリフト領域には、その各辺に沿うような配向を有するスーパ・ジャンクション構造が設けられているものである。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。
すなわち、セル部にトレンチ・フィル方式によって形成されたスーパ・ジャンクション構造を有するパワーMOSFETを含む半導体装置において、セル部の周辺のドリフト領域には、その各辺に沿うような配向を有するスーパ・ジャンクション構造が設けられているので、セル部の周辺における耐圧低下を有効に防止することができる。
本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)におけるチップ全体平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)におけるセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における図2のA−A’断面に対応するデバイス要部断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における図2のB−B’断面に対応するデバイス要部断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型カラム用トレンチ形成用ハード・マスク膜パターニング工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型カラム用トレンチ形成工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型埋め込みエピタキシャル層形成工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型埋め込みエピタキシャル層へのCMP工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P−型リサーフ領域導入工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P−型リサーフ領域導入用レジスト膜除去工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ゲート・ポリシリコン膜成膜工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ゲート電極パターニング工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウェル領域導入工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウェル領域導入用レジスト膜除去工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(N+ソース領域導入工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(層間絶縁膜成膜工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ソース・コンタクト・ホール開口工程)である。 本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウエル領域へのP+コンタクト形成工程)である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)におけるセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)における図19のA−A’断面に対応するデバイス要部断面図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)における図19のB−B’断面に対応するデバイス要部断面図である。 本願の各実施の形態の半導体装置のパワーMOSFETの各デバイス構造におけるP−表面リサーフ層の変形例(階段状)を説明するための図4、図21等に、ほぼ対応するデバイス要部模式断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(単純屈折型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(屈折部切断型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(補助P型カラム型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図3等に対応する(図2のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図4等に対応する(図2のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図20等に対応する(図19のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図21等に対応する(図19のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図3等に対応する(図2のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図4等に対応する(図2のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図19等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図20等に対応する(図19のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。 本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図21等に対応する(図19のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される発明の代表的な実施の形態について概要を説明する。
1.以下を含む半導体装置:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有する半導体チップ;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、このセル領域の各辺に沿って設けられた周辺サイド領域、および、前記セル領域の各コーナ部に設けられた周辺コーナ領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域、各周辺サイド領域および各周辺コーナ領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造。
2.前記1項の半導体装置において、前記第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式によるものである。
3.前記1または2項の半導体装置において、更に、以下を含む:
(g)各周辺コーナ領域において、前記第2から第5のスーパ・ジャンクション構造を構成する各一対のカラムを相互に連結するほぼL字状のカラム群。
4.前記3項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間でほぼ直角に屈折する連続図形を呈する。
5.前記3項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間で分離した相互に直交する配向を有する一対の連続図形を呈する。
6.前記3項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間で分離した相互に直交する配向を有する一対の連続図形、および、これらの最近接部の外部近傍に置かれた補助カラムからなる。
7.前記1から6項のいずれか一つの半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、各周辺サイド領域または各周辺コーナ領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、表面リサーフ領域が設けられている。
8.前記1から7項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域の一部の上方には、フィールド・プレートが延在している。
9.前記1から8項のいずれか一つの半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、各周辺サイド領域または各周辺コーナ領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、単数又は複数のフローティング・フィールド・リングが設けられている。
10.前記1から9項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域は、複数領域に分割されている。
11.以下を含む半導体装置:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有する半導体チップ;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、このセル領域の各辺に沿って設けられた周辺サイド領域、および、前記セル領域の各コーナ部に設けられた周辺コーナ領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域、各周辺サイド領域および各周辺コーナ領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造。
12.前記11項の半導体装置において、前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造は、前記第1のスーパ・ジャンクション構造と連結して設けられている。
13.前記11または12項の半導体装置において、前記第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式によるものである。
14.前記11から13項のいずれか一つの半導体装置において、前記第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造は、各周辺コーナ領域に渉って設けられている。
15.前記11から14項のいずれか一つの半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、各周辺サイド領域または各周辺コーナ領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、表面リサーフ領域が設けられている。
16.前記11から15項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域の一部の上方には、フィールド・プレートが延在している。
17.前記11から16項のいずれか一つの半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、各周辺サイド領域または各周辺コーナ領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、単数又は複数のフローティング・フィールド・リングが設けられている。
18.前記11から17項の半導体装置において、前記表面リサーフ領域は、複数領域に分割されている。
19.半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置は以下を含む:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有するウエハ上の半導体チップ領域;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、このセル領域の各辺に沿って設けられた周辺サイド領域、および、前記セル領域の各コーナ部に設けられた周辺コーナ領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域、各周辺サイド領域および各周辺コーナ領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記製造方法において、第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式により形成される。
20.半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置は以下を含む:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有するウエハ上の半導体チップ領域;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、このセル領域の各辺に沿って設けられた周辺サイド領域、および、前記セル領域の各コーナ部に設けられた周辺コーナ領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域、各周辺サイド領域および各周辺コーナ領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に、前記第1のスーパ・ジャンクション構造と連結して設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の各周辺サイド領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記製造方法において、第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式により形成される。
次に、本願において開示される発明のその他の実施の形態について概要を説明する。
1.以下を含む半導体装置:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有する半導体チップ;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、および、それを包囲するセル周辺領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域および前記セル周辺領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造が設けられた部分以外の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式によるものである。
2.前記1項の半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、表面リサーフ領域が設けられている。
3.前記2項の半導体装置において、前記表面リサーフ領域の一部の上方には、フィールド・プレートが延在している。
4.前記2または3項の半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、単数又は複数のフローティング・フィールド・リングが設けられている。
5.前記2から4項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域は、複数領域に分割されている。
6.以下を含む半導体装置:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有する半導体チップ;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、および、それを包囲するセル周辺領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域および前記セル周辺領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に、前記第1のスーパ・ジャンクション構造と連結して設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造が設けられた部分以外の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式によるものである。
7.前記6項の半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、表面リサーフ領域が設けられている。
8.前記7項の半導体装置において、前記表面リサーフ領域の一部の上方には、フィールド・プレートが延在している。
9.前記7または8項の半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、単数又は複数のフローティング・フィールド・リングが設けられている。
10.前記7から9項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域は、複数領域に分割されている。
11.以下を含む半導体装置:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有する半導体チップ;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、および、それを包囲するセル周辺領域;
(c)前記半導体チップの前記第1の主面側の前記セル領域および前記セル周辺領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造が設けられた部分および各周辺コーナ領域以外の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造;
(g)各周辺コーナ領域において、前記第2から第5のスーパ・ジャンクション構造を構成する各一対のカラムを相互に連結するほぼL字状のカラム群、
ここで、前記第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式によるものである。
12.前記11項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間でほぼ直角に屈折する連続図形を呈する。
13.前記11項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間で分離した相互に直交する配向を有する一対の連続図形を呈する。
14.前記11項の半導体装置において、ほぼL字状のカラム群の各々は、中間で分離した相互に直交する配向を有する一対の連続図形、および、これらの最近接部の外部近傍に置かれた補助カラムからなる。
15.前記11から14項のいずれか一つの半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、表面リサーフ領域が設けられている。
16.前記15項の半導体装置において、前記表面リサーフ領域の一部の上方には、フィールド・プレートが延在している。
17.前記15または16項の半導体装置において、前記第1の主面側の前記ドリフト領域の表面領域であって、前記セル周辺領域の少なくとも一部には、前記セル領域を囲むように、単数又は複数のフローティング・フィールド・リングが設けられている。
18.前記15から17項のいずれか一つの半導体装置において、前記表面リサーフ領域は、複数領域に分割されている。
19.半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置は以下を含む:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有するウエハ上の半導体チップ領域;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、および、それを包囲するセル周辺領域;
(c)前記半導体チップ領域の前記第1の主面側の前記セル領域および前記セル周辺領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向と直交する方向の前記セル領域の両側の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造が設けられた部分以外の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記製造方法において、第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式により形成される。
20.半導体装置の製造方法であって、前記半導体装置は以下を含む:
(a)パワーMOSFETのソース電極が設けられた第1の主面及び前記パワーMOSFETのドレイン電極が設けられた第2の主面を有するウエハ上の半導体チップ領域;
(b)前記第1の主面上のほぼ中央部に設けられ、ほぼ矩形のセル領域、および、それを包囲するセル周辺領域;
(c)前記半導体チップ領域の前記第1の主面側の前記セル領域および前記セル周辺領域のほぼ全面の表面内に設けられ、第1導電型のドリフト領域;
(d)前記セル領域のほぼ全面であって、前記ドリフト領域に設けられ、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造;
(e)前記第1のスーパ・ジャンクション構造の前記第1の配向方向の前記セル領域の両側の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に、前記第1のスーパ・ジャンクション構造と連結して設けられた前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ同一の長さ及び配向を有する第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造;
(f)前記第2及び第3のスーパ・ジャンクション構造が設けられた部分以外の前記セル周辺領域の前記ドリフト領域に設けられ、前記第1のスーパ・ジャンクション構造とほぼ直交する配向を有する第4及び第5のスーパ・ジャンクション構造、
ここで、前記製造方法において、第1から第5のスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・エピタキシャル埋め込み方式により形成される。
〔本願における記載形式・基本的用語・用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
更に、本願において、「半導体装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、またはそれらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。このとき、各種単体トランジスタの代表的なものとしては、パワーMOSFETやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例示することができる。
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」等といっても、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、FSG(Fluorosilicate Glass)、TEOSベース酸化シリコン(TEOS-based silicon oxide)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon-doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate glass)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の熱酸化膜、CVD酸化膜、SOG(Spin ON Glass)、ナノ・クラスタリング・シリカ(Nano-Clustering Silica:NCS)等の塗布系酸化シリコン、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low-k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜)、およびこれらを主要な構成要素とする他のシリコン系絶縁膜との複合膜等を含むことは言うまでもない。
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。
なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多い。
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。
5.「ウエハ」というときは、通常は半導体装置(半導体集積回路装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。
6.一般にスーパ・ジャンクション構造は、ある導電型の半導体領域に反対導電型の柱状又は板状のカラム領域をチャージ・バランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。本願において、トレンチ・フィル方式による「スーパ・ジャンクション構造」に言及するときは、原則として、ある導電型の半導体領域に反対導電型の板状(通常は、平板状であるが屈曲又は屈折していてもよい)の「カラム領域」をチャージ・バランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。実施の形態では、N型半導体層(たとえばドリフト領域)にP型カラムを平行に等間隔を置いて形成されたものについて説明する。
スーパ・ジャンクション構造について、「配向」とは、そのスーパ・ジャンクション構造を構成するP型カラムまたはN型カラムをチップの主面に対応して二次元的に見た場合(チップまたはウエハの主面に平行な面において)の長手方向を指す。
本願において、リサーフ(Resurf:Reduced Surface Field )構造またはジャンクション・エッジ・ターミネーション(Junction Edge Termination)構造に関して、ジャンクション・エッジ・エクステンション(Junction Edge Extension)または表面リサーフ領域(具体的には「P−型リサーフ領域」)とは、ドリフト領域の表面領域に形成され、チャネル領域を構成するP型ボディ領域(P型ウエル領域)の端部に連結した同一導電型でそれよりも不純物濃度の低い領域を言う。通常、セル部を取り巻くようにリング状に形成される。また、フィールド・プレート(Field Plate)とは、ソース電位又はそれと等価な電位に接続された導電体膜パターンであって、絶縁膜を介してドリフト領域の表面(デバイス面)の上方に延在し、リング状にセル部を取り巻く部分を言う。更に、フローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)とは、ドリフト領域の表面(デバイス面)にP型ボディ領域(P型ウエル領域)とは分離して設けられ、それと同一導電形を有するとともに類似した濃度を有し、リング状にセル部を1重又は多重に取り巻く不純物領域または不純物領域群を言う。
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。
なお、各図に示すP型カラムの数は、図示の都合上、たとえば、周辺サイド領域等に関して、3か5本程度を示したが、実際は10本程度を超える場合もある。ここに示す例は、耐圧が数百ボルト程度のものを例にとり説明する。以下の例では、一例として数百ボルト程度(たとえば600ボルト)の耐圧の製品を例にとり説明する。
1.本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)の説明(主に図1から図4)
スーパ・ジャンクション構造もリサーフ構造の一つであるが、このセクションで説明するリサーフ構造は、セル周辺領域のバルクのスーパージャンクション構造表面に形成するP−型表面層に対するリサーフ構造の説明である。セル周辺領域ではP型カラムがセル領域の対応する辺に対して平行に延びているので、P−型表面層に延びる空乏層に掛かる電界方向の自由度としては、それ以外の2自由度、すなわち、基板の裏から表方向およびチップ・エッジからデバイス主面の内部方向を有しているため、この形式のリサーフ構造を2次元リサーフ構造という。
次に、2次元リサーフ構造の役割を説明する。トレンチフィル方式では、Pカラム形成のための埋め込みエピタキシャル成長は、セル領域もセル周辺領域も一度のエピタキシャル成長で形成するため、セル領域もセル周辺領域もPカラムの不純物濃度は等しくなる。よって、セル領域とセル周辺領域のチャージバランスはPカラム幅で制御することができる。チャージバランスについては、セル周辺領域でセル領域より大幅な耐圧低下を起こさないために、セル領域とセル周辺領域のPカラム幅は同じ寸法とし、セル領域もセル周辺領域も同程度のチャージバランスを保つことが必要である。しかし、以上のようにバルクのスーパージャンクション構造のチャージバランスを調整しただけでは、セル周辺領域でセル領域と同等以上の耐圧を出すことは出来ない。何故なら、空乏層はP型ウエル領域7とセル領域3の各4辺に隣接する周辺サイド領域4a,4b,4c,4d、および、それらの間のチップ2のコーナ部に対応する周辺コーナ領域5a,5b,5c,5dとで挟まれる領域で終端し、P型ウエル領域7の端部近傍で電界集中するからである。そこで、周辺領域の表面にP−型表面リサーフ領域8を設けることによって、Nカラム表面へ抜ける等電位線の数を調整する。ドレイン電極1bにバイアスを印加すると、バルクのスーパージャンクションはセル領域から空乏化し始め、周辺領域のバルクのスーパージャンクション構造もセル領域から放射状に空乏化していく。このとき、P−型表面リサーフ領域が無ければP型ウエル領域7の周りで終端されていた空乏層は、P−型表面リサーフ領域によって、デバイス主面の内部からチップ・エッジ方向にかけて空乏層が延びる。P−型表面リサーフ領域は、その不純物濃度を適度に制御することで、デバイス主面の内部からチップ・エッジ方向にかけて等電位線の数が均等にチップ表面へと抜けるよう設計することができ、これによって、セル周辺領域においてもセル領域と同等以上の耐圧を確保することができる。
図1は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)におけるチップ全体平面レイアウト図である。図2は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)におけるセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図3は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における図2のA−A’断面に対応するデバイス要部断面図である。図4は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における図2のB−B’断面に対応するデバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)を説明する。
図1から図4(主に図1)に示すように、半導体チップ2(チップ領域、ここでは一例として3ミリ・メートル角のものについて説明する)のデバイス主面1a(チップ1の裏面1bの反対の面)側から見たレイアウトは、中央部のほぼ矩形(正方形または長方形)のセル領域(セル部)3、それを取り囲むリング状のセル周辺領域、更にその外側でチップ2の端部を構成するリング状のチップ端領域等から構成されている。このセル領域3は、パワーMOSFETの主要部である線状繰り返しゲート電極9、それを取り囲むようにNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)の表面領域に設けられたP型ウエル領域7(P型ボディ領域)、多数のP型カラム6iからなるスーパ・ジャンクション構造(すなわち、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造、カラム厚さ4マイクロ・メートル程度、カラム間隔6マイクロ・メートル程度)等から構成されている。セル周辺領域は、セル領域3の各4辺に隣接する周辺サイド領域4a,4b,4c,4dと、それらの間のチップ2のコーナ部に対応する周辺コーナ領域5a,5b,5c,5dから構成されている。チップ端領域には、チップ端部において不所望なチャネルが形成されないように、リング状のN+チャネル・ストッパ18、それに接続されたリング状のガード・リング電極11(アルミニウム系メタル電極)が設けられている。セル周辺領域の内、周辺サイド領域4b,4dのNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)には、P型カラム6iと同様に、複数のP型カラム6b、6dが設けられている(すなわち、第1の配向を有する第2および第3のスーパ・ジャンクション構造である。カラム厚さ4マイクロ・メートル程度、カラム間隔6マイクロ・メートル程度、第1のスーパ・ジャンクション構造に属するカラムの端部からの距離は、たとえば3マイクロ・メートル程度)。これらのP型カラム6b、6dの配向や長さは、P型カラム6iとほぼ同一である。そして、セル周辺領域の内、これら以外の領域、すなわち、周辺サイド領域4aおよび一対の周辺コーナ領域5a、5bを連結した領域、並びに、周辺サイド領域4cおよび一対の周辺コーナ領域5c、5dを連結した領域のNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)には、複数のP型カラム6a、6cが設けられている(すなわち、第1の配向と直交する配向を有する第4および第5のスーパ・ジャンクション構造である)。これらのP型カラム6a、6cの配向は、P型カラム6iとほぼ直交している。
次に、図1のセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRを拡大して示した図2に基づいて、レイアウトの詳細ならびに縦構造との関係を説明する。このレイアウトは、チップの中央線(縦、横)に関して線対称であり、チップの中心に関して、180度回転対象であるので(引き出し電極やソース・パッド、ゲート・パッド等は必ずしも、この対象性を持つものではない)、一つのコーナ付近を説明すれば、チップ2の全体をほぼ説明することとほぼ等価である。従って、以下では主に、平面レイアウトについては、チップ2の右上部分周辺を例にとり説明する。
図2のA−A’断面を示したのが、図3である。図3に示すように、N+シリコン単結晶基板1s上にNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)が設けられており、それを上下に貫通するようにP型カラム6a、6iが設けられている。エピタキシャル層1eの表面のP型ウエル領域7(P型ボディ領域)内には、P+コンタクト領域15が設けられており、そこにはバリア・メタル等を介してメタル・ソース電極14が接続されている。P型ウエル領域7には、それよりも濃度が低いP−型表面リサーフ領域8(不純物ピーク濃度は、たとえば、2x1016/cm程度、その深さは、通常、P型ウエル領域7よりも浅いが、適用可能な範囲としては、その深さの10%から150%程度)がエクステンションとして設けられており、たとえば、最外周のP型カラムの付近まで延在している。Nエピタキシャル層1eの表面には、フィールド絶縁膜等16が設けられており、その中にゲート電極9(ゲート・ポリシリコン膜)等が設けられている。チップ端領域には、N+チャネル・ストッパ18、それに接続されたリング状のガード・リング電極11が設けられているが、これらのほか、チップ・エッジ部のP+ボディコンタクト領域に対応する半導体領域12等は、セル部3の不純物導入時に同時に形成された領域であり、N+チャネル・ストッパ18、ガード・リング電極11等とともに全体として、チャネル・ストップ等として作用している。
図2のB−B’断面を示したのが、図4である。図4に示すように、ゲート・ポリシリコン膜9の下側には、ゲート絶縁膜19があり、ゲート電極9の両側のP型ボディ領域7の表面にはN+ソース領域21が設けられている。
ここで、図2に戻って、このようなレイアウトの必要性を説明する。セル領域3にスーパ・ジャンクション構造を有する素子では、縦方向の耐圧(いわゆるバルクの耐圧)を確保しつつ、オン抵抗を下げることができる。しかし、素子全体としての耐圧は、むしろ周辺部で決定されるので、セル周辺領域にもスーパ・ジャンクション構造を導入する必要がある。セル周辺領域における空乏層の広がり方は、セル領域3を中心として、ほぼ放射状であるから、高い耐圧を確保するには、それに対応した対象性を必要とする。一方、トレンチ・フィル方式では、エピタキシャル成長の特性から来る制限により、P型カラム6a,6b,6c,6dの平面形状は、相互に直交する辺からなる図形に限定される。表面リサーフ層の空乏層の伸びる自由度は、空乏層に掛かる電界成分で決まる。即ち、電界成分としては、基板の裏から表方向およびチップ・エッジからデバイス主面の内部方向の2成分から成るため、この形式のリサーフ構造を2次元リサーフ構造という。この2次元リサーフ構造とP型カラムの対象性は、周辺サイド領域4a,4b,4c,4dで同じである。従って、セル周辺領域においては、P−型表面リサーフ構造に関して、基本的に2次元リサーフ構造のみで構成してセル周辺領域の耐圧を保持するのが効率的である。なお、周辺コーナ領域5a,5b,5c,5dにおいては、厳密に言えば、空乏層自体の広がり方も周辺サイド領域4a,4b,4c,4dの対象性と異なっているので、あまり高い耐圧が要求されるものでない限り、問題とならない。
なお、周辺コーナ領域5a,5b,5c,5dにおけるスーパ・ジャンクション構造の更なる改良については、セクション5において更に説明する。
2.本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスの要部説明(主に図5から図17)
このセクションでは、セクション1の構造に対応するプロセスを説明するが、他の構造においても、これらの工程は基本的に共通しているので、他の構造については、以下の記載を繰り返さない。
図5は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型カラム用トレンチ形成用ハード・マスク膜パターニング工程)である。図6は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型カラム用トレンチ形成工程)である。図7は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型埋め込みエピタキシャル層形成工程)である。図8は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型埋め込みエピタキシャル層への平坦化工程)である。図9は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P−型リサーフ領域導入工程)である。図10は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P−型リサーフ領域導入用レジスト膜除去工程)である。図11は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ゲート・ポリシリコン膜成膜工程)である。図12は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ゲート電極パターニング工程)である。図13は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウエル領域導入工程)である。図14は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウエル領域拡散工程)である。図15は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(N+ソース領域導入工程)である。図16は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(層間絶縁膜成膜工程)である。図17は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(ソース・コンタクト・ホール開口工程)である。図18は本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスのデバイス要部断面プロセス・フロー図(P型ウエル領域へのP+コンタクト形成工程)である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の製造方法におけるウエハ・プロセスの要部を説明する。
まず、図5に示すように、たとえばアンチモンをドープ(たとえば1018から1019/cmのオーダ程度)したN+シリコン単結晶基板1s(ここでは、たとえば、200φウエハ、なお、ウエハ径は、150φ、300φでも450φでもよい)上に、たとえば、厚さ45マイクロ・メートル程度のリン・ドープNエピタキシャル層1e(ドリフト領域、濃度としては、たとえば1015/cmのオーダ程度)を形成した半導体ウエハ1を準備する。この半導体ウエハ1のデバイス面1a(裏面1bの反対の主面)上に、たとえばP−TEOS(Plasma−Tetraethylorthosilicate)等からなるP型カラム用トレンチ形成用ハード・マスク膜31を形成する。
次に、図6に示すように、P型カラム用トレンチ形成用ハード・マスク膜31をマスクとして、Nエピタキシャル層1e等をドライ・エッチングすることにより、P型カラム用トレンチ32を形成する。続いて、不要になったハード・マスク膜31を除去する。
次に、図7に示すように、P型カラム用トレンチ32に対して、埋め込みエピタキシャル成長を実行し、P型埋め込みエピタキシャル層33(濃度としては、たとえば1015/cmのオーダ程度)を形成する。
次に、図8に示すように、平坦化工程、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)により、P型カラム用トレンチ32外のP型埋め込みエピタキシャル層33を除去するとともに、半導体ウエハ1の表面1aを平坦化する。なお、ここでは、図8のようなスーパ・ジャンクション構造は、トレンチ・フィル方式のほか、マルチ・エピタキシャル方式で形成してもよい。
次に、図9に示すように、半導体ウエハ1の表面1aのほぼ全面に熱酸化により、シリコン酸化膜16を形成し、その上に、リソグラフィによりP−型リサーフ領域導入用レジスト膜22を形成する。続いて、P−型リサーフ領域導入用レジスト膜22をマスクとして、イオン注入(たとえばボロン)により、P−型表面リサーフ領域8を導入する。その後、図10に示すように、不要になったレジスト膜22を全面除去する。
次に、図11に示すように、半導体ウエハ1の表面1aに熱酸化(たとえば、摂氏950度でのウエット酸化)により、ゲート酸化膜19を形成し、その上に、ゲート・ポリシリコン膜9をたとえば低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成する。なお、ゲート酸化前のウエハ洗浄としては、たとえば第1洗浄液、すなわち、アンモニア:過酸化水素:純水=1:1:5(体積比)、及び第2洗浄液、すなわち、塩酸:過酸化水素:純水=1:1:6(体積比)を用いてウエット洗浄を適用することができる。
次に、図12に示すように、ドライ・エッチングによりゲート電極9をパターニングする。
次に、図13に示すように、リソグラフィによりP型ウエル領域導入用レジスト膜23を形成する。続いて、P型ウエル領域導入用レジスト膜23をマスクとして、イオン注入により、P型ウエル領域7(P型ボディ領域)を導入する(濃度としては、たとえば1017/cmのオーダ程度)。その後、図14に示すように、不要になったレジスト膜23を全面除去する。
続いて、図15に示すように、リソグラフィによりN+ソース領域導入用レジスト膜24を形成し、それをマスクとして、イオン注入(たとえば砒素)により、N+ソース領域21、チップ・エッジ部のN+チャネル・ストッパ領域に対応する半導体領域18等を導入する(濃度としては、たとえば1020/cmのオーダ程度)。その後、不要になったレジスト膜24を全面除去する。
次に、図16に示すように、半導体ウエハ1の表面1aのほぼ全面にPSG(Phospho−Silicate−Glass)膜25(層間絶縁膜)をCVD等により成膜する(上方にSOG膜を重ねて平坦化してもよい)。
次に、図17に示すように、半導体ウエハ1の表面1a上に、ソース・コンタクト・ホール開口用レジスト膜26を形成し、それをマスクとして、ドライ・エッチングにより、ソース・コンタクト・ホール27等を開口する。続いて、不要になったレジスト膜26を全面除去する。
その後は、図18に示すように、シリコン基板をエッチングした後、イオン注入(たとえばBF)により、P+ボディ・コンタクト領域12,15を導入する(濃度としては、たとえば1019/cmのオーダ程度)。更に、図3、図4その他(たとえば図20から22、26から29、31,32、34および35)に示すように、TiW等のバリア・メタル膜を介して、アルミニウム系金属層をスパッタリング等により成膜して、パターニングすることにより、メタル・ソース電極14、ガード・リング電極11等を形成する。
3.本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)の説明(主に図19から図21)
このセクションで説明するリサーフ構造は、セル周辺領域ではP型カラムがセル領域の対応する辺に対して直交して延びているので、P−型表面層に延びる空乏層に掛かる電界方向の自由度としては、3自由度、すなわち、セル領域の対応する辺に平行な方向、基板の裏から表方向およびチップ・エッジからデバイス主面の内部方向を有しているため、この形式のリサーフ構造を3次元リサーフ構造という。なお、デバイスの基本的構成は、セクション1とほぼ同じであるから、以下では、原則として、それと異なる部分のみを説明する(以下のセクションにおいても同じ)。
図19は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)におけるセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図20は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)における図19のA−A’断面に対応するデバイス要部断面図である。図21は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)における図19のB−B’断面に対応するデバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)を説明する。
図19から図21に示すように、半導体チップ2(チップ領域)のデバイス主面1a(チップ1の裏面1bの反対の面)側から見たレイアウトは、ほぼ矩形(正方形または長方形)のセル領域(セル部)3、それを取り囲むリング状のセル周辺領域、更にその外側でチップ2の端部を構成するリング状のチップ端領域等から構成されている。このセル領域3は、パワーMOSFETの主要部である線状繰り返しゲート電極9、それを取り囲むようにNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)の表面領域に設けられたP型ウエル領域7(P型ボディ領域)、多数のP型カラム6iからなるスーパ・ジャンクション構造(すなわち、第1の配向を有する第1のスーパ・ジャンクション構造)等から構成されている。セル周辺領域は、セル領域3の各4辺に隣接する周辺サイド領域4a,4b(4c,4d)と、それらの間のチップ2のコーナ部に対応する周辺コーナ領域5a,5b(5c,5d)から構成されている。チップ端領域には、チップ端部において不所望なチャネルが形成されないように、リング状のN+チャネル・ストッパ18、それに接続されたリング状のガード・リング電極11(アルミニウム系メタル電極)が設けられている。
セル周辺領域の内、周辺サイド領域4bおよび周辺コーナ領域5bのNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)には、P型カラム6iと同様に、複数のP型カラム6bが設けられている(すなわち、第1の配向と直交する配向を有する第4および第5のスーパ・ジャンクション構造である)。そして、セル周辺領域の内、これら以外の領域、すなわち、周辺サイド領域4aのNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)には、セル領域のP型カラム6iをそのまま延長した複数のP型カラムが設けられている(すなわち、第1の配向とほぼ同一の配向を有する第2および第3のスーパ・ジャンクション構造である)。
図19のA−A’断面を示したのが、図20である。図20に示すように、N+シリコン単結晶基板1s上にNエピタキシャル層1e(ドリフト領域)が設けられており、それを上下に貫通するようにP型カラム6iが設けられている。エピタキシャル層1eの表面のP型ウエル領域7(P型ボディ領域)内には、N+コンタクト領域15が設けられており、そこにはバリア・メタル等を介してメタル・ソース電極14が接続されている。P型ウエル領域7には、それよりも濃度が低いP−型表面リサーフ領域8がエクステンションとして設けられており、たとえば、最外周のP型カラムの付近まで延在している。Nエピタキシャル層1eの表面には、フィールド絶縁膜等16が設けられており、その中にゲート電極9(ゲート・ポリシリコン膜)等が設けられている。チップ端領域には、N+チャネル・ストッパ18、それに接続されたリング状のガード・リング電極11が設けられているが、これらのほか、チップ・エッジ部のP+ボディコンタクト領域に対応する半導体領域12は、セル部3の不純物導入時に同時に形成された領域であり、N+チャネル・ストッパ18、ガード・リング電極11等とともに全体として、チャネル・ストップ等として作用している。
図19のB−B’断面を示したのが、図21である。図21に示すように、ゲート・ポリシリコン膜9の下側には、ゲート絶縁膜19があり、ゲート電極9の両側のP型ボディ領域7の表面にはN+ソース領域21が設けられている。また、ドリフト領域1eを上下に貫通するようにP型カラム6bが設けられている。
4.本願の各実施の形態の半導体装置のパワーMOSFETの各デバイス構造における表面リサーフ層の変形例の説明(主に図22)
各セクションで説明する表面リサーフ層は、各例にとって、必須ではないが、適用すれば、他のリサーフ構造とあいまって、耐圧の低下を防止する効果がある。また、このセクションで説明する分割表面リサーフ層は、他の例で説明する各表面リサーフ層に適用できることは言うまでもない。
図22は本願の各実施の形態の半導体装置のパワーMOSFETの各デバイス構造におけるP−表面リサーフ層の変形例(階段状)を説明するための図4、図21等に、ほぼ対応するデバイス要部模式断面図である。これに基づいて、本願の各実施の形態の半導体装置のパワーMOSFETの各デバイス構造における表面リサーフ層の変形例を説明する。
図22に示すように、この例の特徴は、P−型表面リサーフ領域8が複数の領域8a,8b,8c(分割P−型リサーフ領域)に分割されていることである。各分割P−型リサーフ領域8a,8b,8cは、電界集中の起き易いチップの端部に近い8aで8b,8cよりも濃度が高く設定されている。また、チップの端部からチップ・エッジ方向にかけてP−リサーフ層の拡散層深さを浅く設定することもできる。このようにすることで、単一の表面リサーフ領域の場合と比較して、比較的小さな面積で高い耐圧を保持することができるメリットがある。
5.本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例の説明(主に図23から図25)
このセクションで説明するコーナ補正構造は、周辺コーナ領域におけるスーパ・ジャンクション構造の対象性の不完全性に基づく、相対的な耐圧の低下を防止するもので、耐圧の特に高いもので必要性が高くなるが、もちろん、必須ではない。ただし、適用することによって、比較的小さなセル周辺領域で比較的高い耐圧を確保できるメリットがある。2次元リサーフ構造は、3次元リサーフ構造と同等の耐圧を確保しようとすると、(空間自由度が小さい分)比較的大きいセル周辺領域面積を必要とする傾向があるので、特に有効である。
図23は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(単純屈折型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図24は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(屈折部切断型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図25は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例(補助P型カラム型)の図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)における周辺コーナ領域のスーパ・ジャンクション(Super Junction)平面構造の変形例を説明する。
図23に第1の変形例(単純屈折型)を示す。図23に示すように、図2と異なり、セル周辺領域における各P型カラム6がリング状に連結されている。すなわち、周辺サイド領域4a,4bのP型カラム6a,6bが略L字状カラム群20によって相互に連結されている。この構造は、非常に単純であり、プロセス的にも好適であるが、若干、屈折部周辺において、チャージ・バランス(屈折部近傍でP型電荷の過剰部分と不足部分が現れる)が乱れる恐れがあり、その点を更に改良したものが、図24または図25に示す例である。
図24に第2の変形例(屈折部切断型)を示す。図24に示すように、図23と比較して、屈折部近傍でP型カラム6a,6bが切断されているのが特徴である。この例は、平常が非常に単純でプロセス的にも優れているが、屈折部周辺において、P型電荷が不足する傾向がある。
図25に第3の変形例(補助P型カラム型)を示す。図25に示すように、図23と比較して、P型カラム6a,6bの屈折部を切り取り(周辺コーナ領域の補助的なP型カラムすなわち補助カラム10)、若干、チップ2の対角線方向にシフトさせたレイアウトとなっている。これにより、チャージ・バランスを良好に保持することができる。
6.本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用の説明(主に図26および図27)
ここでは、ソース・メタル電極を外側に延長してフィールド・プレートとする例を示したが、セクション8および9で説明するフローティング・フィールド・リングにメタル電極を接続して、それを外側の絶縁膜状に伸ばして、フィールド・プレートにしてもよい。ここで説明するフィールド・プレートは、セクション1,4、5および8の各例に適用できることは言うまでもない。
図26は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図3等に対応する(図2のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。図27は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図4等に対応する(図2のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用について説明する。
この例では図26および図27に示すように、メタル・ソース電極14をP−型表面リサーフ領域8の上方へ延長することで、その部分をフィールド・プレート28として利用している。このフィールド・プレート28は、P型ウエル領域7の端部近傍における不所望な電界集中を緩和する働きがある。
7.本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用の説明(主に図28および図29)
ここでは、ソース・メタル電極を外側に延長してフィールド・プレートとする例を示したが、セクション8および9で説明するフローティング・フィールド・リングにメタル電極を接続して、それを外側の絶縁膜状に伸ばして、フィールド・プレートにしてもよい。ここで説明するフィールド・プレートは、セクション3および9の各例に適用できることは言うまでもない。
図28は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図20等に対応する(図19のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。図29は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図21等に対応する(図19のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用について説明する。
セクション6と同様に、この例では図28および図29に示すように、メタル・ソース電極14をP−型表面リサーフ領域8の上方へ延長することで、その部分をフィールド・プレート28として利用している。このフィールド・プレート28は、P型ウエル領域7の端部近傍における不所望な電界集中を緩和する働きがある。
8.本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用の説明(主に図30から図32)
ここで説明するフィールド・プレートは、セクション1,4、5および6の各例に適用できることは言うまでもない。
図30は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図2等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図31は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図3等に対応する(図2のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。図32は本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用についての付加的な説明のための図4等に対応する(図2のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(2次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用について説明する。
この例では図30から図32に示すように、セル領域3寄りのP型カラム6、6a,6b,6c,6dにほぼ一致するように、同P型カラム6やP−型表面リサーフ領域8よりも濃度の高いP型表面不純物領域29a,29b,29c(フローティング・フィールド・リング)を設けることにより、空乏層の伸びを促進して電界集中を分散させるメリットがある。このフローティング・フィールド・リング29a,29b,29cは、通常、P型ウエル領域7と同一の不純物領域を用いる。
9.本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用の説明(主に図33から図35)
ここで説明するフィールド・プレートは、セクション3および7の各例に適用できることは言うまでもない。
図33は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図19等に対応するセル部右上端部を含むチップ・コーナ部CRの拡大平面レイアウト図である。図34は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図20等に対応する(図19のA−A’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。図35は本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフィールド・プレート(Field Plate)の適用についての付加的な説明のための図21等に対応する(図19のB−B’断面にほぼ対応する)デバイス要部断面図である。これらに基づいて、本願の他の実施の形態の半導体装置の一例であるパワーMOSFETのデバイス構造(3次元リサーフ構造)へのフローティング・フィールド・リング(Floating Field Ring)またはフィールド・リミッティング・リング(Field Limiting Ring)の適用について説明する。
この例では図33から図35に示すように、P型ウエル領域7の外周に沿うように、同P型カラム6やP−型表面リサーフ領域8よりも濃度の高いP型表面不純物領域29a,29b,29c(フローティング・フィールド・リング)を設けることにより、空乏層の伸びを促進して電界集中を分散させるメリットがある。このフローティング・フィールド・リング29a,29b,29cは、通常、P型ウエル領域7と同一の不純物領域を用いる。
10.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前記実施の形態では、プレーナー型ゲート構造のMOS構造を例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、U−MOSFET等のトレンチ型ゲート構造にも全く同様に適用できることは言うまでもない。また、MOSFETのレイアウトは、pnカラムに平行にストライプ状に配置した例を示したが、pnカラムに直交する方向に配置したり、格子状に配置したり種種応用可能である。
なお、前記実施の形態では、N+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面に主にNチャネルデバイスを形成するものを具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、P+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面にPチャネルデバイスを形成するものでもよい。
また、前記実施の形態では、パワーMOSFETを例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、スーパ・ジャンクション構造を有するパワー・デバイス、すなわち、ダイオード、バイポーラ・トランジスタ等にも適用できることは言うまでもない。なお、これらのパワーMOSFET、ダイオード、バイポーラ・トランジスタ等を内蔵する半導体集積回路装置等にも適用できることは言うまでもない。
更に、前記実施の形態では、スーパ・ジャンクション構造の形成法として、主にトレンチ・フィル方式を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、たとえば、マルチ・エピタキシャル方式等も適用できることは言うまでもない。
1 半導体ウエハ
1a ウエハのデバイス面(通常、ソース側)
1b ウエハの裏面(通常、ドレイン側)
1e Nエピタキシャル層(ドリフト領域)
1s N+シリコン単結晶基板
2 チップ(チップ領域)
3 セル領域(セル部)
4a,4b,4c,4d (セル周辺領域の)周辺サイド領域
5a,5b,5c,5d (セル周辺領域の)周辺コーナ領域
6、6a,6b,6c,6d 周辺サイド領域のP型カラム
6i セル領域のP型カラム
7 P型ウエル領域(P型ボディ領域)
8,8a,8b,8c P−型表面リサーフ領域(分割P−型リサーフ領域)
9 ゲート電極(ゲート・ポリシリコン膜)
10 周辺コーナ領域の補助的なP型カラム(補助カラム)
11 ガード・リング電極
12 チップ・エッジ部のP+ボディ・コンタクト領域に対応する半導体領域
14 メタル・ソース電極
15 P+コンタクト領域(P+ボディ・コンタクト領域)
16 フィールド絶縁膜等
18 チップ・エッジ部のN+ソース・ドレイン領域に対応する半導体領域(N+チャネル・ストッパ)
19 ゲート絶縁膜
20 略L字状カラム群
21 N+ソース領域
22 P−型リサーフ領域導入用レジスト膜
23 P型ウエル領域導入用レジスト膜
24 N+ソース領域導入用レジスト膜
25 層間絶縁膜
26 ソース・コンタクト・ホール開口用レジスト膜
27 ソース・コンタクト・ホール
28 フィールド・プレート部
29a,29b,29c フローティング・フィールド・リング(フィールド・リミッティング・リング)
31 P型カラム用トレンチ形成用ハード・マスク膜
32 P型カラム用トレンチ
33 P型埋め込みエピタキシャル層
CR セル部右上端部を含むチップ・コーナ部

Claims (11)

  1. 第1端辺、前記第1端辺と対向する第2端辺、第3端辺および前記第3端辺と対向する第4端辺を有する半導体基板と、
    前記半導体基板の第1主面に設けられたパワーMOSFETのソース電極と、
    前記第1主面と反対側である前記半導体基板の第2主面に設けられた前記パワーMOSFETのドレイン電極と、
    前記第1主面上に設けられたセル領域と、
    前記セル領域と前記第1端辺の間に設けられた第1周辺サイド領域と、
    前記セル領域と前記第2端辺の間に設けられた第2周辺サイド領域と、
    前記セル領域と前記第3端辺の間に設けられた第3周辺サイド領域と、
    前記セル領域と前記第4端辺の間に設けられた第4周辺サイド領域と、
    前記半導体基板に形成され、且つ、前記セル領域および前記第1〜4周辺サイド領域に設けられた第1導電型のドリフト領域と、
    前記第1周辺サイド領域の前記ドリフト領域に形成され、前記第3端辺から前記第4端辺に向かう第1方向に延在し、且つ、前記第1導電型と反対の第2導電型で構成された複数の第1カラムと、
    前記第2周辺サイド領域の前記ドリフト領域に形成され、前記第1方向に延在し、且つ、前記第2導電型で構成された複数の第2カラムと、
    前記第3周辺サイド領域の前記ドリフト領域に形成され、前記第1端辺から前記第2端辺に向かう第2方向に延在し、且つ、前記第2導電型で構成された複数の第3カラムと、
    前記第4周辺サイド領域の前記ドリフト領域に形成され、前記第2方向に延在し、且つ、前記第2導電型で構成された複数の第4カラムと、
    前記セル領域の前記ドリフト領域に形成され、前記第1方向に延在し、且つ、前記第2導電型で構成された複数の第5カラムとを有し、
    前記第1周辺サイド領域、前記第2周辺サイド領域および前記セル領域と前記第3端辺の間には、前記第3周辺サイド領域が設けられており、
    前記第1周辺サイド領域、前記第2周辺サイド領域および前記セル領域と前記第4端辺の間には、前記第4周辺サイド領域が設けられており、
    前記セル領域において、前記第1主面側の前記ドリフト領域の表面および前記第5カラムの表面には、前記第2導電型のウェル領域が形成されており、
    前記ウェル領域には前記ソース電極と電気的に接続する前記第1導電型のソース領域が形成されており、
    前記第1〜4周辺サイド領域において、前記第1主面側の前記ドリフト領域の表面および前記第1〜4カラムの表面には、前記セル領域を囲むように、前記ウェル領域と電気的に接続する前記第2導電型のリサーフ領域が設けられていることを特徴とする半導体装置。
  2. 請求項1に記載の半導体装置において、前記複数の第1〜5カラムはそれぞれ一体化されておらず、前記ドリフト領域によって物理的に分離されている。
  3. 請求項1または2の何れか1項に記載の半導体装置において、前記第1〜4端辺と前記リサーフ領域との間には、前記第1〜4周辺サイド領域を囲むように、前記ソース電極と同層のガードリング電極が形成されている。
  4. 請求項1〜3の何れか1項に記載の半導体装置において、前記リサーフ領域の不純物濃度は、前記ウェル領域の不純物濃度よりも低い。
  5. 請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置において、前記リサーフ領域の接合深さは、前記ウェル領域の接合深さよりも浅い。
  6. 請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置において、前記リサーフ領域の上方には、前記ソース電極と同電位のフィールド・プレートが形成されている。
  7. 請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体装置において、前記リサーフ領域、前記ドリフト領域および前記第1〜4カラムと接する位置に、前記リサーフ領域よりも不純物濃度の高く、且つ、前記第2導電型の不純物領域が形成されている。
  8. 請求項7に記載の半導体装置において、前記不純物領域の接合深さは、前記リサーフ領域の接合深さよりも深い。
  9. 請求項7または8の何れか1項に記載の半導体装置において、前記不純物領域は、前記複数の第1〜4カラム毎に、複数形成されている。
  10. 請求項1〜9の何れか1項に記載の半導体装置において、前記第1導電型はN型であり、前記第2導電型はP型である。
  11. 請求項1〜10の何れか1項に記載の半導体装置において、前記複数の第1〜第5カラムの各々は、前記ドリフト領域に形成されたトレンチ内にエピタキシャル層が埋め込まれることで構成されている。
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