JP4449407B2 - 半導体素子およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1にかかる半導体素子の要部の構成を示す断面図である。図1に示すように、この半導体素子は、縦型MOSFETよりなる超接合半導体素子であり、同図の右半部は、MOSFETとして電流を駆動する活性領域1であり、左半部は活性領域1の外側で耐圧構造部を構成する非活性領域2である。
図2は、本発明の実施の形態2にかかる半導体素子の要部の構成を示す断面図である。図2に示すように、実施の形態2の半導体素子が実施の形態1と異なるのは、非活性領域2の第2の並列pn構造部4において、素子表面側に狭ピッチ部が設けられていないことである。つまり、第2の並列pn構造部4は、活性領域1の第1の並列pn構造部3と同じ幅のn型半導体領域41およびp型半導体領域42を交互に繰り返し接合した構成となっている。その他の構成は実施の形態1と同様である。
実施の形態3の半導体素子は、図8−1、図8−2にその不純物濃度分布を示すように、実施の形態2の半導体素子において、en1−en2間の不純物濃度分布をan1−an2間の不純物濃度分布と同じにしたものである。つまり、実施の形態3では、第2の並列pn構造部4のn型半導体領域41の表面濃度は第1の並列pn構造部3のn型半導体領域31の表面濃度と同じであるが、第2の並列pn構造部4のp型半導体領域42の表面濃度は第1の並列pn構造部3のp型半導体領域32の表面濃度よりも高くなっている。半導体素子の構成は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態4の半導体素子は、図10−1、図10−2にその不純物濃度分布を示すように、実施の形態2の半導体素子において、ep1−ep2間の不純物濃度分布をap1−ap2間の不純物濃度分布と同じにしたものである。つまり、実施の形態4では、第2の並列pn構造部4のp型半導体領域42の表面濃度は第1の並列pn構造部3のp型半導体領域32の表面濃度と同じであるが、第2の並列pn構造部4のn型半導体領域41の表面濃度は第1の並列pn構造部3のn型半導体領域31の表面濃度よりも低くなっている。半導体素子の構成は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態5の半導体素子は、図12に示すように、実施の形態2の半導体素子において、第2の並列pn構造部4の、活性領域1よりも表面濃度が高いp型半導体領域42を、ソース電極17の終端17aよりも活性領域1側に設けたものである。ep1−ep2間、ap1−ap2間、en1−en2間およびan1−an2間の不純物濃度分布は、図4−1、図4−2、図8−1、図8−2のいずれかの分布となる。その他の構成、各部の寸法および不純物濃度等は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態6の半導体素子は、図13に示すように、実施の形態2の半導体素子において、第2の並列pn構造部4側に延びるソース電極17の終端17aの真下の領域がp型半導体領域42になるようにしたものである。実施の形態2では、ソース電極17の終端17aの真下の領域はn型半導体領域41である。ep1−ep2間、ap1−ap2間、en1−en2間およびan1−an2間の不純物濃度分布は、図4−1、図4−2、図8−1、図8−2、図10−1、図10−2のいずれかの分布となる。その他の構成、各部の寸法および不純物濃度等は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態7の半導体素子は、図14に示すように、実施の形態2の半導体素子において、第2の並列pn構造部4の、活性領域1よりも表面濃度が低いn型半導体領域41を、ソース電極17の終端17aよりも活性領域1側に設けたものである。ep1−ep2間、ap1−ap2間、en1−en2間およびan1−an2間の不純物濃度分布は、図4−1、図4−2、図10−1、図10−2のいずれかの分布となる。その他の構成、各部の寸法および不純物濃度等は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。
実施の形態8の半導体素子は、図15に示すように、実施の形態2の半導体素子において、第2の並列pn構造部4の、活性領域1よりも表面濃度が低いn型半導体領域41を非活性領域2の全域に設けたものである。ep1−ep2間、ap1−ap2間、en1−en2間およびan1−an2間の不純物濃度分布は、図4−1、図4−2、図10−1、図10−2のいずれかの分布となる。その他の構成、各部の寸法および不純物濃度等は実施の形態2と同じであるので、説明を省略する。なお、図15に示す例では、ソース電極17の終端17aの真下の領域はp型半導体領域42であるが、n型半導体領域41であってもよい。
実施の形態9の半導体素子は、図16に示すように、実施の形態1の半導体素子において、第2の並列pn構造部4の狭ピッチ部の下に広ピッチ部がなく、狭ピッチ部のn型半導体領域43およびp型半導体領域44がn+ドレイン層18まで続いているものである。
図17は、本発明の実施の形態10にかかる半導体素子の要部の構成を示す断面図である。図17に示すように、実施の形態10の半導体素子は、おおよそ図2に示す実施の形態2の半導体素子と同様の構成であるが、以下の点で実施の形態2と異なる。
図30〜図31は、本発明の実施の形態11にかかる半導体素子の製造プロセスの主要な段階における素子の構成を示す断面図である。n型低抵抗半導体基板を用意し、その上にnエピタキシャル成長層61を形成する工程(図20)から、ミラー研磨をおこなう工程(図25)までは、実施の形態10で説明した製造プロセスと同じであるので、ここでは説明を省略する。
2 非活性領域
3 第1の並列pn構造部
4 第2の並列pn構造部
10 素子表面構造部
17 第1の電極(ソース電極)
18 低抵抗層(n+ドレイン層)
19 第2の電極(ドレイン電極)
31,41,43 第1導電型半導体領域(n型半導体領域)
32,42,44 第2導電型半導体領域(p型半導体領域)
61 第1導電型エピタキシャル成長層(nエピタキシャル成長層)
62 第1導電型エピタキシャル成長層(n-エピタキシャル成長層)
64 トレンチ
65 第2導電型エピタキシャル成長層(pエピタキシャル成長層)
Claims (13)
- 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子において、
前記第2の並列pn構造部の一部または全部におけるpn繰り返しピッチは、前記第1の主面側で前記第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチよりも小さい部分と、前記第2の主面側で前記第1の並列pn構造のpn繰り返しピッチと同じ部分とを有することを特徴とする半導体素子。 - 前記第2の並列pn構造部の、pn繰り返しピッチが前記第1の並列pn構造部のpn繰り返しピッチよりも小さい部分の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記第2の並列pn構造部の、pn繰り返しピッチが前記第1の並列pn構造部のpn繰り返しピッチよりも小さい部分の第1導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 前記第2の並列pn構造部の、pn繰り返しピッチが前記第1の並列pn構造部のpn繰り返しピッチよりも小さい部分の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも高く、かつ前記第2の並列pn構造部の、pn繰り返しピッチが前記第1の並列pn構造部のpn繰り返しピッチよりも小さい部分の第1導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度よりも低いことを特徴とする請求項1に記載の半導体素子。
- 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子において、
前記第2の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも第1の主面側で高いことを特徴とする半導体素子。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子において、
前記第2の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度よりも第1の主面側で低いことを特徴とする半導体素子。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子において、
前記第2の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第2導電型半導体領域の不純物濃度よりも第1の主面側で高く、かつ前記第2の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第1の並列pn構造部の第1導電型半導体領域の不純物濃度よりも第1の主面側で低いことを特徴とする半導体素子。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子を製造するにあたって、
前記低抵抗層上に第1導電型エピタキシャル成長層を成長させる工程と、
前記エピタキシャル成長層に、前記低抵抗層に達する複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電型の半導体をエピタキシャル成長させて該トレンチ内を第2導電型エピタキシャル成長層で埋め込む工程と、
前記第1導電型エピタキシャル成長層と前記第2導電型エピタキシャル成長層との繰り返し構造よりなる第1の並列pn構造部および第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする工程と、
平坦になった前記第2の並列pn構造部の前記第2導電型エピタキシャル成長層の表面層にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子を製造するにあたって、
前記低抵抗層上に第1導電型エピタキシャル成長層を成長させる工程と、
前記エピタキシャル成長層に、前記低抵抗層に達する複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電型の半導体をエピタキシャル成長させて該トレンチ内を第2導電型エピタキシャル成長層で埋め込む工程と、
前記第1導電型エピタキシャル成長層と前記第2導電型エピタキシャル成長層との繰り返し構造よりなる第1の並列pn構造部および第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする工程と、
平坦になった前記第2の並列pn構造部の前記第1導電型エピタキシャル成長層の表面層にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子を製造するにあたって、
前記低抵抗層上に第1導電型エピタキシャル成長層を成長させる工程と、
前記エピタキシャル成長層に、前記低抵抗層に達する複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電型の半導体をエピタキシャル成長させて該トレンチ内を第2導電型エピタキシャル成長層で埋め込む工程と、
前記第1導電型エピタキシャル成長層と前記第2導電型エピタキシャル成長層との繰り返し構造よりなる第1の並列pn構造部および第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする工程と、
平坦になった前記第2の並列pn構造部の表面層全体に第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子を製造するにあたって、
前記低抵抗層上に第1導電型エピタキシャル成長層を、前記第1の主面側において不純物濃度が低くなるように成長させる工程と、
前記エピタキシャル成長層に、前記低抵抗層に達する複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電型の半導体をエピタキシャル成長させて該トレンチ内を第2導電型エピタキシャル成長層で埋め込む工程と、
前記第1導電型エピタキシャル成長層と前記第2導電型エピタキシャル成長層との繰り返し構造よりなる第1の並列pn構造部および第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 活性領域と、前記活性領域の外側に設けられた非活性領域と、前記活性領域の第1の主面側に設けられた素子表面構造部に電気的に接続する第1の電極と、前記活性領域および前記非活性領域にわたって第2の主面側に設けられた低抵抗層と、前記低抵抗層に電気的に接続する第2の電極と、前記活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第1の並列pn構造部と、前記非活性領域において前記低抵抗層と前記第1の主面との間で第1導電型半導体領域および第2導電型半導体領域が交互に繰り返し接合されてなる第2の並列pn構造部と、を有する半導体素子を製造するにあたって、
前記低抵抗層上に第1導電型エピタキシャル成長層を、前記第1の主面側において不純物濃度が低くなるように成長させる工程と、
前記エピタキシャル成長層に、前記低抵抗層に達する複数のトレンチを所定の間隔おきに形成する工程と、
前記トレンチ内に第2導電型の半導体をエピタキシャル成長させて該トレンチ内を第2導電型エピタキシャル成長層で埋め込む工程と、
前記第1導電型エピタキシャル成長層と前記第2導電型エピタキシャル成長層との繰り返し構造よりなる第1の並列pn構造部および第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする工程と、
平坦になった前記第2の並列pn構造部の前記第2導電型エピタキシャル成長層の表面層にのみ選択的に第2導電型の不純物をイオン注入する工程と、
を含むことを特徴とする半導体素子の製造方法。 - 前記第1導電型エピタキシャル成長層の不純物濃度の低い部分の厚さが、前記第1の並列pn構造部および前記第2の並列pn構造部の表面を研磨して平坦にする際の研磨厚さよりも厚くなるように、前記低抵抗層上に前記第1導電型エピタキシャル成長層を成長させることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体素子の製造方法。
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