JP4744146B2 - 表面電界緩和型トランジスタを備える半導体部品 - Google Patents

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Description

本発明は概して半導体部品に関し、特に電界効果トランジスタ及びその製造方法に関する。
パワーデバイスは、モーション制御ドライバ、エアバッグ展開ドライバ、及び自動車用燃料インジェクタドライバのような高電力用途に見られる大電流及び高電圧に耐えるように設計される電子部品である。本明細書においてパワーLDMOSデバイスと呼ぶ横方向二重拡散型金属酸化物半導体(lateral−double−diffused metal−oxide−semiconductor:LDMOS)パワー電界効果トランジスタ(FET)素子は、パワー用途に頻繁に使用されるようになっている。パワー技術が向上すると、パワー用途には一層小型のLDMOSパワーデバイスが必要となる。しかしながら、ディープサブミクロン技術のLDMOSパワーデバイスは、エピタキシャル層の厚さが薄く、かつ熱容量が小さいことに一部起因して設計することが困難である。また、LDMOSパワーデバイスは「ハイサイド構成(high−side configuration)」で動作するように設計する必要があり、このハイサイド(高電圧側)構成は、全てのデバイス端子電圧を基板電位に対してレベルシフトさせる構成である。ハイサイド構成で動作し得るデバイスは「ハイサイド対応可能(high side capable)」と言える。ハイサイド対応可能なLDMOSパワーデバイスは、LDMOSパワーデバイスのボディ領域から下地の高濃度ドープ基板に直接パンチスルー経路ができないように設計される。パンチスルーの問題はエピタキシャル層の厚さが薄くなると悪化するため、エピタキシャル層の厚さが制限されていると、このハイサイド対応も問題となる。
既存の技術では、表面電界緩和(reduced surface field:RESURF)構造を有するLDMOSパワーデバイスを利用することにより高耐圧要件に応えようとしている。RESURF構造を有するLDMOSパワーデバイスは第1半導体領域及び第2半導体領域を備え、第1半導体領域は一導電型のRESURF領域として機能し、第2半導体領域は異なる導電型のドリフト領域として機能する。RESURF領域はドリフト領域を空乏化するので、ドリフト領域の電界が小さくなり、かつLDMOSパワーデバイスのブレークダウン電圧が大きくなる。上記に記載したRESURF構造は本明細書では「シングルRESURF」構造と呼ぶ。
他方、「ダブルRESURF」構造は第1及び第3半導体領域と、第2半導体領域とを備え、第1及び第3半導体領域は一導電型のデュアルRESURF領域として機能し、第2半導体領域は異なる導電型のドリフト領域として機能する。ダブルRESURF構造では、二重のRESURF領域の各々がドリフト領域を空乏化するので、ドリフト領域の電界がシングルRESURF構造において小さくなるよりもずっと小さくなる。シングルまたはダブルRESURF構造を有するLDMOSパワーデバイス及びバイポーラトランジスタを含むトランジスタは、本明細書では「RESURFトランジスタ」と呼ぶ。
典型的なRESURFトランジスタは、ボディ領域と高濃度ドープ基板との間のパンチスルー電圧が小さいので、ハイサイド対応可能ではない。パンチスルー電圧を大きくしようとすると更なる問題が生じる。例えば、ドレイン端子またはソース端子に電気的に短絡するイオン注入領域をボディ領域の下方に形成することによってパンチスルー問題を軽減するが、このような領域は耐圧、特にオン抵抗(Rdson)に悪影響を及ぼす。例えば、P型ボディ領域下のイオン注入領域のN型ドーピング濃度を大きくしてP型ボディ領域の電界の大部分を吸収すると、ブレークダウン電圧が小さくなりRdsonが大きくなる。従って、プロセスを更に複雑にすることなく、Rdsonに悪影響を及ぼすこともない、高いブレークダウン電圧を実現するRESURFトランジスタが必要とされる。
本発明の一実施形態において、半導体部品は、第1の導電型を有する第1半導体領域と、第1半導体領域の上方に位置する第2の導電型を有する電気的浮遊半導体領域とを含むRESURFトランジスタを備える。RESURFトランジスタは更に、電気的浮遊半導体領域の上方に位置する第1の導電型を有する第2半導体領域と、第2半導体領域の上方に位置する第1の導電型を有する第3半導体領域と、第2半導体領域の上方に位置する第2の導電型を有する第4半導体領域とを含む。特定の実施形態では、第4半導体領域及び電気的浮遊半導体領域は、第3半導体領域と第4半導体領域との間に逆バイアスが印加されると、第2半導体領域を空乏化する。
次の詳細な記述を添付の図を参照しながら一読することにより本発明について一層深く理解できるものと考える。
説明を簡単に、かつ明瞭にするために、図に示す形状は概略構成を示しており、そして公知の特徴及び技術についての記述及び詳細は本発明を不必要に不明瞭にしないために省略する。また、図の形状で表わされる構成要素は必ずしも実寸通りになっていない。例えば、形状で表わされる構成要素の幾つかの寸法は他の構成要素に対して誇張して描いて本発明の実施形態を理解し易くなるようにしている。異なる形状に付した同じ参照番号は同じ構成要素を指す。
記述及び請求項において、「第1(first)」、「第2(second)」、「第3(third)」、「第4(fourth)」などの用語は、同様な構成要素を区別するために使用し、必ずしも特定の連続する、または時系列に従った順番を表すために使用するのではない。ここで、このように使用する用語は適切な条件の下では入れ替え可能であるので、本明細書に記載する本発明の実施形態が、例えば例示の順番以外の順番で、または本明細書に記載する順番以外の順番で動作することができることを理解されたい。また、「備える(comprise)」、「含む(include)」、「有する(have)」、及びこれらの全ての変形は包括的な意味を持たせているので、一連の構成要素を備えるプロセス、方法、製品、または装置は必ずしもこれらの構成要素に限定されるのではなく、明らかには列挙されていない、またはこのようなプロセス、方法、製品、または装置に固有の他の構成要素を含むことができるものとする。
記述及び請求項において、「左の(left)」、「右の(right)」、「前の(front)」、「後の(back)」、「底の(bottom)」「上に(over)」「下に(under)」などの用語は、表現上の目的で使用し、必ずしも恒久的な相対位置を表わすために使用するのではない。ここで、このように使用する用語は適切な条件の下では入れ替え可能であるので、本明細書に記載する本発明の実施形態が、例えば例示の配置以外の配置で、または本明細書に記載する配置以外の配置で動作することができることを理解されたい。本明細書に記載する「接続される(coupled)」という用語は、電気的に、または電気的ではない態様で、直接的に、或いは間接的に接続されるとして定義される。
図1は本発明の一実施形態によるトランジスタの一部の断面図であり、この図を参照すると、RESURFトランジスタ100は半導体部品の一部である。一例として、半導体部品はディスクリート部品または集積回路とすることができる。
RESURFトランジスタ100は半導体領域または半導体基板110と、半導体基板110上方の半導体エピタキシャル層111と、半導体基板110及び半導体エピタキシャル層111に位置する電気的浮遊半導体領域115と、半導体エピタキシャル層111内であって電気的浮遊半導体領域115の上方に位置する半導体領域120と、半導体エピタキシャル層111内であって半導体領域120の上方に位置する半導体領域130と、半導体エピタキシャル層111内であって半導体領域120の上方に位置する半導体領域140とを備える。半導体基板110、半導体領域120、及び半導体領域130は第1の導電型を有する。電気的浮遊半導体領域115及び半導体領域140は第2の導電型を有する。RESURFトランジスタ100の特定の実施形態の一例として、半導体基板110はP型半導体基板であり、半導体エピタキシャル層111はP型エピタキシャル層であり、電気的浮遊半導体領域115は高濃度ドープされたN型埋込み層であり、半導体領域120はP型半導体エピタキシャル層111の最初の部分であり、半導体領域130はP型ボディ領域であり、半導体領域140はN型ドリフト領域である。
電気的浮遊半導体領域115はRESURFトランジスタ100の活性領域145の下に位置する。活性領域145は半導体領域130及び半導体領域140の一部を含む。図1に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域115はRESURFトランジスタ100の活性領域145の全体に渡ってその下に連続している。電気的浮遊半導体領域115を設けることにより、半導体領域130から半導体基板110への直接パンチスルーを防止することができるので、RESURFトランジスタ100をハイサイド対応可能にすることができる。
半導体領域140及び電気的浮遊半導体領域115は、逆バイアスが半導体領域130と半導体領域140との間に印加されると、半導体領域120を空乏化する。電気的浮遊半導体領域115及び半導体領域140の双方が半導体領域120を空乏化するということは、RESURFトランジスタ100はダブルRESURF構造を有することを意味する。電気的浮遊半導体領域115のような電気的浮遊半導体領域を含むRESURFトランジスタ100を備えるRESURFトランジスタは、本明細書では浮遊RESURF(Floating RESURF:FRESURF)トランジスタと称され得る。
RESURFトランジスタ100は更に、ソース領域150、ゲート電極160、及びドレイン領域170を備える。RESURFトランジスタ100は更に酸化膜領域180及びボディコンタクト領域190を備える。半導体領域130はボディ領域と称され、半導体領域140はドリフト領域と称され得る。RESURFトランジスタ100はまた、ドリフト長155、半導体領域140と半導体領域120との間の接合部121、電気的浮遊半導体領域115と半導体領域120との間の接合部124、及び半導体領域130と半導体領域140との間の接合部135を有する。ソース領域150及びドレイン領域170は第2の導電型を有し、ボディコンタクト領域190は第1の導電型を有する。
RESURFトランジスタ100の逆バイアスブレークダウン電圧は主として、RESURFトランジスタ100内の種々の領域の間の逆バイアスブレークダウン電位によって決定される。更に詳細には、或る電圧を第1の導電型の第1領域に印加し、かつ異なる電圧を第2の導電型の第2領域に印加すると、これらの2つの領域に電圧差が生じる。この電圧差は電位差と称されることが多い。逆バイアスブレークダウン電位はブレークダウンを起こす最小の電位差であり、これは逆バイアスされる2つの領域の間に電流を流れさせる最小の電位差を意味する。一方が外部に接続される2つの領域の間に逆バイアスブレークダウン電位が存在すると、デバイスは機能しなくなり、破壊され得る。RESURFトランジスタ100の場合、外部に接続される領域は、それぞれボディコンタクト領域190及びドレイン領域170を通して外部接続される半導体領域130及び半導体領域140である。
逆バイアスブレークダウン電位が生じている2つの領域の内の一方を接地すると、デバイスの逆バイアスブレークダウン電圧は逆バイアスブレークダウン電位に等しくなる。一例として、デバイスの一つのP型領域が接地され得、これは、この領域に印加される電圧がゼロボルトに固定されることを意味する。N型領域は、例えば20ボルトにバイアスすることができるので、これらの2つの領域の間の電位差は20ボルトとなる。この20ボルトの電位差がこれらの領域の間に逆バイアス電流が流れるようになる最小電位差であると仮定する。従って、この20ボルトの電位差はこれらの領域の間のブレークダウン電位となる。最終的には、逆バイアスブレークダウン電圧も20ボルトとなる、というのは、この例では、この20ボルトが接地されていないN型領域に印加することができ、かつデバイスの逆バイアスブレークダウンを生じさせる最小電圧であるためである。
従って、図1のRESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間の逆バイアスブレークダウン電圧は主として、接合部121(すなわち、半導体領域120と140との間)、接合部135(すなわち、半導体領域130と140との間)、または接合部124(すなわち、半導体領域115と120との間)での逆バイアスブレークダウン電圧によって決まる。一実施形態では、RESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間の逆バイアスブレークダウン電圧は接合部135での逆バイアスブレークダウン電圧によって決まる。従って、いずれにしても、接合部135での逆バイアスブレークダウンよりも前に、接合部121での逆バイアスブレークダウンに至るか、または同逆バイアスブレークダウンを生じることはない。RESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間のブレークダウン電圧を大きくするために、例えば、酸化膜領域180のサイズを大きくすることによって、ドリフト長155を大きくすることができる。
RESURFトランジスタ100の半導体領域140は、半導体領域130及び半導体領域120によって、2次元的に空乏化される。一実施形態では、半導体領域140は完全に空乏化され、接合部135でのブレークダウンが生じる前に、接合部121のブレークダウンによって、RESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間のブレークダウン電圧に達する。ここで、この技術分野の当業者であれば、この現象が必ずしも、接合部135でのブレークダウン電圧が接合部121でのブレークダウン電圧よりも大きいことを意味するのではないことが分かるであろう。それどころか、ドレイン領域170に印加される電位が上昇すると、接合部135の電界はそれがブレークダウンするほど十分には増大せず、ドレイン−ソース間のブレークダウンは接合部121に印加することができる最大電圧によって制御される。
半導体領域120のドーピング濃度を高くすると、半導体領域140が一部空乏化してドレイン−ソース間のブレークダウン電圧が小さくなる。他方、半導体領域120のドーピング濃度を低くすると、半導体領域120が半導体領域140を最適に空乏化するようには作用しなくなるので、ドレイン−ソース間の電圧が小さくなる。
半導体領域120のドーピング濃度を高くすることにより、2つの別の効果も生じる。第1に、RESURFトランジスタ100のRdsonが大きくなり、第2に、半導体領域120のパンチスルー電圧も大きくなる。Rdsonが大きくなることによって、RESURFトランジスタ100の電気特性が劣化する。半導体領域120のパンチスルー電圧について、これに続くすぐ後の段落で更に詳細に説明する。
半導体領域120はある厚さを有し、接合部121は半導体領域120において逆バイアスブレークダウン空乏層幅を有する。ドレイン領域170、及び半導体領域130,120がそれぞれ同じ電圧または電位でバイアスされるか、或いはそれぞれ電気的に浮遊した状態にある場合、半導体領域140は半導体領域120の一部を接合部121から空乏化し、電気的浮遊半導体領域115は半導体領域120の一部を接合部124から空乏化する。ドレイン領域170が、半導体領域130,120がバイアスされる電位よりも高い電圧または電位にバイアスされる(すなわち接合部121が逆バイアスされる)場合、半導体領域140は半導体領域120の大きな部分を接合部121から空乏化する。
ドレイン領域170が、半導体領域130,120の電位(複数の電位)に対して十分に高い電位にバイアスされる(すなわち接合部121が大きく逆バイアスされる)場合、接合部121,124から延びる2つの空乏層領域が半導体領域120内で接触、すなわち合体する。このような状態では、半導体領域120は、少なくともドレイン領域170下の領域で完全に空乏化する。このような完全な空乏化状態を生じさせるドレイン領域170の電位または電圧は「パンチスルー電圧」と呼ばれる。パンチスルー電圧について説明すべき残りの部分に関しては、半導体領域130,120、及びソース領域150がそれぞれ、接地電位またはゼロボルトにバイアスされると仮定する。
パンチスルー電圧に達すると、、半導体領域120が完全に空乏化するため、電気的浮遊半導体領域115は半導体領域140に電気的に接続される。その結果、パンチスルー電圧よりも大きな電圧がRESURFトランジスタ100のドレイン領域170に印加されると、電気的浮遊半導体領域115は電気的に浮遊した状態ではなくなり、電気的浮遊半導体領域115の電位はドレイン領域170の電位から、パンチスルー電圧にほぼ等しい固定オフセット電位だけずれる。
接合部121の逆バイアスブレークダウン電圧が半導体領域120のパンチスルー電圧よりも小さい場合、電気的浮遊半導体領域115は半導体領域140に電気的に接続されない。しかしながら、接合部121の逆バイアスブレークダウン電圧が半導体領域120のパンチスルー電圧よりも大きい場合、電気的浮遊半導体領域115は半導体領域140に電気的に接続され、接合部121のブレークダウンは生じない。パンチスルー電圧を逆バイアスブレークダウン電圧よりも確実に小さくするためには、半導体領域120の厚さを所定の厚さに低減して、接合部121がブレークダウンする前に2つの前述の空乏層領域が半導体領域120内で合体するようにすることができる。半導体領域120がこの所定の厚さを有する場合、接合部121はブレークダウンしない。従って、半導体領域120の所定の厚さは半導体領域120内の逆バイアスブレークダウン電圧空乏層幅よりも薄い。
半導体領域120のドーピング濃度及びドリフト長155を独立して大きくしてドレイン−ソース間ブレークダウン電圧を増大させ、同時に半導体領域120の厚さを上述のように選択することにより、半導体領域120のパンチスルー電圧を確実に接合部121での逆バイアスレークダウン電圧よりも小さく維持することができる。半導体領域120を所定の厚さにすることにより、RESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間ブレークダウン電圧は、半導体領域120と電気的浮遊半導体領域115との間のブレークダウン電位(すなわち接合部124のブレークダウン電位)と、オフセット電位との合計によって決まる。電気的浮遊半導体領域115が電気的に浮遊ではなく、例えばドレイン領域170に電気的にバイアスされている場合には、ドレイン−ソース間逆バイアスブレークダウン電圧は接合部124のブレークダウン電圧となり、オフセット電位の値だけ大きくなることはないと考えられる。従って、RESURFトランジスタ100は非常に大きなドレイン−ソース間逆バイアスブレークダウン電圧を有することができ、これによってRESURFトランジスタ100は高電圧及び高電力の用途に適したものとなる。
このような特徴を備えるRESURFトランジスタ100の一実施形態では、半導体領域140は約1.0マイクロメートル(ミクロン)の厚さ、及び約2.4×1012原子/cmのN型電荷密度を有することができる。半導体領域120は、約1.0ミクロンの厚さ、及び約2.4×1012原子/cmのP型電荷密度を有することができる。電気的浮遊半導体領域115は、約2.0ミクロンの厚さ、及び約1.0×1019原子/cmのN型ドーピング濃度を有することができる。ドリフト長155は約2.5ミクロンの長さとすることができる。本実施形態では、オフセット電位(すなわち、パンチスルー電圧)は約35ボルトであり、接合部124のブレークダウン電圧は約55ボルトである。従って、本実施形態では、RESURFトランジスタ100は約90ボルトのドレイン−ソース間逆バイアスブレークダウン電圧を有することができる。これに比べて、電気的浮遊半導体領域115が電気的に浮遊ではなく、ドレイン領域170に電気的にバイアスされている場合には、ブレークダウン電圧は55ボルトに過ぎないことになる。コスト、サイズ、エピタキシャル層厚さ、プロセスの複雑さ、またはRESURFトランジスタ100のRdsonを悪化させることなく、このように増大したRESURFトランジスタ100のドレイン−ソース間ブレークダウン電圧を実現することができる。
次に図2は本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図であり、この図を参照すると、RESURFトランジスタ200は、ディスクリート部品または集積回路とすることができる半導体部品の一部である。RESURFトランジスタ200は、半導体領域または半導体基板210と、半導体基板210上方の半導体エピタキシャル層211と、半導体基板210及び半導体エピタキシャル層211に位置する電気的浮遊半導体領域215と、半導体エピタキシャル層211内であって電気的浮遊半導体領域215の上方に位置する半導体領域220と、半導体エピタキシャル層211内であって半導体領域220の上方に位置する半導体領域230と、半導体エピタキシャル層211内であって半導体領域220の上方に位置する半導体領域240とを備える。電気的浮遊半導体領域215はRESURFトランジスタ200の活性領域245の下に位置する。活性領域245は半導体領域230及び半導体領域240の一部を含む。図2に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域215はRESURFトランジスタ200の活性領域245全体の下に連続している。半導体領域220は第1部分221及び第2部分222を含み、第1部分の少なくともかなりの部分は半導体領域230の下に在り、第2部分の少なくともかなりの部分は半導体領域240の下に在る。一実施形態では、第1部分221は、半導体領域230及び半導体領域240を形成すること、および半導体領域220内のドーピング濃度によって画定される。
RESURFトランジスタ200は更に、ソース領域250、ゲート電極260、及びドレイン領域270を備える。RESURFトランジスタ200は更に酸化膜領域280及びボディコンタクト領域290を備える。半導体領域230はボディ領域と称され、半導体領域240はドリフト領域と称され得る。RESURFトランジスタ200はドリフト長255を有する。
半導体基板210、半導体領域220、半導体領域230、及びボディコンタクト領域290は第1の導電型を有する。電気的浮遊半導体領域215、半導体領域240、ソース領域250、及びドレイン領域270は第2の導電型を有する。逆バイアスが半導体領域230と半導体領域240との間にボディコンタクト領域290及びドレイン領域270をそれぞれ介して印加されると、半導体領域240及び電気的浮遊半導体領域215は、半導体領域220の第2部分222を空乏化する。電気的浮遊半導体領域215及び半導体領域240の双方が半導体領域220の第2部分222を空乏化することは、RESURFトランジスタ200がダブルRESURF構造を有することを意味する。
RESURFトランジスタ200の特定の実施形態では、半導体基板210はP型半導体基板であり、半導体エピタキシャル層211はP型エピタキシャル層であり、電気的浮遊半導体領域215は高濃度ドープされたN型埋込み層であり、半導体領域220はP型半導体領域であり、半導体領域230はP型ボディ領域であり、半導体領域240はN型ドリフト領域である。第1部分221は半導体エピタキシャル層211の最初の部分であり得る。第2部分222は半導体エピタキシャル層211内のP型ウェルとすることができる。一実施形態では、第1部分221のドーピング濃度は第2部分222のドーピング濃度よりも低い。第1部分221のドーピング濃度を低くする程、半導体領域220と電気的浮遊半導体領域215との間の接合224のブレークダウン電圧が大きくなり、一方、第2部分222のドーピング濃度を高くする程、半導体領域220のパンチスルー電圧が大きくなる。
RESURFトランジスタ200は図1に示すRESURFトランジスタ100に関して既に説明した態様と同様な態様で動作する。一実施形態では、第2部分222の厚さ223は、この厚さが半導体領域240と第2部分222との間で逆バイアスブレークダウンが始まるときの第2部分222内の空乏層幅よりも薄くなるような所定の値を有する。本実施形態では、電気的浮遊半導体領域215は、半導体領域220の第2領域222が少なくともドレイン領域270直下の領域で完全に空乏化した後、半導体領域240に電気的に接続される。別の表現をすれば、第2領域222が完全に空乏化した後は、電気的浮遊半導体領域215は電気的に浮遊した状態ではなくなり、電気的浮遊半導体領域215の電位は半導体領域240の電位からオフセット電位だけずれる。オフセット電位は半導体領域220のパンチスルー電圧にほぼ等しい。
ドレイン領域270の電圧をボディコンタクト領域290の電圧よりも高くすると、RESURFトランジスタ200に逆バイアスが掛かる。ドレイン領域270の電圧をボディコンタクト領域290の電圧よりも高くする実施形態では、RESURFトランジスタ200のドレイン−ソース間逆バイアスブレークダウン電圧は、半導体領域220の第1部分221と電気的浮遊半導体領域215との間のブレークダウン電位、または接合224のブレークダウン電位と、オフセット電位との合計となる。
次に図3は本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図であり、この図を参照すると、RESURFトランジスタ300は、ディスクリート部品または集積回路とすることができる半導体部品の一部である。RESURFトランジスタ300は、半導体基板310と、半導体基板310上方の半導体エピタキシャル層311と、半導体エピタキシャル層311内であって半導体基板310の上方に位置する電気的浮遊半導体領域315と、半導体エピタキシャル層311内に位置し、かつ少なくともその一部を電気的浮遊半導体領域315の内の少なくとも一つの電気的浮遊半導体領域の上方に有する半導体領域320と、半導体エピタキシャル層311内であって半導体領域320の上方に位置する半導体領域340とを備える。半導体領域320は第1部分321及び第2部分322を含む。一例として、半導体エピタキシャル層311は図1の半導体エピタキシャル層111及び図2の半導体エピタキシャル層211と同様とすることができる。別の例として、半導体基板310は図1の半導体基板110及び図2の半導体基板210と同様とすることができる。更に別の例として、電気的浮遊半導体領域315は図1の電気的浮遊半導体領域115及び図2の電気的浮遊半導体領域215と同様とすることができる。別の例として、半導体領域320は図1の半導体領域120及び図2の半導体領域220と同様とすることができる。更に別の例として、第1部分321及び第2部分322をそれぞれ図2の第1部分221及び第2部分222と同様とすることができる。更に別の例として、半導体領域340は図1の半導体領域140及び図2の半導体領域240と同様とすることができる。
電気的浮遊半導体領域315はRESURFトランジスタ300の活性領域の下に位置する。活性領域は半導体領域340の一部を含む。半導体基板310及び半導体領域320は第1の導電型を有し、電気的浮遊半導体領域315及び半導体領域340は第2の導電型を有する。特定の実施形態では、半導体基板310はP型半導体基板であり、半導体エピタキシャル層311はP型エピタキシャル層であり、第1部分321は半導体領域320の母体部分であり、第2部分322はエピタキシャル層311内のP型領域であり、電気的浮遊半導体領域315及び半導体領域340はN型半導体領域である。
RESURFトランジスタ100(図1)及びRESURFトランジスタ200(図2)の対応する領域においてそうであったように、半導体領域340及び電気的浮遊半導体領域315は第2部分322を空乏化するので、RESURFトランジスタ300はダブルRESURF構造を有すると言える。図3に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域315のそれぞれ一つの領域は、電気的浮遊半導体領域315のそれぞれ一つの他の領域から電気的に絶縁される。よって、RESURFトランジスタ300は電気的浮遊半導体材料から成る複数の電気的に絶縁された島を備えることになる。電気的浮遊半導体領域315はRESURFトランジスタ300の活性領域全体の下に連続しているわけではない。
図3に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域315の群うちの第1電気的浮遊半導体領域は、電気的浮遊半導体領域315の群のうちの第2電気的浮遊半導体領域と、半導体基板310の上面に平行な平面内で並んで位置している。半導体領域340と電気的浮遊半導体領域315との間に単一のパンチスルー電圧を有するのではなく、RESURFトランジスタ300は、一実施形態においては、複数のパンチスルー電圧を有する。一例として、第1パンチスルー電圧は半導体領域340と電気的浮遊半導体領域315の第1電気的浮遊半導体領域との間に存在する。第2パンチスルー電圧は電気的浮遊半導体領域315の第1電気的浮遊半導体領域と電気的浮遊半導体領域315の第2電気的浮遊半導体領域との間に存在する。これらのパンチスルー電圧とは異なるパンチスルー電圧が電気的浮遊半導体領域315の他の電気的浮遊半導体領域の対の間に存在し得る。電気的浮遊半導体領域315のうち、少なくともその一部が半導体領域320第1部分321に含まれる特定の電気的浮遊半導体領域を、電気的浮遊半導体領域315の内、そのパンチスルー電圧に達する最後の電気的浮遊半導体領域とすることができる。電気的浮遊半導体領域315の特定の電気的浮遊半導体領域と半導体領域340との間のオフセット電圧は、電気的浮遊半導体領域315の異なる電気的浮遊半導体領域の間のパンチスルー電圧の全てと、第1電気的浮遊半導体領域315と半導体領域340との間のパンチスルー電圧とを合計した値に等しい。
次に図4は本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図であり、この図を参照すると、RESURFトランジスタ400は、ディスクリート部品または集積回路とすることができる半導体部品の一部である。RESURFトランジスタ400は、半導体基板410と、半導体基板410上方の半導体エピタキシャル層411と、半導体エピタキシャル層411内であって半導体基板410の上方に位置する電気的浮遊半導体領域群415から成るグループと、半導体エピタキシャル層411内であって半導体基板410の上方に少なくとも一部を有する半導体領域420と、半導体エピタキシャル層411内であって半導体領域420の上方に位置する半導体領域440と、を備える。一例として、半導体基板410は図1の半導体基板110、図2の半導体基板210、及び図3の半導体基板310と同様とすることができる。別の例として、半導体エピタキシャル層411は図1の半導体エピタキシャル層111、図2の半導体エピタキシャル層211、及び図3の半導体エピタキシャル層311と同様とすることができる。更に別の例として、電気的浮遊半導体領域群415は図1の電気的浮遊半導体領域115、図2の電気的浮遊半導体領域215、及び図3の電気的浮遊半導体領域315と同様とすることができる。別の例として、半導体領域420は図1の半導体領域120、図2の半導体領域220、及び図3の半導体領域320と同様とすることができる。更に別の例として、半導体領域440は図1の半導体領域140、図2の半導体領域240、及び図3の半導体領域340と同様とすることができる。
図4に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域群415は半導体領域420全体に渡って分布し、そしてRESURFトランジスタ400の活性領域の下に位置する。活性領域は半導体領域440の一部を含む。電気的浮遊半導体領域群415のそれぞれ一つの領域は、電気的浮遊半導体領域群415のそれぞれ一つの他の領域から電気的に絶縁される。図4の実施形態におけるパンチスルー電圧、活性領域、導電型、及びRESURF動作に関する詳細は、図3の実施形態に関して記載したものとほぼ同様である。電気的浮遊半導体領域群415はRESURFトランジスタ400の活性領域の全ての下で連続していない。
次に図5は本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図であり、この図を参照すると、RESURFトランジスタ500は、ディスクリート部品または集積回路とすることができる半導体部品の一部である。RESURFトランジスタ500は、半導体基板510と、半導体基板510上方の半導体エピタキシャル層511と、半導体エピタキシャル層511内であって半導体基板510の上方に位置する電気的浮遊半導体領域515と、半導体エピタキシャル層511内であって電気的浮遊半導体領域515の上方に位置する半導体領域520の一部分521と、半導体エピタキシャル層511内であって電気的浮遊半導体領域515の上方に位置する半導体領域520の一部分522と、半導体エピタキシャル層511内であって部分522の上方に位置する電気的浮遊半導体領域545と、半導体エピタキシャル層511内であって電気的浮遊半導体領域545の上方に位置する半導体領域520の一部分523と、半導体エピタキシャル層511内であって部分523の上方に位置する半導体領域540とを備える。一例として、半導体基板510は図1の半導体基板110、図2の半導体基板210、図3の半導体基板310、及び図4の半導体基板410と同様とすることができる。別の例として、半導体エピタキシャル層511は図1の半導体エピタキシャル層111、図2の半導体エピタキシャル層211、図3の半導体エピタキシャル層311、及び図4の半導体エピタキシャル層411と同様とすることができる。更に別の例として、電気的浮遊半導体領域515,545は図1の電気的浮遊半導体領域115、図2の電気的浮遊半導体領域215、図3の電気的浮遊半導体領域315、及び図4の電気的浮遊半導体領域群415と同様とすることができる。別の例として、半導体領域520は図1の半導体領域120、図2の半導体領域220、図3の半導体領域320、及び図4の半導体領域420と同様の構成とすることができ、更に部分521は図2の第1部分221及び図3の第1部分321と同様とすることができる。更に別の例として、部分522及び523は図2の第2部分222及び図3の第2部分322と同様とすることができる。更に別の例として、半導体領域540は図1の半導体領域140、図2の半導体領域240、図3の半導体領域340、及び図4の半導体領域440と同様とすることができる。
電気的浮遊半導体領域515及び電気的浮遊半導体領域545はRESURFトランジスタ500の活性領域の下に位置する。活性領域は半導体領域540の少なくとも一部を含む。半導体基板510及び半導体領域520は第1の導電型を有する。電気的浮遊半導体領域515、電気的浮遊半導体領域545、及び半導体領域540は第2の導電型を有する。一実施形態では、半導体基板510はP型半導体基板であり、半導体エピタキシャル層511はP型エピタキシャル層であり、電気的浮遊半導体領域515は高濃度ドープされたN型埋込み層であり、電気的浮遊半導体領域545はN型半導体領域であり、半導体領域540はN型ドリフト領域であり、一方、半導体領域520はP型半導体領域である。
図5に示す実施形態では、電気的浮遊半導体領域545は電気的浮遊半導体材料から成る電気的に絶縁されたアイランド(島)である。この技術分野の当業者であれば、RESURFトランジスタ500の他の実施形態は、電気的浮遊半導体材料から成る一つよりも多くの電気的に絶縁されたアイランドを備え、この場合、図5に示す構成のように、縦方向に重なって配置された電気的浮遊半導体アイランド群または領域群が形成される。
次に図6は本発明の一実施形態による半導体部品の製造方法600を示すフロー図である。方法600の工程610では第1の導電型の半導体基板を提供する。一例として、工程610で設ける半導体基板は図1の半導体基板110、図2の半導体基板210、図3の半導体基板310、図4の半導体基板410、及び図5の半導体基板510と同様とすることができる。
方法600の工程620では、第1の導電型の半導体エピタキシャル層を前記半導体基板の上方に設ける。一例として、半導体エピタキシャル層は図1の半導体エピタキシャル層111、図2の半導体エピタキシャル層211、図3の半導体エピタキシャル層311、図4の半導体エピタキシャル層411、及び図5の半導体エピタキシャル層511と同様とすることができる。
方法600の工程630では、少なくとも一つの第2の導電型の電気的浮遊半導体領域を半導体エピタキシャル層上と、任意で半導体基板上に設ける。一例として、電気的浮遊半導体領域は図1の電気的浮遊半導体領域115、図2の電気的浮遊半導体領域215、図3の電気的浮遊半導体領域315、図4の電気的浮遊半導体領域群415の一部、及び図5の電気的浮遊半導体領域515と同様とすることができる。更に別の工程を実施して、図4の半導体領域群415の残りの部分及び図5の浮遊半導体領域545のような更に別の浮遊半導体領域群を形成することができる。方法600の工程640では、第2の導電型の第1半導体領域を半導体エピタキシャル層に形成して第1の導電型の第2半導体領域を半導体エピタキシャル層内において第1半導体領域と電気的浮遊半導体領域との間に位置するように形成する。第2半導体領域の一部は或る厚さを有する。一例として、第1半導体領域は図1の半導体領域140、図2の半導体領域240、図3の半導体領域340、図4の半導体領域440、及び図5の半導体領域540と同様とすることができる。別の例として、第2半導体領域は図1の半導体領域120、図2の半導体領域220、図3の半導体領域320、図4の半導体領域420、及び図5の半導体領域520と同様とすることができる。更に別の工程を実施して、第2半導体領域の内部に各部分を形成することができるが、このような各部分は図2の第2部分222、図3の第2部分322、及び図5の部分522及び523と同様とすることができる。
方法600の工程650では、第1の導電型の第3半導体領域を第2半導体領域の上方に形成する。一例として、第3半導体領域は図1の半導体領域130及び図2の半導体領域230と同様とすることができる。
方法600の工程660では、第2の導電型のソース領域を第3半導体領域の上方に形成し、第2の導電型のドレイン領域を第1半導体領域の上方に形成する。一例として、ソース領域は図1のソース領域150及び図2のソース領域250と同様とすることができる。別の例として、ドレイン領域は図1のドレイン領域170及び図2のドレイン領域270と同様とすることができる。
方法600の工程670では、第1の導電型のボディコンタクト領域を第3半導体領域の上方に形成する。一例として、ボディコンタクト領域は図1のボディコンタクト領域190及び図2のボディコンタクト領域290と同様とすることができる。
方法600の工程680では、酸化膜領域を第1半導体領域の上方に形成する。一例として、酸化膜領域は図1の酸化膜領域180及び図2の酸化膜領域280と同様とすることができる。
方法600の工程690では、ゲート電極を第1半導体領域の少なくとも一部、第3半導体領域の少なくとも一部、及び酸化膜領域の少なくとも一部の上方に形成する。一例として、ゲート電極は図1のゲート電極160及び図2のゲート電極260と同様とすることができる。
方法600の一実施形態においては、工程640では更に、第2半導体領域における逆バイアスブレークダウン電圧空乏層幅よりも小さい厚さを有する第2半導体領域を画定する。
方法600の同じ実施形態、または別の実施形態においては、工程640では更に、第2半導体領域の第1部分を第3半導体領域の下に画定する。工程640に追加する前述の複数の工程では更に、第2半導体領域の第2部分を第1半導体領域の下に形成し、更には、第2半導体領域の第2部分のドーピング濃度を第2半導体領域の第1部分のドーピング濃度よりも高くする。
方法600の同じ実施形態、または別の実施形態においては、工程630では更に、半導体材料から成る連続層から成る電気的浮遊半導体領域を半導体部品の活性領域全体の下に形成する。活性領域は第1半導体領域及び第3半導体領域の一部を含む。
本発明について特定の実施形態を参照しながら記載してきたが、この技術分野の当業者であれば、種々の変更を本発明の技術思想または技術範囲から逸脱しない範囲で加え得ることを理解できるであろう。このような変更の種々の例についてはこれまでの記述の中に示してきた。従って、本発明の実施形態の開示は、本発明の技術範囲の例示に過ぎず、本発明を制限するものではない。本発明の技術範囲は、添付の請求項において請求する範囲によってのみ規定されるものである。例えば、この技術分野の当業者にとっては、本明細書で議論した半導体部品を多種多様な実施形態で実現することができ、これらの実施形態の或る実施形態に関する前述の議論が必ずしも全ての考えられる実施形態を完全に記載しているものではないことが容易に理解できるであろう。
更に、効果、他の利点、及び問題解決法が特定の実施形態に関して記載されてきた。しかしながら、効果、利点、問題解決法、及びこのような効果、利点、または問題解決法をもたらし、またはさらに顕著にさせるいずれかの要素が、またはいずれの要素群も、いずれかの請求項または全ての請求項の必須の、必要な、または基本的な特徴、或いは要素であると考えられるべきではない。
更に、本明細書に開示する実施形態及び限定事項は、実施形態及び/又は限定事項が、(1)特許請求の範囲において明示的に権利請求されておらず、かつ(2)均等論に基づいて特許請求の範囲における表現要素及び/又は限定事項の均等物となる、または均等物となる可能性のある場合には、開放主義に基づいて公衆に開放されない。
本発明の一実施形態によるトランジスタの一部の断面図。 本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図。 本発明の更に別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図。 本発明の更に別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図。 本発明の別の実施形態によるトランジスタの一部の断面図。 本発明の一実施形態による半導体部品の製造方法を示すフロー図。

Claims (2)

  1. 表面電界緩和型トランジスタ(400)を備える半導体部品であって、
    前記表面電界緩和型トランジスタ(400)は、
    第1導電型の半導体基板(410)と;
    前記半導体基板(410)に積層する第1導電型の半導体エピタキシャル層(411)と
    を備え、
    前記半導体エピタキシャル層(411)は内部に、
    前記半導体エピタキシャル層(411)の表面であるエピタキシャル表面に露出する、第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域(440)と;
    前記第1半導体領域(440)と前記半導体基板(410)の間に位置する第1導電型の第2半導体領域(420)と;
    第2導電型の複数の電気的浮遊半導体領域(415)であって、前記エピタキシャル表面からのそれぞれ前記電気的浮遊半導体領域(415)の深さは、千鳥状に異なることと;
    前記第1半導体領域(440)とは異なる位置で前記エピタキシャル表面に露出する第2導電型のソース領域(250)と;
    前記エピタキシャル表面に露出するように前記第1半導体領域(440)の内部に位置する第2導電型のドレイン領域(270)と;
    前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間の前記第1半導体領域(440)の部分に位置し、前記エピタキシャル表面から露出し、且つ前記ドレイン領域(270)に接する酸化膜領域(280)と;
    を有し、
    前記表面電界緩和型トランジスタ(400)は更に、
    前記ソース領域(250)から前記酸化膜領域(280)まで延びるゲート酸化膜と;
    前記ゲート酸化膜を覆う第2導電型のゲート電極(260)と
    を有し、
    複数の前記電気的浮遊半導体領域(415)は、前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間全体に亘って分布し、
    それぞれ前記電気的浮遊半導体領域(415)の前記エピタキシャル表面に平行な寸法は、前記ソース領域(250)から前記ドレイン領域(270)までの距離よりも小さく、
    前記ドレイン領域(270)と前記第2半導体領域(420)の間が逆バイアスされた場合に、前記第2半導体領域(420)は空乏化されるように構成され、
    前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間のブレークダウン電圧は、前記第1半導体領域(440)に最も近い前記電気的浮遊半導体領域(415)と前記第1半導体領域(440)との間の第1パンチスルー電圧と、前記電気的浮遊半導体領域(415)同士の間それぞれの第2パンチスルー電圧の全てとの合計に等しいことを特徴とする、表面電界緩和型トランジスタ(400)を備える半導体部品。
  2. 表面電界緩和型トランジスタ(300)を備える半導体部品であって、
    前記表面電界緩和型トランジスタ(300)は、
    第1導電型の半導体基板(310)と;
    前記半導体基板(310)に積層する第1導電型の半導体エピタキシャル層(311)と
    を備え、
    前記半導体エピタキシャル層(311)は内部に、
    前記半導体エピタキシャル層(311)の表面であるエピタキシャル表面に露出する、第1導電型とは異なる第2導電型の第1半導体領域(340)と;
    前記第1半導体領域(340)と前記半導体基板(310)の間に位置する第1導電型の第2半導体領域(322)と;
    前記半導体基板(310)の前記半導体エピタキシャル層(311)に向かう面に平行な平面内で並んで位置する第2導電型の複数の電気的浮遊半導体領域(315)であって、それぞれ前記電気的浮遊半導体領域(315)は、前記第2半導体領域(322)と前記半導体基板の間に互いに離間して位置することと;
    前記第1半導体領域(340)とは異なる位置で前記エピタキシャル表面に露出する第2導電型のソース領域(250)と;
    前記エピタキシャル表面に露出するように前記第1半導体領域(340)の内部に位置する第2導電型のドレイン領域(270)と;
    前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間の前記第1半導体領域(340)の部分に位置し、前記エピタキシャル表面から露出し、且つ前記ドレイン領域(270)に接する酸化膜領域(280)と;
    を有し、
    前記表面電界緩和型トランジスタ(400)は更に、
    前記ソース領域(250)から前記酸化膜領域(280)まで延びるゲート酸化膜と;
    前記ゲート酸化膜を覆う第2導電型のゲート電極(260)と
    を有し、
    複数の前記電気的浮遊半導体領域(315)は、前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間全体に亘って分布し、
    それぞれ前記電気的浮遊半導体領域(315)の前記エピタキシャル表面に平行な寸法は、前記ソース領域(250)から前記ドレイン領域(270)までの距離よりも小さく、
    前記ドレイン領域(270)と前記第2半導体領域(322)の間が逆バイアスされた場合に、前記第2半導体領域(322)は空乏化されるように構成され、
    前記ソース領域(250)と前記ドレイン領域(270)の間のブレークダウン電圧は、複数の前記電気的浮遊半導体領域(315)のうちの1つと前記第2半導体領域(322)との間に存在する第1パンチスルー電圧と、前記電気的浮遊半導体領域(315)同士の間それぞれの第2パンチスルー電圧の全てとの合計に等しいことを特徴とする、表面電界緩和型トランジスタ(300)を備える半導体部品。
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