JP4851738B2 - Semiconductor device - Google Patents
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Description
本発明は、第1導電型の成長層内に形成された複数のガード領域を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a plurality of guard regions formed in a first conductivity type growth layer.
図8は従来の半導体装置2(MOSFET)の断面構造を示している。基板201は、n型不純物を高濃度に含むシリコン単結晶からなり、基板201の一方の主面上には、エピタキシャル成長法によって成長した、n型不純物を含むシリコンエピタキシャル層からなる成長層202が形成されている。成長層202の内部において、表面近傍にはp型不純物を含むベース領域203が形成されている。
FIG. 8 shows a cross-sectional structure of a conventional semiconductor device 2 (MOSFET). The
ベース領域203を分断するように、断面が細長い四角形状の活性溝204が複数本互いに平行に配置されている。活性溝204の内部にはp型不純物を含む埋込領域205が形成されている。ベース領域203内には、各活性溝204に隣接してその片側または両側に、n型不純物を含むソース領域206が形成されている。ソース領域206は成長層202の表面に露出している。隣接する活性溝204の間のベース領域203内では2つのソース領域206が互いに対向しており、それら2つのソース領域206の間には、p型不純物を高濃度に含むオーミック領域207が形成されている。ソース領域206と同様にオーミック領域207も成長層202の表面に露出している。
A plurality of rectangular
ベース領域203と接する活性溝204内には、ゲート絶縁膜208が形成されている。ゲート絶縁膜208で囲まれた領域内は、ポリシリコン材料からなるゲート電極209で充填されている。活性溝204およびベース領域203の周囲には、断面が細長い四角形状のガード溝210が複数形成されている。半導体装置2を平面的に見た場合に、ガード溝210は、活性溝204およびベース領域203を取り囲むように形成されている。各ガード溝210は同心状に配置されており、隣接するガード溝210同士の間隔は等しく、各ガード溝210の幅は等しく、各ガード溝210の深さも等しくなるように形成されている。
A
ガード溝210の内周にはゲート絶縁膜は形成されておらず、ガード溝210の底面および側面には、p型不純物を含むシリコン単結晶が、エピタキシャル成長法によって成長しており、各ガード溝210は、そのシリコン単結晶からなるガード領域211によって充填されている。
A gate insulating film is not formed on the inner periphery of the
ガード溝210が形成された領域の成長層202上には、熱酸化によって酸化膜214が形成されている。ガード領域211、酸化膜214、ゲート絶縁膜208、ゲート電極209、およびソース領域106の一部の上には、例えばPSG(Phospho Silicate Glass)からなる絶縁膜215が形成されている。絶縁膜215はパターニングされており、ソース領域206およびオーミック領域207の表面がその開口底面に露出している。これらの露出した領域の表面および絶縁膜215上には、金属薄膜からなるソース電極216が形成されている。成長層202が形成された側とは反対側の基板201の主面上には、金属薄膜からなるドレイン電極217が形成されている。
An
ベース領域203は、ソース領域206よりも下方の位置でゲート絶縁膜208と接触している。その接触した領域を反転領域と呼ぶことにすると、半導体装置2の通電時には反転領域にチャネルが形成され、電流が流れる。すなわち、ソース電極216が接地電位に接続され、ドレイン電極217に正電圧が印加された状態で、ゲート電極209にしきい値電圧以上の正電圧が印加されると、ベース領域203の反転領域がn型に反転して反転層が形成され、その反転層によってソース領域206と成長層202とが接続され、電流が流れる。
The
その状態でゲート電極209がソース電極216に接続される等によって、ゲート電極209に印加される電圧がしきい値電圧以下となると、反転層は消滅し、電流は流れなくなる。この状態では、ベース領域203と成長層202の間のpn接合は逆バイアスされており、ベース領域203の内部、埋込領域205の内部と成長層202の内部の両方に空乏層が広がっている。
In this state, when the voltage applied to the
一般に、ベース領域と同じ導電型であって、ベース領域を同心状に取り囲むリング形状の半導体領域はガードリングと呼ばれており、この従来の半導体装置2ではガード領域211がガードリングとして機能する。成長層202内を横方向に伸びた空乏層がガード領域211に達すると、そのガード領域211から外側に向けてさらに空乏層が伸び、空乏層が次々と同心状のガード領域211に達して広がる。これによって、ガード領域211が存在しない場合よりも空乏層の広がりが大きくなり、成長層202内部の電界強度が緩和されるようになっている。
In general, a ring-shaped semiconductor region having the same conductivity type as the base region and concentrically surrounding the base region is called a guard ring. In this
本明細書で{100}が下記の面方位の全てを含むものとすると、基板201は、面方位が{100}のものが用いられている。基板201の表面に成長した成長層202の表面やガード溝210の底面の面方位も{100}になっている。基板201には、切り欠き(オリエンテーションフラット)等によって、その表面の{100}面の方向が分かる目印が形成されている。
In this specification, assuming that {100} includes all of the following plane orientations, the
ガード溝210をエッチング法によって掘削するために、ガード溝210のパターンを有するレジスト膜を形成する際に、ガード溝210のパターンが伸びる方向と基板201の目印とが位置合わせされ、ガード溝210のパターンが{100}面の方向に伸びるように形成されている。ガード溝210の側面は基板201の主面に対して垂直に形成され、かつ側面同士は互いに平行であるか、互いに直交するように形成されている。したがって、実際にエッチングによって形成されたガード溝210の内周側面には、面方位が{100}である面が露出する。
In order to excavate the
ガード溝210の底面には成長層202の表面と同じ{100}面が露出するので、ガード溝210内部の底面および側面の全てに{100}面が露出している。その結果、ガード領域211を構成するシリコン単結晶は均一に成長し、ガード溝210の内部が、ガード領域211を構成するシリコン単結晶で完全に充填される。この場合、半導体装置2を平面的に見て、ガード溝210の四辺が直角に接続されていると、ガード領域211と成長層202との間に形成されるpn接合の表面に、直角に曲がった部分が生じ、耐圧が低くなってしまう。
Since the same {100} plane as the surface of the
そこで、従来においては、耐圧の低下を防止するため、ガード溝210の四隅部分が一定の曲率半径で曲げられており、ガード領域211と成長層202の境界のpn接合の表面部分が直角に曲がらないように形成されている。なお、特許文献1〜特許文献4には、半導体装置の周辺構造に関する技術が記載されている。
図8に示される従来の半導体装置2において、ガード溝210の四隅に丸みが形成されていると、直線状に伸びるガード溝210の四辺を構成する側面の面方位が{100}になっていても、各側面を接続する四隅の曲がった部分では面方位が{100}にならない。例えば、曲がった部分の中間部分の側面の面方位は{110}になる。したがって、ガード溝210の四辺の直線状の部分と、一定の曲率半径で曲がった部分とでは、ガード領域211を構成するシリコン単結晶の成長速度に差が生じ、ガード溝210内を均一に充填することができなくなるという問題があった。ガード領域211を均一に充填できず、内部にボイドが存在すると、その部分で耐圧が低下し、不良となる問題があった。
In the
本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであって、ガード溝が均一に充填され、かつ従来と同じ耐圧を得るのに要する周辺部の面積を小さくし、小型化および低コスト化を図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。 The present invention has been made in view of the above-described problems. The guard groove is uniformly filled, and the peripheral area required to obtain the same withstand voltage is reduced, so that the size and cost are reduced. An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of achieving the above.
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、請求項1に記載の発明は、第1導電型の成長層と、前記成長層に形成された第2導電型のベース領域を1個以上有する部分を取り囲む複数の四角リング形状のガード溝と、前記ガード溝の内部に形成された第2導電型のガード領域と、前記ガード領域の外周に接し、四隅の外周部分が丸められたリング状の第2導電型の外周側補助拡散領域と、前記ガード領域の内周に接するリング状の第2導電型の内周側補助拡散領域とを有し、複数の前記ガード溝は同心状に配置され、隣接する前記ガード溝同士の間隔は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、前記ガード溝の幅は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、前記ガード溝の深さは内側から外側へ向かうにしたがって深くなり、前記複数の四角リング形状のガード溝の内部に形成されたガード領域のうち、隣り合う2つのガード領域に挟まれた成長層の幅と該成長層内の第1導電型の不純物濃度との積が、前記隣り合う2つのガード領域のうちの一方のガード領域の幅の2分の1に前記隣り合う2つのガード領域のうちの他方のガード領域の幅の2分の1を加算した値と前記隣り合う2つのガード領域内の第2導電型の不純物濃度との積に等しいことを特徴とする半導体装置である。 The present invention has been made to solve the above problems, and the invention according to claim 1 includes a first conductivity type growth layer and a second conductivity type base region formed in the growth layer. A plurality of square ring-shaped guard grooves surrounding at least one portion, a second conductivity type guard region formed inside the guard groove, and an outer peripheral portion of the four corners in contact with the outer periphery of the guard region. A ring-shaped second conductivity type outer peripheral side auxiliary diffusion region and a ring-shaped second conductivity type inner peripheral side auxiliary diffusion region in contact with the inner periphery of the guard region, and the plurality of guard grooves are concentric The distance between the adjacent guard grooves increases from the inside to the outside, the width of the guard groove increases from the inside to the outside, and the depth of the guard groove increases from the inside to the outside. Deeper toward Ri, among the plurality of rectangular rings formed inside the guard region of the guard groove shape, the impurity concentration of the first conductivity type of the two widths of the growth layer sandwiched guard region and the growth layer adjacent the Is obtained by adding one half of the width of one of the two adjacent guard areas to one half of the width of the other of the two adjacent guard areas. The semiconductor device is characterized in that the value is equal to the product of the value and the impurity concentration of the second conductivity type in the two adjacent guard regions .
請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の半導体装置において、前記内周側補助拡散領域は、四隅の内周部分が丸められていることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first aspect, the inner peripheral side auxiliary diffusion region has rounded inner peripheral portions at four corners.
請求項3に記載の発明は、請求項1または請求項2に記載の半導体装置において、前記ガード領域の幅と前記ガード領域内の第2導電型の不純物濃度との積が、前記ガード領域および他のガード領域の間に挟まれた前記成長層の幅と前記成長層内の第1導電型の不純物濃度との積に等しいことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor device according to the first or second aspect, the product of the width of the guard region and the impurity concentration of the second conductivity type in the guard region is the guard region and It is characterized by being equal to the product of the width of the growth layer sandwiched between other guard regions and the impurity concentration of the first conductivity type in the growth layer.
請求項4に記載の発明は、請求項1〜請求項3のいずれかの項に記載の半導体装置において、前記ガード溝の四辺の側面および底面に{100}面が露出しており、前記ガード領域は、前記ガード溝の側面および底面にエピタキシャル成長法によって成長した半導体単結晶で形成されていることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to third aspects, {100} planes are exposed on the side and bottom surfaces of the four sides of the guard groove, and the guard The region is formed of a semiconductor single crystal grown by an epitaxial growth method on the side surface and the bottom surface of the guard groove.
請求項5に記載の発明は、請求項1〜請求項4のいずれかの項に記載の半導体装置において前記外周側補助拡散領域および前記内周側補助拡散領域は、前記成長層の表面から第2導電型の不純物を拡散することによって形成されていることを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fourth aspects, the outer peripheral side auxiliary diffusion region and the inner peripheral side auxiliary diffusion region are formed from the surface of the growth layer. It is formed by diffusing impurities of two conductivity types.
請求項6に記載の発明は、請求項1〜請求項5のいずれかの項に記載の半導体装置において、前記外周側補助拡散領域および前記内周側補助拡散領域は、前記ガード領域よりも浅く形成されていることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to fifth aspects, the outer peripheral side auxiliary diffusion region and the inner peripheral side auxiliary diffusion region are shallower than the guard region. It is formed.
請求項7に記載の発明は、請求項1〜請求項6のいずれかの項に記載の半導体装置において、前記ガード溝によって取り囲まれた部分には、第2導電型の前記ベース領域と、前記ベース領域内に形成された第1導電型のソース領域と、前記ベース領域と接するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極とを有するMOSトランジスタのセルが配置されていることを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to sixth aspects of the present invention, the portion surrounded by the guard groove includes the base region of the second conductivity type, and the A MOS transistor cell having a first conductivity type source region formed in a base region, a gate insulating film in contact with the base region, and a gate electrode in contact with the gate insulating film is disposed. To do.
請求項8に記載の発明は、請求項1〜請求項7のいずれかの項に記載の半導体装置において、前記ガード溝によって取り囲まれた部分には、前記成長層とショットキー接合を形成するショットキー電極が形成されていることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention, in the semiconductor device according to any one of the first to seventh aspects, a shot forming a Schottky junction with the growth layer in a portion surrounded by the guard groove. A key electrode is formed.
本発明によれば、ガード溝が均一に充填され、かつ従来と同じ耐圧を得るのに要する周辺部の面積を小さくし、小型化および低コスト化を図ることができるという効果が得られる。 According to the present invention, it is possible to obtain an effect that the guard groove is uniformly filled and the area of the peripheral portion required to obtain the same withstand voltage as in the prior art can be reduced, and the size and cost can be reduced.
以下、図面を参照し、本発明を実施するための最良の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施形態による半導体装置1a(MOSFET)の断面構造を示しており、図2は平面構造を示している。図1は、図2のX−X’線の断面を示している。基板101は、n型不純物を高濃度に含むシリコン単結晶からなり、基板101の一方の主面上には、エピタキシャル成長法によって成長した、n型不純物を含むシリコンエピタキシャル層からなる成長層102が形成されている。成長層102の内部において、表面近傍にはp型不純物を含むベース領域103が形成されている。ベース領域103は、成長層102の表面からp型不純物を拡散することによって形成されている。
The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a cross-sectional structure of a
ベース領域103を分断するように、断面が細長い四角形状の活性溝104が複数本互いに平行に配置されている。活性溝104の内部にはp型不純物を含む埋込領域105が形成されている。ベース領域103内には、各活性溝104に隣接してその片側または両側に、n型不純物を含むソース領域106が形成されている。ソース領域106は成長層102の表面に露出している。ソース領域106は、成長層102の表面からn型不純物を拡散することによって形成されている。
A plurality of rectangular
隣接する活性溝104の間のベース領域103内では2つのソース領域106が互いに対向しており、それら2つのソース領域106の間のほぼ中央位置には、ベース領域103よりもp型不純物を高濃度に含むオーミック領域107が形成されている。ソース領域106と同様にオーミック領域107も成長層102の表面に露出している。オーミック領域107も、成長層102の表面からp型不純物を拡散することによって形成されている。
In the
ベース領域103と接する活性溝104内には、ゲート絶縁膜108が形成されている。ゲート絶縁膜108で囲まれた領域内は、ポリシリコン材料からなるゲート電極109で充填されている。活性溝104およびベース領域103の周囲には、断面が細長い四角形状のガード溝110が複数形成されている。図2に示されるように、ガード溝110は、活性溝104およびベース領域103が形成されたMOSトランジスタのセル領域を取り囲むように形成されている。各ガード溝110は、同心状に配置された四角リング形状であり、隣接するガード溝110同士の間隔は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、ガード溝110の幅は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、ガード溝110の深さは内側から外側へ向かうにしたがって深くなるように形成されている。
A
ガード溝110の内周にはゲート絶縁膜は形成されておらず、ガード溝110の底面および側面には、p型不純物を含むシリコン単結晶が、エピタキシャル成長法によって成長しており、各ガード溝110は、そのシリコン単結晶からなるガード領域111によって充填されている。ガード領域111は成長層102とpn接合を形成しており、ベース領域103および活性溝104は、そのpn接合によって同心状に取り囲まれている。ガード領域111はベース領域103とは接触しておらず、浮遊電位に置かれるようになっている。
No gate insulating film is formed on the inner periphery of the
各ガード溝110の内周側には内周側補助拡散領域112が隣接しており、外周側には外周側補助拡散領域113が隣接している。図2に示されるように、内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113は共にリング形状に形成されている。内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113はガード領域111と接しており、ガード領域111と同電位になるように形成されている。内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113のそれぞれの四隅は所定の曲率半径で曲げられており、ガード領域111の内周および外周に丸みを付与するように形成されている。
An inner peripheral side
ガード溝110が形成された領域の成長層102、内周側補助拡散領域112、および外周側補助拡散領域113上には、熱酸化によって酸化膜114が形成されている。ガード領域111、酸化膜114、ゲート絶縁膜108、ゲート電極109、およびソース領域106の一部の上には、例えばPSGからなる絶縁膜115が形成されている。絶縁膜115はパターニングされており、ソース領域106およびオーミック領域107の表面がその開口底面に露出している。これらの露出した領域の表面および絶縁膜115上には、アルミニウム等の金属薄膜からなるソース電極116が形成されている。成長層102が形成された側とは反対側の基板101の主面上には、ニッケル合金等の金属薄膜からなるドレイン電極117が形成されている。
An
シリコン単結晶で構成された基板101および成長層102表面の面方位は{100}になっており、各ガード溝110の底面には{100}面が露出している。また、半導体装置1aを平面的に見た場合、各ガード溝110の四隅部分は互いに直角に交わっており、各ガード溝110の四辺の縦方向の側面および横方向の側面の両方に{100}面が露出している。したがって、ガード領域111では、四隅部分にも欠陥がなく、均一にエピタキシャル成長し、ガード溝110内部がボイドなく充填されている。
The surface orientation of the surface of the
ベース領域103は、ソース領域106よりも下方の位置でゲート絶縁膜108と接触している。その接触した領域を反転領域と呼ぶことにすると、半導体装置1aの通電時には反転領域にチャネルが形成され、電流が流れる。すなわち、ソース電極116が接地電位に接続され、ドレイン電極117に正電圧が印加された状態で、ゲート電極109にしきい値電圧以上の正電圧が印加されると、ベース領域103の反転領域がn型に反転して反転層が形成され、その反転層によってソース領域106と成長層102とが接続され、電流が流れる。
The
その状態でゲート電極109がソース電極116に接続される等によって、ゲート電極109に印加される電圧がしきい値電圧以下となると、反転層は消滅し、電流は流れなくなる。この状態では、ベース領域103と成長層102の間のpn接合は逆バイアスされており、ベース領域103の内部と成長層102の内部の両方に空乏層が広がり、また埋込領域105内にも空乏層が広がり始める。
In this state, when the voltage applied to the
埋込領域105がベース領域103に接続されている場合には、ベース領域103と埋込領域105の両方から成長層102内に空乏層が広がり、埋込領域105内にも空乏層が広がり始める。埋込領域105内のp型の不純物量と、隣り合う埋込領域105の間に位置する部分の成長層102内のn型の不純物量とがほぼ等しくなっている場合、空乏層の広がりが大きくなり、隣り合う埋込領域105の間に位置する成長層102が全部空乏化したとき、同時に埋込領域105の内部が全部空乏化し、ベース領域103の底部よりも下方の一定深さの領域が全部空乏層で満たされるので、耐圧が高くなることが知られている。
When the buried
一方、埋込領域105やベース領域103から横方向に広がった空乏層が内周側補助拡散領域112およびガード領域111に達すると、上記の場合と同様に、ガード領域111や、そのガード領域111に接している内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113から成長層102内に空乏層が広がる。そして、ドレイン電極117およびソース電極116間の電圧が大きくなり、内側のガード領域111側から広がった空乏層がその外側のガード領域111の内周側補助拡散領域112に接すると、そのガード領域111、およびそのガード領域111に接している内周側補助拡散領域112と外周側補助拡散領域113から成長層102内に空乏層が広がる。このように、空乏層は、内側のガード領域111、およびそのガード領域111に接している内周側補助拡散領域112と外周側補助拡散領域113から、外側のガード領域111に向けて順次広がるため、成長層102の表面近傍の電界強度が緩和される。
On the other hand, when the depletion layer extending in the lateral direction from the buried
半導体装置1aを平面的に見た場合、ガード領域111の四辺はほぼ直角に交わっており、ガード領域111の四隅には丸みが付与されていないが、ガード領域111の外周の四隅位置には、丸みが付与された外周側補助拡散領域113の四隅部分が接続されている。したがって、ガード領域111の四隅部分では、外周側補助拡散領域113が形成されていない場合と比べて、電界強度が大幅に小さくなっている。また、ガード領域111の内周側は内周側補助拡散領域112に接続されており、ガード領域111の内周の四隅部分の内側にも、丸みが付与された内周側補助拡散領域112が接続されているので、この部分でも電界が緩和されるようになっている。
When the
また、各活性溝104やガード溝110の底面および側面には、半導体結晶の{100}面が露出し、埋込領域105やガード領域111が同じ面方位の面から成長する。したがって、埋込領域105およびガード領域111には欠陥がなく、耐圧が向上する。
Further, the {100} plane of the semiconductor crystal is exposed at the bottom and side surfaces of each
次に、本実施形態による半導体装置1aのガード溝110およびガード領域111について説明する。前述したように、隣接するガード溝110同士の間隔は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、ガード溝110の幅は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、ガード溝110の深さは内側から外側へ向かって深くなっている。成長層102をエッチングしてガード溝110を形成する際に、ガード溝110の形状にパターニングされたマスク材の開口部の幅に応じて、マイクロローディング効果によってエッチング速度が異なる。開口部の幅が広がるほど、エッチング速度が速くなるので、ガード溝110の幅が広いほど、その深さは深くなる。
Next, the
また、マイクロローディング効果によって、ガード領域111を形成する際のエピタキシャル成長の速度が外側のガード溝110ほど速くなるので、内側の活性溝104を埋めるのに要する時間と同程度の時間でガード溝110を埋めることができる。上記のような構造によって、従来と同程度の耐圧を得るのに必要な周辺部(ガード溝110が形成される領域)の面積を従来構造よりも小さくすることができる。
In addition, due to the microloading effect, the speed of epitaxial growth when the
また、本実施形態による半導体装置1aは、成長層102内でn型領域(成長層102)とp型領域(埋込領域105およびガード領域111)とが交互に繰り返される、いわゆるスーパージャンクション(超接合)構造を有している。隣接するp型領域に挟まれた部分のn型領域内の不純物量と、そのn型領域に隣接するp型領域内の不純物量とが等しい場合には、逆方向電圧が印加された際に、n型領域およびp型領域が共に完全に空乏化し、耐圧が向上する。両方の領域の不純物量を等しくするためには、成長層102の不純物濃度をNd、横方向の幅をWmとし、埋込領域105またはガード領域111の不純物濃度をNa、横方向の幅をWtとすると、Nd×Wm=Na×Wtが成り立ち、各領域の不純物量(Nd×WmおよびNa×Wt)が共に2.0×1012cm−2以下であることが必要である。
In the
以下、数値計算の結果を示す。従来構造と本発明の構造とをモデルに用いて、逆方向電圧が印加された際の空乏層の広がりを、有限要素法により計算した。従来構造(図3)においては、基板51の厚さを350μm、n型不純物濃度を2.20×1019cm−3とした。また、成長層52の厚さを23μm、n型不純物濃度を4.60×1015cm−3とした。最外に位置するゲート電極53を有する活性溝54の中心位置を距離の基準(原点)とする。ガード溝55の幅は1.6μm、深さは16μmである。隣接するガード溝55の間隔は4.0μmである。ガード領域56のp型不純物濃度は1.15×1016cm−3である。
The results of numerical calculation are shown below. Using the conventional structure and the structure of the present invention as models, the spread of the depletion layer when a reverse voltage was applied was calculated by the finite element method. In the conventional structure (FIG. 3), the thickness of the
また、ガード溝を除いた他の条件を本発明の構造と同じとするため、内周側補助拡散領域57および外周側補助拡散領域58を設けており、内周側補助拡散領域57および外周側補助拡散領域58の幅を0.3μm、深さを1.2μm、p型不純物濃度を2.81×1017cm−3とした。最外に位置する活性溝54の外側のガード溝55には内周側補助拡散領域は設けられていない。活性溝54の外側に設けられたベース領域59はソース電極60と接触している。ソース電極60とドレイン電極61の間に357.0Vの逆方向電圧が印加された際に、成長層52とガード領域56の境界から成長層52内部へ向かって伸びた空乏層と、空乏化していない成長層52の部分との境界が成長層52の表面に露出する位置よりも内側にあるガード溝55は25本であった。したがって、原点から25本目のガード溝55までの距離は140μmとなった。
Further, in order to make the other conditions except the guard groove the same as the structure of the present invention, the inner peripheral side
これに対して、本発明の構造(図4)においては、基板11の厚さおよびn型不純物濃度、成長層12の厚さおよびn型不純物濃度を従来構造と同一とした。最外に位置するゲート電極13を有する活性溝14の中心位置を距離の基準(原点)とする。ガード溝15の幅および深さは、図4に示される領域毎にそれぞれ図5(a)の通りであり、ガード領域16のp型不純物濃度は1.15×1016cm−3である。また、隣接するガード溝15の間隔は図5(b)の通りである。図5(b)においては、例えば領域Aで隣接するガード溝15の間隔が4μmであり、領域Aの最外の活性溝14と領域Bの最内のガード溝15の間隔も4μmであることが示されている。また、内周側補助拡散領域17および外周側補助拡散領域18の幅、深さ、p型不純物濃度は、図3の従来構造と同一である。最外に位置する活性溝14の外側のガード溝15には内周側補助拡散領域は設けられていない。活性溝14の外側に設けられたベース領域19はソース電極20と接触している。
In contrast, in the structure of the present invention (FIG. 4), the thickness of the
ソース電極20とドレイン電極21の間に362.0Vの逆方向電圧が印加された際に、成長層12とガード領域16の境界から成長層12内部へ向かって伸びた空乏層と、空乏化していない成長層12の部分との境界が成長層12の表面に露出する位置は、ちょうど内側から数えて19本目のガード溝15のすぐ外側であった。したがって、この位置よりも内側にあるガード溝15は19本であり、原点から19本目のガード溝15までの距離は123μmとなった。よって、同程度の耐圧を得るのに必要な周辺構造の面積を従来構造よりも小さくすることができる。これによって、小型化および低コスト化を図ることができる。
When a reverse voltage of 362.0 V is applied between the
なお、前述したスーパージャンクション構造の条件式を満たす範囲内で、内側から外側へ向かって1本のガード溝110毎にその幅を広げたり、ガード溝110同士の間隔を広げたりしてもよいし、本実施形態のように、複数本のガード溝110を単位としてその幅を広げたり、ガード溝110同士の間隔を広げたりしてもよい。また、内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113は、成長層102とガード領域111の間で成り立つべきスーパージャンクション構造の条件に影響を与えないようにするために、ガード領域111よりも浅く形成しておくことが望ましい。
In addition, within the range that satisfies the conditional expression of the super junction structure described above, the width of each
次に、本発明の第2の実施形態を説明する。図6は、本実施形態による半導体装置1b(ショットキーバリアダイオード)の断面構造を示しており、図7はその平面構造を示している。図6は、図7のY−Y’線の断面を示している。本実施形態による半導体装置1bにおいても、第1の実施形態による半導体装置1aと同様に、n型の成長層102内に複数のリング状のガード溝110が同心状に形成されており、ガード溝110の内部は、p型の半導体結晶がエピタキシャル成長したガード領域111で充填されている。ガード溝110の側面および底面の面方位は{100}である。
Next, a second embodiment of the present invention will be described. FIG. 6 shows a cross-sectional structure of the
ガード領域111の四隅には丸みが付与されていないが、各ガード領域111の内周側と外周側には内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113が接続されており、ガード領域111の内周および外周の四隅位置には、内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113の丸みが付与された部分が配置されている。ガード領域111、内周側補助拡散領域112、および外周側補助拡散領域113の構造は第1の実施形態と同様である。
Although the four corners of the
成長層102のうち最内周の内周側補助拡散領域112よりも内側の領域の内部には、断面が細長い四角形状の活性溝120がガード溝110とは非接触に形成されている。活性溝120の内部にはガード領域111と同じp型で同じ材料の耐圧領域121が形成されている。耐圧領域121の上端部は成長層102の表面と同じ高さに位置しており、成長層102の表面に露出した耐圧領域121の表面および成長層102の表面上にはショットキー電極122が形成されている。ショットキー電極122は、耐圧領域121とはオーミック接合を形成し、成長層102とはショットキー接合を形成するモリブデンあるいは白金等の金属薄膜によって形成されている。成長層102が形成された側とは反対側の基板101の主面上には、裏面電極123が形成されている。
An
ショットキー電極122の外周の縁部分は最内周の内周側補助拡散領域112よりも内側に位置しており、ショットキー電極122は内周側補助拡散領域112、外周側補助拡散領域113、およびガード領域111に接触しないように形成されている。
The outer peripheral edge portion of the
ショットキー電極122がアノード電極として正電圧を印加され、裏面電極123がカソード電極として負電圧を印加されたときに、成長層102とショットキー電極122との間のショットキー接合は順バイアスされる。ショットキー接合が順バイアスされる向きに電圧がショットキー電極122と裏面電極123との間に印加されると、耐圧領域121と成長層102との間に形成されるpn接合も順バイアスされる。
When the
ただし、pn接合が順バイアスされて電流が流れ始める電圧の方が、ショットキー接合が順バイアスされて電流が流れ始める電圧よりも大きいため、ショットキー電極122と裏面電極123の間では、ショットキー接合だけを通って電流が流れる。逆に、ショットキー電極122に負電圧が印加され、裏面電極123に正電圧が印加されると、ショットキー接合とpn接合は両方とも逆バイアスされ、電流は流れなくなる。
However, since the voltage at which the pn junction is forward-biased and the current starts to flow is larger than the voltage at which the Schottky junction is forward-biased and the current starts to flow, between the
この状態では、ショットキー電極122と成長層102の間のショットキー接合と耐圧領域121と成長層102の間のpn接合から成長層102内に空乏層が広がる。その空乏層がガード領域111や内周側補助拡散領域112に達すると、ガード領域111や内周側補助拡散領域112および外周側補助拡散領域113から外側に向けて空乏層が広がる。なお、半導体装置1bにおいては、ショットキー電極122がカソード電極、裏面電極123がアノード電極であったが、ショットキー電極がアノード電極、裏面電極がカソード電極であってもよい。本実施形態による半導体装置1bは、第1の実施形態による半導体装置1aと同様の周辺構造を有しているので、従来と同程度の耐圧を得るのに必要な周辺構造の面積を従来構造よりも小さくすることができ、小型化および低コスト化を図ることができる。
In this state, a depletion layer spreads in the
以上、図面を参照して本発明の実施形態について詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、図面に示された各構造の寸法および物性に係る値は一例であり、上記に限定されるわけではない。また、p型とn型を上記と逆にした構造も本発明に含まれる。さらに、本発明の半導体装置にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)も含まれる。 As described above, the embodiments of the present invention have been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to these embodiments, and includes design changes and the like without departing from the gist of the present invention. . For example, the values relating to the dimensions and physical properties of the respective structures shown in the drawings are examples, and are not limited to the above. In addition, a structure in which the p-type and the n-type are reversed from the above is also included in the present invention. Further, the semiconductor device of the present invention includes an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor).
1a,1b,2・・・半導体装置、11,51,101,201・・・基板、12,52,102,202・・・成長層、13,53,109,209・・・ゲート電極、14,54,104,120,204・・・活性溝、15,55,110,210・・・ガード溝、16,56,111,211・・・ガード領域、17,57,112・・・内周側補助拡散領域、18,58,113・・・外周側補助拡散領域、20,60,116,216・・・ソース電極、21,61,117,217・・・ドレイン電極、19,59,103,203・・・ベース領域、105,205・・・埋込領域、106,206・・・ソース領域、107,207・・・オーミック領域、108,208・・・ゲート絶縁膜、114,214・・・酸化膜、115,215・・・絶縁膜、121・・・耐圧領域、122・・・ショットキー電極、123・・・裏面電極
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記成長層に形成された第2導電型のベース領域を1個以上有する部分を取り囲む複数の四角リング形状のガード溝と、
前記ガード溝の内部に形成された第2導電型のガード領域と、
前記ガード領域の外周に接し、四隅の外周部分が丸められたリング状の第2導電型の外周側補助拡散領域と、
前記ガード領域の内周に接するリング状の第2導電型の内周側補助拡散領域と、
を有し、
複数の前記ガード溝は同心状に配置され、隣接する前記ガード溝同士の間隔は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、前記ガード溝の幅は内側から外側へ向かうにしたがって広くなり、前記ガード溝の深さは内側から外側へ向かうにしたがって深くなり、
前記複数の四角リング形状のガード溝の内部に形成されたガード領域のうち、隣り合う2つのガード領域に挟まれた成長層の幅と該成長層内の第1導電型の不純物濃度との積が、前記隣り合う2つのガード領域のうちの一方のガード領域の幅の2分の1に前記隣り合う2つのガード領域のうちの他方のガード領域の幅の2分の1を加算した値と前記隣り合う2つのガード領域内の第2導電型の不純物濃度との積に等しい
ことを特徴とする半導体装置。 A first conductivity type growth layer;
A plurality of square ring-shaped guard grooves surrounding a portion having one or more second conductivity type base regions formed in the growth layer;
A second conductivity type guard region formed in the guard groove;
A ring-shaped second conductivity type outer peripheral side auxiliary diffusion region in contact with the outer periphery of the guard region and rounded outer peripheral portions of the four corners;
A ring-shaped second conductivity type inner peripheral side auxiliary diffusion region in contact with the inner periphery of the guard region;
Have
The plurality of guard grooves are arranged concentrically, the interval between the adjacent guard grooves increases from the inside toward the outside, and the width of the guard grooves increases from the inside to the outside, the guard grooves The depth of becomes deeper from the inside to the outside,
Of the guard regions formed in the plurality of square ring-shaped guard grooves, the product of the width of the growth layer sandwiched between two adjacent guard regions and the impurity concentration of the first conductivity type in the growth layer Is a value obtained by adding one half of the width of one of the two adjacent guard areas to one half of the width of the other of the two adjacent guard areas. A semiconductor device characterized by being equal to the product of the impurity concentration of the second conductivity type in the two adjacent guard regions .
第2導電型の前記ベース領域と、
前記ベース領域内に形成された第1導電型のソース領域と、
前記ベース領域と接するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜と接するゲート電極と、
を有するMOSトランジスタのセルが配置されている
ことを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかの項に記載の半導体装置。 In the part surrounded by the guard groove,
The base region of the second conductivity type;
A first conductivity type source region formed in the base region;
A gate insulating film in contact with the base region;
A gate electrode in contact with the gate insulating film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein a cell of a MOS transistor having the following characteristics is arranged.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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