JP6816278B2 - フローティングフィールドリング終端を有するパワー半導体装置 - Google Patents
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Description
本発明は、平坦なエッジ終端構造を含むパワー半導体装置に関し、特に、ウエハのアクティブ領域を側方から包囲する終端領域においてフローティングフィールドリング(floating field ring)(FFR)終端(ガードリング終端とも呼ばれる)を含むパワー半導体装置に関する。
半導体装置、特にパワー半導体装置においては、比較的低い耐電圧VBRでデバイスの破壊を生じさせる主pn接合の端部における電界集中を避けるために、有効なエッジ終端が必要である。pinダイオードまたは絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(IGBT)といった一般的なパワー半導体装置は、理想的な1次元ダイオードの耐電圧の80〜90%の範囲の耐電圧を得るために、エッジ終端を必要とする。
本発明の目的は、安全な動作領域が増した、フローティングフィールドリング終端構造を含むパワー半導体装置を提供することである。
Δzone1−0.05・Δzone2<Δj<Δzone1+0.05・Δzone2 (j=1〜l−2)、
|Δj|<10・Δzone2・ (j=l−1)、
0.95・Δzone2<Δj<1.05・Δzone2 (j=l〜n−1)、
Δzone2>0.1μm、
−Δzone2/2<Δzone1<Δzone2/2、
lは整数であり、3≦l≦n/2である。
2・Δzone2<|Δj|
が成立する。
0.5μm≦wr≦20μm、
1μm≦wr≦20μm
のうちの一方(または双方)が成立する。
1μm≦d1,0≦15μm
が成立する。
図1は、本発明に係るパワー半導体装置1の部分断面図である。このパワー半導体装置は半導体ウエハWを含み、半導体ウエハWは、第1の主面2と、第1の主面2に対して平行であり横方向に延在する第2の主面3とを有する。ウエハWは、アクティブ領域ARと、アクティブ領域ARを側方から包囲する終端領域TRとを有する。ウエハWは、第1の主面2から第2の主面3まで順に、p型アノード層4と、n型ドリフト層5と、n型ドリフト層5よりも高いドーピング濃度を有するn+型基板層6とを含む。例示として、基板層6のドーピング濃度は、5・1018cm−3以上である。アノード層4のドーピング濃度は、例示として、5・1016cm−3以上である。ドリフト層5は、アノード層4と直に接することによって主pn接合11を形成する。アノード電極7が第1の主面2上に形成されてアノード層4とオーミックコンタクトを形成する。ウエハWの第2の主面3上には、基板層6とオーミックコンタクトを形成するカソード電極8が形成されている。ドリフト層5の厚みは、このパワー半導体装置の電圧クラスによって決まる。
Δj=dj+1,j−dj,j−1 (i=1〜21)である。
Δzone1−0.05・Δzone2<Δj<Δzone1+0.05・Δzone2 (j=1〜5)
が成立し、Δzone1=0μmであり、Δzone2は0.1μmよりも大きく、例示としてΔzone2は0.2μmよりも大きい。
0.95・Δzone2<Δj<1.05・Δzone2 (j=7〜21)
が成立する。
Δzone1−0.05・Δzone2<Δj<Δzone1+0.05・Δzone2 (j=6)
が成立する。これは、この比較例において、第1のゾーンの増分Δj(jは1〜5の範囲に含まれる)が、第1のゾーンから第2のゾーンへの移行を定める増分Δ6にも適用されることを意味する。
2・Δzone2<Δj<10・Δzone2・ (j=6)
となる点のみである。
−10・Δzone2<Δj<−2・Δzone2・ (j=6)
となる点のみである。
−Δzone2/2<Δzone1<Δzone2/2
が満たされる限り、達成される。
1 パワー半導体装置
2 第1の主面
3 第2の主面
4 (p型)アノード層
5 (n型)ドリフト層
6 (n+型)基板層
7 アノード電極
8 カソード電極
11 主pn接合
AR アクティブ領域
TR 終端領域
W ウエハ
Claims (13)
- パワー半導体装置であって、
ウエハ(W)を備え、前記ウエハ(W)は、アクティブ領域(AR)と、前記アクティブ領域(AR)を側方から包囲する終端領域(TR)とを有し、主pn接合(11)が前記アクティブ領域(AR)に形成されており、
前記終端領域(TR)に形成された複数のフローティングフィールドリングを備え、各フローティングフィールドリングは前記アクティブ領域(AR)を側方から包囲し、前記終端領域(TR)に形成されたフローティングフィールドリングの総数はnであり、
i=2からi=nの範囲における任意の整数をiとすると、前記主pn接合(11)から横方向において前記主pn接合(11)から遠ざかる方向に延びる直線に沿って前記フローティングフィールドリング(10_1〜10_n)を数えた場合に、i番目のフローティングフィールドリング(10_i)と真隣の(i−1)番目のフローティングフィールドリング(10_i−1)との間の距離di,i−1は、以下の式
d1,0は、前記主pn接合(11)の真隣の、最も内側のフローティングフィールドリング(10_1)と、前記主pn接合(11)との間の距離であり、
Δzone1−0.05・Δzone2<Δj<Δzone1+0.05・Δzone2 (j=1〜l−2)、
|Δj|<10・Δzone2・ (j=l−1)、
0.95・Δzone2<Δj<1.05・Δzone2 (j=l〜n−1)、
Δzone2>0.1μm、
−Δzone2/2<Δzone1<Δzone2/2、
jおよびlは整数であり、
3≦l≦n/2であり、
nは10以上であり、
2・Δzone2<|Δj| (j=l−1)
であることを特徴とする、パワー半導体装置。 - −10・Δzone2<Δj<−2・Δzone2・ (j=l−1)である、請求項1に記載のパワー半導体装置。
- 2・Δzone2<Δj<10・Δzone2・ (j=l−1)である、請求項1に記載のパワー半導体装置。
- Δzone1=0μmである、請求項1〜3のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
- Δzone2>0.2μmである、請求項1〜4のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
- 4≦l≦n/2または5≦l≦n/2である、請求項1〜5のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
- 1〜nの範囲における任意の自然数をiとすると、前記主pn接合(11)から前記i番目のフローティングフィールドリング(10_i)までの横方向の幅wiは、定数wrと、20%未満異なる、または15%未満異なる、請求項1〜6のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
- 0.5μm≦wr≦20μm、または、1μm≦wr≦20μmである、請求項7に記載のパワー半導体装置。
- 前記ウエハ(W)は第1の主面(2)と前記第1の主面(2)の反対側の第2の主面(3)とを有し、
前記ウエハ(W)は、前記ウエハ(W)の前記第1の主面(2)に隣接する第1導電型の半導体層(5)を含み、
前記フローティングフィールドリング(10_1〜10_n)は、前記半導体層(5)に形成されたリング形状の第1のウェル領域であり、前記第1のウェル領域は、第2導電型であり、それぞれ前記半導体層(5)と第1のpn接合を形成し、
前記アクティブ領域(AR)は前記半導体層(5)内の第2のウェル領域のエリアであり、前記第2のウェル領域(4)は、前記第2導電型であり、前記半導体層(5)と前記主pn接合(11)を形成する、請求項1〜8のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。 - 前記第1のウェル領域の第1の深さ(dr)は、すべてのフローティングフィールドリング(10_1〜10_n)において同一である、請求項9に記載のパワー半導体装置。
- 前記第2のウェル領域の第2の深さは、前記第1のウェル領域の前記第1の深さ(dr)と同一である、請求項10に記載のパワー半導体装置。
- 1μm≦d1,0≦15μmである、請求項1〜11のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
- 前記フローティングフィールドリング(10_1〜10_n)の総数nは、20以上または30以上である、請求項1〜12のいずれか1項に記載のパワー半導体装置。
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