JP7090073B2 - 半導体装置 - Google Patents

半導体装置 Download PDF

Info

Publication number
JP7090073B2
JP7090073B2 JP2019517599A JP2019517599A JP7090073B2 JP 7090073 B2 JP7090073 B2 JP 7090073B2 JP 2019517599 A JP2019517599 A JP 2019517599A JP 2019517599 A JP2019517599 A JP 2019517599A JP 7090073 B2 JP7090073 B2 JP 7090073B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
type
low concentration
field limit
regions
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019517599A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2018207712A1 (ja
Inventor
耕平 村▲崎▼
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Rohm Co Ltd
Original Assignee
Rohm Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Rohm Co Ltd filed Critical Rohm Co Ltd
Publication of JPWO2018207712A1 publication Critical patent/JPWO2018207712A1/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7090073B2 publication Critical patent/JP7090073B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • H01L29/7396Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions
    • H01L29/7397Vertical transistors, e.g. vertical IGBT with a non planar surface, e.g. with a non planar gate or with a trench or recess or pillar in the surface of the emitter, base or collector region for improving current density or short circuiting the emitter and base regions and a gate structure lying on a slanted or vertical surface or formed in a groove, e.g. trench gate IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • H01L29/0619Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE] with a supplementary region doped oppositely to or in rectifying contact with the semiconductor containing or contacting region, e.g. guard rings with PN or Schottky junction
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0611Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices
    • H01L29/0615Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for increasing or controlling the breakdown voltage of reverse biased devices by the doping profile or the shape or the arrangement of the PN junction, or with supplementary regions, e.g. junction termination extension [JTE]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0684Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape, relative sizes or dispositions of the semiconductor regions or junctions between the regions
    • H01L29/0692Surface layout
    • H01L29/0696Surface layout of cellular field-effect devices, e.g. multicellular DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/08Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/083Anode or cathode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices
    • H01L29/0834Anode regions of thyristors or gated bipolar-mode devices, e.g. supplementary regions surrounding anode regions
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/10Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
    • H01L29/1095Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42356Disposition, e.g. buried gate electrode
    • H01L29/4236Disposition, e.g. buried gate electrode within a trench, e.g. trench gate electrode, groove gate electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333Vertical insulated gate bipolar transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66234Bipolar junction transistors [BJT]
    • H01L29/66325Bipolar junction transistors [BJT] controlled by field-effect, e.g. insulated gate bipolar transistors [IGBT]
    • H01L29/66333Vertical insulated gate bipolar transistors
    • H01L29/66348Vertical insulated gate bipolar transistors with a recessed gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66674DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/66712Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/66734Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with a step of recessing the gate electrode, e.g. to form a trench gate electrode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/70Bipolar devices
    • H01L29/72Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals
    • H01L29/739Transistor-type devices, i.e. able to continuously respond to applied control signals controlled by field-effect, e.g. bipolar static induction transistors [BSIT]
    • H01L29/7393Insulated gate bipolar mode transistors, i.e. IGBT; IGT; COMFET
    • H01L29/7395Vertical transistors, e.g. vertical IGBT
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7811Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with an edge termination structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/7801DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
    • H01L29/7802Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
    • H01L29/7813Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors with trench gate electrode, e.g. UMOS transistors
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/8611Planar PN junction diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/86Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
    • H01L29/861Diodes
    • H01L29/868PIN diodes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0603Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions
    • H01L29/0607Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration
    • H01L29/0638Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by particular constructional design considerations, e.g. for preventing surface leakage, for controlling electric field concentration or for internal isolations regions for preventing surface leakage or controlling electric field concentration for preventing surface leakage due to surface inversion layer, e.g. with channel stopper
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof  ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/402Field plates
    • H01L29/404Multiple field plate structures

Description

本発明は、半導体装置に関する。
特許文献1は、フィールドリミット領域を有する半導体装置を開示している。この半導体装置は、n型の半導体層を含む。半導体層の表層部には、アクティブ領域が形成されている。半導体層の表層部においてアクティブ領域の周囲の領域には、p型のフィールドリミット領域が形成されている。
アクティブ領域から拡がる空乏層は、フィールドリミット領域から拡がる空乏層によって、アクティブ領域の外側に向けてさらに拡張される。これにより、半導体装置の耐圧の向上が図られている。
特開2003-158258号公報
本願発明者らは、フィールドリミット領域の構造について鋭意検討した結果、フィールドリミット領域に対する電界集中に起因して半導体層が破壊に至る可能性があることを突き止めた。
フィールドリミット領域は、フィールドリミット領域から拡がる空乏層がアクティブ領域から拡がる空乏層と重なり合うという構造を有している。そのため、空乏層の重なり態様によっては、フィールドリミット領域において電界強度を適切に緩和できない領域が生じることがある。半導体層は、この領域に生じた電界集中に起因して破壊に至る。
本発明の一実施形態は、フィールドリミット領域に対する電界集中を抑制し、半導体層の破壊耐量を向上できる半導体装置を提供する。
本発明の一実施形態は、主面を有し、アクティブ領域を含む半導体層と、前記半導体層の前記主面の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、前記第1不純物領域の表層部において前記アクティブ領域の周縁に沿うように形成された第2導電型のフィールドリミット領域と、前記フィールドリミット領域の第2導電型不純物濃度よりも低い第2導電型不純物濃度を有し、前記第1不純物領域の表層部において前記フィールドリミット領域に対して前記アクティブ領域とは反対側の領域で前記フィールドリミット領域の周縁に沿って形成された第2導電型の低濃度領域と、を含む、半導体装置を提供する。
この半導体装置によれば、フィールドリミット領域から空乏層を拡げることができる。また、低濃度領域からも空乏層を拡げることができる。低濃度領域の第2導電型不純物濃度は、フィールドリミット領域の第2導電型不純物濃度よりも低い。したがって、低濃度領域から拡がる空乏層は、フィールドリミット領域から拡がる空乏層よりも大きくなる。
これにより、フィールドリミット領域から拡がる空乏層をアクティブ領域とは反対側の方向に向けて拡張できる。その結果、フィールドリミット領域に対する電界集中を抑制できるから、半導体層の破壊耐量を向上できる。
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置を示す平面図である。 図2は、図1のII-II線に沿う断面図である。 図3は、図2の領域IIIの拡大図である。 図4は、図1の半導体装置の電界強度を示すグラフである。 図5は、図1の半導体装置のブレークダウン特性を示すグラフである。 図6Aは、図1の半導体装置の第1製造方法を説明するための断面図である。 図6Bは、図6Aの後の工程を示す断面図である。 図6Cは、図6Bの後の工程を示す断面図である。 図6Dは、図6Cの後の工程を示す断面図である。 図6Eは、図6Dの後の工程を示す断面図である。 図6Fは、図6Eの後の工程を示す断面図である。 図7Aは、図1の半導体装置の第2製造方法を説明するための断面図である。 図7Bは、図7Aの後の工程を示す断面図である。 図7Cは、図7Bの後の工程を示す断面図である。 図7Dは、図7Cの後の工程を示す断面図である。 図7Eは、図7Dの後の工程を示す断面図である。 図8は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図9は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置を示す断面図である。 図10は、第1~第3実施形態に係る半導体装置に適用される機能素子の第1形態例を示す断面図である。 図11は、第1~第3実施形態に係る半導体装置に適用される機能素子の第2形態例を示す断面図である。 図12は、第1~第3実施形態に係る半導体装置に適用される機能素子の第3形態例を示す断面図である。 図13は、第1~第3実施形態に係る半導体装置に適用される機能素子の第4形態例を示す断面図である。 図14は、第1~第3実施形態に係る半導体装置に適用される機能素子の第5形態例を示す断面図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置1を示す平面図である。
図1を参照して、半導体装置1は、半導体層2を含む。半導体層2は、一方側の第1主面3、他方側の第2主面4、ならびに、第1主面3および第2主面4を接続する側面5を含む。
半導体層2は、第1主面3の法線方向から見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状に形成されている。平面視において半導体層2の1つの側面5の長さは、1mm以上20mm以下であってもよい。半導体層2の厚さは、50μm以上200μm以下であってもよい。
半導体層2には、アクティブ領域6および外側領域7が設定されている。アクティブ領域6は、機能素子8が形成された領域である。アクティブ領域6は、素子形成領域とも称される。機能素子8としては、ダイオード、MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等を例示できる。
アクティブ領域6は、平面視において半導体層2の中央部に設定されていてもよい。アクティブ領域6は、平面視において半導体層2の側面5から半導体層2の内方領域に間隔を空けて設定されていてもよい。アクティブ領域6は、平面視において半導体層2の側面5に平行な4辺を有する四角形状に設定されていてもよい。
外側領域7は、アクティブ領域6の外側の領域に設定されている。外側領域7は、平面視においてアクティブ領域6を取り囲む無端状(四角環状)に設定されていてもよい。
図2は、図1のII-II線に沿う断面図である。図3は、図2の領域IIIの拡大図である。以下では、必要に応じて図1も参照する。
図2を参照して、半導体層2には、n型不純物領域10が形成されている。n型不純物領域10は、半導体層2の第1主面3の表層部から第2主面4の表層部の間の領域のほぼ全域に亘って形成されている。つまり、半導体層2は、n型の半導体層と見なせる態様で形成されている。半導体層2は、FZ(Floating Zone)法によって形成されたシリコン製のn型FZ基板であってもよい。
半導体層2の第2主面4の表層部には、n型不純物領域および/またはp型不純物領域が形成されていてもよい。半導体層2の第2主面4の表層部に形成される不純物領域の導電型は、アクティブ領域6に形成される機能素子8の種類に応じて選択される。
アクティブ領域6において半導体層2の第1主面3の表層部には、p型不純物領域11が形成されている(図1も併せて参照)。p型不純物領域11は、平面視において半導体層2の中央部に形成されている。p型不純物領域11は、平面視において半導体層2の周縁から半導体層2の内方領域に間隔を空けて形成されている。
p型不純物領域11は、平面視において半導体層2の側面5に平行な4辺を有する四角形状に形成されている。p型不純物領域11は、n型不純物領域10との間でpn接合部を形成している。p型不純物領域11は、アクティブ領域6を画定している。
外側領域7において半導体層2の第1主面3の表層部には、p型主接合領域12が形成されている(図1も併せて参照)。p型主接合領域12は、この形態では、p型不純物領域11のp型不純物濃度よりも高いp型不純物濃度を有している。
型主接合領域12は、平面視においてp型不純物領域11の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。p型主接合領域12は、この形態では、平面視においてp型不純物領域11を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。p型主接合領域12の内周縁は、アクティブ領域6の周縁を画定している。
型主接合領域12は、この形態では、4つの直線部および4つの角部を含む。p型主接合領域12の4つの直線部は、半導体層2の側面5に沿ってそれぞれ直線状に延びている。p型主接合領域12の4つの角部は、互いに交差(直交)する2つの直線部をそれぞれ接続している。
型主接合領域12の底部は、半導体層2の厚さ方向に関して、p型不純物領域11の底部よりも深い位置に形成されている。半導体層2の厚さ方向とは、半導体層2の第1主面3から第2主面4に向かう方向である。
半導体層2の厚さ方向に関して、p型不純物領域11の深さは、1.0μm以上4.0μm以下であってもよい。p型主接合領域12の深さは、p型不純物領域11の深さよりも大きくてもよい。p型主接合領域12の深さは、2.5μm以上15μm以下であってもよい。
型主接合領域12は、p型不純物領域11に接続されている。より具体的には、p型主接合領域12の内周縁は、p型不純物領域11の周縁部に下方側からオーバラップしている。これにより、p型不純物領域11およびp型主接合領域12は、同電位に固定されている。
図2および図3を参照して、外側領域7において半導体層2の第1主面3の表層部には、フィールドリミット領域群13が形成されている(図1も併せて参照)。フィールドリミット領域群13は、p型主接合領域12に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成されている。フィールドリミット領域群13は、p型主接合領域12から間隔を空けて形成されている。
フィールドリミット領域群13は、複数(この形態では8個)のp型フィールドリミット領域14を含む。p型フィールドリミット領域14は、p型ガード領域とも称される。
複数のp型フィールドリミット領域14は、アクティブ領域6から離れる方向に間隔を空けて形成されている。各p型フィールドリミット領域14は、平面視においてp型主接合領域12の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。
各p型フィールドリミット領域14は、この形態では、平面視においてp型主接合領域12を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。これにより、各p型フィールドリミット領域14は、p型フィールドリミッティングリング領域またはp型ガードリング領域として形成されている。
各p型フィールドリミット領域14は、この形態では、4つの直線部および4つの角部を含む。各p型フィールドリミット領域14の4つの直線部は、半導体層2の側面5に沿ってそれぞれ直線状に延びている。各p型フィールドリミット領域14の4つの角部は、互いに交差(直交)する2つの直線部をそれぞれ接続している。
各p型フィールドリミット領域14は、高濃度部15および低濃度部16を含む。低濃度部16は、高濃度部15のp型不純物濃度よりも低いp型不純物濃度を有する部分である。各p型フィールドリミット領域14は、高濃度部15から低濃度部16に向かってp型不純物濃度が漸減する濃度プロファイルを有している。
高濃度部15は、半導体層2の第1主面3の表層部に形成されている。高濃度部15は、p型不純物のイオン注入によって形成されている。低濃度部16は、半導体層2の第1主面3の表層部において、高濃度部15を取り囲んでいる。低濃度部16は、高濃度部15から拡散(より具体的には熱拡散)したp型不純物によって形成されている。
各p型フィールドリミット領域14の深さD1は、5.0μm以上15μm以下であってもよい。各p型フィールドリミット領域14のp型不純物のドーズ量は、1.0×1013cm-2以上1.0×1015cm-2以下であってもよい。各p型フィールドリミット領域14の底部は、半導体層2の厚さ方向に関して、p型主接合領域12の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。
外側領域7において半導体層2の第1主面3の表層部には、p型低濃度領域20が形成されている。p型低濃度領域20は、p型主接合領域12のp型不純物濃度よりも低いp型不純物濃度を有している。p型低濃度領域20は、p型フィールドリミット領域14のp型不純物濃度よりも低いp型不純物濃度を有している。
型低濃度領域20は、任意のp型フィールドリミット領域14に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成されている。p型低濃度領域20は、平面視において任意のp型フィールドリミット領域14の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。p型低濃度領域20は、平面視において任意のp型フィールドリミット領域14を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。
この形態では、複数のp型低濃度領域20が、複数のp型フィールドリミット領域14に対して1対1対応の関係で形成されている。各p型低濃度領域20は、対応するp型フィールドリミット領域14に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成されている。
各p型低濃度領域20は、平面視において対応する各p型フィールドリミット領域14の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。各p型低濃度領域20は、この形態では、平面視において対応するp型フィールドリミット領域14を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。
各p型低濃度領域20は、より具体的には、各p型フィールドリミット領域14の直線部に沿って延びている。また、各p型低濃度領域20は、各p型フィールドリミット領域14の角部に沿って延びている。各p型低濃度領域20は、対応するp型フィールドリミット領域14からアクティブ領域6とは反対側の方向に引き出されている。
各p型低濃度領域20は、アクティブ領域6側に位置する一端部およびアクティブ領域6とは反対側に位置する他端部を含む。各p型低濃度領域20の一端部は、対応するp型フィールドリミット領域14と一体的に形成されていてもよい。
各p型低濃度領域20の他端部は、対応するp型フィールドリミット領域14に隣り合うp型フィールドリミット領域14から間隔を空けて形成されている。各p型低濃度領域20の他端部は、対応するp型フィールドリミット領域14に隣り合うp型フィールドリミット領域14と一体的に形成されていてもよい。
各p型低濃度領域20は、その全域が空乏化しない態様で形成されていることが好ましい。これは、p型低濃度領域20の全域が空乏化する場合、対応するp型フィールドリミット領域14において、アクティブ領域6とは反対側のエッジ部に電界が集中する可能性があるためである。
各p型低濃度領域20の底部は、半導体層2の厚さ方向に関して、対応するp型フィールドリミット領域14の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。各p型低濃度領域20の底部は、電界強度緩和効果の観点から、対応するp型フィールドリミット領域14の底部よりも浅い領域に形成されていることが好ましい。
各p型低濃度領域20の深さD2は、各p型フィールドリミット領域14の深さD1以下(深さD2≦深さD1)であってもよい。各p型低濃度領域20の深さD2は、1.0μm以上15μm以下であってもよい。
型低濃度領域20のp型不純物のドーズ量は、1.0×1012cm-2以上1.0×1013cm-2未満であってもよい。各p型低濃度領域20の幅Wは、1.0μm以上20μm以下であってもよい。各p型低濃度領域20の幅Wは、各p型低濃度領域20においてアクティブ領域6から離れる方向に沿う幅で定義される。
各p型低濃度領域20の幅Wは、p型フィールドリミット領域14に対する電界集中を抑制する上では、比較的大きい値に設定されることが好ましい。しかし、各p型低濃度領域20の幅Wを大きくする場合、外側領域7の面積を大きくする必要がある。
この場合、半導体層2に対する外側領域7の専有面積が増加する。そのため、半導体層2のサイズや緩和すべき電界強度に基づいて、各p型低濃度領域20の幅Wは設定される必要がある。
外側領域7において半導体層2の第1主面3の表層部には、p型主接合低濃度領域21が形成されている。p型主接合低濃度領域21は、p型主接合領域12およびフィールドリミット領域群13の間の領域に形成されている。
型主接合低濃度領域21は、p型主接合領域12のp型不純物濃度よりも低いp型不純物濃度を有している。p型主接合低濃度領域21は、p型フィールドリミット領域14のp型不純物濃度よりも低いp型不純物濃度を有している。p型主接合低濃度領域21は、p型低濃度領域20のp型不純物濃度と等しいp型不純物濃度を有していてもよい。
型主接合低濃度領域21は、平面視においてp型主接合領域12の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。p型主接合低濃度領域21は、この形態では、平面視においてp型主接合領域12を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。
型主接合低濃度領域21は、p型主接合領域12の直線部に沿って延びている。p型主接合低濃度領域21は、p型主接合領域12の角部に沿って延びている。p型主接合低濃度領域21は、p型主接合領域12からアクティブ領域6とは反対側の方向に引き出されている。
型主接合低濃度領域21は、アクティブ領域6側に位置する一端部およびアクティブ領域6とは反対側に位置する他端部を含む。p型主接合低濃度領域21の一端部は、p型主接合領域12と一体的に形成されていてもよい。
型主接合低濃度領域21の他端部は、p型フィールドリミット領域14から間隔を空けて形成されていてもよい。p型主接合低濃度領域21の他端部は、p型フィールドリミット領域14と一体的に形成されていてもよい。
型主接合低濃度領域21は、その全域が空乏化しない態様で形成されていることが好ましい。これは、p型主接合低濃度領域21の全域が空乏化する場合、p型主接合領域12において、アクティブ領域6とは反対側のエッジ部に電界が集中する可能性があるためである。
型主接合低濃度領域21の底部は、半導体層2の厚さ方向に関して、p型主接合領域12の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。p型主接合低濃度領域21の底部は、電界強度緩和効果の観点から、p型主接合領域12の底部よりも浅い領域に形成されていることが好ましい。
型主接合低濃度領域21の深さは、p型主接合領域12の深さ以下であってもよい。p型主接合低濃度領域21の深さは、1.0μm以上10μm以下であってもよい。
型主接合低濃度領域21のp型不純物のドーズ量は、1.0×1012cm-2以上1.0×1013cm-2未満であってもよい。p型主接合低濃度領域21の幅は、1.0μm以上20μm以下であってもよい。p型主接合低濃度領域21の幅は、アクティブ領域6から離れる方向に沿う幅で定義される。
型主接合低濃度領域21のp型不純物のドーズ量は、p型低濃度領域20のp型不純物のドーズ量と等しくてもよい。p型主接合低濃度領域21の深さおよび幅は、p型低濃度領域20の深さおよび幅と等しくてもよい。
半導体層2の中央部にアクティブ領域6が設定された構造では、半導体層2の周縁部の電界強度は、半導体層2の内方部の電界強度よりも小さくなる。したがって、半導体層2の周縁部において緩和すべき電界強度は、半導体層2の内方部において緩和すべき電界強度よりも小さくなる。このことから、以下のような形態例が採用され得る。
第1形態例において、複数のp型低濃度領域20は、アクティブ領域6から離れるに従ってp型不純物濃度が漸減する態様で形成されていてもよい。この構造において、複数のp型低濃度領域20のp型不純物濃度は、p型主接合低濃度領域21のp型不純物濃度を最大値として漸減していてもよい。
第2形態例において、複数のp型低濃度領域20は、アクティブ領域6から離れるに従って幅Wが漸減する態様で形成されていてもよい。この構造において、複数のp型低濃度領域20の幅Wは、p型主接合低濃度領域21の幅を最大値として漸減していてもよい。
第3形態例において、複数のp型低濃度領域20は、アクティブ領域6から離れるに従って深さD2が漸減する態様で形成されていてもよい。この構造において、複数のp型低濃度領域20の深さD2は、p型主接合低濃度領域21の深さを最大値として漸減していてもよい。
第4形態例において、複数のp型低濃度領域20は、アクティブ領域6から離れるに従って各p型低濃度領域20から拡がる空乏層の幅が漸減する態様で形成されていてもよい。p型低濃度領域20から拡がる空乏層は、より具体的には、各p型低濃度領域20および半導体層2の間の領域(pn接合部)から拡がる。
この構造において、各p型低濃度領域20から拡がる空乏層の幅は、p型主接合低濃度領域21から拡がる空乏層の幅を最大値として漸減していてもよい。p型主接合低濃度領域21から拡がる空乏層は、より具体的には、p型主接合低濃度領域21および半導体層2の間の領域(pn接合部)から拡がる。
第1形態例~第4形態例によれば、緩和すべき電界強度に合わせて複数のp型低濃度領域20を形成できる。よって、半導体層2の内部の電界強度を適切に緩和することができる。むろん、第1形態例~第4形態例のうちの任意の2つ以上の形態例が組み合わされた形態例が採用されてもよい。
さらに、第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例において、複数のp型フィールドリミット領域14は、それらの間の距離がアクティブ領域6から離れる方向に向かって漸増する態様で形成されていてもよい。
また、第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例において、複数のp型フィールドリミット領域14は、それらの間の距離がそれぞれ異なる態様で形成されていてもよい。
また、第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例において、複数のp型フィールドリミット領域14は、それらの間の距離が等しくなる態様で形成されていてもよい。
これらの場合において、p型主接合領域12および最内側に位置するp型フィールドリミット領域14の間の距離は、複数のp型フィールドリミット領域14の間の距離よりも小さくてもよい。
外側領域7において半導体層2の第1主面3の表層部には、n型チャネルストップ領域22が形成されている(図1も併せて参照)。n型チャネルストップ領域22は、フィールドリミット領域群13に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成されている。n型チャネルストップ領域22は、フィールドリミット領域群13からアクティブ領域6とは反対側に間隔を空けて形成されている。
型チャネルストップ領域22は、半導体層2のn型不純物濃度よりも高いn型不純物濃度を有している。n型チャネルストップ領域22は、アクティブ領域6側からの空乏層の拡がりを抑制する。
型チャネルストップ領域22は、平面視においてフィールドリミット領域群13の周縁に沿って延びる帯状に形成されている。n型チャネルストップ領域22は、この形態では、平面視においてフィールドリミット領域群13を取り囲む無端状(四角環状)に形成されている。n型チャネルストップ領域22は、半導体層2の側面5から露出していてもよい。
半導体層2の第1主面3の上には、絶縁層30が形成されている。絶縁層30は、アクティブ領域6および外側領域7を選択的に被覆している。
絶縁層30は、半導体層2の第1主面3を選択的に酸化させることによって形成したLOCOS(Local Oxidation of Silicon)膜であってもよい。絶縁層30は、トレンチに絶縁体を埋設したトレンチアイソレーション構造を有していてもよい。絶縁層30は、SiOまたはSiNを含んでいてもよい。
絶縁層30には、第1コンタクト孔31、複数の第2コンタクト孔32、および、第3コンタクト孔33が形成されている。
第1コンタクト孔31は、p型主接合領域12を選択的に露出させている。第1コンタクト孔31は、p型主接合領域12に沿って無端状に形成されていてもよい。
複数の第2コンタクト孔32は、対応するp型フィールドリミット領域14を選択的に露出させている。各第2コンタクト孔32は、対応するp型フィールドリミット領域14に沿って無端状に形成されていてもよい。
第3コンタクト孔33は、n型チャネルストップ領域22を選択的に露出させている。第3コンタクト孔33は、n型チャネルストップ領域22に沿って無端状に形成されていてもよい。第3コンタクト孔33は、半導体層2の側面5に連通していてもよい。
第1コンタクト孔31、第2コンタクト孔32および第3コンタクト孔33は、絶縁層30の薄膜部34に形成されている。絶縁層30の薄膜部34は、絶縁層30において他の領域の膜厚よりも小さい膜厚を有する部分である。
図2を参照して、絶縁層30の上には、主電極35、複数のフィールド電極36および等電位ポテンシャル電極37が形成されている。図1では、主電極35が破線によって示されている。
主電極35は、アクティブ領域6に電気的に接続されている。また、主電極35は、第1コンタクト孔31内においてp型主接合領域12に電気的に接続されている。
複数のフィールド電極36は、電気的に浮遊状態に固定されている。複数のフィールド電極36は、複数のp型フィールドリミット領域14に対して、1対1対応の関係で形成されている。
各フィールド電極36は、対応するp型フィールドリミット領域14に沿って無端状に形成されていてもよい。各フィールド電極36は、各第2コンタクト孔32内において対応するp型フィールドリミット領域14に電気的に接続されている。
等電位ポテンシャル電極37は、電気的に浮遊状態に固定されている。等電位ポテンシャル電極37は、n型チャネルストップ領域22に沿って無端状に形成されていてもよい。この場合、等電位ポテンシャル電極37は、EQR(EQui-potential Ring:等電位ポテンシャルリング)電極とも称される。等電位ポテンシャル電極37は、第3コンタクト孔33内においてn型チャネルストップ領域22に電気的に接続されている。
図4は、図1の半導体装置1の電界強度を示すグラフである。
図4において、縦軸は電界強度[V/m]を表している。図4において、横軸は距離[μm]を表している。横軸は、より具体的には、半導体層2の側面5を零地点として、半導体層2の側面5から半導体層2の内方領域に向かう距離を表している。
図4には、破線で示された第1特性Aおよび実線で示された第2特性Bが示されている。第1特性Aおよび第2特性Bは、いずれもシミュレーションによって求められている。第1特性Aは、半導体装置1から全てのp型低濃度領域20を取り除いた場合の特性を示している。第2特性Bは、半導体装置1の特性を示している。
図4を参照して、第2特性Bの電界強度のピーク値は、第1特性Aの電界強度のピーク値よりも低下していることが理解される。第2特性Bの電界強度のピーク値は、第1特性Aの電界強度のピーク値よりも5%程度低下している。
第1特性Aおよび第2特性Bより、半導体装置1によれば、半導体層2内の電界強度の低減に起因して半導体層2の破壊耐量が向上していることが理解される。
図5は、図1の半導体装置1のブレークダウン特性を示すグラフである。
図5において、縦軸はブレークダウン電流[A]を表している。図5において、横軸は距離[μm]を表している。横軸は、より具体的には、半導体層2の側面5を零地点として、半導体層2の側面5から半導体層2の内方領域に向かう距離を表している。
図5には、破線で示された第1特性Cおよび実線で示された第2特性Dが示されている。第1特性Cおよび第2特性Dは、いずれもシミュレーションによって求められている。第1特性Cは、半導体装置1から全てのp型低濃度領域20を取り除いた場合のブレークダウン特性を示している。第2特性Dは、半導体装置1のブレークダウン特性を示している。
第1特性Cおよび第2特性Dより、半導体装置1によれば、p型低濃度領域20の有無にかかわらず、ほぼ等しいブレークダウン特性を有していることが理解される。つまり、p型低濃度領域20を形成することにより、ブレークダウン特性を犠牲にすることなく半導体層2の破壊耐量を向上できることが理解される。
以上、半導体装置1によれば、各p型フィールドリミット領域14および半導体層2の間の領域から空乏層を拡げることができる。また、これと同時に、各p型低濃度領域20および半導体層2の間の領域から空乏層を拡げることができる。
各p型低濃度領域20は、各p型フィールドリミット領域14のp型不純物濃度よりも小さいp型不純物濃度を有している。したがって、各p型低濃度領域20から拡がる空乏層は、各p型フィールドリミット領域14から拡がる空乏層よりも大きい。
これにより、各p型フィールドリミット領域14から拡がる空乏層をアクティブ領域6とは反対側の方向に向けて拡張できる。その結果、各p型フィールドリミット領域14に対する電界集中を抑制できる。
とりわけ、p型フィールドリミット領域14に対する電界集中は、アクティブ領域6とは反対側に位置するエッジ部で生じる傾向がある。したがって、p型フィールドリミット領域14に対してアクティブ領域6とは反対側の領域にp型低濃度領域20を形成することによって、p型フィールドリミット領域14に対する電界集中を適切に抑制できる。これにより、p型フィールドリミット領域14に対する電界集中に起因して半導体層2が破壊に至るのを抑制できる。
半導体層2の破壊耐量の向上を図ることにより、半導体層2の薄化が実現され得る。これにより、オン抵抗の低減や、半導体装置1の微細化を図ることができる。さらに、p型低濃度領域20の追加によって充分な耐圧を得られる場合には、p型フィールドリミット領域14の個数を削減することもできる。これにより、半導体層2に対する外側領域7の専有面積を縮小できるから、半導体装置1の更なる微細化を図ることができる。
図6A~図6Fは、図1の半導体装置1の第1製造方法を説明するための断面図である。ここでは、p型フィールドリミット領域14およびp型低濃度領域20の形成工程について具体的に説明する。
図6Aを参照して、まず、半導体層2が準備される。次に、半導体層2の第1主面3に、絶縁層30が形成される。絶縁層30は、半導体層2の第1主面3に対する酸化処理法によって形成されてもよい。絶縁層30は、CVD(Chemical Vapor Deposition)法によって形成されてもよい。
次に、絶縁層30が選択的に除去(パターニング)される。絶縁層30の除去工程は、マスク41を介するエッチング法によって行われてもよい。これにより、半導体層2の第1主面3を露出させる複数の第1開口42が絶縁層30に選択的に形成される。
複数の第1開口42は、半導体層2の第1主面3においてp型フィールドリミット領域14を形成すべき領域をそれぞれ露出させている。絶縁層30の除去工程の後、マスク41は、除去されてもよい。
次に、図6Bを参照して、第1開口42から露出する半導体層2の第1主面3に対して、p型フィールドリミット領域14のベースとなるp型不純物が注入される。
次に、図6Cを参照して、絶縁層30が、選択的に除去(パターニング)される。絶縁層30の除去工程は、マスク43を介するエッチング法によって行われてもよい。これにより、半導体層2の第1主面3を露出させる複数の第2開口44が絶縁層30に選択的に形成される。
複数の第2開口44は、半導体層2の第1主面3においてp型フィールドリミット領域14およびp型低濃度領域20を形成すべき領域をそれぞれ露出させている。絶縁層30の除去工程の後、マスク43は、除去されてもよい。
次に、図6Dを参照して、第2開口44から露出する半導体層2の第1主面3に対して、p型低濃度領域20のベースとなるp型不純物が注入される。
次に、図6Eを参照して、半導体層2に対して熱処理が施される。これにより、半導体層2の第1主面3の表層部に注入されたp型不純物が活性化される。この工程では、p型不純物が半導体層2の内部に向かって拡散する。これにより、複数のp型フィールドリミット領域14および複数のp型低濃度領域20が形成される。
型フィールドリミット領域14に対する熱処理工程およびp型低濃度領域20に対する熱処理工程は、別々に行われてもよい。すなわち、p型低濃度領域20のベースとなるp型不純物の注入工程(図6D参照)に先立って、p型フィールドリミット領域14に対する熱処理工程が実施されてもよい。
次に、図6Fを参照して、絶縁層30の薄膜部34が、第2開口44から露出する半導体層2の第1主面3に形成される。絶縁層30の薄膜部34は、半導体層2の第1主面3に対する酸化処理法によって形成されてもよい。
次に、絶縁層30の薄膜部34が選択的に除去(パターニング)される。絶縁層30の薄膜部34の除去工程は、マスク(図示せず)を介するエッチング法によって行われてもよい。
これにより、p型フィールドリミット領域14をそれぞれ露出させる複数の第2コンタクト孔32が形成される。その後、フィールド電極36が形成される。以上を含む工程を経て、半導体装置1が製造される。
図7A~図7Eは、図1の半導体装置1の第2製造方法を説明するための断面図である。ここでは、p型フィールドリミット領域14およびp型低濃度領域20の形成工程について具体的に説明する。
図7Aを参照して、まず、半導体層2が準備される。次に、半導体層2の第1主面3に、絶縁層30が形成される。絶縁層30は、半導体層2の第1主面3に対する酸化処理法によって形成されてもよい。絶縁層30は、CVD法によって形成されてもよい。
次に、絶縁層30が選択的に除去(パターニング)される。絶縁層30の除去工程は、マスク45を介するエッチング法によって行われてもよい。これにより、半導体層2の第1主面3を露出させる複数の第3開口46が絶縁層30に選択的に形成される。
複数の第3開口46は、半導体層2の第1主面3において各p型フィールドリミット領域14および各p型低濃度領域20を形成すべき領域をそれぞれ一括して露出させている。絶縁層30の除去工程の後、マスク45は、除去されてもよい。
次に、図7Bを参照して、半導体層2の第1主面3の上に、所定パターンを有するイオン注入マスク47が形成される。イオン注入マスク47は、絶縁層30を被覆している。イオン注入マスク47は、半導体層2の第1主面3においてp型フィールドリミット領域14を形成すべき領域を露出させる第4開口48を有している。
次に、第4開口48から露出する半導体層2の第1主面3に対して、p型フィールドリミット領域14のベースとなるp型不純物が注入される。p型不純物の注入工程の後、イオン注入マスク47は、除去されてもよい。
次に、図7Cを参照して、半導体層2の第1主面3の上に、所定パターンを有するイオン注入マスク49が形成される。イオン注入マスク49は、絶縁層30を被覆している。イオン注入マスク49は、半導体層2の第1主面3においてp型低濃度領域20を形成すべき領域を露出させる第5開口50を有している。
次に、図7Dを参照して、第5開口50から露出する半導体層2の第1主面3に対して、p型低濃度領域20のベースとなるp型不純物が注入される。p型不純物の注入工程の後、イオン注入マスク49は、除去されてもよい。
図7Cおよび図7Dの工程において、イオン注入マスク49の形成工程は、省かれてもよい。すなわち、p型低濃度領域20のベースとなるp型不純物は、絶縁層30をイオン注入マスクとして半導体層2の第1主面3に注入されてもよい。
次に、図7Eを参照して、半導体層2に対して熱処理が施される。これにより、半導体層2の第1主面3の表層部に注入されたp型不純物が活性化される。この工程では、p型不純物が半導体層2の内部に向かって拡散する。これにより、複数のp型フィールドリミット領域14および複数のp型低濃度領域20が形成される。
型フィールドリミット領域14に対する熱処理工程およびp型低濃度領域20に対する熱処理工程は、別々に行われてもよい。すなわち、p型低濃度領域20のベースとなるp型不純物の注入工程(図7D参照)に先立って、p型フィールドリミット領域14に対する熱処理工程が実施されてもよい。
その後、図6Fと同様の工程が実施される。以上を含む工程を経て、半導体装置1が製造される。
図8は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置61を示す断面図である。以下では、半導体装置1に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図8を参照して、フィールドリミット領域群13は、第1領域62および第2領域63を含む。第1領域62は、アクティブ領域6に近接する1つまたは複数のp型フィールドリミット領域14を含む。第1領域62は、この形態では、アクティブ領域6に近接する前半部分の複数(ここでは、4個)のp型フィールドリミット領域14を含む。
第2領域63は、第1領域62に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成された1つまたは複数のp型フィールドリミット領域14を含む。第2領域63は、この形態では、第1領域62に対してアクティブ領域6とは反対側の領域に形成された後半部分の複数(ここでは、4個)のp型フィールドリミット領域14を含む。
複数のp型フィールドリミット領域14が奇数個の場合、中間部分のp型フィールドリミット領域14は、第1領域62に含められてもよいし、第2領域63に含められてもよい。
フィールドリミット領域群13が2つのp型フィールドリミット領域14からなる場合、第1領域62および第2領域63は、それぞれ1つのp型フィールドリミット領域14を含む。
半導体層2の周縁部において緩和すべき電界強度は、半導体層2の内方部において緩和すべき電界強度よりも小さい。第1領域62内のp型フィールドリミット領域14の個数、および、第2領域63内のp型フィールドリミット領域14の個数は、緩和すべき電界強度の大きさに基づいて設定され得る。
この形態では、フィールドリミット領域群13の第1領域62だけに、p型低濃度領域20が形成されている。複数のp型低濃度領域20は、この形態では、第1領域62に位置する複数のp型フィールドリミット領域14に対して1対1対応の関係で形成されている。
つまり、全てのp型フィールドリミット領域14に対してp型低濃度領域20が接続されている。第1領域62に位置する任意のp型フィールドリミット領域14に対して、p型低濃度領域20が形成されていてもよい。
第1領域62に位置する複数のp型フィールドリミット領域14に対して、少なくとも1つのp型低濃度領域20が形成されていてもよい。つまり、第1領域62に位置する複数のp型フィールドリミット領域14に対して、1つまたは複数のp型低濃度領域20が形成されていてもよい。
前述の第1実施形態において述べた第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例は、第1領域62に形成された複数のp型低濃度領域20に対して適用されてもよい。
以上、半導体装置61によっても、半導体装置1について述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置61によれば、p型低濃度領域20が、フィールドリミット領域群13の第1領域62にだけ形成されている。このような構造は、たとえば、第1領域62に形成されたp型低濃度領域20だけによって電界強度を十分に緩和できる場合において採用される。
この場合、第2領域63に形成されるべきp型低濃度領域20を省くことができる。よって、半導体層2に対する外側領域7の専有面積の縮小による半導体装置1の微細化を図ることができる。
図9は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置71を示す断面図である。以下では、半導体装置61に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
図9を参照して、p型低濃度領域20は、この形態では、フィールドリミット領域群13の第1領域62および第2領域63にそれぞれ形成されている。
第1領域62において、複数のp型低濃度領域20は、この形態では、第1領域62に位置する複数のp型フィールドリミット領域14に対して1対1対応の関係で形成されている。
第1領域62において、複数のp型低濃度領域20は、互いに等しいp型不純物濃度で形成されていてもよい。第1領域62において、複数のp型低濃度領域20は、互いに異なるp型不純物濃度で形成されていてもよい。
前述の第1実施形態において述べた第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例は、第1領域62に形成された複数のp型低濃度領域20に対して適用されてもよい。
第2領域63において、複数のp型低濃度領域20は、この形態では、第2領域63に位置する複数のp型フィールドリミット領域14のうちの任意の2つのp型フィールドリミット領域14に対して1対1対応の関係で形成されている。
第2領域63において、複数のp型低濃度領域20は、互いに等しいp型不純物濃度で形成されていてもよい。第2領域63において、複数のp型低濃度領域20は、互いに異なるp型不純物濃度で形成されていてもよい。
前述の第1実施形態において述べた第1形態例、第2形態例、第3形態例または第4形態例、もしくは、それらのうちの任意の2つ以上が組み合わされた形態例は、第2領域63に形成された複数のp型低濃度領域20に対して適用されてもよい。
第2領域63に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20のp型不純物濃度は、第1領域62に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20のp型不純物濃度よりも低くてもよい。
第2領域63に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20の幅Wは、第1領域62に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20の幅Wよりも小さくてもよい。
第2領域63に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20の深さD2は、第1領域62側に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20の深さD2よりも小さくてもよい。
第2領域63に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20から拡がる空乏層の幅は、第1領域62に形成された1つまたは複数のp型低濃度領域20から拡がる空乏層の幅よりも小さくてもよい。
以上、半導体装置71によっても、半導体装置1について述べた効果と同様の効果を奏することができる。また、半導体装置71によれば、フィールドリミット領域群13の第1領域62および第2領域63のそれぞれにおいて、電界強度を緩和すべき領域に対して1つまたは複数のp型低濃度領域20を適切に形成できる。これにより、外側領域7において、機能素子8の電気的特性に応じた適切な設計を施すことができる。
図10は、第1~第3実施形態に係る半導体装置1,61,71に適用される機能素子8の第1形態例を示す断面図である。以下では、半導体装置1,61,71に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
機能素子8は、この形態例では、pn接合ダイオードを含む。pn接合ダイオードは、p型不純物領域11をアノードとし、半導体層2をカソードとするファーストリカバリダイオードである。
半導体層2の第2主面4の表層部には、n型不純物領域81が形成されている。主電極35は、この形態例では、アノード電極82として形成されている。半導体層2の第2主面4には、カソード電極83が接続されている。
以上、機能素子8がpn接合ダイオードを含む場合においても、半導体層2の破壊耐量の向上を図ることができる。機能素子8は、pn接合ダイオードに代えて、ショットキーバリアダイオードを含んでいてもよい。この場合、アノード電極82およびp型不純物領域11が、ショットキー接合される。
図11は、第1~第3実施形態に係る半導体装置1,61,71に適用される機能素子8の第2形態例を示す断面図である。以下では、半導体装置1,61,71に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
機能素子8は、この形態例では、トレンチゲート型のMISFETを含む。半導体層2の第2主面4の表層部には、n型ドレイン領域84が形成されている。半導体層2は、n型ドレインドリフト領域85として形成されている。主電極35は、ソース電極86として形成されている。半導体層2の第2主面4には、ドレイン電極87が接続されている。
p型不純物領域11は、この形態例では、MISFETのp型ボディ領域として形成されている。アクティブ領域6において半導体層2の第1主面3には、複数のトレンチゲート構造88が形成されている。
複数のトレンチゲート構造88は、平面視において任意の一方方向に沿って延びる帯状に形成されていてもよい。これにより、複数のトレンチゲート構造88は、全体としてストライプ状に形成されていてもよい。複数のトレンチゲート構造88に代えて、平面視において格子状の1つのトレンチゲート構造88が形成されていてもよい。
各トレンチゲート構造88は、半導体層2の第1主面3に形成されたゲートトレンチ89を含む。各ゲートトレンチ89は、p型不純物領域11を貫通している。各ゲートトレンチ89の底部は、n型ドレインドリフト領域85に位置している。各ゲートトレンチ89には、ゲート絶縁膜90を挟んでゲート電極91が埋め込まれている。
互いに隣り合うトレンチゲート構造88の間の領域において、p型不純物領域11は、一方のトレンチゲート構造88および他方のトレンチゲート構造88によって共有されている。p型不純物領域11の表層部において各トレンチゲート構造88の側方には、n型ソース領域92が形成されている。
各トレンチゲート構造88の側方には、半導体層2の第1主面3側から第2主面4側に向けて、n型ソース領域92、p型不純物領域11およびn型ドレインドリフト領域85がこの順に形成されている。p型不純物領域11のうち、n型ソース領域92およびn型ドレインドリフト領域85の間の領域がMISFETのチャネル領域である。
p型不純物領域11の表層部には、p型コンタクト領域93がさらに形成されている。p型コンタクト領域93は、n型ソース領域92を貫通してp型不純物領域11に電気的に接続されている。
アクティブ領域6において、半導体層2の第1主面3の上には、絶縁層94が形成されている。絶縁層94は、アクティブ領域6を選択的に被覆している。絶縁層94には、ソースコンタクト孔95が形成されている。ソースコンタクト孔95は、n型ソース領域92およびp型コンタクト領域93を露出させている。
主電極35は、絶縁層94の上からソースコンタクト孔95に入り込んでいる。主電極35は、ソースコンタクト孔95内において、n型ソース領域92およびp型コンタクト領域93に電気的に接続されている。
以上、機能素子8がトレンチゲート型のMISFETを含む場合においても、半導体層2の破壊耐量の向上を図ることができる。
図12は、第1~第3実施形態に係る半導体装置1,61,71に適用される機能素子8の第3形態例を示す断面図である。以下では、半導体装置1,61,71に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
機能素子8は、この形態例では、プレーナゲート型のMISFETを含む。半導体層2の第2主面4の表層部には、n型ドレイン領域96が形成されている。半導体層2は、n型ドレインドリフト領域97として形成されている。主電極35は、ソース電極98として形成されている。半導体層2の第2主面4には、ドレイン電極99が接続されている。
アクティブ領域6において半導体層2の第1主面3の表層部には、複数のp型不純物領域11が間隔を空けて形成されている。p型不純物領域11は、この形態例では、MISFETのp型ボディ領域として形成されている。
複数のp型不純物領域11は、平面視において任意の一方方向に沿って延びる帯状に形成されていてもよい。複数のp型不純物領域11は、平面視において全体としてストライプ状に形成されていてもよい。
アクティブ領域6は、複数のp型不純物領域11によって画定されている。また、アクティブ領域6は、p型主接合領域12により取り囲まれた領域によって画定されている。p型主接合領域12の内周縁は、p型不純物領域11に接続されていてもよい。
各p型不純物領域11の表層部には、n型ソース領域100が形成されている。n型ソース領域100は、各p型不純物領域11の周縁から内方領域に間隔を空けて形成されている。
各p型不純物領域11の表層部には、p型コンタクト領域101が形成されている。p型コンタクト領域101は、各p型不純物領域11の内方領域において、n型ソース領域100を貫通している。
アクティブ領域6において半導体層2の第1主面3の上には、複数のプレーナゲート構造102が形成されている。複数のプレーナゲート構造102は、平面視においてp型不純物領域11に沿って延びる帯状に形成されている。
複数のプレーナゲート構造102は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。各プレーナゲート構造102は、半導体層2の第1主面3の上において互いに隣り合うp型不純物領域11の間の領域の上に形成されている。
各プレーナゲート構造102は、ゲート絶縁膜103およびゲート電極104を含む積層構造を有している。ゲート電極104は、ゲート絶縁膜103を挟んでn型ドレインドリフト領域97、p型不純物領域11およびn型ソース領域92に対向している。
アクティブ領域6において、半導体層2の第1主面3の上には、絶縁層105が形成されている。絶縁層105は、アクティブ領域6を選択的に被覆している。絶縁層105には、ソースコンタクト孔106が形成されている。ソースコンタクト孔106は、n型ソース領域100およびp型コンタクト領域101を露出させている。
主電極35は、絶縁層105の上からソースコンタクト孔106に入り込んでいる。主電極35は、ソースコンタクト孔106内において、n型ソース領域100およびp型コンタクト領域101に電気的に接続されている。
以上、機能素子8がプレーナゲート型のMISFETを含む場合においても、半導体層2の破壊耐量の向上を図ることができる。
図13は、第1~第3実施形態に係る半導体装置1,61,71に適用される機能素子8の第4形態例を示す断面図である。以下では、半導体装置1,61,71に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
機能素子8は、この形態例では、第2形態例に係るトレンチゲート型のMISFETに代えて、トレンチゲート型のIGBTを含む(図11も併せて参照)。つまり、半導体層2の第2主面4の表層部には、n型ドレイン領域84に代えて、p型コレクタ領域107が形成されている(図11も併せて参照)。
この場合、第2形態例に係るMISFETの「ソース」が、IGBTの「エミッタ」に読み替えられる。また、第2形態例に係るMISFETの「ドレイン」が、IGBTの「コレクタ」に読み替えられる。
以上、機能素子8がトレンチゲート型のIGBTを含む場合においても、半導体層2の破壊耐量の向上を図ることができる。
図14は、第1~第3実施形態に係る半導体装置1,61,71に適用される機能素子8の第5形態例を示す断面図である。以下では、半導体装置1,61,71に対して述べた構造に対応する構造については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
機能素子8は、この形態例では、第3形態例に係るプレーナゲート型のMISFETに代えて、プレーナゲート型のIGBTを含む(図12も併せて参照)。つまり、半導体層2の第2主面4の表層部には、n型ドレイン領域96に代えて、p型コレクタ領域108が形成されている(図12も併せて参照)。
この場合、第3形態例に係るMISFETの「ソース」が、IGBTの「エミッタ」に読み替えられる。また、第3形態例に係るMISFETの「ドレイン」が、IGBTの「コレクタ」に読み替えられる。
以上、機能素子8がプレーナゲート型のIGBTを含む場合においても、半導体層2の破壊耐量の向上を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することもできる。
第1~第3実施形態では、複数のp型フィールドリミット領域14が形成された例について説明した。しかし、p型フィールドリミット領域14が1つだけしか形成されていない構造が採用されてもよい。このような構造でも、p型フィールドリミット領域14に対してp型低濃度領域20を形成することによって、電界集中の抑制効果を得ることができる。
第1~第3実施形態において、各第2コンタクト孔32は、対応するp型フィールドリミット領域14に加えて、対応するp型低濃度領域20を選択的に露出させていてもよい。この場合、各フィールド電極36は、p型フィールドリミット領域14およびp型低濃度領域20に接続されていてもよい。
第1~第3実施形態において、主電極35は、p型主接合領域12に加えて、p型主接合低濃度領域21に接続されていてもよい。
第1~第3実施形態では、半導体層2がn型のFZ基板からなる単層構造を有している例について説明した。しかし、半導体層2は、シリコン製の半導体基板およびn型のシリコン製のエピタキシャル層を含む積層構造を有していてもよい。エピタキシャル層は、半導体基板の上に形成される。
この場合、エピタキシャル層がn型不純物領域10となる。半導体層2の第2主面4の表層部にn型不純物領域が形成される場合、当該n型不純物領域は、n型半導体基板によって形成されてもよい。また、半導体層2の第2主面4の表層部にp型不純物領域が形成される場合、当該p型不純物領域は、p型半導体基板によって形成されてもよい。
この出願は、2017年5月8日に日本国特許庁に提出された特願2017-092423号に対応しており、これらの出願の全開示はここに引用により組み込まれるものとする。
本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
1 半導体装置
2 半導体層
6 アクティブ領域
7 外側領域
8 機能素子
10 n型不純物領域
11 p型不純物領域
12 p型主接合領域
13 フィールドリミット領域群
14 p型フィールドリミット領域
20 p型低濃度領域
21 p型主接合低濃度領域
61 半導体装置
62 フィールドリミット領域群の第1領域
63 フィールドリミット領域群の第2領域
71 半導体装置

Claims (17)

  1. 主面を有し、アクティブ領域を含む半導体層と、
    前記半導体層の前記主面の表層部に形成された第1導電型の第1不純物領域と、
    前記第1不純物領域の表層部において前記アクティブ領域の周縁に沿って形成された第2導電型のフィールドリミット領域と、
    前記フィールドリミット領域の第2導電型不純物濃度よりも低い第2導電型不純物濃度を有し、前記第1不純物領域の表層部において前記フィールドリミット領域に対して前記アクティブ領域とは反対側の領域で前記フィールドリミット領域の周縁に沿って形成された第2導電型の低濃度領域と、を含み、
    前記アクティブ領域から離れる方向に沿って間隔を空けて形成された複数の前記フィールドリミット領域を有するフィールドリミット領域群をさらに含み、
    前記低濃度領域は、複数の前記フィールドリミット領域のうちの少なくとも1つに対して少なくとも1つ形成されており、
    前記フィールドリミット領域群は、前記アクティブ領域に近接する領域に形成された1つまたは複数の前記フィールドリミット領域を有する第1領域、および、前記第1領域に対して前記アクティブ領域とは反対側の領域に形成された1つまたは複数の前記フィールドリミット領域を有する第2領域を含み、
    前記低濃度領域は、前記第1領域に形成された1つまたは複数の前記フィールドリミット領域に対して1つまたは複数形成されており、
    前記低濃度領域は、前記第2領域に形成された1つまたは複数の前記フィールドリミット領域に対して1つまたは複数形成されており、
    前記第2領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の第2導電型不純物濃度は、前記第1領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の第2導電型不純物濃度よりも低い、半導体装置。
  2. 前記アクティブ領域から離れる方向に関して、前記第2領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の幅は、前記第1領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の幅よりも小さい、請求項1に記載の半導体装置。
  3. 前記半導体層の厚さ方向に関して、前記第2領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の深さは、前記第1領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域の深さよりも小さい、請求項1または2に記載の半導体装置。
  4. 前記第2領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域から拡がる空乏層の幅は、前記第1領域に形成された1つまたは複数の前記低濃度領域から拡がる空乏層よりも小さ
    い、請求項のいずれか一項に記載の半導体装置。
  5. 前記低濃度領域は、複数の前記フィールドリミット領域に対して1対1対応の関係で複数形成されている、請求項に記載の半導体装置。
  6. 複数の前記低濃度領域は、前記アクティブ領域から離れるに従って第2導電型不純物濃度が漸減する態様で形成されている、請求項に記載の半導体装置。
  7. 複数の前記低濃度領域は、前記アクティブ領域から離れるに従って幅が漸減する態様で形成されている、請求項またはに記載の半導体装置。
  8. 複数の前記低濃度領域は、前記アクティブ領域から離れるに従って深さが漸減する態様で形成されている、請求項のいずれか一項に記載の半導体装置。
  9. 複数の前記低濃度領域は、前記アクティブ領域から離れるに従って空乏層幅が漸減する態様で形成されている、請求項のいずれか一項に記載の半導体装置。
  10. 前記第1不純物領域の表層部において前記アクティブ領域および前記フィールドリミット領域の間の領域に形成された第2導電型の主接合領域をさらに含む、請求項1に記載の半導体装置。
  11. 前記主接合領域の第2導電型不純物濃度よりも低い第2導電型不純物濃度を有し、前記第1不純物領域の表層部において前記主接合領域の周縁に沿うように前記主接合領域および前記フィールドリミット領域の間の領域に形成された主接合低濃度領域をさらに含む、請求項10に記載の半導体装置。
  12. 前記主接合低濃度領域は、前記主接合領域に電気的に接続されている、請求項11に記載の半導体装置。
  13. 前記主接合低濃度領域は、前記フィールドリミット領域に電気的に接続されている、請求項11または12に記載の半導体装置。
  14. 前記主接合低濃度領域は、前記低濃度領域の第2導電型不純物濃度と等しい第2導電型不純物濃度を有している、請求項1113のいずれか一項に記載の半導体装置。
  15. 前記低濃度領域は、前記フィールドリミット領域に電気的に接続されている、請求項1に記載の半導体装置。
  16. 前記低濃度領域の底部は、前記半導体層の厚さ方向に関して、前記フィールドリミット領域の底部よりも浅い領域に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
  17. 前記フィールドリミット領域は、前記アクティブ領域を取り囲んでおり、
    前記低濃度領域は、前記フィールドリミット領域を取り囲んでいる、請求項1に記載の半導体装置。
JP2019517599A 2017-05-08 2018-05-02 半導体装置 Active JP7090073B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017092423 2017-05-08
JP2017092423 2017-05-08
PCT/JP2018/017570 WO2018207712A1 (ja) 2017-05-08 2018-05-02 半導体装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPWO2018207712A1 JPWO2018207712A1 (ja) 2020-03-26
JP7090073B2 true JP7090073B2 (ja) 2022-06-23

Family

ID=64105464

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019517599A Active JP7090073B2 (ja) 2017-05-08 2018-05-02 半導体装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11101345B2 (ja)
JP (1) JP7090073B2 (ja)
CN (1) CN110603645B (ja)
DE (1) DE112018002359T5 (ja)
WO (1) WO2018207712A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7258668B2 (ja) * 2019-06-13 2023-04-17 三菱電機株式会社 半導体装置、及び、半導体装置の製造方法
JPWO2021261222A1 (ja) 2020-06-26 2021-12-30
WO2021261222A1 (ja) * 2020-06-26 2021-12-30 ローム株式会社 半導体装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006073740A (ja) 2004-09-01 2006-03-16 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2011243999A (ja) 2003-01-15 2011-12-01 Cree Inc 炭化ケイ素半導体デバイスのためのエッジ終端構造及びその製造方法
JP2013038329A (ja) 2011-08-10 2013-02-21 Toshiba Corp 半導体装置

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61137368A (ja) 1984-12-10 1986-06-25 Hitachi Ltd 半導体装置
JP4684505B2 (ja) 2001-11-26 2011-05-18 ルネサスエレクトロニクス株式会社 半導体装置および電力変換装置
EP2341528A1 (en) * 2010-01-05 2011-07-06 ABB Technology AG Power Semiconductor Device and its manufacturing method
NL1039048C2 (nl) 2011-09-17 2013-03-25 Henri Peteri Beheer Bv Zeeppomp.
JP5637154B2 (ja) * 2012-02-22 2014-12-10 トヨタ自動車株式会社 半導体装置
WO2014013821A1 (ja) * 2012-07-18 2014-01-23 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
JPWO2014054319A1 (ja) * 2012-10-02 2016-08-25 三菱電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN104756258B (zh) * 2012-10-11 2017-07-18 三菱电机株式会社 半导体器件及其制造方法
CN203026509U (zh) * 2012-11-30 2013-06-26 中国科学院微电子研究所 一种半导体功率器件
JP6369173B2 (ja) * 2014-04-17 2018-08-08 富士電機株式会社 縦型半導体装置およびその製造方法
JP6341331B2 (ja) * 2015-03-17 2018-06-13 富士電機株式会社 半導体装置および半導体装置の製造方法
US10332990B2 (en) * 2015-07-15 2019-06-25 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JP6597102B2 (ja) * 2015-09-16 2019-10-30 富士電機株式会社 半導体装置
JP6626694B2 (ja) 2015-11-17 2019-12-25 富士紡ホールディングス株式会社 研磨パッド及びその製造方法
JP6855700B2 (ja) * 2016-08-05 2021-04-07 富士電機株式会社 半導体装置およびその製造方法
CN106409884B (zh) * 2016-11-07 2019-06-28 株洲中车时代电气股份有限公司 一种功率半导体器件终端结构
JP6637012B2 (ja) * 2016-11-10 2020-01-29 ローム株式会社 半導体装置
US10347714B2 (en) * 2016-11-10 2019-07-09 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device
JP6947281B2 (ja) * 2018-02-14 2021-10-13 富士電機株式会社 半導体装置
JP7150539B2 (ja) * 2018-09-15 2022-10-11 株式会社東芝 半導体装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011243999A (ja) 2003-01-15 2011-12-01 Cree Inc 炭化ケイ素半導体デバイスのためのエッジ終端構造及びその製造方法
JP2006073740A (ja) 2004-09-01 2006-03-16 Toshiba Corp 半導体装置及びその製造方法
JP2013038329A (ja) 2011-08-10 2013-02-21 Toshiba Corp 半導体装置

Also Published As

Publication number Publication date
DE112018002359T5 (de) 2020-01-23
WO2018207712A1 (ja) 2018-11-15
CN110603645B (zh) 2023-09-19
CN110603645A (zh) 2019-12-20
JPWO2018207712A1 (ja) 2020-03-26
US11101345B2 (en) 2021-08-24
US20200091282A1 (en) 2020-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5641131B2 (ja) 半導体装置およびその製造方法
JP4635067B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP5472451B2 (ja) 半導体装置の製造方法および半導体装置
JP4289123B2 (ja) 半導体装置
JP6415749B2 (ja) 炭化珪素半導体装置
JP6668798B2 (ja) 半導体装置
JP5136578B2 (ja) 半導体装置
JP6561611B2 (ja) 半導体装置
JP2009043966A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP7230969B2 (ja) 半導体装置
KR20080095768A (ko) 반도체 장치
JP7090073B2 (ja) 半導体装置
USRE48259E1 (en) Semiconductor device
JP2011243915A (ja) 半導体装置及びその製造方法
JP2006261562A (ja) 半導体装置
JP4952042B2 (ja) 半導体装置
JP2008277353A (ja) 半導体装置
JP2005136092A (ja) 半導体装置とその製造方法
JP2002026314A (ja) 半導体装置
JP5309427B2 (ja) 半導体装置
JP6368105B2 (ja) トレンチ型mosfet半導体装置
JP2012142323A (ja) 絶縁ゲート型半導体装置およびその製造方法
JP2023113080A (ja) 半導体装置および半導体装置の製造方法
JP6058712B2 (ja) 半導体装置
JP5774744B2 (ja) 半導体装置

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20210324

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20220113

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20220217

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20220602

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20220613

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7090073

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150