JP7340726B1 - 半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
以下では、後述する本開示の実施形態に先立ち、それぞれの実施形態に共通する事項を説明する。
図3Aおよび図3Bは、それぞれ、半導体装置1のX方向およびY方向に繰り返し形成される、トランジスタ10(またはトランジスタ20)の略単位構成の、平面図および斜視図である。図3Aおよび図3Bでは、分かりやすくするために半導体基板32、第1のソース電極11(または第2のソース電極21)、パッシベーション層35および層間絶縁層34は図示していない。
図4は、半導体装置1の構成要素のうち、第1のボディ領域18と第2のボディ領域28と、第1の活性領域112と第2の活性領域122との、半導体層40(低濃度不純物層33)の平面視における形状の一例を示す平面図である。図4では図示していないが、第1のゲートトレンチ17も第2のゲートトレンチ27も、Y方向に延在している。
[1-1.ボディ領域の端部構造の形状]
図5Aは本実施形態1における、半導体装置1のX方向における外周領域の構造(以降では端部の構造、または終端構造ということがある)の一部を模式的に示したものである。また図5Bは図5Aの一部であって、ボディ領域18の端部構造の一部を拡大したものである。
図5Aに示した構造を用いて、ドレイン-ソース間に製品仕様における定格電圧(ここでは22V)を印加したときのシミュレーションにおけるインパクトイオン像を図5Cに示す。図5Cでは、色の濃淡でインパクトイオン化率の差を表しており、それを部分的に図5Aに重ね合わせて示している。これによれば主接合18b(ボディ領域18の下面18b)に沿って、最も電界強度が強くなり、インパクトイオン化が起こりやすい箇所は、第2ボディ部分182の第2区間にあることが分かる。
以下では本実施形態1における、トランジスタ10を製造する方法について、特にボディ領域18の端部構造の形成の仕方を説明する。
[2-1.ボディ領域の端部構造の形状]
図11Aは本実施形態2における、半導体装置1のX方向における外周領域の構造(以降では端部の構造、または終端構造ということがある)の一部を模式的に示したものである。また図11Bは図11Aの一部であって、ボディ領域18の端部構造の一部を拡大したものである。
図11Aに示した構造を用いて、ドレイン-ソース間に製品仕様における定格電圧(ここでは22V)を印加したときのシミュレーションにおけるインパクトイオン像を図11Cに示す。図11Cでは、色の濃淡でインパクトイオン化率の差を表しており、それを部分的に図11Aに重ね合わせて示している。これによれば主接合18bにおいて、最も電界強度が強くなり、インパクトイオン化が起こりやすい箇所は、第2ボディ部分182の第2区間にあることが分かる。
以下では実施形態2における、トランジスタ10を製造する方法について、特にボディ領域18の端部構造の形成の仕方を重視して説明する。
11 第1のソース電極
12、13 部分
14 第1のソース領域
15 第1のゲート導体
15a ゲート導体配線
16 第1のゲート絶縁膜
17 第1のゲートトレンチ
18 第1のボディ領域
18A 第1の接続領域
18a 第1ボディ部分と第2ボディ部分との境界
18a1 第1接続点
18a2 第2接続点
18b 主接合(PNジャンクション、ボディ領域の下面)
19 第1のゲート電極
20 トランジスタ(第2の縦型電界効果トランジスタ)
21 第2のソース電極
22、23 部分
24 第2のソース領域
25 第2のゲート導体
26 第2のゲート絶縁膜
27 第2のゲートトレンチ
28 第2のボディ領域
28A 第2の接続領域
29 第2のゲート電極
30 金属層
32 半導体基板
33 低濃度不純物層またはドリフト層
34 層間絶縁層
35 パッシベーション層
36 酸化膜
40 半導体層
90 トランジスタとトランジスタとの境界線
112 第1の活性領域
116 第1のソースパッド
119 第1のゲートパッド
122 第2の活性領域
126 第2のソースパッド
129 第2のゲートパッド
181 第1ボディ部分
182 第2ボディ部分
Claims (10)
- フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、
第1導電型の不純物を含む第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に接して形成され、前記半導体基板の前記第1導電型の不純物の濃度より低い濃度の前記第1導電型の不純物を含む第1導電型の低濃度不純物層と、
前記低濃度不純物層に形成された前記第1導電型と異なる第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記低濃度不純物層の上面から前記ボディ領域を貫通して前記低濃度不純物層の一部までの深さに形成され、前記低濃度不純物層の上面と平行な第1の方向に延在するゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチの内部に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチの内部で、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート導体と、を有する縦型電界効果トランジスタを備え、
前記第1の方向と、前記低濃度不純物層の上面において直交する方向を第2の方向とし、前記第1の方向と前記第2の方向とに共に直交する方向を第3の方向とすると、
前記ボディ領域は、前記低濃度不純物層の平面視で、導通チャネルが形成される活性領域を内包し、前記低濃度不純物層の上面からの深さが一定である第1ボディ部分と、
前記平面視において、前記活性領域を取り囲む外周領域側で前記第1ボディ部分に隣接し、前記第2の方向に有限の長さで、前記低濃度不純物層の上面からの深さが前記第1ボディ部分の深さよりも浅い位置で一定である区間を有する第2ボディ部分と、から成り、
前記第2ボディ部分は、前記第1の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記第1の方向に沿って、前記第2導電型の不純物が相対的に高濃度である領域と前記第2導電型の不純物が相対的に低濃度である領域とが交互かつ周期的に現れる部分を有する
半導体装置。 - 前記第1の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視において、前記第2ボディ部分は、前記第1の方向に沿って、浅いところと深いところとが交互かつ周期的に現れる部分を有する
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視において、前記第1ボディ部分の深さをD1[μm]とし、前記第2ボディ部分の深さが一定となる区間のうち、前記第1ボディ部分に最近接する区間の前記第2ボディ部分の深さをD2[μm]とし、前記ボディ領域の下面で、前記第1ボディ部分の深さD1が終端し、前記第2ボディ部分の下面に接続する点を第1接続点とし、前記第2ボディ部分の下面にあって、前記第1ボディ部分から最も離れて、深さD2が終端する点を第2接続点とすると、
前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記第2ボディ部分の深さは前記第2の方向に単調に減少し、
前記第2ボディ部分は、前記第2ボディ部分の下面が、前記第1接続点から、前記第2ボディ部分の深さがD2へ変化するまでの第1区間と、
前記第2ボディ部分の下面が、前記第2接続点から、前記ボディ領域が前記低濃度不純物層の上面で終端する点へ変化するまでの第2区間と、を有し、
前記第2の方向において、前記第1接続点から、前記ボディ領域が前記低濃度不純物層の上面で終端する点までの長さをL1[μm]とし、
前記第2の方向において、前記第2接続点から、前記ボディ領域が前記低濃度不純物層の上面で終端する点までの長さをL2[μm]とすると、
D2>D1×L2/L1の関係にある
請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第1の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記第1の方向に交互かつ周期的に現れる前記第2ボディ部分の浅いところの深さをd21[μm]とし、深いところの深さをd22[μm]とし、周期をa[μm]とすると、
前記第1の方向において、前記第2ボディ部分の深さがd22-(d22-d21)/4となる最近接区間は、a×D2/D1と略等しい
請求項3に記載の半導体装置。 - フェイスダウン実装が可能なチップサイズパッケージ型の半導体装置であって、
第1導電型の不純物を含む第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板上に接して形成され、前記半導体基板の前記第1導電型の不純物の濃度より低い濃度の前記第1導電型の不純物を含む第1導電型の低濃度不純物層と、
前記低濃度不純物層に形成された前記第1導電型と異なる第2導電型のボディ領域と、
前記ボディ領域に形成された前記第1導電型のソース領域と、
前記ボディ領域および前記ソース領域と電気的に接続されたソース電極と、
前記低濃度不純物層の上面から前記ボディ領域を貫通して前記低濃度不純物層の一部までの深さに形成され、前記低濃度不純物層の上面と平行な第1の方向に延在するゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチの内部に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチの内部で、前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート導体と、を有する縦型電界効果トランジスタを備え、
前記第1の方向と、前記低濃度不純物層の上面において直交する方向を第2の方向とし、前記第1の方向と前記第2の方向とに共に直交する方向を第3の方向とすると、
前記ボディ領域は、前記低濃度不純物層の平面視で、導通チャネルが形成される活性領域を内包し、前記低濃度不純物層の上面からの深さがD1[μm]で一定である第1ボディ部分と、
前記平面視において、前記活性領域を取り囲む外周領域側で前記第1ボディ部分に隣接し、前記第2の方向に有限の長さで、前記低濃度不純物層の上面からの深さが前記第1ボディ部分の深さよりも浅いD2[μm]で一定である区間を有する第2ボディ部分と、から成り、
前記低濃度不純物層の上面から前記ソース領域の下面までの深さをDs[μm]とすると、D2<Ds<D1であり、
前記第1ボディ部分の前記第3の方向における前記第2導電型の不純物濃度プロファイルと、前記第2ボディ部分の前記第3の方向における前記第2導電型の不純物濃度プロファイルとは、前記低濃度不純物層の上面から深さD2までの区間において、前記第2導電型の不純物濃度が1E19cm-3以上となる範囲で一致する
半導体装置。 - 前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記低濃度不純物層に直接に接触する酸化膜は、前記第2の方向において、前記第1ボディ部分と前記第2ボディ部分との境界よりも、前記半導体装置の外周領域側に設置される
請求項5に記載の半導体装置。 - 前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視において、
前記第2ボディ部分の深さがD2で一定となる区間は、前記第2ボディ部分の深さが一定となる区間のうち、前記第1ボディ部分に最近接する区間であり、
前記ボディ領域の下面で、前記第1ボディ部分の深さD1が終端し、前記第2ボディ部分の下面に接続する点を第1接続点とし、
前記第2ボディ部分の下面にあって、前記第1ボディ部分から最も離れて、深さD2が終端する点を第2接続点とすると、
前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記第2ボディ部分の深さは前記第2の方向に単調に減少し、
前記第2ボディ部分は、前記第2ボディ部分の下面が、前記第1接続点から、前記第2ボディ部分の深さがD2へ変化するまでの第1区間と、
前記第2ボディ部分の下面が、前記第2接続点から、前記ボディ領域が前記低濃度不純物層の上面で終端する点へ変化するまでの第2区間と、を有し、
前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記第2ボディ部分の前記第2区間は前記酸化膜の直下にある
請求項6に記載の半導体装置。 - 前記第2の方向において、前記第1接続点から、前記ボディ領域が前記低濃度不純物層の上面で終端する点までの長さをL1[μm]とすると、
前記半導体装置のドレイン-ソース間仕様最大電圧BVDSS[V]が、BVDSS≦26.4×(L1)2-36.4×L1+31.5の関係にある
請求項7に記載の半導体装置。 - 前記第2の方向と前記第3の方向とを含む平面での断面視で、前記ゲート導体と同電位となるゲート配線構造は、前記第2の方向において、前記第2ボディ部分よりも、前記半導体装置の外周領域側にだけ設置される
請求項5に記載の半導体装置。 - 前記第3の方向において、前記ゲートトレンチの内部における前記ゲート導体の上面は、前記ソース領域と前記ボディ領域との界面よりも上部にあり、
前記ゲート導体の上面から、前記ソース領域と前記ボディ領域との界面までの長さと、前記ボディ領域と前記低濃度不純物層との界面から、前記ゲートトレンチの先端までの長さとの和は、前記半導体装置の面内で一定である
請求項1または請求項5に記載の半導体装置。
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