JP2008294028A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】スーパージャンクション構造の半導体装置の耐圧を向上させる。
【解決手段】
半導体基板上に柱状の第1導電型の第1の半導体層と第2導電型の第2の半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層が形成される。素子領域の周辺の終端領域では、ピラー構造の第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である。終端領域において、トランジスタのゲートと接続するためピラー構造上に層間絶縁層を介し形成された電極層のエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、終端領域におけるピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されている。
【選択図】図2An object of the present invention is to improve the breakdown voltage of a semiconductor device having a super junction structure.
[Solution]
A drift layer having a pillar structure in which columnar first-conductivity-type first semiconductor layers and second-conductivity-type second semiconductor layers are alternately and periodically formed is formed on a semiconductor substrate. In the termination region around the element region, the first conductivity type impurity of the pillar structure is excessive with respect to the second conductivity type impurity. In the termination region, the edge portion of the electrode layer formed on the pillar structure via the interlayer insulating layer to be connected to the gate of the transistor or the bent portion of less than 180 degrees is the second conductivity type semiconductor having the pillar structure in the termination region. It is formed immediately above the layer.
[Selection] Figure 2
Description
本発明は、半導体装置に関するものであり、特に、高耐圧構造の電力用の半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device having a high breakdown voltage structure.
近年のパワーエレクトロニクス分野における電源機器の小型化・高性能化への要求を受けて、パワー半導体素子では、高耐圧化・大電流化とともに、低損失化・高速化に対する性能改善が注力されている。
その中で、パワーMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)は、その高速スイッチング性能を有し、スイッチング電源分野などでキーデバイスとして定着している。
In response to the recent demand for miniaturization and high performance of power supply equipment in the field of power electronics, power semiconductor elements have been focused on improving performance against low loss and high speed as well as high withstand voltage and high current. .
Among them, a power MOSFET (Metal Oxide Field Effect Effect Transistor) has a high-speed switching performance and has been established as a key device in the field of switching power supplies.
MOSFETは多数キャリアデバイスであるため、少数キャリア蓄積時間がなくスイッチングが速いという利点を有する。しかし、この反面、伝導度変調がないために高耐圧素子では、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)などのバイポーラ素子と比べるとオン抵抗の面で不利になる。これは、MOSFETにおいて高い耐圧を得るためには、ドリフト層を厚くし不純物濃度も低くする必要があるため、高耐圧の素子ほどMOSFETのオン抵抗が増大することに起因する。 Since a MOSFET is a majority carrier device, it has the advantage of fast switching with no minority carrier accumulation time. However, on the other hand, since there is no conductivity modulation, a high breakdown voltage element is disadvantageous in terms of on-resistance as compared with a bipolar element such as an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). This is because, in order to obtain a high breakdown voltage in the MOSFET, it is necessary to increase the thickness of the drift layer and reduce the impurity concentration. Therefore, the higher the breakdown voltage, the higher the on-resistance of the MOSFET.
パワーMOSFETのオン抵抗は、伝導層(N型ドリフト層)部分の電気抵抗に大きく依存する。そして、このN型ドリフト層の電気抵抗を決定する不純物濃度は、P型ベースとN型ドリフト層により形成されるPN接合の耐圧に対応するため、上限を有している。従って、素子耐圧とオン抵抗にはトレードオフの関係が存在する。このトレードオフを改善することが低消費電力素子の実現のためには重要となる。 The on-resistance of the power MOSFET greatly depends on the electric resistance of the conductive layer (N-type drift layer) portion. The impurity concentration that determines the electrical resistance of the N-type drift layer has an upper limit because it corresponds to the breakdown voltage of the PN junction formed by the P-type base and the N-type drift layer. Therefore, there is a trade-off relationship between element breakdown voltage and on-resistance. Improving this trade-off is important for realizing a low power consumption element.
このトレードオフには素子の材料により決定されるため限界があり、この限界を越えることが既存のパワー素子を超える低オン抵抗素子の実現につながる。 This trade-off has a limit because it is determined by the material of the element, and exceeding this limit leads to the realization of a low on-resistance element exceeding the existing power element.
この問題を解決するために、スーパージャンクション構造と呼ばれる、N型ドリフト層(N型ピラー層)にP型ドリフト層(P型ピラー層)を埋め込んだ構造が知られている。具体的には、特許文献1、2において、ドリフト層として、不純物濃度を高めたN型の領域とP型の領域とを交互に配置した並列PN層により形成され、オフ状態のときは、空乏化して耐圧を維持する構造の半導体装置が開示されている。
In order to solve this problem, a structure called a super junction structure in which a P-type drift layer (P-type pillar layer) is embedded in an N-type drift layer (N-type pillar layer) is known. Specifically, in
特許文献1、2に記載されている半導体装置において、N型ピラー層、P型ピラー層を形成する方法としては、N型半導体層をエピタキシャル成長により形成し、レジストパターンを形成し、ボロン(B)等のイオン注入することによりP型半導体領域を形成し、レジストパターンを除去し、更に別のN型半導体層をエピタキシャル成長させる一連のプロセスを繰り返した後、熱拡散によりP型ピラー層、N型ピラー層を交互に形成する方法が開示されている。
In the semiconductor devices described in
このようなP型ピラー層、N型ピラー層を交互に形成した半導体装置では、トランジスタの形成される素子領域と、その周囲を取り囲むトランジスタの形成されていない終端領域を有している。 Such a semiconductor device in which P-type pillar layers and N-type pillar layers are alternately formed has an element region in which a transistor is formed and a termination region in which a transistor surrounding the periphery is not formed.
終端領域においてトランジスタが形成されない場合であっても、プロセス等の関係上、終端領域にP型ピラー層、N型ピラー層を交互に形成する場合があるが、この場合では、素子領域よりも終端領域の耐圧が低下し、半導体装置全体を破壊してしまうという問題があった。具体的には、終端領域での局所的な電界集中によるリーク電流に起因した耐圧低下や、ホットキャリアによる破壊が発生するのである。
本発明は、いわゆるスーパージャンクション構造を有する半導体装置の高耐圧化を目的とする。 An object of the present invention is to increase the breakdown voltage of a semiconductor device having a so-called super junction structure.
本発明の一の態様に係る半導体装置は、半導体基板上に柱状の第1導電型の第1の半導体層と第2導電型の第2の半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層を有する半導体装置であって、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ前記終端領域において、前記トランジスタのゲートと接続するため前記ピラー構造上に層間絶縁層を介し形成された電極層を備え、前記電極層のエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記終端領域における前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a pillar in which a columnar first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type second semiconductor layer are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate. A semiconductor device having a drift layer having a structure, wherein an element region in which a plurality of transistors each including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged, and a periphery of the element region, A termination region in which the first conductivity type impurity in the pillar structure drift layer in which no transistor is formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity, and is connected to the gate of the transistor in the termination region Therefore, an electrode layer formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer is provided, and an edge portion of the electrode layer or a bent portion of less than 180 degrees is a second of the pillar structure in the termination region. Characterized in that it is formed directly on the conductive type semiconductor layer.
また、本発明の一の態様に係る半導体装置は、半導体基板上に柱状の第1導電型の第1の半導体層と第2導電型の第2の半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層を有する半導体装置であって、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ前記終端領域において、前記ピラー構造上に層間絶縁層を介して形成された電極端子におけるエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a columnar first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type second semiconductor layer are alternately and periodically formed over a semiconductor substrate. A semiconductor device having a drift layer having a pillar structure, wherein an element region in which a plurality of transistors each including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged, and a periphery of the element region. And a termination region in which the first conductivity type impurity in the pillar structure drift layer in which the transistor is not formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity, and in the termination region, on the pillar structure An edge portion of an electrode terminal formed through an interlayer insulating layer or a bent portion of less than 180 degrees is formed immediately above the second conductivity type semiconductor layer of the pillar structure.
また、本発明の一の態様に係る半導体装置は、半導体基板上に柱状の第1導電型の第1の半導体層と第2導電型の第2の半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層を有する半導体装置であって、前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ前記終端領域において、前記ピラー構造のドリフト層と層間絶縁層との間に形成される第1導電型のリサーフ層を備え、前記リサーフ層のエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする。 In the semiconductor device according to one embodiment of the present invention, a columnar first conductive type first semiconductor layer and a second conductive type second semiconductor layer are alternately and periodically formed over a semiconductor substrate. A semiconductor device having a drift layer having a pillar structure, wherein an element region in which a plurality of transistors each including the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged, and a periphery of the element region. And a termination region in which the first conductivity type impurity in the pillar structure drift layer in which the transistor is not formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity, and in the termination region, the pillar structure A first conductivity type resurf layer formed between the drift layer and the interlayer insulating layer, wherein an edge portion of the resurf layer or a bent portion of less than 180 degrees is the second conductivity type semiconductor layer of the pillar structure; Straight Characterized in that it is formed in.
また、本発明の一の態様に係る半導体装置は、半導体基板上に柱状のN型半導体層とP型半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層を有する半導体装置であって、前記N型半導体層と前記P型半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層を有する終端領域とを有し、且つ前記終端領域において、前記トランジスタのゲートと接続するため前記ピラー構造上に層間絶縁層を介し形成された電極層を備え、前記電極層におけるエッジ部、又は180度未満の屈曲部のうち、基準位置より前記素子領域に近い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記P型半導体層の直上に形成され、前記基準位置より前記素子領域から見てに遠い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記N型半導体層の直上に形成されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device including a drift layer having a pillar structure in which columnar N-type semiconductor layers and P-type semiconductor layers are alternately and periodically formed over a semiconductor substrate. An element region in which a plurality of transistors each composed of the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are arranged, and a drift layer having the pillar structure around the element region where the transistor is not formed And an electrode layer formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer to connect to the gate of the transistor in the termination region, and an edge portion in the electrode layer, or 180 Among the bent portions less than the degree, the edge portion or the bent portion existing on the side closer to the element region than the reference position is formed immediately above the P-type semiconductor layer, The edge portion or the bent portion exists farther to as seen from the device region than reference position is characterized by being formed directly on the N-type semiconductor layer.
また、本発明の一の態様に係る半導体装置は、半導体基板上に柱状のN型半導体層とP型半導体層とが交互に周期的に形成されたピラー構造のドリフト層を有する半導体装置であって、前記N型半導体層と前記P型半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層を有する終端領域とを有し、且つ前記終端領域において、前記ピラー構造上に層間絶縁層を介して形成された電極端子を備え、前記電極端子のエッジ部、又は180度未満の屈曲部のうち、基準位置より前記素子領域に近い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記P型半導体層の直上に形成され、前記基準位置より前記素子領域から見て遠い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記N型半導体層の直上に形成されていることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention is a semiconductor device including a drift layer having a pillar structure in which columnar N-type semiconductor layers and P-type semiconductor layers are alternately and periodically formed over a semiconductor substrate. An element region in which a plurality of transistors each composed of the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are arranged, and a drift layer having the pillar structure around the element region where the transistor is not formed A terminal region having an electrode terminal formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer, and an edge portion of the electrode terminal or a bent portion of less than 180 degrees The edge portion or the bent portion present on the side closer to the element region than the reference position is formed immediately above the P-type semiconductor layer, and is on the side farther from the element region than the reference position. The edge portion or the bent portion exists is characterized by being formed directly on the N-type semiconductor layer.
本発明は、いわゆるスーパージャンクション構造を有する半導体装置を容易に高耐圧にすることができる。 The present invention can easily increase the breakdown voltage of a semiconductor device having a so-called super junction structure.
〔第1の実施の形態〕
本発明における一実施の形態を以下に記載する。本実施の形態における半導体装置を図1に示す。本実施における半導体装置は、電力用半導体装置であって、素子領域1と終端領域2により構成されている。
[First Embodiment]
One embodiment of the present invention will be described below. A semiconductor device in this embodiment mode is shown in FIG. The semiconductor device in this embodiment is a power semiconductor device, and is composed of an
素子領域1において形成されるトランジスタは、N型ドリフト層11と、このN型ドリフト層11中に形成される複数のP型ピラー層12から構成されるスーパージャンクション構造(ピラー構造)を有している。N型ドリフト層11の一方の表面(図1において、下側の表面)に、N型ドリフト層11よりも不純物濃度の高いN+型ドレイン層13が形成され、N+型ドレイン層13の表面には、不図示のドレイン電極が形成されている。
The transistor formed in the
尚、本実施の形態では、ドリフト層14は、N型ドリフト層11とP型ピラー層12からなる。また、N型ドリフト層11とN+型ドレイン層13の形成方法は、N型ドリフト層11の片面に不純物を拡散する方法や、N+型ドレイン層13を基板としてN型ドリフト層11を結晶成長させる方法により形成される。
In the present embodiment, the
N型ドリフト層11においてN+型ドレイン層13の形成されていない面は、上述のとおり、P型ピラー層12が周期的に形成される。尚、隣接するP型ピラー層12とP型ピラー層12の間に形成されているN型ドリフト層11を別途N型ピラー層11Aと称する場合もある。P型ピラー層12の表面に広がる領域には、イオン注入によりP型ベース層15が形成される。このように形成された各々のP型ベース層15の表面には、2ヶ所のN型ソース層16が形成されている。
As described above, the P-
更に、隣接するP型ベース層15とP型ベース層15とに挟まれたN型ドリフト層11の表面、即ち、隣接するN型ソース層16とN型ソース層16との間であって、その間にP型ベース層15に挟まれたN型ドリフト層11を有する表面領域には、ゲート絶縁膜18が形成される。このゲート絶縁膜18は、例えば、膜厚が約0.1〔μm〕の酸化シリコン膜からなるものである。
Further, the surface of the N-type drift layer 11 sandwiched between the adjacent P-
更に、ゲート絶縁膜18上には、ゲート電極19が形成されており、ゲート電極19同士が接続されている。また、ゲート電極19上には、層間絶縁膜20が形成されている。
Further, a
ゲート電極19とゲート電極19との間に挟まれた領域においては、P型ベース層15及び、このP型ベース層15内に設けられた2つのN型ソース層16と接するように、ソース電極17が形成される。ソース電極17は層間絶縁膜20を覆うように形成されており、各々と接続されている。また、ソース電極17とゲート電極19とは、層間絶縁膜20を介し電気的に絶縁がとられている。
In a region sandwiched between the
一方、終端領域2においても、N型ドリフト層11(N型ピラー層11Aを含む)及びP型ピラー層12が形成されており、スーパージャンクション構造(ピラー構造)が形成されている。終端領域2において、N型ドリフト層11及びP型ピラー層12の形成されている素子領域1の近傍の表面には、イオン注入によりP+型ガードリング層21が形成されており、P+型ガードリング層21の表面は、ソース電極17と接触している。
On the other hand, also in the
また、終端領域2において、P+型ガードリング層21に接し、素子領域1に対し反対側に広がるように、表面にP型リサーフ層22が形成される。更に、終端領域2におけるP型リサーフ層22、N型ドリフト層11、P型ピラー層12の表面には、層間絶縁膜23が形成されており、その内部には、ゲート電極19との接続のためのフィールドプレート24が形成され、ゲート端子25と接続されている。
In the
次に、本実施の形態における半導体装置の構成についてより詳細に説明する。本実施の形態における半導体装置は、終端領域2における耐圧低下等による半導体装置の破壊を防止するための構造に関するものである。
Next, the configuration of the semiconductor device in this embodiment will be described in more detail. The semiconductor device according to the present embodiment relates to a structure for preventing destruction of the semiconductor device due to a decrease in breakdown voltage in the
図2に、本実施の形態における終端領域の構造を示す。図2(a)は上面図、図2(b)は断面図である。また、図3(a)は、図2(b)の拡大した断面図を示し、図3(b)は、P型ピラー層12とN型ピラー層11Aからなるドリフト層14における電界分布を示す。
FIG. 2 shows the structure of the termination region in the present embodiment. 2A is a top view and FIG. 2B is a cross-sectional view. 3A shows an enlarged cross-sectional view of FIG. 2B, and FIG. 3B shows an electric field distribution in the
本実施の形態では、終端領域におけるP型ピラー層12とN型ピラー層11Aからなるドリフト層14において、N型不純物がP型不純物よりも多いNリッチとなっており、図3(b)に示すような電界分布となる。
In the present embodiment, the
ドリフト層14がNリッチの場合において、電極等の導電性部材のエッジが、N型ピラー層11Aの直上に位置するように形成すると、電極等のエッジとN型ピラー層11Aとの間において、破壊が発生しやすくなるといった現象を発明者らは研究の結果得た。本実施の形態は、この結果に基づくものであり、電極等のエッジ部分や電極等の屈曲位置をN型ピラー層11A上ではなく、P型ピラー層12上に形成したことを特徴とするものである。
In the case where the
具体的には、P型ピラー層12とN型ピラー層11Aからなるドリフト層14上に、P+型ガードリング層21及び、P型リサーフ層22が形成される。P型リサーフ層22の両端位置a1、a8は、P型ピラー層12の直上となる位置に形成される。
Specifically, the P + type guard ring layer 21 and the P
更にこの上に、層間絶縁膜23が形成され、その内部には、不図示のゲート電極との接続のためのフィールドプレート24が形成される。フィールドプレート24の両端位置a2、a6及び、フィールドプレート24において、所定角度、例えば180度未満の狭い角度の屈曲位置a3、a4(図3では、屈曲角度は略90°である)は、それぞれP型ピラー層12の直上となる位置に形成される。
Further, an
更に、この上に、金属電極として、ソース電極17及び、フィールドプレート24と接続されるゲート端子25が形成される。ソース電極17の端位置a2、ゲート端子25の両端位置(エッジ)a3、a7、ゲート端子25において、所定角度例えば180度未満の狭い角度の屈曲位置a4、a5は、P型ピラー層12の直上となる位置に形成される。
Furthermore, a
尚、電極等のエッジだけではなく、所定角度例えば180度未満の狭い角度の屈曲位置も対象としているのは、電極の屈曲位置において電界の集中が起こりやすく、特に破壊が生じやすいため、本実施の形態では、これらの部分も両端位置(エッジ)と同様に考えることができるからである。ここで、屈曲位置での角度は180度未満と定義しているが、状況に応じて、120度以下のものを屈曲位置と定義してもよいし、あるいは90度前後、それ以下の角度を屈曲位置と定義してもよい。 Note that not only the edges of electrodes and the like, but also the bent positions at a narrow angle of a predetermined angle, for example, less than 180 degrees, are targeted because the electric field tends to concentrate at the bent positions of the electrodes, and the breakdown is particularly likely to occur. This is because these parts can also be considered in the same manner as both end positions (edges). Here, the angle at the bending position is defined as less than 180 degrees, but depending on the situation, an angle of 120 degrees or less may be defined as the bending position, or an angle of about 90 degrees or less may be defined. It may be defined as a bending position.
以上のように、終端領域におけるP型ピラー層12とN型ピラー層11Aからなるドリフト層14が、Nリッチ状態である場合において、P型リサーフ層22、フィールドプレート24、ソース電極17、ゲート端子25のエッジ及び所定角度よりも狭い角度の屈曲位置が、P型ピラー層12の直上に形成され、N型ピラー層11Aの直上には形成されないため、耐圧低下を招くことなく、破壊に対し強い半導体装置を得ることができる。
As described above, when the
〔第2の実施の形態〕
次に、本実施の形態における半導体装置の構成について説明する。図4に、本実施の形態における終端領域の構造を示す。図4(a)は上面図、図4(b)は断面図である。また、図5(a)は、図4(b)の拡大した断面図を示し、図5(b)は、P型ピラー層32とN型ピラー層31Aからなるドリフト層34における電界分布を示す。
[Second Embodiment]
Next, the structure of the semiconductor device in this embodiment is described. FIG. 4 shows the structure of the termination region in the present embodiment. 4A is a top view and FIG. 4B is a cross-sectional view. 5A shows an enlarged cross-sectional view of FIG. 4B, and FIG. 5B shows an electric field distribution in the
本実施の形態では、終端領域におけるP型ピラー層32とN型ピラー層31Aからなるドリフト層34において、P型不純物がN型不純物よりも多いPリッチとなっており、図5(b)に示すような電界分布となる。
In the present embodiment, the
ドリフト層34がPリッチの場合において、電極等の導電性部材のエッジが、P型ピラー層32の直上に位置するように形成すると、電極等のエッジとP型ピラー層32との間において、破壊が発生しやすくなるといった現象を発明者らは研究の結果得た。本実施の形態は、この結果に基づくものであり、電極等のエッジ部分や電極等の屈曲位置をP型ピラー層32上ではなく、N型ピラー層31A上に形成したことを特徴とするものである。
In the case where the
具体的には、P型ピラー層32とN型ピラー層31Aからなるドリフト層34上に、P+型ガードリング層41及び、P型リサーフ層42が形成される。P型リサーフ層42の両端位置b1、b8は、N型ピラー層31Aの直上となる位置に形成される。更にこの上に、層間絶縁膜43が形成され、その内部には、不図示のゲート電極との接続のためのフィールドプレート44が形成される。
Specifically, the P + type
フィールドプレート44の両端位置b2、b6及び、フィールドプレート44において、所定角度よりも狭い角度の屈曲位置b3、b4は、N型ピラー層31Aの直上となる位置に形成される。
In both end positions b2 and b6 of the
更に、この上に、金属電極として、ソース電極37及び、フィールドプレート44と接続されるゲート端子45が形成される。ソース電極37の端位置b2、ゲート端子45の両端位置b3、b7、ゲート端子45において、所定角度よりも狭い角度の屈曲位置b4、b5は、N型ピラー層31Aの直上となる位置に形成される。
Furthermore, a
尚、電極等のエッジだけではなく、所定角度よりも狭い角度の屈曲位置も対象としているのは、電極の屈曲位置において、電界の集中が起こりやすく、このため特に破壊が生じやすいため、本実施の形態では、これら屈曲位置もエッジと同様に考えることができるからである。 Note that not only the edges of electrodes etc., but also the bent position of an angle narrower than a predetermined angle are targeted, because electric field concentration tends to occur at the bent position of the electrode, and this is particularly likely to cause destruction. This is because the bent positions can be considered in the same manner as the edges.
以上のように、終端領域におけるP型ピラー層32とN型ピラー層31Aからなるドリフト層34が、Pリッチ状態である場合において、P型リサーフ層42、フィールドプレート44、ソース電極37、ゲート端子45のエッジ及び所定角度よりも狭い角度の屈曲位置が、N型ピラー層31Aの直上に形成され、P型ピラー層32の直上には形成されないため、耐圧低下を招くことなく、破壊に対し強い半導体装置を得ることができる。
As described above, when the
〔第3の実施の形態〕
次に、本実施の形態における半導体装置の構成について説明する。 図6に、本実施の形態における終端領域の構造を示す。図6(a)は上面図、図6(b)は断面図である。また、図7(a)は、図6(b)の拡大した断面図を示し、図7(b)は、P型ピラー層52とN型ピラー層51Aからなるドリフト層54における電界分布を示す。
[Third Embodiment]
Next, the structure of the semiconductor device in this embodiment is described. FIG. 6 shows the structure of the termination region in the present embodiment. 6A is a top view, and FIG. 6B is a cross-sectional view. 7A shows an enlarged cross-sectional view of FIG. 6B, and FIG. 7B shows an electric field distribution in the
本実施の形態では、終端領域におけるP型ピラー層52とN型ピラー層51Aからなるドリフト層54において、P型不純物とN型不純物とが、ほぼ同等の状態となっており、図7(b)に示すような電界分布となる。
In the present embodiment, in the
ドリフト層34における不純物濃度がほぼ同等の場合においては、電極等の導電性部材のエッジ、または180度未満の屈曲部が、次のような位置関係にあると、破壊が発生しやすくなる現象を、発明者らは研究の結果得た。
(1)、ある基準位置よりも素子領域に近い側(内側方向)において、電極等のエッジ又は屈曲部が、N型ピラー層の直上に位置する
(2)ある基準位置よりも素子領域から見て遠い側(外側方向)において、電極等のエッジ又は屈曲部が、P型ピラー層の直上に位置する
本実施の形態は、この結果に基づくものであり、電極等のエッジ部分や電極等の屈曲位置のうち、内側方向に存在しているものは、P型ピラー層52上に形成し、電極等のエッジ部分や電極等の屈曲位置のうち、外側方向に存在しているものは、N型ピラー層51上に形成したことを特徴とするものである。尚、本実施の形態における内側方向と外側方向との境界は、ゲート端子65とフィールドプレート64の接触面の中心を基準としている。
In the case where the impurity concentration in the
(1) On the side closer to the element region than the certain reference position (inward direction), the edge or bent portion of the electrode or the like is located immediately above the N-type pillar layer. (2) As viewed from the element region than the certain reference position. The edge or bent part of the electrode or the like is located immediately above the P-type pillar layer on the far side (outward direction). This embodiment is based on this result, and the edge part of the electrode and the like such as the electrode Among the bending positions, those existing in the inner direction are formed on the P-
具体的には、P型ピラー層52とN型ピラー層51Aからなるドリフト層54上に、P+型ガードリング層61及び、P型リサーフ層62が形成される。P型リサーフ層62の両端位置(エッジ)のうち内側方向の端位置(エッジ)c1は、P型ピラー層52の直上となる位置に形成される。また、外側方向の端位置(エッジ)c8は、N型ピラー層51Aの直上となる位置に形成される。
Specifically, the P + type
更にこの上に、層間絶縁膜63が形成され、その内部には、不図示のゲート電極との接続のためのフィールドプレート64が形成される。フィールドプレート64の両端位置のうち内側方向の端位置(エッジ)c2は、P型ピラー層52の直上となる位置に形成される。また、外側方向の端位置(エッジ)c6は、N型ピラー層51Aの直上となる位置に形成される。また、フィールドプレート64において、所定角度よりも狭い角度の屈曲位置c3、c4は、ともに、ゲート端子65とフィールドプレート64の接触面の中心よりも内側方向に位置しているため、P型ピラー層52の直上となる位置に形成される。
Further, an
更に、この上に、金属電極として、ソース電極57及び、フィールドプレート64と接続されるゲート端子65が形成される。ソース電極57の端位置c2、ゲート端子65の両端位置のうち内側方向の端位置(エッジ)c3は、P型ピラー層52の直上となる位置に形成される。
Furthermore, a
また、ゲート端子65の両端位置のうち外側方向の端位置(エッジ)c7は、N型ピラー層51Aの直上となる位置に形成される。また、ゲート端子65において、所定角度よりも狭い角度の屈曲位置のうち、内側方向の端位置c4(エッジ)は、P型ピラー層52の直上となる位置に形成される。外側方向の端位置(エッジ)c5は、N型ピラー層51A直上となる位置に形成される。
Further, of the both end positions of the
以上のように、終端領域におけるP型ピラー層52とN型ピラー層51Aからなるドリフト層54が、NリッチでもPリッチでもなくチャージバランスが保たれている状態においては、P型リサーフ層62、フィールドプレート64、ソース電極57、ゲート端子65のエッジ及び所定角度よりも狭い角度の屈曲位置のうち、内側方向に位置するものは、P型ピラー層52の直上に形成され、外側方向に位置するものは、N型ピラー層51Aの直上には形成されるため、耐圧低下を招くことなく、破壊に対し強い半導体装置を得ることができる。尚、本実施の形態では、ドリフト層54がNリッチかPリッチか不明である場合において、最も破壊に強いものとなる。
As described above, in the state where the
以上より、スーパージャンクション構造のMOSトランジスタにおいて、逆バイアス時の漏れ電流を大きく増大させることなく、耐圧を向上させることができる。 As described above, in the super junction structure MOS transistor, the breakdown voltage can be improved without greatly increasing the leakage current at the time of reverse bias.
以上、上記実施の形態に開示されている複数の構成要件の適宜な組み合わせにより、種々の発明が形成可能である。例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要件を適宜追加し組み合わせてもよい。 As described above, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of constituent elements disclosed in the above embodiments. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately added and combined.
1・・・素子領域、2・・・終端領域、11A・・・N型ピラー層、12・・・P型ピラー層、14・・・ドリフト層、17・・・ソース電極、21・・・P+型ガードリング層、22・・・P型リサーフ層、23・・・層間絶縁膜、24・・・フィールドプレート、25・・・ゲート端子
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、
前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ、
前記終端領域において、前記トランジスタのゲートと接続するため前記ピラー構造上に層間絶縁層を介し形成された電極層を備え、
前記電極層のエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記終端領域における前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a drift layer having a pillar structure in which columnar first conductivity type first semiconductor layers and second conductivity type second semiconductor layers are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate,
An element region in which a plurality of transistors each composed of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged;
A termination region in which the first conductivity type impurity in the drift layer of the pillar structure around the element region where the transistor is not formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity; and
In the termination region, comprising an electrode layer formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer to connect to the gate of the transistor,
An edge part of the electrode layer or a bent part of less than 180 degrees is formed immediately above the second conductivity type semiconductor layer of the pillar structure in the termination region.
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、
前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ
前記終端領域において、前記ピラー構造上に層間絶縁層を介して形成された電極端子におけるエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a drift layer having a pillar structure in which columnar first conductivity type first semiconductor layers and second conductivity type second semiconductor layers are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate,
An element region in which a plurality of transistors each composed of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged;
A termination region in which the first conductivity type impurity in the drift layer of the pillar structure around the element region where the transistor is not formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity, and the termination In the region, an edge portion of an electrode terminal formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer or a bent portion of less than 180 degrees is formed immediately above the second conductivity type semiconductor layer of the pillar structure. A semiconductor device.
前記第1の半導体層と前記第2の半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、
前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層における第1導電型の不純物が第2導電型の不純物に対し過剰である終端領域とを有し、且つ
前記終端領域において、前記ピラー構造のドリフト層と層間絶縁層との間に形成される第1導電型のリサーフ層を備え、
前記リサーフ層のエッジ部、又は180度未満の屈曲部が、前記ピラー構造の第2導電型の半導体層の直上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a drift layer having a pillar structure in which columnar first conductivity type first semiconductor layers and second conductivity type second semiconductor layers are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate,
An element region in which a plurality of transistors each composed of the first semiconductor layer and the second semiconductor layer are arranged;
A termination region in which the first conductivity type impurity in the drift layer of the pillar structure around the element region where the transistor is not formed is excessive with respect to the second conductivity type impurity, and the termination In the region, a resurf layer of the first conductivity type formed between the drift layer of the pillar structure and the interlayer insulating layer,
An edge portion of the RESURF layer or a bent portion of less than 180 degrees is formed immediately above the second conductivity type semiconductor layer of the pillar structure.
前記N型半導体層と前記P型半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、
前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層を有する終端領域とを有し、且つ
前記終端領域において、前記トランジスタのゲートと接続するため前記ピラー構造上に層間絶縁層を介し形成された電極層を備え、
前記電極層におけるエッジ部、又は180度未満の屈曲部のうち、基準位置より前記素子領域に近い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記P型半導体層の直上に形成され、
前記基準位置よりも前記素子領域から見て遠い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記N型半導体層の直上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a pillar structure drift layer in which columnar N-type semiconductor layers and P-type semiconductor layers are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate,
An element region in which a plurality of transistors each composed of the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are arranged;
A termination region having a drift layer of the pillar structure around the element region and in which the transistor is not formed; Comprising an electrode layer formed through an insulating layer;
Of the edge part in the electrode layer or the bent part of less than 180 degrees, the edge part or the bent part existing on the side closer to the element region than the reference position is formed immediately above the P-type semiconductor layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the edge portion or the bent portion existing on a side farther from the element region than the reference position is formed immediately above the N-type semiconductor layer.
前記N型半導体層と前記P型半導体層とにより構成されるトランジスタが複数配列されている素子領域と、
前記素子領域の周辺であって前記トランジスタが形成されていない前記ピラー構造のドリフト層を有する終端領域とを有し、且つ
前記終端領域において、前記ピラー構造上に層間絶縁層を介して形成された電極端子を備え、
前記電極端子のエッジ部、又は180度未満の屈曲部のうち、基準位置より前記素子領域に近い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記P型半導体層の直上に形成され、
前記基準位置より前記素子領域から見て遠い側に存在する前記エッジ部又は前記屈曲部は、前記N型半導体層の直上に形成されていることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device having a pillar structure drift layer in which columnar N-type semiconductor layers and P-type semiconductor layers are alternately and periodically formed on a semiconductor substrate,
An element region in which a plurality of transistors each composed of the N-type semiconductor layer and the P-type semiconductor layer are arranged;
And a termination region having a drift layer of the pillar structure in which the transistor is not formed around the element region, and the termination region is formed on the pillar structure via an interlayer insulating layer With electrode terminals,
Of the edge portion of the electrode terminal or the bent portion of less than 180 degrees, the edge portion or the bent portion present on the side closer to the element region than the reference position is formed immediately above the P-type semiconductor layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the edge portion or the bent portion existing on a side far from the element region from the reference position is formed immediately above the N-type semiconductor layer.
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