JP2013187344A - Semiconductor device and manufacturing method of the same - Google Patents
Semiconductor device and manufacturing method of the same Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013187344A JP2013187344A JP2012051131A JP2012051131A JP2013187344A JP 2013187344 A JP2013187344 A JP 2013187344A JP 2012051131 A JP2012051131 A JP 2012051131A JP 2012051131 A JP2012051131 A JP 2012051131A JP 2013187344 A JP2013187344 A JP 2013187344A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- region
- junction
- semiconductor device
- guard rings
- semiconductor
- 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.)
- Pending
Links
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
【課題】外部電位の影響を受けにくく主接合付近のアバランシェ電流を抑制し、臨界di/dtの高い半導体装置を提供する。
【解決手段】複数のガードリング8の内の複数個のpn接合が互いに接続される領域を備え、この領域のpn接合と、活性部における主接合領域5のpn接合とが分離されている。これにより、活性部端部における電流集中が低減されるので、臨界di/dtが向上する。
【選択図】 図1Provided is a semiconductor device having a high critical di / dt, which is less affected by an external potential and suppresses an avalanche current in the vicinity of a main junction.
A plurality of pn junctions of a plurality of guard rings 8 are connected to each other, and a pn junction in this region is separated from a pn junction in a main junction region 5 in an active portion. As a result, current concentration at the end of the active part is reduced, so that the critical di / dt is improved.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、高耐圧の半導体装置に係り、特に半導体装置の耐圧保持構造に関する。 The present invention relates to a high breakdown voltage semiconductor device, and more particularly to a breakdown voltage holding structure of a semiconductor device.
高パワーのスイッチング素子として利用される、IGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ),MOSFET,ダイオードなどは、数百V以上の高耐圧が要求される。これらの素子は、主要な電流経路となる活性部の周辺に設けられる耐圧保持構造部によって耐圧を確保している。 IGBTs (insulated gate bipolar transistors), MOSFETs, diodes, and the like used as high-power switching elements are required to have a high breakdown voltage of several hundred volts or more. These elements have a withstand voltage secured by a withstand voltage holding structure provided around the active part which is a main current path.
図5に従来技術の耐圧保持構造の断面図を示す。この図において、1は半導体装置であるダイオードであり、8はp型のガードリング、5はp型の主接合領域、4はn-層、9はn+層、13はシリコン酸化膜、11はアノード電極、12はカソード電極である。ここで、n型Siウェハの表面にp型の不純物を拡散することにより主接合領域5とガードリング8を形成している。ガードリング8は互いに分離されており、各ガードリングのpn接合が互いに分離されている。このダイオードに逆バイアス電圧を印加すると、主接合領域5からn-層4に向けて空乏層が広がり始めるが、空乏層がガードリング8に到達すると、この領域が同電位となり、横方向に空乏層を広げて電界を緩和することができる。 FIG. 5 shows a cross-sectional view of a prior art pressure holding structure. In this figure, 1 is a diode which is a semiconductor device, 8 is a p-type guard ring, 5 is a p-type main junction region, 4 is an n − layer, 9 is an n + layer, 13 is a silicon oxide film, 11 Is an anode electrode, and 12 is a cathode electrode. Here, the main junction region 5 and the guard ring 8 are formed by diffusing p-type impurities on the surface of the n-type Si wafer. The guard rings 8 are separated from each other, and the pn junctions of the guard rings are separated from each other. When a reverse bias voltage is applied to this diode, the depletion layer starts to spread from the main junction region 5 toward the n − layer 4. The layer can be expanded to relieve the electric field.
図5の耐圧保持構造では、ガードリング8のpn接合は互いに分離しているが、特許文献1−4に記載されるように、耐圧保持構造部の縮小や外部電荷の影響の軽減、あるいは主接合領域近傍のアバランシェ電流の抑制のため、内周部のガードリングのpn接合を、主接合領域を含め接続している耐圧保持構造が提案されている。このような耐圧保持構造の一例を図6に示す。本例では、内周から2本目までのガードリング8のpn接合領域が主接合領域5のpn接合を含めて互いに接触している。 In the breakdown voltage holding structure of FIG. 5, the pn junctions of the guard ring 8 are separated from each other. However, as described in Patent Documents 1-4, the reduction of the breakdown voltage holding structure part, the influence of external charges, or the main In order to suppress the avalanche current in the vicinity of the junction region, a withstand voltage holding structure has been proposed in which the pn junction of the guard ring in the inner periphery is connected including the main junction region. An example of such a breakdown voltage holding structure is shown in FIG. In this example, the pn junction regions of the guard ring 8 from the inner periphery to the second one are in contact with each other including the pn junction of the main junction region 5.
図6のような耐圧保持構造では、ガードリング8の間隔を狭くできるため、耐圧保持構造部3の幅を縮小することが可能となる。また、酸化膜界面の不純物濃度が高いため、外部電荷の影響を受けにくく、外乱に対する半導体装置の耐久性が向上する。さらに、複数のガードリング8のpn接合が互いに接続される領域でのアバランシェ電流が抑制されるので、アバランシェ電流の主接合領域端部への集中を抑制することができる。 In the breakdown voltage holding structure as shown in FIG. 6, since the interval between the guard rings 8 can be narrowed, the width of the breakdown voltage holding structure portion 3 can be reduced. Further, since the impurity concentration at the oxide film interface is high, the semiconductor device is hardly affected by external charges, and the durability of the semiconductor device against disturbance is improved. Furthermore, since the avalanche current in the region where the pn junctions of the plurality of guard rings 8 are connected to each other is suppressed, the concentration of the avalanche current at the end of the main junction region can be suppressed.
しかし、上記従来の耐圧保持構造では、主接合領域5とガードリング8の各pn接合が接続されるため、スイッチング時などに、素子の活性部端部に電流が集中し易くなり、素子が破壊に至る怖れがある。例えばダイオードでは、順方向に電流を流す際、耐圧保持構造部3にもキャリアが注入され易くなっている。耐圧保持構造部3に注入されたキャリアは、ダイオードのリカバリー時には逆方向に電圧がかかるため、活性部2に戻る方向に流れる。この際、リカバリー時の電流変化(di/dt)が大きくなると、活性部端部などに電流集中が起こり、素子が破壊され得る。 However, in the conventional withstand voltage holding structure, since the pn junctions of the main junction region 5 and the guard ring 8 are connected, current tends to concentrate at the active portion end of the element during switching, and the element is destroyed. There is a fear of For example, in the diode, carriers are easily injected into the breakdown voltage holding structure 3 when a current is passed in the forward direction. The carriers injected into the breakdown voltage holding structure 3 flow in the direction returning to the active portion 2 because a voltage is applied in the reverse direction when the diode is recovered. At this time, if the current change (di / dt) at the time of recovery increases, current concentration occurs at the end of the active portion and the element may be destroyed.
一般に、破壊に至るときのdi/dtの値(以下、「臨界di/dt」と記す)は大きいことが要求される。臨界di/dtが小さい場合、素子を破壊から保護するために、主回路内にインダクタンスを挿入するなどして、スイッチング速度を抑えて素子を使用する。しかし、スイッチング速度が低下すると、高速動作が要求される用途に使用することが困難になる。また、スイッチング素子のターンオン時間が長くなるため、ターンオン損失が増加し、スイッチング周波数の制限や素子冷却装置のコストが増大するなどの問題が生じる。このため、臨界di/dtを向上することは、高速動作や損失低減の面からも重要な課題となる。 Generally, the value of di / dt (hereinafter referred to as “critical di / dt”) at the time of failure is required to be large. When the critical di / dt is small, in order to protect the element from destruction, the element is used while suppressing the switching speed by inserting an inductance in the main circuit. However, when the switching speed is lowered, it becomes difficult to use in applications that require high-speed operation. Further, since the turn-on time of the switching element becomes long, the turn-on loss increases, and there arises a problem that the switching frequency is limited and the cost of the element cooling device is increased. For this reason, improving the critical di / dt is an important issue in terms of high-speed operation and loss reduction.
本発明は、上記の問題点を考慮してなされたものであり、臨界di/dtを高くすることが可能な耐圧保持構造を提供することを目的とした。 The present invention has been made in consideration of the above-described problems, and has an object to provide a withstand voltage holding structure capable of increasing the critical di / dt.
上記課題を解決するために、本発明による半導体装置は、複数のガードリングの内の複数個のpn接合が互いに接続される第1の領域を備え、活性部における主接合領域のpn接合と第1の領域のpn接合とが分離されている。 In order to solve the above problems, a semiconductor device according to the present invention includes a first region in which a plurality of pn junctions of a plurality of guard rings are connected to each other, and a pn junction and a first junction of a main junction region in an active portion. 1 region is isolated from the pn junction.
より具体的には、本発明による半導体装置は、第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域に隣接し、主電流が流れる活性部に設けられる第2導電型の主接合領域と、第1半導体領域に隣接する、第2導電型の複数のガードリングを備える。さらに、本半導体装置は、複数のガードリングの内の複数個のpn接合が互いに接続される第1の領域を備え、第1半導体領域と主接合領域との間のpn接合と、第1半導体領域と第1の領域との間のpn接合とが分離されている。 More specifically, the semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type first semiconductor region, and a second conductivity type main junction region provided in an active portion adjacent to the first semiconductor region and through which a main current flows. And a plurality of second conductivity type guard rings adjacent to the first semiconductor region. The semiconductor device further includes a first region where a plurality of pn junctions of the plurality of guard rings are connected to each other, the pn junction between the first semiconductor region and the main junction region, and the first semiconductor The pn junction between the region and the first region is isolated.
ここで、第1導電型および第2導電型は、p型またはn型であり、かつ互いに反対導電型である。なお、本発明におけるガードリングは、いわゆるFLR(Field Limiting Ring)とも同義であるとする。 Here, the first conductivity type and the second conductivity type are p-type or n-type, and are opposite to each other. The guard ring in the present invention is synonymous with so-called FLR (Field Limiting Ring).
本発明は、ダイオード,IGBT,MOSFETや接合型バイポーラトランジスタなどの各種の半導体装置に適用できる。 The present invention can be applied to various semiconductor devices such as diodes, IGBTs, MOSFETs, and junction bipolar transistors.
本発明によれば、活性部における主接合領域のpn接合と、複数のガードリングの内の複数個のpn接合が互いに接続される第1の領域のpn接合とが分離されているので、活性部端部における電流集中が低減されるので、臨界di/dtが向上する。 According to the present invention, the pn junction of the main junction region in the active portion and the pn junction of the first region where the plurality of pn junctions of the plurality of guard rings are connected to each other are separated. Since the current concentration at the end of the part is reduced, the critical di / dt is improved.
まず、本発明を実施した耐圧保持構造について、図1〜図4を参照しながら説明する。なお、各図に示す素子構造の詳細については、実施例として後述する。 First, the pressure | voltage resistant holding structure which implemented this invention is demonstrated, referring FIGS. 1-4. Details of the element structure shown in each drawing will be described later as examples.
内周部で、p型半導体領域である主接合領域5のpn接合と、同様のp型半導体領域であるガードリング8のpn接合を分離することにより、順方向に電圧を印加した際に、耐圧保持構造部3へのキャリアの流入が抑制される。このため、リカバリー時に活性部2に戻るキャリア量を低減することができるので、活性部端部における電流集中が緩和され、臨界di/dtが向上できる。 By separating the pn junction of the main junction region 5 that is a p-type semiconductor region and the pn junction of the guard ring 8 that is a similar p-type semiconductor region at the inner periphery, when a voltage is applied in the forward direction, The inflow of carriers into the pressure withstand structure portion 3 is suppressed. For this reason, since the amount of carriers returning to the active part 2 at the time of recovery can be reduced, current concentration at the end part of the active part is relaxed, and the critical di / dt can be improved.
主接合領域5およびガードリング8の各pn接合を互いに分離するためには、主接合領域と、最内周のガードリングとが分離されたり、少なくとも最内周のガードリングとは接するが複数本目のガードリングとが分離されたりする。いずれの構成においても、分離されたガードリングの位置より外周部の複数のガードリングのpn接合が互いに接続された領域を設ける。本領域の表面は、複数のガードリングが接続されることにより不純物濃度が高くなるので、外部電荷の影響を受けにくい。これにより、アバランシェ電流を抑制することができる。 In order to separate the pn junctions of the main junction region 5 and the guard ring 8 from each other, the main junction region and the innermost guard ring are separated from each other, or at least a plurality of contacts are in contact with the innermost guard ring. The guard ring may be separated. In any configuration, a region where the pn junctions of the plurality of guard rings on the outer peripheral portion are connected to each other is provided from the position of the separated guard ring. Since the surface of this region has a high impurity concentration by connecting a plurality of guard rings, it is hardly affected by external charges. Thereby, an avalanche current can be suppressed.
複数のガードリングのpn接合が互いに接続されると、逆方向に電圧を印加した際、ガードリング間の電圧差が小さくなるため、全体の耐圧が低下する傾向がある。このため、互いに接続されたガードリング8の本数は、耐圧に影響し得る。また、上述したように、複数のガードリングを接続することによるアバランシェ電流の発生を抑制する効果を有効に生かせる領域に複数のガードリング8が互いに接続された領域を設けることが有効である。例えば、主接合領域5に近い部分でアバランシェ電流が発生すると主接合領域5の端部に電流集中を引き起こし素子が破壊する可能性がある。したがって、主接合領域5に近い領域において、複数のガードリングが互いに接続された領域を設けることが有効である。これらの点を考慮すると、ガードリング全本数の1/2以下の内周側領域、さらに耐圧を向上させるためには1/3以下の内周側領域で、複数のガードリングのpn接合が互いに接続された領域を設けることが好ましい。 When the pn junctions of a plurality of guard rings are connected to each other, when a voltage is applied in the opposite direction, the voltage difference between the guard rings becomes small, and the overall breakdown voltage tends to decrease. For this reason, the number of guard rings 8 connected to each other can affect the breakdown voltage. In addition, as described above, it is effective to provide a region where a plurality of guard rings 8 are connected to each other in a region where the effect of suppressing the generation of avalanche current due to the connection of a plurality of guard rings can be effectively utilized. For example, if an avalanche current is generated near the main junction region 5, current concentration may occur at the end of the main junction region 5, and the element may be destroyed. Therefore, it is effective to provide a region where a plurality of guard rings are connected to each other in a region close to the main junction region 5. In consideration of these points, the pn junctions of a plurality of guard rings are connected to each other in an inner peripheral region of ½ or less of the total number of guard rings and in an inner peripheral region of 1 / or less in order to further improve the breakdown voltage. It is preferable to provide a connected region.
主接合領域5とガードリング8のpn接合を分離する位置については、上述したように複数のガードリングが互いに接続された領域をガードリングの全本数の1/2以下好ましくは1/3以下の内周側領域に設けることが好ましいことから、できるだけ内周側に設定することが好ましい。このため、主接合領域5と1本目のガードリング8の間あるいは1本目と2本目のガードリング8の間、またはその両方でpn接合を分離することが好ましい。 Regarding the position where the main junction region 5 and the pn junction of the guard ring 8 are separated, as described above, the region where the plurality of guard rings are connected to each other is ½ or less, preferably 1 / or less of the total number of guard rings. Since it is preferable to provide in the inner peripheral side region, it is preferable to set the inner peripheral side as much as possible. For this reason, it is preferable to separate the pn junction between the main junction region 5 and the first guard ring 8, or between the first and second guard rings 8, or both.
導体からなるフィールドプレート14をガードリング8に電気的に接続しても良い。フィールドプレート14により、外部電荷の影響をさらに低減することができる。本実施形態においては、ガードリング8とフィールドプレート14は、ガードリングの全周においてシリコン酸化膜13に開けられるスリット状のコンタクトホールや、コーナー部に開けられるコンタクトホールを介して接続される。また、ガードリング8は各ガードリング毎に設けられる。すなわち、フィールドプレートは、複数のガードリング8が互いに接続される場合であっても、各ガードリング毎に設けられる。これにより、耐圧を向上することができる。 A field plate 14 made of a conductor may be electrically connected to the guard ring 8. The field plate 14 can further reduce the influence of external charges. In the present embodiment, the guard ring 8 and the field plate 14 are connected via a slit-like contact hole opened in the silicon oxide film 13 and a contact hole opened in the corner portion around the entire circumference of the guard ring. A guard ring 8 is provided for each guard ring. That is, the field plate is provided for each guard ring even when the plurality of guard rings 8 are connected to each other. Thereby, the breakdown voltage can be improved.
pn接合が互いに接続された複数のガードリング8からなる領域の形成方法について以下に述べる。 A method of forming a region composed of a plurality of guard rings 8 in which pn junctions are connected to each other will be described below.
n型Siウェハ表面に酸化膜を形成した後、ホト工程でレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクとして酸化膜をエッチングした後、イオン打込みによりp型のドーパントを注入する。この場合、n型Siウェハに対してはIII族元素(例えばホウ素B)を打込む。次に、レジストを剥離した後、熱処理によりp型のドーパントを拡散してガードリング8を形成する。 After forming an oxide film on the surface of the n-type Si wafer, a resist pattern is formed by a photo process. Next, after etching the oxide film using this resist pattern as a mask, p-type dopant is implanted by ion implantation. In this case, a group III element (for example, boron B) is implanted into the n-type Si wafer. Next, after removing the resist, a p-type dopant is diffused by heat treatment to form the guard ring 8.
上記の工程で、pn接合が互いに接続された複数のガードリングを形成する場合、レジストパターンの幅をドーパントの拡散長の2倍以下に設定する。また、ガードリング8を形成する工程を、活性部2の主接合領域5を形成する工程と同時に行うことにより、工程数を増加させることなく耐圧保持構造を形成することができる。 In the above process, when forming a plurality of guard rings in which pn junctions are connected to each other, the width of the resist pattern is set to be twice or less the diffusion length of the dopant. Further, by performing the step of forming the guard ring 8 simultaneously with the step of forming the main junction region 5 of the active portion 2, the breakdown voltage holding structure can be formed without increasing the number of steps.
また、図2に示すように、ガードリング間に設けられる、ガードリングよりも低不純物濃度の領域としてp-層7によって、複数のガードリングのpn接合を接続しても良い。この耐圧保持構造の形成方法は次のとおりである。 Further, as shown in FIG. 2, a plurality of guard ring pn junctions may be connected by a p − layer 7 as a region having a lower impurity concentration than the guard ring provided between the guard rings. The method for forming this withstand voltage holding structure is as follows.
Siウェハ表面に酸化膜を形成した後、ホト工程でレジストパターンを形成する。次に、このレジストパターンをマスクとして酸化膜をエッチングした後、イオン打込みによりp型のドーパントを注入する。次に、レジストを剥離した後、ホト工程で別のレジストパターンを形成し、酸化膜をエッチングした後、p型のドーパントを注入する。この際、p-層7の不純物濃度に相当するドーズ量でドーパントを注入する。次に、レジスト剥離した後、熱処理によりドーパントを拡散してガードリング8及びp-層7を形成する。これらの工程を、活性部の主接合領域などの形成と同時に行うことで、工程数を増加させることなく耐圧保持構造を形成することができる。 After forming an oxide film on the Si wafer surface, a resist pattern is formed in a photo process. Next, after etching the oxide film using this resist pattern as a mask, p-type dopant is implanted by ion implantation. Next, after removing the resist, another resist pattern is formed in a photo process, the oxide film is etched, and a p-type dopant is implanted. At this time, the dopant is implanted at a dose corresponding to the impurity concentration of the p − layer 7. Next, after removing the resist, the dopant is diffused by heat treatment to form the guard ring 8 and the p − layer 7. By performing these steps simultaneously with the formation of the main junction region and the like of the active portion, the breakdown voltage holding structure can be formed without increasing the number of steps.
以下、図1〜図4の各図が示す本発明の実施例について説明する。なお、図中、同一物あるいは相当物には同じ符号を付記する。 The embodiments of the present invention shown in FIGS. 1 to 4 will be described below. In the drawings, the same or equivalent components are denoted by the same reference numerals.
図1は、本発明の第1実施例であるダイオードの要部断面図である。 FIG. 1 is a sectional view of an essential part of a diode according to a first embodiment of the present invention.
n型半導体基板において主電流が流れる活性部2の表面に、n型半導体基板よりも高不純物濃度のp型半導体領域である主接合領域5、同様に高不純物濃度のp型半導体領域であるp+領域6、主接合領域5及びp+領域6よりも低不純物濃度のp型半導体領域であるp-層7が設けられる。ここで、主接合領域5のpn接合とp+領域6のpn接合はp-層7によって接続される。n型半導体基板の裏面には、n型半導体基板よりも高不純物濃度のn型半導体領域であるn+層9が設けられる。n型半導体基板の表面及び裏面には、それぞれ、金属膜のような導体膜からなるアノード電極11及びカソード電極12が設けられる。アノード電極11はp+領域6およびp-層7に電気的に接続され、カソード電極12はn+層9に電気的に接続される。また、活性部2の表面の端部で、アノード電極11と主接合領域5の間にシリコン酸化膜13が設けられている。 On the surface of the active portion 2 through which the main current flows in the n-type semiconductor substrate, the main junction region 5 which is a p-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the n-type semiconductor substrate, and p which is also a p-type semiconductor region having a high impurity concentration. A p − layer 7 which is a p-type semiconductor region having a lower impurity concentration than the + region 6, the main junction region 5, and the p + region 6 is provided. Here, the pn junction of the main junction region 5 and the pn junction of the p + region 6 are connected by the p − layer 7. An n + layer 9 that is an n-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the n-type semiconductor substrate is provided on the back surface of the n-type semiconductor substrate. An anode electrode 11 and a cathode electrode 12 made of a conductor film such as a metal film are provided on the front and back surfaces of the n-type semiconductor substrate, respectively. Anode electrode 11 is electrically connected to p + region 6 and p − layer 7, and cathode electrode 12 is electrically connected to n + layer 9. Further, a silicon oxide film 13 is provided between the anode electrode 11 and the main junction region 5 at the end of the surface of the active portion 2.
この半導体基板の活性部2の周辺には、耐圧保持構造部3が設けられる。本耐圧保持構造部3において、20本のガードリング8が設けられる。活性部2側から1本目のガードリング8のpn接合は主接合領域5のpn接合と接している。1本目と2本目のガードリング8の各pn接合は、接することなく互いに分離されている。さらに2本目から6本目までのガードリング8の各pn接合が互いに接続された領域が設けられている。なお、耐圧保持構造部3の最外周部には、チャネルストッパとなり、半導体基板よりも高不純物濃度のn型半導体領域であるn+層10が設けられる。n+層10にも、フィールドプレートとして作用する金属電極15が電気的に接続される。 A breakdown voltage holding structure 3 is provided around the active part 2 of the semiconductor substrate. In the breakdown voltage holding structure 3, 20 guard rings 8 are provided. The pn junction of the first guard ring 8 from the active part 2 side is in contact with the pn junction of the main junction region 5. The pn junctions of the first and second guard rings 8 are separated from each other without contact. Further, a region where the pn junctions of the second to sixth guard rings 8 are connected to each other is provided. Note that an n + layer 10, which is a channel stopper and is an n-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, is provided on the outermost peripheral portion of the breakdown voltage holding structure portion 3. A metal electrode 15 acting as a field plate is also electrically connected to the n + layer 10.
本実施例におけるガードリング8は、レジストマスクパターンを形成し酸化膜をエッチング除去した後、III族元素であるホウ素Bをイオン打込みし、熱処理により拡散して形成される。これらの工程は活性部2における主接合領域5およびp+領域6を形成する工程と同時に行うことができる。また、2本目から6本目までのガードリング8が接続される領域は、これらのガードリング間のレジストマスク幅を拡散長の2倍以下に設定することにより形成することができる。 The guard ring 8 in this embodiment is formed by forming a resist mask pattern and removing the oxide film by etching, then implanting boron B, which is a group III element, and diffusing by heat treatment. These steps can be performed simultaneously with the step of forming the main junction region 5 and the p + region 6 in the active portion 2. The region where the second to sixth guard rings 8 are connected can be formed by setting the resist mask width between these guard rings to be not more than twice the diffusion length.
各ガードリング8には金属膜からなるフィールドプレート14が電気的に接続される。pn接合が接続された2〜6本目のガードリングからなる領域に設けられるフィールドプレート14についても、各ガードリングに接続された各フィールドプレートは互いに分離されている。このようにフィールドプレート14を分離することにより、それぞれのガードリング間で電圧差が生じ、ダイオード全体の耐圧を向上することができる。 Each guard ring 8 is electrically connected to a field plate 14 made of a metal film. As for the field plate 14 provided in the region composed of the second to sixth guard rings to which the pn junction is connected, the field plates connected to the guard rings are separated from each other. By separating the field plate 14 in this way, a voltage difference is generated between the guard rings, and the breakdown voltage of the entire diode can be improved.
本実施例の耐圧保持構造では、6本目より内側の領域での酸化膜界面の不純物濃度が高くなっているため、外部電位の影響を受けにくくなっている。これにより、この領域のアバランシェ電流の発生を抑制でき主接合領域5への影響を低減することができる。また、1本目と2本目のガードリングの各pn接合が分離しているため、電圧を順方向に印加した際に耐圧保持構造部3へのキャリア注入を抑制できる。このため、本実施例のダイオードは、リカバリー時の臨界di/dtを向上するので、高速動作に適用することができる。従って、本実施例のダイオードがIGBTに逆並列に接続されるアーム回路を備えるIGBTモジュールは、高速スイッチングに適用することができる。 In the breakdown voltage holding structure of this embodiment, the impurity concentration at the oxide film interface in the region inside the sixth line is high, so that it is not easily affected by the external potential. Thereby, generation | occurrence | production of the avalanche current of this area | region can be suppressed, and the influence on the main junction area | region 5 can be reduced. Further, since the pn junctions of the first and second guard rings are separated, carrier injection into the breakdown voltage holding structure portion 3 can be suppressed when a voltage is applied in the forward direction. For this reason, the diode of this embodiment improves the critical di / dt at the time of recovery and can be applied to high-speed operation. Therefore, the IGBT module including the arm circuit in which the diode of the present embodiment is connected in antiparallel to the IGBT can be applied to high-speed switching.
図2は、本発明の第2実施例であるダイオードの要部断面図である。以下、主に第1実施例と異なる点について説明する。 FIG. 2 is a cross-sectional view of a main part of a diode according to a second embodiment of the present invention. Hereinafter, differences from the first embodiment will be mainly described.
本実施例において、ガードリング8は20本形成され、活性部2に近い側から1本目のガードリングのpn接合は活性部2における主接合領域5のpn接合と分離され、1本目と2本目のガードリングの各pn接合も互いに分離されている。さらに2本目から6本目までのガードリングの間に、ガードリング8よりも低不純物濃度のp-層7が設けられる。すなわち、2本目から6本目までのガードリング8の各pn接合が、p-層7のpn接合を介して互いに接続される領域が設けられる。 In the present embodiment, 20 guard rings 8 are formed, and the pn junction of the first guard ring from the side close to the active portion 2 is separated from the pn junction of the main junction region 5 in the active portion 2. The pn junctions of the guard rings are also separated from each other. Further, a p − layer 7 having a lower impurity concentration than the guard ring 8 is provided between the second to sixth guard rings. That is, a region is provided in which the pn junctions of the second to sixth guard rings 8 are connected to each other through the pn junction of the p − layer 7.
本実施例におけるガードリングを形成する際は、レジストマスクパターンを形成し酸化膜をエッチング除去した後、III族元素であるホウ素Bをイオン打込みする。また、低不純物濃度のp-層7についても、レジストマスクパターンを形成し酸化膜をエッチングした後、ホウ素Bをイオン打込みする。その後、熱処理によりホウ素を拡散して形成する。これらの工程は活性部2の主接合領域5,p+領域6およびp-層7を形成する工程と同時に行うことができる。 When forming the guard ring in this embodiment, a resist mask pattern is formed and the oxide film is etched away, and then boron B which is a group III element is ion-implanted. For the p − layer 7 having a low impurity concentration, boron B is ion-implanted after forming a resist mask pattern and etching the oxide film. Thereafter, boron is diffused and formed by heat treatment. These steps can be performed simultaneously with the step of forming the main junction region 5, the p + region 6 and the p − layer 7 of the active portion 2.
本実施例の耐圧保持構造では、6本目のガードリング8より内側の領域での酸化膜界面の不純物濃度が高くなっているため、この領域で外部電位の影響を受けにくくなっている。また、この領域のアバランシェ電流の発生を抑制でき主接合領域5への影響を低減できる。また、主接合領域5のpn接合と1本目のガードリングのpn接合が分離されるとともに、1本目と2本目のガードリングの各pn接合が分離されている。このため、ダイオードの順方向電圧が印加された時における耐圧保持構造部3へのキャリアの注入を抑制できる。このため、本実施によれば、リカバリー時の臨界di/dtが向上するので、ダイオードを高速動作に適用することが可能になる。したがって、第1実施例と同様に、本実施例によるダイオードを適用したIGBTモジュールは高速スイッチングに適用することができる。 In the breakdown voltage holding structure of this embodiment, the impurity concentration at the oxide film interface in the region inside the sixth guard ring 8 is high, so that it is difficult to be affected by the external potential in this region. In addition, generation of an avalanche current in this region can be suppressed, and the influence on the main junction region 5 can be reduced. Further, the pn junction of the main junction region 5 and the pn junction of the first guard ring are separated, and the pn junctions of the first and second guard rings are separated. For this reason, when the forward voltage of a diode is applied, the injection | pouring of the carrier to the pressure | voltage resistant holding | maintenance structure part 3 can be suppressed. For this reason, according to the present embodiment, the critical di / dt at the time of recovery is improved, so that the diode can be applied to high-speed operation. Therefore, as in the first embodiment, the IGBT module to which the diode according to this embodiment is applied can be applied to high-speed switching.
図3は、本発明の第3実施例であるIGBTの要部断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part of an IGBT according to a third embodiment of the present invention.
n型半導体基板の活性部2の表面にp型半導体領域であるp層30,フローティングp層17及び主接合領域5が設けられる。また、トレンチ構造のゲート電極20が設けられる。このゲート電極近傍にn+領域16が設けられる。また、半導体基板の裏面には、半導体基板よりも高不純物濃度のn型半導体領域であるn+バッファ層18及びn+バッファ層18よりも高不純物濃度のp型半導体領域であるpコレクタ層19が設けられる。半導体基板の表面及び裏面には、それぞれ、金属膜のような導体膜からなるエミッタ電極21及びコレクタ電極22が設けられ、エミッタ電極21はp層30及びn+領域16並びに主接合領域5に電気的に接続され、コレクタ電極22はpコレクタ層19に電気的に接続される。 A p layer 30, a floating p layer 17 and a main junction region 5, which are p type semiconductor regions, are provided on the surface of the active portion 2 of the n type semiconductor substrate. In addition, a gate electrode 20 having a trench structure is provided. An n + region 16 is provided in the vicinity of the gate electrode. On the back surface of the semiconductor substrate, an n + buffer layer 18 that is an n-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate and a p collector layer 19 that is a p-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the n + buffer layer 18 are provided. Is provided. An emitter electrode 21 and a collector electrode 22 made of a conductor film such as a metal film are provided on the front surface and the back surface of the semiconductor substrate, respectively. The emitter electrode 21 is electrically connected to the p layer 30 and the n + region 16 and the main junction region 5. The collector electrode 22 is electrically connected to the p collector layer 19.
活性部2の周辺における耐圧保持構造部3において、ガードリングは20本設けられる。活性部2側から1本目のガードリング8のpn接合と主接合領域5のpn接合は互いに分離されている。1〜3本目のガードリング8の各pn接合が接続され、3本目と4本目のガードリング8のpn接合が互いに分離され、4〜6本目の各ガードリング8のpn接合が互いに接続された領域が設けられる。 Twenty guard rings are provided in the breakdown voltage holding structure portion 3 around the active portion 2. The pn junction of the first guard ring 8 from the active portion 2 side and the pn junction of the main junction region 5 are separated from each other. The pn junctions of the first to third guard rings 8 are connected, the pn junctions of the third and fourth guard rings 8 are separated from each other, and the pn junctions of the fourth to sixth guard rings 8 are connected to each other. An area is provided.
本実施例の耐圧保持構造では、6本目のガードリング8より内側の領域での酸化膜界面の不純物濃度が高くなっているため、この領域で外部電位の影響を受けにくくなっている。従って、この領域のアバランシェ電流の発生を抑制でき、主接合領域5への影響が低減できる。また、1本目のガードリングのpn接合と主接合領域のpn接合が分離されているので、スイッチング時における活性部端部における電流集中を防止することができる。従って、本実施例によれば、IGBTを高速動作に適用することができる、さらにIGBTを適用したIGBTモジュールを高速スイッチングに適用することができる。 In the breakdown voltage holding structure of this embodiment, the impurity concentration at the oxide film interface in the region inside the sixth guard ring 8 is high, so that it is difficult to be affected by the external potential in this region. Therefore, generation of an avalanche current in this region can be suppressed, and the influence on the main junction region 5 can be reduced. Further, since the pn junction of the first guard ring and the pn junction of the main junction region are separated, current concentration at the end of the active portion during switching can be prevented. Therefore, according to the present embodiment, the IGBT can be applied to high-speed operation, and the IGBT module to which the IGBT is further applied can be applied to high-speed switching.
図4は、本発明の第4実施例であるパワーMOSFETの要部断面図である。 FIG. 4 is a cross-sectional view of a main part of a power MOSFET according to a fourth embodiment of the present invention.
n型半導体基板の活性部2の表面に、n型半導体基板よりも高不純物濃度のn型半導体領域であるnソース領域23、およびn型半導体基板よりも高不純物濃度のp型の主接合領域であるpウェル24が設けられる。また、ゲート酸化膜25上にゲート電極20が設けられる。さらに、金属膜のような導体膜からなるソース電極26が、nソース領域23及びpウェル24と電気的に接続される。 On the surface of the active portion 2 of the n-type semiconductor substrate, an n-source region 23 which is an n-type semiconductor region having a higher impurity concentration than the n-type semiconductor substrate, and a p-type main junction region having a higher impurity concentration than the n-type semiconductor substrate. A p-well 24 is provided. A gate electrode 20 is provided on the gate oxide film 25. Further, a source electrode 26 made of a conductor film such as a metal film is electrically connected to the n source region 23 and the p well 24.
活性部2の周辺の耐圧保持構造部3において、ガードリング8は5本設けられる。活性部2側から1本目のガードリング8のpn接合は、活性部2におけるpウェル24のpn接合と接続される。1本目と2本目のガードリングの各pn接合は互いに分離される。さらに、2本目のガードリングのpn接合およびそれより外側のすべてのガードリング8のpn接合は互いに接続されている。 In the breakdown voltage holding structure portion 3 around the active portion 2, five guard rings 8 are provided. The pn junction of the first guard ring 8 from the active part 2 side is connected to the pn junction of the p well 24 in the active part 2. The pn junctions of the first and second guard rings are separated from each other. Furthermore, the pn junction of the second guard ring and the pn junctions of all the guard rings 8 outside the second guard ring are connected to each other.
本実施例におけるガードリングは、レジストマスクパターンを形成し酸化膜をエッチング除去した後、III族元素であるホウ素Bをイオン打込みし、熱処理によりホウ素拡散して形成する。これらの工程は活性部2にpウェル24を形成する工程と同時に行うことができる。また、pn接合が互いに接続されるガードリング8は、これらのガードリング間のレジストマスク幅を拡散長の2倍以下に設定することにより形成される。 The guard ring in this embodiment is formed by forming a resist mask pattern and etching away the oxide film, and then implanting boron B, which is a group III element, and diffusing boron by heat treatment. These steps can be performed simultaneously with the step of forming the p-well 24 in the active portion 2. The guard ring 8 in which the pn junctions are connected to each other is formed by setting the resist mask width between these guard rings to be not more than twice the diffusion length.
第1〜3実施例と同様に、各ガードリング8には、金属膜のような導体膜からなるフィールドプレート14が接続される。pn接合が接続しているガードリング上に設けられるフィールドプレート14も互いに分離されている。フィールドプレート14を分離することにより、それぞれのガードリング間で電圧差が生じ、素子全体の耐圧を向上することができる。 As in the first to third embodiments, each guard ring 8 is connected to a field plate 14 made of a conductor film such as a metal film. The field plates 14 provided on the guard ring to which the pn junction is connected are also separated from each other. By separating the field plate 14, a voltage difference is generated between the guard rings, and the breakdown voltage of the entire device can be improved.
本実施例の耐圧保持構造では、ほとんどのガードリングのpn接合が接続されているので、半導体基板と酸化膜の界面の不純物濃度が高くなっているため、外部電荷の影響を受けにくい。このため、耐圧が変動しにくく、半導体素子の信頼性が向上する。 In the breakdown voltage holding structure of this embodiment, since most pn junctions of the guard ring are connected, the impurity concentration at the interface between the semiconductor substrate and the oxide film is high, so that it is not easily affected by external charges. For this reason, the breakdown voltage hardly changes and the reliability of the semiconductor element is improved.
1 半導体装置
2 活性部
3 耐圧保持構造部
4 n-層
5 主接合領域
6 p+領域
7 p-層
8 ガードリング
9,10 n+層
11 アノード電極
12 カソード電極
13 シリコン酸化膜
14 フィールドプレート
15 金属電極
16 n+領域
17 フローティングp層
18 n+バッファ層
19 pコレクタ層
20 ゲート電極
21 エミッタ電極
22 コレクタ電極
23 nソース領域
24 pウェル
25 ゲート酸化膜
26 ソース電極
30 p層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Active part 3 Pressure | voltage resistant holding | maintenance structure part 4 n < - > layer 5 main junction area | region 6 p + area | region 7 p < - > layer 8 guard ring 9,10 n + layer 11 anode electrode 12 cathode electrode 13 silicon oxide film 14 field plate 15 Metal electrode 16 n + region 17 floating p layer 18 n + buffer layer 19 p collector layer 20 gate electrode 21 emitter electrode 22 collector electrode 23 n source region 24 p well 25 gate oxide film 26 source electrode 30 p layer
Claims (9)
前記第1半導体領域に隣接し、主電流が流れる活性部に設けられる第2導電型の主接合領域と、
前記第1半導体領域に隣接する、前記第2導電型の複数のガードリングと、
を備える半導体装置において、
前記複数のガードリングの内の複数個のpn接合が互いに接続される第1の領域を備え、
前記第1半導体領域と前記主接合領域との間のpn接合と、前記第1半導体領域と前記第1の領域との間のpn接合とが分離されていることを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor region of a first conductivity type;
A main junction region of a second conductivity type adjacent to the first semiconductor region and provided in an active portion through which a main current flows;
A plurality of guard rings of the second conductivity type adjacent to the first semiconductor region;
In a semiconductor device comprising:
A first region in which a plurality of pn junctions of the plurality of guard rings are connected to each other;
A semiconductor device, wherein a pn junction between the first semiconductor region and the main junction region is separated from a pn junction between the first semiconductor region and the first region.
前記複数のガードリングの内の一部からなり、前記主接合領域と前記第1の領域との間に位置する第2の領域を備え、
前記第1半導体領域と前記第1の領域との間のpn接合と、前記第1半導体領域と前記第2の領域との間のpn接合とが分離されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1,
A second region that is part of the plurality of guard rings and is located between the main junction region and the first region;
A semiconductor device, wherein a pn junction between the first semiconductor region and the first region is separated from a pn junction between the first semiconductor region and the second region.
前記第1半導体領域と前記主接合領域との間のpn接合と、前記第1半導体領域と前記第2の領域との間のpn接合とが接続されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
A pn junction between the first semiconductor region and the main junction region is connected to a pn junction between the first semiconductor region and the second region.
前記第1半導体領域と前記主接合領域との間のpn接合と、前記第1半導体領域と前記第2の領域との間のpn接合とが分離されていることを特徴とする半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2,
A semiconductor device, wherein a pn junction between the first semiconductor region and the main junction region is separated from a pn junction between the first semiconductor region and the second region.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012051131A JP2013187344A (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012051131A JP2013187344A (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013187344A true JP2013187344A (en) | 2013-09-19 |
Family
ID=49388538
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012051131A Pending JP2013187344A (en) | 2012-03-08 | 2012-03-08 | Semiconductor device and manufacturing method of the same |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2013187344A (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020150043A (en) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015880A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Kyocera Corp | Wiring board and its connection structure |
| JP2001015770A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Toshiba Corp | Power semiconductor device |
| JP2003197898A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-11 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Planar type semiconductor device |
| JP2007273931A (en) * | 2006-03-07 | 2007-10-18 | Toshiba Corp | Power semiconductor device, manufacturing method thereof, and driving method thereof |
| JP2008028110A (en) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
| JP2009038356A (en) * | 2007-07-12 | 2009-02-19 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Semiconductor device |
-
2012
- 2012-03-08 JP JP2012051131A patent/JP2013187344A/en active Pending
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001015880A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Kyocera Corp | Wiring board and its connection structure |
| JP2001015770A (en) * | 1999-06-30 | 2001-01-19 | Toshiba Corp | Power semiconductor device |
| JP2003197898A (en) * | 2001-12-25 | 2003-07-11 | Shindengen Electric Mfg Co Ltd | Planar type semiconductor device |
| JP2007273931A (en) * | 2006-03-07 | 2007-10-18 | Toshiba Corp | Power semiconductor device, manufacturing method thereof, and driving method thereof |
| JP2008028110A (en) * | 2006-07-20 | 2008-02-07 | Toshiba Corp | Semiconductor device |
| JP2009038356A (en) * | 2007-07-12 | 2009-02-19 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | Semiconductor device |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2020150043A (en) * | 2019-03-12 | 2020-09-17 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices |
| JP7233256B2 (en) | 2019-03-12 | 2023-03-06 | 三菱電機株式会社 | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5787853B2 (en) | Power semiconductor device | |
| US9640643B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN104221152B (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
| US9614106B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP2023065461A (en) | semiconductor equipment | |
| JP6416062B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP3417013B2 (en) | Insulated gate bipolar transistor | |
| US9570630B2 (en) | Schottky diode structure | |
| EP2667418B1 (en) | Semiconductor device | |
| JP6597102B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP5865860B2 (en) | Semiconductor device | |
| JP5655932B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN117457651A (en) | Integration of Schottky diodes and MOSFETs | |
| CN107431090B (en) | Power semiconductor device | |
| US9455148B2 (en) | Method for manufacturing semiconductor device | |
| US9153678B2 (en) | Power semiconductor device and method of manufacturing the same | |
| JP6588774B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN104253152A (en) | IGBT (insulated gate bipolar transistor) and manufacturing method thereof | |
| JP5751125B2 (en) | Semiconductor device | |
| KR101534104B1 (en) | Semiconductor device | |
| JP2013187344A (en) | Semiconductor device and manufacturing method of the same | |
| JP6537711B2 (en) | Semiconductor device | |
| CN213071146U (en) | Insulated gate bipolar transistor terminal | |
| CN112038392B (en) | Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips | |
| US9147757B2 (en) | Power semiconductor device and method for manufacturing the same |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A711 | Notification of change in applicant |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A712 Effective date: 20131122 |
|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20140818 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20140818 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20151013 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20151020 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20160510 |
|
| A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20160706 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20170104 |
|
| RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20170110 |
|
| RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20170112 |