JP2014003200A - Vertical power mosfet and semiconductor device - Google Patents
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Abstract
【課題】スーパジャンクション構造を有するパワーMOSFET等の半導体装置の接合終端処理に関しては、アクティブセル領域の周辺にスーパジャンクション構造を配置して、それによって、接合終端の耐圧を高めるのが一般的である。しかし、本願発明者が検討したところによると、このような半導体基板部分による接合終端構造では、いわゆる終端長が比較的長くなるおそれがあることが明らかとなった。
【解決手段】本願発明の概要は、セル領域および接合終端領域にスーパジャンクション構造を有する半導体装置において、接合終端領域に同心環状の2層のフローティングフィールドプレートを配置するものである。
【選択図】図3As for junction termination processing of a semiconductor device such as a power MOSFET having a super junction structure, it is common to arrange a super junction structure around an active cell region, thereby increasing the breakdown voltage of the junction termination. . However, as a result of studies by the inventors of the present application, it has been clarified that in such a junction termination structure using a semiconductor substrate portion, a so-called termination length may be relatively long.
An outline of the present invention is to dispose a concentric two-layer floating field plate in a junction termination region in a semiconductor device having a super junction structure in a cell region and junction termination region.
[Selection] Figure 3
Description
本願は、半導体装置(または半導体集積回路装置)に関し、特にパワーMOSFETのデバイス技術に適用して有効な技術に関する。 The present application relates to a semiconductor device (or a semiconductor integrated circuit device), and more particularly to a technology effective when applied to a power MOSFET device technology.
日本特開昭56−169369号公報(特許文献1)または、これに対応する英国特許公開第2077494号公報(特許文献2)は、パワーMOSFETの接合終端処理(Junction Edge Termination)に関するものである。そこには、主接合の端部のドリフト領域上のゲート絶縁膜よりも厚いフィールド絶縁膜上を、ソース電位のフィールドプレート、ドレイン電位の逆フィールドプレートおよびフローティングのフィールドプレートを組み合わせてカバーする技術が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 56-169369 (Patent Document 1) or UK Patent Publication No. 2077494 (Patent Document 2) corresponding thereto relates to a junction termination process (junction edge termination) of a power MOSFET. There is a technology that covers a field insulating film thicker than the gate insulating film on the drift region at the end of the main junction in combination with a source potential field plate, a drain potential reverse field plate, and a floating field plate. It is disclosed.
日本特開2005−209983号公報(特許文献3)および米国特許公開第2005−161761号公報(特許文献4)は、前記と同様に、パワーMOSFETの接合終端処理に関するものである。そこには、主接合の端部のドリフト領域上のゲート絶縁膜よりも厚いフィールド絶縁膜上を、ソース電位のフィールドプレート、ドレイン電位の逆フィールドプレートおよび2層のフローティングのフィールドプレートを組み合わせてカバーする技術が開示されている。 Japanese Laid-Open Patent Publication No. 2005-209983 (Patent Document 3) and US Patent Publication No. 2005-161761 (Patent Document 4) relate to the junction termination processing of a power MOSFET as described above. There, a field insulating film thicker than the gate insulating film on the drift region at the end of the main junction is covered with a combination of a source potential field plate, a drain potential reverse field plate, and a two-layer floating field plate. Techniques to do this are disclosed.
日本特開2009−21526号公報(特許文献5)には、前記と同様に、パワーMOSFETの接合終端処理に関するものである。そこには、フローティングフィールドリング(Floating Field Ring)にメタルフィールドプレート(Metal Field Plate)が接続された接合終端構造が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-21526 (Patent Document 5) relates to a junction termination process of a power MOSFET as described above. There, a junction termination structure in which a metal field plate is connected to a floating field ring is disclosed.
日本特開2011−243859号公報(特許文献6)は、スーパジャンクション(Super−Junction)構造を有するパワーMOSFETの接合終端処理に関するものである。そこには、セル領域の周辺にセルの各辺にほぼ平行に走るP型カラムを有するスーパジャンクションを含む接合終端構造が開示されている。 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-243859 (Patent Document 6) relates to a junction termination process of a power MOSFET having a super-junction structure. There is disclosed a junction termination structure including a superjunction having a P-type column running substantially parallel to each side of the cell around the cell region.
スーパジャンクション構造を有するパワーMOSFET等の半導体装置の接合終端処理に関しては、アクティブセル領域の周辺にスーパジャンクション構造を配置して、それによって、接合終端の耐圧を高めるのが一般的である。 As for junction termination processing of a semiconductor device such as a power MOSFET having a super junction structure, a super junction structure is generally arranged around the active cell region, thereby increasing the breakdown voltage of the junction termination.
しかし、本願発明者が検討したところによると、このような半導体基板部分による接合終端構造では、いわゆる終端長が比較的長くなるおそれがあることが明らかとなった。 However, as a result of studies by the inventors of the present application, it has been clarified that in such a junction termination structure using a semiconductor substrate portion, a so-called termination length may be relatively long.
このような課題を解決するための手段等を以下に説明するが、その他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。 Means for solving such problems will be described below, but other problems and novel features will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。 An outline of representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、本願の一実施の形態の概要は、セル領域および接合終端領域にスーパジャンクション構造を有する半導体装置において、接合終端領域に同心環状の2層のフローティングフィールドプレートを配置するものである。 That is, the outline of one embodiment of the present application is that a concentric two-layer floating field plate is arranged in a junction termination region in a semiconductor device having a super junction structure in the cell region and the junction termination region.
本願において開示される実施の形態のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。 The effects obtained by the representative ones of the embodiments disclosed in the present application will be briefly described as follows.
すなわち、前記本願の一実施の形態によれば、パワーデバイスの接合終端長を短くすることができる。 That is, according to one embodiment of the present application, the junction termination length of the power device can be shortened.
〔実施の形態の概要〕
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。
[Outline of Embodiment]
First, an outline of a typical embodiment disclosed in the present application will be described.
1.以下を含む縦型パワーMOSFET:
(a)第1の主面および第2の主面を有するシリコン系半導体基板;
(b)前記第1の主面側に設けられたセル領域;
(c)前記シリコン系半導体基板の前記第1の主面側のほぼ全面の表面内に設けられた第1導電型のドリフト領域;
(d)前記第1の主面上であって前記セル領域に設けられたメタルソース電極;
(e)前記第2の主面上に設けられたメタルドレイン電極;
(f)前記セル領域の環状の外縁部を構成するように、前記ドリフト領域の前記第1の主面側の表面に設けられた第2導電型の主接合領域;
(g)前記セル領域の周辺の前記第1の主面側に、これを取り囲むように設けられた環状の接合終端領域;
(h)前記セル領域および前記接合終端領域における前記ドリフト領域に設けられたスーパジャンクション構造;
(i)前記第1の主面上であって、前記接合終端領域に設けられた同心環状の複数の下層フローティングフィールドプレート;
(j)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内、隣接する各下層フローティングフィールドプレート対の間を覆うように、これらよりも上層に設けられた環状の上層フローティングフィールドプレート。
1. Vertical power MOSFET including:
(A) a silicon-based semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface;
(B) a cell region provided on the first main surface side;
(C) a drift region of a first conductivity type provided in a substantially entire surface on the first main surface side of the silicon-based semiconductor substrate;
(D) a metal source electrode provided on the first main surface and in the cell region;
(E) a metal drain electrode provided on the second main surface;
(F) a second-conductivity-type main junction region provided on a surface of the drift region on the first main surface side so as to constitute an annular outer edge portion of the cell region;
(G) An annular junction termination region provided on the first main surface side around the cell region so as to surround the cell region;
(H) a super junction structure provided in the drift region in the cell region and the junction termination region;
(I) a plurality of concentric annular lower floating field plates provided on the first principal surface and provided in the junction termination region;
(J) On the first main surface, an annular upper layer provided above the plurality of lower layer floating field plates so as to cover between adjacent lower layer floating field plate pairs. Floating field plate.
2.前記項1の縦型パワーMOSFETにおいて、前記縦型パワーMOSFETは、プレーナ構造を有する。
2. In the vertical power MOSFET of
3.前記項1または2の縦型パワーMOSFETにおいて、各下層フローティングフィールドプレートは、第1層ポリシリコン膜から構成されている。
3. In the vertical power MOSFET of
4.前記項3の縦型パワーMOSFETにおいて、前記上層フローティングフィールドプレートは、前記第1層ポリシリコン膜よりも上層の第2層ポリシリコン膜から構成されている。
4). In the vertical power MOSFET of
5.前記項4の縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(k)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されているソース電位ポリSiフィールドプレート。
5. The vertical power MOSFET of
(K) The second polysilicon film provided on the first main surface and extending from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates. Source potential poly-Si field plate composed of
6.前記項1から5のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(l)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されているソース電位メタルフィールドプレート。
6). The vertical power MOSFET according to any one of
(L) Provided on the first main surface from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates, and the same layer as the metal source electrode Source potential metal field plate composed of a metal film.
7.前記項4から6のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(m)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されているドレイン電位ポリSiガードリング。
7). The vertical power MOSFET according to any one of
(M) provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower-layer floating field plates; A drain potential poly-Si guard ring composed of a silicon film.
8.前記項1から7のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(n)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されているドレイン電位メタルガードリング。
8). The vertical power MOSFET according to any one of
(N) Provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower floating field plates, and the metal source electrode A drain potential metal guard ring composed of the same layer of metal film.
9.前記項1から8のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、前記接合終端領域における前記スーパジャンクション構造は、2次元構造である。
9. In the vertical power MOSFET according to any one of
10.前記項1から8のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、前記接合終端領域における前記スーパジャンクション構造は、3次元構造である。
10. In the vertical power MOSFET according to any one of
11.前記項1から10のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(p)前記ドリフト領域の表面に、前記主接合領域の外端に連結して、それを囲むように設けられた前記第2導電型の表面リサーフ領域。
11. The vertical power MOSFET according to any one of
(P) A surface resurf region of the second conductivity type provided on the surface of the drift region so as to be connected to and surround the outer end of the main junction region.
12.前記項1から11のいずれか一つの縦型パワーMOSFETにおいて、更に以下を含む:
(q)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の隣接する一対の間に設けられ、前記接合終端領域において前記スーパジャンクション構造を構成する前記第2導電型を有するカラム領域に電気的に接続された環状のメタル中間フィールドプレート、
ここで、このメタル中間フィールドプレートは、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されている。
12 The vertical power MOSFET according to any one of
(Q) The second conductivity type provided on the first main surface and between the adjacent pair of the plurality of lower floating field plates, and constituting the super junction structure in the junction termination region. An annular metal intermediate field plate, electrically connected to the column region having
Here, the metal intermediate field plate is composed of a metal film in the same layer as the metal source electrode.
13.以下を含む半導体装置:
(a)第1の主面および第2の主面を有するシリコン系半導体基板;
(b)前記第1の主面側に設けられたセル領域;
(c)前記シリコン系半導体基板の前記第1の主面側のほぼ全面の表面内に設けられた第1導電型のドリフト領域;
(d)前記第1の主面上であって前記セル領域に設けられたメタル第1電極;
(e)前記第2の主面上に設けられたメタル第2電極;
(f)前記セル領域の環状の外縁部を構成するように、前記ドリフト領域の前記第1の主面側の表面に設けられた第2導電型の主接合領域;
(g)前記セル領域の周辺の前記第1の主面側に、これを取り囲むように設けられた環状の接合終端領域;
(h)前記セル領域および前記接合終端領域における前記ドリフト領域に設けられたスーパジャンクション構造;
(i)前記第1の主面上であって、前記接合終端領域に設けられた同心環状の複数の下層フローティングフィールドプレート;
(j)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内、隣接する各下層フローティングフィールドプレート対の間を覆うように、これらよりも上層に設けられた環状の上層フローティングフィールドプレート。
13. Semiconductor devices including:
(A) a silicon-based semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface;
(B) a cell region provided on the first main surface side;
(C) a drift region of a first conductivity type provided in a substantially entire surface on the first main surface side of the silicon-based semiconductor substrate;
(D) a metal first electrode provided on the first main surface and in the cell region;
(E) a metal second electrode provided on the second main surface;
(F) a second-conductivity-type main junction region provided on a surface of the drift region on the first main surface side so as to constitute an annular outer edge portion of the cell region;
(G) An annular junction termination region provided on the first main surface side around the cell region so as to surround the cell region;
(H) a super junction structure provided in the drift region in the cell region and the junction termination region;
(I) a plurality of concentric annular lower floating field plates provided on the first principal surface and provided in the junction termination region;
(J) On the first main surface, an annular upper layer provided above the plurality of lower layer floating field plates so as to cover between adjacent lower layer floating field plate pairs. Floating field plate.
14.前記項13の半導体装置において、各下層フローティングフィールドプレートは、第1層ポリシリコン膜から構成されている。
14 In the semiconductor device according to
15.前記項14の半導体装置において、前記上層フローティングフィールドプレートは、前記第1層ポリシリコン膜よりも上層の第2層ポリシリコン膜から構成されている。
15. 14. The semiconductor device according to
16.前記項14の半導体装置において、更に以下を含む:
(k)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されている第1電極電位ポリSiフィールドプレート。
16. The semiconductor device of
(K) The second polysilicon film provided on the first main surface and extending from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates. A first electrode potential poly-Si field plate comprising:
17.前記項13から16のいずれか一つの半導体装置において、更に以下を含む:
(l)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記メタル第1電極と同層のメタル膜から構成されている第1電極電位メタルフィールドプレート。
17. The semiconductor device according to any one of
(L) Provided on the first main surface from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates, and the same as the metal first electrode 1st electrode electric potential metal field plate comprised from the metal film of a layer.
18.前記項15から17のいずれか一つの半導体装置において、更に以下を含む:
(m)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されている第2電極電位ポリSiガードリング。
18. The semiconductor device according to any one of
(M) provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower-layer floating field plates; A second electrode potential poly-Si guard ring made of a silicon film.
19.前記項13から18のいずれか一つの半導体装置において、更に以下を含む:
(n)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記メタル第1電極と同層のメタル膜から構成されている第2電極電位メタルガードリング。
19. The semiconductor device according to any one of
(N) The metal first electrode provided on the first main surface and from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower floating field plates. And a second electrode potential metal guard ring composed of the same metal layer.
20.前記項13から19のいずれか一つの半導体装置において、前記接合終端領域における前記スーパジャンクション構造は、2次元構造である。
20. 20. In the semiconductor device according to any one of
21.前記項13から19のいずれか一つの半導体装置において、前記接合終端領域における前記スーパジャンクション構造は、3次元構造である。
21. 20. In the semiconductor device according to any one of
22.前記項13から21のいずれか一つの半導体装置において、更に以下を含む:
(p)前記ドリフト領域の表面に、前記主接合領域の外端に連結して、それを囲むように設けられた前記第2導電型の表面リサーフ領域。
22. The semiconductor device according to any one of
(P) A surface resurf region of the second conductivity type provided on the surface of the drift region so as to be connected to and surround the outer end of the main junction region.
23.前記項13から22のいずれか一つの半導体装置において、更に以下を含む:
(q)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の隣接する一対の間に設けられ、前記接合終端領域において前記スーパジャンクション構造を構成する前記第2導電型を有するカラム領域に電気的に接続された環状のメタル中間フィールドプレート、
ここで、このメタル中間フィールドプレートは、前記メタル第1電極と同層のメタル膜から構成されている。
23. The semiconductor device according to any one of
(Q) The second conductivity type provided on the first main surface and between the adjacent pair of the plurality of lower floating field plates, and constituting the super junction structure in the junction termination region. An annular metal intermediate field plate, electrically connected to the column region having
Here, the metal intermediate field plate is composed of a metal film in the same layer as the metal first electrode.
〔本願における記載形式、基本的用語、用法の説明〕
1.本願において、実施の態様の記載は、必要に応じて、便宜上複数のパートおよびセクションに分けて記載する場合もあるが、特にそうでない旨明示した場合を除き、これらは相互に独立別個のものではなく、単一の例の各部分、一方が他方の一部詳細または一部または全部の変形例等である。また、原則として、同様の部分は繰り返しを省略する。また、実施の態様における各構成要素は、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、必須のものではない。
[Description format, basic terms, usage in this application]
1. In the present application, the description of the embodiment may be divided into a plurality of parts and sections for convenience, if necessary. However, unless otherwise specified, they are not independent from each other. Rather, each part of a single example, one of which is a partial detail of the other or a part or all of a modification. Moreover, as a general rule, the same part is not repeated. In addition, each component in the embodiment is not indispensable unless specifically stated otherwise, unless it is theoretically limited to the number, and obviously not in context.
更に、本願において、「半導体装置」というときは、主に、各種トランジスタ(能動素子)単体、またはそれらを中心に、抵抗、コンデンサ等を半導体チップ等(たとえば単結晶シリコン基板)上に集積したものをいう。ここで、各種トランジスタの代表的なものとしては、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)に代表されるMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を例示することができる。このとき、各種単体トランジスタの代表的なものとしては、パワーMOSFETやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を例示することができる。 Further, in the present application, the term “semiconductor device” mainly refers to various transistors (active elements) alone, or a device in which resistors, capacitors, etc. are integrated on a semiconductor chip or the like (for example, a single crystal silicon substrate). Say. Here, as a representative of various transistors, a MISFET (Metal Insulator Semiconductor Effect Transistor) typified by a MOSFET (Metal Oxide Field Effect Transistor) can be exemplified. At this time, typical examples of various single transistors include power MOSFETs and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors).
なお、本願において、「半導体能動素子」とは、トランジスタ、ダイオード等を指す。 In the present application, “semiconductor active element” refers to a transistor, a diode, or the like.
一般に、数ワット以上の電力を扱える大電力用途の半導体素子をパワー半導体素子またはパワー系半導体装置という。本願で主に扱うパワーMOSFETは、パワー系半導体装置に属し、縦型(Vertical)パワーMOSFETと横型(Lateral)パワーMOSFETに大別される。一般的には、チップの表面にソース電極およびドレイン電極があるものが、横型パワーMOSFETであり、チップの表面にソース電極があり、裏面にドレイン電極があるものが、縦型パワーMOSFETである。 In general, a semiconductor element for high power that can handle electric power of several watts or more is called a power semiconductor element or a power semiconductor device. The power MOSFET mainly handled in the present application belongs to a power semiconductor device, and is roughly classified into a vertical power MOSFET and a lateral power MOSFET. In general, a device having a source electrode and a drain electrode on the surface of the chip is a lateral power MOSFET, and a device having a source electrode on the surface of the chip and a drain electrode on the back surface is a vertical power MOSFET.
この縦型パワーMOSFETは、更に、プレーナ型パワーMOSFET、トレンチ型パワーMOSFET等に分類される。以下の実施の形態では、主にプレーナ型パワーMOSFETを例に取り具体的に説明するが、本願で説明する接合終端構造は、トレンチ型パワーMOSFETにも同様に適用できることは言うまでもない。 This vertical power MOSFET is further classified into a planar power MOSFET, a trench power MOSFET, and the like. In the following embodiments, a specific description will be given mainly using a planar type power MOSFET as an example, but it goes without saying that the junction termination structure described in the present application can be similarly applied to a trench type power MOSFET.
2.同様に実施の態様等の記載において、材料、組成等について、「AからなるX」等といっても、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかに、そうでない場合を除き、A以外の要素を主要な構成要素のひとつとするものを排除するものではない。たとえば、成分についていえば、「Aを主要な成分として含むX」等の意味である。たとえば、「シリコン部材」、「シリコン系部材」等というときは、純粋なシリコンに限定されるものではなく、SiGe合金やその他シリコンを主要な成分とする多元合金、その他の添加物等を含む部材も含むものであることはいうまでもない。 2. Similarly, in the description of the embodiment and the like, the material, composition, etc. may be referred to as “X consisting of A”, etc., except when clearly stated otherwise and clearly from the context, except for A It does not exclude what makes an element one of the main components. For example, as for the component, it means “X containing A as a main component”. For example, “silicon member”, “silicon-based member” and the like are not limited to pure silicon, but include SiGe alloys, other multi-component alloys containing silicon as a main component, and other additives. Needless to say, it is also included.
同様に、「酸化シリコン膜」、「酸化シリコン系絶縁膜」等と言っても、比較的純粋な非ドープ酸化シリコン(Undoped Silicon Dioxide)だけでなく、その他の酸化シリコンを主要な成分とする絶縁膜を含む。たとえば、TEOSベース酸化シリコン(TEOS−based silicon oxide)、PSG(Phosphorus Silicate Glass)、BPSG(Borophosphosilicate Glass)等の不純物をドープした酸化シリコン系絶縁膜も酸化シリコン膜である。また、熱酸化膜、CVD酸化膜のほか、SOG(Spin On Glass)、ナノクラスタリングシリカ(NSC:Nano−Clustering Silica)等の塗布系膜も酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。そのほか、FSG(Fluorosilicate Glass)、SiOC(Silicon Oxicarbide)またはカーボンドープ酸化シリコン(Carbon−doped Silicon oxide)またはOSG(Organosilicate Glass)等のLow−k絶縁膜も同様に、酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。更に、これらと同様な部材に空孔を導入したシリカ系Low−k絶縁膜(ポーラス系絶縁膜、「ポーラスまたは多孔質」というときは、分子性多孔質を含む)も酸化シリコン膜または酸化シリコン系絶縁膜である。 Similarly, “silicon oxide film”, “silicon oxide insulating film” and the like are not only relatively pure undoped silicon oxide but also other silicon oxide as main components. Including membrane. For example, a silicon oxide insulating film doped with impurities such as TEOS-based silicon oxide (TEOS-based silicon oxide), PSG (phosphorus silicon glass), BPSG (borophosphosilicate glass) is also a silicon oxide film. In addition to a thermal oxide film and a CVD oxide film, a coating system film such as SOG (Spin On Glass) or nano-clustering silica (NSC) is also a silicon oxide film or a silicon oxide insulating film. In addition, a low-k insulating film such as FSG (Fluorosilicate Glass), SiOC (Silicon Oxide silicide), carbon-doped silicon oxide (OSD), or OSG (Organosilicate Glass) is similarly used. It is a membrane. Further, a silica-based Low-k insulating film (porous insulating film, including “porous” or “porous”) including a hole in a member similar to these is also a silicon oxide film or silicon oxide. It is a system insulating film.
また、酸化シリコン系絶縁膜と並んで、半導体分野で常用されているシリコン系絶縁膜としては、窒化シリコン系絶縁膜がある。この系統の属する材料としては、SiN,SiCN,SiNH,SiCNH等がある。ここで、「窒化シリコン」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiNおよびSiNHの両方を含む。同様に、「SiCN」というときは、特にそうでない旨明示したときを除き、SiCNおよびSiCNHの両方を含む。 In addition to silicon oxide insulating films, silicon nitride insulating films that are commonly used in the semiconductor field include silicon nitride insulating films. Materials belonging to this system include SiN, SiCN, SiNH, SiCNH, and the like. Here, “silicon nitride” includes both SiN and SiNH unless otherwise specified. Similarly, “SiCN” includes both SiCN and SiCNH, unless otherwise specified.
なお、SiCは、SiNと類似の性質を有するが、SiONは、むしろ、酸化シリコン系絶縁膜に分類すべき場合が多いが、エッチストップ膜とする場合は、SiC,SiN等に近い。 Although SiC has properties similar to SiN, SiON should be classified as a silicon oxide insulating film in many cases, but in the case of an etch stop film, it is close to SiC, SiN, or the like.
窒化シリコン膜は、SAC(Self−Aligned Contact)技術におけるエッチストップ膜、すなわち、CESL(Contact Etch−Stop Layer)として、多用されるほか、SMT(Stress Memorization Technique)における応力付与膜としても使用される。 A silicon nitride film is frequently used as an etch stop film in SAC (Self-Aligned Contact) technology, that is, CESL (Contact Etch-Stop Layer), and also as a stress applying film in SMT (Stress Measurement Technique). .
3.同様に、図形、位置、属性等に関して、好適な例示をするが、特にそうでない旨明示した場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、厳密にそれに限定されるものではないことは言うまでもない。従って、たとえば、「正方形」とは、ほぼ正方形を含み、「直交」とは、ほぼ直交する場合を含み、「一致」とは、ほぼ一致する場合を含む。このことは、「平行」、「直角」についても同じである。従って、たとえば、完全な平行からの10度程度のずれは、ほぼ平行に属する。 3. Similarly, suitable examples of graphics, positions, attributes, and the like are given, but it is needless to say that the present invention is not strictly limited to those cases unless explicitly stated otherwise, and unless otherwise apparent from the context. Therefore, for example, “square” includes a substantially square, “orthogonal” includes a case where the two are substantially orthogonal, and “match” includes a case where the two substantially match. The same applies to “parallel” and “right angle”. Therefore, for example, a deviation of about 10 degrees from perfect parallel belongs to substantially parallel.
また、ある領域について、「全体」、「全般」、「全域」等というときは、「ほぼ全体」、「ほぼ全般」、「ほぼ全域」等の場合を含む。従って、たとえば、ある領域の90%以上は、「ほぼ全体」、「ほぼ全般」、「ほぼ全域」ということができる。このことは、「全周」、「全長」等についても同じである。 In addition, for a certain region, “whole”, “whole”, “whole area” and the like include cases of “substantially whole”, “substantially general”, “substantially whole area” and the like. Therefore, for example, 90% or more of a certain region can be referred to as “substantially the whole”, “substantially general”, and “substantially the entire region”. The same applies to “all circumferences”, “full lengths”, and the like.
更に、有るものの形状について、「矩形」というときは、「ほぼ矩形」を含む。従って、たとえば、矩形と異なる部分の面積が、全体の10%程度いかであれば、ほぼ矩形ということができる。このことは、「環状」等についても同じである。 Further, regarding the shape of a certain object, “rectangular” includes “substantially rectangular”. Therefore, for example, if the area of the portion different from the rectangle is about 10% of the whole, it can be said to be almost rectangular. The same applies to “annular” and the like.
また、周期性についても、「周期的」は、ほぼ周期的を含み、個々の要素について、たとえば、周期のずれが20%程度以内であれば、個々の要素は「ほぼ周期的」ということができる。更に、この範囲から外れるものが、その周期性の対象となる全要素のたとえば20%程度以内であれば、全体として「ほぼ周期的」ということができる。 Also, with regard to periodicity, “periodic” includes almost periodic, and for each element, for example, if the deviation of the period is within about 20%, each element is said to be “almost periodic”. it can. Furthermore, if it is within, for example, about 20% of all elements subject to the periodicity, it can be said that it is “substantially periodic” as a whole.
4.さらに、特定の数値、数量に言及したときも、特にそうでない旨明示した場合、理論的にその数に限定される場合および文脈から明らかにそうでない場合を除き、その特定の数値を超える数値であってもよいし、その特定の数値未満の数値でもよい。 4). In addition, when a specific number or quantity is mentioned, a numerical value exceeding that specific number will be used unless specifically stated otherwise, unless theoretically limited to that number, or unless otherwise clearly indicated by the context. There may be a numerical value less than the specific numerical value.
5.「ウエハ」というときは、通常は半導体装置(半導体集積回路装置、電子装置も同じ)をその上に形成する単結晶シリコンウエハを指すが、エピタキシャルウエハ、SOI基板、LCDガラス基板等の絶縁基板と半導体層等の複合ウエハ等も含むことは言うまでもない。 5. “Wafer” usually refers to a single crystal silicon wafer on which a semiconductor device (same as a semiconductor integrated circuit device and an electronic device) is formed, but an insulating substrate such as an epitaxial wafer, an SOI substrate, an LCD glass substrate, and the like. Needless to say, a composite wafer such as a semiconductor layer is also included.
6.本願に於いて、「主接合領域」とは、Nチャネル型パワーMOSFETについて言えば、P型主接合領域であり、Pボディ領域と直接に又は電気的に接続されたセル領域の外縁部の環状のP型不純物領域である。本願の以下の主要な実施形態(パワーMOSFETの例)に於いては、主接合領域は、セル領域の一部であり、その外縁部である。従って、セル領域は、内部領域のアクティブセル領域、その周りのダミーセル領域、更にその周りの主接合領域等から構成されている。 6). In the present application, the “main junction region” is a P-type main junction region in the case of an N-channel type power MOSFET, and is a ring at the outer edge of a cell region directly or electrically connected to the P body region. This is a P-type impurity region. In the following main embodiments (examples of power MOSFETs) of the present application, the main junction region is a part of the cell region and the outer edge thereof. Therefore, the cell region is composed of an active cell region in the inner region, a dummy cell region around it, and a main junction region around it.
一般にスーパジャンクション構造は、ある導電型の半導体領域に反対導電型の柱状又は板状のカラム領域をチャージバランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。本願において、トレンチフィル方式による「スーパジャンクション構造」に言及するときは、原則として、ある導電型の半導体領域に反対導電型の板状(通常は、平板状であるが屈曲又は屈折していてもよい)の「カラム領域」をチャージバランスが保たれるように、ほぼ等間隔に挿入したものである。実施の形態では、N型半導体層(たとえばドリフト領域)にP型カラムを平行に等間隔を置いて形成されたものについて説明する。また、各部分のP型カラムの厚さWp(たとえば、図11)は、その箇所によって相互に相違しても良いが、トレンチフィル方式で製造する場合は、相互に同一の厚さWp(幅)であることが望ましい。これは、トレンチ幅が異なると、埋め込み特性が各部において、相違することとなるからである。 In general, a super junction structure is formed by inserting columnar or plate-like column regions of opposite conductivity type into a semiconductor region of a certain conductivity type at approximately equal intervals so that charge balance is maintained. In this application, when referring to the “super junction structure” by the trench fill method, in principle, a plate region of an opposite conductivity type is formed in a semiconductor region of a certain conductivity type (usually a plate shape, although it is bent or refracted). The “column area” of (good) is inserted at approximately equal intervals so that the charge balance is maintained. In the embodiment, a case where P-type columns are formed in parallel at equal intervals on an N-type semiconductor layer (for example, a drift region) will be described. Further, the thickness Wp (for example, FIG. 11) of the P-type column in each portion may be different depending on the location, but when manufactured by the trench fill method, the same thickness Wp (width) is mutually used. ) Is desirable. This is because if the trench width is different, the embedding characteristics are different in each part.
なお、本願に於いて、スーパジャンクション構造を有しないドリフト領域を単一導電型ドリフト領域という場合がある。 In the present application, a drift region that does not have a super junction structure may be referred to as a single conductivity type drift region.
スーパジャンクション構造について、「配向」とは、そのスーパジャンクション構造を構成するP型カラムまたはN型カラムをチップの主面に対応して二次元的に見た場合(チップまたはウエハの主面に平行な面において)の長手方向を指す。 With respect to the super junction structure, “orientation” means that the P-type column or N-type column constituting the super junction structure is viewed two-dimensionally corresponding to the main surface of the chip (parallel to the main surface of the chip or wafer). The longitudinal direction).
また、「周辺スーパジャンクション構造」とは、アクティブセル領域の周辺外部の領域、すなわち、接合終端領域(Junction Edge Termination Area)に設けられたスーパジャンクション構造をいう。一方、セル領域に設けられたスーパジャンクション構造を「セル領域スーパジャンクション構造」という。 In addition, the “peripheral super junction structure” refers to a super junction structure provided in a region outside the periphery of the active cell region, that is, a junction termination region (Junction Edge Termination Area). On the other hand, the super junction structure provided in the cell region is referred to as a “cell region super junction structure”.
更に、本願においては、周辺スーパジャンクション領域(接合終端領域)の主要な領域において(コーナ等の一部を除く)、空乏層が延びる自由度が、3のものを「3D(3次元)−Resurf(リサーフ)構造」または、単に「3D構造」という。また、同自由度が、2のものを「2D(3次元)−Resurf(リサーフ)構造」または、単に「2D構造」という。なお、本願に於いては、チップコーナ部に於いては、純粋な2次元構造や3次元構造は現実的ではないので、接合終端領域の主要部(チップコーナ部を除く部分)における構造により、周辺スーパジャンクション構造の次元構造を決定する。 Furthermore, in the present application, in the main region of the peripheral super junction region (junction termination region) (excluding a part such as a corner), the degree of freedom in which the depletion layer extends is “3D (three-dimensional) -Resurf”. (Resurf) structure "or simply" 3D structure ". Also, those having the same degree of freedom are called “2D (three-dimensional) -Resurf (resurf) structure” or simply “2D structure”. In the present application, since a pure two-dimensional structure or a three-dimensional structure is not realistic in the chip corner portion, depending on the structure in the main portion (portion excluding the chip corner portion) of the junction termination region, Determine the dimensional structure of the peripheral super junction structure.
本願において、リサーフ(Resurf:Reduced Surface Field )構造に関して、表面リサーフ領域(具体的には「P−型リサーフ領域」)または「ジャンクションターミネーションエクステンション(Junction Termination Extension)」とは、以下をいう。すなわち、ドリフト領域の表面領域に形成され、チャネル領域を構成するP型ボディ領域(P型ウエル領域)の端部に連結した同一導電型でそれよりも不純物濃度の低い領域(主接合に逆方向電圧が印加されたときに完全空乏化する程度の濃度である)である。通常、セル部を取り巻くようにリング状に形成される。 In the present application, the surface resurf region (specifically, “P-type resurf region”) or “junction termination extension” refers to the following regarding the RESURF (Reduced Surface Field) structure. That is, a region of the same conductivity type formed in the surface region of the drift region and connected to the end of the P-type body region (P-type well region) constituting the channel region and having a lower impurity concentration (reverse direction to the main junction) The concentration is such that it is completely depleted when a voltage is applied). Usually, it is formed in a ring shape so as to surround the cell portion.
また、本願に於いて、「フローティングフィールドプレート」は、「固定電位に接続されたフィールドプレート」(すなわち、固定電位フィールドプレート)および「半導体基板中の不純物領域と接続されたフィールドプレート」と対立する概念であり、他のいずれの領域にも電気的に接続されていないフィールドプレートがこれに対応する。従って、特に固定電位に接続されていないPカラム領域に電気的に接続されたフィールドプレートは、フローティングフィールドプレートではない。 In the present application, the “floating field plate” is opposed to “a field plate connected to a fixed potential” (that is, a fixed potential field plate) and “a field plate connected to an impurity region in a semiconductor substrate”. A field plate that is a concept and is not electrically connected to any other region corresponds to this. Therefore, a field plate that is electrically connected to a P column region that is not particularly connected to a fixed potential is not a floating field plate.
また、ソース電位のフィールドプレート(Field Plate)とは、ソース電位又はそれと等価な電位に接続された導電体膜パターンであって、絶縁膜を介してドリフト領域の表面(デバイス面)の上方に延在し、セル部を取り巻く部分を言う。 The source potential field plate is a conductor film pattern connected to the source potential or an equivalent potential, and extends above the surface (device surface) of the drift region via the insulating film. The part that surrounds the cell part.
一方、チップ周辺領域におけるガードリングとは、ほぼリング状のフィールドプレートであって、その下の半導体基板(例えば、ドレイン電位)に電気的に接続された物を言う。なお、本願に於いて、「リング状(環状)」とは、通常、クローズドループ(このループの形状は、後に説明する一定の条件を満たす限り、ほぼ矩形環でも、ほぼ円環、または、ほぼ楕円環でもよい)を成すものを言うが、厳密に閉じている必要はなく、外形的に閉じていれば良い。すなわち、相互に分離した導体のリング状配列であっても良い。なお、言うまでもないことであるが、クローズドループの方が、耐圧特性の面から好適である。また、フィールドプレート等の環状物について、「同心」または「同心環状」とは、比較する二つの環状物のそれぞれについて、環に沿う中心線が構成する線環(線から構成された環)を考えたとき、以下のいずれかが成立することを言う。すなわち、両線環が、一致するか、または、一方が、他方に内包されるかである。 On the other hand, the guard ring in the chip peripheral region refers to a substantially ring-shaped field plate that is electrically connected to a semiconductor substrate (for example, drain potential) therebelow. In the present application, the term “ring-shaped (annular)” usually means a closed loop (the shape of this loop is almost rectangular, almost circular, or almost as long as certain conditions described later are satisfied). (It may be an elliptical ring), but it does not have to be strictly closed, but only needs to be closed externally. That is, it may be a ring arrangement of conductors separated from each other. Needless to say, the closed loop is preferable from the viewpoint of the withstand voltage characteristic. In addition, with regard to an annular object such as a field plate, “concentric” or “concentric annular” means a line ring (ring composed of lines) formed by a center line along the ring for each of the two annular objects to be compared. When thinking, it means that either of the following holds. That is, both line rings coincide, or one is included in the other.
また、本願に於いて、「矩形」または「矩形形状」とは、ほぼ正方形又は長方形の形状を指すが、全体の面積に比して比較的小さな面積を有する凹凸を有しても良いし、ラウンド、面取り処理等がされていても良い。なお、矩形について「配向が同じ」とは、対応する平面図形としての回転対称軸の少なくとも一つが、ほぼ同じであることを指す。言い換えれば、対応する辺同士がほぼ平行であることを言う。 In the present application, the term “rectangular” or “rectangular shape” refers to a substantially square or rectangular shape, but may have irregularities having a relatively small area compared to the entire area. Round, chamfering processing, and the like may be performed. Note that “the same orientation” for a rectangle means that at least one of rotational symmetry axes as a corresponding plane figure is substantially the same. In other words, the corresponding sides are almost parallel.
更に、フローティングフィールドリング(Floating Field Ring)またはフィールドリミッティングリング(Field Limiting Ring)とは、以下の場合をいう。すなわち、ドリフト領域の表面(デバイス面)にP型ボディ領域(P型ウエル領域)とは分離して設けられ、それと同一導電形を有するとともに類似した濃度(主接合に逆方向電圧が印加されたときに完全空乏化しない程度の濃度である)を有し、リング状にセル部を1重又は多重に取り巻く不純物領域または不純物領域群を言う。 Furthermore, a floating field ring or a field limiting ring refers to the following cases. In other words, the surface of the drift region (device surface) is provided separately from the P-type body region (P-type well region), and has the same conductivity type and similar concentration (reverse voltage is applied to the main junction). An impurity region or a group of impurity regions having a concentration that does not sometimes completely deplete) and surrounding a cell portion in a single or multiple ring shape.
また、本願において「ローカルチャージバランスを保つ」とは、たとえばチップ主面を平面的に見たとき、カラムの厚さ(Wp,Wn)程度の距離の範囲において、チャージバランスが取れていることをいう。 Further, in this application, “maintaining local charge balance” means that, for example, when the chip main surface is viewed in plan, charge balance is achieved in a range of distance of about the column thickness (Wp, Wn). Say.
なお、本願に於いて、「耐圧」、「耐圧特性」というときは、特にそうでない旨、断らない限り、パワーMOSFETに関しては、ソースドレイン耐圧であり、ダイオードに関しては、アノードカソード間耐圧である。 In the present application, the terms “breakdown voltage” and “breakdown voltage characteristic” are the source-drain breakdown voltage for the power MOSFET and the anode-cathode breakdown voltage for the diode unless otherwise specified.
〔実施の形態の詳細〕
実施の形態について更に詳述する。各図中において、同一または同様の部分は同一または類似の記号または参照番号で示し、説明は原則として繰り返さない。
[Details of the embodiment]
The embodiment will be further described in detail. In the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar symbols or reference numerals, and description thereof will not be repeated in principle.
また、添付図面においては、却って、煩雑になる場合または空隙との区別が明確である場合には、断面であってもハッチング等を省略する場合がある。これに関連して、説明等から明らかである場合等には、平面的に閉じた孔であっても、背景の輪郭線を省略する場合がある。更に、断面でなくとも、空隙でないことを明示するために、ハッチングを付すことがある。 In the accompanying drawings, hatching or the like may be omitted even in a cross section when it becomes complicated or when the distinction from the gap is clear. In relation to this, when it is clear from the description etc., the contour line of the background may be omitted even if the hole is planarly closed. Furthermore, even if it is not a cross section, it may be hatched to clearly indicate that it is not a void.
なお、二者択一の場合の呼称に関して、一方を「第1」等として、他方を「第2」等と呼ぶ場合に於いて、代表的な実施の形態に沿って、対応付けして例示する場合があるが、たとえば「第1」といっても、例示した当該選択肢に限定されるものではないことは言うまでもない。 In addition, regarding the designation in the case of the alternative, when one is referred to as “first” or the like and the other is referred to as “second” or the like, it is exemplified in association with the representative embodiment. Of course, for example, “first” is not limited to the illustrated option.
なお、スーパジャンクションを有するパワーMOSFETに於いて、フローティングフィールドプレートについて開示した先行特許出願としては、たとえば、以下のものがある。すなわち、日本特願第2010−292118号(日本出願日2010年12月28日)、日本特願第2010−292117号(日本出願日2010年12月28日)、日本特願第2010−292119号(日本出願日2010年12月28日)等である。 In addition, in the power MOSFET having a super junction, examples of the prior patent application disclosing the floating field plate include the following. Specifically, Japanese Patent Application No. 2010-292118 (Japan application date December 28, 2010), Japanese Patent Application No. 2010-292117 (Japan application date December 28, 2010), Japanese Patent Application No. 2010-292119. (Japan filing date December 28, 2010).
1.本願の一実施の形態の半導体装置である縦型パワーMOSFETのデバイス構造等の説明(主に図1から図7)
以下では、主に、半導体基板に溝を掘って、基板(Pボディ領域等)とのコンタクトを取るデバイス構造(「基板コンタクト溝」という)を例に取り具体的に説明するが、基板コンタクト溝を用いないもの(たとえば、図40参照)にも適用できることは言うまでもない。
1. Description of device structure and the like of vertical power MOSFET which is a semiconductor device according to an embodiment of the present application (mainly FIGS. 1 to 7)
In the following, a specific description will be given mainly using a device structure (referred to as a “substrate contact groove”) that makes contact with a substrate (such as a P body region) by digging a groove in a semiconductor substrate. Needless to say, the present invention can also be applied to a device that does not use (for example, see FIG. 40).
また、以下では、一例として、主にアクティブセル領域に、MOSFET単位セルが繰り返し配列されたもの(単純アクティブセル)を例にとり、具体的に説明するが、MOSFETセルとダイオードセルを取り混ぜて配列したもの(混合アクティブセル)でも良いことは言うまでもない。本願で、セル領域またはアクティブセル領域というときは、パワーMOSFET等(パワーダイオード、IGBT等を含む)の単純アクティブセルおよび混合アクティブセルの両方を含む。 Further, in the following, as an example, an example in which MOSFET unit cells are repeatedly arranged in the active cell region (simple active cell) will be specifically described as an example. However, MOSFET cells and diode cells are mixed and arranged. Needless to say, a mixed cell (mixed active cell) may be used. In this application, a cell region or an active cell region includes both simple active cells such as power MOSFETs (including power diodes, IGBTs, etc.) and mixed active cells.
この例では、シリコン系半導体基板に作られたプレーナ型パワーMOSFETであって、ソースドレイン耐圧600ボルト程度のものに例をとり具体的に説明する(プレーナ型パワーMOSFETについては、以下のセクションでも同じ)が、その他の耐圧値を有するパワーMOSFETその他のデバイスにも適用できることは言うまでもない。 In this example, a planar power MOSFET manufactured on a silicon-based semiconductor substrate and having a source-drain breakdown voltage of about 600 volts will be described in detail. (The planar power MOSFET is the same in the following sections. However, it is needless to say that it can also be applied to power MOSFETs and other devices having other breakdown voltage values.
なお、以下の各図に於いて、Pカラム領域の数は、図によって異なっているが、これは、作図上の都合による。すなわち、実際には、1ミリメートルの間に、100本程度であり、チップ全体図またはチップサイズの十分の一レベルの図面に於いては、視認不可能な程度に微細だからである。 In the following figures, the number of P column regions differs depending on the figure, but this is due to drawing convenience. In other words, in reality, there are about 100 chips in 1 millimeter, which is so fine as to be invisible in the overall chip diagram or a drawing of a level that is one-tenth of the chip size.
図1は本願の一実施の形態の半導体装置である縦型パワーMOSFETのデバイス構造等を説明するためのチップ上面全体図である。図2は図1のチップ内の不純物ドープ構造等を説明するためのチップ全体平面構造図である。図3は図1のチップの接合終端構造を模式的に表したチップ全体平面構造図である。図4は図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図である。図5は図1のセル部切出領域R3のB−B’断面に対応するアクティブセル部断面図である。図6は図1のセル部内部およびチップ周辺部切出領域R4のA−A’ 断面(図4のC−C’断面にもほぼ対応)に対応するセル部内部からチップ端部にかけてのチップ断面図である。図7は図6のチップ周辺部切出領域R2の拡大チップ断面図である。これらに基づいて、本願の一実施の形態の半導体装置である縦型パワーMOSFETのデバイス構造等を説明する。 FIG. 1 is an overall view of a chip upper surface for explaining a device structure and the like of a vertical power MOSFET which is a semiconductor device according to an embodiment of the present application. FIG. 2 is an overall plan view of the chip for explaining the impurity doping structure and the like in the chip of FIG. FIG. 3 is a plan view of the entire chip schematically showing the junction termination structure of the chip of FIG. FIG. 4 is an enlarged plan view of the chip corner section cutting region R1 of FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to the B-B ′ cross section of the cell portion cutout region R <b> 3 of FIG. 1. FIG. 6 shows a chip extending from the inside of the cell portion to the end portion of the chip corresponding to the inside of the cell portion of FIG. 1 and the AA ′ cross section (substantially corresponding to the CC ′ cross section of FIG. 4). It is sectional drawing. FIG. 7 is an enlarged chip cross-sectional view of the chip peripheral area R2 of FIG. Based on these drawings, a device structure of a vertical power MOSFET which is a semiconductor device according to an embodiment of the present application will be described.
まず、チップ(通常、数ミリメートル角)の上面の具体的なレイアウトの一例を説明する。図1に示すように、正方形又は長方形(矩形)の板状のシリコン系半導体基板上に素子を形成したパワーMOSFET素子チップ2は、中央部にあるメタルソース電極5(たとえばアルミニウム系電極)が主要な面積を占めている。メタルソース電極5の下方には、セル領域4が設けられており、その外端部は、P型主接合領域6(Pボディ領域の外縁部)となっている。リング状(環状)のP型主接合領域6の内側は、セル領域4のアクティブセル領域4aとなっている。
First, an example of a specific layout of the upper surface of a chip (usually several millimeters square) will be described. As shown in FIG. 1, a power
更にリング状(環状)のP型主接合領域6の周りには、アルミニウム系メタルガードリング3が設けられており、アルミニウム系メタルガードリング3とメタルソース電極5の間には、ポリシリコンゲート電極を外部に取り出すためのメタルゲート電極7およびメタルゲート配線7wが設けられている。また、この例では、メタルソース電極5の最外部は、P型主接合領域6の外端部を全周に亘り、これを超えてカバーするソース電位のメタルフィールドプレート62となっている。
Further, an aluminum-based
次に、チップ2の平面的な拡散構造、デバイスレイアウトを説明する。図2に示すように、チップ2の中央部には、セル領域4(この下部には、セル領域スーパジャンクション構造14がある)が設けられており、その内部には、多数の線状ポリシリコンゲート電極15が設けられている。更に、先に説明したように、セル領域4の外縁部はリング状P型主接合領域6である。
Next, the planar diffusion structure and device layout of the
次に、セル領域スーパジャンクション構造14の周辺(接合終端領域80)のスーパジャンクション構造、すなわち、周辺スーパジャンクション構造9について説明する(この例では、いずれの構造も、ドリフト領域11、すなわち、N型ドリフト領域11nに設けられたPカラム領域12pから構成されている)。
Next, the superjunction structure around the cell region superjunction structure 14 (junction termination region 80), that is, the
周辺サイド領域16b、16dには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14の周期性の延長として、これと配向が同じ周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。一方、周辺サイド領域16a、16cには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14と連結せず、それと直交する配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。なお、このカラムレイアウトでは、各周辺コーナ領域17a,17b,17c,17dは、それらの左又は右の周辺サイド領域16a、16cの周辺スーパジャンクション構造9と連結し同一の配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。
The
次に、チップ全体における各種の接合終端構造とセル領域4の関係を明確にするために、模式的なチップ全体上面図を図3に示す。なお、この図では、セル領域4を実際よりも小さく表すことで、接合終端構造の詳細を明確にしている。また、わかりやすくするために、フィールドプレート等の本数を他の図(例えば、図4)よりも少なく表示している。図3に示すように、チップ2の中央部には、セル領域4があり、その外縁部は、環状のP型主接合領域6となっており、チップ2の周辺部のチップ端部近傍には、いずれも環状のメタルガードリング3、ポリSiガードリング63(ともに、ドレイン電位)等のガードリング3(63)が設けられている。
Next, in order to clarify the relationship between various junction termination structures and the
セル領域4とガードリング3(63)の間の接合終端領域80の間には、相互に分離し、同心環状を有する複数の下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)が設けられている。これらの下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)は、この例では、たとえば、第1層ポリシリコン膜から構成されている。下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)を他の層で形成することも可能であるが、第1層ポリシリコン膜とすることで、ゲート電極と共通にすることができるメリットがある。また、下地絶縁膜の厚さの制御が比較的簡単であるというメリットもある。
Between the
隣接する下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)の間には、これらと同心であって環状の上層フローティングフィールドプレート60が設けられている。この上層フローティングフィールドプレート60は、この例では、たとえば、第1層ポリシリコン膜よりも上層の第2層ポリシリコン膜から構成されており、隣接する両方の下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)に、その全周(内周および外周)に亘り、平面的にオーバラップしている。上層フローティングフィールドプレート60は、他の層で形成することも可能であるが、第2層ポリシリコン膜から構成すると、比較的自然に、下地絶縁膜厚を下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)の下地絶縁膜厚よりも厚くできるメリットが在る。すなわち、下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)と上層フローティングフィールドプレート60とで、多段のフィールドプレートと同様の電界緩和効果を得ることができる。
Between the adjacent lower floating field plates 30 (30a, 30e), an annular upper floating
これらの下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)の内、最も内側の内端下層フローティングフィールドプレート30aとセル領域4(またはP型主接合領域6)の間には、この例では、たとえば、ソース電位のメタルフィールドプレート62、ソース電位のポリSiフィールドプレート64等の固定電位フィールドプレート62(64)が設けられている。これらの固定電位フィールドプレート62(64)は、この例では、セル領域4の全周に亘り、オーバラップしており、内端下層フローティングフィールドプレート30aの少なくとも内周とその全周に亘りオーバラップしている。ここで、この例では、ソース電位のポリSiフィールドプレート64は、たとえば、上層フローティングフィールドプレート60と同層の第2層ポリシリコン膜から構成されており、メタルフィールドプレート62は、たとえば、メタルソース電極5と同層のメタル膜から構成されている。これらの固定電位フィールドプレート62(64)は、もちろん、必須ではないが、配置することで、P型主接合領域6の近傍での電界集中を更に有効に緩和することができる。また、ポリSiフィールドプレート64は、メタル層とすることも可能であるが、ポリシリコン層とすることで、上層フローティングフィールドプレート60と同層の第2層ポリシリコン膜を活用することができる。同様に、メタルフィールドプレート62は、ポリシリコン層や他のメタル層とすることも可能であるが、メタル層とすることで、メタルソース電極5と同層のメタル膜を活用することができる。
Among these lower layer floating field plates 30 (30a, 30e), between the innermost lower layer floating
一方、下層フローティングフィールドプレート30(30a,30e)の内、最も外側の外端下層フローティングフィールドプレート30eとチップ2の端部の間には、この例では、たとえば、ドレイン電位のメタルガードリング3、ドレイン電位のポリSiガードリング63等のガードリング3(63)が設けられている。これらの固定電位ガードリング3(63)は、この例では、外端下層フローティングフィールドプレート30eの少なくとも外周とその全周に亘りオーバラップしている。ここで、この例では、ドレイン電位のポリSiガードリング63は、たとえば、上層フローティングフィールドプレート60と同層の第2層ポリシリコン膜から構成されており、ドレイン電位のメタルガードリング3は、たとえば、メタルソース電極5と同層のメタル膜から構成されている。これらのガードリング3(63)は、もちろん、必須ではないが、配置することで、チップ周辺近傍における電界集中を更に有効に緩和することができる。また、ポリSiガードリング63メタル層とすることも可能であるが、ポリシリコン層とすることで、上層フローティングフィールドプレート60と同層の第2層ポリシリコン膜を活用することができる。同様に、メタルガードリング3は、ポリシリコン層や他のメタル層とすることも可能であるが、メタル層とすることで、メタルソース電極5と同層のメタル膜を活用することができる。
On the other hand, in the lower floating field plate 30 (30a, 30e), between the outermost lower end floating
次に、図1および図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図を図4に示す。図4に示すように、スーパジャンクション構造9,14は、先に説明したように、ほぼ周期的に並んだPカラム領域12p(P型ドリフト領域11p)とその間のN型ドリフト領域11n(Nカラム領域12n)から構成されている。接合終端領域80における周辺スーパジャンクション構造9は、2次元構造であり、この例におけるフィールドプレート等の構造は、比較的直角屈曲レイアウトとなっている。セル領域4には、セル領域スーパジャンクション構造14が設けられており、セル領域4の外縁部から、その外部に亘り、ソース電位のメタルフィールドプレート62およびソース電位のポリSiフィールドプレート64が設けられている。ソース電位のメタルフィールドプレート62およびソース電位のポリSiフィールドプレート64と、一部がオーバラップするように、その外側に、下層フローティングフィールドプレート30aが設けられている。下層フローティングフィールドプレート30aの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、上層フローティングフィールドプレート60aが設けられている。上層フローティングフィールドプレート60aの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、下層フローティングフィールドプレート30bが設けられている。下層フローティングフィールドプレート30bの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、上層フローティングフィールドプレート60bが設けられている。上層フローティングフィールドプレート60bの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、下層フローティングフィールドプレート30cが設けられている。下層フローティングフィールドプレート30cの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、上層フローティングフィールドプレート60cが設けられている。上層フローティングフィールドプレート60cの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、下層フローティングフィールドプレート30dが設けられている。下層フローティングフィールドプレート30dの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、上層フローティングフィールドプレート60dが設けられている。上層フローティングフィールドプレート60dの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、下層フローティングフィールドプレート30eが設けられている。下層フローティングフィールドプレート30eの外側には、これと平面的に一部オーバラップするように、ドレイン電位のメタルガードリング3およびドレイン電位のポリSiガードリング63が設けられている。この例に於いては、メタルガードリング3は、ポリSiガードリング63を、平面的に内包している。
Next, FIG. 4 shows an enlarged plan view of the chip corner portion cutting region R1 of FIGS. As shown in FIG. 4, as described above, the
次に、図1のセル部切出領域R3のB−B’断面を図5に示す。図5に示すように、チップ2の裏面1bのN+ドレイン領域25(N型単結晶シリコン基板)の表面には、メタル裏面ドレイン電極24が設けられており、N+ドレイン領域25の上方は、ドリフト領域11となっている。このドリフト領域11は、Nカラム12n(N型ドリフト領域11n)、Pカラム12p(P型ドリフト領域11p)から構成されている。なお、製法的に言うと、Nカラム12nは、たとえばN型エピタキシャル領域10nから構成されており、Pカラム12pは、P型エピタキシャル領域10pから構成されている。ドリフト領域11の表面領域には、Pボディ領域6が設けられており、Pボディ領域6内には、N+ソース領域26、P+ボディコンタクト領域23等が設けられている。一対のN+ソース領域26間の半導体表面には、ゲート絶縁膜27を介して、ポリシリコンゲート電極15(第1層ポリシリコン層)が設けられており、このポリシリコンゲート電極15上には、層間絶縁膜29が設けられている。この層間絶縁膜29上には、メタルソース電極5等のアルミニウム系電極膜が形成されており、基板コンタクト溝39を介して、N+ドレイン領域25およびP+ボディコンタクト領域23と電気的に接続されている。
Next, FIG. 5 shows a B-B ′ cross section of the cell part cutout region R <b> 3 in FIG. 1. As shown in FIG. 5, a metal back
次に、図1のセル部内部およびチップ周辺部切出領域R4のA−A’断面を図6に示す。なお、この断面は、図4のC−C’断面にもほぼ対応している。図6に示すように、アクティブセル領域4a(実際のMOSFETが形成されている領域)、ダミーセル領域4d(ダミーMOSFETが形成されている領域)等を含むセル領域4におけるドリフト領域11の表面1a側には、ポリシリコンゲート電極15の下を除き、ほぼ全体にPボディ領域が形成されており、その外縁部は、P型主接合領域6となっている。
Next, FIG. 6 shows an A-A ′ cross section of the inside of the cell portion and the chip peripheral portion cutting region R <b> 4 in FIG. 1. This section substantially corresponds to the section C-C 'in FIG. As shown in FIG. 6, the
半導体基板2の表面1a上であって、アクティブセル領域4aおよびその周辺には、メタルソース電極5が設けられており、その右側には、ポリシリコンゲート配線15w(第1層ポリシリコン層)とメタルゲート配線−ポリシリコンゲート配線接続部74を介して接続されたメタルゲート配線7wが設けられている。メタルゲート配線7wの右側の上層層間絶縁膜69上には、P型主接合領域6と基板コンタクト溝39および、この部分のP+ボディコンタクト領域23を介して接続されたソース電位のメタルフィールドプレート62が設けられ、接合終端領域80の一部に及んでいる。
A
半導体基板2の表面1a上であって、半導体チップ2の端部近傍の上層層間絶縁膜69上には、メタルガードリング3が形成されており、N+チャンネルストップ領域31およびP+チップ周辺コンタクト領域32と電気的に接続されている。なお、以下のことは必須ではないが、この例に於いては、N+チャンネルストップ領域31は、N+ソース領域26と同時に作られており、P+チップ周辺コンタクト領域32は、P+ボディコンタクト領域23と同時に作られている。
A
半導体基板2の表面1a上であって、接合終端領域80におけるフィールド絶縁膜34上には、例えば、一定の間隔を於いて、複数の第1層ポリシリコン層から構成された下層フローティングフィールドプレート30が設けられている。これらの複数の下層フローティングフィールドプレート30の隣接する各対の間には、それらの間を覆うように、第2層ポリシリコン層から構成された上層フローティングフィールドプレート60が設けられている。P型主接合領域6の外端部と複数の下層フローティングフィールドプレート30の内の最もセル領域4に近いもの、すなわち、内端下層フローティングフィールドプレート30a(30)との間であって、下層層間絶縁膜29上には、それらの間を覆うように、第2層ポリシリコン層から構成されたソース電位のポリSiフィールドプレート64が設けられている。
On the
P+チップ周辺コンタクト領域32と複数の下層フローティングフィールドプレート30の内の最もセル領域4に近いもの、すなわち、外端下層フローティングフィールドプレート30e(30)との間であって、下層層間絶縁膜29上には、それらの間を覆うように、第2層ポリシリコン層から構成されたドレイン電位のポリSiガードリング63が設けられている。
Between the P + chip
次に、図6のチップ周辺部切出領域R2の拡大断面図を図7に示す。図7に示すように、半導体基板2の表面1a上であって、接合終端領域80におけるフィールド絶縁膜34上には、例えば、一定の間隔を於いて、複数の第1層ポリシリコン層から構成された下層フローティングフィールドプレート30a,30b,30c,30d,30eが設けられている。これらの複数の下層フローティングフィールドプレート30a,30b,30c,30d,30eの隣接する各対の間には、それらの間を覆うように、第2層ポリシリコン層から構成された上層フローティングフィールドプレート60a,60b,60c,60dが設けられている。P型主接合領域6の外端部と複数の下層フローティングフィールドプレート30a,30b,30c,30d,30eの内の最もセル領域4に近いもの、すなわち、内端下層フローティングフィールドプレート30aとの間であって、下層層間絶縁膜29上には、それらの間を覆うように、第2層ポリシリコン層から構成されたソース電位のポリSiフィールドプレート64が設けられている。このような構造から明らかなように、上層フローティングフィールドプレート60a,60b,60c,60dの下地絶縁膜の厚さは、下層フローティングフィールドプレート30a,30b,30c,30d,30eの下地絶縁膜の厚さよりも厚くなっている。このことにより、隣接する上層フローティングフィールドプレートと下層フローティングフィールドプレートで、多段のフィールドプレート(下地絶縁膜の厚さの異なる)を構成しており、有効に電界強度の緩和に寄与している。
Next, FIG. 7 shows an enlarged cross-sectional view of the chip peripheral portion cutting region R2 of FIG. As shown in FIG. 7, on the
更に、ポリSiフィールドプレート64と複数の上層フローティングフィールドプレート60a,60b,60c,60dの内のP型主接合領域6の外端部に最も近いもの、すなわち、内端上層フローティングフィールドプレート60aの間には、少なくとも、それらの間を覆うように、ソース電位のメタルフィールドプレート62が設けられている。また、同様に、ドレイン電位のポリSiガードリング63と複数の上層フローティングフィールドプレート60a,60b,60c,60dの内のP型主接合領域6の外端部に最も近いもの、すなわち、外端上層フローティングフィールドプレート60dの間には、少なくとも、それらの間を覆うように、メタルガードリング3(ドレイン電位)が設けられている。
Further, the one closest to the outer end of the P-type
2.本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例の説明(主に図8から図29)
以下では、前記一実施の形態の半導体装置構造に対する製造方法の一例として、トレンチフィル方式によるものを示すが、たとえば、マルチエピタキシ方式によるものでも良いことは言うまでもない。また、不純物の導入の順序等は、必要に応じて適宜、入れ替えても良いことは言うまでもない。
2. Description of an example of a manufacturing method for the semiconductor device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 8 to 29)
In the following, as an example of the manufacturing method for the semiconductor device structure of the above-described embodiment, a trench fill method is shown. Needless to say, however, a multi epitaxy method may be used. Needless to say, the order of introduction of impurities may be appropriately changed as necessary.
また、このセクションでは、セクション1の構造に対応するプロセスを説明するが、他の構造においても、これらの工程は基本的に共通しているので、他の構造については、原則として以下の記載を繰り返さない。
In this section, the process corresponding to the structure of
図8は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(トレンチ形成工程)の拡大チップ断面図である図9は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(トレンチ加工用ハードマスク除去工程)の拡大チップ断面図である。図10は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(埋め込みエピタキシャル成長工程)の拡大チップ断面図である。図11は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(平坦化工程)の拡大チップ断面図である。図12は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(フィールド絶縁膜エッチング工程)の拡大チップ断面図である。図13は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(Pボディ領域導入工程)の拡大チップ断面図である。図14は図13と同じ時点における図5に対応するアクティブセル部断面図である。図15は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(Pボディ領域導入用レジスト膜除去工程)の拡大チップ断面図である。図16は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(第1層ポリシリコン膜成膜工程)の拡大チップ断面図である。図17は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(第1層ポリシリコン膜加工工程)の拡大チップ断面図である。図18は図17と同じ時点における図5に対応するアクティブセル部断面図である。図19は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(N+ソース領域等導入工程)の拡大チップ断面図である。図20は図19と同じ時点における図5に対応するアクティブセル部断面図である。図21は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(下層層間絶縁膜成膜工程)の拡大チップ断面図である。図22は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(第2層ポリシリコン膜成膜工程)の拡大チップ断面図である。図23は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(第2層ポリシリコン膜加工工程)の拡大チップ断面図である。図24は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(上層層間絶縁膜成膜工程)の拡大チップ断面図である。図25は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(上層層間絶縁膜エッチング工程)の拡大チップ断面図である。図26は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(基板コンタクト等形成工程)の拡大チップ断面図である。図27は図26と同じ時点における図5に対応するアクティブセル部断面図である。図28は本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明するための図7の断面に対応する製造工程中(表面メタル電極等形成工程)の拡大チップ断面図である。図29は図28と同じ時点における図5に対応するアクティブセル部断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置に対する製造方法の一例を説明する。 FIG. 8 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (trench formation process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 8 is an enlarged chip cross-sectional view in the manufacturing process (trench processing hard mask removing step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for describing an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the embodiment; FIG. 10 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (buried epitaxial growth process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 11 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (planarization process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 12 is an enlarged chip cross-sectional view in the manufacturing process (field insulating film etching process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 13 is an enlarged chip cross-sectional view in the manufacturing process (P body region introducing step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. 14 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to FIG. 5 at the same time as FIG. FIG. 15 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (P body region introducing resist film removing step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. is there. 16 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (first layer polysilicon film forming process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device according to the embodiment of the present application. is there. FIG. 17 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (first layer polysilicon film processing step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. . 18 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to FIG. 5 at the same time as FIG. FIG. 19 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (N + source region introduction step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. 20 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to FIG. 5 at the same time as FIG. FIG. 21 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (lower interlayer insulating film forming step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 22 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (second layer polysilicon film forming step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. is there. FIG. 23 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (second layer polysilicon film processing step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for describing an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. . FIG. 24 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (upper interlayer insulating film forming step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 25 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (upper interlayer insulating film etching process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for describing an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. FIG. 26 is an enlarged chip cross-sectional view during the manufacturing process (substrate contact etc. forming process) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. 27 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to FIG. 5 at the same time as FIG. FIG. 28 is an enlarged chip cross-sectional view in the manufacturing process (surface metal electrode etc. forming step) corresponding to the cross section of FIG. 7 for explaining an example of the manufacturing method for the semiconductor device of the one embodiment of the present application. 29 is a cross-sectional view of the active cell portion corresponding to FIG. 5 at the same time as FIG. Based on these, an example of a manufacturing method for the semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.
まず、図8に示すように、たとえばアンチモンをドープ(たとえば1018から1019/cm3のオーダ程度)したN型シリコン単結晶基板25(ここでは、たとえば、200φウエハ、なお、ウエハ径は、150φ、300φでも450φでもよい)すなわち、半導体ウエハ1を準備する。そして、その上に、たとえば、厚さ45マイクロメートル程度の燐ドープNエピタキシャル層10n(ドリフト領域、濃度としては、たとえば1015/cm3のオーダ程度である。この領域は、N型ドリフト領域11nとなる部分であり、一部はNカラム12nでもある)を形成する。この半導体ウエハ1のデバイス面1a(裏面1bの反対の主面)上に、たとえばP−TEOS(Plasma−Tetraethylorthosilicate)等からなるP型カラム用トレンチ形成用ハードマスク膜33を形成する。次に、図8に示すように、P型カラム用トレンチ形成用ハードマスク膜33をマスクとして、Nエピタキシャル層10n等をドライエッチングすることにより、P型カラム用トレンチ20を形成する。ドライエッチング雰囲気としては、たとえば、Ar,SF6,O2等を主要なガス成分として含む雰囲気を例示することができる。ドライエッチング深さの範囲としては、たとえば、40から50マイクロメートル程度を例示することができる。なお、P型カラム用トレンチ20はN型シリコン単結晶基板25に到達していることが望ましい。ただし、到達していなくとも、近接していればよい。
First, as shown in FIG. 8, for example, an N-type silicon
次に図9に示すように、不要になったハードマスク膜33を除去する。
Next, as shown in FIG. 9, the
次に、図10に示すように、P型カラム用トレンチ20に対して、埋め込みエピタキシャル成長(トレンチ内エピタキシャル埋め込み方式)を実行し、P型埋め込みエピタキシャル層10p(ドーパントは、ボロンであり、濃度としては、たとえば1015/cm3のオーダ程度)を形成する。このP型エピタキシャル領域10pは、P型ドリフト領域11pとなる部分であり、たま、Pカラム12pでもある。埋め込みエピタキシャル成長の条件としては、たとえば、処理圧力:たとえば1.3x104パスカルから1.0x105パスカル程度、原料ガス:四塩化珪素、トリクロロシラン、ジクロロシラン、またはモノシラン等を例示することができる。
Next, as shown in FIG. 10, buried epitaxial growth (intra-trench epitaxial filling method) is performed on the P-
次に、図11に示すように、例えばCMP(Chemical Mechanical Polishing)等の平坦化工程により、P型カラム用トレンチ20外のP型埋め込みエピタキシャル層10pを除去するとともに、半導体ウエハ1の表面1aを平坦化する。なお、ここでは、図11のようなスーパジャンクション構造は、トレンチフィル方式のほか、マルチエピタキシャル方式で形成してもよい。その後、半導体ウエハ1の表面1a上のほぼ全面に熱酸化により、シリコン酸化膜34(フィールド絶縁膜)を形成する。フィールド絶縁膜34の厚さとしては、たとえば、350nm程度を例示することができる。
Next, as shown in FIG. 11, the P-type buried
次に、図12に示すように、シリコン酸化膜34の上に、リソグラフィによりシリコン酸化膜エッチング用レジスト膜36を形成する。続いて、これをマスクとして、たとえば、フルオロカーボン系のエッチングガス等を用いたドライエッチングにより、フィールド絶縁膜34をパターニングする。その後、不要になったレジスト膜36を全面除去する。
Next, as shown in FIG. 12, a silicon oxide film etching resist
次に、図13および図14に示すように、半導体ウエハ1の表面1a上に、リソグラフィによりPボディ領域導入用レジスト膜37を形成する(通常、この前に、半導体ウエハ1の表面1a上に、たとえば10nm程度の熱酸化膜等のイオン注入保護膜を形成しておくが、図示が煩雑になるため省略する。他の部分においても同じ)。続いて、Pボディ領域導入用レジスト膜37をマスクとして、イオン注入により、P型ボディ領域6を導入する。このイオン注入条件としては、
(1)第1ステップ:イオン種:ボロン、注入エネルギ:たとえば200keV程度、ドーズ量:たとえば1013/cm2のオーダ程度;
(2)第1ステップ:イオン種:ボロン、注入エネルギ:たとえば75keV程度、ドーズ量:たとえば1012/cm2のオーダ程度を好適な範囲として例示することができる(濃度としては、たとえば1017/cm3のオーダ程度)。その後、図15に示すように、不要になったレジスト膜37を全面除去する。
Next, as shown in FIGS. 13 and 14, a P body region introducing resist
(1) First step: ion species: boron, implantation energy: for example, about 200 keV, dose amount: for example, about 10 13 / cm 2 ;
(2) First step: ion species: boron, implantation energy: for example about 75 keV, dose amount: for example on the order of 10 12 / cm 2 can be exemplified as a suitable range (concentration is, for example, 10 17 / about the order of cm 3 ). Thereafter, as shown in FIG. 15, the resist
次に、図16に示すように、半導体ウエハ1の表面1aに、ゲート酸化膜27(ゲート絶縁膜)を形成する。ゲート絶縁膜27の厚さとしては、耐圧にもよるが、たとえば、50nmから200nm程度を例示することができる。成膜方法としては、たとえばCVD(Chemical Vapor Deposition)や熱酸化等を例示することができる。なお、ゲート酸化前のウエハ洗浄としては、たとえば第1洗浄液、すなわち、アンモニア:過酸化水素:純水=1:1:5(体積比)、及び第2洗浄液、すなわち、塩酸:過酸化水素:純水=1:1:6(体積比)を用いてウエット洗浄を適用することができる。次に、ゲート酸化膜27上に、ゲート電極用ポリシリコン膜15すなわち、第1層ポリシリコン膜(厚さとしては、たとえば500nm程度)を、たとえば低圧CVD(Chemical Vapor Deposition)により形成する。
Next, as shown in FIG. 16, a gate oxide film 27 (gate insulating film) is formed on the
次に、図17および図18に示すように、ドライエッチング(たとえば、ハロゲン系のガス雰囲気)によりゲート電極15および下層フローティングフィールドプレート30をパターニングする。
Next, as shown in FIGS. 17 and 18, the
次に、図19および図20に示すように、リソグラフィによりN+ソース領域導入用レジスト膜38を形成し、それをマスクとして、イオン注入により、N+ソース領域26、チップエッジ部のN+チャネルストッパ領域31を導入する。このイオン注入条件としては、イオン種:砒素、注入エネルギ:たとえば40keV程度、ドーズ量:たとえば1015/cm2のオーダ程度を好適な範囲として例示することができる(濃度としては、たとえば1020/cm3のオーダ程度)。その後、不要になったレジスト膜38を全面除去する。
Next, as shown in FIGS. 19 and 20, an N + source region introduction resist
次に、図21に示すように、半導体ウエハ1の表面1aのほぼ全面にPSG(Phospho−Silicate−Glass)膜29(下層層間絶縁膜)をCVD等により成膜する。なお、下層層間絶縁膜29としては、PSG膜のほか、BPSG膜,TEOS膜,SOG膜,HDP(High Density Plasma)シリコン酸化膜、あるいは、PSG膜および、これらの膜の内、複数の膜の積層膜でもよい。下層層間絶縁膜29のトータル厚さとしては、たとえば、300nm程度を好適な例として示すことができる。
Next, as shown in FIG. 21, a PSG (Phospho-Silicate-Glass) film 29 (lower interlayer insulating film) is formed on almost the
次に、図22に示すように、半導体ウエハ1の表面1a側のほぼ全面に、たとえば低圧CVDにより、第2層ポリシリコン膜65(厚さとしては、たとえば500nm程度)を成膜する。
Next, as shown in FIG. 22, a second layer polysilicon film 65 (having a thickness of, for example, about 500 nm) is formed on almost the entire surface of the
次に、図23に示すように、図17のプロセスと同様に、第2層ポリシリコン膜65をパターニングすることにより、上層フローティングフィールドプレート60、ポリSiガードリング63、ソース電位のポリSiフィールドプレート64等を形成する。
Next, as shown in FIG. 23, similarly to the process of FIG. 17, the second-
次に、図24に示すように、半導体ウエハ1の表面1aのほぼ全面にPSG膜69(上層層間絶縁膜)をCVD等により成膜する。なお、上層層間絶縁膜69としては、PSG膜のほか、BPSG膜,TEOS膜,SOG膜,HDPシリコン酸化膜、あるいは、PSG膜および、これらの膜の内、複数の膜の積層膜でもよい。上層層間絶縁膜69のトータル厚さとしては、たとえば、700nm程度を好適な例として示すことができる。
Next, as shown in FIG. 24, a PSG film 69 (upper interlayer insulating film) is formed on almost the
次に、図25に示すように、例えば、レジストパターンを用いたドライエッチング(たとえば、フルオロカーボン系ガス雰囲気)等により、第2層ポリシリコン膜コンタクト開口61を形成する。
Next, as shown in FIG. 25, the second-layer polysilicon
次に、図26および図27に示すように、半導体ウエハ1の表面1a上に、ソースコンタクトホール開口用レジスト膜を形成し、それをマスクとして、ドライエッチング(たとえば、フルオロカーボン系ガス雰囲気)により、ソースコンタクトホール39等を開口する。続いて、不要になったレジスト膜を全面除去する。次に、シリコン基板をエッチング(たとえば、ハロゲン系のガス雰囲気によるドライエッチング)した後、イオン注入により、P+ボディコンタクト領域23およびP+チップ周辺コンタクト領域32を導入する。このイオン注入条件としては、イオン種:BF2、注入エネルギ:たとえば30keV程度、ドーズ量:たとえば1015/cm2のオーダ程度を好適な範囲として例示することができる(濃度としては、たとえば1019/cm3のオーダ程度)。
Next, as shown in FIGS. 26 and 27, a source contact hole opening resist film is formed on the
次に、図28および図29に示すように、TiW等のバリア・メタル膜を介して、アルミニウム系金属層をスパッタリング等により成膜して、パターニングすることにより、メタルソース電極5、ソース電位のメタルフィールドプレート62、ガードリング電極3等を形成する。
Next, as shown in FIG. 28 and FIG. 29, an aluminum-based metal layer is formed by sputtering or the like through a barrier metal film such as TiW and patterned, so that the
この後、必要であれば、たとえば、無機系ファイナルパッシベーション膜や有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等のファイナルパッシベーション膜を上層に形成して、パッド開口およびゲート開口を開口する。ファイナルパッシベーション膜としては、無機系ファイナルパッシベーション膜または有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等の単層膜のほか、下層の無機系ファイナルパッシベーション膜上に有機系無機系ファイナルパッシベーション膜等を積層しても良い。 Thereafter, if necessary, for example, a final passivation film such as an inorganic final passivation film or an organic inorganic final passivation film is formed as an upper layer, and a pad opening and a gate opening are opened. As the final passivation film, in addition to a single layer film such as an inorganic final passivation film or an organic inorganic final passivation film, an organic inorganic final passivation film or the like may be laminated on a lower inorganic final passivation film. .
次に、バックグラインディング処理を施し、元のウエハ厚さ(たとえば450から750マイクロメートル程度)をたとえば80から280マイクロメートル程度(すなわち、300マイクロメートル未満)まで薄くする。 Next, a back grinding process is performed to reduce the original wafer thickness (for example, about 450 to 750 micrometers) to, for example, about 80 to 280 micrometers (that is, less than 300 micrometers).
更に、ウエハ1の裏面1bにメタル裏面ドレイン電極24(図6及び図7参照)をスパッタリング成膜により、成膜する。裏面メタル電極膜24は、ウエハ1に近い側から、たとえば、裏面チタン膜(金およびニッケルの拡散防止層)、裏面ニッケル膜(チップボンディング材との接着層)、裏面金膜(ニッケルの酸化防止層)等からなる。その後、個々のチップに分割すると、図7に示すようなデバイスとなる。更に、必要に応じて、たとえば、封止樹脂でトランスファーモールド等のパッケージ工程を実施すればよい。
Further, a metal back surface drain electrode 24 (see FIGS. 6 and 7) is formed on the
3.本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域の基板表面の不純物構造に関する変形例(P−型表面リサーフ領域)の説明(主に図30および図31)
このセクションでは、セクション1におけるデバイス構造の変形例として、P型主接合領域に連結してその周辺にリング状のP−型表面リサーフ領域を設ける例を説明する。
3. Description of Modification (P-type Surface RESURF Region) Related to Impurity Structure of Substrate Surface in Junction Termination Region in Semiconductor Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIGS. 30 and 31)
In this section, as an example of modification of the device structure in
なお、先に説明した容量結合型のフローティングフィールドプレートによる接合終端構造に於いては、P−型表面リサーフ領域がなくても、有効に、耐圧特性を制御することが可能であるが、P−型表面リサーフ領域を設けると、プロセスばらつきに対する許容性が向上するメリットがある。 In the junction termination structure using the capacitive coupling type floating field plate described above, the breakdown voltage characteristics can be effectively controlled without the P-type surface RESURF region. Providing a mold surface RESURF region has an advantage that tolerance for process variations is improved.
また、製造プロセス的には、たとえば、図11と図12の工程の間に、以下の図31の好適を付加するのみであり、その他の工程は、図8から図29と同じである。 Further, in terms of the manufacturing process, for example, the following preference of FIG. 31 is only added between the steps of FIGS. 11 and 12, and the other steps are the same as those of FIGS.
図30は本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域の基板表面の不純物構造に関する変形例(P−型表面リサーフ領域)を説明するための図6に対応するチップ断面図である。図31は図30の構造を形成するために、図11と図12の間等に挿入すべき、図7の断面に対応する製造工程中(P−型表面リサーフ領域導入工程)の拡大チップ断面図である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域の基板表面の不純物構造に関する変形例(P−型表面リサーフ領域)を説明する。 FIG. 30 is a cross-sectional view of a chip corresponding to FIG. 6 for describing a modification (P-type surface RESURF region) relating to the impurity structure of the substrate surface in the junction termination region in the semiconductor device of one embodiment of the present application. 31 is an enlarged chip cross-section during the manufacturing process (P-type surface resurf region introduction process) corresponding to the cross-section of FIG. 7 to be inserted between FIG. 11 and FIG. 12 to form the structure of FIG. FIG. Based on these, a modified example (P-type surface RESURF region) relating to the impurity structure of the substrate surface of the junction termination region in the semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.
図30に示すように、この例は、図6の例と比較して、ドリフト領域11の表面1a側に、P型主接合領域6の外縁部に連結したP−型表面リサーフ領域8が設けられている点が特徴となっている。このP−型表面リサーフ領域8は、平面的に見れば、環状のP型主接合領域6の外部にこれと連結して、同心環状の領域を形成しており、P型主接合領域6と異なり、空乏層が延びてきたときに完全空乏化する程度の比較的低い濃度とされている。P−型表面リサーフ領域8は、P型主接合領域6に対するジャンクションターミネーションエクステンション(接合終端延長領域)となっている。
As shown in FIG. 30, in this example, compared to the example of FIG. 6, a P− type
製造プロセスとしては、図11の工程の後に、図31に示すように、シリコン酸化膜34上に、リソグラフィによりP−型リサーフ領域導入用レジスト膜35を形成する。続いて、P−型リサーフ領域導入用レジスト膜35をマスクとして、イオン注入(たとえばボロン)により、P−型表面リサーフ領域8を導入する。このイオン注入条件としては、イオン種:ボロン、注入エネルギ:たとえば200keV程度、ドーズ量:たとえば1x1011/cm2から1x1012/cm2程度を好適な範囲として例示することができる。その後、不要になったレジスト膜35を全面除去する。
As a manufacturing process, after the step of FIG. 11, as shown in FIG. 31, a P-type RESURF region introducing resist
その後、図12のプロセスに移行し、以下は、セクション2と同じである。
Thereafter, the process proceeds to the process of FIG. 12, and the following is the same as
4.本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例1(ラウンドレイアウト)の説明(主に図32)
このセクションで説明する例は、チップコーナ部における広義のフィールドリング(固定電位のフィールドリング、フローティングの不純物層に接続されたフィールドリング、フローティングフィールドリング、固定電位のガードリング)の平面形状に関する変形例を説明する。すなわち、図4に対する変形例である。
4). Description of Modification Example 1 (Round Layout) Regarding Layout of Feel Plate and the like of Chip Corner Part in Semiconductor Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIG. 32)
The example described in this section is a modification of the planar shape of the field ring (fixed potential field ring, field ring connected to the floating impurity layer, floating field ring, fixed potential guard ring) in the chip corner portion. Will be explained. That is, this is a modification to FIG.
図32は本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例1(ラウンドレイアウト)を説明するための図4に対応する図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図である。これに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例1(ラウンドレイアウト)を説明する。 FIG. 32 is a cut-out region of the chip corner portion of FIG. 2 corresponding to FIG. 4 for explaining the first modification (round layout) related to the layout of the feel plate and the like of the chip corner portion in the semiconductor device of the embodiment of the present application. It is an enlarged plan view of R1. Based on this, a first modification (round layout) relating to the layout of the feel plate and the like of the chip corner portion in the semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.
図32に示すように、図4の例と比較して、この例のフィールドプレート等(下層フローティングフィールドプレート、上層フローティングフィールドプレート、ソース電位のメタルフィールドプレート、メタルガードリング、ポリSiガードリング、ソース電位のポリSiフィールドプレート)は、チップコーナ部に於いて、比較的円弧状を呈している。このことは、コーナ部における空乏層の平面形状が比較的ラウンド形状を呈する傾向があるのと一致しており、耐圧特性上有利である。 32, as compared with the example of FIG. 4, the field plate of this example (lower floating field plate, upper floating field plate, source potential metal field plate, metal guard ring, poly Si guard ring, source The poly Si field plate (potential) has a relatively arcuate shape at the chip corner. This coincides with the fact that the planar shape of the depletion layer in the corner portion tends to have a relatively round shape, which is advantageous in terms of pressure resistance.
5.本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のスーパジャンクション詳細レイアウトに関する各種変形例の説明(主に図33および図34)
チップコーナ部のスーパジャンクション詳細レイアウトに関しては、種々の変形が可能であり、以下では、
図4に対する変形例を示す。なお、これらは、具体例に過ぎず、必要に応じて、更なる変形例も可能である。
5. Description of various modifications related to the detailed layout of the superjunction of the chip corner portion in the semiconductor device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 33 and 34)
Regarding the super junction detailed layout of the chip corner, various modifications are possible.
The modification with respect to FIG. 4 is shown. These are only specific examples, and further modifications are possible as necessary.
図33は本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のスーパジャンクション詳細レイアウトに関する変形例(チャージバランス型分離レイアウト)を示す図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図(Pカラム領域のみを示す)である。図34は本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のスーパジャンクション詳細レイアウトに関する変形例(直角屈曲レイアウト)を示す図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図(Pカラム領域のみを示す)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のスーパジャンクション詳細レイアウトに関する各種変形例を説明する。 FIG. 33 is an enlarged plan view of the chip corner section cutout region R1 of FIG. 2 showing a modified example (charge balance type separation layout) regarding the super junction detailed layout of the chip corner section in the semiconductor device of the embodiment of the present application (P Only the column region is shown). FIG. 34 is an enlarged plan view (P column region) of the chip corner portion cutting region R1 of FIG. 2 showing a modified example (right angle bending layout) regarding the super junction detailed layout of the chip corner portion in the semiconductor device of the embodiment of the present application. Only). Based on these, various modifications relating to the superjunction detailed layout of the chip corner portion in the semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.
(1)チャージバランス型分離レイアウトの説明(主に図33):
図2、図4および図32のスーパジャンクション詳細レイアウトは、チップコーナ部(周辺コーナ領域17b)におけるスーパジャンクション構造は、それに隣接する一方の周辺サイド領域16a(接合終端領域の主要部)のスーパジャンクション構造の延長となっている。すなわち、「一方単純延長レイアウト」である。これに対して、この例では、図33に示すように、チップコーナ部(周辺コーナ領域17b)におけるスーパジャンクション構造は、これに隣接する両側の周辺サイド領域16a、16b(接合終端領域の主要部)のスーパジャンクション構造の延長により構成されている。また、両側からのPカラム領域12pは、屈曲部に於いて、相互に分離されており、更に、相互に半幅ずつシフトすることにより、チップコーナ部(周辺コーナ領域17b)に於いてもチャージバランスを保つようにされている。
(1) Description of charge balance type separation layout (mainly FIG. 33):
The detailed layout of the superjunction shown in FIGS. 2, 4 and 32 is such that the superjunction structure in the chip corner portion (
(2)直角屈曲レイアウトの説明(主に図34):
図34に示す例は、図33の例と同様に、チップコーナ部(周辺コーナ領域17b)におけるスーパジャンクション構造は、これに隣接する両側の周辺サイド領域16a、16b(接合終端領域の主要部)のスーパジャンクション構造の延長により構成されている。しかし、図33の例と相違して、両側からのPカラム領域12pは、屈曲部に於いて、連続している。この構造は、レイアウトが非常に簡単になるというメリットを有する。また、対象性が高いため、チャージバランスの観点を除き、耐圧特性に関して有利である。
(2) Description of the right angle bend layout (mainly FIG. 34):
In the example shown in FIG. 34, as in the example of FIG. 33, the super junction structure in the chip corner portion (
6.本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例2(Pカラム接続フィールドプレート)の説明(主に図35および図36)
ここまでの例に示した下層フローティングフィールドプレートおよび上層フローティングフィールドプレートは、いずれもポリシリコン膜によるものであるが、その一部又は全部をメタル膜によるものとすることも可能である。このセクションでは、その一例として、これらのフローティングフィールドプレート群の中間部分を、Pカラム領域に接続されたメタル膜(たとえば、メタルソース電極と同一層)に置き換えたものを説明する。
6). Description of Modification 2 (P column connection field plate) regarding the layout of the feel plate and the like of the chip corner portion in the semiconductor device according to the embodiment of the present application (mainly FIGS. 35 and 36)
The lower floating field plate and the upper floating field plate shown in the examples so far are both made of a polysilicon film, but some or all of them may be made of a metal film. In this section, an example in which the middle part of these floating field plate groups is replaced with a metal film (for example, the same layer as the metal source electrode) connected to the P column region will be described.
図35は本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例2(Pカラム接地フィールドプレート)を説明するための図4に対応する図2のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図である。図36は図35の平面構造における図7に対応する拡大チップ断面図(図35のC−C’断面にほぼ対応)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるチップコーナ部のフィールプレート等のレイアウトに関する変形例2(Pカラム接地フィールドプレート)を説明する。 35 is a chip corner portion of FIG. 2 corresponding to FIG. 4 for explaining a second modification (P column ground field plate) relating to the layout of the feel plate and the like of the chip corner portion in the semiconductor device of the embodiment of the present application. It is an enlarged plan view of cut-out region R1. 36 is an enlarged chip sectional view corresponding to FIG. 7 in the planar structure of FIG. 35 (substantially corresponding to the C-C ′ section of FIG. 35). Based on these, a second modification (P column ground field plate) relating to the layout of the chip corner part feel plate and the like in the semiconductor device according to the embodiment of the present application will be described.
図35および図36に示す例では、図4および図7の例と比較して、下層フローティングフィールドプレート30cおよび上層フローティングフィールドプレート60b、60cの代わりに、直下のPカラム領域に接続されたフィールドプレート、すなわち、Pカラム接続フィールドプレート70が設けられている点が異なっている。このPカラム接続フィールドプレート70は、フィールドプレート−Pカラム接続部73およびP+メタルフィールドプレートコンタクト領域75を介して、直下のPカラム領域12pと接続されている。P+メタルフィールドプレートコンタクト領域75は、たとえば、P+ボディコンタクト領域23およびP+チップ周辺コンタクト領域32と同時に導入されたものである。なお、フィールドプレート−Pカラム接続部73の平面的な位置は、チップコーナ部を避けて配置されるのが好適である。これは、チップコーナ部では、空乏層の広がりと、スーパジャンクション構造の対象性が大きく異なっているからである。
In the example shown in FIGS. 35 and 36, as compared with the example of FIGS. 4 and 7, the field plate connected to the P column region directly below instead of the lower floating
このような構造とすることにより、Pカラム接続フィールドプレート70の電位が、空乏層の広がりにつれて変化するため、効率的な電界緩和が可能であり、接合終端長の低減に有効である。
By adopting such a structure, the potential of the P column
7.本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域のスーパジャンクション構造に関する変形例(3D構造)の説明(主に図37から図39)
ここまでの例における接合終端領域のスーパジャンクション構造(これをセルのスーパジャンクション構造、すなわち、セル部スーパジャンクション構造と区別して周辺スーパジャンクション構造という)は、チップコーナ部を除き、明確に全て2次元構造であるが、これを3次元構造とすることも可能である。3次元構造においては、終端長の更なる削減が可能と考えられる。周辺スーパジャンクション構造を3次元に変えても、その他も部分は同じであり、これまでの例は、本セクションの例にそのまま適用できる。
7). Description of Modified Example (3D Structure) of Superjunction Structure of Junction Termination Region in Semiconductor Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIGS. 37 to 39)
The super junction structure of the junction termination region in the examples so far (this is called the super junction structure of the cell, that is, the peripheral super junction structure as distinguished from the cell super junction structure) is clearly all two-dimensional except for the chip corner. Although it is a structure, it can also be a three-dimensional structure. In the three-dimensional structure, it is considered that the terminal length can be further reduced. Even if the peripheral superjunction structure is changed to three dimensions, the other parts are the same, and the previous examples can be applied to the examples in this section as they are.
図37は本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域のスーパジャンクション構造に関する変形例(3D構造)を説明するための図2に対応するチップ全体平面構造図である。図38は図37のチップコーナ部切出領域R1の拡大平面図である。図39は図38の平面構造における図7に対応する拡大チップ断面図(図38のC−C’断面にほぼ対応)である。これらに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置における接合終端領域のスーパジャンクション構造に関する変形例(3D構造)を説明する。
FIG. 37 is a plan view of the entire chip corresponding to FIG. 2 for explaining a modification (3D structure) regarding the super junction structure of the junction termination region in the semiconductor device of the embodiment of the present application. FIG. 38 is an enlarged plan view of the chip corner section cutting region R1 of FIG. 39 is an enlarged chip sectional view corresponding to FIG. 7 in the planar structure of FIG. 38 (substantially corresponding to the section CC ′ of FIG. 38). Based on these, a modified example (3D structure) regarding the super junction structure of the junction termination region in the semiconductor device of the embodiment of the present application will be described.
図35に示すように、図2の場合と同様に、チップ2の中央部には、セル領域4(この下部には、セル領域スーパジャンクション構造14がある)が設けられており、その内部には、多数の線状ポリシリコンゲート電極15が設けられている。更に、先に説明したように、セル領域4の外縁部はリング状P型主接合領域6である。
As shown in FIG. 35, similarly to the case of FIG. 2, the cell region 4 (the cell region
次に、セル領域スーパジャンクション構造14の周辺(接合終端領域80)のスーパジャンクション構造、すなわち、周辺スーパジャンクション構造9について説明する(この例では、いずれの構造も、ドリフト領域11、すなわち、N型ドリフト領域11nに設けられたPカラム領域12pから構成されている)。周辺サイド領域16a、16cには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14と連結し同一の配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。一方、周辺サイド領域16b、16dには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14と連結せず、それと直交する配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。なお、このカラムレイアウトでは、各周辺コーナ領域17a,17b,17c,17dは、それらの下又は上の周辺サイド領域16b、16dの周期性の延長領域となっている。
Next, the superjunction structure around the cell region superjunction structure 14 (junction termination region 80), that is, the
図37に示すように、図2と同様に、チップ2の中央部には、セル領域4(この下部には、セル領域スーパジャンクション構造14がある)が設けられており、その内部には、多数の線状ポリシリコンゲート電極15が設けられている。更に、先に説明したように、セル領域4の外縁部はリング状P型主接合領域6である。
As shown in FIG. 37, similarly to FIG. 2, the cell region 4 (the cell region
次に、セル領域スーパジャンクション構造14の周辺(接合終端領域80)のスーパジャンクション構造、すなわち、周辺スーパジャンクション構造9について説明する(この例では、いずれの構造も、ドリフト領域11、すなわち、N型ドリフト領域11nに設けられたPカラム領域12pから構成されている)。図2の場合と異なり、周辺サイド領域16a、16cには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14と連結し同一の配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。一方、周辺サイド領域16b、16dには、それぞれセル領域スーパジャンクション構造14と連結せず、それと直交する配向を有する周辺スーパジャンクション構造9が設けられている。なお、このカラムレイアウトでは、各周辺コーナ領域17a,17b,17c,17dは、それらの下又は上の周辺サイド領域16b、16dの周期性の延長領域となっている。
Next, the superjunction structure around the cell region superjunction structure 14 (junction termination region 80), that is, the
次に、図38に示す図37のチップコーナ部切出領域R1のレイアウトは、周辺スーパジャンクション構造9を除き、図32と全く同じであるので、ここでは説明を繰り返さない。
Next, since the layout of the chip corner portion cutout region R1 of FIG. 37 shown in FIG. 38 is exactly the same as that of FIG. 32 except for the peripheral
次に、図7に対応するチップ断面を図39(図38のC−C’断面にもほぼ対応)に示す。図39に示すように、図7とほぼ同じであるが、周辺スーパジャンクション構造9(図38)を構成するPカラム領域12pが長手方向に断面として現れている点が異なる。その他の点は、図7の説明と異なるところがないので、個のではその説明は繰り返さない。
Next, a chip cross section corresponding to FIG. 7 is shown in FIG. 39 (almost corresponding to the C-C ′ cross section of FIG. 38). As shown in FIG. 39, it is substantially the same as FIG. 7, except that the
このような構造とすることにより、3次元周辺スーパジャンクション構造による効果として、接合終端長を更に低減することができる。 By adopting such a structure, the junction termination length can be further reduced as an effect of the three-dimensional peripheral super junction structure.
8.本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるアクティブセルに関する変形例(ダイオード組み込み型セル)の説明(主に図40)
セクション1および2では、アクティブセルの構造に関しては、主に単純アクティブセルを例にとり、具体的に説明したが、このセクションでは、その他のセル構造の一例として、MOSFETセルにダイオードセルを付加した混合アクティブセルを説明する。
8). Description of Modified Example (Diode Embedded Cell) of Active Cell in Semiconductor Device of One Embodiment of the Present Application (Mainly FIG. 40)
In
図40は本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるアクティブセルに関する変形例(ダイオード組み込み型セル)を説明するための図5に対応する単位セル領域のチップ断面図である。これに基づいて、本願の前記一実施の形態の半導体装置におけるアクティブセルに関する変形例(ダイオード組み込み型セル)を説明する。 FIG. 40 is a chip cross-sectional view of the unit cell region corresponding to FIG. 5 for explaining a modification (diode-embedded cell) related to the active cell in the semiconductor device of the embodiment of the present application. Based on this, a modification (diode-embedded cell) related to the active cell in the semiconductor device of the one embodiment of the present application will be described.
図1のアクティブセル領域4aの全部又は一部を図5のような単純アクティブセル(単位セル)の繰り返しとするのではなく、図40に示すように、単位セルの一部にショットキダイオード等を組み込んだ混合アクティブセルの繰り返し構造とすることもできる。図40に示すように、この混合単位セル71(集積MOSFET&ダイオード単位セル)には、ダイオード部71dとトランジスタ部71tが設けられている。この構造に於いては、ダイオード部71d内に、ショットキ接合72(メタルソース電極5とNカラム領域12nでショットキ接合を形成)が設けられており、その他の点に於いては、基板コンタクト溝39を有さない以外、基本的に図5と同じである。
Instead of repeating all or part of the
9.前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察(主に図41および図42)
図41は本願の前記一実施の形態(変形例を含む)の半導体装置のアウトラインを説明するための図3に対応するチップ全体平面構造図である。図42は本願の前記一実施の形態の半導体装置における容量結合型接合終端構造のメリットを説明するためのシミュレーションデータ図である。これらに基づいて、前記実施の形態(変形例を含む)に関する補足的説明並びに全般についての考察を行う。
9. Supplementary explanation about the above-described embodiment (including modifications) and general consideration (mainly FIGS. 41 and 42)
FIG. 41 is a plan view of the entire chip corresponding to FIG. 3 for explaining the outline of the semiconductor device according to the embodiment (including the modification) of the present application. FIG. 42 is a simulation data diagram for explaining the merit of the capacitively coupled junction termination structure in the semiconductor device according to the embodiment of the present application. Based on these, a supplementary explanation regarding the above-described embodiment (including modifications) and a general consideration will be given.
(1)本願の前記一実施の形態(変形例を含む)の半導体装置のアウトラインの説明(主に図41):
本願の前記一実施の形態(変形例を含む)の半導体装置の一例である縦型パワーMOSFETにおいては、図41に示すように、セル領域4とチップ端部の間に、複数の同心環状の下層フローティングフィールドリング30a,30および、これらの内周と外周に跨り、且つ、それらの間をカバーする上層フローティングフィールドリング60が設けられている。このことにより、接合終端領域80のいずれの場所に於いても、電界集中がおきることがなく、高い耐圧特性を発揮することができる。
(1) Description of outline of semiconductor device of one embodiment (including modification) of the present application (mainly FIG. 41):
In the vertical power MOSFET which is an example of the semiconductor device according to the embodiment (including the modification) of the present application, as shown in FIG. 41, a plurality of concentric annular shapes are provided between the
これは、接合終端領域80の半導体基板表面領域に於いて、相互の電気的に独立な複数の同心環状の下層フローティングフィールドリング30a,30があり、その間をこれらと電気的に独立した上層フローティングフィールドリング60がカバーしているので、等ポテンシャル面の分布に特異な湾曲が現れず、比較的均等に分布することになるからである。
In the semiconductor substrate surface region of the
(2)本願の前記一実施の形態(変形例を含む)の半導体装置であるパワーMOSFETにおける接合終端構造(容量結合型フローティングフィールドプレート)のメリットの説明(主に図41および図42):
このことをシミュレーションによって示すと、図42(図6に対応するデバイスにおけるブロッキングモードにおける電界強度分布のシミュレーション結果)のようになる。すなわち、図の中央から右にかけての容量結合型フローティングフィールドプレートのある部分(接合終端領域80)では、局所的な高電界部分が全く見られないのに対し、セル領域4の基板表面側より内部の部分(点線で囲んだ部分)では、集中的に高電界強度の部分が現れている。このように、セル領域4の深さ方向の内部に集中的に高電界強度の部分が現れるのが、好適な電界強度分布であると一般に考えられている。
(2) Description of the merit of the junction termination structure (capacitive coupling type floating field plate) in the power MOSFET which is the semiconductor device of the one embodiment (including the modification) of the present application (mainly FIGS. 41 and 42):
This is shown by simulation in FIG. 42 (simulation result of electric field strength distribution in the blocking mode in the device corresponding to FIG. 6). That is, in a portion (junction termination region 80) of the capacitively coupled floating field plate from the center to the right in the figure, no local high electric field portion is seen at all. In the portion (the portion surrounded by the dotted line), a portion with high electric field strength appears intensively. In this way, it is generally considered that a high electric field strength portion appears intensively inside the
接合終端領域80の中央部に於いて、主にフローティングフィールドプレートが用いられるのは、スーパジャンクション構造を有する接合終端領域80に於いては、通常のフローティングフィールドリングや、これに接続されたフィールドプレートは、異なるPカラム領域が相互につながる恐れがあるので、一般に使用することができない(セクション6の例はその例外に当たる)。そこで、チップ端およびセル領域端以外では、参照すべき固定電位がないので、本願の前記一実施の形態(変形例を含む)においては、フローティングフィールドプレート相互の関係(容量結合)で、中間の参照電位を自動的に作っていると見ることができる。
The floating field plate is mainly used in the center of the
10.サマリ
以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
10. Summary The invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that various changes can be made without departing from the scope of the invention.
例えば、前記実施の形態では、プレーナ型ゲート構造のMOS構造を例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、トレンチ型ゲート構造にも全く同様に適用できることは言うまでもない。また、MOSFETのゲート電極のレイアウトは、pnカラムに平行にストライプ状に配置した例を示したが、pnカラムに直交する方向に配置したり、格子状に配置したり種種応用可能である。 For example, in the above-described embodiment, the planar type MOS structure has been specifically described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and it goes without saying that the present invention can be applied to a trench type gate structure. . In addition, the layout of the gate electrode of the MOSFET is shown as an example in which the gate electrode is arranged in stripes parallel to the pn column. However, it can be arranged in a direction orthogonal to the pn column, arranged in a lattice, or various applications.
なお、前記実施の形態では、N+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面に主にNチャネルデバイスを形成するものを具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、P+シリコン単結晶基板上のNエピタキシャル層上面にPチャネルデバイスを形成するものでもよい。 In the above embodiment, the N channel device is mainly formed on the upper surface of the N epitaxial layer on the N + silicon single crystal substrate. However, the present invention is not limited to this, and P + silicon is used. A P channel device may be formed on the upper surface of the N epitaxial layer on the single crystal substrate.
また、前記実施の形態では、パワーMOSFETを例にとり具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、スーパジャンクション構造を有するパワーデバイス、すなわち、ダイオード、バイポーラトランジスタ(IGBTを含む)等にも適用できることは言うまでもない。なお、これらのパワーMOSFET、ダイオード、バイポーラトランジスタ等を内蔵する半導体集積回路装置等にも適用できることは言うまでもない。 In the above-described embodiment, the power MOSFET has been specifically described as an example. However, the present invention is not limited thereto, and a power device having a super junction structure, that is, a diode, a bipolar transistor (including an IGBT). Needless to say, the present invention can also be applied. Needless to say, the present invention can also be applied to a semiconductor integrated circuit device incorporating these power MOSFETs, diodes, bipolar transistors and the like.
更に、前記実施の形態では、スーパジャンクション構造の形成法として、主にトレンチフィル方式を具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、たとえば、マルチエピタキシャル方式等も適用できることは言うまでもない。 Furthermore, in the above embodiment, the trench fill method has been specifically described as a method for forming the super junction structure. However, the present invention is not limited thereto, and for example, a multi-epitaxial method can be applied. Needless to say.
また、前記実施の形態では、主にシリコン系半導体基板に作られるデバイスについて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、GaAs系半導体基板、シリコンカーバイド系半導体基板及びシリコンナイトライド系半導体基板に作られるデバイスについてもほぼそのまま適用できることは言うまでもない。 In the above-described embodiments, devices mainly made on a silicon-based semiconductor substrate have been specifically described. However, the present invention is not limited thereto, and a GaAs-based semiconductor substrate, a silicon carbide-based semiconductor substrate, and a silicon nitride. Needless to say, the present invention can be applied almost as it is to a device made on a ride-type semiconductor substrate.
1 ウエハ
1a ウエハ又は半導体チップのデバイス主面(第1の主面)
1b ウエハ又は半導体チップの裏面(第2の主面)
2 半導体チップ又はチップ領域
3 メタルガードリング
4 セル領域
4a アクティブセル領域
4d ダミーセル領域
5 メタルソース電極
6 P型主接合領域(Pベース領域、Pボディ領域またはその外縁部)
7 メタルゲート電極
7w メタルゲート配線
8 P−型表面リサーフ領域
9 周辺スーパジャンクション構造
10n N型エピタキシャル領域
10p P型エピタキシャル領域
11 ドリフト領域
11n N型ドリフト領域
11p P型ドリフト領域
12n Nカラム領域
12p Pカラム領域
14 セル領域スーパジャンクション構造
15 ポリシリコンゲート電極(第1層ポリシリコン膜)
15w ポリシリコンゲート配線
16a,16b,16c,16d 周辺サイド領域
17a,17b,17c,17d 周辺コーナ領域
20 トレンチ
23 P+ボディコンタクト領域
24 メタル裏面ドレイン電極
25 N+ドレイン領域(N型単結晶シリコン基板)
26 N+ソース領域
27 ゲート絶縁膜
29 下層層間絶縁膜
30,30a,30b,30c,30d,30e 下層フローティングフィールドプレート
31 N+チャンネルストップ領域
32 P+チップ周辺コンタクト領域
33 トレンチ加工用ハードマスク膜
34 フィールド絶縁膜
35 P−型表面リサーフ領域導入用レジスト膜
36 シリコン酸化膜エッチング用レジスト膜
37 Pボディ領域導入用レジスト膜
38 N+ソース領域導入用レジスト膜
39 基板コンタクト溝
60,60a,60b,60c,60d 上層フローティングフィールドプレート
61 第2層ポリシリコン膜コンタクト開口
62 ソース電位のメタルフィールドプレート
63 ポリSiガードリング
64 ソース電位のポリSiフィールドプレート
65 第2層ポリシリコン膜
69 上層層間絶縁膜
70 Pカラム接続フィールドプレート
71 集積MOSFET&ダイオード単位セル
71d ダイオード部
71t トランジスタ部
72 ショットキ接合
73 フィールドプレート−Pカラム接続部
74 メタルゲート配線−ポリシリコンゲート配線接続部
75 P+メタルフィールドプレートコンタクト領域
80 接合終端領域
83 PカラムP+コンタクト領域
R1 チップコーナ部切出領域
R2 チップ周辺部切出領域
R3 セル部切出領域
R4 セル部内部およびチップ周辺部切出領域
Wn Nカラムの厚さ
Wp Pカラムの厚さ
1
1b Back surface of wafer or semiconductor chip (second main surface)
2 Semiconductor chip or
7 Metal gate electrode 7w Metal gate wiring 8 P-type
15w
26 N +
Claims (20)
(a)第1の主面および第2の主面を有するシリコン系半導体基板;
(b)前記第1の主面側に設けられたセル領域;
(c)前記シリコン系半導体基板の前記第1の主面側のほぼ全面の表面内に設けられた第1導電型のドリフト領域;
(d)前記第1の主面上であって前記セル領域に設けられたメタルソース電極;
(e)前記第2の主面上に設けられたメタルドレイン電極;
(f)前記セル領域の環状の外縁部を構成するように、前記ドリフト領域の前記第1の主面側の表面に設けられた第2導電型の主接合領域;
(g)前記セル領域の周辺の前記第1の主面側に、これを取り囲むように設けられた環状の接合終端領域;
(h)前記セル領域および前記接合終端領域における前記ドリフト領域に設けられたスーパジャンクション構造;
(i)前記第1の主面上であって、前記接合終端領域に設けられた同心環状の複数の下層フローティングフィールドプレート;
(j)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内、隣接する各下層フローティングフィールドプレート対の間を覆うように、これらよりも上層に設けられた環状の上層フローティングフィールドプレート。 Vertical power MOSFET including:
(A) a silicon-based semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface;
(B) a cell region provided on the first main surface side;
(C) a drift region of a first conductivity type provided in a substantially entire surface on the first main surface side of the silicon-based semiconductor substrate;
(D) a metal source electrode provided on the first main surface and in the cell region;
(E) a metal drain electrode provided on the second main surface;
(F) a second-conductivity-type main junction region provided on a surface of the drift region on the first main surface side so as to constitute an annular outer edge portion of the cell region;
(G) An annular junction termination region provided on the first main surface side around the cell region so as to surround the cell region;
(H) a super junction structure provided in the drift region in the cell region and the junction termination region;
(I) a plurality of concentric annular lower floating field plates provided on the first principal surface and provided in the junction termination region;
(J) On the first main surface, an annular upper layer provided above the plurality of lower layer floating field plates so as to cover between adjacent lower layer floating field plate pairs. Floating field plate.
(k)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されているソース電位ポリSiフィールドプレート。 5. The vertical power MOSFET of claim 4 further comprising:
(K) The second polysilicon film provided on the first main surface and extending from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates. Source potential poly-Si field plate composed of
(l)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されているソース電位メタルフィールドプレート。 6. The vertical power MOSFET of claim 5 further comprising:
(L) Provided on the first main surface from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates, and the same layer as the metal source electrode Source potential metal field plate composed of a metal film.
(m)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されているドレイン電位ポリSiガードリング。 The vertical power MOSFET of claim 6 further comprising:
(M) provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower-layer floating field plates; A drain potential poly-Si guard ring composed of a silicon film.
(n)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されているドレイン電位メタルガードリング。 8. The vertical power MOSFET of claim 7, further comprising:
(N) Provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower floating field plates, and the metal source electrode A drain potential metal guard ring composed of the same layer of metal film.
(p)前記ドリフト領域の表面に、前記主接合領域の外端に連結して、それを囲むように設けられた前記第2導電型の表面リサーフ領域。 The vertical power MOSFET of claim 3, further comprising:
(P) A surface resurf region of the second conductivity type provided on the surface of the drift region so as to be connected to and surround the outer end of the main junction region.
(q)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の隣接する一対の間に設けられ、前記接合終端領域において前記スーパジャンクション構造を構成する前記第2導電型を有するカラム領域に電気的に接続された環状のメタル中間フィールドプレート、
ここで、このメタル中間フィールドプレートは、前記メタルソース電極と同層のメタル膜から構成されている。 The vertical power MOSFET of claim 3, further comprising:
(Q) The second conductivity type provided on the first main surface and between the adjacent pair of the plurality of lower floating field plates, and constituting the super junction structure in the junction termination region. An annular metal intermediate field plate, electrically connected to the column region having
Here, the metal intermediate field plate is composed of a metal film in the same layer as the metal source electrode.
(a)第1の主面および第2の主面を有するシリコン系半導体基板;
(b)前記第1の主面側に設けられたセル領域;
(c)前記シリコン系半導体基板の前記第1の主面側のほぼ全面の表面内に設けられた第1導電型のドリフト領域;
(d)前記第1の主面上であって前記セル領域に設けられたメタル第1電極;
(e)前記第2の主面上に設けられたメタル第2電極;
(f)前記セル領域の環状の外縁部を構成するように、前記ドリフト領域の前記第1の主面側の表面に設けられた第2導電型の主接合領域;
(g)前記セル領域の周辺の前記第1の主面側に、これを取り囲むように設けられた環状の接合終端領域;
(h)前記セル領域および前記接合終端領域における前記ドリフト領域に設けられたスーパジャンクション構造;
(i)前記第1の主面上であって、前記接合終端領域に設けられた同心環状の複数の下層フローティングフィールドプレート;
(j)前記第1の主面上であって、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内、隣接する各下層フローティングフィールドプレート対の間を覆うように、これらよりも上層に設けられた環状の上層フローティングフィールドプレート。 Semiconductor devices including:
(A) a silicon-based semiconductor substrate having a first main surface and a second main surface;
(B) a cell region provided on the first main surface side;
(C) a drift region of a first conductivity type provided in a substantially entire surface on the first main surface side of the silicon-based semiconductor substrate;
(D) a metal first electrode provided on the first main surface and in the cell region;
(E) a metal second electrode provided on the second main surface;
(F) a second-conductivity-type main junction region provided on a surface of the drift region on the first main surface side so as to constitute an annular outer edge portion of the cell region;
(G) An annular junction termination region provided on the first main surface side around the cell region so as to surround the cell region;
(H) a super junction structure provided in the drift region in the cell region and the junction termination region;
(I) a plurality of concentric annular lower floating field plates provided on the first principal surface and provided in the junction termination region;
(J) On the first main surface, an annular upper layer provided above the plurality of lower layer floating field plates so as to cover between adjacent lower layer floating field plate pairs. Floating field plate.
(k)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されている第1電極電位ポリSiフィールドプレート。 15. The semiconductor device of claim 14, further comprising:
(K) The second polysilicon film provided on the first main surface and extending from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates. A first electrode potential poly-Si field plate comprising:
(l)前記第1の主面上であって、前記セル領域の前記外縁部から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も内側のものに亘って設けられ、前記メタル第1電極と同層のメタル膜から構成されている第1電極電位メタルフィールドプレート。 17. The semiconductor device of claim 16, further comprising:
(L) Provided on the first main surface from the outer edge of the cell region to the innermost one of the plurality of lower floating field plates, and the same as the metal first electrode 1st electrode electric potential metal field plate comprised from the metal film of a layer.
(m)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記第2層ポリシリコン膜から構成されている第2電極電位ポリSiガードリング。 18. The semiconductor device of claim 17, further comprising:
(M) provided on the first main surface from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower-layer floating field plates; A second electrode potential poly-Si guard ring made of a silicon film.
(n)前記第1の主面上であって、前記シリコン系半導体基板の端部近傍から、前記複数の下層フローティングフィールドプレートの内の最も外側のものに亘って設けられ、前記メタル第1電極と同層のメタル膜から構成されている第2電極電位メタルガードリング。 19. The semiconductor device of claim 18, further comprising:
(N) The metal first electrode provided on the first main surface and from the vicinity of the end of the silicon-based semiconductor substrate to the outermost one of the plurality of lower floating field plates. And a second electrode potential metal guard ring composed of the same metal layer.
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