(57)【要約】【課題】ゲート接続部とゲートボンドパッドの下およびMOSトランジスタのエッジ終端にpボディのインプラントを注入することが出来ないため、これらの領域内のブレークダウン電圧が下がってしまったり、エッジ終端に対してゲートボンドパッドが新規かつ有利な方法で組み込まれていないなどの従来技術の欠点に対処すること。【解決手段】RESURFトレンチゲートMOSFETは、ピッチが十分に狭い（隣接するトレンチの間隔が接近している）ので、MOSFETが遮断状態になると、ドレインドリフト領域の中間領域が空乏してしまう。しかしながら、この公知のデバイス構造体の場合、早期のブレークダウンが、依然として、活性デバイス領域の周辺部／エッジ、および／または、隣接するゲートボンドパッドで生じてしまう可能性がある。早期のブレークダウンに対処するために、本発明は、次の2つの原理を用いている。・ゲートボンドパッドを、活性セルにより囲まれた、下にあるストライプトレンチ網に接続するか、または、活性セルの上端部に直接接続するか、の何れかにすること。・適合した2Dエッジ終端方式を、RESURF活性デバイス領域の周りに用いること。これらの原理は、例えば、活性領域内とエッジ終端における、円形または矩形または楕円形にすることが出来る同心の環状デバイス幾何形状、またはこのような同心の六角形セルまたは円形ストライプセルのデバイスアレイ、またはストライプのエッジセルを有する正方形の活性セルのデバイスアレイ、または六角形エッジセルのエッジ終端を有する六角形の活性セルのデバイスアレイなど、様々なセルレイアウトに実施することが出来る。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ゲート物質を含んでいるトレンチが、前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、かつ各トレンチゲートに隣接してソース領域が当該半導体ボディの表面にある活性セル範囲を有する半導体ボディと、
ゲート物質を含んでいるトレンチが前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、かつ前記ソース領域が存在しない不活性セル範囲も有する半導体ボディと、
を備える半導体デバイスにおいて、
ゲートボンドパッドが、前記活性セル範囲上、または前記活性セル範囲により実質的に囲まれている範囲上に少なくとも部分的に重なり、かつこの領域に接続されていることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２】
前記ゲートボンドパッドが、前記活性セル範囲上に重なり、かつ前記活性領域内に実質的に完全に位置する、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項３】
補助的な不活性セル範囲が、前記ゲートボンドパッドの下に位置し、かつ前記活性セル範囲内に含まれている、請求項２に記載の半導体デバイス。
【請求項４】
前記デバイスの前記周辺部が、終端範囲を含んでいる、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項５】
前記エッジ終端範囲が、トレンチ網であり、浮遊状態にないｐ型またはｎ型のインプラントを形成する、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項６】
前記エッジ終端範囲が、フィールドプレートとして用いられる少なくとも1つの浮遊状態にあるポリシリコンスペーサを有する、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項７】
前記エッジ終端範囲が、周辺トレンチ内の誘電物質上にあるフィールドプレートを有し、この誘電物質が、前記活性セル範囲内の当該ゲート物質上の誘電体層よりも厚い誘電体層を形成する、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項８】
前記エッジ終端範囲が、Kaoリング方式によって構成されている、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項９】
前記エッジ終端範囲が、公知の2Dエッジ終端方式によって構成されている、請求項４に記載の半導体デバイス。
【請求項１０】
前記活性範囲内のセルが、複数の実質的に同心のリングトレンチにより囲まれている、請求項１に記載の半導体デバイス。
【請求項１１】
前記リングトレンチが、実質的に円形または実質的に楕円形である、請求項10に記載の半導体デバイス。
【請求項１２】
前記リングトレンチが、例えば、正方形のリングトレンチ、矩形のリングトレンチ、または六角形のリングトレンチなど実質的に多角形である、請求項10に記載の半導体デバイス。
【請求項１３】
複数のセルが、共通の組となった外側の同心リングトレンチを有する、請求項10に記載の半導体デバイス。
【請求項１４】
前記リングトレンチが、異なる幅を有する、請求項10に記載の半導体デバイス。
【請求項１５】
前記セルが、共通のゲートボンドパッドに連結されている、請求項10に記載の半導体デバイス。
【請求項１６】
前記活性セル領域内と前記不活性セル範囲内の前記トレンチが、十分に密接した間隔を置いている（ピッチが十分に狭い）ために、前記デバイスが遮断状態になると、前記ドレインドリフト領域の中間範囲が空乏化する、前記請求項の何れか一つに記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
ゲート物質を含んだトレンチが前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、各トレンチゲートに隣接して、当該半導体ボディの表面にソース領域がある活性セル範囲を有する半導体ボディを形成することと、
さらに、ゲート物質を含んだトレンチが前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、かつ前記ソース領域が設けられていない不活性セル範囲を、前記半導体ボディ内に形成することと、
を有する、半導体デバイスの製造方法であって、
ゲートボンドパッドが、前記活性セル範囲、または前記活性セル範囲により実質的に囲まれている範囲上に少なくとも部分的に敷設され、かつこの領域に接続されることを特徴とする、半導体デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記ソース領域が、当該トレンチの形成前にインプラントされる、請求項16に記載の方法。
【請求項１９】
前記ゲートボンドパッドが、前記活性範囲上に敷設され、かつ前記活性範囲を越えて延在しない、請求項16に記載の方法。
【請求項２０】
前記補助的な不活性範囲が、不活性セルのストライプトレンチ網を有する、請求項16に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、MOSトランジスタとMOSトランジスタの製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
低電圧トレンチ型MOSトランジスタ(MOST)のプロセスでは、外方拡散を低減させるために、トレンチゲート酸化膜の形成後に、pボディのインプラントをインプラントすることが好ましい。しかしながら、この技術には問題がある。なぜならば、この技術では、ゲート接続部とゲートボンドパッドの下、およびMOSトランジスタのエッジ終端に、pボディのインプラントを含ませることが出来ないので、これらの範囲内のブレークダウン電圧が低下してしまうからである。
【０００３】
図1には、MOSトランジスタのトレンチ網のエッジ終端（またはゲート接続部）でシミュレートされた等電位線の二次元プロットが示されている。この線図の場合、トレンチ3の側面では、この線図の左上のフィールド酸化膜4の上端部にポリシリコン層2が配置されており、その右側にはゲート9とソース8がある。低ドープのドレインドリフト領域である領域5の下では、基板6が高ドープのドレイン電極領域が形成されている。
【０００４】
本明細書で説明し、かつ図1に大まかに図示されるようなデバイスはすべて、導電型がn型のソース領域8とドレイン領域5とを有する、nチャネルデバイスである。インプラント7はp型のインプラントであり、かつトレンチゲート9により電子反転チャネルが発生する。導電型が逆のドーパントを用いることにより、pチャネルデバイスを本発明による方法によって製造することが出来る。このような場合、ソース領域8とドレイン領域5の導電型はp型となり、インプラント7はn型となり、かつトレンチゲート9により正孔反転チャネルが発生する。
【０００５】
図1に示す例の場合、エピ層濃度は1.4×1016 cm-3であり、この結果、MOSトランジスタの活性セル内のブレークダウン電圧は40Vとなり、エッジでのブレークダウン電圧は33Vとなる。これらのブレークダウン電圧の相違は、トレンチの深さ、ドーピング濃度、およびデバイスの幾何形状などに応じて、様々に変化する。
【０００６】
pボディのインプランテーションをエッジ沿いに別々に行えば、ブレークダウン電圧が変化してしまう問題を解決することと、エッジでのブレークダウン電圧を高めることが可能となるが、この技術はさらなるマスクステップを必要とするので、魅力的ではない。さらに、このタイプのトレンチ型MOSトランジスタに適切な自己整合プロセスの場合、ゲート接続部が複雑になってしまう。図1には、ブレークダウン箇所が星印で示されている。
【０００７】
トレンチ型MOSトランジスタの活性デバイス範囲の周辺部／エッジで早期のブレークダウンが発生してしまうことに加えて、またはこれに代えて、トレンチ網へのゲートボンドパッドの接続部の近隣で、ブレークダウンが発生してしまう可能性がある。
【０００８】
国際特許公開公報第WO 01/08226号は、トレンチゲートトランジスタのための有利なエッジ終端を開示している。しかしながら、この公開広報に開示されている2D（二次元）の図表では、このエッジ終端に対して、ゲートボンドパッドが新規かつ有利な方法で組み込まれていない。新規かつ有利な方法で組み込むためには、エッジ終端を、3D（三次元）の問題として対処する必要がある。
【０００９】
本明細書では、RESURF技術を参照する。この技術（および、低ドープのドレインドリフト領域を空乏させるためのその使用法）をさらに明確にするために、本明細書に参照文献として取り入れられている、国際特許公開公報第WO 01/08226号を参照する。
【００１０】
【特許文献１】
国際特許公開公報第WO 01/08226号
【特許文献２】
米国特許第5,637,898号
【特許文献３】
米国特許第5,998,833号
【特許文献４】
米国特許第4,754,310号
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の目的は、上述の欠点に対処することである。
【００１２】
本発明の第一態様によると、半導体デバイスは、
ゲート物質を含んでいるトレンチが、前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、各トレンチゲートに隣接して、当該半導体ボディの表面にソース領域がある活性セル範囲を有し、
さらに、ゲート物質を含んでいるトレンチが前記半導体の表面から前記半導体ボディに延在し、かつ当該ソース領域が存在しない不活性セル範囲も有する、半導体ボディにおいて、
ゲートボンドパッドが、前記活性セル範囲上、または前記活性セル範囲により実質的に囲まれている範囲上に少なくとも部分的に重なり、かつこの範囲に接続されることを特徴とする半導体ボディを有する。
【００１３】
ゲートボンドパッドが活性セル範囲に接続され、かつゲートボンドパッドの場所が活性セル範囲上にあることにより、ゲート接続部のために早期のブレークダウンが発生してしまう可能性がなくなったり、または少なくとも低減されることは、有利である。
【００１４】
ゲートボンドパッドは、活性セル範囲上に重なり、かつ活性セル範囲内に実質的に完全に位置することが好ましい。補助的な不活性セル範囲は、ゲートボンドパッドの下に位置させても良い。この補助的な不活性セル範囲は、活性セル範囲内に含めることが好ましい。
【００１５】
デバイスの周辺部には、好ましくは活性セル範囲に隣接したエッジ終端範囲を含めることが好ましい。
【００１６】
エッジ終端範囲を、好ましくは浮遊状態にないp型またはn型のインプラントを形成するトレンチ網としても良い。エッジ終端範囲は、フィールドプレートとして用いられる少なくとも一つの浮遊状態にあるポリシリコンのスペーサを有しても良い。
【００１７】
エッジ終端範囲は、周辺トレンチ内の誘電物質上にフィールドプレートを有しても良い。この周辺トレンチ内の誘電物質は、活性セル範囲内の当該ゲート物質上の誘電体層よりも厚い誘電体層を形成することが好ましい。また、このフィールドプレートは、周辺トレンチの内壁上の当該のより厚い誘電体上に存在し、外壁にはまったく作用を及ぼさないことが好ましい。
【００１８】
エッジ終端範囲を、Kaoによるリング方式によって構成しても良い。
【００１９】
エッジ終端範囲を、好ましくはRESURFを形成する既存の2Dエッジ終端方式によって構成しても良い。
【００２０】
活性セル範囲内のセルを、複数の実質的に同心のリングトレンチにより囲んでも良い。これらのリングトレンチを、実質的な円形にしても、または実質的な楕円形にしても良い。これらのリングトレンチを、例えば、正方形のリングトレンチまたは矩形のリングトレンチまたは六角形のリングトレンチなどの、実質的な多角形としても良い。したがって、ゲートボンドパッドのエッジは、活性セルの形状に応じた多角形の形状を有して良い。複数のセルが、共通の組となった外側の同心リングトレンチを有しても良く、この場合、当該セルを正方形のセルとしても良い。この正方形のセルの例を、低電圧デバイスとすることが好ましい。
【００２１】
これらのリングトレンチは、幅が異なっていても良い。外側の同心リングトレンチの幅を、内側の同心トレンチより広くしても良い。
【００２２】
これらのセルを、共通のゲートボンドパッドに連結しても良い。
【００２３】
半導体デバイスは、トレンチゲートデバイスとすることが好ましいが、プレーナゲートデバイス（例えば、VDMOS）、またはショットキーダイオード、またはIGBTとしても良い。
【００２４】
本発明の第二態様によると、半導体デバイスの製造方法は、
ゲート物質を含んだトレンチが半導体ボディの表面から半導体ボディに延在し、かつ各トレンチゲートに隣接してソース領域が当該半導体ボディの表面に設けられた活性セル範囲を、半導体ボディ内に形成することと、
さらに、ゲート物質を含むトレンチが前記半導体ボディの表面から前記半導体ボディに延在し、かつ当該ソース領域が設けられていない不活性セル範囲も、前記半導体ボディ内に形成することと、
を含み、
ゲートボンドパッドが、前記活性セル範囲上、または前記活性セル領域により実質的に囲まれた範囲上に少なくとも部分的に敷設され、かつこの領域に接続されることを特徴とする。
【００２５】
ソース領域には、当該トレンチの形成前にインプラントを行っても良い。
【００２６】
ゲートボンドパッドは、活性範囲上を覆い、かつこの活性範囲を越えて延在しないことが好ましい。
【００２７】
半導体ボディを、実質的に活性範囲内の補助的な不活性範囲を有するように形成しても良い。この補助的な不活性範囲は、不活性セルのストライプ状のトレンチ網を有しても良い。
【００２８】
本明細書に開示する特徴のすべてを、上記の態様の何れかと任意の組み合せで組み合わせても良い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
次に、添付の図面を参照しながら、本発明の特定の実施態様を例として説明する。
【００３０】
図1に示すように、最適な低電圧(LV)トレンチMOSのプロセスの場合、pボディのインプラント7の外方拡散を低減するために、pボディのインプラント7は、トレンチ3の形成後にインプラントされる。したがって、pボディのインプラント7は、ゲート接続部とボンドパッドとを含むフィールド酸化膜2の下にはインプラントされない。図1には、対策が設けられていない場合にエッジ終端（またはゲート接続部）でシミュレートされた等電位線の二次元プロットが示されている。この例の場合、エピ層の濃度は、1.4×1016 cm-3である。この結果、活性セル内のブレークダウン電圧は40Vとなり、エッジのブレークダウン電圧は33Vとなる。これらの相違は、トレンチの深さとデバイスの形状に応じて、様々に変化する。
【００３１】
pボディのインプランテーションをエッジ沿いに別々に行うことにより、エッジのブレークダウン電圧を増加させることが出来るが、これは、さらなるマスク（ステップ）を必要とするので、魅力的でない。さらに、ゲート接続部が、自己整合プロセスにおいて複雑になってしまう。
【００３２】
図2と図3に示す第一実施例の場合、早期のブレークダウンをエッジで発生させてしまう電圧低下を避けるために、図1のように、インプラント7、ソース8、ゲート9、基板6、フィールド酸化膜4、ポリシリコン層2、およびドレイン（ドリフト）領域5を有する、MOSトランジスタ(MOST)の活性セル43により形成された活性範囲42に沿って、さらなるトレンチ40を配置することが提案されている。さらなるトレンチ40またはストライプ網41の要件の１つは、トレンチ間の距離を、最適なRESURFが得られるようなものにすることである
2005503021.tif 000002
。このようなストライプ網40の例を、図2に示す。図中、左側の図は、活性セル43から2.65ミクロン離れたさらなるトレンチを有するエッジ終端を示している。この場合、ブレークダウン電圧はやはり33Vとなる。右側の図は、活性セル43から1.0ミクロン離れたさらなるゲートトレンチ40を有する同じ構造体を示している。この場合、ブレークダウン電圧は40Vとなる。
【００３３】
したがって、さらなるトレンチ40を用いることにより、ブレークダウン電圧は、さらなるトレンチ40を用いない場合のエッジ終端のブレークダウンよりも高くなるか、または等しくなる。
【００３４】
MOSトランジスタのゲートボンドパッド52に接続されたトレンチストライプ網41を用いることにより、図2に示す状態と同じ状態が3Dで得られる。このような構成を、図3に示す。図中、領域IIは、pボディのインプラント7を含んでいないトレンチ網41を含むゲートボンドパッド52を示している。したがって、ストライプ状のトレンチ40間のメサ幅dを、RESURFの状態に応じて調整することが重要である。メサ幅の選択は、ドーピング濃度にも依存する。この構造体の場合、電気的浮遊状態にある範囲がなく、したがって、ストライプ状のトレンチ網41が用いられるという理由から、（ゲートボンドパッド52の下の）不活性セルのpボディのインプラント7がソース8に接続される点に、留意すべきである。同じ種類のストライプ状のトレンチ網41を他のエッジ終端方式に用いれば、有利となり得る。
【００３５】
ゲートボンドパッド52を、（例えば、正方形または六角形の）さらなる活性セル43で囲むことにより、ブレークダウン電圧は、最悪の場合、pボディのインプラント7の側壁の拡散により決定されてしまう。I領域では、pボディのインプラント7がデバイスのエッジで浮遊状態にならないように、活性セル43がストライプセル40の第二領域により囲まれている。ここで、pボディのインプラント7は、フィールド酸化膜領域45により妨害され、かつその外方拡散のために、ブレークダウン電圧は、フィールド酸化膜領域45のエッジ曲率によって決定される。フィールド酸化膜45の下のpボディのインプラント7のエッジ曲率によるブレークダウン電圧は37Vであることが、2Dシミュレーションを用いることにより計算されている。この電圧は、エッジ終端にいかなる対策も設けない場合のブレークダウン電圧よりも高い（図1ではブレークダウン電圧=33Vであることを参照）。
【００３６】
このレイアウトの別の利点は、トレンチ網がゲートボンドパッド52の下にあるので、ゲートとの接続部が外部にあることに関する問題がないことであることに留意されたい。
【００３７】
図3の構造体の代替の構造体は、エッジのトレンチを除去し、かつエッジの活性セルをフィールド酸化膜の部分45に当接させたものである。さらに、誘電体が充填され、かつ活性範囲42のエッジに沿って配置されたさらなるトレンチ網を用いることにより、エッジにおけるpボディのインプラント7の拡散が止まるので、曲率はより少なくなる。こうして、曲率によるブレークダウン電圧は増加した。
【００３８】
RESURFトレンチゲートMOSトランジスタの第二実施例は、ピッチが十分に狭い（隣接したトレンチの間隔が近接している）ので、MOSトランジスタが遮断状態になると、ドレインドリフト領域5の中間範囲が空乏化する。しかしながら、この公知のデバイス構造体の場合、依然として、デバイス範囲の周辺部／エッジ部および／またはゲートボンドパッド52の隣接部で早期のブレークダウンが発生してしまう可能性がある。
【００３９】
この早期のブレークダウンに対処するために、第二実施例は2つの原理を用いている。第一原理は、図7aと図7bに示すように、ゲートボンドパッド52を、活性セル54により囲まれた下にあるストライプ状のトレンチ網58に接続するか、または第一実施例で説明した、活性セル54の真上にある状態、の何れかにするものである。第二原理は、RESURF活性デバイス範囲の周辺に適用される、適合した2Dエッジ終端方式を用いるものである。第二原理の例は、本出願人の同時係属出願である、上に参照した国際特許公開公報第WO 01/08226号に見い出すことが出来る。
【００４０】
先願特許（米国特許第5,637,898号）は、（最適な）RESURFを用いたトレンチMOSトランジスタデバイスに関する。しかしながら、この特許に開示されているようなデバイスの場合、依然として、エッジ終端に問題がある。Baligaによる米国特許第5,998,833号と、上述の国際特許公開公報第WO 01/08226号に開示されているような幾つかのエッジ終端方式は、解決法を提案しているが、これらは2Dの解決法でしかなく、3Dの解決法ではない。それにも関わらず、ゲートボンドパッド52と勿論デバイスとに対する適切な対処が施されている場合、これらのエッジ終端方式を、3Dのエッジ終端の考え方に適用することが出来る。前述の実施例では、ゲートボンドパッド52を活性範囲42内に配置することにより、ボンドパッド52の下のトレンチ網58を用いてRESURF状態を得ることが出来ることが示された。このようにして、ゲート接続部が外部にあることによる早期のブレークダウンをなくすことが出来る。したがって、図4aと図4bに示す2つの原理に基づいた幾つかの新たな3Dデバイスの考え方が提案されている。
【００４１】
・ゲートボンドパッド52の近くで早期のブレークダウンが発生しないように、低電圧デバイスの第一実施例にて提案したように、ゲートボンドパッド52を、活性範囲42内に配置するか、または活性範囲42に取り付ける必要がある。
【００４２】
・2Dエッジ終端方式を、例えば、国際特許公開公報第WO 01/08226号で提案されているように用いても良い。
【００４３】
これらの原理の両方に留意すると、これらの新たな3Dデバイスの考え方が実際の製品の生産に転化可能となることを、デバイスシミュレーションを用いることにより示すことが出来る。さらに、これらのデバイスのプロセシングを、相当困難だが現実的と思われる自己整合プロセスとすることが出来る。これらの2つの原理を用いることの一般的な考え方は、（例えば、米国特許第4,754,310号に開示されているような）例えば、半絶縁層、トレンチフィールドプレート、および複数の（超）pn接合を用いた、あらゆるタイプのRESURFデバイスに適用可能である。
【００４４】
図4aと図4bには、この一般的な考え方が概略的に示されている。これらの図の場合、正方形のデバイスが選択されているが、本説明で後述するように、他の形状を用いることも出来る。
【００４５】
図4bに示すエッジフィールドプレート50は、MOSデバイスのソースまたはゲートの何れかに接続可能である。また、エッジフィールドプレート50を、金属またはポリシリコンすなわち半絶縁性層(SIPOS)で作っても良い。この例の基板6は、n型の基板である。この2Dエッジ終端は、Kaoによるリングまたは半絶縁層のような、他の2Dエッジ終端方式により形成しても良い。これは、活性セル54のタイプに依存する。例えば、トレンチ内に半絶縁物質が含まれている活性セルは、同じ半絶縁層を有するエッジ終端を必要とする。
【００４６】
このデバイス構造体を用いることにより、例えば、階段状の酸化膜トレンチまたは半絶縁性トレンチが含まれている正方形のユニットセルの使用が可能となることになる。しかしながら、活性セル54のpボディのインプラント60（図7bを参照）は、（図7bのストライプ網を除いて）ソース43に接続されていないため、活性セル54は、ゲートボンドパッド52の下で浮遊状態となるであろう。これらの活性セル54は、トレンチを形成する前に、例えば、pボディ60および／またはソース43のインプランテーションにより形成可能である。
【００４７】
図7bに示すフィールドプレート55は、部分的に電気的に浮遊状態であることに留意すべきである。浮遊状態でない部分が生じるのは、六角形セル57はまさにエッジでゲートと接触するが、このエッジには偶然にもスペーサエッチ部があるため、不活性（エッジ）57領域内のセルの外側が浮遊状態になるという事実による。
【００４８】
基本的に、プロセシング順序にあまり依存しないエッジ終端方式を有することは魅力的である。ゲートとソースとの間に短絡がなくなるようにゲートボンドパッド52の下の活性セル54を接続することが出来る二層ポリシリコンプロセスの利用を検討することは可能であろう。しかしながら、この考え方は新しいにも関わらず、この解決法は非常に困難であり、かつ高価となってしまう可能性がある。
【００４９】
ゲートボンドパッド52の下のデバイスを、浮遊していない状態（つまり活性状態）に保つためには、他のセル構造体を提案する必要がある。トレンチを形成する前にpボディ／ソースのインプランテーションを行うための解決法は、第一実施例に関連付けて説明した図3に示す構造体を用いること、とすることが出来る。
【００５０】
ゲートボンドパッド52の下のユニットセルを、ボンドパッド52の半幅または全幅と等しい長さを有する矩形構造体とすることが出来る。これらのような典型的ユニットセルを、上面図5aと5bに示す。
【００５１】
図6に、（図5aに示す）10×1 μm2の矩形セルの、様々なドーピング濃度(cm-3)(x軸)に対するブレークダウン電圧(V)(y軸)を示す。2Dの最適化されたデバイスのブレークダウン電圧は、ドーピング濃度がN=1017 cm-3の場合、約58Vである。実用上の理由から、ドリフト領域には均一なドーピング濃度を用いたが、ブレークダウンがまさに近づくとフィールドが均一ではなくなることに留意されたい。このことにより、ブレークダウン電圧は、図6で計算した電圧よりも高くなる。同じ計算を、これらのユニットセルのストライプ長を変化させながら、N=1017 cm-3のドーピング濃度に対して行った。これらの計算では、ブレークダウン電圧は、3Dトレンチの角部近くで16Vとなった。
【００５２】
したがって、均一にドープされた階段状の酸化膜デバイスの場合、図5aと図5bに示すユニットセルデバイスをゲートボンドパッド52の下で用いることは不可能と思われる。したがって、図7aと図7bに示すような他の構造体を提案する必要がある。
【００５３】
1つの考えとして、図7aと図7bに示すような、トレンチの形成後にpボディ60とソース43がインプラントされている場所に、六角形のセルを用いることが挙げられよう。
【００５４】
図7aと図7bの場合、活性ユニットセル54は、六角形セルである。図示しないが、ゲートボンドパッドのエッジに活性セルの形状を模倣させることにより、ボンドパッドが六角形セルを（この場合は）完全に覆うようにするだけでも良い。同じことを、他のセル形状に適用しても良い。図7bの部分Iと示されているエッジ終端は、国際特許公開公報第WO 01/08226号に解説されている、ポリシリコンスペーサ56を用いることによる考え方に基づいている。第一エッジ終端スペーサ56は、活性網42に接続されているが、セルの外側は浮遊状態のままである。これは、本デバイスの有利な特徴である。なぜならば、こうすることにより、国際特許公開公報第WO 01/08226号に提案されているように、エッジ終端が作り出されるからである。国際特許公開公報第WO 01/08226号による解決法は、高い逆バイアスをスイッチングする場合、問題を生じる場合がある。したがって、容量の影響を低減するためには、ポリシリコンスペーサ56間の酸化膜層59を厚くする必要がある。
【００５５】
デバイス端部のトレンチ内でポリシリコンスペーサ56を用い、かつゲートボンドパッド52を活性範囲42内に配置することにより、利点が達成される。
【００５６】
図7bのIIと記された部分をシミュレートし、かつこの結果得られたブレークダウン電圧（V、y軸）をメサ幅（μm、x軸）と対照させたものを、図8に示す。ゲートボンドパッド52は、同様にRESURF原理を用いた不活性の六角形セル58の上端部に敷設されている。米国特許第5,637,898号に提案されている活性デバイスのレイアウトをそのまま用いてきたが、pボディ60は別のものであり、かつエピ層のドーピング濃度は均一である。ゲートボンドパッド52の下のユニットセル58のメサ幅を変化させることにより、図8の高い値が示すように、活性範囲42内に位置するブレークダウンの最適値が得られた。狭いセル幅を用いることにより、ブレークダウンは、ゲートボンドパッド52の下のセル58内のトレンチの底部で発生する。メサ幅を過度に広げることにより、ブレークダウンは、ゲートボンドパッド52の下のユニットセル58の上端部で発生する。
【００５７】
六角形の（活性）ユニットセル54にとって有利な数値を計算し、かつストライプ（活性）セル（図3のストライプ40を参照）の結果値と比較した。この比較結果値を、図9aと図9bに示す。図中、ストライプセルの値は正方形で示され、かつ六角形セルの値は点で示されている。また、x軸上にはドーピング(cm-3)が示され、かつ図9aのy軸上にはブレークダウン電圧(V)が示され、かつ図9bのy軸上には特定のオン抵抗(mΩ.mm2)が示されている。これらの図中、幾つかの効果に注目することが出来る。
【００５８】
第一に、（円形のデータポイントで示された）六角形セル内の最大ブレークダウン電圧は、ストライプセル構成の最大ブレークダウン電圧値（正方形のデータポイント）には、決して到達していない。この理由は、単に、（3Dではなく）2Dの構造体に対してしか、RESURFが最適化されていないからである。六角形セル内の最適化された3DのRESURFには、例えば、米国特許第5,637,898号に定義されている傾きとは異なる傾斜をドリフト領域内に有することが出来る、ドリフト領域内の半絶縁層、または線形勾配つきのドーピングプロフィールなど他の方法を用いることが出来る。線形勾配つきのドーピングプロフィールの場合、線形電位が形成される。これは、図9aと図9bでシミュレートした一定のフィールドプレートを有する均一にドープされたドリフト領域には該当しない。
【００５９】
第二に、六角形セル54の特定のオン抵抗は、ストライプセル構成40（図3）のオン抵抗よりも大きい。これは、図10aと図10bに示すように、六角形セル内に広がる電流が、より少ないからである。
【００６０】
図7a/bのデバイスの典型的な特徴は、活性範囲42内にゲートボンドパッド52があり、ポリシリコンスペーサ56を有するフィールドプレートが（部分的に）浮遊状態にあり、製造プロセスが自己整合によるものであり、ゲートボンドパッド52の下に活性セル54がなく、このセル54が浮遊状態にあるpボディ60を有するか、またはpボディを有さないことが出来ることである。ポリシリコンスペーサ56を有する（部分的に）浮遊状態にあるフィールドプレート55は、六角形のセル構造体を用いることによりLVデバイス内でも使用可能となるが、ゲートボンドパッド52の下の範囲は、（浮動状態にある）pボディを有する必要がある。
【００６１】
したがって、角部のためにブレークダウン電圧が低くなってしまうストライプセルにおける欠点がなく、かつ六角形セルが示すような、電流の広がりがより少なくなってしまう欠点がない、別の構造体を開発する必要がある。したがって、図11に示すリング構造体を提案する。断面図は、図7bに示すものと同様である。この構造体の利点は、角部がなく、かつトレンチの輪をより多く用いた場合、特定のオン抵抗が、上述したストライプセルの値にゆっくりと近づいて行くことである。図11の構造体の場合、2Dストライプセルで達成された高いブレークダウン電圧を維持するために、円形トレンチ70がデバイス中央に作られている。円形のメサ部分72は、中心のトレンチ70と外側の円形トレンチ74との間に位置する。ゲートボンドパッド52は、図示されているように接続される。エッジには、上述した国際特許公開公報第WO 01/08226号で提案されている2Dエッジ終端方式と同じ方式を用いることが出来る。
【００６２】
図11の構造体は、活性範囲内のゲートボンドパッド52、国際特許公開公報第WO 01/08226号に記載されているエッジ終端、つまり（部分的に）浮遊状態にあるフィールドプレート、ゲートボンドパッドの下の活性セル70、自己整合による製造プロセス、および円形の反復パターンに、特徴を持つと言うことが出来る。
【００６３】
上記の構造体のシミュレーションを、3つのトレンチリング（つまり2つのユニットセル）に対して行った。ただし、N=1017 cm-3で、中央のトレンチ幅は1ミクロンとする。フィールドプレート周辺部がメサ領域72内のドリフトドーピングの体積に比較して大きいので、中心に最も近いユニットセルが、RESURFに最も影響を及ぼすことが予想される。そのため、このメサ幅を変更し、ブレークダウン電圧と特定のオン抵抗を計算し、これらを、図12aと図12bに示す。図中、軸と目盛は、図9aと図9bと同じである。図から容易に理解出来るように、ブレークダウン電圧を、2Dの状態で達成されたものと同じにし、かつ、特定のオン抵抗を、図10aと図10bに示すストライプ構成と六角形構成との間のものとすることも可能である。図10aと図10bは、上記のように、基板6、ドリフト領域5、ゲート7、ソース8、およびpボディ60を有する、六角形セル(10a)とストライプセル(10b)の電流の流れを表している。
【００６４】
したがって、例えば、異なる半径に合わせてトレンチ幅とメサ幅を変更し、ゲート接続部に対してポリシリコン層を増やすなど、多くの他の修正が可能である。
【００６５】
図13に、図7bの断面図と大体類似した断面図を各々有する、他の幾つかの設計例が提案されている。修正b)、c)、d)、およびe)は、メサ72により結び付けられた外側のトレンチ74を有する1つ以上の中心トレンチ70に接続されたゲートボンドパッド52を有する。
【００６６】
図13(a)のストライプのエッジセル40に囲まれた範囲42内の正方形の活性セルは、角部があるので、「最適な」RESURFデバイスに対してしか作用することが出来ない。
【００６７】
図13(b)に示す六角形のストライプセル70/74は、原則的には機能する。欠点は、（ゲートボンドパッド52に接続するための）ポリシリコン層75が、活性範囲全体にあることである。利点は、高電圧RESURFデバイスに用いた場合、異なる半径に対するメサ72の幅の変化が、図11に示す構造体と比べて少ないことである。
【００６８】
図13の(c)部分に示す群化された円形ストライプセル70/74の欠点は、開いた範囲（すなわち、完全に円形の3つ以上のセルをこれらの外側のトレンチリングで相互接続した場合に存在する範囲）と、（各円形セルをゲートボンドパッドに接続するための）ポリシリコン層75とが、活性範囲全体に位置することである。利点は、メサ幅の変化が少ないため、最適なRESURFが達成可能となることである。
【００６９】
図13(d)に示す矩形のストライプセル70/74の欠点は、角部があることだが、正方形セルより問題は少ない。これらの矩形のストライプセルの利点は、ストライプ活性セルに類似していることである。
【００７０】
図13(e)に示す楕円形のストライプセル70/74の利点は、ストライプ活性セルに類似していることである。
【００７１】
最後に、図13fに示す六角形の活性セル42と六角形のエッジセル40は、図13aの属性と類似の属性を有するが、角部による問題は図13aよりも少ない。
【００７２】
MOSデバイスの活性範囲内に（活性範囲に取り付けられた）ゲートボンドパッド52を有することにより、（部分的に）浮遊状態にあるトレンチを低電圧の自己整合デバイスのエッジで用いたり、または国際特許公開公報第WO 01/08226号に解説されているエッジ終端を中間電圧RESURFデバイスに用いるような単純な方法でエッジ終端の問題を解決するという基本的な考え方により著しい利点が得られることが、上述の内容から理解されるであろう。
【００７３】
このデバイスは、自己整合デバイスにすると有利である。
【００７４】
さらに、ゲートボンドパッドを活性範囲内に配置すると、ゲート抵抗が低減するので、スイッチングに有利である。このようにして、（ゲート）トレンチ網全体に広がる（ゲート）電流は、従来のトレンチMOSの考え方による場合よりも均一になる。従来のトレンチMOSの考え方の場合、ゲートは、他の（外側の）エッジの活性セルから離れ過ぎてしまう可能性があるエッジでしか接続されなかった。
【００７５】
図13に示す様々なタイプのトレンチリングの利点は、角部が皆無なので（または、角部の数がより少ないので）、早期のブレークダウンが発生してしまう問題が減ることである。
【００７６】
本明細書に開示されているセル状のトレンチゲートの実施例は、図7aと図7bを参照すると、概して以下のように構成されている。すなわち、
半導体デバイスは、半導体ボディのセル範囲42内に活性デバイスセル54を有し、
各活性デバイスセル54は、ソース領域43に隣接した表面と、第一導電タイプの下に敷設されているドレイン領域5、6との間に、第二導電タイプの領域60を収納しているチャネルを有し、
トレンチゲート9を収容している絶縁されたゲートトレンチ54は、ソース領域43から、チャネルを収納している領域60を介して、下にあるドレイン領域5、6へと延在し、
トレンチゲート9は、ゲートトレンチ54の側壁にある中間のゲート誘電層9bにより、チャネルを収納している領域60に誘電的に結合され、かつ、
活性セル範囲上、または活性範囲内の補助的な不活性範囲上に、デバイスの活性範囲に電気接続を行うためのゲートボンドパッド52がある。
【００７７】
本開示内容を読むことにより、当業者には、他の修正と変更態様が明らかとなるであろう。このような修正と変更態様には、半導体デバイスの製造において公知であり、かつ、本明細書に記述されている特徴に代えて、またはこれらの特徴に加えて用いることが出来る等価物と他の特徴とを含めても良い。
【００７８】
本発明を、（トレンチ−ゲートタイプではなく）プレーナDMOSタイプのパワーMOSFETに適用しても良い。すなわち、MOSゲートが、（トレンチ内ではなく）ボディ表面上の誘電層上に存在していても良い。本発明を、（MOSFETではなく）例えば、バイポーラトランジスタなどの他の半導体デバイスにおける同様の問題を解決するために適用しても良い。このようなデバイスの活性デバイス範囲は、セル状にしても、またはセル状にしなくても良い。したがって、本発明を利用することにより、概して、活性デバイス範囲にゲート結合パッドを接続することが可能となる。
【００７９】
本明細書の場合、請求項は、特定の特徴の組み合せに対して形成されているが、本明細書に明示的または暗示的に開示されているいかなる新たな特徴、またはいかなる新たな特徴の組み合せ、またはこれらを一般化したものは何れも、これが、何れの請求項における本記載内容と同じ発明と関連しているか否かに関わらず、かつ、これが、本発明が解決する技術的問題と同じ技術的問題の何れかまたはすべてを解決しているか否かに関わらず、本発明の開示範囲に含まれることを理解すべきである。
【００８０】
本出願人が、本出願、または本願明細書から導出されるさらなるいかなる出願の審査過程中において、このような特徴および／またはこのような特徴の組み合せの何れに対しても新たな請求項を形成する可能性があることを、ここに述べておく。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】トレンチMOSトランジスタ(MOST)内のトレンチ網のエッジでシミュレートされた等電位線を示す概略的な断面図である。
【図２ａ】活性セルから間隔を置いたさらなるゲートトレンチを有するエッジ終端でシミュレートされた等電位線を示す、側面断面図を示す。
【図２ｂ】活性セルからの間隔が図2aとは異なる、さらなるゲートトレンチを有するエッジ終端でシミュレートされた等電位線を示す、側面断面図を示す。
【図３】（自己整合プロセスでソースに接続されたpボディのインプラントを有する）ストライプトレンチ網の上端部にあるゲートボンドパッドの概略的な上面図を示す。
【図４ａ】最適なRESURF (reduced surface field)を得るための考え方を示す基本的な3Dの概略的な上面図を示す。
【図４ｂ】図4aに示すデバイスの側面から見た部分的な断面図を示す。
【図５ａ】正方形セル用のゲートボンドパッドの下にある典型的なユニットセル構造体の上面図を示す。
【図５ｂ】活性範囲内の六角形セル用の図5aに類似した図を示す。
【図６】矩形セルにおけるブレークダウン電圧とドーピング濃度との対比グラフを示す。
【図７ａ】トレンチMOSトランジスタの活性セル上に位置するゲートボンドパッドの上面図を示す。
【図７ｂ】図7aの線A〜A'の断面図を示す。
【図８】ゲートボンドパッドの下にあるセルの様々なメサ幅に対するブレークダウン電圧のグラフを示す。
【図９ａ】トレンチ網の異なる幾何形状のブレークダウン電圧をドーピング濃度の関数として示したものである。
【図９ｂ】図9aに示す異なる幾何形状のドーピング濃度に対する特定のオン抵抗のグラフを示す。
【図１０ａ】RESURF六角形セルの電流の流れの概略的な側面断面図を示す。
【図１０ｂ】ストライプセルにおける図10aと類似の電流の流れを示す。
【図１１】円形のストライプセルを有する3DRESURFデバイスの概略的な上面図を示す。
【図１２ａ】3つのトレンチリング（2つのユニットセル）を有する図11に示すデバイスのブレークダウン電圧をシミュレートしたものを示す。
【図１２ｂ】3つのトレンチリング（2つのユニットセル）を有する図11に示すデバイスの特定のオン抵抗をシミュレートしたものを示す。
【図１３ａ】ストライプのエッジセルを有する正方形の活性セルを有するRESURFデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【図１３ｂ】六角形のストライプセルを有するサーフデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【図１３ｃ】円形のストライプセルを有するサーフデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【図１３ｄ】矩形のストライプセルを有するサーフデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【図１３ｅ】楕円形のストライプセルを有するサーフデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【図１３ｆ】六角形のエッジセルを有する六角形の活性セルを有するサーフデバイスのデバイスレイアウトを示す。
【符号の説明】
【００８２】
2…ポリシリコン層
4…フィールド酸化膜
5…ドレイン領域
6…基板
7…インプラント
8…ソース領域
9…トレンチゲート
9b…ゲート誘電層
40…終端範囲
41…不活性セル範囲
42…活性セル範囲
43…ソース領域
45…フィールド酸化膜領域
50…エッジフィールドプレート
52…ゲートボンドパッド
54…活性セル
55…フィールドプレート
56…フィールドプレート
57…トレンチ
58…不活性の六角形セル
59…誘電物質
60…pボディ
70…円形トレンチ
72…円形のメサ部分
74…外側の円形トレンチ
75…ポリシリコン層
【図１】
2005503021.tif 000003
【図２ａ】
2005503021.tif 000004
【図２ｂ】
2005503021.tif 000005
【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５ａ】
2005503021.tif 000009
【図５ｂ】
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【図６】
2005503021.tif 000011
【図７ａ】
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【図７ｂ】
2005503021.tif 000013
【図８】
2005503021.tif 000014
【図９ａ】
2005503021.tif 000015
【図９ｂ】
2005503021.tif 000016
【図１０ａ】
2005503021.tif 000017
【図１０ｂ】
2005503021.tif 000018
【図１１】
2005503021.tif 000019
【図１２ａ】
2005503021.tif 000020
【図１２ｂ】
2005503021.tif 000021
【図１３ａ】
2005503021.tif 000022
【図１３ｂ】
2005503021.tif 000023
【図１３ｃ】
2005503021.tif 000024
【図１３ｄ】
2005503021.tif 000025
【図１３ｅ】
2005503021.tif 000026
【図１３ｆ】
2005503021.tif 000027
【国際公開パンフレット】
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2005503021.tif 000029
2005503021.tif 000030
2005503021.tif 000031
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2005503021.tif 000057
2005503021.tif 000058
2005503021.tif 000059
2005503021.tif 000060
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2005503021.tif 000061
【国際調査報告】
2005503021.tif 000062
2005503021.tif 000063
2005503021.tif 000064
2005503021.tif 000065
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