(57)【要約】複数のトレンチ（１７）を有する終端領域（１５）を備えた半導体装置。導電材料（２０）と絶縁材料（１９）とがトレンチに形成され、表面注入物（２１）がトレンチのいずれかの側に形成される。導電ブリッジ（２３）により表面注入物（２１）同士を接続して逆バイアスにおいて平衡状態を達成する。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対向する第一の表面と第二の表面と、周囲に、終端構造とを有する半導体本体と、
前記半導体本体の前記終端構造を横切って延在し、第一の導電型の領域を介して、前記半導体本体の前記第一の表面から前記第二の表面に向かって垂直に延在する複数の終端トレンチと、
隣り合うトレンチ間の前記第一の導電型の領域を空乏化させるために前記複数終端トレンチにおいて垂直に延在する導電材料と、
前記複数終端トレンチにおいて垂直に延在する絶縁材料と、
前記第一の表面近傍で、前記複数終端トレンチの両側に平行に沿って延在する、前記第一の導電型と反対の第二の導電型の複数表面注入物と、
各終端トレンチと関わり合って、該終端トレンチの両側の前記複数表面注入物を電気的に接続する導電経路とを備えた終端構造を有する半導体装置。
【請求項２】
前記複数トレンチにおいて垂直に延在する前記導電材料は前記第二の導電型の半導体材料であることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記導電経路は、前記第一の表面近傍で、前記複数終端トレンチの少なくとも一部を充填する導電層で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記導電経路は、前記複数終端トレンチの両側の前記表面注入物間の前記複数終端トレンチ上を横切る前記第一の表面上に延在する導電層で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数終端トレンチは複数側壁を有し、
前記導電材料は前記トレンチの両側の前記複数表面注入物から下方に延在する前記複数終端トレンチの前記複数側壁に沿った導電層であり、
前記絶縁材料は前記トレンチの両側の前記複数導電層間の前記複数トレンチを充填することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記絶縁材料は前記複数終端トレンチの前記複数側壁上で下方に延在する絶縁層であり、
前記導電材料は前記複数側壁上の前記絶縁材料間のトレンチを充填することを特徴とする請求項１乃至４いずれかに記載の半導体装置。
【請求項７】
前記導電経路はドープされたポリシリコンであることを特徴とする請求項１乃至６いずれかに記載の半導体装置。
【請求項８】
前記半導体本体は中央活性素子領域と周辺部とを有し、
前記終端領域は前記周辺部内の前記半導体装置の前記中央領域を包囲し、
前記複数トレンチは異なる深さを有し、前記半導体装置の前記中央領域近傍の前記複数トレンチは前記周辺部近傍の前記複数トレンチより深いことを特徴とする請求項１乃至７いずれかに記載の半導体装置。
【請求項９】
前記素子領域を横切って横方向に延在し、前記第一の表面から前記第二の表面に向かって垂直に延在する複数活性領域トレンチを含む活性素子領域を備えることを特徴とする請求項１乃至８いずれかに記載の半導体装置。
【請求項１０】
対向する第一の表面と第二の表面と、該第一の表面近傍の第一の導電型の半導体領域とを有する半導体本体を設け、
前記半導体本体を横切って延在し、前記第一の表面から前記第二の表面に向かって垂直に延在する複数のトレンチを形成し、
前記複数トレンチの各々において垂直に延在する導電材料と絶縁材料とを形成し、
終端領域内の前記複数トレンチの両側に沿って、前記第一の導電型と反対の第二の導電型の複数導電半導体領域を形成し、
前記複数トレンチの前記第一の表面上に導電材料を堆積して、前記複数トレンチの両側の前記複数導電半導体領域間に導電経路を形成する半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、終端構造を有する半導体装置に関し、特に、高電圧半導体装置用終端構造
並びに、そのような装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のｒｅｄｕｃｅｄ  ｓｕｒｆａｃｅ  ｆｉｅｌｄ（ＲＥＳＵＲＦ）半導体装置はエピタキシャル成長並びに注入処理により半導体基板上に形成される。そのような装置は、電流が半導体基板面に対してほぼ垂直に装置内に流れる縦型か、又は、基板を横切って装置内に流れる横型のいずれかである。
【０００３】
典型的なＲＥＳＵＲＦ構造は、屡々、ドリフト領域として知られ、絶縁破壊電圧より遙かに小さい逆バイアス電圧で空乏化される領域を有するダイオード、トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ等）又はサイリスタ等がある。逆バイアス電圧が上昇すると比較的フラットな電界特性を示す。この構造により、通常なら絶縁破壊が起こりうる電圧より大きな逆バイアス電圧が加えられても絶縁破壊を起こすことはない。これは、例えば、逆バイアスにおいてｐ−ｎ接合の空乏領域が実質的にドリフト領域全体を占めるようにｎ型ドリフト領域内に複数のｐ型領域を設けることにより達成される。従って、ＲＥＳＵＲＦ構造は高電圧用に用いることができる。
【０００４】
縦型ＲＥＳＵＲＦ構造では、ｐ−ｎ接合が深い所にあることが必要で、トレンチ・エッチング処理によりこれらを形成するとさらに好ましく、これにより複数回のエピタキシーを避けることができる。トレンチ構造によりさらなる効果も得られる。例えば、絶縁破壊電圧が低くするサーマルバジェットが、縦型ＲＥＳＵＲＦ装置にとって好ましくように、小さくなるためにピッチサイズが小さくなり、これは、さらに、比抵抗が小さくなるという効果がある。トレンチ・エッチングは処理工程数が少なくなりコストが低減されるということにもなりうる。
【０００５】
トレンチを有する多数ＲＥＳＵＲＦ装置の活性領域内のトレンチは基板内に延在する別々のコラムか、ストライプか、又は、例えば、六角形又は四角形のトレンチ格子パターンのような密集した形状であってもよい。多くの場合において、コラムよりもストライプか密集した形状の方が良い結果が得られ、これは、これらのデザインにより同じピッチ即ち、等間隔なトレンチにおいてより良いＲＥＳＵＲＦを提供できるからである。
【０００６】
当業者にとっては、ＲＥＳＵＲＦ装置に限らず、高電圧で安定な構造が他にも多くあることは既知のことである。
【０００７】
高電圧装置にとっては、適切な終端構造を有することが必要である。さもないと、所望の高電圧が加えられたときに半導体装置の端部領域内で電気的な絶縁破壊を起こすことにもなりうる。
【０００８】
多くの終端構造が提案されている。例えば、ＷＯ  ９９／２３７０３（Ｓｉｅｍｅｎｓ  ＡＧ）はｎ−エピタキシャル層内のトレンチ内に多くのｐ−ガードリングを用いることを開示している。
【０００９】
別の構造がＥＰ  １０１１１４６（ＳＴ  Ｍｉｃｒｏｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ  Ｓｒｌ）に示され、これは、異なる深さで終端構造を形成するｐ注入物を有する集積終端構造を開示している。ｐ型領域上部の空乏化を防止するために表面にさらなる注入物を添加することも可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
ところが、これらの従来技術は、電界がいずれの部位でも閾値を越えないようにドーパントを分散させることにより終端構造全体を空乏化させるという発想のため、水平方向のみならず横方向に非常に精度の高いドーピング濃度プロファイルを必要とする。このような非常に精度の高いドーピング濃度プロファイルを達成するのは、勿論、現実には困難で且つ装置コストもかかる。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によれば、対向する第一の表面と第二の表面と、周囲に、終端構造とを有する半導体本体と、前記半導体本体の前記終端構造を横切って延在し、第一の導電型の領域を介して、前記半導体本体の前記第一の表面から前記第二の表面に向かって垂直に延在する複数の終端トレンチと、隣り合うトレンチ間の前記第一の導電型の領域を空乏化させるために前記複数終端トレンチにおいて垂直に延在する導電材料と、前記複数終端トレンチにおいて垂直に延在する絶縁材料と、前記第一の表面近傍で、前記複数終端トレンチの両側に平行に沿って延在する、前記第一の導電型と反対の第二の導電型の複数表面注入物と、
各終端トレンチと関わり合って、該終端トレンチの両側の前記複数表面注入物を電気的に接続する導電経路とが提供される。
【００１２】
ストライプ又は密集した形状のＲＥＳＵＲＦ構造を半導体装置の活性領域内に用いるた場合、コラムのような構造の終端部を形成するのは困難であり、これは、コラムではＲＥＳＵＲＦ効果がほとんど得られないという事実から、コラムのような構造は互いに近接させるか又は過度に広いトレンチ領域が必要になりうるからである。従って、終端部内のＲＥＳＵＲＦ構造は終端領域を横切って横方向に延在することが好ましい。
【００１３】
しかし、終端構造として横方向に延在する複数の絶縁トレンチには問題があることを本発明者らは認識した。以下に説明するように、終端構造が適切に機能するためには、トレンチの一方側に形成されたｐ−ｎ接合とトレンチの反対側に形成されたｐ−ｎ接合との間で電荷を転送する必要がある。そこで、絶縁トレンチを用いる場合には、終端構造が適切に機能するために、トレンチの両側に導電経路を設けることが必要であることを本発明者らは認識した。
【００１４】
この発明の実施形態では、前記半導体本体は中央活性素子領域を有し、前記終端領域が前記中央活性素子領域を包囲する。
【００１５】
前記複数終端トレンチは異なる深さを有してもよく、前記半導体装置の前記中央領域近傍の前記複数トレンチは前記周辺部近傍の前記複数トレンチより深くてもよい。
【００１６】
前記複数トレンチにおいて垂直に延在する前記導電材料は前記第二の導電型であると好ましい。
【００１７】
前記導電経路は、前記第一の表面近傍で、前記複数終端トレンチの少なくとも一部を充填する導電層で形成されてもよい。代わりに、前記導電経路は、前記複数終端トレンチの両側の前記表面注入物間の前記複数終端トレンチ上を横切る前記第一の表面上に延在する導電層で形成されてもよい。
【００１８】
前記導電経路はドープされたポリシリコン、金属、又はその他の適切な材料でもよい。ドープされたポリシリコンが特に適切である。
【００１９】
実施形態では、前記導電材料は前記トレンチの両側の前記複数表面注入物から下方に延在する前記複数終端トレンチの前記複数側壁に沿った導電層であり、前記絶縁材料は前記トレンチの両側の前記複数導電層間の前記複数トレンチを充填する。
【００２０】
別の実施形態では、前記絶縁材料は前記複数終端トレンチの前記複数側壁上で下方に延在する絶縁層であり、前記導電材料は前記複数側壁上の前記絶縁材料間のトレンチを充填する。
【００２１】
この発明は、さらに、対向する第一の表面と第二の表面と、該第一の表面近傍の第一の導電型の半導体領域とを有する半導体本体を設け、前記半導体本体を横切って延在し、前記第一の表面から前記第二の表面に向かって垂直に延在する複数のトレンチを形成し、前記複数トレンチを絶縁材料で充填し、前記複数トレンチの両側に沿って、前記第一の導電型と反対の第二の導電型の複数導電半導体領域を形成し、前記複数トレンチの前記第一の表面上に導電材料を堆積して、前記複数トレンチの両側の前記複数導電半導体領域間に導電経路を形成する半導体装置の製造方法に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
この発明を、添付図面を参照し、例のみを挙げて説明する。
【００２３】
図１、図２を参照すると、ｎ型半導体基板１は一方に堆積されたｎ−型エピタキシャル層３を有する。これら二層が第一及び第二の表面を有する半導体本体９を形成し、第二の表面７は半導体基板１の裏側で形成され、第一の表面５はエピタキシャル層３上部で形成されている。
【００２４】
半導体本体９上の中央活性素子領域１１はこの分野の当業者によく知られている方法で活性縦型素子構造として形成されている。この特に開示されている実施形態では、トレンチ７０を有する縦型ＲＥＳＵＲＦ構造が設けられている。中央領域１１と半導体本体９の周辺端部１３との間には終端領域１５が設けられており、これが、この発明の終端構造を有している。
【００２５】
中央領域１１の周りの半導体本体９の第一の表面５を横切って複数のトレンチ１７が横方向（図２参照）に延在している。図２に見られるように、これらトレンチが中央領域１１を取り囲んでいる。トレンチの横壁１８がｐ型にドープされ導電層２０を形成している。トレンチは絶縁誘電体材料１９で充填されている。この明細書において、文言「導電材料」は導電性を有する材料を意味し、従って、半導体並びに抵抗体材料を含むことに注意されたい。
【００２６】
半導体本体の第一の表面５を横切ってトレンチに平行にｐ型表面注入物２１が延在しており、一組のｐ型表面注入物２１が各絶縁トレンチ１７を取り囲んでいる。ドープされたポリシリコン導電ブリッジ２３が各トレンチに架け渡されてｐ型表面注入物２１を接続している。隣り合うトレンチ間でトレンチ１７がｎ型領域３１を確定している。
【００２７】
明瞭にするために、図２からはブリッジ２３が除かれ、誘電体充填材料１９と表面注入物２１とが見られるようになっている。さらに図２のスケールとの兼ね合いから、誘電体層１９と表面注入物２３との間のｐ型材料２０が見られず、そして、実際にはもっとあるのだが二つのトレンチ１７のみが見られる。
【００２８】
半導体装置の活性領域内の第一の表面上と第二の表面上とに各々前部コンタクト２５と後部コンタクト２７とが設けられ、縦型半導体装置を形成している。
【００２９】
この装置の製造に際しては、基板１上にエピタキシャル層３を設け、そして、エピタキシャル層３の前部表面５からエピタキシャル層３を介して後部表面７に向かうトレンチ１７のパターンを形成するようにしてもよい。シリコン側壁内にボロンを拡散することにより薄いｐ型層２０がトレンチ１７の側壁に形成される。トレンチは誘電体１９で充填される。別の方法として、トレンチをドープした酸化物で充填し、シリコン内にボロンを注入又は拡散することもできる。さらに別のドーパントを用いてもよい。
【００３０】
ｐ型表面注入物２１がイオン注入により形成される。図には見られないが、この工程で活性領域１１内にｐ型層を堆積してｐ−ｎ半導体ダイオードを形成してもよい。ドープされたポリシリコン２３が形成されて隣り合う表面注入物２１を接続する。
【００３１】
そして、前部コンタクト２５と後部コンタクト２７とが形成される。
【００３２】
使用に際しては、０Ｖが前部コンタクト２５に印加された状態で、この半導体装置は後部コンタクト２７に印加される大きな正の電圧に耐えることが必要となる。垂直絶縁破壊が起きないように、ｐ型材料２０がエピタキシャル層の隣り合うｎ型領域３１を空乏化させる。
【００３３】
終端領域１５内の終端構造が端部領域内で絶縁破壊が起きないように設計される。隣り合うトレンチリング１７間での電圧降下が隣り合うトレンチ間のｎ型領域３１を空乏化させるのに必要な電圧により決まる。
【００３４】
詳細には、図３を参照すると、表面注入物２１が領域３１と共に順バイアスｐ−ｎ接合３３と逆バイアスｐ−ｎ接合３５とを確定する。衝撃イオン化により電子・正孔ペア３９が生じて逆バイアス接合３５に小ホール電流を流す。このホール電流が順バイアスｐ−ｎ接合３３を横切って流れる正孔の流れに等しいという状態により浮遊ｐ型領域２１の正確なバイアスが決定され、表面注入物領域２１内の正孔増加を防止する。
【００３５】
従って、トレンチのいずれかの側の表面注入物２１間に導電経路２３が存在しなければ、逆接合３５において発生した正孔が順接合３３を通過しないことになるであろう。発明者らは平衡状態を得るための動作状態には簡単にはならないだろうということを認識した。そこで、金属配線２３により確定された導電経路により終端構造が適切に機能することになる。
【００３６】
従って、この発明の態様では、ストライプ又は密集したトレンチ形状に起こりうる問題を克服して、終端構造をこれらの形状にも適用することができる。これらの形状は特に市場の興味を引くもので、何故ならば、同じピッチでより好ましいＲＥＳＵＲＦを提供するからである。
【００３７】
この発明の効果が図４に示されており、これは、端部領域１５における電位降下の計算値を示している。非常に穏やかな電位降下が達成されていることが示されている。
【００３８】
トレンチ１７両側の表面注入物２１を接続することについては多くの方法がある。図５ａは、誘電体１９上部とｐ型充填材料がエッチバックされ、そして、トレンチ上部をドープされたポリシリコン４１で充填する方法を示している。図５ｂは、別の方法として、図１に見られる態様に用いられているドープされたポリシリコン２３の代わりに、表面注入物２１間のトレンチ上に金属４３によりブリッジを形成する方法を示している。
【００３９】
絶縁トレンチを形成する別の方法が図６に示されている。トレンチ１７の横壁１８上に誘電体６２が成長し、そして、トレンチにｐ型ドープされたポリシリコン６０が埋め込まれる。
【００４０】
絶縁層により近傍ドリフト領域から分離されたトレンチが抵抗性材料で充填されるタイプのＲＥＳＵＲＦ装置にもこの発明は適用できる。
【００４１】
この発明は上述のタイプのＲＥＳＵＲＦ装置には限らない。この発明は比較的厚い酸化物（２２０乃至４００ｎｍ）に内部が覆われ、高濃度にドープされたポリシリコン、又は、フィールドプレートとして機能する金属により充填された深いトレンチを有する装置にも適用可能である。このような装置はＵＳ５，３６５，１０２（Ｍｅｈｒｏｔｒａ）により知られている。
【００４２】
図７に示されているこの発明のさらなる実施形態は図１に示されている実施形態とは異なり、半導体装置の中央領域１１近傍のトレンチ１７が半導体装置の周辺部１３近傍のトレンチより深い。
【００４３】
この構造により、終端領域の外側部分を横切って、このような構造でない場合より、さらに電圧降下が生じることになり、終端領域全体のサイズが小さくなる。終端領域の周辺部のトレンチ構造が中央領域又は終端領域のトレンチ構造と同じであると、中央領域近傍の終端領域の一部分の電界強度が高くなり、これにより決まるトレンチの特性と間隔により、終端領域のさらに周辺の経路に対して電圧降下が得られる最大値より遙かに小さくなる。
【００４４】
従って、図７の構造は図１の構造に比べてシリコンの面積が小さくなる。
【００４５】
この分野の当業者にとっては、この開示を読むことにより、さらなる変形、変更が明らかとなる。そのような変形、変更は既に知られている半導体装置の態様、製造並びに使用、さらには、ここに開示された要素に加え又は代わりに用いられるものと同等又はさらなる要素を含んでもよい。この出願の特許請求の範囲は特定の要素の組み合わせとして作成されたが、この発明が解決しようとする技術的問題のいずれか又はすべてを解決するか否かに関わらず、この開示の範囲は、ここに明瞭に又は暗黙のうちに開示されたいかなる新規な要素又はいかなる新規な要素の組み合わせをも含むことが理解されるべきである。本出願人は、本出願又は本出願から派生するさらなる出願の審査中においていかなるそのような要素且つ又はそのような要素の組み合わせについて新たな請求項が作成されることがあることを明示するものである。
【００４６】
この発明は、ｎ型領域、ｐ型領域という特定の態様の装置について記載されたが、これらの逆の導電型も可能であることが当業者であれば理解できるところである。
【００４７】
この発明は、シリコン、ガリウム砒素、その他の半導体材料で形成された半導体構造に適用可能である。
【００４８】
活性領域１１内の態様は所望の構造に応じて変えられ、活性領域がＲＥＳＵＲＦ構造である必要は無い。しかし、特に、この発明は、トレンチ又は密集したＲＥＳＵＲＦ構造に最も効果的である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】この発明の構造の側面図である。
【図２】図１の構造の上面図である。
【図３】端部空乏構造における電荷パターンを示す図である。
【図４】浮遊リング構造を用いた端部終端方法を数値的にシュミレーションした結果を示す図である。
【図５ａ】表面注入物の両側を接続する別の方法を示す図である。
【図５ｂ】表面注入物の両側を接続する別の方法を示す図である。
【図６】トレンチを充填する別の方法を示す図である。
【図７】異なる深さのトレンチを有するこの発明のさらなる実施形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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2005531141.tif 000007
【図６】
2005531141.tif 000008
【図７】
2005531141.tif 000009
【国際調査報告】
2005531141.tif 000010
2005531141.tif 000011
2005531141.tif 000012