(57)【要約】      （修正有）【課題】エピタキシレイヤ内にアクティブ領域溝及び切断領域溝を形成させ、切断領域溝の深さはアクティブ領域溝の深さより深く、逆方向に降伏する場合の空乏領域の深さに近い半導体素子溝型構造を提供する。【解決手段】エピタキシレイヤ２２は半導体基板２１に形成され、第二ドーピング濃度で第一型半導体不純物を添加させ、複数のアクティブ領域溝２２１及び少なくとも１つの切断領域溝２２２を開設させる。イオン注入層２３はこれら前記アクティブ領域溝内に形成され、アクティブ領域誘電層２４はイオン注入層に覆設され、第一ポリシリコンレイヤ２５はアクティブ領域誘電層に覆設されると共にこれら前記アクティブ領域溝を充満させ、切断領域誘電薄膜層２６は切断領域溝を被覆させる。第一ドーピング濃度は第二ドーピング濃度より大きく、切断領域溝の深さはこれら前記アクティブ領域溝の深さより深く、逆方向に降伏する際の空乏領域の深さに近い。【選択図】図３
0003182143.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
第一ドーピング濃度で第一型半導体不純物を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、第二ドーピング濃度で前記第一型半導体不純物が添加され、複数のアクティブ領域溝、及び前記複数のアクティブ領域溝とは間隔を置く少なくとも１つの切断領域溝が形成されるエピタキシレイヤと、
前記複数のアクティブ領域溝の底部から第二型半導体不純物を添加させ、前記複数のアクティブ領域溝内に形成されるイオン注入層と、
前記切断領域溝を被覆させる切断領域誘電薄膜層と、
前記複数のアクティブ領域溝の前記イオン注入層に覆設されるアクティブ領域誘電層と、
前記アクティブ領域誘電層に覆設され、前記複数のアクティブ領域溝を充満させる第一ポリシリコンレイヤと
を備え、
前記第一ドーピング濃度は前記第二ドーピング濃度より大きく、前記切断領域溝の深さは前記複数のアクティブ領域溝の深さより深く、逆方向に降伏する際に空乏領域の深さに近くなる事を特徴とする半導体素子溝型構造。
【請求項２】
前記切断領域誘電薄膜層はテトラエトキシシラン（Tetraethoxysilane; TEOS）層及びほうりんけい酸ガラス（Boro Phospho Silicate Glass; BPSG）層を備える事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項３】
前記テトラエトキシシラン層は前記切断領域溝の内壁及び底部に形成される事を特徴とする、請求項２に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項４】
前記ほうりんけい酸ガラス層は前記テトラエトキシシラン層に形成される事を特徴とする、請求項２に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項５】
前記テトラエトキシシラン層の厚さは１０００Åから３０００Åであり、前記ほうりんけい酸ガラス層の厚さは４０００Åから７０００Åである事を特徴とする、請求項２に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項６】
前記エピタキシレイヤ及び前記ほうりんけい酸ガラス層に形成されるショットキー障壁層を更に備える事を特徴とする、請求項２に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項７】
前記切断領域溝内の前記ほうりんけい酸ガラス層と前記ショットキー障壁層との間に形成される第二ポリシリコンレイヤを更に備える事を特徴とする、請求項６に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項８】
前記ショットキー障壁層の材質はけい化モリブデンである事を特徴とする、請求項６に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項９】
前記ショットキー障壁層に形成される金属電極層を更に備える事を特徴とする、請求項６に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１０】
前記金属電極層の材質は窒化チタン（TiN）及びけい化チタン（TiSi）の内の何れか１つとアルミニウム及び銅アルミニウム合金の内の何れか１つの組み合わせである事を特徴とする、請求項９に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１１】
前記アクティブ領域誘電層の厚さは１０００Åから３０００Åである事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１２】
前記アクティブ領域誘電層は熱酸化層である事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１３】
前記熱酸化層の材質は二酸化シリコン（SiO２）及び窒素酸化シリコン（silicon oxynitride; SiON）の内の何れか１つである事を特徴とする、請求項１２に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１４】
切断領域溝と最も近接する前記複数のアクティブ領域溝の内の１つとの間の距離は０．５μｍから４μｍである事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１５】
前記複数のアクティブ領域溝の広さは０．６μｍから１．５μｍであり、深さは１．５μｍから３μｍである事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１６】
前記切断領域溝の広さは５μｍから２５μｍであり、深さは５μｍから１２μｍである事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【請求項１７】
前記第二型半導体不純物のイオン注入エネルギーは３０ＫｅＶから１００ＫｅＶであり、前記第二型半導体不純物のイオン注入角度は７度から２５度であり、前記第二型半導体不純物のイオン注入剤量は１ｅ１２から１ｅ１３である事を特徴とする、請求項１に記載の半導体素子溝型構造。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、半導体素子溝型構造に関し、より詳しくは、エピタキシレイヤがアクティブ領域溝及び切断領域溝を備え、切断領域溝の深さはアクティブ領域溝の深さより深く、逆方向に降伏する際の空乏領域の深さに近い半導体素子溝型構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、ショットキーダイオードは相当重要なパワー素子であり、利用金属と半導体との接合面をショットキーバリアとし整流効果を発生させ、高速スイッチング及び整流の特性により高速電力交換の部材、デジタル計算機及び整流器の出力等に普遍的に応用される。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来の技術では、従来の半導体部材構造により形成されるショットキーダイオードの最大の欠点は逆方向へ降伏する変位電圧が低く、逆方向への漏電が大きい。これのみならず、逆方向への電流は温度が上昇するにつれ増加し、制御不能の問題に陥り、ショットキーダイオードは実際の使用時の逆方向への変位電圧を定格値より大幅に小さく制限させねばならず、ショットキーダイオードの実際の応用には多くの制限がある。
【０００４】
上述の問題について、半導体部材構造への多くの改良が試みられ、逆方向への降伏電圧を増加させて漏電を減少させ、よくある見受けられるものはホウ素イオン注入の終端部（Boron Implant Termination;BIT）の改良構造であり、ここでは前記改良構造のみを例にとり、図１は従来の技術の半導体部材構造の断面概略図である。図１によれば、半導体部材構造１は半導体基板１１、エピタキシレイヤ１２、イオン注入層１３、アクティブ領域誘電層１４、ポリシリコンレイヤ１５、切断領域誘電薄膜層１６、ショットキー障壁層１７、及び金属電極層１８を備える。
【０００５】
エピタキシレイヤ１２は半導体基板１１に形成され、複数のアクティブ領域溝１２１（図中には１つのみ図示する）及び切断領域溝１２２を備え、これら前記アクティブ領域溝１２１はホウ素イオンを注入させてイオン注入層１３を形成させ、切断領域溝１２２はホウ素イオンを注入させてホウ素イオン注入層１２２１を形成させる。
【０００６】
アクティブ領域誘電層１４はこれら前記アクティブ領域溝１２１の内壁及び底部に形成され、ポリシリコンレイヤ１５はアクティブ領域誘電層１４の上に形成される。切断領域誘電薄膜層１６はテトラエトキシシラン層１６１及びほうりんけい酸ガラス層１６２を備え、ショットキー障壁層１７はエピタキシレイヤ１２及び切断領域誘電薄膜層１６に形成され、金属電極層１８はショットキー障壁層１７に形成される。
【０００７】
また、半導体基板１１のドーピング濃度はエピタキシレイヤ１２のドーピング濃度より大きく、このため半導体基板１１のドーピング濃度はＮ＋と定義され、エピタキシレイヤ１２のドーピング濃度はＮーと定義される。図２は従来の技術の半導体部材構造の模擬概略図である。図２の模擬図では、内側の電位曲線ほど電位値が低く（アクティブ領域溝１２１及び切断領域溝１２２に近い電位曲線ほど、電位値が小さい）、このほか、図からは電位曲線の輪郭はＹ軸方向から緩やかに半導体部材構造１の右側に収束してゆき、このことからこの種の構造は逆方向への変位電圧が高い場合、逆方向への漏電が多くなり、逆方向への降伏電圧の耐圧が下がる。このほか、図２から具体的に理解できるのは、ホウ素イオンを注入させて形成させる切断領域溝１２２の電位曲線は大きな面積を形成させてアクティブ領域（図示せず）のアクティブ領域溝１２１の端への電場の集中を低減させ、緩和の目的を達成させ、このため、従来の技術の構造は逆方向の漏電を大幅に減少させ逆方向の降伏電圧の領域改善を向上させる。
【０００８】
図２の模擬条件ではこれら前記アクティブ領域溝１２１の深さは２．４μｍ、アクティブ領域溝１２１のイオン注入層１３に注入されるホウ素イオン剤量は４e１２、切断領域溝１２２のイオン注入層１２２１に注入されるホウ素イオン剤量は５e１４、切断領域誘電薄膜層１６の厚さは７５００Åに設定される。
【０００９】
以上のように、当該技術分野で通常知識を有する者ならば従来の技術の半導体部材構造の、切断領域にＰ型イオンを注入させると、半導体部材構造は逆方向への変位電圧が高ければ逆方向への漏電が大きくなり、逆方向への降伏電圧の耐圧は低くなり、従来の半導体部材構造は逆方向への漏電が多く逆方向への降伏電圧が低いという問題を容易に理解できる。
【００１０】
そこで、本発明者は上記の欠点が改善可能と考え、鋭意検討を重ねた結果、合理的設計で上記の課題を効果的に改善する本考案の提案に到った。
【００１１】
本考案は、このような従来の問題に鑑みてなされたものである。切断領域にはＰ型イオンを注入させるため、半導体部材構造の逆方向への変位電圧が高ければ逆方向へ多量の漏電（逆方向漏洩電流）があり、逆方向の降伏電圧の耐圧を更に低減させて、従来の半導体部材構造では逆方向の漏電が大きく逆方向の降伏電圧（逆方向低降伏電圧）は低いという問題が存在する。上記課題解決のため、本考案は、エピタキシレイヤ内にアクティブ領域溝及び切断領域溝を形成させ、切断領域溝の深さはアクティブ領域溝の深さより深く、逆方向へ降伏する際の空乏領域の深さに近い半導体素子溝型構造を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本考案に係る半導体素子溝型構造は、
第一不純物濃度で第一型半導体不純物を有する半導体基板と、
前記半導体基板に形成され、第二ドーピング濃度で前記第一型半導体不純物を添加させ、且つその層内に形成される複数のアクティブ領域溝、及びその層内に形成されると共にこれら前記アクティブ領域溝とは間隔を置く少なくとも１つの切断領域溝を開設させるエピタキシレイヤと、
これら前記アクティブ領域溝の底部から第二型半導体不純物を添加させ、これら前記アクティブ領域溝内に形成されるイオン注入層と、
前記切断領域溝を被覆させる切断領域誘電薄膜層と、
これら前記アクティブ領域溝の前記イオン注入層に覆設されるアクティブ領域誘電層と、
前記アクティブ領域誘電層に覆設され、これら前記アクティブ領域溝を充満させる第一ポリシリコンレイヤを備え、
また、前記第一不純物濃度は前記第二不純物濃度より大きく、前記切断領域溝の深さはこれら前記アクティブ領域溝の深さより深く、逆方向に降伏する際に空乏領域の深さに近くなることを特徴とする。
【００１３】
この考案において、上述の半導体素子溝型構造はテトラエトキシシラン（Tetraethoxysilane; TEOS）層及びほうりんけい酸ガラス（Boro Phospho Silicate Glass; BPSG）層を備えることが好ましい。
【００１４】
この考案において、テトラエトキシシラン層は前記切断領域溝の内壁及び底部に形成されることが好ましい。
【００１５】
この考案において、テトラエトキシシラン層の厚さは１０００Åから３０００Åであり、前記ほうりんけい酸ガラス層の厚さは４０００Åから７０００Åであることが好ましい。
【００１６】
この考案において、エピタキシレイヤに形成されるショットキー障壁層を更に備え、また、前記半導体素子溝型構造は、前記切断領域溝内の前記ほうりんけい酸ガラス層及び前記ショットキー障壁層との間に形成される第二ポリシリコンレイヤを更に含むことが好ましい。
【００１７】
このほか、前記ショットキー障壁層の材質には異なる電圧及び漏電規格に合わせて異なる障壁の高さ（barrier height）の金属を使用させ、本実施形態ではけい化モリブデン（barrier height=０．５９ev）を１００Vの部材のショットキー障壁層とする。
【００１８】
この考案において、金属電極層はショットキー障壁層に形成される金属電極層を更に備え、金属電極層の材質には窒化チタン（TiN）及びけい化チタン（TiSi）の内の何れか１つとアルミニウム及び銅アルミニウム合金の内の何れか１つとを組み合わせることが好ましい。
【００１９】
この考案において、アクティブ領域誘電層の厚さは１０００Åから３０００Åであり、アクティブ領域誘電層は熱酸化層であり、熱酸化層の材質は二酸化シリコン（SiO２）及び窒素酸化シリコン（silicon oxynitride; SiON）の内の何れか１つであることが好ましい。
【００２０】
この考案において、切断領域溝與と最も近接するこれら前記アクティブ領域溝の内の１つとの間の距離は０．５μｍから４μｍであり、これら前記アクティブ領域溝の広さは０．６μｍから１．５μｍであり、深さは１．５μｍから３μｍであり、切断領域溝の広さは５μｍから２５μｍであり、深さは５μｍから１２μｍであることが好ましい。
【００２１】
この考案において、第二型半導体不純物のイオン注入エネルギーは３０ＫｅＶから１００ＫｅＶであり、前記第二型半導体不純物のイオン注入角度は７度から２５度であり、前記第二型半導体不純物のイオン注入剤量は１ｅ１２から１ｅ１３であることが好ましい。
【考案の効果】
【００２２】
本考案によれば、逆方向への漏電を低減させ逆方向の降伏電圧を増加させる効果が得られ、このほか、本考案の切断領域溝は電位曲線が形成させる領域の面積を大幅に減らしチップサイズを小型化させ、且つ半導体部材のあらゆる特性に影響を与えず、本考案は高電圧部材に大量に応用される。このほか、本考案の半導体部材構造は、エッチング製造工程でウェハー上の切断領域溝の深さの均一性を調整させることで、逆方向の漏電の少なさという特性を有し、製造工程全体を効率化させ製造コストの減少が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】公知の半導体素子構造を示す断面概略図。
【図２】公知の半導体素子構造を示す模擬概略図。
【図３】本考案の一実施形態による半導体素子構造を示す断面概略図。
【図４】本考案の一実施形態による半導体素子構造を示す模擬概略図。
【図５】公知と本考案の一実施形態による逆方向降伏電圧と漏洩電流を示す概略図。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
以下に図面を参照して、本考案を実施するための形態について、詳細に説明する。なお、本考案は、以下に説明する実施形態に限定されるものではない。
（一実施形態）
本考案の一実施形態の構成を図１から図４に示す。図３は本考案の好ましい実施形態の半導体素子溝型構造としての半導体部材構造の断面概略図である。図３のように、半導体部材構造２は半導体基板２１、エピタキシレイヤ２２、複数のイオン注入層２３、アクティブ領域誘電層２４、第一ポリシリコンレイヤ２５、切断領域誘電薄膜層２６、ショットキー障壁層２７、第二ポリシリコンレイヤ２８、及び金属電極層２９を備える。
【００２５】
半導体基板２１は第一ドーピング濃度では第一型半導体不純物を添加させ、第一型半導体不純物は濃度の濃いＮ型イオンであり、Ｎ＋と定義される。エピタキシレイヤ２２は半導体基板２１に形成され、第二ドーピング濃度で第一型半導体不純物を添加させ、第一型半導体不純物は濃度の薄いＮ型イオンであり、Ｎーと定義され、具体的には、第一ドーピング濃度は第二ドーピング濃度より大きい。第一ドーピング濃度は第一不純物濃度と呼んでもよく、第二ドーピング濃度は第二不純物濃度と呼んでもよい。
【００２６】
エピタキシレイヤ２２は複数のアクティブ領域溝２２１（図中には１つのみ図示する）及び切断領域溝２２２を更に開設させ、これら前記アクティブ領域溝２２１はエピタキシレイヤ２２内に開設され、切断領域溝２２２はエピタキシレイヤ２２内に形成され、これら前記アクティブ領域溝２２１とは互いに間隔を空ける。また、切断領域溝２２２と最も近接するこれら前記アクティブ領域溝２２１の内の何れか１つ（即ち図中の最も右側のアクティブ領域溝２２１）との間の距離は０．５μｍから４μｍであり、このほか、アクティブ領域溝２２１の広さｗ１は０．６μｍから１．５μｍであり、深さｄ１は１．５μｍから３μｍであり、切断領域溝２２２の広さｗ２は５μｍから２５μｍであり、深さｄ２は５μｍから１２μｍであり、切断領域溝２２２の深さｄ２はこれら前記アクティブ領域溝２２１の深さｄ１より深く、前記深さｄ２の設定は逆方向に降伏する際の空乏領域の深さに近く、図中の空乏層曲線１００に近い。
【００２７】
イオン注入層２３はこれら前記アクティブ領域溝２２１の底部から第二型半導体不純物を添加させてこれら前記アクティブ領域溝２２１内に形成され、第二型半導体不純物はＰ型イオンである。第二型半導体不純物のイオン注入エネルギーは３０ＫｅＶから１００ＫｅＶであり、第二型半導体不純物のイオン注入角度は７度から２５度であり、第二型半導体不純物のイオン注入剤量は１e１２から１e１３である。
【００２８】
アクティブ領域誘電層２４のこれら前記アクティブ領域溝２２１はイオン注入層２３に覆設され、アクティブ領域誘電層の厚さは１０００Åから３０００Åであり、アクティブ領域誘電層２４は熱酸化層であり、熱酸化層の材質は二酸化シリコン（SiO２）及び窒素酸化シリコン（silicon oxynitride; SiON）の内の何れか１つである。第一ポリシリコンレイヤ２５はアクティブ領域誘電層２４に覆設されると共にこれら前記アクティブ領域溝２２１を充満させ、第一ポリシリコンレイヤ２５はＮ型である。
【００２９】
切断領域誘電薄膜層２６は切断領域溝２２２を被覆させ、一部分はエピタキシレイヤ２２に形成され、テトラエトキシシラン（Tetraethoxysilane; TEOS）層２６１及びほうりんけい酸ガラス（Boro Phospho Silicate Glass; BPSG）層２６２を備える。テトラエトキシシラン層２６１は切断領域溝２２２の内壁及び底部に形成され、ほうりんけい酸ガラス層２６２はテトラエトキシシラン層２６１に形成される。また、テトラエトキシシラン層２６１の厚さは１０００Åから３０００Åであり、ほうりんけい酸ガラス層２６２の厚さは４０００Åから７０００Åである。
【００３０】
ショットキー障壁層２７はエピタキシレイヤ２２及びほうりんけい酸ガラス層２６２に形成され、本実施形態で用いられるショットキー障壁層２７の材質はけい化モリブデン（barrier height=０．５９ev）である。第二ポリシリコンレイヤ２８は切断領域溝２２２内の、ほうりんけい酸ガラス層２６２とショットキー障壁層２７との間に形成される。金属電極層２９はショットキー障壁層２７に形成され、金属電極層２９の材質は窒化チタン（TiN）及びけい化チタン（TiSi）の内の何れか１つとアルミニウム及び銅アルミニウム合金の内の何れか１つを組み合わせである。
【００３１】
図４は本考案の好ましい実施形態の模擬概略図である。図４の模擬によれば、内側の電位曲線ほど電位値が低くなり（即ちアクティブ領域溝２２１及び切断領域溝２２２により近い電位曲線ほど、電位値がより小さい）、このほか、図中から分かるのは電位曲線の輪郭はＸ軸方向に緩やかに半導体部材構造２の切断領域溝２２２へと収束してゆき、図２と比較すると、本考案で形成させる電位曲線は逆方向への漏電を有効的に低減させ、有効的に逆方向の降伏電圧を増加させるという事が具体的に分かる。
【００３２】
また、図５は従来の技術及び本考案の好ましい実施形態の逆方向の降伏電圧及び漏電の概略図である。図５によると、第一特性曲線２００は従来の技術の半導体部材構造の模擬曲線であり、第二特性曲線３００は本考案の半導体部材構造の模擬曲線であり、図中から具体的に理解できるのは本考案の逆方向の漏電は少なく逆方向の降伏電圧は高いことである。もし漏電の固定値を例にすると、本考案の逆方向の降伏電圧は従来の技術の半導体部材構造より確実に高い。もし固定の逆方向の降伏電圧を例にすると、本考案の逆方向の漏電は従来の技術の半導体部材構造よりも確実に少ない。
【００３３】
ちなみに、図５は図４に設定される模擬条件を基にシミュレーションを行ったもので、模擬条件はこれら前記アクティブ領域溝１２１の深さを２．４μｍ、アクティブ領域溝１２１のイオン注入層１３に注入されるホウ素イオンの剤量を４e１２、イオン注入により形成される切断領域１２２の注入されるイオン剤量を５e１４、切断領域溝２２２の深さを７．４μｍ、切断領域誘電薄膜層１６、２６の厚さを７５００Åに設定されている。
【００３４】
上述の実施形態は本考案の技術思想及び特徴を説明するためのものにすぎず、当前記技術分野を熟知する者に本考案の内容を理解させると共にこれをもって実施させることを目的とし、本考案の特許請求の範囲を限定するものではない。従って、本考案の精神を逸脱せずに行う各種の同様の効果をもつ改良又は変更は、後述の請求項に含まれるものとする。
【符号の説明】
【００３５】
１  半導体素子溝型構造
１１  半導体基板
１２  エピタキシレイヤ
１２１  アクティブ領域溝
１２２  切断領域溝
１２２１  ホウ素イオン注入層
１３  イオン注入層
１４  アクティブ領域誘電層
１５  ポリシリコンレイヤ
１６  切断領域誘電薄膜層
１６１  テトラエトキシシラン層
１６２  ほうりんけい酸ガラス層
１７  ショットキー障壁層
１８  金属電極層
２  半導体素子溝型構造
２１  半導体基板
２２  エピタキシレイヤ
２２１  アクティブ領域溝
２２２  切断領域溝
２３  イオン注入層
２４  アクティブ領域誘電層
２５  第一ポリシリコンレイヤ
２６  切断領域誘電薄膜層
２６１  テトラエトキシシラン層
２６２  ほうりんけい酸ガラス層
２７  ショットキー障壁層
２８  第二ポリシリコンレイヤ
２９  金属電極層
１００  空乏層曲線
２００  第一特性曲線
３００  第二特性曲線
ｄ１  深さ
ｄ２  深さ
ｗ１  広さ
ｗ２  広さ
【図１】
0003182143.tif 000003
【図２】
0003182143.tif 000004
【図３】
0003182143.tif 000005
【図４】
0003182143.tif 000006
【図５】
0003182143.tif 000007