(57)【要約】【課題】  半導体装置のダイナミック特性を改善すること。【解決手段】  半導体装置１０は、MOSFETが作り込まれている中心領域と、その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えている。中心領域は、中心領域の表面に設けられているボディ領域２７と、そのボディ領域２７内に設けられているコンタクト領域２６と、そのコンタクト領域２６に電気的に接続されているソース電極３６と、最も終端領域側に配置されているコンタクト領域２６と終端領域の間に設けられている絶縁体領域２８を備えている。絶縁体領域２８は、コンタクト領域２６の側面に接している。【選択図】  図１
2008227239.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体装置であって、
回路素子が作り込まれている中心領域と、
その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えており、
中心領域は、
中心領域の表面に設けられている半導体領域と、
その半導体領域内に設けられており、前記半導体領域と同一導電型の不純物を前記半導体領域よりも高濃度に含んでいるコンタクト領域と、
そのコンタクト領域に電気的に接続されている表面電極と、
最も終端領域側に配置されているコンタクト領域と終端領域の間に設けられており、前記コンタクト領域の側面に接している絶縁体領域とを有している半導体装置。
【請求項２】
前記絶縁体領域は、コンタクト領域の側方の位置からコンタクト領域よりも深い位置にまで設けられていることを特徴とする請求項１の半導体装置。
【請求項３】
終端領域は、
終端領域の表面に設けられており、一端が前記半導体領域の側面に接しており、前記半導体領域と同一導電型の不純物を前記半導体領域よりも低濃度に含んでいるリサーフ層を有している請求項１又は２の半導体装置。
【請求項４】
前記絶縁体領域は、前記リサーフ層の拡散深さの半分以下であることを特徴とする請求項３の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置は、回路素子が作り込まれている中心領域と、その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えている。中心領域には、MOSFET（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、IGBT（Insulated Gate Bipolar Transistor）、ダイオードなどの回路素子が形成されている。終端領域は、中心領域の周囲を一巡して設けられており、回路素子が非導通状態のときに中心領域から終端領域の周縁に向けて空乏層を伸展させるための終端構造を備えている。終端構造は、回路素子に加わる電圧を横方向で負担しており、半導体装置の耐圧を向上させるために必要とされている。
【０００３】
以下、終端構造にリサーフ層が設けられている半導体装置であって、回路素子がMOSFETの場合を例に説明する。本明細書で開示される技術は、リサーフ層以外の種類の終端構造であってもよく、例えば終端構造がガードリングであってもよい。また、本明細書で開示される技術は、MOSFET以外の種類の回路素子であってもよく、例えば回路素子がIGBT又はダイオードであってもよい。以下の説明は、本明細書で開示される技術がリサーフ層とMOSFETのみに適用されることを意図するものではない。
図３に、従来の半導体装置１００の要部縦断面図を模式的に示す。半導体装置１００は、回路素子が作り込まれている中心領域と、その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えている。図３は、中心領域と終端領域の境界近傍を示している。
【０００４】
半導体装置１００は、半導体基板１２０の裏面を被覆しているドレイン電極１２１と、半導体基板１２０の裏面に設けられているｎ＋型のドレイン領域１２２と、そのドレイン領域１２２上に設けられているｎ−型のドリフト領域１２３を備えている。半導体装置１００はさらに、中心領域の表面に設けられているｐ型のボディ領域１２７と、そのボディ領域１２７内に設けられているｐ＋型のコンタクト領域１２６と、そのコンタクト領域１２６に電気的に接続されているソース電極１３６を備えている。ソース電極１３６は、半導体基板１２０の表面上に設けられており、コンタクト領域１２６を介してボディ領域１２７に電気的に接続されている。
半導体装置１００はさらに、終端領域の表面に設けられているｐ−型のリサーフ層１２５とｎ＋型のチャネルストッパ領域１２４を備えている。リサーフ層１２５は、一端がボディ領域１２７の側面に接している。チャネルストッパ領域１２４は、半導体基板１２０の表面上に設けられているチャネルストッパ電極１３２に電気的に接続されている。チャネルストッパ電極１３２は、ドレイン電極１２１と同電位に固定されており、終端領域の電位を安定させている。終端領域の半導体基板１２０の表面は、絶縁膜１３４で被覆されている。
この種の半導体装置は、特許文献１及び特許文献２に開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−３１６４８０
【特許文献２】特開平３−９４４６９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この種の半導体装置１００では、半導体装置１００がオンからオフに切換わるまでの過渡期間（以下、ターンオフする過渡期間という）の特性、あるいは半導体装置１００がオフからオンに切換わるまでの過渡期間（ターンオンする過渡期間という）の特性を改善する技術が望まれている。これらの過渡期間の特性（ダイナミック特性という）は、キャリアの挙動に支配されている。
半導体装置１００がオフしているときは、空乏層がリサーフ層１２５の周縁を越えてドリフト領域１２３の広い範囲に広がっている。半導体装置１００では、リサーフ層１２５の周縁のコーナー部１２５ａがドリフト領域１２３に露出しており、このコーナー部１２５ａで電界が集中し易い。このため、半導体装置１００がターンオフする過渡期間において、高いサージ電圧が半導体装置１００に加わると、リサーフ層１２５のコーナー部１２５ａの電界が強くなる。このため、コーナー部１２５ａでアバランシェ現象が発生し、終端領域のチャージバランスが大きく崩れ、空乏層が中心領域側に向けて収縮する。空乏層が収縮すると、ボディ領域１２７のコーナー部１２７ａで電界が集中するようになる。このボディ領域１２７のコーナー部１２７ａでアバランシェ現象が発生すると、次にコンタクト領域１２６のコーナー部１２６ａで電界が集中するようになる。このように、ターンオフする過渡期間では、電界の集中する箇所が次々に変化し、最終的にコンタクト領域１２６のコーナー部１２６ａで電界が集中する。したがって、このコンタクト領域１２６のコーナー部１２６ａでアバランシェ現象の発生を抑制できれば、半導体装置１００のダイナミック特性を向上させることができる。
【０００７】
本発明は、コンタクト領域のコーナー部における電界集中に対して対策することによって、ダイナミック特性が改善された半導体装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書で開示される技術は、コンタクト領域のコーナー部における電界集中に対して対策するために、その近傍に絶縁体領域を設けることを特徴とする。絶縁体領域が設けられていると、絶縁体領域に強い電界が加わるので、その周囲に存在するコンタクト領域のコーナー部の電界集中が緩和される。このため、コンタクト領域のコーナー部では、アバランシェ現象の発生が抑制される。この結果、半導体装置のダイナミック特性が改善される。
【０００９】
本明細書で開示される半導体装置は、回路素子が作り込まれている中心領域と、その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えている。中心領域は、中心領域の表面に設けられている半導体領域と、その半導体領域領域内に設けられているコンタクト領域と、そのコンタクト領域に電気的に接続されている表面電極と、絶縁体領域を備えている。コンタクト領域は、半導体領域と同一導電型の不純物を半導体領域よりも高濃度に含んでいる。絶縁体領域は、最も終端領域側に配置されているコンタクト領域と終端領域の間に設けられており、前記コンタクト領域の側面に接している。
ここで、「半導体領域」とは、MOSFET及びIGBTの「ボディ領域」の他に、ダイオードの「カソード領域」、あるいはそれらに等価な半導体領域を含む。
上記の半導体装置では、コンタクト領域の側面に接して絶縁体領域が設けられているので、その周囲に存在するコンタクト領域のコーナー部の電界集中が緩和される。このため、コンタクト領域のコーナー部では、アバランシェ現象の発生が抑制される。この結果、半導体装置のダイナミック特性が改善される。
【００１０】
絶縁体領域は、コンタクト領域の側方の位置からコンタクト領域よりも深い位置にまで設けられていることが好ましい。
この形態では、コンタクト領域のコーナー部が絶縁体領域に接することができる。したがって、コンタクト領域のコーナー部における電界集中に対して効果的に対策することができ、半導体装置のダイナミック特性が顕著に改善される。
【００１１】
終端領域には、リサーフ層が設けられていてもよい。リサーフ層は、終端領域の表面に設けられており、一端が前記半導体領域の側面に接しており、半導体領域と同一導電型の不純物を半導体領域よりも低濃度に含んでいる。
終端領域にリサーフ層が設けられている場合は、絶縁体領域が、リサーフ層の拡散深さの半分以下であることが好ましい。この場合、半導体装置のダイナミック特性が改善されることが、本発明者らの検討によって確認されている。
【発明の効果】
【００１２】
本明細書で開示される半導体装置によると、終端領域でアバランシェ現象が発生したときに、コンタクト領域のコーナー部における電界集中に対策することによって、ダイナミック特性を大幅に改善することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本明細書で開示される技術の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）
中心領域に形成される回路素子には、MOSFET、ダイオード、IGBT、UMOS、DMOS、トレンチIGBTなどが含まれる。
（第２特徴）
絶縁体領域は、ボディ領域の不純物とリサーフ層の不純物が重複して導入されている範囲の一部に設けられている。
（第３特徴）
終端構造には、リサーフ層、ガードリングなどが含まれる。
【実施例】
【００１４】
以下、図面を参照して実施例を説明する。以下の実施例では、半導体材料にシリコンが用いられた例を説明するが、その例に代えて、炭化シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム等の半導体材料を用いてもよい。
図１に、半導体装置１０の要部縦断面図を模式的に示す。半導体装置１０は、縦型のMOSFTが作り込まれている中心領域と、その中心領域の周囲に設けられている終端領域を備えている。図１は、中心領域と終端領域の境界近傍を示している。中心領域に作り込まれている縦型のMOSFTは、電流の導通状態と非導通状態を経時的に切替えるための構造である。中心領域は、半導体基板２０の中心側に区画されている。終端領域は、中心領域を一巡して半導体基板２０の周囲に区画されている。終端領域は、中心領域のMOSFTに加わる電圧を横方向で負担している。
【００１５】
半導体装置１０は、半導体基板２０の裏面を被覆しているドレイン電極２１を備えている。ドレイン電極２１には、アルミニウムが用いられている。半導体装置１０はさらに、半導体基板２０の裏面に設けられているｎ＋型のドレイン領域２２と、そのドレイン領域２２上に設けられているｎ−型のドリフト領域２３を備えている。ドレイン領域２２とドリフト領域２３の不純物には、リンが用いられている。ドレイン電極２１とドレイン領域２２とドリフト領域２３は、半導体基板２０の全体に亘って形成されており、中心領域と終端領域に連続して形成されている。
【００１６】
半導体装置１０はさらに、中心領域の半導体基板２０の表面に設けられているｐ型のボディ領域２７（半導体領域の一例）と、そのボディ領域２７内に設けられているｐ＋型のコンタクト領域２６と、そのコンタクト領域２６に電気的に接続されているソース電極３６（表面電極の一例）と、絶縁体領域２８を備えている。ボディ領域２７とコンタクト領域２６の不純物にはボロンが用いられている。ソース電極３６は、半導体基板２０の表面上に設けられており、コンタクト領域２６を介してボディ領域２７に電気的に接続されている。ソース電極３６は、材料にアルミニウム、銅、又はそれらが積層した積層電極などの導電性材料が用いられている。絶縁体領域２８は、材料に熱酸化膜とCVD酸化シリコンを組合せた絶縁材料、又はシリカビーズなどの絶縁材料が用いられている。絶縁体領域２８は、半導体基板２０の表面からトレンチを加工する工程と、そのトレンチの内壁を熱酸化する工程と、熱酸化した後のトレンチ内にCVD酸化シリコンを埋込む工程を実施することによって形成することができる。CVD酸化シリコンを埋込む工程に代えて、トレンチ内にシリカビーズを充填してもよい。
コンタクト領域２６は、図示しない中心領域内に複数個が設けられている。例えば、中心領域にトレンチゲート電極が設けられている場合は、各トレンチゲート電極間に設けられている。図１には、最も終端領域側に配置されているコンタクト領域２６が図示されている。
絶縁体領域２８は、コンタクト領域２６と終端領域の間に設けられており、コンタクト領域２６の側面に接している。絶縁体領域２８は、平面視したときに、コンタクト領域２６と終端領域の間に沿って中心領域の周囲を一巡している。絶縁体領域２８は、半導体基板２０の表面から深部に向けて伸びている。絶縁体領域２８は、コンタクト領域２６の側方の位置からコンタクト領域２６よりも深い位置にまで設けられている。絶縁体領域２８の深さＤ２８は、コンタクト領域２６の深さよりも大きい。
【００１７】
半導体装置１０はさらに、終端領域の半導体基板２０の表面の一部に設けられているｐ−型のリサーフ層２５とｎ+型のチャネルストッパ領域２４を備えている。リサーフ層２５の不純物には、ボロンが用いられている。チャネルストッパ領域２４の不純物には、リンが用いられている。
【００１８】
リサーフ層２５は、一端がボディ領域２７の側面に接しており、他端がチャネルストッパ領域２４から離反している。リサーフ層２５とチャネルストッパ領域２４は、ドリフト領域２３によって隔てられている。リサーフ層２５は、平面視したときに、中心領域の周囲を一巡して形成されている。リサーフ層２５の不純物濃度は、ボディ領域２７の不純物濃度よりも薄い。
【００１９】
チャネルストッパ領域２４は、平面視したときに、終端領域の周縁に沿って中心領域を一巡して形成されている。チャネルストッパ領域２４は、チャネルストッパ電極３２に電気的に接続されている。チャネルストッパ電極３２は、ドレイン電極２１と同電位に固定されており、終端領域の電位を安定させている。終端領域の半導体基板２０の表面は、絶縁膜３４で被覆されている。
【００２０】
次に、半導体装置１０の特徴を説明する。
半導体装置１０がオフしているときは、空乏層がリサーフ層２５の周縁を越えてドリフト領域２３の広い範囲に広がっている。半導体装置１０では、リサーフ層２５の周縁のコーナー部２５ａがドリフト領域２３に露出しており、このコーナー部２５ａで電界が集中し易い。このため、半導体装置１０がターンオフする過渡期間において、高いサージ電圧が半導体装置１０に加わると、リサーフ層２５のコーナー部２５ａの電界が強くなる。このため、コーナー部２５ａでアバランシェ現象が発生し、終端領域のチャージバランスが大きく崩れ、空乏層が中心領域側に向けて収縮する。空乏層が収縮すると、ボディ領域２７のコーナー部２７ａで電界が集中するようになる。このボディ領域２７のコーナー部２７ａでアバランシェ現象が発生すると、次にコンタクト領域２６のコーナー部２６ａで電界が集中するようになる。このように、ターンオフする過渡期間では、電界の集中する箇所が次々に変化し、最終的にコンタクト領域２６のコーナー部２６ａで電界が集中する。なかでも、コンタクト領域２６のコーナー部２６ａは、ボディ領域２７の不純物とリサーフ層２５の不純物が重複して導入されている領域であり、不純物濃度が濃くなっている。このため、コンタクト領域２６のコーナー部２６ａは、過度な電界集中が発生し易い。
【００２１】
半導体装置１０では、コンタクト領域２６の側面に接して絶縁体領域２８が設けられている。換言すると、ボディ領域２７の不純物とリサーフ層２５の不純物が重複して導入されている範囲の一部に絶縁体領域２８が設けられている。絶縁体領域２８が設けられていると、絶縁体領域２８に強い電界が加わるので、その周囲に存在するコンタクト領域２６のコーナー部２６ａの電界集中が緩和される。このため、コンタクト領域２６のコーナー部２６ａでは、アバランシェ現象の発生が抑制される。この結果、半導体装置１０のダイナミック特性が改善される。
【００２２】
図２に、半導体装置１０の耐圧と、コンタクト領域２６とチャネルストッパ領域２４の間を流れるアバランシェ電流の関係を示す。図２には、絶縁体領域２８の深さＤ２８が１、２、３、４μｍの結果が示されている。なお、絶縁体領域２８の幅Ｗ２８は、１０μｍで一定である。ここで、絶縁体領域２８の深さＤ２８は、半導体基板２０の表面からの深さをいう。絶縁体領域２８の幅Ｗ２８は、コンタクト領域２６の側面に接する位置から終端領域側の端部までの長さをいう。ボディ領域２７は、不純物濃度が５×１０１６ｃｍ−３で形成されており、拡散深さは４．５μｍである。リサーフ層２５は、不純物のドーズ量が１〜２．５×１０１２ｃｍ−２で形成されており、拡散深さは３．８〜４．６μｍである。コンタクト領域２６は、リサーフ層２５を形成するときに導入したドーズ量の他に、５×１０１５ｃｍ−２のドーズ量をさらに加えて形成されており、拡散深さは１μｍである。なお、図２中の比較例は、絶縁体領域２８が設けられていない場合である。
【００２３】
図２に示すように、絶縁体領域２８の深さが２μｍの場合、比較例よりも耐圧が向上している。なお、絶縁体領域２８の深さが１μｍの場合は、比較例と同等の耐圧である。
上記の結果から、絶縁体領域２８の深さは、リサーフ層２５の拡散深さの半分以下であることが好ましいことが分かる。この範囲内であれば、絶縁体領域２８を設けない場合（比較例）に比して、絶縁体領域２８を設けることによって耐圧を改善する効果が得られる。
【００２４】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】実施例の半導体装置の要部縦断面図を模式的に示す。
【図２】半導体装置の耐圧と、コンタクト領域とチャネルストッパ領域の間を流れるアバランシェ電流の関係を示す。
【図３】従来の半導体装置の要部縦断面図を模式的に示す。
【符号の説明】
【００２６】
２０：半導体基板
２１：ドレイン電極
２２：ドレイン領域
２３：ドリフト領域
２４：チャネルストッパ領域
２５：リサーフ層
２６：コンタクト領域
２７：ボディ領域
２８：絶縁体領域
３２：チャネルストッパ電極
３６：ソース電極
【図１】
2008227239.tif 000003
【図２】
2008227239.tif 000004
【図３】
2008227239.tif 000005