(57)【要約】電力ＭＯＳＦＥＴ、ショットキ整流器又はｐｎ整流器のような半導体装置が、半導体基体（１０）の第１及び第２の互いに反対側の表面（１１及び１２）に各々隣接する第１（２１、２３、３１ａ）及び第２（２２）装置領域の間に電圧負担ゾーン（２０）を有している。抵抗性経路（４２）を含むトレンチ形成された電界整形領域（４０）が、電圧負担ゾーン（２０）を介して下側の第２領域（２２）まで延在し、当該装置の降伏電圧を向上させる。電圧負担ゾーン（２０）及びトレンチ形成された電界整形領域（４０）は、当該装置の能動装置領域（Ａ）及び周辺領域（Ｐ）の両方に存在する。他の抵抗性経路（５３）が、第１表面（１１）にわたり周辺領域（Ｐ）上を外方に延びている。この他の抵抗性経路（５３）は、周辺領域（Ｐ）における順次の下側のトレンチ形成された電界整形領域（４０）の各抵抗性経路（４２）に接続された電位分割器を形成する。かくして、電圧負担ゾーン（２０）の周辺領域（Ｐ）における順次のトレンチ形成された電界整形領域（４０）により印加される電位（Ｖ２）の徐々の変化が達成される。この有利な周辺端末処理は、この周辺領域（Ｐ）における電界形状のずれに対する装置の感受性を低減させる。
2004519103.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基体を有する半導体装置であって、前記半導体基体は該基体の第１及び第２の互いに反対側の面に各々隣接する第１及び第２の装置領域の間に電圧負担ゾーンを含み、前記装置領域は各々電極接続部を有し、前記半導体基体は前記第２装置領域まで前記電圧負担ゾーンを介してトレンチ内に延びる抵抗性経路を有するようなトレンチ形成された電界整形領域を含み、前記トレンチは前記第１面から前記基体中に延在し、前記電圧負担ゾーンは電圧阻止動作モードにおいて前記トレンチ形成された電界整形領域間における自由電荷キャリアから空乏化されるように前記トレンチ形成された電界整形領域間において寸法決め及びドーピングされているような半導体装置において、
前記電圧負担ゾーン及び前記トレンチ形成された電界整形領域は、前記第１装置領域と前記第２の装置領域との間の能動装置領域及び該能動領域の周の廻りに延在する周辺領域の両方に存在し、
他の抵抗性経路が前記第１面にわたり前記周辺領域上を外方に延びて、該周辺領域における順次の下側に位置する前記トレンチ形成された電界整形領域の各々と接続された電位分割器を形成し、これにより、前記電圧負担ゾーンの前記周辺領域における前記順次のトレンチ形成された電界整形領域により印加される電位を徐々に変化させる、
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、前記電位分割器に接続された前記順次のトレンチ形成された電界整形領域を有する前記周辺領域が、前記能動装置領域から前記電圧負担ゾーンの厚さより大きな距離にわたり横方向に延びることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、前記周辺領域が横方向に延びる前記距離が、前記電圧負担ゾーンの厚さの１倍と３倍との間であることを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか一項に記載の装置において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路の抵抗値が、前記トレンチ形成された電界整形領域における前記抵抗性経路の抵抗値より、例えば１桁、低いことを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項４に記載の装置において、前記トレンチ形成された電界整形領域の前記抵抗性経路が半絶縁材料を有することを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置において、前記半絶縁材料が酸素及び／又は窒素によりドーピングされた多結晶シリコンであることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６に記載の装置において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路は、酸素及び／又は窒素によりドーピングされるのみならず導電性ドーパントにより付加的にドーピングされた多結晶シリコンを有し、これにより前記トレンチ形成された電界整形領域の前記半絶縁材料よりも一層導電的であることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５ないし７の何れか一項に記載の装置において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路は半絶縁材料の層を有し、該層は前記トレンチ形成された電界整形領域の領域において前記半絶縁材料上又は該半絶縁材料中に導電性電界プレートを有し、これにより前記トレンチ形成された電界整形領域の前記半絶縁材料よりも小さな抵抗性のものであることを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６ないし８の何れか一項に記載の装置において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路が、導電性ドーパントにより軽くドーピングされているか又はドーピングされていない多結晶シリコンの層を有していることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置において、最外側のトレンチ形成された電界整形領域に接続される箇所において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路が、酸素及び／又は窒素によりドーピングされた多結晶シリコンの層を有していることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項１ないし１０の何れか一項に記載の装置において、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路が、最外側のトレンチ形成された電界整形領域に向かって高い値に増加するような抵抗値を有していることを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項１ないし１１の何れか一項に記載の装置において、前記周辺領域における前記トレンチ形成された電界整形領域が、前記能動装置領域における前記トレンチ形成された電界整形領域又は複数の領域とは別の複数のものであることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置において、前記周辺領域における前記トレンチ形成された電界整形領域は、前記能動装置領域を囲む同心的な環状領域を有していることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項１２又は請求項１３に記載の装置において、前記周辺領域における前記トレンチ形成された電界整形領域は、前記周辺領域に分散された別個の島状領域を有していることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項１ないし１４の何れか一項に記載の装置において、前記能動装置領域における前記トレンチ形成された電界整形領域が、前記周辺領域へと延在して前記トレンチ形成された電界整形領域の少なくとも幾つかを前記周辺領域に設けるようなネットワークの形態であることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項１ないし１５の何れか一項に記載の装置において、前記トレンチ形成された電界整形領域における前記抵抗性経路が前記トレンチの側壁に沿って延びる抵抗性の層を有し、該トレンチの残部を充填するために前記抵抗性の層上に絶縁充填材料が存在することを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項１ないし１６の何れか一項に記載の装置において、前記トレンチ形成された電界整形領域の前記抵抗性経路が、前記トレンチの側壁上の絶縁層により前記電圧負担ゾーンから分離されていることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項１ないし１７の何れか一項に記載の装置において、前記電圧負担ゾーンが第１導電型の半導体領域であることを特徴とする装置。
【請求項１９】
請求項１ないし１７の何れか一項に記載の装置において、前記電圧負担ゾーンは各々第１及び第２導電型の介挿された半導体の第１及び第２の領域を有し、前記第１領域は前記第２領域により前記トレンチの側壁から分離され、前記第１及び第２領域の寸法及びドーパント濃度は、前記電圧負担ゾーンが電圧阻止モードにおいて空乏化された場合に、これら空乏化された第１及び第２領域が略平衡するような単位領域当たりの空間電荷を有するようなものであることを特徴とする装置。
【請求項２０】
請求項１８及び請求項１９に記載の装置において、前記他の抵抗性経路を前記電圧負担ゾーンにおける前記第１導電型の領域から電気的に絶縁するために、前記電圧負担ゾーンと前記基体の第１表面との間に第２導電型の半導体領域が存在することを特徴とする装置。
【請求項２１】
請求項１ないし２０の何れか一項に記載の装置において、前記電圧負担ゾーンが、前記基体の第１表面上に延在する前記他の抵抗性経路から電気的に絶縁されていることを特徴とする装置。
【請求項２２】
請求項２１に記載の装置において、前記電圧負担ゾーンを前記他の抵抗性経路から絶縁するために絶縁層が前記基体の第１表面に存在し、前記絶縁層には前記他の抵抗性経路が前記トレンチ形成された電界整形領域と接続される箇所において窓が存在することを特徴とする装置。
【請求項２３】
請求項１ないし１９の何れか一項に記載の装置において、前記電圧負担ゾーンが、前記トレンチ形成された電界整形領域の間において、前記基体の第１表面まで延在していることを特徴とする装置。
【請求項２４】
請求項１ないし２３の何れか一項に記載の装置において、前記第１装置領域は、前記電圧負担ゾーンとでショットキ整流器のショットキ障壁を形成するようなショットキ電極であることを特徴とする装置。
【請求項２５】
請求項１ないし２３の何れか一項に記載の装置において、前記第１装置領域は、前記電圧負担ゾーンとでダイオード整流器のｐｎ接合を形成するような前記基体の半導体領域であることを特徴とする装置。
【請求項２６】
請求項１ないし２３の何れか一項に記載の装置において、前記第１及び第２装置領域は、各々、電界効果トランジスタのソース及びドレイン領域であり、前記ソース領域は、前記電圧負担ゾーンとでｐｎ接合を形成するような当該トランジスタのチャンネル収容基体領域により前記電圧負担ゾーンから分離されていることを特徴とする装置。
【請求項２７】
請求項１ないし２６の何れか一項に記載の装置において、前記能動装置領域における前記トレンチ形成された電界整形領域の前記抵抗性経路と前記電位分割器の前記他の抵抗性経路とが、前記第１装置領域に対する電極接続部を形成するような当該装置の主電極に接続されていることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電圧負担ゾーン（ｖｏｌｔａｇｅ−ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ ｚｏｎｅ）を介して延びるトレンチ形成された電界整形領域（ｔｒｅｎｃｈｅｄ ｆｉｅｌｄ−ｓｈａｐｉｎｇ ｒｅｇｉｏｎｓ）を備えるような半導体装置に関する。また、本発明は有利な周辺端末処理を備える斯様な装置を提供する。
【０００２】
【従来の技術】
多くの既知の半導体装置は、第１及び第２装置領域の間に電圧負担ゾーンを含むような半導体基体を有し、上記第１及び第２装置領域は上記基体の第１及び第２の互いに反対側の表面に各々隣接する電極接続部を各々有している。例えばＭＯＳＦＥＴのような電界効果トランジスタは、斯かる電圧負担ゾーンを当該トランジスタのドレイン・ドリフト領域として有するような１つの特定の型式のものである。例えばショットキダイオード又はｐｎ接合ダイオードのような電力整流器は、斯かる電圧負担ゾーンが整流接合に隣接するような他の特定の型式のものである。
【０００３】
公開されたドイツ国特許出願第ＤＥ−Ａ−１９８４８８２８号、並びに国際特許出願公開第ＷＯ０１／５９８４４号、第ＷＯ０１／５９８４７号及び第ＷＯ０１／５９８４６号（出願人整理番号：ＰＨＮＬ００００６５、ＰＨＮＬ００００６６及びＰＨＮＬ００００６７）は、斯様な装置に、抵抗性経路を含むトレンチ形成された電界整形領域を組み込むことを開示しており、上記抵抗性経路はトレンチ中に電圧負担ゾーンを介して第２電極領域まで延在し、該トレンチは当該基体中に第１表面から延在している。上記電圧負担ゾーンはトレンチ形成された電界整形領域間で、電圧阻止動作モードにおいて上記トレンチ形成された電界整形領域間の自由電荷キャリアから空乏化されるように寸法決めされると共にドーピングされている。
【０００４】
このトレンチ形成された電界整形領域の組み込みは、当該装置の所望の電圧負担、電圧阻止及び降伏電圧特性が、降伏電圧と直列抵抗率との間の通常の二乗法則関係により従来必要とされるよりも高いドーパント濃度及び、従って、低い抵抗率を有するような半導体領域（又は介挿された半導体領域）を用いて得られることを可能にする。これらの装置は、米国特許第ＵＳ−Ａ−４，７５４，３１０号（出願人整理番号：ＰＨＢ３２７４０）に開示されたものの変形例である。上記ＵＳ−Ａ−４，７５４，３１０、ＤＥ−Ａ−１９８４８８２８、ＷＯ０１／５９８４４、ＷＯ０１／５９８４６及びＷＯ０１／５９８４７の全内容は、参照文献として本明細書に組み込まれるものとする。
【０００５】
上記のトレンチ形成された電界整形領域及び電圧負担ゾーンの種々の設計パラメータは、上記トレンチ形成された電界整形領域を経る小さな漏れ電流の通路の結果として、第１及び第２電極間の能動装置領域内で略一様な電界分布を発生するように最適化することができる。しかしながら、斯様な装置は、上記能動領域の周辺近傍で発生し得る電界形状（ｆｉｅｌｄ ｐｒｏｆｉｌｅ）のずれを被り易い。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、周辺領域におけるトレンチ形成された電界整形領域の、この領域における電界形状のずれに対する装置の感受性を低減するような、適合するが異なる構成を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様によれば、前記電圧負担ゾーン及び前記トレンチ形成された電界整形領域が、前記第１及び第２の電極接続領域の間の能動装置領域と該能動領域の周の廻りに延在する周辺領域との両方に存在するような半導体装置が提供される。この場合、前記周辺領域には前記第１面にわたり該周辺領域上を外方に延びるような他の抵抗性経路が含まれる。この他の抵抗性経路は、上記周辺領域における順次の下側に位置する前記トレンチ形成された電界整形領域の抵抗性経路の各々を介して前記下側の第２領域に接続されるような電位分割器を形成する。かくして、前記電圧負担ゾーンの前記周辺領域における前記順次のトレンチ形成された電界整形領域により印加される電位の徐々の変化が達成される。
【０００８】
抵抗性経路を用いて半導体装置の周辺領域にわたり電位分割器を設けることは米国特許第４，３７５，１２５号（出願人整理番号：ＰＨＢ３２７００）から既知であり、該文献の全内容は参照資料として本明細書に組み込まれるものとする。しかしながら、この既知の使用は、自身が下側に位置する装置領域に対する抵抗性経路を含むようなトレンチ形成された電界整形領域への接続に関連するものではない。
【０００９】
本発明による装置においては、前記電位分割器を形成する前記他の抵抗性経路の抵抗値が、前記トレンチ形成された電界整形領域における前記抵抗性経路の抵抗値より、典型的には１桁低い。上記電位分割器に沿って線形な電位勾配を使用することもできるが、上記他の抵抗性経路の抵抗値を最外側のトレンチ形成された電界整形領域に向かって高い値に増加させることにより、一層コンパクトな構造を達成することができる。このことは、最外側の領域の周辺の横方向の電界に対する装置の感受性が、内側の電界整形領域が印加電圧の大きな割合を徐々に降下させた後に減少される故に達成可能となる。
【００１０】
本発明による有利な特徴は、添付請求項に記載されている。これら及び他の特徴は、添付図面を参照して記載されるべき本発明の特定の実施例に例示として示されるであろう。
【００１１】
尚、図１ないし４Ａ及び図５ないし１２は概念的なもので、各部の相対寸法及び割合は図面における明瞭化及び便宜のために寸法が誇張され又は縮小されて示されている。また、同一の符号が、概ね、異なる実施例における対応する又は同様の特徴を示すために使用されている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は半導体装置の一実施例を示し、該半導体装置は第１装置領域２１と第２装置領域２２との間に電圧負担ゾーン２０を含むような単結晶半導体基体１０を有している。これら領域２１及び２２は、当該基体１０の第１及び第２の互いに反対側の面１１及び１２に各々隣接する電極接続部を有している。本例においては、領域２１及び２２は、各々、電界効果トランジスタのソース領域及びドレイン領域であり、電極３１及び３２により接触されている。ソース領域２１は、通常の方法において、領域２０とｐｎ接合２４を形成する当該トランジスタのチャンネル収容基体領域２３（時には“ベース領域”とも呼ばれる）により電圧負担ゾーン２０から分離されている。電圧負担ゾーン２０は、当該トランジスタのドレイン・ドリフト領域である。該トランジスタは絶縁されたゲート３３を有するＭＯＳＦＥＴ型のものであり、該絶縁ゲートは中間ゲート誘電体層３４により領域２３から絶縁される一方、ゲート３３は該誘電体層を介して容量的に結合される。このように、ゲート３３は、既知の態様で、当該トランジスタの導通状態においてはソース領域２１とドレイン領域２２との間における領域２３に導通チャンネルを誘起し及び制御するように作用する。
【００１３】
図１の装置は、ＤＥ−Ａ−１９８４８８２８、ＷＯ０１／５９８４４、ＷＯ０１／５９８４６及びＷＯ０１／５９８４７に開示されたもののような、トレンチ形成された電界整形領域４０を有する進んだ型式のものでもある。これらのトレンチ形成された電界整形領域４０は当該装置の降伏電圧を向上させる。
【００１４】
このように、表面１１から基体１０内に延在するようなトレンチ４１が存在する。これらトレンチの配置は、アレイの形状、及び／又は相互接続されたネットワークの形状、及び／又は分離した個別の複数のトレンチの形状とすることができる。各電界整形領域４０は、トレンチ４１内に、電圧負担ゾーン２０を介して電極接続領域２２まで延びるような抵抗性経路４２を含んでいる。該経路４２は電極３１と電極３２との間に接続される。図１のＭＯＳＦＥＴの電圧阻止状態においては、空乏層が、逆バイアスされたｐｎ接合２４から及びトレンチ４１の側壁から電圧負担ゾーン２０内に広がる。電圧負担ゾーン２０の寸法ｘ及びｚ並びにドーピングｎは、既知の方法で、トレンチ形成された電界整形領域４０の間のゾーン２０が該電圧阻止状態において自由電荷キャリアから空乏化されるように適切に選定される。
【００１５】
簡単に述べると、降伏の向上は下記のようにして得られる。小さな漏れ電流Ｉ１が電極３１及び３２の間の抵抗性経路４２を介して通過するので、これら経路４２は、線形な電位勾配、従って一様な電界分布を発生させるような抵抗として作用する。ゾーン２０の寸法ｘを充分に小さくすることにより、この一様な電界はゾーン２０の中間領域（当該ＭＯＳＦＥＴのドリフト領域）に通過させることができる。これは、電圧負担ゾーン２０におけるピーク電界の低下及び降伏電圧の対応する上昇につながる。
【００１６】
しかしながら、当該装置は電界形状整形の斯かる過程に依存するため、斯様な装置の向上された特性は平坦な電界形状からのずれに対して影響を受け易くなる。このようなずれは能動装置領域Ａの縁部の近傍で発生し得る。実際的には、このことは、平坦な垂直電界形状が能動装置領域Ａの縁部を幾らかの距離を超えて維持されるべきである一方、横方向電界も合理的な限界内で維持すべきであることを意味する。このような状況は、本発明による縁部端末処理構造により達成することができる。
【００１７】
このように、本発明による図１の装置においては、電圧負担ゾーン２０及びトレンチ形成された電界整形領域４０が、電極接続領域２１及び２２の間の能動装置領域Ａ並びに該能動領域Ａの周辺部の周りに延在する周辺領域Ｐの両方に存在する。他の抵抗性経路５３が表面１１にわたり周辺領域Ｐの上を外方に延在している。この他の抵抗性経路５３は、周辺領域Ｐにおける順次の下に位置するトレンチ形成された電界整形領域４０に各々接続されるような電位分割器（図４Ａにおける区域Ｒｌａｔ参照）を形成する。これにより、電圧負担ゾーン２０の周辺領域Ｐにおける順次のトレンチ形成された電界整形領域４０により印加される電位は徐々に変化される。結果としての緩やかな横方向遷移は、図３を参照して後述する。
【００１８】
このように、能動領域Ａを超える周辺領域Ｐ内の垂直抵抗性経路４２は、電極領域２２と他の抵抗性経路５３との間に接続されて、能動領域Ａの縁部の周囲に電位の徐々の変化を形成する。横方向経路５３を介して垂直経路４２へ走る小さな漏れ電流Ｉ３の大きさは、経路５３の材料（又は複数の材料）に関して適切な抵抗率を選択すると共に、下に位置するトレンチ形成された電界整形領域４０と接続する経路５３に関して適切な長さを選択することにより、容易に設定することができる。この縁部漏れ電流Ｉ３（横方向経路５３を経る）は、設計により小さな漏れ電流Ｉ１（垂直経路４２を経る）を示すような装置においては許容可能であることに注意すべきである。周辺領域Ｐにおいて垂直経路４２を経て流れる漏れ電流Ｉ２の大きさは、該経路４２が能動領域Ａから外側に離れる程、減少する。
【００１９】
上記電位分割器に接続された順次のトレンチ形成された電界整形領域４０を有する周辺領域Ｐは、能動装置領域Ａから、電圧負担ゾーン２０の厚さｚの半分より長く、且つ、該厚さｚの４倍未満の距離ｙにわたり横方向に延びることができる。典型的には、距離ｙは厚さｚの１倍と３倍との間である。本発明を適用することにより、ゾーン２０の周辺領域Ｐにおける電位の最適な徐々の変化は、短い距離ｙにわたってさえ達成することができる。このように、本発明によれば小型の装置を構成することができる。
【００２０】
図１は、能動領域Ａの外側部分のみを示すと共に、基体１０の縁部１３までの全距離にわたり延びる周辺領域Ｐを示している。解説的例として、図１には３つの周辺のトレンチ形成された電界整形領域４０のみが示されている。しかしながら、周辺領域Ｐの斯様な区域にわたっては、通常は、より多くの斯かるトレンチ形成された電界整形領域４０が含まれる。
【００２１】
図２Ａ、２Ｂ及び２Ｃは、セル型電力ＭＯＳＦＥＴの能動装置領域Ａ及び周辺領域Ｐにおける斯かるトレンチ形成された電界整形領域４０に関する３つの変形配置例を概念的に図示している。能動領域Ａは、能動ＭＯＳＦＥＴセルのＭＯＳゲート３３の存在により示されている。図２Ａ及び２Ｂにおいて、能動領域Ａにおけるトレンチ形成された電界整形領域４０は、各ＭＯＳＦＥＴセルの個々の中央ゲート３３の周りに延在するネットワークの形態である。図２Ｃにおいては、ゲート３３が、能動領域Ａにおける各セルの個々の中央のトレンチ形成電界整形領域４０ｃの周囲に延在するネットワークの形態である。各図において、上記ネットワークに関して正方形のアレイ幾何学構造が便宜上示されているが、例えば密集八角形アレイ幾何学構造のような他の幾何学構造も使用することができる。
【００２２】
図２Ａにおいて、能動領域Ａにおけるトレンチ形成電界整形領域４０はネットワークの形態であり、該ネットワークは周辺領域Ｐへと延在して該周辺領域Ｐにトレンチ形成された電界整形領域４０ａを形成している。図２Ｂ及び２Ｃにおいて、周辺領域Ｐにおけるトレンチ形成された電界整形領域４０ｂ及び４０ｃは、能動装置領域Ａにおける領域（又は複数の領域）４０とは別の複数のものである。図２Ｂにおいて、周辺領域Ｐにおける領域４０ｂは、能動装置領域Ａを囲む同心的環状の帯状領域を有している。図２Ｃにおいて、周辺領域Ｐにおけるトレンチ形成電界整形領域４０ｃは、該周辺領域Ｐに分散された別個の島状領域を有している。
【００２３】
周辺領域Ｐにおける斯かる異なる設計のトレンチ形成電界整形領域４０の組合せを有することも可能である。このように、例えば周辺領域Ｐにおける最内側の領域４０が、該周辺領域Ｐの隣接部分内に延びるような（図２Ａ及び２Ｂの）能動領域ネットワークの延長部を有することもできる。これらのネットワーク延長部４０ａは、別個の島状領域４０ｃ（図２Ｃ）の分散により、及び１以上の最外側環状領域４０ｂ（図２Ｂ）により取り囲むこともできる。
【００２４】
上記能動装置領域Ａにおける種々の装置部分は、既知の材料、ドーピング濃度、寸法及び構造のものであり得る。典型的には、前記抵抗性経路４２は、例えば酸素及び／又は窒素をドーピングされた多結晶シリコン等の半絶縁材料のものである。図１に示すように、上記経路４２は、ゾーン２０及び領域２３から例えば二酸化シリコン等の薄い絶縁層４４により分離することができる。同様の材料及び構造を、当該装置の周辺領域Ｐにおけるゾーン２０の延長部における電界整形領域４０に関しても使用することができる。シリコン基体１０内の典型的な例においては、ゾーン２０は立方センチメートル当たり５・１０１５ないし５・１０１６の範囲の砒素又は燐原子の一様なドーピング濃度を有することができ、トレンチ形成された領域４０のピッチｐｘは２μｍ（マイクロメートル）ないし１０μｍの範囲とすることができる。ゾーン２０の厚さｚは、当該装置の所望の降伏電圧に関係する。６０Ｖと１ｋＶとの間の降伏電圧に対しては、厚さｚは典型的には３μｍ（マイクロメートル）ないし５０μｍの範囲内である。
【００２５】
図１は、トレンチ・ゲート３３がｐ型基体領域２３の厚さにわたりドレイン・ドリフト領域２０まで延びるようなトレンチ・ゲートＭＯＳＴ構造を図示している。しかしながら、代わりに、平坦なゲート３３が表面１１上のゲート誘電体３４上に存在するようなＤＭＯＳＴ構造を実現することもできる。ＤＭＯＳＴにおいては、ドレイン・ドリフト領域２０はゲート３３の中央の下において表面１１まで延びる。また、本発明は、ｐ＋陽極領域２３及びｎ＋カソード領域を、中間の電圧負担ゾーン２０により分離された主電極領域として有するようなダイオード整流器にも使用することができる。この場合、斯様なダイオード整流器においては装置部分２１、３３及び３４は存在せず、ｐ型領域２３は電界整形領域４０により分断されることは別として連続的となる。
【００２６】
図３は、本発明の、トレンチ・ゲートＭＯＳＦＥＴ実施例、ＤＭＯＳＴ実施例及びＰＮダイオード整流器実施例を含む実施例を表すために一層広く使用することが可能な単純化された図である。斯様な単純化された図は図５ないし図１０及び図１２においても使用され、これら図は例えばトレンチ・ゲートＭＯＳＦＥＴ、ＤＭＯＳＴ及びＰＮダイオード整流器実施例にも広く適用可能である。
【００２７】
図３は、当該装置の主電極３１を示し、該主電極は能動装置領域Ａにおける垂直抵抗性経路４２に対する、及び前記電位分割器の横方向抵抗性経路５３に対する簡単な電極接続部を形成する。ＰＮダイオード整流器の実施例においては、この電極３１はｐ型陽極領域２３に接続される陽極となる。ＭＯＳＴの実施例においては、この電極３１は、ｎ型ソース領域２１に接続されるソースとなり、通常は当該装置の何処かにおいてｐ型基体領域２３と短絡される。当該装置により阻止されるべき電圧は、装置基体１０の互いに反対の表面１１及び１２における主電極３１及び３２の間に印加される。
【００２８】
図１及び図３は、基体１０の縁部１３まで延びるｎ型電圧負担ゾーン２０及びｐ型領域２３の両者を示している。これは、製造するのが容易な簡単な構造である。図２Ａ及び２Ｂの配置設計によれば、周辺領域Ｐにおける領域４０はｐ型領域２３の延長部を、経路５３の抵抗性材料の層により接触される限りを除き互いから電気的に絶縁された別個の領域に分割している。後述するように、経路５３用に選択される特定の抵抗性材料（例えば、酸素がドーピングされた多結晶シリコン）は、これらの別体のｐ型領域２３との境界において実際に電気的障壁を形成し得る。図２Ｃの配置設計の場合、周辺領域Ｐにおけるｐ型領域２３の延長部は、電界整形領域４０が分散されているような電気的に連続した領域である。この連続した周辺領域２３は、上に位置する抵抗性経路５３から絶縁することができる。他の例として、領域（又は複数の領域）２３は周辺領域Ｐから削除することもできる。
【００２９】
図３の簡略化された図は、ゾーン２０が電界整形領域４０の間で空乏化されているような、当該装置の阻止状態における電界形状をモデル化するために使用される基本装置構造を図示している。該モデル化は、垂直及び横方向経路４２及び５３の抵抗比Ｒｖｅｒｔ／Ｒｌａｔの変化、及び周辺領域Ｐにおいて抵抗性経路５３により接続される領域４０の数の変化、即ち図１における距離ｙの変化を含む。電圧負担ゾーン２０の厚さｚは、既述したように、所望の電圧阻止能力により決定される。この厚さｚは、垂直経路４２の最小長Ｌも決定する。全ての電界整形領域４０に関しては帯状の幾何学構造が仮定されている、即ち図の面に垂直に延びる帯状体で以って仮定されている。更に、帯状領域４０の間の種々のｐ型領域２３は互いに接続されておらず、従って経路５３を形成する上側の抵抗性層との相互作用から電圧を得ると仮定されている。
【００３０】
図３における破線Ｖ２は等電位線を示し、緩やかな横方向の遷移を示している。緩やかな電圧降下を得るために要する抵抗率を推定するために、この帯状幾何学構造を用いたシミュレーションが実行された。縁部端末処理の垂直及び横方向経路４２及び５３の各々における大きさＲｖｅｒｔ及びＲｌａｔの抵抗区域が、抵抗Ｒｖｅｒｔ及びＲｌａｔの簡単な図４Ａのネットワークを用いて表された。下側電極（従って、電極領域）は、上側電極３１に電圧が印加された状態で、接地電位であった。図４Ａは、横方向経路５３により形成される前記電位分割器に沿う電圧下降が３つの垂直経路４２にわたるものであるような特別な状況を示している。これは、縁部端末処理に対して３つの区域を伴う構成である。図４Ｂは、電極３１と該電極３１を超える第１垂直経路４２との間の経路５３の第１抵抗性区域にわたって降下された印加電圧の割合Ｆを、Ｒｖｅｒｔ／Ｒｌａｔの関数として示している。異なる曲線のプロットは、４、６、８及び１０個の区域を伴う縁部端末処理に関する結果である。
【００３１】
図４Ｂから、第１抵抗区域にわたり（即ち、能動領域Ａの直に隣の第１横方向抵抗Ｒｌａｔにわたり）全印加電圧の５％と２５％との間の電圧降下を達成するには、横方向抵抗Ｒｌａｔの（オームでの）大きさは垂直抵抗Ｒｖｅｒｔより１０ないし５００の係数だけ（即ち、少なくとも１桁の大きさだけ）小さくなければならないことが分かる。抵抗率（ｏｈｍ．ｃｍ）に関する状況は、上側の抵抗性の層５３抵抗率が下側の構造との相互作用により（例えば、図１及び図３におけるｐ型領域２３との相互作用により）局部的に影響を受け得るという事実により、僅かに複雑となる。
【００３２】
極端な場合においては、横方向の抵抗性経路５３が極めて高く（ｐ＋）ドーピングされた下側領域２３に接触する場合、電圧降下が存在しないこともあり得る。この極端な場合は、横方向の電圧降下が生じる領域を、垂直ＳＩ層の直上の領域（又は、等しいトレンチ及びメサ幅において合計領域の約半分）に制限する。この極端な状況を考慮に入れて、横方向の抵抗性経路５３を形成する層の抵抗率に関する推定は、
【数１】
2004519103.tif 000003
で与えられ、ここで、
ρｌａｔは横方向経路５３の層材料の抵抗率、
ρｖｅｒｔは垂直経路４２の材料の抵抗率、
Ｌは垂直経路４２の長さ、
ｐｘは垂直経路４２のピッチ（中心間の間隔）、
ｗは垂直経路４２の幅、及び
ｄは横方向経路５３の層の厚さである。
横方向経路５３の層材料の抵抗率ρｌａｔが縁部端末処理の全域にわたって一定である必要はないことに注意すべきである。能動領域Ａの縁部の近傍では（電圧降下を制御するために）低抵抗率を用い、遠くでは（漏れ電流及び縁部端末処理の幅ｙを減少させるために）高い抵抗率を用いることは有利である可能性さえある。種々の可能性のある構成が図５ないし図８に図示されている。
【００３３】
図５の構成において、電極３１に接続された抵抗性の層５３ａは、絶縁層５４において終端するよう、幾つかのトレンチ形成電界整形領域４０及びｐ型領域２３上にわたり横方向に走っている。該抵抗性の層５３ａは、例えばドーピングされていない多結晶シリコン、又は例えば硼素若しくは燐等の導電性ドーパントで軽くのみドーピングされているような多結晶シリコンからなるものとすることができる。絶縁層５４は、例えば二酸化シリコンを有することができる。図５は、絶縁層５４の下に追加のトレンチ形成された電界整形領域４０ａを示している。これらの最外側の領域４０ａは抵抗性の層５３ａに接続されていないが、これら領域は下側電極領域２２に接続されると共に図２Ａの構成で相互接続されてもいる。しかしながら、これらの追加のトレンチ形成電界整形領域４０ａは図５の構成では設ける必要はない。図５に示すように、ｐ型領域（又は複数の領域）２３は絶縁層５４の下から削除することもできる。
【００３４】
図６の構成は、抵抗性の層５３ａが大幅に高い抵抗材料からなる他の抵抗性の層５３ｂで終端する点を除き、図５のものと類似している。このように、経路５３は、最外側のトレンチ形成電界整形領域４０に接続される場所で一層高い値に増加する抵抗値を持つような電位分割器を形成する。かくして、該電位分割器に関して、非線形な電位勾配が達成される。層５３ｂは、例えば酸素及び／又は窒素によりドーピングされた多結晶シリコンのような半絶縁材料からなるものとすることができる。そのままで、該層の抵抗値は層５３ａのものより１桁高くすることができる。層５３ｂは、トレンチ４１内の垂直経路４２が設けるのと同一の半絶縁材料とすることができる。内側のトレンチ形成電界整形領域４０に接続される箇所において、当該抵抗性経路層５３は、図５におけるのと同様にドーピングされていない又は軽くドーピングされた多結晶シリコンの層５３ａを有することができる。
【００３５】
図７の構成は、抵抗性経路５３を形成する層５３ｃに対して半絶縁材料（例えば、酸素及び／又は窒素によりドーピングされた多結晶シリコン）が使用される点を除き、図５及び図６のものと類似している。しかしながら、この層５３ｃは導電性ドーパントにより付加的にドーピングされて、前記トレンチ形成電界整形領域の半絶縁材料よりも導電的である。該導電性ドーパントは、例えば層５３ｃにイオン注入される硼素又は燐とすることができる。この付加的な導電性ドーピングが図７に符号５３ｄにより図示されている。該導電性ドーピングの線量は層３５ｃに沿って横方向に一様とすることができる。他の例として、上記注入処理の間に既知の段階的部分マスク技術が使用され、ドーピング５３ｄを能動領域Ａの近傍における高い線量から外側の電界整形領域４０に向かって低い線量へと徐々に変化させることもできる。このように、ドーピングされた層５３ｃ、５３ｄにより設けられる抵抗性経路は、最外側の領域４０に向かって高い値に増加するような抵抗値を有することができる。上記ドーピングの勾配は層５３ｃが最外側の領域４０に近付くにつれて一層急激に減少し、これにより電位勾配を一層急激に増加させることもできる。ドーピングされた層５３ｃ、５３ｄは、図６におけるように半絶縁層５３ｂにおいて終端するか、又は図５におけるように絶縁層５４において終端することができる。
【００３６】
図８の構成は、半絶縁材料の層５３ｃを有する点で図７のものと類似している。しかしながら、図８においては、層５３ｃの抵抗率が異なる態様で、即ち金属電界プレートを設けることにより減少される。かくして、この装置においては、半絶縁材料の層５３ｃは、該半絶縁材料上のトレンチ形成電界整形領域４０の位置に導電性電界プレート５１を有し、これにより領域４０の半絶縁材料４２より小さな抵抗性のものとしている。半絶縁材料５３ａ上に付着された金属の代わりに、上記導電性電界プレート５１は、半絶縁材料５３ｃ内に例えば導電型ドーパントのイオン注入により局部的に形成された領域とすることもできる。
【００３７】
これまで図１、３及び５ないし８に図示したトレンチ形成電界整形領域４０は、トレンチ４１を、垂直抵抗性経路４２を形成する半絶縁材料により充填している。その場合、トレンチ４１の幅ｗが、図３に示すように経路４２の抵抗値Ｒｖｅｒｔを決定するような断面を提供することとなる。該抵抗値Ｒｖｅｒｔを決定する更なる自由度を、図９の変形例により達成することができる。
【００３８】
図９において、トレンチ形成電界整形領域４０の抵抗性経路４２は、トレンチ４１の側壁に沿って延びる抵抗性の層４２ａを有している。図面には図示されていないが、上記抵抗性の層４２ａは各／当該トレンチ４１の底部にわたり延在することもできる。絶縁充填材料４６が、抵抗性の層４２ａ上に当該トレンチ４１の残部を充填するように存在する。この場合、層４２ａの厚さは経路４２の抵抗値Ｒｖｅｒｔを決定する断面を提供することになる。典型的には、層４２ａは例えば酸素及び／又は窒素によりドーピングされた多結晶シリコン等の半絶縁材料を有している。上記絶縁充填材料４６は、例えば付着された二酸化シリコンとすることができる。このような構造は、能動装置領域に関してＤＥ−Ａ−１９８４８８２８、ＷＯ０１／５９８４４、ＷＯ０１／５９８４６及びＷＯ０１／５９８４７に開示されている。本発明の実施例（例えば、図５ないし図８の変形例）は、斯様な構造を能動領域Ａ及び周辺領域Ｐの両方において使用することができる。
【００３９】
これまで図示した全ての実施例において、電圧負担ゾーン２０は、トレンチ４１の絶縁された側壁まで延びる第１導電型（ｎ型）の半導体領域である。
【００４０】
図１０は、電圧負担ゾーン２０が、各々第１及び第２導電型（ｎ型及びｐ型）の介挿された半導体の第１及び第２領域２０ａ及び２０ｂを有するような変形例を示している。ｎ型領域２０ａは、ｐ型領域２０ｂによりトレンチ４１の側壁から分離されている。これら領域２０ａ及び２０ｂの寸法及びドーパント濃度は、電圧負担ゾーン２０（２０ａ、２０ｂ）が電圧阻止モードにおいて空乏化された場合に、これらの空乏化された領域２０ａ及び２０ｂが略平衡するような単位領域当たりの空間電荷を有するようなものとされる。しかしながら、ｐ型領域２０ｂの主要な機能は、当該装置のオン状態において抵抗性の層４２ａ内の残留電荷に対して遮蔽として作用するということである。このような構造は、能動装置領域に関してＤＥ−Ａ−１９８４８８２８及びＷＯ０１／５９８４６（出願人整理番号：ＰＨＮＬ００００６７）に開示されている。本発明の実施例（例えば、図５ないし８の実施例）は、斯様な構造を能動領域Ａ及び周辺領域Ｐの両方において使用することができる。
【００４１】
抵抗性経路４２及び５３並びに電圧負担ゾーン２０に関して今まで解説した種々の構成は、本発明による多くの装置型式に対して使用することができる。特別な例は、トレンチ・ゲートＭＯＳＦＥＴ、ＤＭＯＳトランジスタ、ＰＮ整流器ダイオード及びショットキ整流器ダイオードである。
【００４２】
図１１はショットキ整流器ダイオードの実施例を図示している。斯様なダイオードにおいては、電圧負担ゾーン２０は能動装置領域Ａにおける基体１０の上面１１まで延び、該領域においてはショットキ障壁２４ａが陽極電極３１ａとにより形成される。このショットキ電極３１ａは、実効的に、当該装置の上側電極領域を構成し、該電極は異なる既知の形態のものであり得る。このように、電極３１ａは全体として、ｎ型シリコンゾーン２０と障壁２４ａを形成すると共に電極接続部３１をも形成するような例えばタングステン等の金属からなるものとすることができる。他の例として、電極３１ａは、障壁２４ａを形成する薄い金属又はチタン若しくはプラチナ珪化物のような金属珪化物上に電極接続部３１を形成するような、例えば厚いアルミニウムの複合のものとすることができる。
【００４３】
本発明によるショットキ整流器において、トレンチ形成された電界整形領域４０は、能動装置領域Ａ及び周辺領域Ｐの両方に存在する。横方向の抵抗性経路５３が、周辺領域Ｐに領域４０に対する電位分割器として設けられる。電圧負担ゾーン２０は、少なくとも能動領域Ａにおけるトレンチ形成電界整形領域の間において、当該基体の上面１１まで延在する。図１１の特定の例においては、ｐ型の環状ガード領域２３ａが、能動領域Ａの外側の周りにおいて、上記表面１１におけるショットキ電極３１ａの外側縁部に存在する。
【００４４】
これまで図示した実施例において、反対導電型（ｐ型）の半導体領域２３又は２３ａは、ｎ型電圧負担ゾーン２０（又は該領域のｎ型領域２０ａ）と基体１０の上面１１との間に存在すると共に、横方向の抵抗性経路５３を該ｎ型領域／ゾーンから電気的に絶縁している。しかしながら、この領域に上記反対導電型の領域２３又は２３ａが存在しないような変形された装置の実施例も可能である。周辺の領域２３、２３ａが省略された１つの実施例が図１２に示されている。
【００４５】
図１２の装置においては、絶縁層５４ａが、電圧負担ゾーン２０を横方向の抵抗性経路５３から絶縁するために基体１０の上面１１に存在する。該絶縁層５４ａには窓が存在し、これら窓において上記他の経路５３はトレンチ形成電界整形領域４０に接続されている。斯様な変形例は、本発明により例えばトレンチ・ゲートＭＯＳＦＥＴ、ＤＭＯＳトランジスタ、ＰＮ整流器ダイオード及びショットキ整流器ダイオード等の多くの装置型式に関して使用することができる。図１２は、能動領域Ａに陽極領域を備えるＰＮダイオード又は能動領域Ａにｐ型基体領域２３を備えるＭＯＳトランジスタの何れかにおける斯様な変形例の使用を図示している。
【００４６】
横方向の抵抗性経路５３は、幾つかの装置構造の基体１０における下側に位置する表面に隣接する構造と接触することができる。この場合、図３に関連して前述したように、横方向経路５３と下側に位置する基体表面隣接構造との間に何らかの電気的相互作用が発生し得る。斯かる接触は、ｐ型領域２３若しくは２３ａとの、又は表面まで延びる箇所におけるｎ型ゾーン２０とのものであり得る。このような相互作用は、経路５３と表面隣接ゾーン２０若しくは領域２３、２３ａとの間に障壁を組み込むことにより低減し、又は除去することさえできる。該障壁はｐｎ接合又は絶縁層であり得る。
【００４７】
上記ｐｎ接合は、経路５３の材料（抵抗性又は半絶縁性）を慎重にドーピングして、表面隣接ゾーン２０又は領域２３、２３ａのものと反対導電型を持つようにすることにより形成することができる。酸素がドーピングされた多結晶シリコン層５３ｂ、５３ｃの場合、該層の単結晶シリコン表面１１との境界が、幾らか、いわばｐｎ接合のように振る舞う傾向がある。
【００４８】
上記相互作用は、図１２の中間絶縁層５４ａを経路５３と表面隣接ゾーン２０又は領域２３、２３ａとの間に設けることにより除去することができる。しかしながら、完全な絶縁が必要でない場合は、非常に制限された、段階的な電流を、トレンチ形成された電界整形領域４０の間において経路５３と下側に位置する表面隣接構造との間に含めることができる。このことは、米国特許第４，３７５，１２５号に開示されたように形成され得るように、トンネル現象が発生し得る極めて薄い中間絶縁層により達成することができる。
【００４９】
これまで解説した全ての実施例においては、トレンチ形成された電界整形領域４０の抵抗性経路４２は電圧負担ゾーン２０からトレンチ４１の側壁上の絶縁層４４により分離されている。しかしながら、絶縁層４４が能動領域Ａの及び周辺領域Ｐのトレンチ形成電界整形領域４０から省略されているような実施例も可能である。
【００５０】
本開示を読むことにより、当業者にとっては他の変形例及び修正例が明らかとなるであろう。斯様な変形例及び修正例は、半導体装置の設計、製造及び使用において既知であり、且つ、ここで述べた特徴の代わりに又は斯かる特徴に加えて使用することができるような均等な及び他の特徴を含み得る。
【００５１】
本出願において請求項は特定の特徴の組合せに対して記載されているが、本発明の開示の範囲は、何れかの請求項に現在記載されているものと同一の発明に関するものであるか否か、及び本発明が解消するものと同一の技術的課題の何れか又は全てを解消するか否かに拘わらず、ここに明示的又は暗示的に開示された如何なる新規な特徴若しくはこれら特徴の如何なる新規な組合せ又はそれらの何れかの一般形をも含むものと理解すべきである。尚、出願人は本出願又は本出願から派生する如何なる他の出願の審査過程の間においても斯かる特徴及び／又は斯かる特徴の組合せに対して新たな請求項が記載され得ることを注記する。
【図面の簡単な説明】
【図１】
図１は、本発明による半導体装置の１つのＭＯＳＦＥＴの例における能動装置領域及び周辺領域の一部の概略断面図であり、トレンチ形成された電界整形領域の１例を示している。
【図２Ａ】
図２Ａは、本発明による斯様な半導体装置の或る配置例における能動装置領域及び周辺領域の概略平面図である。
【図２Ｂ】
図２Ｂは、本発明による斯様な半導体装置の他の配置例における能動装置領域及び周辺領域の概略平面図である。
【図２Ｃ】
図２Ｃは、本発明による斯様な半導体装置の他の配置例における能動装置領域及び周辺領域の概略平面図である。
【図３】
図３は、図１のものと同様な簡略化された装置部分の概略断面図であり、本発明により達成可能であるような、能動装置領域から周辺領域にわたる電界の緩やかな横方向の遷移を示している。
【図４Ａ】
図４Ａは、本発明による図１及び図３の装置の周辺領域における横方向及び垂直方向抵抗性経路の各々における（値Ｒｌａｔの）横方向抵抗区域及び（値Ｒｖｅｒｔの）垂直抵抗区域の概念図である。
【図４Ｂ】
図４Ｂは、上部主電極と第１（内部）垂直抵抗区域との間の第１横方向抵抗区域にわたり降下される印加電圧の割合ＦのＲｖｅｒｔ／Ｒｌａｔの関数としての４、６、８及び１０区域についてのコンピュータ・シミュレーションのグラフである。
【図５】
図５は、図３と同様であるが、本発明による斯様な装置の周辺領域にわたる横方向抵抗性経路の異なる構成を示す概略断面図である。
【図６】
図６は、図３と同様であるが、本発明による斯様な装置の周辺領域にわたる横方向抵抗性経路の異なる構成を示す概略断面図である。
【図７】
図７は、図３と同様であるが、本発明による斯様な装置の周辺領域にわたる横方向抵抗性経路の異なる構成を示す概略断面図である。
【図８】
図８は、図３と同様であるが、本発明による斯様な装置の周辺領域にわたる横方向抵抗性経路の異なる構成を示す概略断面図である。
【図９】
図９は、本発明による斯様な装置の他の例における能動装置領域及び周辺領域の一部の概略断面図であり、能動装置領域及び周辺領域におけるトレンチ形成された電界整形領域に関する他の構成を示している。
【図１０】
図１０は、本発明による斯様な装置の他の例における活性装置領域及び周辺領域の一部の概略断面図であり、能動装置領域及び周辺領域におけるトレンチ形成された電界整形領域に関する他の構成を示している。
【図１１】
図１１は、本発明によるショットキ整流器の一例における能動装置領域及び周辺領域の一部の概略断面図である。
【図１２】
図１２は、本発明による装置の他の例における能動装置領域及び周辺領域の一部の概略断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004519103.tif 000004
2004519103.tif 000005
2004519103.tif 000006
2004519103.tif 000007
2004519103.tif 000008
2004519103.tif 000009
2004519103.tif 000010
2004519103.tif 000011
2004519103.tif 000012
2004519103.tif 000013
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2004519103.tif 000030
2004519103.tif 000031
2004519103.tif 000032
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004519103.tif 000033
【国際調査報告】
2004519103.tif 000034
2004519103.tif 000035