JP5206248B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
半導体装置500は、パワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)である。周辺領域98Bの表面の一部には、絶縁膜88bが形成されている。半導体基板95の内部には、n型のドリフト領域84が形成されている。半導体基板95の裏面に臨む範囲には、n+型のドレイン領域82が形成されている。半導体基板95の表面に臨む範囲には、中心領域98Aから周辺領域98Bの一部に亘ってp型のボディ領域94が形成されている。中心領域98Aには、半導体基板95の表面からボディ領域94を貫通してドリフト領域84まで伸びているメイントレンチ90が形成されている。メイントレンチ90の内部には、絶縁材料88aで被覆されているゲート電極89が充填されている。半導体基板95の裏面には、ドレイン電極96が形成されている。中心領域98Aの半導体基板95の表面に臨む範囲であって図示しない範囲には、ボディコンタクト領域およびソース領域が形成されている。中心領域98Aの半導体基板95の表面であって図示しない範囲には、ソース領域と接しているソース電極が形成されている。中心領域90には、パワーMOSを構成する回路素子が作り込まれている。
この種の半導体装置の従来例としては、特許文献1〜3のものが知られている。
本発明の半導体装置は、半導体基板内の表面に臨む範囲に形成されている第2導電型のボディ領域を備えている。ボディ領域は、中心領域から周辺領域に亘って連続して形成されている。
本発明の半導体装置は、周辺領域のうち最も外側に位置する第1のトレンチより外側に形成されている1又は複数の第2のトレンチを備えている。第2のトレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通するまで伸びている。
本発明の他の態様の半導体装置は、半導体基板内の表面に臨む範囲に形成されている第2導電型のボディ領域を備えている。ボディ領域は、中心領域から周辺領域に亘って連続して形成されている。
本発明の他の態様の半導体装置は、周辺領域のうち最も外側に位置する第1のトレンチより外側に形成されている1又は複数の第2のトレンチを備えている。第2のトレンチは、半導体基板の表面からボディ領域を貫通するまで伸びている。
(第1特徴) 最も外側に位置する第1のトレンチとその第1のトレンチに隣接する第2のトレンチとの間隔は、回路素子の非導通時に、中心領域から周辺領域に向かって伸びる空乏層が第2のトレンチの底部に形成されている拡散領域に達しないような間隔とされている。
(第2特徴) 第2のトレンチの底部に拡散領域が形成されていない場合は、最も外側に位置する第1のトレンチとその第1のトレンチに隣接する第2のトレンチとの間隔が、回路素子の非導通時に、中心領域から周辺領域に向かって伸びる空乏層が第2のトレンチの幅方向の中間位置に達しないような間隔とされている。
(第3特徴) 第1のトレンチの外側に複数の第2のトレンチが形成されている。
(第4特徴) 最も内側に位置する第1のトレンチの内部に、絶縁材料で被覆されているトレンチゲート電極が充填されている。
(第5特徴) メイントレンチの側面と対向する範囲に、ボディ領域と拡散領域にまたがる第2導電型の側面拡散領域が形成されている。
図3は、本発明の第1実施例に係る半導体装置100の平面図である。図3では、後で詳述する分断トレンチ12dの内側の領域のみを示している。
図3に示すように、半導体装置100の中心領域18Aには、4本のメイントレンチ10が形成されている。周辺領域18Bには、メイントレンチ10の外側を囲む3本の終端トレンチ12a〜12cと分断トレンチ12dが形成されている。終端トレンチ12a〜12cと分断トレンチ12dは周辺領域18Bを一巡している。
半導体装置100は、パワーMOSである。半導体装置100は、中心領域18Aと、中心領域18Aの外側を囲んでいる周辺領域18Bに区画されているn型の半導体基板15を備えている。周辺領域18Bの半導体基板15の表面には絶縁膜8bが形成されている。半導体基板15の内部には、n型のドリフト領域4が形成されている。半導体基板15の裏面に臨む範囲には、n+型のドレイン領域2が形成されている。半導体基板15の表面に臨む範囲には、中心領域18Aから周辺領域18Bに亘ってp型のボディ領域14が形成されている。ボディ領域14は、半導体基板15の端部15aにまで達している。中心領域18Aには、半導体基板15の表面からボディ領域14を貫通してドリフト領域4まで伸びている複数のメイントレンチ10が形成されている。メイントレンチ10の内部には、絶縁材料8aで被覆されているゲート電極9が充填されている。半導体基板15の裏面には、ドレイン電極16が形成されている。中心領域18Aの半導体基板15の表面に臨む範囲であって図示しない範囲には、ボディコンタクト領域およびソース領域が形成されている。中心領域18Aの半導体基板15の表面であって図示しない範囲には、ソース領域と接しているソース電極が形成されている。中心領域10には、パワーMOSを構成する回路素子が作り込まれている。
W={2ε(Vbi−V)/qN}1/2
ここでεは誘電率、Vbiは内蔵電位、Vは素子に印加した電圧(素子耐圧)、qは電荷量、Nはドリフト領域の濃度を示す。ここで内蔵電位は、ドリフト領域の濃度と拡散領域の濃度により決定される物理量である。
例えば、70V耐圧製品で空乏層の幅Wが約0.4μmとなるように、上記の式からドリフト領域の濃度等の各値を決定することができる。
まず、半導体基板15内にドレイン領域2、ボディ領域14、ソース領域、ボディコンタクト領域を形成する。次に、半導体基板15上にフォトマスクを形成し、そのフォトマスク上にレジストを形成する。次に、メイントレンチ10と終端トレンチ12a〜12cと分断トレンチ12dのパターニングを行う。次に、パターニングに従ってエッチングによって各トレンチ10、12a〜12dを形成する。次に、各トレンチ10、12a〜12dの底部に例えばボロン等の不純物を注入して、拡散領域6、6a〜6dを形成する。
図4に、本発明の第2実施例に係る半導体装置200の要部断面図を示す。なお図4において、図1の参照符号に数字20を加えた部材は、図1で説明した部材と同一であるため、その重複説明を省略する。図4に示すように、半導体装置200では、第1実施例と異なり、分断トレンチ32dの底部に拡散領域が形成されていない。
図5に、本発明の第3実施例に係る半導体装置300の要部断面図を示す。なお図5において、図1の参照符号に40を加えた部材は、図1で説明した部材と同一であるため、その重複説明を省略する。図5に示すように、半導体装置300は、第1実施例と異なり、分断トレンチ52dの深さが終端トレンチ52a〜52cの深さよりも深い位置まで形成されている。分断トレンチ52dが深く形成されているため、分断トレンチ52dと終端トレンチ52cの間が狭い間隔で配置されていても、回路素子の非導通時に空乏層がつながりにくい。そのため、半導体装置300の小型化を図ることができる。
図6に、本発明の第4実施例に係る半導体装置400の要部断面図を示す。なお図6において、図1の参照符号に60を加えた部材は、図1で説明した部材と同一であるため、重複説明を省略する。図6に示すように、半導体装置400では、第1実施例と異なり、分断トレンチ72dの幅が他の終端トレンチ72a〜72cの幅よりも大きい幅で形成されている。このような構成によっても、分断トレンチ72dによって、空乏層が分断トレンチ72dの外側にあるボディ領域74とつながるのを防止することができる。その結果、半導体装置400の耐圧低下が防止される。
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。
4、24、44、64、84:ドリフト領域
6a〜6d、26a〜26d、46a〜46d、66a〜66d:拡散領域
8b、28b、48b、68b、88b:絶縁膜
8a、8c、28a、28c、48a、48c、68a、68c、88a、88c:絶縁材料
9、29、49、69、89:ゲート電極
10、30、50、70、90:メイントレンチ
12a〜12c、32a〜32c、52a〜52c、72a〜72c:終端トレンチ(第1のトレンチ)
12d、32d、52d、72d:分断トレンチ(第2のトレンチ)
14、34、54、74、94、94a:ボディ領域
15、35、55、75、95:半導体基板
16、36、56、76、96:ドレイン電極
19、99:空乏層
100、200、300、400、500:半導体装置
Claims (4)
- 回路素子が作り込まれている中心領域と、その中心領域の外側を囲んでいる周辺領域に区画されている第1導電型の半導体基板を備えている半導体装置であり、
前記半導体基板内の表面に臨む範囲に形成されており、前記中心領域から前記周辺領域に亘って連続して形成されている第2導電型のボディ領域と、
前記周辺領域に形成されており、前記半導体基板の表面から前記ボディ領域を貫通するまで伸びている複数の第1のトレンチと、
前記周辺領域のうち最も外側に位置する第1のトレンチより外側に形成されており、前記半導体基板の表面から前記ボディ領域を貫通するまで伸びている1又は複数の第2のトレンチを備えており、
第1のトレンチの底部を囲む範囲には第2導電型の拡散領域が形成されており、
複数の第1のトレンチは、中心領域側から外側に向かって、回路素子の非導通時に空乏層がつながる間隔を隔てて配置されており、
最も外側に位置する第1のトレンチとその第1のトレンチと隣接する第2のトレンチとの間隔が、回路素子の非導通時に空乏層がつながらない間隔であることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2のトレンチの底部を囲む範囲には、第2導電型の拡散領域が形成されていることを特徴とする請求項1の半導体装置。
- 前記第2のトレンチを複数備えており、それら複数の第2のトレンチが、中心領域側から外側に向かって回路素子の非導通時に空乏層がつながらない間隔を隔てて配置されていることを特徴とする請求項2の半導体装置。
- 回路素子が作り込まれている中心領域と、その中心領域の外側を囲んでいる周辺領域に区画されている第1導電型の半導体基板を備えている半導体装置であり、
前記半導体基板内の表面に臨む範囲に形成されており、前記中心領域から前記周辺領域に亘って連続して形成されている第2導電型のボディ領域と、
前記周辺領域に形成されており、前記半導体基板の表面から前記ボディ領域を貫通するまで伸びている複数の第1のトレンチと、
前記周辺領域のうち最も外側に位置する第1のトレンチより外側に形成されており、前記半導体基板の表面から前記ボディ領域を貫通するまで伸びている1又は複数の第2のトレンチを備えており、
第1のトレンチの底部を囲む範囲に第2導電型の拡散領域が形成されており、
複数の第1のトレンチは、中心領域側から外側に向かって、回路素子の非導通時に空乏層がつながる間隔を隔てて配置されており、
第2のトレンチの底部を囲む範囲には第2導電型の拡散領域が形成されておらず、
最も外側に位置する第1のトレンチとその第1のトレンチに隣接する第2のトレンチとの間隔は、回路素子の非導通時に、空乏層が第2のトレンチを越えて第2のトレンチの外側のボディ領域につながることが防止される間隔とされていることを特徴とする半導体装置。
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