JP2009117715A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】複数の隣り合うガードリング拡散層間の間隔を狭め、終端部における耐圧を高めた半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】
半導体基板10に形成された半導体層11上にガードリング層21が形成されている。ガードリング層21上には酸化膜22を介してフィールドプレート電極23が形成されている。終端部200におけるフィールドプレート電極23はポリシリコンにより形成され、このフィールドプレート電極23はアルミニウム電極27を介してガードリング層21と接続されている。ポリシリコンはドライエッチングによる微細加工が可能であるため、隣り合うフィールドプレート間の間隔を狭めることができる。
【選択図】図1

Description

本発明は、半導体素子の終端部にガードリング構造を有する高耐圧半導体装置及びその製造方法に関するものである。
スイッチング電源やDC−DCコンバータなど様々な用途に用いられるパワーMOSFET等の高耐圧半導体装置において、高い耐圧を得るために半導体素子の形成領域の終端部にガードリングを整形する構造がある。また、特許文献1には、ガードリング不純物拡散領域上に絶縁膜を介してアルミ電極のフィールドプレート電極を形成して更に高い耐圧を得る構成が開示されている。
このフィールドプレート電極を持つガードリング構造において、フィールドプレート電極をガードリング拡散層からはみ出させて最適長さを決めることによって、ガードリング拡散層の外側に発生する高電界を緩和して素子耐圧を向上することができる。特許文献1に記載されているようにガードリング不純物拡散領域に接続されるフィールドプレート電極にソース電極のアルミニウムを用いる場合、ソース電極は高電流を流す必要からアルミニウムの膜厚を厚く形成する。このように厚く形成されたアルミニウム電極のパターン形成は、ウェットエッチングでなければ行うことができないが、ウェットエッチングは制御性が悪く微細加工には適していない。素子耐圧を更に向上するためには、複数あるガードリング拡散層の間隔を狭くする必要がある。しかし上述のフィールドプレート電極にソース電極を用いた構造では、ソース電極の最小加工寸法以下に、隣り合うガードリング拡散層の間隔を狭めることができず、より高い耐圧が得られないという問題があった。
特開2003−86815号公報
本発明は、複数の隣り合うフィールドプレート間の間隔を狭め、終端部における耐圧を高めた半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
本発明の一の態様に係る半導体装置は、第1導電型の半導体層の一方の表面内に選択的に形成された第2導電型のベース層と、前記ベース層を取り囲むように前記半導体層の表面内に選択的に形成された1つないし複数の第2導電型のガードリング層と、前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように形成された第1導電型の高濃度ストッパー層と、前記ベース層中に選択的に形成された第1導電型のソース層と、前記半導体層と前記ソース層に挟まれた前記ベース層の表面に沿って形成された第1の絶縁膜と、前記ガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層表面に形成された第2の絶縁膜と、前記第1の絶縁膜上であって前記ソース層と前記半導体層との間に形成されたゲート電極と、前記第2の絶縁膜上に選択的に形成されたフィールドプレート電極と、前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第2の絶縁膜の上部に形成された第3の絶縁膜と、前記ソース層及び前記ベース層に接続された第1の電極と、前記第3の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように形成された第1のコンタクト穴と、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように形成された第2のコンタクト穴と、前記第1のコンタクト穴及び前記第2のコンタクト穴に埋め込まれるように形成され前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極とを備えることを特徴とする。
本発明の別の一の態様に係る半導体装置は、第1導電型の半導体層の一方の表面内に選択的に形成されたスイッチング素子領域と、前記半導体層の表面内で前記スイッチング素子領域の外側に形成された1つないし複数の第2導電型のガードリング層と、前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように形成された第1導電型の高濃度ストッパー層と、前記ガードリング層の上部を含み前記半導体層の表面に形成された第1の絶縁膜と、前記ガードリング層及び前記高濃度ストッパー層の上部を除く前記第1の絶縁膜上に選択的に形成されたポリシリコンダイオードと、前記ガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層の上部における前記第1の絶縁膜上に選択的に形成されたポリシリコンフィールドプレート電極と、前記ポリシリコンダイオード及び前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜と、前記第2の絶縁膜を貫通して前記ポリシリコンダイオードに達するように形成された第1のコンタクト穴と、前記第1のコンタクト穴を埋め込み前記ポリシリコンダイオードの上部の前記第2の絶縁膜上に形成された第1の電極と、前記第2の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように形成された第2のコンタクト穴と、前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように形成された第3のコンタクト穴と、前記第2のコンタクト穴及び前記第3のコンタクト穴に埋め込まれるように形成され前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極とを備えることを特徴とする。
本発明の一の態様に係る半導体装置の製造方法は、第1導電型の半導体層の一方の表面に第2導電型のベース層を選択的に形成する工程と、前記半導体ベース層を取り囲むように前記半導体層の表面内に1つないし複数の第2導電型のガードリング層を選択的に形成する工程と、前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように第1導電型の高濃度ストッパー層を選択的に形成する工程と、前記半導体ベース層中に第1導電型のソース層を選択的に形成する工程と、前記半導体層と前記ソース層に挟まれた前記ベース層の表面に沿って第1の絶縁膜を形成する工程と、前記複数のガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層表面に第2の絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶縁膜上であって前記ソース層と前記半導体層との間にゲート電極を形成する工程と、前記第2の絶縁膜上にフィールドプレート電極を選択的に形成する工程と、前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第2の絶縁膜の上部に第3の絶縁膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように第1のコンタクト穴を形成する工程と、前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように第2のコンタクト穴を形成する工程と、前記ベース層及び前記ソース層に接する第1の電極を形成すると同時に、前記第1のコンタクト穴及び前記第2のコンタクト穴を埋め込み前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極を形成する工程とを備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の隣り合うフィールドプレートの間隔を狭め、終端部における耐圧を高めた半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
添付した図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。図2は、半導体装置の終端部を示す断面図である。本実施の形態に係る半導体素子は、nチャネルプレーナゲート型MOSFETである。以下、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。
図1に示す本実施の形態に係る半導体装置1の素子部100は、n+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11が形成されている。このn−型半導体層11の上にp型のベース層12が選択的に形成されている。また、このベース層12の中にn型のソース層13が選択的に形成されている。この素子部100にはベース層12及びソース層13上に形成されたゲート酸化膜14を介して例えばポリシリコンからなるゲート電極15が形成される。半導体層11上及びゲート酸化膜14上に形成されたゲート電極15を覆うように層間絶縁膜16が形成される。層間絶縁膜16上には例えばアルミニウムからなるソース電極18が形成され、このソース電極18は層間絶縁膜16及びゲート酸化膜14を貫通してベース層12及びソース13層に達するように形成されたソース電極用コンタクト穴17を介してn型ソース層13及びp型ベース層12に接続される。また、半導体基板10の裏面側にはドレイン電極19が形成される。
また、図1及び図2に示す本実施の形態に係る半導体装置1の終端部200は、n+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11が形成されている。このn−型半導体層11の上にp型のガードリング層21がベース層12よりも深く形成されている。このガードリング層21上も含む半導体層11上に、酸化膜22を介して例えばポリシリコンからなるフィールドプレート電極23が形成されている。このフィールドプレート電極23を覆うように層間絶縁膜16が形成される。層間絶縁膜16上にはガードリング層21とフィールドプレート電極23とを電気的に接続する例えばアルミニウムからなる金属電極27が形成される。この金属電極27は層間絶縁膜16を貫通するフィールドプレート電極コンタクト穴25を介してフィールドプレート電極23に接続される。また、金属電極27は層間絶縁膜16及び酸化膜22を貫通するガードリング層コンタクト穴26を介してガードリング層21と接続される。これにより、金属電極27はガードリング層21とフィールドプレート電極23とを電気的に接続する。また、半導体基板10を挟んでガードリング層21の外側にはガードリング層21を囲むようにn型の高濃度ストッパー層28が形成されている。
ここで、終端部200における隣り合うフィールドプレート電極23の間隔d1は、層間絶縁膜16上に形成される隣り合う金属電極27の間隔d2よりも狭く作られる。具体的には、2つのフィールドプレート電極間の幅d1は、0.5〜1μm、金属電極間の幅d2は4〜6μmとして形成される。
図6は、本実施の形態の比較例となる半導体装置の終端部300を示す断面図である。比較例の半導体装置の終端部300における半導体基板30、半導体層31、ガードリング層32、酸化膜33、層間絶縁膜34、金属電極35の構成は、本実施の形態における半導体装置の終端部200における半導体基板10、半導体層11、ガードリング層21、酸化膜22、層間絶縁膜16、金属電極27の構成とほぼ同様である。比較例の半導体装置の終端部300はポリシリコンからなるフィールドプレート電極が設けられていない点において、本実施の形態に係る半導体装置の終端部200と異なる。図6に示す終端部300は、層間絶縁膜34上に形成されたアルミニウムからなる金属電極35がフィールドプレート電極として機能する。
比較例の半導体装置の終端部300のアルミニウムからなる金属電極35の膜厚d3は、大電流を流すために例えば1〜3μm程度の厚さで形成されている。この金属電極35を複数のフィールドプレート電極としてパターン形成する際には、ウェットエッチングを用いて形成する。ウェットエッチングは等方エッチングであるため、エッチングは縦にも横にも進む。したがってアルミニウムの膜厚が厚い場合、隣り合う金属電極間の幅を広くとらないとパターニングできない。結果として各ガードリング層32及びフィールドプレートとしての金属電極35間の間隔が離れるため、電界の集中が発生しやすく高耐圧を得ることができないという問題があった。
第1の実施の形態に係る半導体装置1において、ポリシリコンからなるフィールドプレート電極23が半導体基板上に形成され、このフィールドプレート電極23が金属電極27に接続されている。このフィールドプレート電極23はMOSFETのポリシリコンからなるゲート電極15と同時に形成するため、ドライエッチングによる微細加工が可能であり、層間絶縁膜16上に形成される金属電極27間の間隔よりも狭い間隔で形成することができる。よってフィールドプレート電極23に接続されるガードリング層21の間隔を狭く配置することが可能になり、半導体装置1の終端部200において電界の集中が起こりにくく、本実施の形態に係る半導体装置においては、半導体装置の終端部における耐圧を高めることができる。
第1の実施の形態において、素子部100に形成されるMOSFETはプレーナゲート型のトランジスタとして説明したが、これは図7に示すようにトレンチゲート型のMOSFETとして形成することもできる。図7に示す半導体装置の素子部100において、ゲート電極15はベース層12及びソース層13が形成された半導体層11のトレンチにゲート酸化膜14を介して埋め込まれるように形成されている。この場合においてもフィールドプレート電極23は層間絶縁膜16上に形成される金属電極27間の間隔よりも狭い間隔で形成することができる。よってフィールドプレート電極23に接続されるガードリング層21の間隔を狭く配置することが可能になり、半導体装置1の終端部200において電界の集中が起こりにくく、半導体装置の終端部における耐圧を高めることができる。
次に、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法について説明する。図3A〜図3Eは、本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。図3A〜図3Eにおいて左側は半導体装置1の終端部200、右側は半導体装置1の素子部100を示している。以下、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。
図3A〜図3Eに示す本発明の実施の形態に係る半導体装置1の製造方法は、例えばシリコンウェハであるn+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11を例えばエピタキシャル成長により形成する。終端部200の半導体層11上にマスクをしてパターニングを行ない、不純物をインプラントして熱により拡散させ、p型のガードリング層21を形成する。このとき同時に酸化膜22を形成する。その後素子部100の酸化膜22のみエッチング除去し、マスクをしてパターニングを行ない、不純物をインプラントして拡散させ、p型のベース層12を形成する。その後、半導体層11上に酸化により素子部100におけるゲート酸化膜14を形成する。これらゲート酸化膜14及び酸化膜22が形成された半導体層11上の素子部100及び終端部200に、ポリシリコン層20を堆積する(図3A参照)。ここで酸化膜22とゲート酸化膜14とを別々に形成して酸化膜22が厚くなるようにするのは、出来上がった素子に電圧を印加した時に、酸化膜22には酸化膜14よりも強い電界がかかるために、この強電界で酸化膜22が破壊するのを防止するためである。
その後、ポリシリコン層20をエッチングすることにより、素子部100のゲート酸化膜14上にゲート電極15を形成する。同時に終端部200の酸化膜22上にフィールドプレート電極23を形成する。このポリシリコン層20のエッチングは例えばCFを用いたプラズマエッチングにより行われる。このエッチングはドライエッチングのため0.5μm以下の微細加工が可能であり、終端部200におけるフィールドプレート電極23間の間隔を0.5μm〜1μm程度に狭めることができる。このゲート電極15及びフィールドプレート電極23のエッチングは素子部100と終端部200とで同時に行うことができる(図3B参照)。
素子部100のベース層12上にイオンをインプラントして拡散させることによりn型の半導体ソース層13を形成する(図3C参照)。
半導体基板上のゲート電極15及びフィールドプレート電極23上を含む領域に層間絶縁膜16を形成する。その後、素子部100における層間絶縁膜16及びゲート酸化膜14をエッチングしてベース層12及びソース層13に達するようにソース電極コンタクト穴17を形成する。終端部200におけるフィールドプレート電極23上の層間絶縁膜16をエッチングしてフィールドプレート電極23に達するようにフィールドプレート電極コンタクト穴25を形成する。また、終端部200におけるフィールドプレート電極23の形成されていない領域上の層間絶縁膜16及び酸化膜22をエッチングして、ガードリング層21に達するようにガードリング層コンタクト穴26を形成する。このソース電極コンタクト穴17、フィールドプレート電極コンタクト穴25及びガードリング層コンタクト穴26を同時に形成することもできる(図3D参照)。
その後、層間絶縁膜16上に例えばアルミニウム電極を堆積する。素子部100において、アルミニウムからなるソース電極18はソース電極コンタクト穴17内にも埋め込まれるように形成される。終端部200において、アルミニウムからなる金属電極27はフィールドプレート電極コンタクト穴25及びガードリング層コンタクト穴26内にも埋め込まれるように形成され、フィールドプレート電極23とガードリング層21とを電気的に接続する。このソース電極18及び金属電極27の形成は同時に行うこともできる。終端部200における金属電極27はエッチングされ、複数のガードリング層21の領域上にそれぞれ形成される。また半導体基板10の裏面側にはドレイン電極19が形成される(図3E参照)。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、終端部200のフィールドプレート電極23をMOSFETのゲートポリシリコンにより形成しているため、ドライエッチングによる微細加工が可能であり、複数の隣り合うフィールドプレート電極間の間隔を狭めることができる。また、終端部200のフィールドプレート電極23を形成するためのエッチングと、素子部100のゲート電極15を形成するためのエッチングとを同時に行っているため、特別な工程を増加させる必要がなく、製作時間とコストを抑えることができる。
次に本発明の第2の実施の形態について説明する。図4は、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置を示す断面図である。本実施の形態に係る半導体装置は、センス素子がポリシリコンダイオードである点において第1の実施の形態に係る半導体装置と異なる。また、フィールドプレート電極に用いられるポリシリコンにイオンがドーピングされている点においても第1の実施の形態の半導体装置と異なる。以下、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。尚、図4においてスイッチング素子が形成される素子部の構造については、図1に示した素子部100の構造の例と同様であることから、ここではその記載と説明を省略する。
図4に示す本実施の形態に係る半導体装置2のセンス部110は、n+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11が形成され、半導体層11中にp型層112が形成されている。n−型半導体層11上のフィールド酸化膜22を介して例えばポリシリコンからなるセンスダイオード115が形成される。フィールド酸化膜22及びセンスダイオード115を覆うように層間絶縁膜16が形成される。層間絶縁膜16上には例えばアルミニウムからなるアノード電極117やカソード電極118が形成され、これらの電極は層間絶縁膜16を貫通して形成されたアノード電極コンタクト穴119又はカソード電極コンタクト穴120を介してセンスダイオード115のp型アノード層113及びn型カソード層114に接続される。
また、図4に示す本実施の形態に係る半導体装置2の終端部210は、n+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11が形成されている。n−型半導体層11上にp型のガードリング層21が形成されている。このガードリング層21上も含む半導体層11上に、フィールド酸化膜22を介して例えばn型にドーピングされたポリシリコンからなるフィールドプレート電極23’が形成されている。このフィールドプレート電極23’は、上述のセンスダイオード115と同時に形成されるため、ドライエッチングによる微細加工が可能である。なお本実施の形態ではフィールドプレート電極23’がn型にドーピングされているが、p型にドーピングされていても同様の効果が得られる。このフィールドプレート電極23’を覆うように層間絶縁膜16が形成される。層間絶縁膜16上にはガードリング層21とフィールドプレート電極23’とを電気的に接続する例えばアルミニウムからなる金属電極27が形成される。この金属電極27は層間絶縁膜16を貫通するフィールドプレート電極コンタクト穴25を介してフィールドプレート電極23’に接続される。また、金属電極27は層間絶縁膜16及び酸化膜22を貫通するガードリング層コンタクト穴26を介してガードリング層21と接続される。これにより、金属電極27はガードリング層21とフィールドプレート電極23’とを電気的に接続する。また、半導体基板10を挟んでガードリング層21の外側にはガードリング層21を囲むようにn型の高濃度ストッパー層28が形成されている。
第2の実施の形態に係る半導体装置2においても、ポリシリコンからなるフィールドプレート電極23’が半導体基板上に形成され、このフィールドプレート電極23’が金属電極27に接続されている。このフィールドプレート電極23’はポリシリコンからなるセンスダイオード115と同時に形成するため、ドライエッチングによる微細加工が可能であり、層間絶縁膜16上に形成される金属電極27間の間隔よりも狭い間隔で形成することができる。よってフィールドプレート電極23’に接続されるガードリング層21の間隔を狭く配置することが可能になり、半導体装置2の終端部210において電界の集中が起こりにくく、本実施の形態に係る半導体装置においては、半導体装置の終端部における耐圧を高めることができる。
次に、本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置2の製造方法について説明する。図5A〜図5Eは、本発明の製造工程を示す工程図である。図5A〜図5Eにおいて左側は半導体装置2の終端部210、右側は半導体装置2のセンス部110を示している。以下、第1導電型をn型、第2導電型をp型として説明する。
図5A〜図5Eに示す本発明の実施の形態に係る半導体装置2の製造方法は、例えばシリコンウェハであるn+型の半導体基板10上にn−型の半導体層11を例えばエピタキシャル成長により形成する。終端部210の半導体層11上にマスクをしてパターニングを行ない、不純物をインプラントして熱により拡散させ、p型のガードリング層21を形成すると共に、センス部110にp型層112を形成する。そして、終端部210上及びセンス部110上にフィールド酸化膜22を形成する。その後、図には示されていないが、終端部210で取り囲まれるスイッチング素子部のフィールド酸化膜22をエッチング除去し、スイッチング素子を形成する。センス部110は、半導体装置2のチップ上のスイッチング素子部及び終端部210以外の任意の場所に形成される。例えば、終端部210の外側の一部領域や、ワイヤーボンディング用の電極パット近傍等である。その後、フィールド酸化膜22が形成されたセンス部110および終端部210に、ポリシリコン層20を堆積する(図5A参照)。
その後、ポリシリコン層20をエッチングすることにより、センス部110のフィールド酸化膜22上にセンスダイオード115を形成する。同時に終端部210のフィールド酸化膜22上にフィールドプレート電極23’を形成する。このポリシリコン層20のエッチングは例えばCFを用いたプラズマエッチングにより行われる。このエッチングはドライエッチングのため0.5μm以下の微細加工が可能であり、終端部210におけるフィールドプレート電極23’間の間隔を0.5μm〜1μm程度に狭めることができる。このセンスダイオード115及びフィールドプレート電極23’のエッチングはセンス部110と終端部210とで同時に行うことができる(図5B参照)。
センス部110のセンスダイオード115上にフォトレジストを用いてマスクを行い、イオンをインプラントして拡散させることによりセンスダイオードの不純物ドーピングを行う。この不純物ドーピングによりセンスダイオード115のp型アノード層113及びn型カソード層114を形成する。このときに同時に終端部210のフィールドプレート電極23’にもイオンをインプラントして拡散することにより、フィールドプレート電極23’を金属化する。本実施の形態ではフィールドプレート電極23’にn型のドーピングを行っているがp型のドーピングを行うことも可能である。(図5C参照)。
半導体基板上のセンスダイオード115及びフィールドプレート電極23’上を含む領域に層間絶縁膜16を形成する。その後、センス部110における層間絶縁膜16をエッチングしてp型アノード層113及びn型カソード層114に達するようにアノード電極コンタクト穴119及びカソード電極コンタクト穴120を形成する。終端部210におけるフィールドプレート電極23’上の層間絶縁膜16をエッチングしてフィールドプレート電極23’に達するようにフィールドプレート電極コンタクト穴25を形成する。また、終端部210におけるフィールドプレート電極23’の形成されていない領域上の層間絶縁膜16及びフィールド酸化膜22をエッチングして、ガードリング層21に達するようにガードリング層コンタクト穴26を形成する。このアノード電極コンタクト穴119、カソード電極コンタクト穴120、フィールドプレート電極コンタクト穴25及びガードリング層コンタクト穴26を同時に形成することもできる(図5D参照)。
その後、層間絶縁膜16上に例えばアルミニウム電極を堆積する。センス部110において、アルミニウムからなるアノード電極117及びカソード電極118は、それぞれアノード電極コンタクト穴119及びカソード電極コンタクト穴120内に埋め込まれるように形成される。終端部210において、アルミニウムからなる金属電極27はフィールドプレート電極コンタクト穴25及びガードリング層コンタクト穴26内にも埋め込まれるように形成され、フィールドプレート電極23’とガードリング層21とを電気的に接続する。このアノード電極117、カソード電極118及び金属電極27の形成は同時に行うこともできる。終端部210における金属電極27はエッチングされ、複数のガードリング層21の領域上にそれぞれ形成される。(図5E参照)。
本実施の形態に係る半導体装置の製造方法によれば、終端部210のフィールドプレート電極23’をセンスダイオードポリシリコンにより形成している。そのため、ゲートポリシリコンを持たない主素子で構成される半導体装置においても、ドライエッチングの微細加工により、狭いフィールドプレート電極間隔の接合終端構造を得ることができる。また、終端部210のフィールドプレート電極23’を形成するためのエッチングと、センス部110のセンスダイオード115を形成するためのエッチングとを同時に行っているため、特別な工程を増加させる必要がなく、製作時間とコストを抑えることができる。
以上、本発明の実施の形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、追加等が可能である。
本発明の実施の形態において、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、これは第1導電型をp型、第2導電型をn型とすることもできる。また、アルミニウム電極と半導体基板の接続にバリアメタルを挿む場合も多いが、この場合も本発明の効果を何ら妨げるものではない。また、フィールドプレート電極及びゲート電極としてポリシリコンを用いて説明したが、これらはシリサイド等の金属電極を用いて形成することもできる。また、素子部に形成される半導体素子は、MOSFETに限らずIGBTとすることもできる。また上記実施例ではフィールドプレート電極としてMOSFETのゲートポリシリコンを用いる方法について説明したが、ドライエッチングでパターニングされれば、センスダイオードやポリシリコン抵抗、金属電極等の全ての導体とすることもできる。
本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の終端部を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の第2の実施の形態に係る半導体装置の製造工程を示す工程図である。 本発明の比較例となる半導体装置の終端部を示す断面図である。 本発明の第1の実施の形態に係る半導体装置の他の例の断面図である。
符号の説明
1、2・・・半導体装置、 10・・・半導体基板、 11・・・半導体層、 12・・・ベース層、 13・・・ソース層、 14・・・ゲート酸化膜、 15・・・ゲート電極、 16・・・層間絶縁膜、 17・・・ソース電極コンタクト穴、 18・・・ソース電極、 19・・・ドレイン電極、 20・・・ポリシリコン層、 21・・・ガードリング層、 22・・・酸化膜、 23・・・フィールドプレート電極、 25・・・フィールドプレート電極コンタクト穴、 26・・・ガードリング層コンタクト穴、 27・・・金属電極、 28・・・ストッパー層、 30・・・半導体基板、 31・・・半導体層、 32・・・ガードリング層、 33・・・酸化膜、 34・・・層間絶縁膜、 35・・・金属電極、 100・・・素子部、 110・・・センス部、 200、210、300・・・終端部

Claims (5)

  1. 第1導電型の半導体層の一方の表面内に選択的に形成された第2導電型のベース層と、
    前記ベース層を取り囲むように前記半導体層の表面内に選択的に形成された1つないし複数の第2導電型のガードリング層と、
    前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように形成された第1導電型の高濃度ストッパー層と、
    前記ベース層中に選択的に形成された第1導電型のソース層と、
    前記半導体層と前記ソース層に挟まれた前記ベース層の表面に沿って形成された第1の絶縁膜と、
    前記ガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層表面に形成された第2の絶縁膜と、
    前記第1の絶縁膜上であって前記ソース層と前記半導体層との間に形成されたゲート電極と、
    前記第2の絶縁膜上に選択的に形成されたフィールドプレート電極と、
    前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第2の絶縁膜の上部に形成された第3の絶縁膜と、
    前記ソース層及び前記ベース層に接続された第1の電極と、
    前記第3の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように形成された第1のコンタクト穴と、
    前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように形成された第2のコンタクト穴と、
    前記第1のコンタクト穴及び前記第2のコンタクト穴に埋め込まれるように形成され前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ゲート電極と前記フィールドプレート電極とは同じ材料により形成され、前記第1の電極と前記第2の電極とはまた別の同じ材料で形成されていることを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 前記第2の絶縁膜厚の方が前記第1の絶縁膜厚よりも厚いことを特徴とする請求項1又は2記載の半導体装置。
  4. 第1導電型の半導体層の一方の表面内に選択的に形成されたスイッチング素子領域と、
    前記半導体層の表面内で前記スイッチング素子領域の外側に形成された1つないし複数の第2導電型のガードリング層と、
    前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように形成された第1導電型の高濃度ストッパー層と、
    前記ガードリング層の上部を含み前記半導体層の表面に形成された第1の絶縁膜と、
    前記ガードリング層及び前記高濃度ストッパー層の上部を除く前記第1の絶縁膜上に選択的に形成されたポリシリコンダイオードと、
    前記ガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層の上部における前記第1の絶縁膜上に選択的に形成されたポリシリコンフィールドプレート電極と、
    前記ポリシリコンダイオード及び前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第1の絶縁膜上に形成された第2の絶縁膜と、
    前記第2の絶縁膜を貫通して前記ポリシリコンダイオードに達するように形成された第1のコンタクト穴と、
    前記第1のコンタクト穴を埋め込み前記ポリシリコンダイオードの上部の前記第2の絶縁膜上に形成された第1の電極と、
    前記第2の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように形成された第2のコンタクト穴と、
    前記第1の絶縁膜及び前記第2の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように形成された第3のコンタクト穴と、
    前記第2のコンタクト穴及び前記第3のコンタクト穴に埋め込まれるように形成され前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極と
    を備えることを特徴とする半導体装置。
  5. 第1導電型の半導体層の一方の表面に第2導電型のベース層を選択的に形成する工程と、
    前記半導体ベース層を取り囲むように前記半導体層の表面内に1つないし複数の第2導電型のガードリング層を選択的に形成する工程と、
    前記半導体層の表面内で前記ガードリング層の外側に前記ガードリング層を囲むように第1導電型の高濃度ストッパー層を選択的に形成する工程と、
    前記半導体ベース層中に第1導電型のソース層を選択的に形成する工程と、
    前記半導体層と前記ソース層に挟まれた前記ベース層の表面に沿って第1の絶縁膜を形成する工程と、
    前記複数のガードリング層の表面、前記ガードリング層間及び前記ガードリング層と前記ストッパー層の間の前記半導体層表面に第2の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第1の絶縁膜上であって前記ソース層と前記半導体層との間にゲート電極を形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜上にフィールドプレート電極を選択的に形成する工程と、
    前記フィールドプレート電極の上部を含めた前記第2の絶縁膜の上部に第3の絶縁膜を形成する工程と、
    前記第3の絶縁膜を貫通して前記フィールドプレート電極に達するように第1のコンタクト穴を形成する工程と、
    前記第2の絶縁膜及び前記第3の絶縁膜を貫通して前記ガードリング層に達するように第2のコンタクト穴を形成する工程と、
    前記ベース層及び前記ソース層に接する第1の電極を形成すると同時に、前記第1のコンタクト穴及び前記第2のコンタクト穴を埋め込み前記フィールドプレート電極と前記ガードリング層とを電気的に接続する第2の電極を形成する工程と
    を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
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Cited By (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102163621A (zh) * 2010-02-19 2011-08-24 富士电机***株式会社 半导体器件以及制造半导体器件的方法
EP2698822A1 (en) * 2011-08-05 2014-02-19 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US8742500B2 (en) 2010-10-21 2014-06-03 Fuji Electric Co., Ltd Semiconductor device
WO2014084124A1 (ja) 2012-11-29 2014-06-05 富士電機株式会社 半導体装置
CN104332491A (zh) * 2014-11-05 2015-02-04 中国东方电气集团有限公司 采用金属延伸、多晶截止场板的终端单元结构及制造方法
CN104377233A (zh) * 2014-11-05 2015-02-25 中国东方电气集团有限公司 一种采用多晶截止场板的半导体器件终端结构
CN104393028A (zh) * 2014-11-05 2015-03-04 中国东方电气集团有限公司 采用多晶截止场板的半导体器件终端单元结构及制造方法
CN104409479A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 中国东方电气集团有限公司 一种电力电子半导体芯片的终端单元结构及其制造方法
CN104409478A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 中国东方电气集团有限公司 一种电力电子半导体芯片的终端结构
CN104508826A (zh) * 2012-05-30 2015-04-08 维西埃-硅化物公司 自适应电荷平衡的边缘终端
WO2016121968A1 (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 富士電機株式会社 半導体装置
US9614043B2 (en) 2012-02-09 2017-04-04 Vishay-Siliconix MOSFET termination trench
JP2017199806A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ローム株式会社 半導体装置
US9882044B2 (en) 2014-08-19 2018-01-30 Vishay-Siliconix Edge termination for super-junction MOSFETs
US9887259B2 (en) 2014-06-23 2018-02-06 Vishay-Siliconix Modulated super junction power MOSFET devices
DE112012006068B4 (de) 2012-03-22 2020-01-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Halbleitervorrichtung
CN111326588A (zh) * 2020-03-11 2020-06-23 四川美阔电子科技有限公司 平面型场效晶体管及其制作方法
DE112013006681B4 (de) 2013-02-15 2022-01-20 Denso Corporation Halbleitervorrichtung

Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011171552A (ja) * 2010-02-19 2011-09-01 Fuji Electric Co Ltd 半導体装置およびその製造方法
US8432013B2 (en) 2010-02-19 2013-04-30 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and a method of manufacturing the same
CN102163621A (zh) * 2010-02-19 2011-08-24 富士电机***株式会社 半导体器件以及制造半导体器件的方法
US8742500B2 (en) 2010-10-21 2014-06-03 Fuji Electric Co., Ltd Semiconductor device
EP2698822A4 (en) * 2011-08-05 2014-12-24 Fuji Electric Co Ltd SEMICONDUCTOR DEVICE AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE
EP2698822A1 (en) * 2011-08-05 2014-02-19 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
US9129819B2 (en) 2011-08-05 2015-09-08 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US9935193B2 (en) 2012-02-09 2018-04-03 Siliconix Technology C. V. MOSFET termination trench
US9614043B2 (en) 2012-02-09 2017-04-04 Vishay-Siliconix MOSFET termination trench
DE112012006068B8 (de) * 2012-03-22 2020-03-19 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Halbleitervorrichtung
DE112012006068B4 (de) 2012-03-22 2020-01-16 Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha Halbleitervorrichtung
US10229988B2 (en) 2012-05-30 2019-03-12 Vishay-Siliconix Adaptive charge balanced edge termination
US9842911B2 (en) 2012-05-30 2017-12-12 Vishay-Siliconix Adaptive charge balanced edge termination
CN104508826A (zh) * 2012-05-30 2015-04-08 维西埃-硅化物公司 自适应电荷平衡的边缘终端
JP2015521387A (ja) * 2012-05-30 2015-07-27 ヴィシェイ−シリコニックス 適応的電荷平衡エッジ終端
JP5949941B2 (ja) * 2012-11-29 2016-07-13 富士電機株式会社 半導体装置
WO2014084124A1 (ja) 2012-11-29 2014-06-05 富士電機株式会社 半導体装置
US9299771B2 (en) 2012-11-29 2016-03-29 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device with an electric field reduction mechanism in an edge termination region surrounding the active region
DE112013006681B4 (de) 2013-02-15 2022-01-20 Denso Corporation Halbleitervorrichtung
US9887259B2 (en) 2014-06-23 2018-02-06 Vishay-Siliconix Modulated super junction power MOSFET devices
US10283587B2 (en) 2014-06-23 2019-05-07 Vishay-Siliconix Modulated super junction power MOSFET devices
US10340377B2 (en) 2014-08-19 2019-07-02 Vishay-Siliconix Edge termination for super-junction MOSFETs
US9882044B2 (en) 2014-08-19 2018-01-30 Vishay-Siliconix Edge termination for super-junction MOSFETs
CN104393028A (zh) * 2014-11-05 2015-03-04 中国东方电气集团有限公司 采用多晶截止场板的半导体器件终端单元结构及制造方法
CN104409479A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 中国东方电气集团有限公司 一种电力电子半导体芯片的终端单元结构及其制造方法
CN104377233A (zh) * 2014-11-05 2015-02-25 中国东方电气集团有限公司 一种采用多晶截止场板的半导体器件终端结构
CN104332491A (zh) * 2014-11-05 2015-02-04 中国东方电气集团有限公司 采用金属延伸、多晶截止场板的终端单元结构及制造方法
CN104409478A (zh) * 2014-11-05 2015-03-11 中国东方电气集团有限公司 一种电力电子半导体芯片的终端结构
US10304948B2 (en) 2015-01-29 2019-05-28 Fuji Electric Co., Ltd. Semiconductor device
JPWO2016121968A1 (ja) * 2015-01-29 2017-04-27 富士電機株式会社 半導体装置
WO2016121968A1 (ja) * 2015-01-29 2016-08-04 富士電機株式会社 半導体装置
JP2017199806A (ja) * 2016-04-27 2017-11-02 ローム株式会社 半導体装置
US10692850B2 (en) 2016-04-27 2020-06-23 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device with equipotential ring electrode
US11621260B2 (en) 2016-04-27 2023-04-04 Rohm Co., Ltd. Semiconductor device with equipotential ring electrode
CN111326588A (zh) * 2020-03-11 2020-06-23 四川美阔电子科技有限公司 平面型场效晶体管及其制作方法

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