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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、MOSFET(絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)、IGBT(伝導度変調型MOSFET)、バイポーラトンラジスタ等の能動素子やダイオード等の受動素子に適用可能で高耐圧化と大電流容量化が両立する縦形パワー半導体装置に関する。
【0002】
基板の両面に電極部を備えてその基板の厚さ方向に電流が流れる縦形ドリフト部を持つ縦形半導体装置においては、オン抵抗(電流容量)と耐圧との間にはトレードオフ関係が存在することから、縦形ドリフト部として、不純物濃度を高めた縦形n型領域と縦形p型領域とを基板の沿面方向へ交互に繰り返して成る並列pn構造を採用することが知られている。しかし、この並列pn構造の縦形ドリフト部では速く空乏化するものの、ドリフト部の周りで電流が実質上流れない耐圧構造部では空乏層が外方向や基板深部へは拡がり難く、電界強度がシリコンの臨界電界強度に速く達するため、耐圧構造部で耐圧が制限されてしまう。設計耐圧を得るには、耐圧構造部にも並列pn構造を採用した縦形半導体装置とすることが望ましい。
【0003】
図9は縦形MOSFETにおけるドリフト部及び素子外周部(耐圧構造部)を示す平面図、図10は図9中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図、図11は図9中のB−B′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。なお、図9ではドリフト部の1/4を斜線部分で示してある。
【0004】
このnチャネル縦形MOSFETは、裏側のドレイン電極18が導電接触した低抵抗のn+ ドレイン層(コンタクト層)11の上に形成された第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト部22と、このドリフト部22の表面層に選択的に形成された素子活性領域たる高不純物濃度のpベース領域(pウェル,チャネル領域)13aと、そのpベース領域13a内の表面側に選択的に形成された高不純物濃度のn+ ソース領域14と、基板表面上にゲート絶縁膜15を介して設けられたポリシリコン等のゲート電極層16と、層間絶縁膜19aに開けたコンタクト孔を介してpベース領域13a及びn+ ソース領域14に跨って導電接触するソース電極17とを有している。ウェル状のpベース領域13aの中にn+ ソース領域14が浅く形成されており、2重拡散型MOS部を構成している。なお、26はp+ コンタクト領域で、また、図示しない部分でゲート電極層16の上に金属膜のゲート配線が導電接触している。
【0005】
第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト部22は、基板の厚み方向に配向する第1の層状縦形のn型領域22aと基板の厚み方向に配向する第1の層状縦形のp型領域22bとを交互に繰り返して接合した構造である。上端がpベース領域13aの挾間領域12eに達する第1の層状縦形のn型領域22aが実質的な電路領域となっている。第1の層状縦形のn型領域22aの下端はn+ ドレイン層11に接している。また、第1の層状縦形のp型領域22bは、その上端がpベース領域13aのウェル底面に接し、その下端がn+ ドレイン層11に接している。
【0006】
基板表面とn+ ドレイン層11との間で縦形ドレイン・ドリフト部22の周りの耐圧構造部20にも、基板の厚さ方向に配向する第2の層状縦形のn型領域20aと、基板の厚さ方向に配向する第2の層状縦形のp型領域20bとを基板の沿面方向へ交互に繰り返して接合して成る第2の並列pn構造が形成されている。耐圧構造部20の第2の並列pn構造の表面上には、表面保護及び安定化のために、熱酸化膜又は燐シリカガラス(PSG)から成る酸化膜(絶縁膜)23が成膜されている。第2の並列pn構造では空乏層が拡がり易くするために、第2の並列pn構造の不純物濃度を第1の並列pn構造の不純物濃度に比して低下するか、或いは第2の並列pn構造の繰り返しピッチP2を第1の並列pn構造の繰り返しピッチP1よりも小さくしてある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図9乃至図11に示す縦形MOSFETにあっては、次のような問題点があった。
【0008】
即ち、ドレイン・ドリフト部22である第1の並列pn構造の最外側における第1の層状縦形のn型領域22aaの周りに、これとは不純物濃度又は繰り返しピッチの異なる第2の並列pn構造の最内側における第2の縦形層状のp型領域20bbが存在するため、n型領域22aaとp型領域20bbとのチャージバランスがどうしても崩れる。そのため、第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界の表面X付近では電界集中を招き、耐圧を低下させてしまう。このような構造においては、設計耐圧を得ることが困難であって、耐圧構造部20に第2の並列pn構造を設けることの意義が没却している。
【0009】
そこで、上記問題点に鑑み、本発明の課題は、第1の並列pn構造であるドリフト部の周りにも耐圧構造部として第2の並列pn構造を有する半導体装置において、耐圧構造部での表面電界を緩和することにより、高耐圧化及び大電流化を一層図り得る半導体装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係る半導体装置の基本構造は、基板の第1主面側に選択的に形成されて成る素子活性部に導電接続する第1の電極層と、基板の第2主面側に形成されて成る第1導電型の低抵抗層に導電接続する第2の電極層と、素子活性部と低抵抗層との間に介在し、オン状態ではドリフト電流が縦方向に流れると共にオフ状態では空乏化する縦形ドリフト部と、素子活性部及び縦形ドリフト部の周りで第1主面と低抵抗層との間に介在し、オン状態では非電路領域であってオフ状態では空乏化する耐圧構造部とを有するものである。縦形ドリフト部は基板の厚み方向に配向する第1の縦形第1導電型領域と基板の厚み方向に配向する第1の縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る第1の並列pn構造である。また、耐圧構造部は基板の厚み方向に配向する第2の縦形第1導電型領域と基板の厚み方向に配向する第2の縦形第2導電型領域とを交互に繰り返して接合して成る第2の並列pn構造を有している。そして、第2の並列pn構造の不純物濃度が第1の並列pn構造の不純物濃度よりも低くなっているか、及び/又は、第2の並列pn構造の繰り返しピッチが第1の並列pn構造の繰り返しピッチよりも小さくなっている。なお、基板の第1主面側に選択的に形成された素子活性部とは、例えば縦型MOSFETの場合は第1主面側で反転層を形成するチャネル拡散層とソース領域を含むスイッチング部、バイポーラトランジスタの場合はエミッタ又はコレクタ領域を含むスイッチング部であり、ドリフト部の第1主面側で導通と非導通の選択機能を持つ能動部分又は受動部分を指す。
【0011】
斯かる基本構造において、本発明におけるドリフト部の周りの耐圧構造部は、第2の並列pn構造のみから成るのではなく、ドリフト部に隣接して繰り返しピッチが当該ドリフト部から引き続き1ピッチ以上外側へ延長された第1の並列pn構造の一部分である内周構造部と、この内周構造部に隣接した第2の並列pn構造である外周構造部とを有するものである。このため、ドリフト部の隣接周辺部分には第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界が存在せず、その境界は耐圧構造部の内周構造部と外周構造部との間に存在することになるため、ドリフト部の隣接外周部分では並列pn構造のチャージバランスの崩れが起こらず、それ故、ドリフト部の隣接外周部分での表面電界を抑制でき、高耐圧化を図ることができる。
【0012】
また、本発明では、耐圧構造部の第1主面上の絶縁膜の上には内周構造部を覆って先端が外周構造部の上にまで張り出て成るフィールドプレートを有する。このため、フィールドプレートが長く張り出し、その先端直下の電界集中部分がドリフト部の隣接外周部分から外れて外周構造部になるので、内周構造部での表面電界を更に抑制でき、一層の高耐圧化を図ることができる。
【0013】
このとき、絶縁膜で十分に耐圧を確保すれば、絶縁膜下の並列pn構造部分での耐圧分担が小さくなる。そうすれば仮に第1と第2の並列pn構造の境界部分でチャージバランスが崩れたとしても、それによる耐圧の低下分は絶縁膜が保持する耐圧で補われるので、素子全体としては影響を受けずに済む。また、フィールドプレートの先端より外側に位置する耐圧構造部においても、耐圧の分担が小さくなれば表面電界の集中が抑えられる。そこで本発明では、絶縁膜の膜厚をドリフト部側から外周構造部側に向けて厚く形成することで、高耐圧化を図ることができる。
【0014】
この絶縁膜はその膜厚がドリフト部側から外周構造部側に向けて漸増するものが望ましい。しかしながら、このような絶縁膜の成膜は困難であることから、その絶縁膜はドリフト部側から外周構造部側にかけて段階的に厚く形成する。設計耐圧700Vクラスでは、絶縁膜の膜厚段数は2以上とすることが望ましい。しかしながら、膜厚の急変部分でフィールドプレートには段差が生じるので、その直下で電界集中が生じる。
【0015】
この問題を解決するため、本発明では、内周構造部の第1の並列pn構造のうちで第1の縦形第2導電型領域を外側に持つpn接合面の第1主面側位置とフィールドプレートの段差位置とを合致させてある。第1の縦形第2導電型領域は凡そ電位浮遊状態であるが、第1の縦形第2導電型領域が第1の縦形第1導電型領域よりも外側にあるので第1主面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第1の縦形第2導電型領域の外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートの段差直下での等電位線同士の密集が解消し、電界集中を有効的に緩和することができ、高耐圧化を図ることができる。
【0016】
このように、第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界のチャージバランスの崩れによる電界集中やフィールドプレートの段差直下の電界集中を緩和できるが、耐圧構造部の外周構造部でのフィールドプレートの先端直下で生じる電界集中も緩和することが必要である。例えば、外周構造部における第2の並列pn構造の第1の主面側に第1導電型の高抵抗層を形成し、その第1の主面側に第2導電型のガードリングを正規に形成しても構わないが、本発明では、正規のガードリングを形成する代わりに、第2の並列pn構造のうちで第2の縦形第2導電型領域を外側に持つpn接合面の第1主面側位置とフィールドプレートの先端位置とを合致させてある。第2の縦形第2導電型領域は凡そ電位浮遊状態であるが、第2の縦形第2導電型領域が第2の縦形第1導電型領域よりも外側にあるので、第1主面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第2の第2導電型領域の外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートの先端直下での等電位線同士の密集が解消し、電界集中を緩和することができ、高耐圧化を図ることができる。
【0017】
なお、このフィールドプレートの先端と第2の縦形第2導電型領域を外側に持つpn接合面の第1主面側位置とを合致させる構成は、内周構造を持たない耐圧構造部であっても有効である。
【0018】
また、フィールドプレートの先端よりも外側に位置する耐圧構造部での表面電界を緩和する必要もある。本発明は、第2の並列pn構造のうちでフィールドプレートの先端よりも外側に位置する第2の縦形第2導電型領域の第1主面側の不純物濃度が隣接する第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の不純物濃度に比して高いことを特徴とする。その第2の縦形第1導電型領域の第1主面側が空欠化しても、隣接する第2の縦形第2導電型領域の第1主面側は完全には空欠化せず、第2導電型領域としてキャリアが幾分残るため、これがガードリングとして機能し、また第2の縦形第2導電型領域が第2の縦形第1導電型領域よりも外側にあるので、第1主面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第2の第2導電型領域の外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートの先端よりも外側に位置する耐圧構造部での表面電界が緩和し、高耐圧化を図ることができる。
【0019】
このように、第2の第2導電型領域の第1主面側をガードリングとして機能させるためには、第2の縦形第2導電型領域の第1主面側の幅寸法が隣接する第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の幅寸法に比して広くても良いし、また、第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の不純物濃度が隣接する第2の第2導電型領域の第1主面側の不純物濃度に比して低くても良い。なお、このようなフィールドプレートの先端よりも外側に位置する耐圧構造部での表面電界を緩和させる構成は、内周構造を持たない耐圧構造部であっても有効である。
【0020】
第1の並列pn構造における繰り返しピッチの方向と第2の並列pn構造における繰り返しピッチの方向とが同じである場合に限らず、略直交していても構わない。
【0021】
また、外周構造部を取り囲む第1導電型囲繞領域と、この第1主面側に導電接触する第3の電極部を設けることにより、漏れ電流を抑制することができる。
【0022】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を説明する。以下でn又はpを冠記した層や領域では、ぞれぞれ電子又は正孔が多数キャリアであることを意味する。また+は比較的高不純物濃度であることを意味している。すべての実施例において第1導電型にnを、第2導電型にpを選んでいるが、これが逆の場合であっても良い。
【0023】
[実施例1]
図1は本発明の実施例1に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図、図2は図1中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。なお、図1ではドレイン・ドリフト部の1/4を示してある。
【0024】
本例の縦形MOSFETは、裏側のドレイン電極18が導電接触した低抵抗のn+ ドレイン層(コンタクト層)11の上に形成された第1の並列pn構造のドレイン・ドリフト部22と、このドレイン・ドリフト部22の表面層に選択的に形成された素子活性領域たる高不純物濃度のpベース領域(pウェル)13aと、そのpベース領域13a内の表面側に選択的に形成された高不純物濃度のn+ ソース領域14と、基板表面上にゲート絶縁膜15を介して設けられたポリシリコン等のゲート電極層16と、層間絶縁膜19aに開けたコンタクト孔を介してpベース領域13a及びn+ ソース領域14に跨って導電接触するソース電極17とを有している。ウェル状のpベース領域13aの中にn+ ソース領域14が浅く形成されており、2重拡散型MOS部を構成している。なお、26はp+ コンタクト領域で、また、図示しない部分でゲート電極層16の上に金属膜のゲート配線が導電接触している。
【0025】
ドレイン・ドリフト部22は、素子活性領域たる複数ウェルのpベース領域13の直下部分に相当し、基板の厚み方向に配向する層状縦形の第1のn型領域22aと基板の厚み方向に配向する層状縦形の第1のp型領域22bとを繰り返しピッチP1で基板の沿面方向へ交互に繰り返して接合して成る第1の並列pn構造である。いずれかの第1のn型領域22aは、その上端がpベース領域13の挾間領域12eに達し、その下端がn+ ドレイン層11に接している。挾間領域12eに達する第1のn型領域22aはオン状態では電路領域であるが、その余の第1のn型領域22aは概ね非電路領域となっている。また第1のp型領域22bは、その上端がpベース領域13aのウェル底面に接し、その下端がn+ ドレイン層11に接している。
【0026】
ドレイン・ドリフト部22の周りは並列pn構造から成る耐圧構造部(素子周縁部)となっているが、この耐圧構造部は、ドレイン・ドリフト部22の第1の並列pn構造に隣接して繰り返しピッチ及び不純物濃度が同じである内周構造部30と、この内周構造部30に隣接した第2の並列pn構造である外周構造部40とを有する。内周構造部30に属する第1の並列pn構造の繰り返しピッチは数ピッチとなっている。外周構造部40に属する第2の並列pn構造は、基板の厚み方向に配向する層状縦形の第2のn型領域41と基板の厚み方向に配向する層状縦形の第2のp型領域42とを交互に繰り返して接合して成る。本例では、第2の並列pn構造での空欠層をより拡がり易くするため、第2の並列pn構造の不純物濃度は第1の並列pn構造の不純物濃度よりも低く、また第2の並列pn構造の繰り返しピッチP2は第1の並列pn構造の繰り返しピッチP1よりも狭くなっている。しかし、いずれか一方の条件を満足するだけでも、第2の並列pn構造での空欠層を拡がり易くできることは言う迄もない。
【0027】
内周構造部30及び外周構造部40の表面には絶縁膜主面には酸化膜(絶縁膜)123が形成されている。この酸化膜123はその膜厚がドリフト部22から外周構造部40にかけて厚くなるように形成されており、内周構造部30の上では段階的に厚くなっている。即ち、酸化膜123は、内周構造部30の上でドリフト部22に隣接して形成された最小厚の内周域酸化膜123aと、内周構造部30の上に形成された中間域酸化膜123bと、内周構造部30の上から外周構造部40にかけて形成された最大厚の外周域酸化膜123cとを一体的に有し、膜厚段数は2となっている。そして、ソース電極17から延長され、耐圧構造部の酸化膜123の上には内周構造部30を覆って先端が外周構造部40の上にまで張り出て成るフィールドプレートFPが形成されている。このフィールドプレートFPは酸化膜123の段差を反映して段差S1,S2を有している。内周域酸化膜123aと中間域酸化膜123bとの段差、即ち、フィールドプレートFPの段差S1は内周構造部30に属する第1の並列pn構造の一部分のうちで第1のp型領域22bを外側に持つpn接合面の表面側位置T1に合致している。また、中間域酸化膜123bと外周域酸化膜123cとの段差、即ち、フィールドプレートFPの段差S2は内周構造部30に属する第1の並列pn構造の一部分のうちで第2のp型領域22bを外側に持つpn接合面の表面側位置T2に合致している。更に、フィールドプレートFPの先端S3は第2の並列pn構造のうちで第2のp型領域42を外側に持つpn接合面の表面側位置T3に合致している。
【0028】
そして、外周構造部40の外側にはチャネルストッパーとしてn型囲繞領域50が形成され、このn型囲繞領域50の表面側にはストッパー電極51が導電接触している。
【0029】
本例の縦形MOSFETは耐圧600Vクラスであり、n+ ドレイン層11の不純物濃度は2×1018cm−3、第1のn型領域22a及び第1のp型領域22bの不純物濃度は2.57×1015cm−3で、その基板深さ(厚さ)は44μm、第1の繰り返しピッチP1は16μmであって、第2のp型領域41及び第2のp型領域42の不純物濃度は1.2×1015cm−3で、その基板深さ(厚さ)は44μm、第2の繰り返しピッチP2は8μmである。酸化膜123の内周域酸化膜123aの膜厚は0.1μm、中間域酸化膜123bの膜厚は0.8μm、外周域酸化膜123cの膜厚は3.0μmである。
【0030】
このように、ドレイン・ドリフト部22の周りの耐圧構造部は、第2の並列pn構造である外周構造部40のみから成るのではなく、ドレイン・ドリフト部22と外周構造部40との間にドレイン・ドリフト部22に隣接して繰り返しピッチが当該ドリフト部から引き続き1ピッチ以上外側へ延長された第1の並列pn構造の一部分である内周構造部30を有している。このため、ドレイン・ドリフト部22の隣接周辺部分には第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界の表面位置が存在せず、その境界の表面位置T4は内周構造部30と外周構造部40との間に存在することになる。ドレイン・ドリフト部22の隣接外周部分T5では並列pn構造のチャージバランスの崩れが起こらず、それ故、ドレイン・ドリフト部の隣接外周部分での表面電界を抑制でき、高耐圧化を図ることができる。
【0031】
また、フィールドプレートFPはその先端S3が内周構造部30を覆って外周構造部40の上にまで長く張り出ているため、その先端S3直下の電界集中部分がドレイン・ドリフト部22の隣接外周部分から外れて外周構造部40になるので、内周構造部30での表面電界を更に抑制でき、一層の高耐圧化を図ることができる。
【0032】
このとき、酸化膜123で十分に耐圧を確保すれば、酸化膜123下の並列pn構造部分での耐圧分担が小さくなる。そうすれば仮に第1と第2の並列pn構造の境界部分でチャージバランスが崩れたとしても、それによる耐圧の低下分は酸化膜123が保持する耐圧で補われるので、素子全体としては影響を受けずに済む。また、フィールドプレートFPの先端S3より外側に位置する耐圧構造部においても、耐圧の分担が小さくなれば表面電界の集中が抑えられる。そこで、酸化膜123の膜厚をドリフト部22側から外周構造部40側に向けて厚く形成することで、高耐圧化を図ることができる。
【0033】
ただ、酸化膜123は段階的に厚く形成されているため、その膜厚の急変部分でフィールドプレートFPには段差S1,S2が生じるので、その直下で電界集中が生じる。この問題を解決するため、フィールドプレートFPの段差S1は内周構造部30に属する第1の並列pn構造の一部分のうちで第1のp型領域22bを外側に持つpn接合面の表面側位置T1に合致し、フィールドプレートFPの段差S2は内周構造部30に属する第1の並列pn構造の一部分のうちで第2のp型領域22bを外側に持つpn接合面の表面側位置T2に合致している。第1のp型領域22bは凡そ電位浮遊状態であるが、第1のp型領域22bが第1のN型領域22aよりも外側にあるので、表面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第1のp型領域22bの外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートFPの段差S1,S2直下での等電位線同士の密集が解消し、電界集中を有効的に緩和することができ、高耐圧化を図ることができる。
【0034】
このように、第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界のチャージバランスの崩れによる電界集中やフィールドプレートFPの段差S1,S2直下の電界集中を緩和できるが、耐圧構造部の外周構造部40でのフィールドプレートFPの先端S3直下で生じる電界集中も緩和することが必要である。本例では、外周構造部40の表面側に正規のガードリングを形成する代わりに、第2の並列pn構造のうちで第2のp型領域42を外側に持つpn接合面の第1主面側位置T3とフィールドプレートFPの先端位置S3とを合致させてある。第2のp型領域42は凡そ電位浮遊状態であるが、第2のp型領域42が第2のn型領域41よりも外側にあるので、表面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第2のp型領域42の外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートFPの先端S3直下での等電位線同士の密集が解消し、電界集中を緩和することができ、高耐圧化を図ることができる。
【0035】
更に本例では、外周構造部40を取り囲むn型囲繞領域50と、ストッパー電極51とが形成されているため、漏れ電流を抑制することができる。
【0036】
[実施例2]
図3は本発明の実施例2に係る縦形MOSFETを示す部分縦断面図である。図3は同じく図1のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【0037】
本例において実施例1の構成と異なる点は、外周構造部40の第2の並列pn構造のうちでフィールドプレートFPの先端よりも外側に位置する第2のp型領域42は表面側部分42aを有し、この表面側部分42aは、その不純物濃度が隣接する第2のn型領域41の表面側の不純物濃度に比して高く、しかもその幅寸法が隣接する第2のn型領域41の表面側の幅寸法に比して広くなっているところにある。換言すれば、表面側部分42aは、その不純物濃度が第2のp型領域42の不純物濃度に比して高く、またその幅寸法が隣接する第2のp型領域42の幅寸法に比して広くなっている。なお、表面側部分42aは不純物濃度が高く、しかも幅寸法を広く形成してあるが、いずれか一方でも構わない。
【0038】
オフ状態において、第2のn型領域41の表面側が空欠化しても、隣接する表面側部分42aは完全には空欠化せず、p型領域としてキャリアが幾分残るため、これがガードリングとして機能し、表面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を表面側部分42aの外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートFPの先端よりも外側に位置する耐圧構造部40での表面電界が緩和し、高耐圧化を図ることができる。
【0039】
[実施例3]
図4は本発明の実施例3に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図、図5は図4中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。なお、図4ではドレイン・ドリフト部の1/4を示してある。
【0040】
本例において実施例1の構成と異なる点は、外側構造部40の第2の並列pn構造の繰り返しピッチP2は第1の並列pn構造の繰り返しピッチP1と同じになっており、第2の並列pn構造の不純物濃度は第1の並列pn構造の不純物濃度よりも十分低くなっているところにある。なお、第2の並列pn構造の不純物濃度が第1の並列pn構造の不純物濃度よりも十分低ければ、繰り返しピッチP2は繰り返しピッチP1よりも広くても構わない。
【0041】
また本例では、外側耐圧部40のうちでフィールドプレートFPの先端よりも外側に位置する第2のn型領域41の表面側部分41aは、その不純物濃度が隣接する第2のp型領域42の表面側の不純物濃度に比して低くなっている。斯かる場合でも、オフ状態において第2のn型領域41の表面側部分41aが空欠化しても、隣接する第2のp型領域42の表面側は完全には空欠化せず、p型領域としてキャリアが幾分残るため、これがガードリングとして機能し、表面側で互いに接近する等電位線のうち高電位側の等電位線を第2のp型領域42の表面側部分の外側へ振り分ける。このため、フィールドプレートFPの先端よりも外側に位置する耐圧構造部40での表面電界が緩和し、高耐圧化を図ることができる。
【0042】
このように本例では、第2の並列pn構造のうち第2のp型領域42の表面側部分42aのように幅広に形成する必要がなく、不純物の調節で済むから、不純物導入マスクを減らすことができる。なお、第2のp型領域42の表面側部分の不純物濃度は第2のn型領域41の表面側部分の不純物濃度よりも高くしても良い。
【0043】
[実施例4]
図6は本発明の実施例4に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図、図7は図6中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図、図8は図6中のB−B′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【0044】
実施例1では、第1の並列pn構造における繰り返しピッチP1の方向と第2の並列pn構造における繰り返しピッチP2の方向とが同方向なっているが、本例では、第1の並列pn構造における繰り返しピッチP1の方向と第2の並列pn構造における繰り返しピッチP2の方向とが直交している。即ち、第1の並列pn構造の平面的ストライプと第2の並列pn構造の平面的ストライプとが直交している。ストライプ方向が変わっても、逆電圧印加時に空乏化して耐圧を維持できることにか変わりが無く、またストライプ方向の変わり目でのチャージバランスが崩れた場合でも、内側耐圧部30が存在しているため、高耐圧化を図ることができる。
【0045】
なお、本発明は、上記実施例は縦形MOSFET素子について説明したが、縦形ドリフト部を持つ半導体装置一般に適用できることは言う迄もない。
【0046】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明において、ドリフト部の周りの耐圧構造部は、ドリフト部に隣接して繰り返しピッチが当該ドリフト部から引き続き1ピッチ以上外側へ延長された第1の並列pn構造一部分である内周構造部と、この内周構造部に隣接した第2の並列pn構造である外周構造部とを有することを特徴としているため、ドリフト部の隣接周辺部分には第1の並列pn構造と第2の並列pn構造との境界が存在せず、その境界は耐圧構造部の内周構造部と外周構造部との間に存在することになるため、ドリフト部の隣接外周部分では並列pn構造のチャージバランスの崩れが起こらず、それ故、ドリフト部の隣接外周部分での表面電界を抑制でき、高耐圧化及び大電流化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図である。
【図2】図1中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【図3】本発明の実施例2に係る縦形MOSFETを示す部分縦断面図である。
【図4】本発明の実施例3に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図である。
【図5】図4中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【図6】本発明の実施例4に係る縦形MOSFET素子のチップを示す概略平面図である。
【図7】図6中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【図8】図6中のB−B′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【図9】縦形MOSFETにおけるドリフト部及び素子外周部(耐圧構造部)を示す平面図である。
【図10】図9中のA−A′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【図11】図9中のB−B′線に沿って切断した状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
11…n+ ドレイン層(コンタクト層)
12e…挾間領域
13a…pベース領域(pウェル)
14…n+ ソース領域
15…ゲート絶縁膜
16…ゲート電極層
17…ソース電極
18…ドレイン電極
19a…層間絶縁膜
22…ドレイン・ドリフト部
22a…第1のn型領域
22b…第1のp型領域
26…p+ コンタクト領域
30…内周構造部
40…外周構造部
41…第2のn型領域
41a,42a…表面側部分
42…第2のp型領域
50…n型囲繞領域
51…ストッパー電極
123…酸化膜
123a…内周域酸化膜
123b…中間域酸化膜
123c…外周域酸化膜
P1…第1の並列pn構造の繰り返しピッチ
P2…第2の並列pn構造の繰り返しピッチ
FP…フィールドプレート
S1,S2…段差
S3…フィールドプレートの先端
T1〜T5…pn接合面の表面側位置[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention can be applied to active elements such as MOSFETs (insulated gate field effect transistors), IGBTs (conductivity modulation MOSFETs) and bipolar transistors, and passive elements such as diodes. The present invention relates to a compatible vertical power semiconductor device.
[0002]
In a vertical semiconductor device having a vertical drift portion in which electrodes are provided on both sides of a substrate and a current flows in the thickness direction of the substrate, there is a trade-off relationship between on-resistance (current capacity) and breakdown voltage. Therefore, it is known to adopt a parallel pn structure in which vertical n-type regions and vertical p-type regions with an increased impurity concentration are alternately repeated in the creeping direction of the substrate as the vertical drift portion. However, although the vertical drift portion of this parallel pn structure is depleted quickly, the depletion layer is difficult to spread outward or deep in the substrate in the withstand voltage structure portion where the current does not substantially upstream around the drift portion, and the electric field strength is silicon. Since the critical electric field strength is reached quickly, the breakdown voltage is limited by the breakdown voltage structure. In order to obtain the design withstand voltage, it is desirable to use a vertical semiconductor device that employs a parallel pn structure in the withstand voltage structure.
[0003]
9 is a plan view showing a drift portion and an element outer peripheral portion (withstand voltage structure portion) in the vertical MOSFET, FIG. 10 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line AA ′ in FIG. 9, and FIG. 9 is a longitudinal sectional view showing a state cut along a line BB ′ in FIG. In FIG. 9, ¼ of the drift portion is indicated by a hatched portion.
[0004]
This n-channel vertical MOSFET has a low resistance n-type in which the
[0005]
The drain /
[0006]
Substrate surface and n + A second layered vertical n-
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, the vertical MOSFETs shown in FIGS. 9 to 11 have the following problems.
[0008]
That is, around the first layered vertical n-type region 22aa on the outermost side of the first parallel pn structure which is the drain /
[0009]
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a surface of a breakdown voltage structure portion in a semiconductor device having a second parallel pn structure as a breakdown voltage structure portion around the drift portion which is the first parallel pn structure. It is an object of the present invention to provide a semiconductor device that can further increase the breakdown voltage and increase the current by relaxing the electric field.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, the basic structure of the semiconductor device according to the present invention is formed on the first main surface side of the substrate. Selectively A first electrode layer that is conductively connected to the formed element active portion, a second electrode layer that is conductively connected to a low-resistance layer of the first conductivity type formed on the second main surface side of the substrate, and an element A vertical drift portion interposed between the active portion and the low resistance layer, in which the drift current flows in the vertical direction in the on state and is depleted in the off state; Element active part and It is interposed between the first main surface and the low resistance layer around the vertical drift part, Is non- It has an electric circuit region and a withstand voltage structure portion that is depleted in an off state. The vertical drift portion includes a first vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a first vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate, which are alternately and repeatedly joined. It is a parallel pn structure. The breakdown voltage structure is formed by alternately and repeatedly joining a second vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and a second vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. 2 parallel pn structures. The impurity concentration of the second parallel pn structure is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure, and / or the repetition pitch of the second parallel pn structure is the repetition of the first parallel pn structure. It is smaller than the pitch. On the first main surface side of the substrate Selectively For example, in the case of a vertical MOSFET, the formed element active portion is a switching portion including a channel diffusion layer and a source region forming an inversion layer on the first main surface side, and in the case of a bipolar transistor, switching including an emitter or collector region. This is an active part or passive part having a selection function of conduction and non-conduction on the first main surface side of the drift part.
[0011]
In such a basic structure, the pressure-resistant structure around the drift part in the present invention is not composed of only the second parallel pn structure, but the repeat pitch is adjacent to the drift part and is continuously one pitch or more outside the drift part. An inner peripheral structure portion that is a part of the first parallel pn structure extended to the inner periphery, and an outer peripheral structure portion that is a second parallel pn structure adjacent to the inner peripheral structure portion. For this reason, there is no boundary between the first parallel pn structure and the second parallel pn structure in the adjacent peripheral portion of the drift portion, and the boundary is between the inner peripheral structure portion and the outer peripheral structure portion of the breakdown voltage structure portion. Therefore, the charge balance of the parallel pn structure does not occur in the adjacent outer peripheral portion of the drift portion, and therefore, the surface electric field in the adjacent outer peripheral portion of the drift portion can be suppressed, and high breakdown voltage can be achieved. Can do.
[0012]
Further, in the present invention, the field plate is formed on the insulating film on the first main surface of the pressure-resistant structure portion so as to cover the inner peripheral structure portion and have the tip projecting over the outer peripheral structure portion. For this reason, the field plate projects long, and the electric field concentration part immediately below the tip is separated from the adjacent outer peripheral part of the drift part to become the outer peripheral structure part. Therefore, the surface electric field at the inner peripheral structure part can be further suppressed, and the higher breakdown voltage can be obtained. Can be achieved.
[0013]
At this time, if a sufficient breakdown voltage is secured by the insulating film, the breakdown of the breakdown voltage in the parallel pn structure portion under the insulating film is reduced. Then, even if the charge balance is lost at the boundary between the first and second parallel pn structures, the reduction in breakdown voltage is compensated by the breakdown voltage held by the insulating film, and the entire element is affected. You do n’t have to. Even in the pressure-resistant structure portion located outside the front end of the field plate, the concentration of the surface electric field can be suppressed if the breakdown of the breakdown voltage is reduced. Therefore, in the present invention, by increasing the thickness of the insulating film from the drift portion side toward the outer peripheral structure portion side, a high breakdown voltage can be achieved.
[0014]
This insulating film desirably has a film thickness that gradually increases from the drift portion side toward the outer peripheral structure portion side. However, since it is difficult to form such an insulating film, the insulating film is formed thick in steps from the drift portion side to the outer peripheral structure portion side. In the design withstand voltage 700V class, it is desirable that the number of steps of the insulating film is 2 or more. However, a step occurs in the field plate at the sudden change in film thickness, and electric field concentration occurs immediately below the step.
[0015]
In order to solve this problem, in the present invention, the first main surface side position and the field of the pn junction surface having the first vertical second conductivity type region on the outside in the first parallel pn structure of the inner peripheral structure portion It matches with the step position of the plate. Although the first vertical second conductivity type region is approximately in a floating state, the first vertical second conductivity type region is located outside the first vertical first conductivity type region, so that the first main surface side is mutually Among the approaching equipotential lines, the equipotential line on the high potential side is distributed outside the first vertical second conductivity type region. For this reason, the concentration of equipotential lines directly under the step of the field plate is eliminated, the electric field concentration can be effectively reduced, and a high breakdown voltage can be achieved.
[0016]
As described above, the electric field concentration due to the collapse of the charge balance at the boundary between the first parallel pn structure and the second parallel pn structure and the electric field concentration immediately below the step of the field plate can be alleviated. It is necessary to alleviate the electric field concentration that occurs immediately under the tip of the field plate. For example, a high conductivity layer of the first conductivity type is formed on the first main surface side of the second parallel pn structure in the outer peripheral structure portion, and a second conductivity type guard ring is normally formed on the first main surface side. In the present invention, instead of forming a regular guard ring, the first pn junction surface of the second parallel pn structure having the second vertical second conductivity type region on the outside is formed instead of forming a regular guard ring. The main surface side position is matched with the tip position of the field plate. The second vertical second conductivity type region is approximately in a potential floating state, but the second vertical second conductivity type region is located outside the second vertical first conductivity type region, so that the first main surface side Of the equipotential lines approaching each other, the equipotential line on the high potential side is distributed to the outside of the second second conductivity type region. For this reason, the concentration of equipotential lines directly under the tip of the field plate is eliminated, the electric field concentration can be relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved.
[0017]
In addition, the structure which makes the front-end | tip of this field plate correspond to the 1st main surface side position of the pn junction surface which has a 2nd vertical 2nd conductivity type area | region outside is a pressure | voltage resistant structure part which does not have an inner peripheral structure. Is also effective.
[0018]
In addition, it is necessary to alleviate the surface electric field at the pressure-resistant structure located outside the front end of the field plate. In the second parallel type pn structure, the impurity concentration on the first main surface side of the second vertical second conductivity type region located outside the front end of the field plate in the second parallel pn structure is adjacent. It is characterized by being higher than the impurity concentration on the first main surface side of the conductivity type region. Even if the first main surface side of the second vertical first conductivity type region is empty, the first main surface side of the adjacent second vertical second conductivity type region is not completely empty. Since some carriers remain as the second conductivity type region, this functions as a guard ring, and the second vertical second conductivity type region is located outside the second vertical first conductivity type region. The equipotential lines on the high potential side among the equipotential lines approaching each other on the side are distributed to the outside of the second second conductivity type region. For this reason, the surface electric field in the breakdown voltage structure located outside the tip of the field plate is relaxed, and a high breakdown voltage can be achieved.
[0019]
Thus, in order for the first main surface side of the second second conductivity type region to function as a guard ring, the width dimension of the second main surface side of the second vertical second conductivity type region is adjacent to the first main surface side. 2 may be wider than the width dimension on the first main surface side of the two vertical first conductivity type regions, and the impurity concentration on the first main surface side of the second vertical first conductivity type region is adjacent. It may be lower than the impurity concentration on the first main surface side of the second second conductivity type region. It should be noted that such a structure that reduces the surface electric field in the pressure-resistant structure portion located outside the front end of the field plate is effective even in a pressure-resistant structure portion that does not have an inner peripheral structure.
[0020]
The direction of the repetition pitch in the first parallel pn structure is not limited to the case where the direction of the repetition pitch in the second parallel pn structure is the same, and may be substantially orthogonal.
[0021]
Further, the leakage current can be suppressed by providing the first conductivity type surrounding region surrounding the outer peripheral structure portion and the third electrode portion in conductive contact with the first main surface side.
[0022]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below. In the following layers and regions where n or p is named, it means that each electron or hole is a majority carrier. Moreover, + means a relatively high impurity concentration. In all the embodiments, n is selected for the first conductivity type and p is selected for the second conductivity type, but this may be reversed.
[0023]
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to
[0024]
The vertical MOSFET of this example has a low resistance n-type in which the
[0025]
The drain /
[0026]
Around the drain /
[0027]
An oxide film (insulating film) 123 is formed on the main surface of the insulating film on the surfaces of the inner
[0028]
An n-
[0029]
The vertical MOSFET in this example has a withstand voltage of 600 V class, and n + The impurity concentration of the
[0030]
Thus, the breakdown voltage structure around the drain /
[0031]
Further, the field plate FP has its tip S3 covering the inner
[0032]
At this time, if a sufficient breakdown voltage is secured in the
[0033]
However, since the
[0034]
As described above, the electric field concentration due to the collapse of the charge balance at the boundary between the first parallel pn structure and the second parallel pn structure and the electric field concentration immediately below the steps S1 and S2 of the field plate FP can be alleviated. It is also necessary to alleviate the electric field concentration that occurs immediately below the tip S3 of the field plate FP in the outer
[0035]
Furthermore, in this example, since the n-
[0036]
[Example 2]
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing a vertical MOSFET according to
[0037]
The difference from the configuration of the first embodiment in this example is that the second p-
[0038]
Even when the surface side of the second n-
[0039]
[Example 3]
4 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to
[0040]
The difference from the configuration of the first embodiment in this example is that the repetition pitch P2 of the second parallel pn structure of the
[0041]
In this example, the
[0042]
Thus, in this example, it is not necessary to form the second parallel pn structure as wide as the
[0043]
[Example 4]
FIG. 6 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to Embodiment 4 of the present invention, FIG. 7 is a vertical cross-sectional view showing a state cut along the line AA 'in FIG. 6, and FIG. 6 is a longitudinal sectional view showing a state cut along line BB ′ in FIG.
[0044]
In Example 1, the direction of the repetition pitch P1 in the first parallel pn structure and the direction of the repetition pitch P2 in the second parallel pn structure are the same direction, but in this example, in the first parallel pn structure The direction of the repetition pitch P1 and the direction of the repetition pitch P2 in the second parallel pn structure are orthogonal to each other. That is, the planar stripe of the first parallel pn structure and the planar stripe of the second parallel pn structure are orthogonal to each other. Even if the stripe direction changes, there is no change in that the withstand voltage can be maintained by depletion when the reverse voltage is applied, and even when the charge balance at the change of the stripe direction is lost, the inner withstand
[0045]
Although the present invention has been described with respect to the vertical MOSFET element in the above embodiments, it goes without saying that the present invention can be applied to general semiconductor devices having a vertical drift portion.
[0046]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the breakdown voltage structure portion around the drift portion is a part of the first parallel pn structure in which the repetitive pitch is continuously extended from the drift portion to the outside by one pitch or more adjacent to the drift portion. Since it has an inner peripheral structure portion and an outer peripheral structure portion that is a second parallel pn structure adjacent to the inner peripheral structure portion, the first parallel pn structure is provided in the adjacent peripheral portion of the drift portion. And the second parallel pn structure does not exist, and the boundary exists between the inner peripheral structure part and the outer peripheral structure part of the pressure-resistant structure part. The charge balance of the structure does not collapse, so that the surface electric field at the adjacent outer peripheral portion of the drift portion can be suppressed, and a high breakdown voltage and a large current can be achieved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a state cut along line AA ′ in FIG. 1;
FIG. 3 is a partial longitudinal sectional view showing a vertical MOSFET according to a second embodiment of the invention.
FIG. 4 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to Example 3 of the invention.
5 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line AA ′ in FIG. 4;
FIG. 6 is a schematic plan view showing a chip of a vertical MOSFET element according to Embodiment 4 of the present invention.
7 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line AA ′ in FIG. 6;
8 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line BB ′ in FIG. 6;
FIG. 9 is a plan view showing a drift portion and an element outer peripheral portion (withstand voltage structure portion) in a vertical MOSFET.
10 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line AA ′ in FIG. 9;
11 is a longitudinal sectional view showing a state cut along the line BB ′ in FIG. 9;
[Explanation of symbols]
11 ... n + Drain layer (contact layer)
12e ... Intercostal area
13a ... p base region (p well)
14 ... n + Source area
15 ... Gate insulating film
16 ... Gate electrode layer
17 ... Source electrode
18 ... Drain electrode
19a ... Interlayer insulating film
22 ... Drain / drift section
22a ... first n-type region
22b ... first p-type region
26 ... p + Contact area
30 ... Inner circumferential structure
40. Peripheral structure
41 ... second n-type region
41a, 42a ... surface side portion
42 ... second p-type region
50 ... n-type go region
51. Stopper electrode
123 ... Oxide film
123a ... Inner circumference oxide film
123b. Intermediate region oxide film
123c ... Peripheral region oxide film
P1: Repetitive pitch of the first parallel pn structure
P2: Repetitive pitch of the second parallel pn structure
FP ... Field plate
S1, S2 ... steps
S3 ... The tip of the field plate
T1 to T5 ... surface side position of pn junction surface
Claims (19)
前記耐圧構造部は、前記ドリフト部に隣接して繰り返しピッチが当該ドリフト部から引き続き1ピッチ以上外側へ延長された前記第1の並列pn構造の一部分である内周構造部と、この内周構造部に隣接した前記第2の並列pn構造である外周構造部とを有することを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with a drift current flows in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately and repeatedly joins the first vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and the first vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure, and the withstand voltage structure portion includes the base A second parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining a second vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction and a second vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A semiconductor device in which the impurity concentration of the second parallel pn structure is lower than the impurity concentration of the first parallel pn structure;
The pressure-resistant structure part includes an inner peripheral structure part adjacent to the drift part and a part of the first parallel pn structure in which a repeating pitch is continuously extended from the drift part by one pitch or more, and the inner peripheral structure. And a peripheral structure portion which is the second parallel pn structure adjacent to the portion.
前記耐圧構造部は、前記ドリフト部に隣接して繰り返しピッチが当該ドリフト部から引き続き1ピッチ以上外側へ延長された前記第1の並列pn構造の一部分である内周構造部と、この内周構造部に隣接した前記第2の並列pn構造である外周構造部とを有することを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with flowing drift current in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately and repeatedly joins the first vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate and the first vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure, and the withstand voltage structure portion includes the base A second parallel pn structure formed by alternately and repeatedly joining a second vertical first conductivity type region oriented in the thickness direction and a second vertical second conductivity type region oriented in the thickness direction of the substrate. A semiconductor device in which a repetition pitch of the second parallel pn structure is smaller than a repetition pitch of the first parallel pn structure;
The pressure-resistant structure part includes an inner peripheral structure part adjacent to the drift part and a part of the first parallel pn structure in which a repeating pitch is continuously extended from the drift part by one pitch or more, and the inner peripheral structure. And a peripheral structure portion which is the second parallel pn structure adjacent to the portion.
前記第2の並列pn構造のうちで前記第2の縦形第2導電型領域を外側に持つpn接合面の第1主面側位置と前記フィールドプレートの先端位置とが合致していることを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with a drift current flows in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately repeats a first vertical first conductivity type drift region oriented in the thickness direction of the substrate and a first vertical second conductivity type partition region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure formed by bonding and the breakdown voltage structure; A second vertical first conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate and a second vertical second conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate are alternately and repeatedly joined together. In a semiconductor device having a parallel pn structure and having a field plate formed on an insulating film on the first main surface of the breakdown voltage structure portion,
In the second parallel pn structure, the first principal surface side position of the pn junction surface having the second vertical second conductivity type region on the outside matches the tip position of the field plate. A semiconductor device.
前記第2の並列pn構造のうちで前記フィールドプレートの先端よりも外側に位置する前記第2の縦形第2導電型領域の第1主面側の不純物濃度が隣接する前記第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の不純物濃度に比して高いことを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with a drift current flows in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately repeats a first vertical first conductivity type drift region oriented in the thickness direction of the substrate and a first vertical second conductivity type partition region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure formed by bonding and the breakdown voltage structure; A second vertical first conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate and a second vertical second conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate are alternately and repeatedly joined together. In a semiconductor device having a parallel pn structure and having a field plate formed on an insulating film on the first main surface of the breakdown voltage structure portion,
In the second parallel pn structure, the second vertical first adjacent impurity concentration on the first main surface side of the second vertical second conductivity type region located outside the tip of the field plate is adjacent. A semiconductor device characterized by being higher than the impurity concentration on the first main surface side of the conductive type region.
前記第2の並列pn構造のうちで前記フィールドプレートの先端よりも外側に位置する前記第2の縦形第2導電型領域の第1主面側の幅寸法が隣接する前記第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の幅寸法に比して広いことを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with a drift current flows in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately repeats a first vertical first conductivity type drift region oriented in the thickness direction of the substrate and a first vertical second conductivity type partition region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure formed by bonding and the breakdown voltage structure; A second vertical first conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate and a second vertical second conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate are alternately and repeatedly joined together. In a semiconductor device having a parallel pn structure and having a field plate formed on an insulating film on the first main surface of the breakdown voltage structure portion,
Of the second parallel pn structure, the second vertical first adjacent width dimension on the first main surface side of the second vertical second conductivity type region located outside the front end of the field plate is adjacent. A semiconductor device characterized in that it is wider than a width dimension on the first main surface side of a conductive type region.
前記第2の並列pn構造のうちで前記フィールドプレートの先端よりも外側に位置する前記第2の縦形第1導電型領域の第1主面側の不純物濃度が隣接する前記第2の第2導電型領域の第1主面側の不純物濃度に比して低いことを特徴とする半導体装置。A first electrode layer conductively connected to an element active portion selectively formed on the first main surface side of the substrate; and a first conductive type low resistance layer formed on the second main surface side of the substrate interposed between the second electrode layer to be electrically connected, and the element active portion and the low-resistance layer, and the vertical drift region deplete in the off state with a drift current flows in the vertical direction in the on state, the There is a breakdown voltage structure that is interposed between the first main surface and the low-resistance layer around the element active portion and the vertical drift portion, and is a non- electric path region in the on state and depleted in the off state. The vertical drift portion alternately repeats a first vertical first conductivity type drift region oriented in the thickness direction of the substrate and a first vertical second conductivity type partition region oriented in the thickness direction of the substrate. A first parallel pn structure formed by bonding and the breakdown voltage structure; A second vertical first conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate and a second vertical second conductive type region oriented in the thickness direction of the substrate are alternately and repeatedly joined together. In a semiconductor device having a parallel pn structure and having a field plate formed on an insulating film on the first main surface of the breakdown voltage structure portion,
In the second parallel pn structure, the second second conductivity in which the impurity concentration on the first main surface side of the second vertical first conductivity type region located outside the front end of the field plate is adjacent. A semiconductor device characterized by being lower than the impurity concentration on the first main surface side of the mold region.
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