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JP5055722B2 - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents

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JP5055722B2 JP2005224827A JP2005224827A JP5055722B2 JP 5055722 B2 JP5055722 B2 JP 5055722B2 JP 2005224827 A JP2005224827 A JP 2005224827A JP 2005224827 A JP2005224827 A JP 2005224827A JP 5055722 B2 JP5055722 B2 JP 5055722B2
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Description

この発明は、MOSFET(MOSゲート電界効果トランジスタ)やIGBT(絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)等の縦型パワーデバイスとその制御回路に使用される低圧横型デバイスをワンチップに集積した半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device in which a vertical power device such as a MOSFET (MOS gate field effect transistor) or IGBT (insulated gate bipolar transistor) and a low-voltage lateral device used in its control circuit are integrated on a single chip, and a manufacturing method thereof. .

従来、自動車などに搭載される車載用半導体装置として、Si−Si接合部とSiO2 −Si接合部を混在させた部分SOI(Silicon on Insulator)型パワーIC(部分SOI基板に形成したパワーIC)が開発されている。例えば、特許文献1などではSi−Si接合部には縦型のIGBTを形成し、SiO2 −Si接合部の絶縁膜上にはそれを制御するためのCMOS等を設ける技術が開示されている。
このような縦型パワーデバイスを含む部分SOI型パワーICでは、パワーデバイスと制御回路の形成領域を取り囲む外周部に、縦型パワーデバイスと耐圧を保持する高耐圧接合終端構造(以下、単にエッジ構造と称す)を形成する必要がある。しかし、部分SOI基板に形成されるエッジ構造についてはこれまで殆ど開示されていない。
エッジ構造は縦型のMOSFETやIGBT等の縦型パワーデバイスの活性領域を取り囲むように素子外周部に設けられており、それが必要になるのは以下の理由による。
Conventionally, as an in-vehicle semiconductor device mounted in an automobile or the like, a partial SOI (Silicon on Insulator) type power IC (a power IC formed on a partial SOI substrate) in which a Si—Si junction and a SiO 2 —Si junction are mixed. Has been developed. For example, Patent Document 1 discloses a technique in which a vertical IGBT is formed in a Si—Si junction, and a CMOS or the like is provided on the insulating film of the SiO 2 —Si junction to control it. .
In a partial SOI type power IC including such a vertical power device, a high-voltage junction termination structure (hereinafter simply referred to as an edge structure) that holds the breakdown voltage with the vertical power device is provided on the outer periphery surrounding the formation region of the power device and the control circuit. Need to be formed). However, the edge structure formed on the partial SOI substrate has hardly been disclosed so far.
The edge structure is provided on the outer periphery of the element so as to surround the active region of a vertical power device such as a vertical MOSFET or IGBT, and this is necessary for the following reason.

縦型パワーデバイスで耐圧を保持すべきpn接合が半導体チップの端部であるスクライブラインまで伸びていると、スクライブラインに沿って切断した半導体チップの端部に形成される結晶欠陥によりリーク電流が発生し耐圧を保持することができない。このため素子外周部に耐圧を保持する領域、つまりエッジ構造を設ける。
図30は、一般的なエッジ構造を有する従来の半導体装置の要部断面図である。この半導体装置は縦型ダイオードである。n+ 層1上にn- ドリフト層2を形成し、n- ドリフト層2の表面層にp- アノード領域6とその外周部にエッジ構造28を構成するp- ガードリング領域17およびn+ ストッパ領域8を形成し、p- アノード領域6の表面層にp+ アノード領域10を形成し、表面に熱酸化膜9とその上にCVD(Chemical Vapor Deposition)酸化膜11を形成し、p+ アノード領域10上およびn+ ストッパ領域8上の熱酸化膜9とCVD酸化膜11を開口した後、アノード電極12と電極13を形成する。エッジ構造28は活性領域27を取り囲むように形成される。前記のアノード電極12をCVD酸化膜11上まで延在させてフィールドプレートの働きをさせる。
When a pn junction that should maintain a withstand voltage in a vertical power device extends to a scribe line that is an end of a semiconductor chip, a leakage current is generated due to crystal defects formed at the end of the semiconductor chip cut along the scribe line. It is generated and the breakdown voltage cannot be maintained. For this reason, a region for holding a breakdown voltage, that is, an edge structure is provided on the outer periphery of the element.
FIG. 30 is a cross-sectional view of a main part of a conventional semiconductor device having a general edge structure. This semiconductor device is a vertical diode. The n drift layer 2 is formed on the n + layer 1, the p anode region 6 is formed on the surface layer of the n drift layer 2, and the p guard ring region 17 and the n + stopper constituting the edge structure 28 on the outer periphery thereof. The region 8 is formed, the p + anode region 10 is formed on the surface layer of the p anode region 6, the thermal oxide film 9 and the CVD (Chemical Vapor Deposition) oxide film 11 are formed on the surface, and the p + anode After opening thermal oxide film 9 and CVD oxide film 11 on region 10 and n + stopper region 8, anode electrode 12 and electrode 13 are formed. The edge structure 28 is formed so as to surround the active region 27. The anode electrode 12 is extended to the CVD oxide film 11 to function as a field plate.

これに対して、例えば、特許文献2では、図31のようなエッジ構造28が開示されている。図31において、1はn+ 層、2はn- ドリフト層、4はBox層、5はn- 、7はp- リサーフ領域、8はn+ ストッパ領域、9は熱酸化膜、10はp+ アノード領域、11はCVD酸化膜、12はアノード電極、13は電極、14はカソード電極、27は活性領域、28はエッジ構造、Aはアノード端子、Kはカソード端子である。
図31ではエッジ構造28内に酸化膜でBox(Buried Oxide)層4を形成し、耐圧の一部をこのBox層4に負担させ、n- ドリフト層2での耐圧負担分を軽減し、より高耐圧化するという効果を目指したものである。パワーICを部分SOI基板に形成する場合には、このようなエッジ構造28は形成しやすいため、Box層4による高耐圧化の効果がでるならば有用と考えられる。
特許第3424146号公報 特開2004−111467号公報
On the other hand, for example, Patent Document 2 discloses an edge structure 28 as shown in FIG. In FIG. 31, 1 is an n + layer, 2 is an n drift layer, 4 is a Box layer, and 5 is an n layer. , 7 is a p - resurf region, 8 is an n + stopper region, 9 is a thermal oxide film, 10 is a p + anode region, 11 is a CVD oxide film, 12 is an anode electrode, 13 is an electrode, 14 is a cathode electrode, and 27 is An active region, 28 is an edge structure, A is an anode terminal, and K is a cathode terminal.
In FIG. 31, a Box (Buried Oxide) layer 4 is formed of an oxide film in the edge structure 28, a part of the breakdown voltage is borne by the Box layer 4, and the breakdown voltage burden in the n drift layer 2 is reduced. The aim is to increase the pressure resistance. When the power IC is formed on the partial SOI substrate, such an edge structure 28 is easy to form. Therefore, it is considered useful if the effect of increasing the breakdown voltage by the Box layer 4 can be obtained.
Japanese Patent No. 3424146 JP 2004-111467 A

実際には、Box層4が無い図30の構造でもp- ガードリング領域17、フィールドプレート(アノード電極12の延在部)を最適化することにより、Box層4を含むリサーフ型の図31の構造と近い耐圧を得ることができる。この図30の構造に500V印加したときの電位分布を図22(b)に示す。図22(b)に示すように、Box層4が無い場合には、インパクトイオン化の最大箇所(等電位線が密の箇所)が表面層に発生している。
図32は、図30のp- ガードリング領域17または図31のp- リサーフ領域7を有するエッジ構造28における耐圧とp- ガードリング領域17またはp- リサーフ領域7のボロンのドーズ量の関係を示す図である。図中の(2)はリサーフ構造でBox層4を有する場合の耐圧、(4)はガードリング構造でBox層4を有する場合の耐圧、(5)はガードリング構造でBox層4が無い場合の耐圧である。図32から(2)、(4)および(5)ともピークの耐圧は同程度であることが分かる。つまり、Box層4を設けてもBox層4が無い場合より耐圧を高くすることはできない。
In practice, even in the structure of FIG. 30 without the Box layer 4, by optimizing the p guard ring region 17 and the field plate (extension portion of the anode electrode 12), the RESURF type FIG. A breakdown voltage close to that of the structure can be obtained. FIG. 22B shows the potential distribution when 500 V is applied to the structure of FIG. As shown in FIG. 22B, when the Box layer 4 is not present, the maximum impact ionization location (location where the equipotential lines are dense) occurs in the surface layer.
FIG. 32 shows the relationship between the breakdown voltage in the edge structure 28 having the p guard ring region 17 in FIG. 30 or the p resurf region 7 in FIG. 31 and the boron dose in the p guard ring region 17 or the p resurf region 7. FIG. In the figure, (2) is a withstand voltage when the RESURF structure has the box layer 4, (4) is a guard ring structure with the box layer 4, and (5) is a guard ring structure without the box layer 4. Of withstand pressure. 32 that (2), (4), and (5) have the same peak withstand voltage. That is, even if the Box layer 4 is provided, the breakdown voltage cannot be increased as compared with the case where the Box layer 4 is not provided.

また、p- ガードリング領域17およびp- リサーフ領域7のドーズ量に対して耐圧ばらつきは小さいことが製造上望ましいが、図32から分かるようにBox層4を有するエッジ構造28の耐圧(2)、(4)は、Box層4を含まないエッジ構造28の耐圧(5)と比べドーズ量に対する耐圧曲線の上向きの傾斜(ドーズ量に対する規格化された耐圧が増大する範囲の傾斜)が大きく、そのため、ドーズ量に対する耐圧のばらつきが大きくなり、製造上望ましくない。また、耐圧(4)は、耐圧(5)と同程度でありBox層4を形成する効果は見られない。
前記のことから、Box層4を設けるだけでは、耐圧ばらつきが小さく高い耐圧のエッジ構造を有する半導体装置を製造することは困難である。
この発明の目的は、前記の課題を解決して、部分SOI基板を用いた耐圧ばらつきが小さく高い耐圧のエッジ構造を有する半導体装置およびその製造方法を提供することにある。
Further, although it is desirable for manufacturing that the variation in breakdown voltage is small with respect to the dose amount of the p guard ring region 17 and the p resurf region 7, the breakdown voltage (2) of the edge structure 28 having the Box layer 4 as can be seen from FIG. 32. , (4) has a large upward slope of the withstand voltage curve with respect to the dose (inclination in a range where the normalized withstand voltage increases with respect to the dose) compared to the withstand voltage (5) of the edge structure 28 not including the Box layer 4; For this reason, the variation in the withstand voltage with respect to the dose becomes large, which is not desirable in manufacturing. Further, the withstand voltage (4) is almost the same as the withstand voltage (5), and the effect of forming the Box layer 4 is not seen.
From the above, it is difficult to manufacture a semiconductor device having a high withstand voltage edge structure with a small withstand voltage variation only by providing the Box layer 4.
An object of the present invention is to solve the above-described problems and provide a semiconductor device having a high withstand voltage edge structure with a small withstand voltage variation using a partial SOI substrate and a manufacturing method thereof.

前記の目的を達成するために、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板の表面に形成される第1の主電極と、前記半導体基板の裏面に形成される第2の主電極と、を備えた縦型パワーデバイスであって、前記縦型パワーデバイスの活性領域の前記半導体基板の表面層に形成され、前記第1の主電極に電気的に接続される第2導電型の第1の半導体領域と、前記縦型パワーデバイスの活性領域を取り囲むエッジ構造の前記半導体基板の表面層に前記第1の半導体領域と離れて形成された第1導電型のストッパ領域と、前記第1の半導体領域より深い位置で前記第1の半導体領域と前記ストッパ領域との間に選択的に前記半導体基板内部に形成された酸化膜と、前記酸化膜に接して形成された第2導電型の埋め込み領域と、を備えた縦型パワーデバイスを有する半導体装置とする。
また、前記酸化膜が前記第1の半導体領域の前記ストッパ領域側の端部の下部から前記半導体基板の端部近傍に渡って形成されるとよい。
また、前記埋め込み領域が前記第1の半導体領域側の端部または該端部近傍に形成されるとよい。
To achieve the above object, a first conductivity type semiconductor substrate, a first main electrode formed on the surface of the semiconductor substrate, a second main electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate, The first power-type first power device is formed on the surface layer of the semiconductor substrate in the active region of the vertical power device and is electrically connected to the first main electrode . A first conductivity type stopper region formed on the surface layer of the semiconductor substrate having an edge structure surrounding the active region of the vertical power device and spaced apart from the first semiconductor region ; An oxide film selectively formed inside the semiconductor substrate between the first semiconductor region and the stopper region at a deeper position than the semiconductor region, and a second conductivity type buried formed in contact with the oxide film vertical power with and a region A semiconductor device having a device.
The oxide film may be formed from the lower part of the end portion of the first semiconductor region on the stopper region side to the vicinity of the end portion of the semiconductor substrate.
The buried region may be formed at or near the end on the first semiconductor region side.

また、前記第1の半導体領域と前記ストッパ領域との間の前記半導体基板の表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域を備えるとよい。
また、前記第の半導体領域が複数形成されるとよい。
また、前記第の半導体領域が前記第1の半導体領域と接しているとよい。
また、前記酸化膜が、前記第1の半導体領域の前記第の半導体領域側の端部の下部から、前記第の半導体領域の前記ストッパ領域側端部の下部に渡って前記半導体基板内部に形成されるとよい。
また、前記第1の半導体領域前記ストッパ領域との間の前記半導体基板の表面から前記酸化膜に達して形成された第1のトレンチと、該第1のトレンチの両側壁に形成された第1の側壁絶縁膜と、前記第1のトレンチの前記第1の半導体領域とは反対側の前記半導体基板の表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域と、前記第1の半導体領域の表面層に形成された第1導電型の第の半導体領域と、前記半導体基板と前記第の半導体領域との間の前記第の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、をさらに備え、前記第1の主電極が前記第の半導体領域と前記第の半導体領域とに電気的に接続する構成とする。
Moreover, it is good to provide the 2nd conductivity type 2nd semiconductor region formed in the surface layer of the said semiconductor substrate between the said 1st semiconductor region and the said stopper area | region.
A plurality of the second semiconductor regions may be formed.
The second semiconductor region may be in contact with the first semiconductor region.
The oxide film extends from a lower portion of the end portion of the first semiconductor region on the second semiconductor region side to a lower portion of the end portion of the second semiconductor region on the stopper region side. It is good to be formed.
A first trench formed to reach the oxide film from a surface of the semiconductor substrate between the first semiconductor region and the stopper region; and second trenches formed on both side walls of the first trench. a first sidewall insulating film and the first of the first and the semiconductor region of the second conductivity type formed in the surface layer of the semiconductor substrate opposite the third semiconductor region of the trench, the first A fourth semiconductor region of the first conductivity type formed in the surface layer of the semiconductor region, and a gate insulating film on the surface of the first semiconductor region between the semiconductor substrate and the fourth semiconductor region And the gate electrode formed in such a manner that the first main electrode is electrically connected to the third semiconductor region and the fourth semiconductor region.

また、前記酸化膜が前記第の半導体領域の下部を覆うように形成されるとよい。
また、前記酸化膜が主電流を流すための第1の開口部と前記半導体基板の端部に形成された第2の開口部とを備えるとよい。
また、前記半導体基板が支持基板と該支持基板上に形成された第1半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜が前記第1の半導体層と第2の半導体層との間に形成されるとよい。
また、前記半導体基板が支持基板と該支持基板上に形成された第1半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜が前記第1の半導体層の内部に形成されるとよい。
また、前記支持基板が第2導電型であるとよい。
The oxide film may be formed so as to cover a lower portion of the first semiconductor region.
The oxide film may include a first opening for allowing a main current to flow and a second opening formed at an end of the semiconductor substrate.
Also, the semiconductor substrate is made of a second semiconductor layer formed thereon with the first semiconductor layer formed on the supporting substrate and the supporting substrate, the oxide film is the first semiconductor layer and the second It is good to form between these semiconductor layers.
Further, the inside of the semiconductor substrate is made of a second semiconductor layer formed thereon with the first semiconductor layer formed on the supporting substrate and the supporting substrate, the oxide film is the first semiconductor layer It may be formed.
The support substrate may be of a second conductivity type.

また、前記支持基板と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層よりも抵抗率の低い第1導電型のバッファ層を備えるとよい。
また、前記第1の半導体層の端部表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域を備えるとよい。
また、前記半導体基板が第1の半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に形成されるとよい。
また、前記半導体基板が第1の半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層の内部に形成されるとよい。
また、前記第1の半導体層の裏面の表面層に形成された第2導電型の第3の半導体層を備えるとよい。
In addition, a first conductivity type buffer layer having a lower resistivity than the first semiconductor layer may be provided between the support substrate and the first semiconductor layer.
Further, it is preferable that a fifth semiconductor region of a second conductivity type formed in the end surface layer of the first semiconductor layer is provided.
The semiconductor substrate includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed thereon, and the oxide film is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. Good.
The semiconductor substrate may be composed of a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed thereon, and the oxide film is formed inside the first semiconductor layer.
Further, it is preferable that a third semiconductor layer of the second conductivity type formed on the surface layer on the back surface of the first semiconductor layer is provided.

また、前記第3の半導体層上に形成された前記第1の導電型のバッファ層を備えるとよい。
また、前記酸化膜と同時に形成される分離用酸化膜と、前記半導体基板の表面から前記分離用酸化膜に達する第2のトレンチと、該第2のトレンチの側壁に形成された第2の側壁酸化膜と、を少なくとも有する絶縁分離領域を備えるとよい。
また、第1導電型の第1の半導体層に選択的に第2導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、前記第1の拡散領域の少なくとも一部の上を含む前記第1の半導体層上に選択的に第1、第2開口部を有する酸化膜を形成する工程と、前記第1、第2の開口部からエピタキシャル成長により前記第1の半導体層上および前記酸化膜の上に第2の半導体層を形成する工程と、を備える製造方法とする。
In addition, the first conductivity type buffer layer may be provided on the third semiconductor layer.
Also, an isolation oxide film formed simultaneously with the oxide film, a second trench reaching the isolation oxide film from the surface of the semiconductor substrate, and a second sidewall formed on the sidewall of the second trench An insulating isolation region having at least an oxide film may be provided.
A step of selectively forming a first diffusion region of the second conductivity type in the first semiconductor layer of the first conductivity type; and the first region including at least a part of the first diffusion region. Forming an oxide film having first and second openings selectively on the semiconductor layer; and epitaxially growing from the first and second openings on the first semiconductor layer and on the oxide film. Forming a second semiconductor layer.

また、第1導電型の第1の半導体層に選択的に第2導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、前記第1の拡散領域の少なくとも一部を含む前記第1の半導体層内部に選択的に酸素をイオン注入と熱処理により前記第1の半導体層内部に酸化膜を形成する工程と、前記第1の半導体層上にエピタキシャル成長により第2の半導体層を形成する工程と、を備える製造方法とする。   A step of selectively forming a first diffusion region of the second conductivity type in the first semiconductor layer of the first conductivity type; and the first semiconductor layer including at least a part of the first diffusion region Selectively forming oxygen inside the first semiconductor layer by ion implantation and heat treatment; and forming a second semiconductor layer by epitaxial growth on the first semiconductor layer. A manufacturing method is provided.

この発明により、部分SOI基板の酸化膜の活性領域側の端部に部分SOI基板の下部の半導体層(例えば、n- ドリフト層2)と逆の導電型の半導体層(埋め込み領域)を形成することで、この酸化膜の端部での電界強度を低下させることができて、高い耐圧の確保と、ドーズ量に対する耐圧のピークを高くできる。
また、電界強度が低下することで、短いエッジ構造で高い耐圧を確保することができて、チップサイズを縮小することができる。
その結果、従来より低コストで高耐圧の部分SOIを用いた半導体装置(例えば、部分SOI型パワーIC)を製造することができる。
According to the present invention, a semiconductor layer (embedded region) having a conductivity type opposite to that of the semiconductor layer (for example, n drift layer 2) below the partial SOI substrate is formed at the end of the oxide film of the partial SOI substrate on the active region side. Thus, the electric field strength at the end of the oxide film can be reduced, and a high breakdown voltage can be ensured and the peak of the breakdown voltage with respect to the dose can be increased.
In addition, since the electric field strength is reduced, a high breakdown voltage can be secured with a short edge structure, and the chip size can be reduced.
As a result, it is possible to manufacture a semiconductor device (for example, a partial SOI power IC) using a partial SOI having a higher breakdown voltage at a lower cost than conventional ones.

実施の形態を以下の実施例で説明する。ここでは、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたが、逆にしても構わない。以下の説明で背景技術で説明した図と同一部位には同一の符号を付した。   Embodiments will be described in the following examples. Here, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. In the following description, the same parts as those shown in the background art are denoted by the same reference numerals.

図1は、この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面図である。この半導体装置は縦型ダイオードであり、そのエッジ構造28はp- 埋め込み領域3とBox層4を有する。 本発明のエッジ構造28は、縦型ダイオードに限って用いられるものではなく、縦型IGBTおよび縦型MOSFETなど制御電極を有する縦型パワーデバイスにも用いられる。
支持基板(n+ 半導体基板)であるn+ 層1に接してn- ドリフト層2が形成されている。n- ドリフト層2に接してBox層4が形成されていて、さらにn- ドリフト層2およびBox層4上にはn- 層5が形成されている。Box層4は活性領域27とn+ ストッパ領域8付近で開口されている。活性領域27側のBox層4の端部には、Box層4と接してp- 埋め込み領域3が形成されている。活性領域27のn- 層5の表面層にはp- アノード領域6、p+ アノード領域10が形成されており、Box層4上のn- 層5の表面層には、p- リサーフ領域7が形成されている。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a main part of a semiconductor device according to a first embodiment of the present invention. This semiconductor device is a vertical diode, and its edge structure 28 has a p buried region 3 and a box layer 4. The edge structure 28 of the present invention is not limited to a vertical diode, but is also used for a vertical power device having a control electrode such as a vertical IGBT and a vertical MOSFET.
An n drift layer 2 is formed in contact with an n + layer 1 which is a support substrate (n + semiconductor substrate). the n - have Box layer 4 is formed in contact drift layer 2, further the n - is the layer 5 is formed - on the drift layer 2 and the Box layer 4 is n. The Box layer 4 is opened near the active region 27 and the n + stopper region 8. A p buried region 3 is formed in contact with the Box layer 4 at the end of the Box layer 4 on the active region 27 side. A p anode region 6 and a p + anode region 10 are formed on the surface layer of the n layer 5 in the active region 27, and the p resurf region 7 is formed on the surface layer of the n layer 5 on the Box layer 4. Is formed.

また、n- 層5のスクライブライン側の端部(図の右端で半導体チップの端部)にはn+ ストッパ領域8が形成されている。エッジ構造28のn- 層5上には熱酸化膜9とCVD酸化膜11が形成されており、p+ アノード領域10に接して形成されるアノード電極12およびn+ ストッパ領域8に接して形成される電極13がともにCVD酸化膜11の上に張り出すようにして形成され、フィールドプレートとして機能を有している。アノード電極12は、前記のp- リサーフ領域7の上にまで張り出すように形成すると良い。電極13はBox層4の上まで張り出すように形成するとよい。半導体基板であるn+ 層1に接してカソード電極14が形成されている。尚、図中のAはアノード端子、Kはカソード端子である。
Box層4は、素子のオフ時の空乏層の広がりを促進するための領域であるため、また、エッジ構造28の一部に形成されることにより、形成された場合に比べ空乏層の広がりを大きくすることができる。また、リサーフ領域7とn- 層5との境界のp- アノード領域6とリサーフ領域7との境界およびp+ アノード領域10とp- アノード領域6との境界などでは電界が集中しやすいためこれらの下部を含む領域にBox層4を形成することが望ましい。
An n + stopper region 8 is formed at the end of the n layer 5 on the scribe line side (the end of the semiconductor chip at the right end in the figure). A thermal oxide film 9 and a CVD oxide film 11 are formed on the n layer 5 of the edge structure 28 and formed in contact with the anode electrode 12 formed in contact with the p + anode region 10 and the n + stopper region 8. The electrodes 13 to be formed are formed so as to overhang the CVD oxide film 11 and have a function as a field plate. The anode electrode 12 is preferably formed so as to protrude above the p RESURF region 7. The electrode 13 may be formed so as to extend over the Box layer 4. A cathode electrode 14 is formed in contact with the n + layer 1 which is a semiconductor substrate. In the figure, A is an anode terminal and K is a cathode terminal.
The Box layer 4 is a region for promoting the spread of the depletion layer when the device is turned off. Also, the Box layer 4 is formed in a part of the edge structure 28, so that the depletion layer spreads more than the formed layer. Can be bigger. Further, the electric field tends to concentrate on the boundary between the p anode region 6 and the resurf region 7 at the boundary between the RESURF region 7 and the n layer 5 and the boundary between the p + anode region 10 and the p anode region 6. It is desirable to form the Box layer 4 in a region including the lower part of the substrate.

前記の縦型ダイオードの諸元(パラメータ)の一例を説明する。このパラメータを用いて後述の耐圧のシミュレーションを行った。
+ 層1の不純物濃度が2×1020cm-3、厚さが200μm、n- ドリフト層2の不純物濃度が2×1014cm-3、厚さが60μm、Box層4が厚さ1μm、長さが60μm、スクライブライン側のBox層4の開口幅が3μm、n- 層5の不純物濃度が2×1014cm-3、厚さが5μm、Box層4の端部に接しているp- 埋め込み領域3のドーズ量が1.5×1012cm-2、幅が10μm、p- アノード領域6のドーズ量が1.5×1013cm-2、深さが1μm、p+ アノード領域10のドーズ量が3×1015cm-2、深さが0.3μm、p- リサーフ領域7のドーズ量が2×1012cm-2、深さが1μm、n+ ストッパ領域8のドーズ量が1×1015cm-2、深さが4μm、熱酸化膜9の厚さが0.6μm、CVD酸化膜11の厚さが0.9μm、アノード電極12の膜厚が1μm、CVD酸化膜11上への張り出し距離が15μm、電極13の膜厚が1μmであり、p+ アノード領域10端とn+ ストッパ領域8端の距離(Box層4の長さ)は60μmである。
An example of specifications (parameters) of the vertical diode will be described. Using this parameter, a breakdown voltage simulation described later was performed.
The n + layer 1 has an impurity concentration of 2 × 10 20 cm −3 and a thickness of 200 μm, the n drift layer 2 has an impurity concentration of 2 × 10 14 cm −3 and a thickness of 60 μm, and the Box layer 4 has a thickness of 1 μm. The length of the box layer 4 on the scribe line side is 3 μm, the impurity concentration of the n layer 5 is 2 × 10 14 cm −3 , the thickness is 5 μm, and is in contact with the end of the box layer 4. The dose of the p buried region 3 is 1.5 × 10 12 cm −2 , the width is 10 μm, the dose of the p anode region 6 is 1.5 × 10 13 cm −2 , the depth is 1 μm, and the p + anode dose 3 × 10 15 cm -2 in the region 10, depth 0.3 [mu] m, p - RESURF region 7 a dose of 2 × 10 12 cm -2, depth 1 [mu] m, the dose of the n + stopper region 8 amount 1 × 10 15 cm -2, is 4μm deep, the thickness of the thermal oxide film 9 is 0.6 .mu.m, the thickness of the CVD oxide film 11 0. [mu] m, 1 [mu] m film thickness of the anode electrode 12, projecting distance 15μm to CVD oxide film 11 on a film thickness of the electrode 13 is 1 [mu] m, p + anode region 10 ends and the n + stopper region 8 end distance (Box The length of the layer 4) is 60 μm.

この縦型ダイオードのアノード・カソード間の耐圧をシミュレーションで算出すると615Vが得られる。これは先に述べたようにp- 埋め込み領域3を含まない図31のエッジ構造の耐圧の約1.1倍である。
図2は、前記諸元を用いて行ったシミュレーション図であり、同図(a)は図1の構造の電位分布図であり、同図(b)は図31で示すp- 埋め込み領域3を含まない従来構造の電位分布図である。印加条件は、アノード・カソード間に500Vを印加した場合である。また、図31の構造は、図1の構造からp- 埋め込み領域3を抜いた構造であり、シミュレーションに用いた各諸元は図1の構造と同じである。
図2(b)に示す図31の電位分布では、Box層4の端部近くで電位分布の等圧線が密になっており電界が高くなるのに対し、図2(a)で示すp- 埋め込み領域3を含む本発明の構造の電位分布では、p- 埋め込み領域3の効果で電界集中が緩和されている。
When the breakdown voltage between the anode and cathode of this vertical diode is calculated by simulation, 615 V is obtained. As described above, this is about 1.1 times the breakdown voltage of the edge structure of FIG. 31 that does not include the p buried region 3.
2A and 2B are simulation diagrams performed using the above-described specifications. FIG. 2A is a potential distribution diagram of the structure of FIG. 1, and FIG. 2B is a diagram illustrating the p buried region 3 shown in FIG. It is a potential distribution diagram of a conventional structure not including. The application condition is when 500 V is applied between the anode and the cathode. Further, the structure of FIG. 31 is a structure in which the p buried region 3 is removed from the structure of FIG. 1, and each specification used in the simulation is the same as the structure of FIG.
In the potential distribution of FIG. 31 shown in FIG. 2B, the isobars of the potential distribution are dense near the end of the Box layer 4 and the electric field becomes high, whereas the p buried shown in FIG. In the potential distribution of the structure of the present invention including the region 3, the electric field concentration is relaxed by the effect of the p buried region 3.

図3は、リサーフ構造でp- リサーフ領域7のボロンのドーズ量と耐圧の関係を示す図である。図中の(1)はp- 埋め込み領域3が有る本発明の場合の耐圧、(2)はp- 埋め込み領域3が無い従来の場合の耐圧である。
- 埋め込み領域3が有る本発明品の場合の耐圧(1)のピークは、Box層4の端部のp- 埋め込み領域3による電界緩和の効果で、耐圧(2)と比べて高くなる。また耐圧(1)の方が、ピーク近傍で耐圧のドーズ量依存性が小さくなり、ドーズ量に対して耐圧ばらつきが小さくなっている。
このようにp- 埋め込み領域3を設けることで、電界集中が緩和され、高い耐圧を確保することができる。
また、電界集中が緩和されることで、エッジ構造28の長さを短くしても耐圧を確保することができるため、チップサイズの縮小化を図ることができる。
FIG. 3 is a diagram showing the relationship between the dose of boron in the p resurf region 7 and the breakdown voltage in the RESURF structure. In the figure, (1) is the breakdown voltage in the case of the present invention having the p buried region 3, and (2) is the breakdown voltage in the conventional case without the p buried region 3.
The peak of the breakdown voltage (1) in the product of the present invention having the p buried region 3 is higher than the breakdown voltage (2) due to the effect of electric field relaxation by the p buried region 3 at the end of the Box layer 4. In the case of the withstand voltage (1), the dose dependency of the withstand voltage is smaller in the vicinity of the peak, and the withstand voltage variation with respect to the dose is smaller.
By providing the p buried region 3 in this way, the electric field concentration is alleviated and a high breakdown voltage can be secured.
Further, since the electric field concentration is alleviated, the withstand voltage can be ensured even when the length of the edge structure 28 is shortened, so that the chip size can be reduced.

また、ダイオードのアノード電極12をp- リサーフ領域7の上部に張り出させ、フィールドプレートの働きをさせることによって、アノード側での電界集中が緩和され、耐圧を向上できる。
また、n+ ストッパ領域8を設けることで、カソード・アノード間に印加される電圧で、p- アノード領域6とn- 層5の間のpn接合から伸びる空乏層がスクライブライン(半導体チップの端部)に達するのを防止できるため、リーク電流を小さく抑制することができる。
つぎに、図1の半導体装置の製造方法を説明する。
図4から図11は、図1の半導体装置の製造方法を説明する図であり、工程順に示した要部製造工程断面図である。ここでは、横方向エピタキシャル成長させて形成した部分SOI基板を用いた場合を説明する。
Further, by projecting the anode electrode 12 of the diode over the p RESURF region 7 and acting as a field plate, the electric field concentration on the anode side is alleviated and the breakdown voltage can be improved.
Further, by providing the n + stopper region 8, the depletion layer extending from the pn junction between the p anode region 6 and the n layer 5 is formed on the scribe line (end of the semiconductor chip) by the voltage applied between the cathode and anode. The leakage current can be suppressed to be small.
Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 1 will be described.
4 to 11 are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 1, and are cross-sectional views of main part manufacturing steps shown in the order of steps. Here, a case where a partial SOI substrate formed by lateral epitaxial growth is used will be described.

まず、支持基板(n+ 半導体基板)であるn+ 層1に接して縦方向のエピタキシャル成長でn- ドリフト層2を形成する。各領域の濃度および厚さは、それぞれn+ 層1が2×1020cm-3、200μm、n- ドリフト層2が2×1014cm-3、60μmである(図4)。IGBTを製造する場合はp+ 型の支持基板を用いる。この方法の他に、FZウェハなどの半導体基板にn型不純物をイオン注入し熱処理することによりn+ 層1を形成することもできる。また、この場合、IGBTを製造する場合はp型不純物をイオン注入し熱処理することによりp+ 層を形成する。
つぎに、n- ドリフト層2の表面層に、p- 埋め込み領域3を選択的なイオン注入と熱処理で形成する。ドーズ量は例えばボロンで1.5×1012cm2 である(図5)。
つぎに、n- ドリフト層2とp- 埋め込み領域3の表面に酸化膜(熱酸化膜)を1μm成長させ、この酸化膜を選択的なエッチングで開口する(図6)。
First, the n drift layer 2 is formed by epitaxial growth in the vertical direction in contact with the n + layer 1 which is a support substrate (n + semiconductor substrate). The concentration and thickness of each region are 2 × 10 20 cm −3 and 200 μm for the n + layer 1 and 2 × 10 14 cm −3 and 60 μm for the n drift layer 2 (FIG. 4). When manufacturing an IGBT, a p + type support substrate is used. In addition to this method, the n + layer 1 can also be formed by ion implantation of n-type impurities into a semiconductor substrate such as an FZ wafer and heat treatment. In this case, when manufacturing an IGBT, a p + layer is formed by ion implantation of p-type impurities and heat treatment.
Next, the p buried region 3 is formed in the surface layer of the n drift layer 2 by selective ion implantation and heat treatment. For example, the dose is 1.5 × 10 12 cm 2 in boron (FIG. 5).
Next, an oxide film (thermal oxide film) is grown by 1 μm on the surfaces of the n drift layer 2 and the p buried region 3, and the oxide film is opened by selective etching (FIG. 6).

つぎに、開口部から横方向エピタキシャル成長させてBox層4上にn- 層5を成長させる(図7)。
つぎに、さらに連続的に横方向エピタキシャル成長させた後、表面を研磨しフラットにして、結晶性の良いSOI層であるn- 層5を形成する。このn- 層5のドーピング濃度は2×1014cm-3である(図8)。
つぎに、選択的なイオン注入と熱処理によりp- アノード領域6、p- リサーフ領域7およびn+ ストッパ領域8をn- 層5の表面層に形成する。イオン注入は、例えばp- アノード領域6がボロンでドーズ量1.5×1013cm-2、p- リサーフ領域7がボロンで1.6×1012cm-2およびn+ ストッパ領域8がリンでドーズ量1×1015cm-2でそれぞれ行う(図9)。
Next, an n layer 5 is grown on the Box layer 4 by lateral epitaxial growth from the opening (FIG. 7).
Next, after continuous lateral epitaxial growth, the surface is polished and flattened to form an n layer 5 which is an SOI layer with good crystallinity. The doping concentration of the n layer 5 is 2 × 10 14 cm −3 (FIG. 8).
Next, the p anode region 6, the p resurf region 7 and the n + stopper region 8 are formed on the surface layer of the n layer 5 by selective ion implantation and heat treatment. The ion implantation is performed, for example, when the p anode region 6 is boron and the dose is 1.5 × 10 13 cm −2 , the p resurf region 7 is boron and 1.6 × 10 12 cm −2 and the n + stopper region 8 is phosphorus. At a dose of 1 × 10 15 cm −2 (FIG. 9).

つぎに、膜厚0.6μmの熱酸化膜9を形成した後、選択的にエッチングしてコンタクト孔を形成する。続いて、p- アノード領域6にBF2 を3×1015cm-2程度のドーズ量でイオン注入し、p+ アノード領域10を形成する(図10)。
つぎに、層間絶縁膜としてCVD酸化膜11を、例えば800℃程度で成膜するHTO(High Temperature Oxide)膜で、0.2μm成長させ、さらにBPSG(Boro−Phosho Silicate Glass)膜を0.7μm成長させた後、リフロー処理し、その後コンタクト孔を形成する。最後に、アノード電極12、電極13およびn+ 層1に接してカソード電極14を形成する(図11)。
尚、前記のp- 埋め込み層3はBox層4の端部に接して形成したが、端部から離して、Box層4の下に形成してもp- 埋め込み層3がない場合とくらべ耐圧が向上する。また、部分SOI基板として、図示しないが、貼り合せたSOI基板を用いて、貼り合わせたSOI基板の一方の半導体基板(SOI層)から貼り合わせ酸化膜を貫通し他方の半導体基板(下部)に達する開口部を形成し、この開口部をエピタキシャル層で充填したものを用いてもよい。
Next, a thermal oxide film 9 having a thickness of 0.6 μm is formed, and then selectively etched to form contact holes. Subsequently, BF 2 is ion-implanted into the p anode region 6 at a dose of about 3 × 10 15 cm −2 to form the p + anode region 10 (FIG. 10).
Next, a CVD oxide film 11 is formed as an interlayer insulating film by an HTO (High Temperature Oxide) film, which is formed at about 800 ° C., for example, by 0.2 μm, and a BPSG (Boro-Phospho Silicate Glass) film is 0.7 μm. After the growth, reflow treatment is performed, and then contact holes are formed. Finally, the cathode electrode 14 is formed in contact with the anode electrode 12, the electrode 13 and the n + layer 1 (FIG. 11).
Incidentally, the above p - buried layer 3 is formed in contact with the end portion of the Box layer 4, apart from the end portion, it is formed below the Box layer 4 p - the breakdown voltage compared with the case where there is no buried layer 3 Will improve. Further, although not shown, as a partial SOI substrate, a bonded SOI substrate is used and penetrates the bonded oxide film from one semiconductor substrate (SOI layer) of the bonded SOI substrate to the other semiconductor substrate (lower). It is also possible to use an opening that reaches the opening and is filled with an epitaxial layer.

図12は、この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図である。これは図1に相当する断面図である。図1と主に異なるのは、部分SOI基板の酸化膜を酸素を半導体基板にイオン注入して形成するSIMOX(Separation by IMplanted Oxyen)法で形成した点である。つぎに図12の半導体装置の製造方法について説明する。
図13から図20は、図12の半導体装置の製造方法を説明する図であり、工程順に示す要部製造工程断面図である。
図4と同じように、n+ 層1およびn- ドリフト層2を形成する(図13)。
つぎに、レジストマスク15を用い、p- 埋め込み領域3を形成するためにボロンを選択的にイオン注入する。ここでイオン注入条件は例えば、80keV、ドーズ量1.5×1012cm-2とする(図14)。
FIG. 12 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. This is a cross-sectional view corresponding to FIG. The main difference from FIG. 1 is that the oxide film of the partial SOI substrate is formed by a SIMOX (Separation by IMplanted Oxygen) method in which oxygen is ion-implanted into the semiconductor substrate. Next, a method for manufacturing the semiconductor device of FIG. 12 will be described.
13 to 20 are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device of FIG. 12, and are cross-sectional views of main part manufacturing steps shown in the order of steps.
As in FIG. 4, an n + layer 1 and an n drift layer 2 are formed (FIG. 13).
Next, boron is selectively ion-implanted using the resist mask 15 to form the p buried region 3. Here, the ion implantation conditions are, for example, 80 keV and a dose amount of 1.5 × 10 12 cm −2 (FIG. 14).

つぎに、熱処理しp- 埋め込み領域3を形成した後、レジストマスク15を除去する。再度、パターニングされたマスク酸化膜16を形成する。このマスク酸化膜16を用いて加速エネルギー180keV、ドーズ量2×1018cm-2の酸素のイオン注入をp- 埋め込み層3とn- ドリフト層2に行い、1300℃程度の熱処理をして0.5μm厚のBox層4を形成する(図15)。
つぎに、マスク酸化膜16を除去する(図16)。
つぎに、縦方向エピタキシャル成長によりn- 層5を形成する(図17)。
これ以後の図18〜図20に示す製造工程は、前述した図9〜図11と同じため省略する。
このようにして製造された図12の半導体装置では、図1の半導体装置のp- 埋め込み領域3の形状およびBox層4の厚さは異なるが、図1の半導体装置の耐圧とほぼ同一の耐圧が得られた。
Next, after the heat treatment is performed to form the p buried region 3, the resist mask 15 is removed. A patterned mask oxide film 16 is formed again. Using this mask oxide film 16, oxygen ion implantation with an acceleration energy of 180 keV and a dose of 2 × 10 18 cm −2 is applied to the p buried layer 3 and the n drift layer 2, and heat treatment is performed at about 1300 ° C. A Box layer 4 having a thickness of 5 μm is formed (FIG. 15).
Next, the mask oxide film 16 is removed (FIG. 16).
Next, the n layer 5 is formed by longitudinal epitaxial growth (FIG. 17).
The subsequent manufacturing steps shown in FIGS. 18 to 20 are the same as those shown in FIGS.
In the semiconductor device of FIG. 12 manufactured in this way, the shape of the p buried region 3 and the thickness of the Box layer 4 of the semiconductor device of FIG. 1 are different, but the breakdown voltage is almost the same as the breakdown voltage of the semiconductor device of FIG. was gotten.

図21は、この発明の第3実施例の半導体装置の要部断面図である。これは図1に相当する断面図である。
図1と異なるのは、p- リサーフ領域7の代わりにp- ガードリング領域17を形成した点である。
図22は、p- ガードリング領域17がある場合のシミュレーション図であり、同図(a)は図21の構造の電位分布図であり、同図(b)は図30の従来の構造の電位分布図である。また、同図(b)は図21の構造のp- 埋め込み領域3とBox層4が無い場合である。印加条件は、アノード・カソード間に500Vを印加した場合である。また、p- ガードリング領域17のボロンのドーズ量は、1.8×1012cm-2の場合である。
図22(b)では、図21のp- 埋め込み層3に相当する箇所で電位分布の等圧線が密になり、インパクトイオン化の最大箇所が表面層に発生し、電界集中が高くなるのに対し、図22(a)では、p- 埋め込み領域3の効果で電界集中が緩和されている。
FIG. 21 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. This is a cross-sectional view corresponding to FIG.
Figure 1 is different from, p - p instead of RESURF region 7 - in that to form the guard ring region 17.
FIG. 22 is a simulation diagram in the case where the p guard ring region 17 is present. FIG. 22A is a potential distribution diagram of the structure of FIG. 21, and FIG. 22B is a potential diagram of the conventional structure of FIG. It is a distribution map. FIG. 5B shows a case where the p buried region 3 and the box layer 4 having the structure shown in FIG. The application condition is when 500 V is applied between the anode and the cathode. The boron dose in the p guard ring region 17 is 1.8 × 10 12 cm −2 .
In FIG. 22 (b), the isobaric lines of the potential distribution become dense at the portion corresponding to the p buried layer 3 in FIG. 21, the maximum portion of impact ionization occurs in the surface layer, and the electric field concentration increases. In FIG. 22A, the electric field concentration is alleviated by the effect of the p buried region 3.

図23は、ガードリング構造でp- ガードリング領域17のボロンのドーズ量と耐圧の関係を示す図である。図中の(3)はBox層4とp- 埋め込み領域3が有る本発明の場合の耐圧、(4)はBox層4がありp- 埋め込み領域3が無い従来の場合の耐圧、(5)はBox層4とp- 埋め込み領域3が無い従来の場合の耐圧である。
また、(3)の耐圧のピークは、図3の(1)の耐圧のピークの0.99倍となり、耐圧のピークは同じ値を示す。また、耐圧のドーズ量依存性については、耐圧曲線の上向きの傾斜は図3の(1)と同程度であり、ドーズ量に対する耐圧ばらつきは小さくて良好である。また、耐圧のピークとなるボロンのドーズ量は、p- ガードリング領域17の方がp- リサーフ領域7よりも高い方にある。そのため、イオン注入時のドーズ量にばらつきがある場合でも、ガードリング構造の方がリサーフ構造より耐圧ばらつきを小さくできる。
FIG. 23 is a diagram showing the relationship between the boron dose in the p guard ring region 17 and the breakdown voltage in the guard ring structure. In the figure, (3) is a breakdown voltage in the case of the present invention having the Box layer 4 and the p buried region 3, (4) is a breakdown voltage in the conventional case having the Box layer 4 and no p buried region 3, (5) Is the breakdown voltage in the conventional case without the Box layer 4 and the p buried region 3.
In addition, the withstand voltage peak in (3) is 0.99 times the withstand voltage peak in (1) of FIG. 3, and the withstand voltage peak shows the same value. As for the dose dependency of the withstand voltage, the upward slope of the withstand voltage curve is about the same as (1) in FIG. 3, and the withstand voltage variation with respect to the dose is small and good. In addition, the boron dose at which the breakdown voltage peaks is higher in the p guard ring region 17 than in the p resurf region 7. Therefore, even when the dose amount at the time of ion implantation varies, the guard ring structure can reduce the breakdown voltage variation smaller than the RESURF structure.

図24は、この発明の第4実施例の半導体装置の構成図であり、同図(a)は要部平面図、同図(b)は同図(a)のX−X線で切断した要部断面図である。この半導体装置は縦型IGBTであり、部分SOI型IGBTに、Box層55を有するエッジ構造78を適用した例である。
同図(a)において、活性領域77と制御回路領域83はトレンチ71で取り囲まれ、トレンチ71の外側にはエッジ構造78が形成されている。尚、図中の79はスクライブラインである。
同図(b)において、p型の半導体支持基板51上にエピタキシャル成長によりn型のバッファ層52が形成されている。半導体支持基板51は他の層よりも特別厚いことを示すため上下方向に2つに分けて示した。n型のバッファ層52上にエピタキシャル成長によりバッファ層52よりも抵抗率の高いn型のドリフト層53が形成されている。この他に、n型の半導体基板の一方の表面にイオン注入と熱処理によりバッファ層5を形成したものでもよい。
24A and 24B are configuration diagrams of a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention, in which FIG. 24A is a plan view of an essential part, and FIG. 24B is cut along line XX in FIG. It is principal part sectional drawing. This semiconductor device is a vertical IGBT, which is an example in which an edge structure 78 having a Box layer 55 is applied to a partial SOI IGBT.
In FIG. 2A, the active region 77 and the control circuit region 83 are surrounded by a trench 71, and an edge structure 78 is formed outside the trench 71. Reference numeral 79 in the figure denotes a scribe line.
In FIG. 2B, an n-type buffer layer 52 is formed on a p-type semiconductor support substrate 51 by epitaxial growth. In order to show that the semiconductor support substrate 51 is particularly thicker than the other layers, the semiconductor support substrate 51 is divided into two parts in the vertical direction. An n-type drift layer 53 having a higher resistivity than the buffer layer 52 is formed on the n-type buffer layer 52 by epitaxial growth. In addition, the buffer layer 5 may be formed on one surface of an n-type semiconductor substrate by ion implantation and heat treatment.

ドリフト層53に接してBox層55が形成されていて、さらにBox層55上にはn型の半導体層57が形成されている。Box層55は活性領域77の一部およびエッジ領域78のスクライブライン79に近い箇所で開口されている。その開口部には前記のドリフト層53、半導体層57をつなぐようにn型の接続領域56、75が形成されている。接続領域56、75野不純物濃度は、エピタキシャル成長時の不純物の供給量を制御することによって制御できる。
また、接続領域56、75の間のドリフト層53表面には、Box層55の一部と接するようにp型の半導体領域54が形成されている。スクライブライン79側のエッジ構造78端部のドリフト層53の表面層には、n型のストッパ領域74が形成されている。
半導体層57の表面層のスクライブライン79側のエッジ構造78端部にはn型のストッパ領域76が形成されている。ストッパ領域74とストッパ領域76は接続領域75を介して接続させることで、半導体層57とドリフト層53に形成される図示されていない空乏層がスクライブライン79に達しないようにすることができる。
A Box layer 55 is formed in contact with the drift layer 53, and an n-type semiconductor layer 57 is formed on the Box layer 55. The Box layer 55 is opened at a part of the active region 77 and a portion of the edge region 78 near the scribe line 79. N-type connection regions 56 and 75 are formed in the opening so as to connect the drift layer 53 and the semiconductor layer 57. The impurity concentration in the connection regions 56 and 75 can be controlled by controlling the supply amount of impurities during epitaxial growth.
A p-type semiconductor region 54 is formed on the surface of the drift layer 53 between the connection regions 56 and 75 so as to be in contact with a part of the Box layer 55. An n-type stopper region 74 is formed in the surface layer of the drift layer 53 at the end of the edge structure 78 on the scribe line 79 side.
An n-type stopper region 76 is formed at the end of the edge structure 78 on the scribe line 79 side of the surface layer of the semiconductor layer 57. By connecting the stopper region 74 and the stopper region 76 via the connection region 75, it is possible to prevent a depletion layer (not shown) formed in the semiconductor layer 57 and the drift layer 53 from reaching the scribe line 79.

また、接続領域56と前記ストッパ領域76の間で半導体層57の表面層には、p型のボディ領域58が形成されており、ボディ領域58の表面層には高濃度p型のボディコンタクト領域64が形成されている。ボディ領域58およびボディコンタクト領域64は分離用トレンチ71によって、ボディ領域58とボディコンタクト領域64は活性領域77内とエッジ構造78内にそれぞれ分離されている。
半導体層57まではストッパ領域74を埋め込み領域54の形成前後いずれかにおいて形成する以外は第1実施例と同様に形成できる。
半導体層57を形成後、分離用トレンチ71を形成し、側壁絶縁膜69とポリシリコン70を形成する。HTO膜80を形成後、ボディ領域58、リサーフ領域73、ストッパ領域76をそれぞれ形成する。
A p-type body region 58 is formed in the surface layer of the semiconductor layer 57 between the connection region 56 and the stopper region 76, and a high-concentration p-type body contact region is formed in the surface layer of the body region 58. 64 is formed. Body region 58 and body contact region 64 are separated by isolation trench 71 into body region 58 and body contact region 64 in active region 77 and edge structure 78, respectively.
The layers up to the semiconductor layer 57 can be formed in the same manner as in the first embodiment except that the stopper region 74 is formed either before or after the formation of the buried region 54.
After forming the semiconductor layer 57, the isolation trench 71 is formed, and the sidewall insulating film 69 and the polysilicon 70 are formed. After forming the HTO film 80, the body region 58, the RESURF region 73, and the stopper region 76 are formed.

活性領域77内のボディ領域58表面には、高濃度のn型のエミッタ領域63が形成されている。また、エミッタ領域63と半導体層57に挟まれたボディ領域58上にはゲート絶縁膜60を介してポリシリコンのゲート電極61が形成されている。ゲート電極61側壁にはスペーサー酸化膜62が形成されており、ボディコンタクト領域64をイオン注入で形成する際にゲート電極61下のチャネル領域(ボディ領域58の表面層)にp型不純物イオンが入ならいような構造としている。また、ボディコンタクト領域64はエミッタ領域63の底部の一部を覆うように形成される。
エッジ構造78にあるボディ領域58とストッパ領域76の間の半導体層57の表面層にはp型の半導体領域73(p- リサーフ領域に相当する)が形成されている。図24(b)ではボディ領域58と半導体領域73が接続している例を示している。半導体層57上とp型の半導体領域73上とボディ領域58上おとびストッパ領域76上にはLOCOS(Local Oxidation of Silicin)酸化膜59が形成され、その上にはCVD酸化膜67が形成されている。
A high-concentration n-type emitter region 63 is formed on the surface of the body region 58 in the active region 77. A polysilicon gate electrode 61 is formed on the body region 58 sandwiched between the emitter region 63 and the semiconductor layer 57 via a gate insulating film 60. A spacer oxide film 62 is formed on the side wall of the gate electrode 61, and p-type impurity ions enter the channel region (surface layer of the body region 58) under the gate electrode 61 when the body contact region 64 is formed by ion implantation. It has a unique structure. The body contact region 64 is formed so as to cover a part of the bottom of the emitter region 63.
A p-type semiconductor region 73 (corresponding to a p RESURF region) is formed in the surface layer of the semiconductor layer 57 between the body region 58 and the stopper region 76 in the edge structure 78. FIG. 24B shows an example in which the body region 58 and the semiconductor region 73 are connected. A LOCOS (Local Oxidation of Silicon) oxide film 59 is formed on the semiconductor layer 57, the p-type semiconductor region 73, the body region 58, and the stopper region 76, and a CVD oxide film 67 is formed thereon. ing.

また、Ti/Niからなるバリアメタル層66がエミッタ領域63とボディコンタクト領域64に接して形成されている。バリアメタル層66の上部にはアルミ系合金からなるエミッタ電極65が形成されている。さらにコレクタ層である半導体支持基板51に接してコレクタ電極68が形成されている。
活性領域77内のボディ領域58の下部を覆うようにBox層55を形成する。これにより、デバイスがオン状態のときコレクタ電極から注入されるホールがドリフト層53から半導体層57へ流れるのを制御されるので素子のラッチアップ耐量とアバランシェ耐量が向上する。
このように、エッジ構造78内に活性領域77から伸びるBox層55を設け、活性領域77とエッジ構造78に渡ってp型半導体領域54をBox層55に接するように形成することで、電界強度が緩和され、エッジ構造78の長さを短くしても高い耐圧を確保することができる。
A barrier metal layer 66 made of Ti / Ni is formed in contact with the emitter region 63 and the body contact region 64. An emitter electrode 65 made of an aluminum alloy is formed on the barrier metal layer 66. Further, a collector electrode 68 is formed in contact with the semiconductor support substrate 51 which is a collector layer.
A Box layer 55 is formed so as to cover the lower portion of the body region 58 in the active region 77. Thereby, since the holes injected from the collector electrode are controlled to flow from the drift layer 53 to the semiconductor layer 57 when the device is in the ON state, the latch-up resistance and avalanche resistance of the element are improved.
As described above, the Box layer 55 extending from the active region 77 is provided in the edge structure 78, and the p-type semiconductor region 54 is formed so as to be in contact with the Box layer 55 across the active region 77 and the edge structure 78. And a high breakdown voltage can be secured even if the length of the edge structure 78 is shortened.

縦型IGBTの諸元例を説明する。半導体支持基板51のドーピング濃度が2×1020cm-3、厚さが200μm、バッファ層52のドーピング濃度が5×1016cm-3、厚さが4μm、ドリフト層53のドーピング濃度が2×1014cm-3、厚さが60μm、半導体領域54の表面ドーピング濃度が1×1017cm-3、深さが1μm、接続領域56および75のドーピングが2×1014cm-3、開口幅ともに3μm、Box層55の厚さが1μm、半導体層57のドーピング濃度が2×1014cm-3、厚さが55μm、ボディ領域58の表面のドーピング濃度が2×1016cm-3、ゲート絶縁膜60の膜厚が20nm、接続領域56と半導体領域54の間隔1μm、 チャネルストッパ層74、76はともに表面ドーピング濃度は1×1019cm-3、拡散深さが55μm、半導体領域23は表面ドーピング濃度が2×1016cm-3、深さが1μm、LOCOS酸化膜59は膜厚0.5μm、CVD酸化膜67は膜厚1.0μmである。エッジ領域78のボディコンタクト領域64とスクライブライン79の間隔は60μmである。 An example of specifications of the vertical IGBT will be described. The semiconductor support substrate 51 has a doping concentration of 2 × 10 20 cm −3 , a thickness of 200 μm, the buffer layer 52 has a doping concentration of 5 × 10 16 cm −3 , a thickness of 4 μm, and the drift layer 53 has a doping concentration of 2 ×. 10 14 cm −3 , thickness 60 μm, semiconductor region 54 surface doping concentration 1 × 10 17 cm −3 , depth 1 μm, connection regions 56 and 75 doping 2 × 10 14 cm −3 , opening width Both are 3 μm, the thickness of the Box layer 55 is 1 μm, the doping concentration of the semiconductor layer 57 is 2 × 10 14 cm −3 , the thickness is 55 μm, the doping concentration of the surface of the body region 58 is 2 × 10 16 cm −3 , the gate 20nm film thickness of the insulating film 60, the interval 1μm connection region 56 and the semiconductor region 54, both surface doping concentration channel stopper layer 74, 76 is 1 × 10 19 cm -3, the diffusion depth is 55 .mu.m, semiconducting Region 23 surface doping concentration of 2 × 10 16 cm -3, is 1μm deep, LOCOS oxide film 59 has a thickness 0.5 [mu] m, CVD oxide film 67 is a film thickness 1.0 .mu.m. The distance between the body contact region 64 in the edge region 78 and the scribe line 79 is 60 μm.

部分SOI型IGBTのエミッタ・コレクタ間耐圧を計算したところ、図24の本発明の構造では627V、エッジ構造78内にBox層55がない図33の従来の構造では530Vの耐圧が得られた。図33の構造が図24の構造と違う点は、p型の半導体領域73が離散して、ガードリング構造となっていることと、エッジ構造78内にBox層55が無いことであり、それ以外は同じである
図25は、シミュレーションの図であり、同図(a)は図24の本発明の構造の電位分布図であり、同図(b)は図33の従来の構造の電位分布図である。印加条件はエミッタ電極65とコレクタ電極68間に500Vを印加した場合である。
同図(b)では、活性領域77内のBox層55の端部近くの矢印で示した箇所で電界が高くなるのに対し、本発明の構造である同図(a)では、Box層55がエッジ構造78内に連続して形成されているために、電位分布は比較的均一に保たれ耐圧としてはより高い値を得ることができる。
When the breakdown voltage between the emitter and the collector of the partial SOI type IGBT was calculated, a breakdown voltage of 627 V was obtained in the structure of the present invention in FIG. 24, and a breakdown voltage of 530 V was obtained in the conventional structure in FIG. 33 without the box layer 55 in the edge structure 78. The structure of FIG. 33 is different from the structure of FIG. 24 in that the p-type semiconductor regions 73 are discrete and have a guard ring structure, and there is no box layer 55 in the edge structure 78. 25 is a simulation diagram, FIG. 25A is a potential distribution diagram of the structure of the present invention in FIG. 24, and FIG. 25B is a potential distribution of the conventional structure in FIG. FIG. The application condition is when 500 V is applied between the emitter electrode 65 and the collector electrode 68.
In FIG. 6B, the electric field increases at a position indicated by an arrow near the end of the Box layer 55 in the active region 77, whereas in FIG. Are continuously formed in the edge structure 78, the potential distribution is kept relatively uniform, and a higher breakdown voltage can be obtained.

図26は、エミッタ・コレクタ間耐圧とp型の半導体領域73のドーズ量の関係を示す図である。縦軸は、図24の構造の最大耐圧を基準に規格化された耐圧である。図中の(6)は図24の本発明の構造の場合の耐圧、(7)は図24の構造からBox層55の下に接するp型の半導体領域54を抜いた場合の耐圧、(8)は図33の従来の構造の場合の耐圧を示す。
図26で示すように、(6)の耐圧のピークは、(7)および(8)の耐圧のピークよりも高い。
しかし、(6)の耐圧曲線では、耐圧のピークを示すp型の半導体領域73のドーズ量よりも高いドーズ量では、急激に耐圧が低下するのでドーズ量の最適化が製造上重要である。
FIG. 26 is a diagram showing the relationship between the emitter-collector breakdown voltage and the dose amount of the p-type semiconductor region 73. The vertical axis represents the breakdown voltage normalized based on the maximum breakdown voltage of the structure of FIG. (6) in the figure is the breakdown voltage in the case of the structure of the present invention in FIG. 24, (7) is the breakdown voltage in the case where the p-type semiconductor region 54 in contact with the box layer 55 is removed from the structure in FIG. ) Shows the breakdown voltage in the case of the conventional structure of FIG.
As shown in FIG. 26, the breakdown voltage peak of (6) is higher than the breakdown voltage peaks of (7) and (8).
However, in the breakdown voltage curve of (6), optimization of the dose amount is important for manufacturing because the breakdown voltage sharply decreases at a dose amount higher than the dose amount of the p-type semiconductor region 73 showing the peak of the breakdown voltage.

(6)の耐圧のピークが、(7)の耐圧のピークよりも高くなるのは、p型の半導体領域54の効果で電界が緩和されるためである。
電界が緩和されるため、エッジ構造78を短くできて、チップサイズの小型化を図ることができる。
The reason why the breakdown voltage peak of (6) is higher than the breakdown voltage peak of (7) is that the electric field is relaxed by the effect of the p-type semiconductor region 54.
Since the electric field is relaxed, the edge structure 78 can be shortened, and the chip size can be reduced.

図27は、この発明の第5実施例の半導体装置の要部断面図である。平面図は図24(a)と同じである。
図24との違いは、Box層55の活性領域77側の端部をp型の半導体領域54で覆うように形成した点である。
図28は、図27の構造でp型の半導体領域73のボロンのドーズ量と耐圧の関係を示す図である。図中の(9)は図27の構造の耐圧であり、(9)の耐圧のピークは、図26の(6)の耐圧のピークと同程度であり、Box層55の端部で電界が緩和されている。図28の(9)のドーズ量に対する耐圧曲線と図26の(6)のドーズ量に対する耐圧曲線を比べると、(9)の耐圧は、広いドーズ量の範囲で図26の(6)の耐圧より高くすることができることが分かる。また、ドーズ量に対する耐圧曲線の上向きの傾斜が、(9)は(6)よりゆるやかにできるため、ドーズ量のばらつきによる耐圧ばらつきを図24の構造より抑制することができる。
FIG. 27 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. The plan view is the same as FIG.
The difference from FIG. 24 is that the end portion on the active region 77 side of the Box layer 55 is formed so as to be covered with the p-type semiconductor region 54.
FIG. 28 is a diagram showing the relationship between the boron dose in the p-type semiconductor region 73 and the breakdown voltage in the structure of FIG. (9) in the figure is the breakdown voltage of the structure of FIG. 27. The breakdown voltage peak of (9) is about the same as the breakdown voltage peak of (6) of FIG. It has been eased. Comparing the withstand voltage curve with respect to the dose amount of (9) in FIG. 28 and the withstand voltage curve with respect to the dose amount of FIG. 26 (6), the withstand voltage of (9) is the withstand voltage of FIG. It can be seen that it can be higher. Further, since the upward slope of the withstand voltage curve with respect to the dose amount can be made gentler in (9) than in (6), variation in withstand voltage due to variation in dose amount can be suppressed from the structure of FIG.

図27の構造は、図24の構造において、接続領域56の範囲をスクライブライン79側に広げ、p型の半導体領域54の範囲を接続領域56に広げることで形成できる。   The structure of FIG. 27 can be formed by expanding the range of the connection region 56 to the scribe line 79 side and expanding the range of the p-type semiconductor region 54 to the connection region 56 in the structure of FIG.

図29は、この発明の第6実施例の半導体装置の要部断面図である。平面図は図24(a)とほぼ同じである。図24との違いは、エッジ構造78をトレンチ81で分割している点である。
これは図24の構造で、横方向エピタキシャル成長層を形成するときに、左右から成長するエピタキシャル層(半導体層57)が出会う中央箇所で結晶欠陥が発生した場合でも、その箇所をトレンチ81で掘り出して欠陥箇所を除去し、このトレンチ81を絶縁分離領域として利用することで、エッジ構造78内の欠陥が除去されて、高い耐圧を確保することができるようになる。
以上の実施の携帯では、エッジ構造28、78にリサーフ領域7、73またはガードリング領域17を形成する場合について説明したが、リサーフ領域7、73またはガードリング領域17を形成しない場合においても、Box4、55と埋め込み領域3、53を形成することにより上述した効果を得ることができる。
FIG. 29 is a fragmentary cross-sectional view of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. The plan view is almost the same as FIG. The difference from FIG. 24 is that the edge structure 78 is divided by the trench 81.
This is the structure of FIG. 24, and when a lateral epitaxial growth layer is formed, even if a crystal defect occurs at the central location where the epitaxial layer (semiconductor layer 57) growing from the left and right meets, the location is excavated by the trench 81. By removing the defective portion and using the trench 81 as an insulating isolation region, the defect in the edge structure 78 is removed, and a high breakdown voltage can be secured.
In the above embodiment, the case where the RESURF regions 7 and 73 or the guard ring region 17 are formed in the edge structures 28 and 78 has been described. However, even when the RESURF regions 7 and 73 or the guard ring region 17 is not formed, the Box 4 55 and the buried regions 3 and 53 are formed, the above-described effects can be obtained.

この発明の第1実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 1st Example of this invention. アノード・カソード間に500Vをかけたときの電位分布に示す図で、(a)は図1の本発明の構造の場合の図、(b)は図31のp- 埋め込み層を含まない従来の構造の場合の図FIG. 3 is a diagram showing a potential distribution when 500 V is applied between an anode and a cathode, (a) is a diagram in the case of the structure of the present invention of FIG. 1, and (b) is a conventional one not including the p buried layer of FIG. Illustration for structure リサーフ構造での耐圧とボロンドーズ量の関係を示す図Diagram showing the relationship between breakdown voltage and borondose amount in RESURF structure 第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図Cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment 図4に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 4 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図5に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 5 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図6に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 6 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図7に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 7 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図8に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 8 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図9に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 9 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. 図10に続く、第1実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 10 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the first embodiment, following FIG. この発明の第2実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 2nd Example of this invention 第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図Sectional view of manufacturing process of main part of semiconductor device of second embodiment 図13に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 13 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図14に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 14 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図15に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 15 is a cross-sectional view of the main part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図16に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 16 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図17に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 17 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図18に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 18 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. 図19に続く、第2実施例の半導体装置の要部製造工程断面図FIG. 19 is a cross-sectional view of the essential part manufacturing process of the semiconductor device of the second embodiment, following FIG. この発明の第3実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 3rd Example of this invention. アノード・カソード間に500Vをかけたときの電位分布を示す図で、(a)は図21の本発明の構造の場合の図、(b)はp- 埋め込み層とBox層が無い従来の構造の場合の図FIG. 22 is a diagram showing a potential distribution when 500 V is applied between the anode and the cathode, (a) is a diagram in the case of the structure of the present invention of FIG. 21, and (b) is a conventional structure without a p buried layer and a Box layer. Figure of the case ガードリング構造で耐圧とボロンドーズ量の関係を示す図Diagram showing the relationship between breakdown voltage and borondose amount in a guard ring structure この発明の第4実施例の半導体装置の構成図であり、(a)は要部平面図、(b)は(a)のX−X線で切断した要部断面図It is a block diagram of the semiconductor device of 4th Example of this invention, (a) is a principal part top view, (b) is principal part sectional drawing cut | disconnected by the XX line of (a). エミッタ電極とコレクタ電極間に500Vを印加したときの電位分布を示す図であり、(a)は図24の本発明の構造の場合の図、(b)は図33の従来の構造の場合の図It is a figure which shows electric potential distribution when 500V is applied between an emitter electrode and a collector electrode, (a) is a figure in the case of the structure of this invention of FIG. 24, (b) is in the case of the conventional structure of FIG. Figure 耐圧とボロンドーズ量の関係を示す図Diagram showing the relationship between breakdown voltage and borondose amount この発明の第5実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 5th Example of this invention 図27の構造で耐圧とボロンドーズ量の関係を示す図FIG. 27 is a diagram showing the relationship between breakdown voltage and borondose amount in the structure of FIG. この発明の第6実施例の半導体装置の要部断面図Sectional drawing of the principal part of the semiconductor device of 6th Example of this invention ガードリング構造で、Box層が無い従来のエッジ構造を有する半導体装置の要部断面図Cross-sectional view of the main part of a semiconductor device having a conventional edge structure with a guard ring structure and no box layer リサーフ構造で、Box層がある従来のエッジ構造を有する半導体装置の要部断面図Cross-sectional view of a principal part of a semiconductor device having a conventional edge structure with a RESURF structure and a box layer 従来のエッジ構造を有する半導体装置で耐圧とボロンドーズ量の関係を示す図The figure which shows the relationship between the withstand voltage and the boron dose in a semiconductor device having a conventional edge structure ガードリング構造で、活性領域の端部にBox層があり、エッジ構造内にBox層が無い場合の従来の半導体装置の要部断面図Sectional view of a main part of a conventional semiconductor device in the case of a guard ring structure with a box layer at the end of the active region and no box layer in the edge structure

符号の説明Explanation of symbols

1 n+
2 n- ドリフト層
3 p- 埋め込み領域
4 Box層
5 n-
6 p- アノード領域
7 p- リサーフ領域
8 n+ ストッパ領域
9 72 熱酸化膜
10 p+ アノード領域
11、67 CVD酸化膜
12 アノード電極
13 電極
14 カソード電極
15 レジストマスク
16 マスク酸化膜
17 p- ガードリング領域
27、77 活性領域
28、78 エッジ構造
51 半導体支持基板
52 バッファ層
53 ドリフト層
54、73 半導体領域
55 Box層
56、75 接続領域
57 半導体層
58 ボディ領域
59 LOCOS酸化膜
60 ゲート酸化膜
61 ゲート電極
62 スペーサー酸化膜
63 エミッタ領域
64 ボディコンタクト領域
65 エミッタ電極
66 バリアメタル層
68 コレクタ電極
69 側壁酸化膜
70 ポリシリコン
71、81 トレンチ
74、76 ストッパ領域
79 スクライブライン(半導体チップの端部)
80 HTO層
83 制御回路領域
1 n + layer 2 n - drift layer 3 p - buried region 4 Box layer 5 n - layer 6 p - anode region 7 p - RESURF region 8 n + stopper region 9 72 thermal oxide film 10 p + anode region 11,67 CVD oxide film 12 anode electrode 13 electrode 14 cathode electrode 15 resist mask 16 mask oxide film 17 p - guard ring region 27,77 the active region 28, 78 edge structure 51 semiconductor support substrate 52 the buffer layer 53 drift layer 54 and 73 semiconductor region 55 Box Layers 56 and 75 Connection region 57 Semiconductor layer 58 Body region 59 LOCOS oxide film 60 Gate oxide film 61 Gate electrode 62 Spacer oxide film 63 Emitter region 64 Body contact region 65 Emitter electrode 66 Barrier metal layer 68 Collector electrode 69 Side wall oxide film 70 Poly Silicon 71, 81 Trench 74 76 stopper region 79 scribe line (the edge of the semiconductor chip)
80 HTO layer 83 Control circuit area

Claims (22)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板の表面に形成される第1の主電極と、
前記半導体基板の裏面に形成される第2の主電極と、
を備えた縦型パワーデバイスであって、
前記縦型パワーデバイスの活性領域の前記半導体基板の表面層に形成され、前記第1の主電極に電気的に接続される第2導電型の第1の半導体領域と、
前記縦型パワーデバイスの活性領域を取り囲むエッジ構造の前記半導体基板の表面層に前記第1の半導体領域と離れて形成された第1導電型のストッパ領域と、
前記第1の半導体領域より深い位置で前記第1の半導体領域と前記ストッパ領域との間に選択的に前記半導体基板内部に形成された酸化膜と、
前記酸化膜に接して形成された第2導電型の埋め込み領域と、
を備えた縦型パワーデバイスを有することを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first main electrode formed on the surface of the semiconductor substrate;
A second main electrode formed on the back surface of the semiconductor substrate;
A vertical power device comprising:
A first semiconductor region of a second conductivity type formed in a surface layer of the semiconductor substrate in the active region of the vertical power device and electrically connected to the first main electrode ;
A first conductivity type stopper region formed on the surface layer of the semiconductor substrate having an edge structure surrounding the active region of the vertical power device, separated from the first semiconductor region ;
An oxide film selectively formed inside the semiconductor substrate between the first semiconductor region and the stopper region at a deeper position than the first semiconductor region;
A buried region of a second conductivity type formed in contact with the oxide film;
A vertical power device provided with a semiconductor device.
前記酸化膜が前記第1の半導体領域の前記ストッパ領域側の端部の下部から前記半導体基板の端部近傍に渡って形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the oxide film is formed from a lower portion of an end portion of the first semiconductor region on the stopper region side to a vicinity of the end portion of the semiconductor substrate. 前記埋め込み領域が前記第1の半導体領域側の端部または該端部近傍に形成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the buried region is formed at or near an end portion on the first semiconductor region side. 前記第1の半導体領域と前記ストッパ領域との間の前記半導体基板の表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域を備えたことを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の半導体装置。 Claim 1, characterized in that a second semiconductor region of a second conductivity type formed in the surface layer of said semiconductor substrate between said first semiconductor region and the stopper region The semiconductor device according to one item. 前記第の半導体領域が複数形成されることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein a plurality of the second semiconductor regions are formed. 前記第の半導体領域が前記第1の半導体領域と接していることを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the second semiconductor region is in contact with the first semiconductor region. 前記酸化膜が、前記第1の半導体領域の前記第の半導体領域側の端部の下部から、前記第の半導体領域の前記ストッパ領域側端部の下部に渡って前記半導体基板内部に形成されることを特徴とする請求項4〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。 The oxide film is formed in the semiconductor substrate from a lower portion of the end portion of the first semiconductor region on the second semiconductor region side to a lower portion of the end portion of the second semiconductor region on the stopper region side. The semiconductor device according to claim 4, wherein the semiconductor device is formed. 前記第1の半導体領域前記ストッパ領域との間の前記半導体基板の表面から前記酸化膜に達して形成された第1のトレンチと、該第1のトレンチの両側壁に形成された第1の側壁絶縁膜と、前記第1のトレンチの前記第1の半導体領域とは反対側の前記半導体基板の表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域と、前記1の半導体領域の表面層に形成された第1導電型の第の半導体領域と、前記半導体基板と前記第の半導体領域との間の前記第の半導体領域の表面上にゲート絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、をさらに備え、
前記第1の主電極が前記第の半導体領域と前記第の半導体領域とに電気的に接続することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
A first trench formed to reach the oxide film from a surface of the semiconductor substrate between the first semiconductor region and the stopper region; and a first trench formed on both side walls of the first trench. and the sidewall insulating films, and the first of the first and the semiconductor region of the second conductivity type formed in the surface layer of the semiconductor substrate opposite the third semiconductor region of the trench, the first semiconductor region a fourth semiconductor region of the first conductivity type formed in the surface layer, is formed through a gate insulating film on a surface of the first semiconductor region between the semiconductor substrate and the fourth semiconductor region A gate electrode,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the first main electrode is electrically connected to the third semiconductor region and the fourth semiconductor region.
前記酸化膜は前記第の半導体領域の下部を覆うように形成されることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the oxide film is formed so as to cover a lower portion of the first semiconductor region. 前記酸化膜は主電流を流すための第1の開口部と前記半導体基板の端部に形成された第2の開口部とを備えたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the oxide film includes a first opening for flowing a main current and a second opening formed at an end of the semiconductor substrate. 前記半導体基板が支持基板と該支持基板上に形成された第1半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層と第2の半導体層との間に形成されたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。 It said semiconductor substrate is made of a second semiconductor layer formed thereon with the first semiconductor layer formed on the supporting substrate and the supporting substrate, the oxide film of the first semiconductor layer and the second semiconductor The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed between the layers. 前記半導体基板が支持基板と該支持基板上に形成された第1半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層の内部に形成されたことを特徴とする請求項1〜10に記載の半導体装置。 Made from a second semiconductor layer in which the semiconductor substrate is a first semiconductor layer formed on the support substrate and the support substrate formed thereon, the oxide film is formed inside the first semiconductor layer The semiconductor device according to claim 1, wherein: 前記支持基板が第2導電型であることを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11, wherein the support substrate is of a second conductivity type. 前記支持基板と前記第1の半導体層との間に前記第1の半導体層よりも抵抗率の低い第1導電型のバッファ層を備えたことを特徴とする請求項11または12に記載の半導体装置。 13. The semiconductor according to claim 11, further comprising a first conductivity type buffer layer having a lower resistivity than the first semiconductor layer between the support substrate and the first semiconductor layer. apparatus. 前記第1の半導体層の端部表面層に形成された第2導電型の第の半導体領域を備えたことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 1 to 14, characterized in that it comprises a fifth semiconductor region of the second conductivity type formed on the end surface layer of the first semiconductor layer. 前記半導体基板が第1の半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層と前記第2の半導体層との間に形成されたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor substrate comprises a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed thereon, and the oxide film is formed between the first semiconductor layer and the second semiconductor layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is characterized in that: 前記半導体基板が第1の半導体層とその上に形成された第2の半導体層からなり、前記酸化膜は前記第1の半導体層の内部に形成されたことを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の半導体装置。 11. The semiconductor substrate includes a first semiconductor layer and a second semiconductor layer formed thereon, and the oxide film is formed inside the first semiconductor layer. The semiconductor device according to any one of the above. 前記第1の半導体層の裏面の表面層に形成された第2導電型の第3の半導体層を備えたことを特徴とする請求項16または17に記載の半導体装置。 18. The semiconductor device according to claim 16, further comprising a third semiconductor layer of a second conductivity type formed on a front surface layer of the first semiconductor layer. 前記第3の半導体層上に形成された前記第1の導電型のバッファ層を備えたことを特徴とする請求項17に記載の半導体装置。 18. The semiconductor device according to claim 17, further comprising a buffer layer of the first conductivity type formed on the third semiconductor layer. 前記酸化膜と同時に形成される分離用酸化膜と、前記半導体基板の表面から前記分離用酸化膜に達する第2のトレンチと、該第2のトレンチの側壁に形成された第2の側壁酸化膜と、を少なくとも有する絶縁分離領域を備えたことを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 An isolation oxide film formed simultaneously with the oxide film, a second trench reaching the isolation oxide film from the surface of the semiconductor substrate, and a second sidewall oxide film formed on a sidewall of the second trench The semiconductor device according to claim 8, further comprising an insulating isolation region having at least 請求項11または16に記載の半導体装置の製造方法であって、
第1導電型の第1の半導体層に選択的に第2導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、
前記第1の拡散領域の少なくとも一部の上を含む前記第1の半導体層上に選択的に第1、第2開口部を有する酸化膜を形成する工程と、
前記第1、第2の開口部からエピタキシャル成長により前記第1の半導体層上および前記酸化膜の上に第2の半導体層を形成する工程と、を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 11 or 16,
Selectively forming a second conductivity type first diffusion region in the first conductivity type first semiconductor layer;
Forming an oxide film having first and second openings selectively on the first semiconductor layer including at least part of the first diffusion region;
Forming a second semiconductor layer on the first semiconductor layer and on the oxide film by epitaxial growth from the first and second openings, and a method for manufacturing a semiconductor device .
請求項12または17に記載の半導体装置の製造方法であって、
第1導電型の第1の半導体層に選択的に第2導電型の第1の拡散領域を形成する工程と、
前記第1の拡散領域の少なくとも一部を含む前記第1の半導体層内部に選択的に酸素をイオン注入と熱処理により前記第1の半導体層内部に酸化膜を形成する工程と、
前記第1の半導体層上にエピタキシャル成長により第2の半導体層を形成する工程と、
を備えたことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A method of manufacturing a semiconductor device according to claim 12 or 17,
Selectively forming a second conductivity type first diffusion region in the first conductivity type first semiconductor layer;
Forming an oxide film inside the first semiconductor layer by ion implantation and heat treatment selectively in the first semiconductor layer including at least a part of the first diffusion region; and
Forming a second semiconductor layer by epitaxial growth on the first semiconductor layer;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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