功率半导体装置制造方法及图纸

在元件部和终端部具有超结结构的纵型的功率半导体装置中，在超结结构的外周部表面上形成n型杂质层。由此，能够降低超结结构区的外周部表面的电场。因此，能够提供高耐压且高可靠性的纵型功率半导体装置。

【技术实现步骤摘要】
相关申请的参照本申请依据并要求于2008年11月20日在日本申请的在先日本专利申请No.2008-296673的优先权，此处援引其全部内容供参考。
本专利技术涉及MOSFET等半导体装置，特别是，涉及在纵型MOSFET的漂移层上具有超结(Super Junction)结构的半导体装置。
技术介绍
在以往的纵型功率MOSFET中，导通电阻在很大程度上依赖于导电层(漂移层)部分的电阻。这种漂移层的电阻由漂移层的掺杂浓度决定，掺杂浓度越高越降低电阻。然而，掺杂浓度对应于由基层和漂移层形成的pn结的耐压而不能提高到极限以上。即，元件耐压和导通电阻之间存在权衡(trade off)关系，这样的元件耐压和导通电阻之间的关系受到形成元件的材料的限制。作为解决该权衡问题的一个例子，已知在漂移层上形成超结(SJ)结构区的MOSFET(参见日本特开2001-244461号公报)。该SJ结构是具有多个从漂移层表面向元件深度方向形成的n-柱(pillar)层和p-柱层的结构。这些n-柱层和p-柱层在平行于基板的方向上反复配置。在这种SJ结构中，通过使p-柱层和n-柱层含有的填料量(杂质量)相等，形成了虚拟的无掺杂(non-dope)层，因此能够保持MOSFET的耐压。此外，通过使n-柱层和p-柱层各自的杂质浓度为相等的高浓度，使电流经过被高浓度掺杂的n-柱层进行流动，因此能实现超越材料极限的低导通电阻。在上述这种漂移层上形成SJ结构区的MOSFET中，在元件的终端部上也形成有SJ结构区，为了如上所述那样保持元件的耐压，必须将n-柱层和p-柱层的杂质含量高度精确地控制为相等。然而，由于元件的制造存在偏差而很难精确相等地形成n-柱层和p-柱层的杂质浓度，有时p-柱层的杂质浓度会高于n-柱层的杂质浓度。另外，在实际形成元件的时候，为了保证雪崩耐量，即，为了在由于产生电涌电压等引起的急剧的漏源电流的变化而产生感应电压，从而在漏源之间电压超过耐压的情况下保证动作的安全性，有时会使n-柱层的杂质浓度稍高于p-柱层的杂质浓度。这样，在使p-柱层的杂质浓度形成为高于n-柱层的杂质浓度时，在n-柱层和p-柱层的边界附近形成的耗尽层从该边界部分向元件外部扩展。若耗尽层这样向元件外部扩展，则在SJ结构区的外周部表面上等电势线变得密集，电势的微分值即电场变高，因此元件的耐压低下，并且存在元件可靠性恶化的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种功率半导体装置，其超结结构区的外周部表面上，通过降低电场而提高耐压，能够提高可靠性。-->本专利技术鉴于上述目的而提出，本专利技术一个实施例的半导体装置具有第一导电型的高浓度半导体基板和在所述高浓度半导体基板上形成的第一导电型区，由元件部和上述元件部外周部的终端部构成，其特征在于：所述元件部具备：多个第二导电型的第一基区，在所述第一导电型区的表面区域相互分开地形成；多个第一导电型的源区，在每个所述第一基区的表面区域相互分开地形成；多个栅电极，在所述第一导电型区的表面上，分别隔着绝缘层包含相邻的所述第一基区的一部分地形成在所述相邻的第一基区之间；源电极，以与所述多个第一基区连接的方式形成在所述源区上；多个第二导电型的元件部柱层，从所述多个第一基区向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及漏电极，形成在所述第一导电型的高浓度半导体基板的背面上；所述终端部具备：多个第二导电型的终端部柱层，从所述第一导电型区的表面向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及第一导电型杂质层，在由所述多个终端部柱层和所述多个终端部柱层之间的所述第一导电型区构成的区域的外周部表面上形成为环状。另外，本专利技术一个实施例的半导体装置具有第一导电型的高浓度半导体基板和在所述高浓度半导体基板上形成的第一导电型区，由元件部和上述元件部外周部的终端部构成，其特征在于：所述元件部具备：多个第二导电型的第一基区，在所述第一导电型区的表面区域中相互分开地形成；多个第一导电型的源区，在每个所述第一基区的表面区域相互分开地形成；多个栅电极，在所述第一导电型区的表面上，分别隔着绝缘层地形成在相邻的所述第一基区之间；源电极，包含所述多个栅电极绝缘膜之上地形成在所述多个第一基区和所述多个源区上；多个第二导电型的元件部柱层，从所述多个第一基区向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及漏电极，形成在所述第一导电型的高浓度半导体基板的背面上；所述终端部具备：多个第二导电型的终端部柱层，从所述第一导电型区的表面向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及第一导电型杂质层，在由所述多个终端部柱层和所述多个终端部柱层之间的所述第一导电型区构成的区域的外周部表面上形成为环状。附图说明图1是表示本专利技术一实施例的功率半导体装置的俯视图。图2是沿着图1虚线A-A′的剖视图。图3是沿着图1虚线B-B′的剖视图。图4是表示图2的元件部结构的部分剖视图。图5是示意地表示沿图2虚线C-C′的水平剖视图。图6是为了模拟在图1的功率半导体装置中的电场分布和电势分布而修改了图2的一部分进行表示的剖视图。图7是为了模拟现有功率半导体装置中的电场分布和电势分布而截断与图6对应的部分进行表示的剖视图。图8是为了模拟在图1的功率半导体装置中的电场分布和电势分布而修改了图3的一部分进行表示的立体图。图9是为了模拟现有功率半导体装置中的电场分布和电势分布而截断与图8对应的部分进行表示的立体图。图10是表示对在图6、图7所示装置截面中的n型区表面附近的电场分布进行模-->拟的结果的图解。图11是表示改变装置条件对在图6、图7所示装置截面中的n型区表面附近的电场分布进行模拟的结果的图解。图12是表示对在图8、图9所示装置截面中的n型区表面附近的电场分布进行模拟的结果的图解。图13是表示改变装置条件对在图8、图9所示装置截面中的n型区表面附近的电场分布进行模拟的结果的图解。图14是表示对在图6和图7所示的装置截面中的耐压进行模拟的结果的图解。图15是表示对在图8和图9所示的装置截面中的耐压进行模拟的结果的图解。图16是表示对在图6所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图17是表示对在图7所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图18是表示改变装置条件对在图6所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图19是表示改变装置条件对在图7所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图20是表示对在图8所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图21是表示对在图9所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图22是表示改变装置条件对在图8所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图23是表示改变装置条件对在图9所示装置截面中的电势分布进行模拟的结果的图解。图24是表示本专利技术变形例的功率半导体装置的元件部的结构的部分剖视图。图25是表示超结构造的变形例的水平剖视图。图26是表示超结构造的变形例的水平剖视图。图27是表示超结构造的变形例的水平剖视图。图28是表示构成超结构造的p-柱层的变形例的纵剖视图。图29是表示构成超结构造的p-柱层的变形例的纵剖视图。图30是表示构成超结构造的p-柱层的变形例的纵剖视图。具体实施方式下面，参照附图详细说明本专利技术一实施例的功率半导体装置。图1是表示本专利技术一实施例的功率半本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种功率半导体装置，具有第一导电型的高浓度半导体基板和在所述高浓度半导体基板上形成的第一导电型区，由元件部和上述元件部外周部的终端部构成，其特征在于：所述元件部具备：多个第二导电型的第一基区，在所述第一导电型区的表面区域相互分开地形成；多个第一导电型的源区，在每个所述第一基区的表面区域相互分开地形成；多个栅电极，在所述第一导电型区的表面上，分别隔着绝缘层包含相邻的所述第一基区的一部分地形成在所述相邻的第一基区之间；源电极，以与所述多个第一基区相连接的方式形成在所述源区上；多个第二导电型的元件部柱层，从所述多个第一基区向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及漏电极，形成在所述第一导电型的高浓度半导体基板的背面上；所述终端部具备：多个第二导电型的终端部柱层，从所述第一导电型区的表面向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及第一导电型杂质层，在由所述多个终端部柱层和所述多个终端部柱层之间的所述第一导电型区构成的区域的外周部表面上，形成为环状。

【技术特征摘要】
2008.11.20 JP 296673/20081.一种功率半导体装置，具有第一导电型的高浓度半导体基板和在所述高浓度半导体基板上形成的第一导电型区，由元件部和上述元件部外周部的终端部构成，其特征在于：所述元件部具备：多个第二导电型的第一基区，在所述第一导电型区的表面区域相互分开地形成；多个第一导电型的源区，在每个所述第一基区的表面区域相互分开地形成；多个栅电极，在所述第一导电型区的表面上，分别隔着绝缘层包含相邻的所述第一基区的一部分地形成在所述相邻的第一基区之间；源电极，以与所述多个第一基区相连接的方式形成在所述源区上；多个第二导电型的元件部柱层，从所述多个第一基区向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及漏电极，形成在所述第一导电型的高浓度半导体基板的背面上；所述终端部具备：多个第二导电型的终端部柱层，从所述第一导电型区的表面向所述第一导电型区的深度方向延长形成；以及第一导电型杂质层，在由所述多个终端部柱层和所述多个终端部柱层之间的所述第一导电型区构成的区域的外周部表面上，形成为环状。2.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二导电型的元件部柱层和所述第二导电型的终端部柱层的从水平方向截面观察的排列结构是带状、点状、锯齿状或网格状中的任一种。3.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二导电型的元件部柱层和所述第二导电型的终端部柱层的从垂直方向截面观察的形状是矩形、锥形、丸子串形状中的任一种。4.根据权利要求3所述的功率半导体装置，其特征在于，所述第二导电型的元件部柱层和所述第二导电型的终端部柱层的另一端的结构是从垂直方向截面观察的形状为弯曲的结构。5.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，在所述多个第一基区的表面，分别形成浓度高于所述多个第一基区的第二导电型的接触区，所述源区形成在所述第一基区和所述接触区的边界附近。6.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述终端部具有：第二导电型的第二基区，在所述第一导电型区表面，以该第二导电型的第二基区的一部分伸出至所述元件部的所述第一导电型区的方式形成；环状的栅电极，隔着绝缘膜形成在所述第二基区上的一部分和所述终端部的所述第一导电型区上，包围所述多个栅电极，并且与所述多个栅电极的两端分别连接；以及所述源电极，在与所述第二基区接触的位置上延长形成；所述多个第二导电型的终端部柱层的一部分的一端形成为与所述第二基区相接触。7.根据权利要求6所述的功率半导体装置，其特征在于，在所述环状的栅电极上形成栅场平面电极。8.根据权利要求6所述的功率半导体装置，其特征在于，-->在所述第二基区的表面，形成浓度高于所述第二基区的第二导电型的接触区。9.根据权利要求1所述的功率半导体装置，其特征在于，所述终端部具有：第二导电型的第三基区，形成在第一导电型区的外周部表面；高浓度的第一导电型层，形成在所述第三基区的表面的、所述第三基区和所述第一导电型区的边界部附近；以及EQPR电极，隔着绝缘膜形成在所述第三基区的内侧的第一导电型区上。10.根据权利要求9所述的功率半导体装置，其特征在于，所述终端部还具有EQPR取出电极，通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：大田浩史，斋藤涉，小野升太郎，薮崎宗久，羽田野菜名，渡边美穗，
申请(专利权)人：株式会社东芝，
类型：发明
国别省市：日本;JP