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公開番号2025095029
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-26
出願番号2023210784
出願日2023-12-14
発明の名称半導体装置
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250619BHJP()
要約【課題】半導体層の終端領域において、負の外部電荷の影響を緩和することができる複数のガードリングを備えた半導体装置を提供する。
【解決手段】複数のガードリング16の各々は、ガードリング下部分162と、ガードリング上部分164と、を有している。ガードリング上部分164は、ガードリング下部分162の外周側の上面から上方に向けて延びている外周壁166を有している。ガードリング下部分162の上方であってガードリング上部分164の外周壁166に隣接する部分にn型領域12が設けられている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
半導体装置（１）であって、
素子構造が形成されている素子領域（１０１）と、前記素子領域の周囲に位置している終端領域（１０２）と、を有している半導体層（１０）、を備えており、
前記半導体層は、
前記素子領域の上層部に設けられているｐ型領域（１３）と、
前記終端領域の上層部に設けられているｐ型の複数のガードリング領域（１６）と、を有しており、
前記複数のガードリングの各々は、前記素子領域の周囲を一巡するとともに、前記半導体層の内外方向に沿って相互に間隔を置いて配置されており、
前記複数のガードリングの各々は、ガードリング下部分（１６２）と、ガードリング上部分（１６４）と、を有しており、
前記ガードリング上部分は、前記ガードリング下部分の外周側の上面から上方に向けて延びている外周壁（１６６）を有しており、
前記ガードリング下部分の上方であって前記ガードリング上部分の前記外周壁に隣接する部分にｎ型領域（１２）が設けられている、半導体装置。
続きを表示（約 330 文字）【請求項２】
前記ガードリング上部分はさらに、前記ガードリング下部分の内周側の上面から上方に向けて延びている内周壁（１６８）を有しており、
前記ｎ型領域は、前記ガードリング上部分の前記外周壁と前記内周壁の間の凹部（１６７）に設けられている、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記半導体層の内外方向に沿って計測されるガードリング間の距離は、前記複数のガードリングのうち前記半導体層の内周側で隣り合うガードリング間の距離よりも前記半導体層の外周側で隣り合うガードリング間の距離が大きい、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記半導体層の材料が炭化珪素である、請求項１～３のいずれか一項に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書が開示する技術は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,900 文字）【０００２】
特許文献１～３は、半導体層の終端領域にｐ型の複数のガードリングが設けられた半導体装置を開示する。半導体装置がオフすると、素子領域から終端領域に向けて空乏層が広がる。空乏層は、複数のガードリングを経由しながら終端領域の外周側に向かって広がる。複数のガードリングが設けられていることにより、素子領域から広がる空乏層が終端領域の外周側に向かって広がり、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０１３－１６８５４９号公報
特開２０２０－２０２４０４号公報
特開２０２０－０６５０２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
一般的に、複数のガードリングの各々は、半導体層を断面視したときに、半導体層の上面から深部に向けて突出するように形成されていることが多い。また、複数のガードリングの各々の不純物濃度は、半導体層の深さ方向に一様であることが多い。このような複数のガードリングでは、半導体層の上面に存在する負の外部電荷の影響によって複数のガードリングの各々の上部分の実効的な不純物濃度が増加し、素子領域から広がる空乏層が過剰に広がるという問題がある。そのような問題に対処するために、複数のガードリングの形状を最適化する必要がある。本明細書は、半導体層の終端領域において、負の外部電荷の影響を緩和することができる複数のガードリングを備えた半導体装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置（１）は、素子構造が形成されている素子領域（１０１）と、素子領域の周囲に位置している終端領域（１０２）と、を有している半導体層（１０）、を備えていてもよい。半導体層は、素子領域の上層部に設けられているｐ型領域（１３）と、終端領域の上層部に設けられているｐ型の複数のガードリング領域（１６）と、を有していてもよい。ここで、ｐ型領域は、素子領域に形成される素子構造によって異なる名称を有し、例えば素子構造がＭＯＳＦＥＴ構造の場合はボディ領域と称され、ＩＧＢＴ構造の場合はベース領域と称され、ダイオード構造の場合はアノード領域と称される。複数のガードリングの各々は、素子領域の周囲を一巡するとともに、半導体層の内外方向に沿って相互に間隔を置いて配置されていてもよい。複数のガードリングの各々は、ガードリング下部分と、ガードリング上部分と、を有していてもよい。ガードリング上部分は、ガードリング下部分の外周側の上面から上方に向けて延びている外周壁を有していてもよい。ガードリング下部分の上方であってガードリング上部分の外周壁に隣接する部分にｎ型領域が設けられていてもよい。
【０００６】
上記半導体装置では、ガードリング下部分の上方にｎ型領域が設けられている。換言すると、一般的なガードリングの構造において、ガードリング上部分の一部がｎ型領域に置き換えられている。このため、負の外部電荷の影響によって複数のガードリングの各々の実効的な不純物濃度が増加することが抑えられている。また、上記半導体装置では、ガードリング上部分が外周壁を有している。このため、半導体装置がオフしたときに半導体層の終端領域に分布する等電位線は、上下方向に略平行であって内外方向に沿って間隔を置いて並ぶことができる。このため、半導体層の終端領域において電界が集中することが抑えられているので、上記半導体装置は高耐圧な特性を有することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本実施形態の半導体装置の平面図を模式的に示す。
本実施形態の半導体装置の要部断面図（図１のＩＩ－ＩＩ線における断面図）を模式的に示す。
本実施形態の半導体装置の要部拡大断面図であって、半導体層の終端領域の要部拡大断面図を模式的に示す。
本実施形態の変形例の半導体装置の要部拡大断面図であって、半導体層の終端領域の要部拡大断面図を模式的に示す。
本実施形態の半導体装置の要部拡大断面図であって、半導体装置がオフしたときの半導体層の終端領域における等電位線分布を含む要部拡大断面図を模式的に示す。
比較例の半導体装置の要部拡大断面図であって、半導体装置がオフしたときの半導体層の終端領域における等電位線分布を含む要部拡大断面図を模式的に示す。
図１の本実施形態の半導体装置を製造する一工程における要部拡大断面図を模式的に示す。
図１の本実施形態の半導体装置を製造する一工程における要部拡大断面図を模式的に示す。
図１の本実施形態の半導体装置を製造する一工程における要部拡大断面図を模式的に示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本実施形態の半導体装置について説明する。なお、図示明瞭化を目的として、繰り返し配置されている構成要素については、その一部のみに符号を付することがある。
【０００９】
図１及び図２に示されるように、半導体装置１は、半導体層１０を備えている。半導体層１０は、特に限定されるものではないが、例えば炭化珪素（ＳｉＣ）を材料とする半導体層である。半導体層１０は、素子領域１０１と終端領域１０２を有している。図１に示されるように、素子領域１０１は、半導体層１０の上面１０Ａに直交する方向（Ｚ方向）から見たときに（以下、「半導体層１０を平面視したときに」という）、半導体層１０の中央部に配置されており、素子構造（この例ではＭＯＳＦＥＴ構造）が形成されている範囲として半導体層１０内に区画されている。終端領域１０２は、半導体層１０を平面視したときに、半導体層１０の周辺部であって素子領域１０１の周囲に配置されており、耐圧保持構造（この例では、後述する複数のガードリング１６）が形成されている範囲として半導体層１０内に区画されている。
【００１０】
半導体装置１はさらに、半導体層１０の上面１０Ａのうち素子領域１０１の少なくとも一部を被覆するソース電極２２と、半導体層１０の上面１０Ａのうち少なくとも終端領域１０２の少なくとも一部を被覆する層間絶縁膜２４と、半導体層１０の下面１０Ｂの全域を被覆するドレイン電極２６と、複数のトレンチ型絶縁ゲート３０と、を備えている。本実施形態の半導体装置１は、縦型のＭＯＳＦＥＴであり、電力用半導体装置として利用される。なお、図２に示されるように、半導体層１０の上面１０Ａにはソース電極２２と層間絶縁膜２４が設けられているが、図１においては、これらの構成要素を省略し、複数のトレンチ型絶縁ゲート３０及び耐圧保持構造（この例では、後述する複数のガードリング１６）のレイアウトを図示している。
（【００１１】以降は省略されています）

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