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JP7815966B2 - Semiconductor Devices - Google Patents
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JP7815966B2 - Semiconductor Devices - Google Patents

Semiconductor Devices

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JP7815966B2
JP7815966B2 JP2022071184A JP2022071184A JP7815966B2 JP 7815966 B2 JP7815966 B2 JP 7815966B2 JP 2022071184 A JP2022071184 A JP 2022071184A JP 2022071184 A JP2022071184 A JP 2022071184A JP 7815966 B2 JP7815966 B2 JP 7815966B2
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Description

本発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device.

従来、化合物半導体を用いた半導体装置が知られている(例えば特許文献1-3参照)。
特許文献1 WO2018/055719号
特許文献2 特開2020-96202号公報
特許文献3 WO2019/092871号
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor devices using compound semiconductors have been known (see, for example, Patent Documents 1 to 3).
Patent Document 1: WO2018/055719 Patent Document 2: JP 2020-96202 A Patent Document 3: WO2019/092871

半導体装置においては、絶縁膜の絶縁破壊を抑制することが好ましい。 In semiconductor devices, it is desirable to suppress dielectric breakdown of insulating films.

上記課題を解決するために、本発明の一つの態様においては、半導体装置を提供する。
半導体装置は、ガリウムおよび窒素を含む半導体基板を備えてよい。半導体装置は、前記半導体基板の上方に設けられた、第1導電型のドリフト層を備えてよい。半導体装置は、前記ドリフト層の上方に設けられた第1ゲート配線を備えてよい。半導体装置は、前記ドリフト層に設けられ、前記ドリフト層の上面に露出する第2導電型のウェル領域を備えてよい。半導体装置は、前記ウェル領域と前記第1ゲート配線との間に設けられた絶縁膜を備えてよい。半導体装置は、前記第1ゲート配線の下方において前記絶縁膜と前記ウェル領域との間に設けられ、前記ウェル領域とオーミック接触する金属層を備えてよい。
In order to solve the above problems, one aspect of the present invention provides a semiconductor device.
The semiconductor device may include a semiconductor substrate containing gallium and nitrogen. The semiconductor device may include a drift layer of a first conductivity type provided above the semiconductor substrate. The semiconductor device may include a first gate wiring provided above the drift layer. The semiconductor device may include a well region of a second conductivity type provided in the drift layer and exposed at an upper surface of the drift layer. The semiconductor device may include an insulating film provided between the well region and the first gate wiring. The semiconductor device may include a metal layer provided below the first gate wiring between the insulating film and the well region and making ohmic contact with the well region.

上記いずれかの半導体装置において、前記金属層は、前記ウェル領域と接触する部分にニッケルおよびパラジウムの少なくとも一方を含んでよい。 In any of the above semiconductor devices, the metal layer may contain at least one of nickel and palladium in the portion that contacts the well region.

上記いずれかの半導体装置において、前記ウェル領域は、前記金属層と接触する部分のドーピング濃度が1×1019/cm以上であってよい。 In any of the above semiconductor devices, the well region may have a doping concentration of 1×10 19 /cm 3 or more in a portion in contact with the metal layer.

上記いずれかの半導体装置において、上面視において、前記第1ゲート配線と前記ウェル領域とが重なっている領域の全体に、前記金属層が設けられていてよい。 In any of the above semiconductor devices, the metal layer may be provided over the entire area where the first gate wiring and the well region overlap when viewed from above.

上記いずれかの半導体装置において、前記ウェル領域は、前記金属層と接触し、且つ、前記ウェル領域の他の部分よりもドーピング濃度が高い高濃度領域を有してよい。 In any of the above semiconductor devices, the well region may have a high-concentration region that is in contact with the metal layer and has a higher doping concentration than other portions of the well region.

上記いずれかの半導体装置において、前記ウェル領域は、上面視において前記金属層と重ならない部分を含んでよい。高濃度領域の少なくとも一部は、前記金属層と重ならない部分に配置されていてよい。 In any of the above semiconductor devices, the well region may include a portion that does not overlap with the metal layer in a top view. At least a portion of the high-concentration region may be located in the portion that does not overlap with the metal layer.

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板の前記上面の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備えてよい。前記高濃度領域は、前記ソースパッドと接続していてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a source pad provided above the upper surface of the semiconductor substrate and separated from the first gate wiring. The high concentration region may be connected to the source pad.

上記いずれかの半導体装置において、前記半導体基板の前記上面の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備えてよい。前記金属層は、前記ソースパッドと接続していてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a source pad provided above the top surface of the semiconductor substrate and separated from the first gate wiring. The metal layer may be connected to the source pad.

上記いずれかの半導体装置において、前記絶縁膜は、前記第1ゲート配線よりも前記ソースパッド側に設けられ、前記ソースパッドと前記金属層とを接続する第1コンタクトホールを有してよい。 In any of the above semiconductor devices, the insulating film may be provided closer to the source pad than the first gate wiring and may have a first contact hole connecting the source pad and the metal layer.

上記いずれかの半導体装置において、前記絶縁膜は、前記ソースパッドを前記半導体基板の前記上面に接続する第2コンタクトホールを有してよい。前記第1コンタクトホールの開口幅は、前記第2コンタクトホールの開口幅よりも大きくてよい。 In any of the above semiconductor devices, the insulating film may have a second contact hole connecting the source pad to the upper surface of the semiconductor substrate. The opening width of the first contact hole may be larger than the opening width of the second contact hole.

上記いずれかの半導体装置において、前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備えてよい。前記金属層は、前記ソースパッドと分離していてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a source pad provided above the drift layer and separated from the first gate wiring. The metal layer may be separated from the source pad.

上記いずれかの半導体装置において、前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線を更に備えてよい。上面視において、前記金属層は、前記第2ゲート配線とは重ならない範囲に設けられていてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a second gate wiring made of polysilicon, which is provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring. In a top view, the metal layer may be provided in an area that does not overlap with the second gate wiring.

上記いずれかの半導体装置において、前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部を更に備えてよい。上面視において前記第1ゲート配線が、前記第2ゲート配線よりも前記耐圧構造部側に延伸して設けられていてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a second gate wiring made of polysilicon, provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring. The semiconductor device may further include an active portion surrounded by the well region in a top view. The semiconductor device may further include a breakdown voltage structure portion provided outside the well region in a top view. The first gate wiring may extend closer to the breakdown voltage structure portion than the second gate wiring in a top view.

上記いずれかの半導体装置において、前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部を更に備えてよい。半導体装置は、前記活性部において前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備えてよい。上面視において、前記第2ゲート配線は、前記第1ゲート配線よりも前記耐圧構造部側に突出した突出部を有してよい。半導体装置は、前記突出部の上方に設けられ、前記ソースパッドに接続されたソース接続部を更に備えてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include a second gate wiring made of polysilicon, provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring. The semiconductor device may further include an active portion surrounded by the well region in a top view. The semiconductor device may further include a breakdown voltage structure portion provided outside the well region in a top view. The semiconductor device may further include a source pad provided above the drift layer in the active portion and separated from the first gate wiring. In a top view, the second gate wiring may have a protruding portion that protrudes further toward the breakdown voltage structure portion than the first gate wiring. The semiconductor device may further include a source connection portion provided above the protruding portion and connected to the source pad.

上記いずれかの半導体装置において、上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部を更に備えてよい。前記活性部と前記耐圧構造部とを結ぶ方向において、複数の前記金属層が間隔を有して配置されていてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include an active portion surrounded by the well region in a top view. The semiconductor device may further include a breakdown voltage structure portion provided outside the well region in a top view. A plurality of the metal layers may be arranged at intervals in a direction connecting the active portion and the breakdown voltage structure portion.

上記いずれかの半導体装置において、上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部を更に備えてよい。半導体装置は、上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部を備えてよい。半導体装置は、前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを備えてよい。半導体装置は、上面視において前記金属層よりも前記耐圧構造部側に設けられ、前記ウェル領域を前記ソースパッドに接続するソース接続部を備えてよい。 Any of the above semiconductor devices may further include an active portion surrounded by the well region in a top view. The semiconductor device may include a breakdown voltage structure portion located outside the well region in a top view. The semiconductor device may include a source pad located above the drift layer and separated from the first gate wiring. The semiconductor device may include a source connection portion located closer to the breakdown voltage structure portion than the metal layer in a top view, connecting the well region to the source pad.

上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。 The above summary of the invention does not list all of the necessary features of the present invention. Also, subcombinations of these features may also constitute inventions.

本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す上面図である。1 is a top view illustrating an example of a semiconductor device 100 according to an embodiment of the present invention. 図1におけるA-A断面の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing an example of a cross section taken along the line AA in FIG. 1. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. 図6の例の金属層70の上面視における配置例を示す図である。7 is a diagram showing an example of the arrangement of the metal layer 70 in the example of FIG. 6 as viewed from above. 半導体装置100のB-B断面の一例を示す図である。1 is a diagram showing an example of a cross section of the semiconductor device 100 taken along the line BB. 上面視におけるソース接続部66の配置例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing an example of the arrangement of the source connection portion 66 in a top view. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section. 半導体装置100の製造方法の一例を説明する図である。1A to 1C are diagrams illustrating an example of a method for manufacturing the semiconductor device 100. 段階S303の続きの工程を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a process following step S303. A-A断面の他の例を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing another example of the AA cross section.

以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。 The present invention will be described below through embodiments of the invention, but the following embodiments do not limit the scope of the invention as claimed. Furthermore, not all of the combinations of features described in the embodiments are necessarily essential to the solution of the invention.

本明細書においては半導体基板の深さ方向と平行な方向における一方の側を「上」、他方の側を「下」と称する。基板、層またはその他の部材の2つの主面のうち、一方の面を上面、他方の面を下面と称する。「上」、「下」の方向は、重力方向または半導体装置の実装時における方向に限定されない。 In this specification, one side in a direction parallel to the depth direction of a semiconductor substrate is referred to as "top" and the other side as "bottom." Of the two main surfaces of a substrate, layer, or other member, one surface is referred to as the top surface and the other surface is referred to as the bottom surface. The directions of "top" and "bottom" are not limited to the direction of gravity or the directions when the semiconductor device is mounted.

本明細書では、X軸、Y軸およびZ軸の直交座標軸を用いて技術的事項を説明する場合がある。直交座標軸は、構成要素の相対位置を特定するに過ぎず、特定の方向を限定するものではない。例えば、Z軸は地面に対する高さ方向を限定して示すものではない。なお、+Z軸方向と-Z軸方向とは互いに逆向きの方向である。正負を記載せず、Z軸方向と記載した場合、+Z軸および-Z軸に平行な方向を意味する。 In this specification, technical matters may be explained using the Cartesian coordinate axes of the X, Y, and Z axes. The Cartesian coordinate axes merely identify the relative positions of components and do not limit specific directions. For example, the Z axis does not limit the height direction relative to the ground. Note that the +Z axis direction and the -Z axis direction are opposite directions. When the Z axis direction is referred to without specifying positive or negative, it means the direction parallel to the +Z axis and the -Z axis.

本明細書では、半導体基板の上面および下面に平行な直交軸をX軸およびY軸とする。また、半導体基板の上面および下面と垂直な軸をZ軸とする。本明細書では、Z軸の方向を深さ方向と称する場合がある。また、本明細書では、X軸およびY軸を含めて、半導体基板の上面および下面に平行な方向を、水平方向と称する場合がある。 In this specification, the orthogonal axes parallel to the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate are referred to as the X-axis and Y-axis. Furthermore, the axis perpendicular to the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate is referred to as the Z-axis. In this specification, the direction of the Z-axis may be referred to as the depth direction. Furthermore, in this specification, the direction parallel to the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate, including the X-axis and Y-axis, may be referred to as the horizontal direction.

本明細書において「同一」または「等しい」のように称した場合、製造ばらつき等に起因する誤差を有する場合も含んでよい。当該誤差は、例えば10%以内である。 In this specification, terms such as "same" or "equal" may include cases where there is a margin of error due to manufacturing variations, etc. Such an error is, for example, within 10%.

本明細書においてP+型またはN+型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が高いことを意味し、P-型またはN-型と記載した場合、P型またはN型よりもドーピング濃度が低いことを意味する。また、本明細書においてP++型またはN++型と記載した場合には、P+型またはN+型よりもドーピング濃度が高いことを意味する。本明細書の単位系は、特に断りがなければSI単位系である。本明細書において第1導電型がN型であり、第2導電型がP型の例を説明するが、第1導電型がP型であり、第2導電型がN型であってもよい。 In this specification, when P+ type or N+ type is used, it means that the doping concentration is higher than that of P type or N type, and when P- type or N- type is used, it means that the doping concentration is lower than that of P type or N type. Furthermore, when P++ type or N++ type is used in this specification, it means that the doping concentration is higher than that of P+ type or N+ type. The unit system used in this specification is the SI unit system unless otherwise specified. In this specification, an example is described in which the first conductivity type is N type and the second conductivity type is P type, but the first conductivity type may also be P type and the second conductivity type may also be N type.

ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度分布がピークを有する場合、当該ピーク値を当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。ドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度がほぼ均一な場合等においては、当該領域におけるドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度の平均値をドナー、アクセプタまたはネット・ドーピングの濃度としてよい。 If the concentration distribution of the donor, acceptor, or net doping has a peak, the peak value may be taken as the donor, acceptor, or net doping concentration in that region. In cases where the donor, acceptor, or net doping concentration is approximately uniform, the average value of the donor, acceptor, or net doping concentration in that region may be taken as the donor, acceptor, or net doping concentration.

図1は、本発明の一つの実施形態に係る半導体装置100の一例を示す上面図である。図1においては、各部材を半導体基板10の上面に投影した位置を示している。図1においては、半導体装置100の一部の部材だけを示しており、一部の部材は省略している。 Figure 1 is a top view showing an example of a semiconductor device 100 according to one embodiment of the present invention. Figure 1 shows the positions of each component projected onto the top surface of a semiconductor substrate 10. Figure 1 shows only some of the components of the semiconductor device 100, with some components omitted.

半導体装置100は、半導体基板10を備えている。半導体基板10は、ガリウム(Ga)および窒素(N)を含む半導体材料で形成された基板である。一例として半導体基板10はGaN基板であるが、半導体基板10はAlGaN等のGaN系基板であってよい。半導体基板10は、上面視において端辺102を有する。本明細書で上面視と称した場合、半導体基板10の上面側から見ることを意味している。上面視においては、各部材を半導体基板10の上面に投影してよい。本例の半導体基板10は、上面視において互いに向かい合う2組の端辺102を有する。図1においては、X軸およびY軸は、いずれかの端辺102と平行である。またZ軸は、半導体基板10の上面と垂直である。 The semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10. The semiconductor substrate 10 is a substrate formed of a semiconductor material containing gallium (Ga) and nitrogen (N). As an example, the semiconductor substrate 10 is a GaN substrate, but the semiconductor substrate 10 may be a GaN-based substrate such as AlGaN. The semiconductor substrate 10 has edges 102 when viewed from above. In this specification, the term "top view" refers to a view from the top surface of the semiconductor substrate 10. In the top view, each component may be projected onto the top surface of the semiconductor substrate 10. In this example, the semiconductor substrate 10 has two pairs of edges 102 that face each other when viewed from above. In FIG. 1, the X-axis and Y-axis are parallel to either edge 102. The Z-axis is perpendicular to the top surface of the semiconductor substrate 10.

半導体基板10には活性部80が設けられている。活性部80は、半導体装置100が動作した場合に、コレクタ電流、ドレイン電流またはアノードカソード間電流等の主電流が流れる領域である。本例の半導体装置100は、半導体基板10の上面と下面との間で主電流が流れる縦型デバイスである。この場合の活性部80は、半導体基板10の上面と下面との間で、深さ方向に主電流が流れる領域である。半導体装置100は、半導体基板10の上面と平行な方向に主電流が流れる横型デバイスであってもよい。 The semiconductor substrate 10 has an active portion 80. The active portion 80 is a region through which a main current, such as a collector current, a drain current, or an anode-cathode current, flows when the semiconductor device 100 is operating. The semiconductor device 100 in this example is a vertical device in which a main current flows between the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate 10. In this case, the active portion 80 is a region between the top and bottom surfaces of the semiconductor substrate 10 through which a main current flows in the depth direction. The semiconductor device 100 may also be a horizontal device in which a main current flows in a direction parallel to the top surface of the semiconductor substrate 10.

本明細書では、活性部80にMOSトランジスタが設けられた例を説明するが、活性部80にはIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)が設けられていてもよい。この場合、本明細書における「MOSトランジスタ」を「IGBT」に、「ソース」を「エミッタ」に、「ドレイン」を「コレクタ」に読み替えてよい。また活性部80にIGBTが設けられている場合、活性部80における半導体基板10の下面の少なくとも一部には、P型のコレクタ領域が形成されている。活性部80には、MOSトランジスタまたはIGBTと逆並列に接続された還流ダイオード(FWD)が形成されてもよい。 This specification describes an example in which a MOS transistor is provided in the active section 80, but the active section 80 may also be provided with an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor). In this case, "MOS transistor" in this specification may be replaced with "IGBT," "source" with "emitter," and "drain" with "collector." Furthermore, if an IGBT is provided in the active section 80, a P-type collector region is formed in at least a portion of the underside of the semiconductor substrate 10 in the active section 80. The active section 80 may also be provided with a free wheel diode (FWD) connected in anti-parallel to the MOS transistor or IGBT.

本例の半導体装置100は、活性部80にMOS(Metal Oxide Semiconductor)トランジスタが形成された縦型デバイスである。活性部80の上方にはソースパッド60が設けられてよい。ソースパッド60に覆われた領域を活性部80としてもよい。ソースパッド60にはソース電圧が印加される。またソースパッド60は、活性部80のMOSトランジスタのソース領域と接続される。 The semiconductor device 100 of this example is a vertical device in which a MOS (Metal Oxide Semiconductor) transistor is formed in the active section 80. A source pad 60 may be provided above the active section 80. The area covered by the source pad 60 may also be referred to as the active section 80. A source voltage is applied to the source pad 60. The source pad 60 is also connected to the source region of the MOS transistor in the active section 80.

半導体装置100は、半導体基板10の上方に配置されたゲートパッド50を有する。ゲートパッド50は、活性部80と端辺102との間に配置されている。図1のゲートパッド50は、半導体基板10の角部に配置されているが、ゲートパッド50の配置はこれに限定されない。ゲートパッド50には、ゲート電圧が印加される。ゲートパッド50は、活性部80のMOSトランジスタのゲート電極に接続される。ソースパッド60およびゲートパッド50は、アルミニウム等の金属で形成されてよい。 The semiconductor device 100 has a gate pad 50 located above the semiconductor substrate 10. The gate pad 50 is located between the active portion 80 and the edge 102. While the gate pad 50 in FIG. 1 is located at a corner of the semiconductor substrate 10, the location of the gate pad 50 is not limited to this. A gate voltage is applied to the gate pad 50. The gate pad 50 is connected to the gate electrode of the MOS transistor in the active portion 80. The source pad 60 and gate pad 50 may be formed of a metal such as aluminum.

半導体装置100は、半導体基板10の上方に配置された第1ゲート配線52を有する。第1ゲート配線52は、ゲートパッド50と、活性部80のMOSトランジスタのゲート電極とを接続する。第1ゲート配線52は、ゲートパッド50と同一の材料で形成されてよい。ゲートパッド50および第1ゲート配線52は、上面視において活性部80を囲んでよい。上面視においてゲートパッド50および第1ゲート配線52で囲まれた領域を活性部80と定義してもよい。またゲートパッド50および第1ゲート配線52の下方には、P型のウェル領域が形成されているが、図1では省略している。当該ウェル領域も、ゲートパッド50および第1ゲート配線52に沿って活性部80を囲んでよい。ウェル領域で囲まれた領域を活性部80と定義してもよい。 The semiconductor device 100 has a first gate wiring 52 disposed above the semiconductor substrate 10. The first gate wiring 52 connects the gate pad 50 to the gate electrode of the MOS transistor in the active portion 80. The first gate wiring 52 may be formed of the same material as the gate pad 50. The gate pad 50 and the first gate wiring 52 may surround the active portion 80 in a top view. The area surrounded by the gate pad 50 and the first gate wiring 52 in a top view may be defined as the active portion 80. A P-type well region is formed below the gate pad 50 and the first gate wiring 52, but is omitted from FIG. 1 . This well region may also surround the active portion 80 along the gate pad 50 and the first gate wiring 52. The area surrounded by the well region may be defined as the active portion 80.

ゲートパッド50および第1ゲート配線52と、ソースパッド60とは互いに分離している。上面視においてゲートパッド50および第1ゲート配線52と、ソースパッド60との間には層間絶縁膜38が配置されてよい。層間絶縁膜38は、リンが添加されたシリケートガラス(PSG)またはリンおよびボロンが添加されたシリケートガラス(PBSG)等の絶縁膜であってよい。 The gate pad 50 and first gate wiring 52 are separated from the source pad 60. In top view, an interlayer insulating film 38 may be disposed between the gate pad 50 and first gate wiring 52 and the source pad 60. The interlayer insulating film 38 may be an insulating film such as phosphorus-doped silicate glass (PSG) or phosphorus- and boron-doped silicate glass (PBSG).

半導体装置100は、上面視において、活性部80と端辺102との間に、耐圧構造部90を有してよい。本例の耐圧構造部90は、活性部80を囲んでいる。本例では、活性部80と耐圧構造部90との間に、ゲートパッド50および第1ゲート配線52が配置されている。耐圧構造部90は、空乏層を活性部80よりも外側まで伸ばすことで電界集中を緩和して、半導体装置100の耐圧を向上させる。耐圧構造部90は、P型のガードリングおよびフィールドプレートの少なくとも一方を有してよい。 When viewed from above, the semiconductor device 100 may have a breakdown voltage structure 90 between the active section 80 and the edge 102. In this example, the breakdown voltage structure 90 surrounds the active section 80. In this example, the gate pad 50 and first gate wiring 52 are arranged between the active section 80 and the breakdown voltage structure 90. The breakdown voltage structure 90 extends the depletion layer outside the active section 80, thereby alleviating electric field concentration and improving the breakdown voltage of the semiconductor device 100. The breakdown voltage structure 90 may have at least one of a P-type guard ring and a field plate.

図2は、図1におけるA-A断面の一例を示す図である。A-A断面は、活性部80の一部、第1ゲート配線52、および、耐圧構造部90の一部を通過するXZ面である。当該断面において半導体装置100は、半導体基板10、ドリフト層16、ドレイン電極24、ソースパッド60および第1ゲート配線52を備える。また本例のドリフト層16の上方には、ゲート絶縁膜39、層間絶縁膜38、フィールド絶縁膜40、ゲート電極56、第2ゲート配線54および金属層70が設けられている。ゲート絶縁膜39、層間絶縁膜38、フィールド絶縁膜40は、それぞれが絶縁膜の一例である。 Figure 2 is a diagram showing an example of the A-A cross section in Figure 1. The A-A cross section is an XZ plane that passes through part of the active section 80, the first gate wiring 52, and part of the breakdown voltage structure section 90. In this cross section, the semiconductor device 100 includes a semiconductor substrate 10, a drift layer 16, a drain electrode 24, a source pad 60, and a first gate wiring 52. In this example, a gate insulating film 39, an interlayer insulating film 38, a field insulating film 40, a gate electrode 56, a second gate wiring 54, and a metal layer 70 are provided above the drift layer 16. The gate insulating film 39, the interlayer insulating film 38, and the field insulating film 40 are each an example of an insulating film.

本例の半導体基板10はN型である。半導体基板10の下面にはドレイン電極24が形成されている。ドレイン電極24はアルミニウム等の金属で形成されている。半導体基板10はMOSトランジスタのドレイン領域として機能してよい。 In this example, the semiconductor substrate 10 is N-type. A drain electrode 24 is formed on the underside of the semiconductor substrate 10. The drain electrode 24 is made of a metal such as aluminum. The semiconductor substrate 10 may function as the drain region of a MOS transistor.

ドリフト層16は、半導体基板10の上方に設けられる。本例のドリフト層16は、半導体基板10の上面に積層されている。ドリフト層16は、ガリウムおよび窒素を含む。ドリフト層16の材料は、半導体基板10と同一であってよい。ドリフト層16は、エピタキシャル成長により形成されてよい。本例のドリフト層16は、半導体基板10よりもドーピング濃度が低いN-型である。 The drift layer 16 is provided above the semiconductor substrate 10. In this example, the drift layer 16 is stacked on the upper surface of the semiconductor substrate 10. The drift layer 16 contains gallium and nitrogen. The material of the drift layer 16 may be the same as that of the semiconductor substrate 10. The drift layer 16 may be formed by epitaxial growth. In this example, the drift layer 16 is N-type, with a lower doping concentration than the semiconductor substrate 10.

活性部80において、ドリフト層16の上面にはP型のベース領域14およびN+型のソース領域12が配置されている。ソース領域12のドーピング濃度は、ドリフト層16よりも高い。ソース領域12は、ベース領域14に囲まれていてよい。ベース領域14は、ドリフト層16の上面において、ソース領域12とドリフト層16に挟まれた部分を有する。当該部分にチャネルが形成されることで、ソース領域12とドリフト層16との間で電流が流れる。 In the active section 80, a P-type base region 14 and an N+-type source region 12 are disposed on the upper surface of the drift layer 16. The doping concentration of the source region 12 is higher than that of the drift layer 16. The source region 12 may be surrounded by the base region 14. The base region 14 has a portion on the upper surface of the drift layer 16 that is sandwiched between the source region 12 and the drift layer 16. A channel is formed in this portion, allowing current to flow between the source region 12 and the drift layer 16.

耐圧構造部90において、ドリフト層16の上面にはP型のガードリング20が配置されている。ガードリング20は、活性部80と半導体基板10の端辺102との間に複数配置されてよい。 In the breakdown voltage structure 90, a P-type guard ring 20 is disposed on the upper surface of the drift layer 16. Multiple guard rings 20 may be disposed between the active portion 80 and the edge 102 of the semiconductor substrate 10.

活性部80および耐圧構造部90の間において、ドリフト層16の上面にはP型のウェル領域18が露出している。ウェル領域18は、ベース領域14よりも深くまで設けられてよく、ベース領域14と同一の深さまで設けられてもよい。上面視においてウェル領域18が設けられた範囲を、分離領域85と称する。本例の分離領域85は、活性部80を囲んでいる。ゲートパッド50および第1ゲート配線52は分離領域85に設けられてよい。ウェル領域18の活性部80側の端部を、活性部80と分離領域85との境界としてよい。ウェル領域18の耐圧構造部90側の端部を、耐圧構造部90と分離領域85との境界としてよい。 A P-type well region 18 is exposed on the upper surface of the drift layer 16 between the active portion 80 and the breakdown voltage structure portion 90. The well region 18 may be provided deeper than the base region 14, or may be provided to the same depth as the base region 14. The area in which the well region 18 is provided in a top view is referred to as an isolation region 85. In this example, the isolation region 85 surrounds the active portion 80. The gate pad 50 and first gate wiring 52 may be provided in the isolation region 85. The end of the well region 18 on the active portion 80 side may be the boundary between the active portion 80 and the isolation region 85. The end of the well region 18 on the breakdown voltage structure portion 90 side may be the boundary between the breakdown voltage structure portion 90 and the isolation region 85.

活性部80におけるドリフト層16の上面は、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38で覆われている。ゲート絶縁膜39は、シリコンの酸化膜または窒化膜であってよく、アルミニウムの酸化膜であってもよい。ソースパッド60は、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38に設けられたコンタクトホール61を通って、ソース領域12と接続する。 The upper surface of the drift layer 16 in the active portion 80 is covered with a gate insulating film 39 and an interlayer insulating film 38. The gate insulating film 39 may be a silicon oxide film or nitride film, or an aluminum oxide film. The source pad 60 is connected to the source region 12 through a contact hole 61 provided in the gate insulating film 39 and the interlayer insulating film 38.

ゲート電極56は、ドリフト層16の上方に配置されている。ゲート電極56とドリフト層16の間にはゲート絶縁膜39が設けられている。ゲート電極56は、例えば不純物が添加されたポリシリコンで形成される。ゲート電極56は、アルミニウム等の金属で形成されてもよい。ゲート電極56は第1ゲート配線52またはゲートパッド50と電気的に接続されている。ゲート電極56は、ソース領域12とドリフト層16に挟まれたベース領域14の部分の上方に配置されている。ゲート電極56にゲート電圧が印加されることで、ベース領域14の当該部分の表層がN型に反転してチャネルが形成される。 The gate electrode 56 is disposed above the drift layer 16. A gate insulating film 39 is provided between the gate electrode 56 and the drift layer 16. The gate electrode 56 is formed, for example, from polysilicon doped with impurities. The gate electrode 56 may also be formed from a metal such as aluminum. The gate electrode 56 is electrically connected to the first gate wiring 52 or the gate pad 50. The gate electrode 56 is disposed above a portion of the base region 14 that is sandwiched between the source region 12 and the drift layer 16. When a gate voltage is applied to the gate electrode 56, the surface layer of that portion of the base region 14 is inverted to N-type, forming a channel.

耐圧構造部90におけるドリフト層16の上面は、フィールド絶縁膜40、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38の少なくともいずれかの絶縁膜により覆われている。図2の例では、ドリフト層16の上面には、フィールド絶縁膜40、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38の3層が積層されている。フィールド絶縁膜40は、シリコンの酸化膜または窒化膜であってよく、アルミニウムの酸化膜であってもよい。ゲート絶縁膜39は、フィールド絶縁膜40の上に形成されてよい。層間絶縁膜38はゲート絶縁膜39の上に形成されてよい。 The upper surface of the drift layer 16 in the breakdown voltage structure 90 is covered with at least one of the following insulating films: a field insulating film 40, a gate insulating film 39, and an interlayer insulating film 38. In the example of FIG. 2, three layers, namely, a field insulating film 40, a gate insulating film 39, and an interlayer insulating film 38, are stacked on the upper surface of the drift layer 16. The field insulating film 40 may be a silicon oxide film or a silicon nitride film, or may be an aluminum oxide film. The gate insulating film 39 may be formed on the field insulating film 40. The interlayer insulating film 38 may be formed on the gate insulating film 39.

分離領域85におけるドリフト層16の上面は、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38で覆われている。ソースパッド60は、ゲート絶縁膜39および層間絶縁膜38に設けられたコンタクトホールを通って、ウェル領域18と接続してよい。 The upper surface of the drift layer 16 in the isolation region 85 is covered with the gate insulating film 39 and the interlayer insulating film 38. The source pad 60 may be connected to the well region 18 through contact holes provided in the gate insulating film 39 and the interlayer insulating film 38.

第1ゲート配線52は、ドリフト層16の上方に設けられる。本例の第1ゲート配線52は、ドリフト層16に形成されたウェル領域18の上方に配置されている。本例の第1ゲート配線52は、層間絶縁膜38によりウェル領域18と絶縁される。つまり層間絶縁膜38の少なくとも一部は、第1ゲート配線52とウェル領域18との間に設けられている。 The first gate wiring 52 is provided above the drift layer 16. In this example, the first gate wiring 52 is disposed above a well region 18 formed in the drift layer 16. In this example, the first gate wiring 52 is insulated from the well region 18 by an interlayer insulating film 38. In other words, at least a portion of the interlayer insulating film 38 is provided between the first gate wiring 52 and the well region 18.

第1ゲート配線52とドリフト層16との間には、第2ゲート配線54が設けられてよい。第2ゲート配線54は、例えば不純物が添加されたポリシリコンで形成されている。第2ゲート配線54は、第1ゲート配線52およびゲートパッド50に沿って設けられ、活性部80を囲んでよい。第1ゲート配線52と第2ゲート配線54との間には層間絶縁膜38等の絶縁層が設けられる。ただし当該絶縁層に設けられたコンタクトホールを介して、第1ゲート配線52および第2ゲート配線54が接続する。当該コンタクトホールも第2ゲート配線54に沿って設けられ、活性部80を囲んでよい。第2ゲート配線54はウェル領域18の上方に配置されている。第2ゲート配線54とウェル領域18との間には、ゲート絶縁膜39およびフィールド絶縁膜40の少なくとも一方が設けられてよい。 A second gate wiring 54 may be provided between the first gate wiring 52 and the drift layer 16. The second gate wiring 54 is formed, for example, of polysilicon doped with impurities. The second gate wiring 54 may be provided along the first gate wiring 52 and the gate pad 50 and surround the active portion 80. An insulating layer such as an interlayer insulating film 38 is provided between the first gate wiring 52 and the second gate wiring 54. However, the first gate wiring 52 and the second gate wiring 54 are connected via a contact hole provided in the insulating layer. The contact hole may also be provided along the second gate wiring 54 and surround the active portion 80. The second gate wiring 54 is disposed above the well region 18. At least one of a gate insulating film 39 and a field insulating film 40 may be provided between the second gate wiring 54 and the well region 18.

金属層70は、第1ゲート配線52の下方において、層間絶縁膜38とウェル領域18との間に設けられる。金属層70は、上面視において第1ゲート配線52と重ならない部分を有してもよい。本例の金属層70は、第1ゲート配線52よりも活性部80側に延伸して設けられている。 The metal layer 70 is provided below the first gate wiring 52, between the interlayer insulating film 38 and the well region 18. The metal layer 70 may have a portion that does not overlap with the first gate wiring 52 in a top view. In this example, the metal layer 70 is provided extending toward the active section 80 beyond the first gate wiring 52.

金属層70は、ウェル領域18とオーミック接触する。オーミック接触とは、当該接触部分に電流および電圧を印加したときの電流-電圧特性が線形を示す(すなわち抵抗値が電圧または電流によらずほぼ一定である)ことをいう。金属層70は、ウェル領域18と接触する部分にニッケルおよびパラジウムの少なくとも一方を含んでよい。金属層70は、ウェル領域18と接触する部分にチタンを含んでよく、窒化チタンを含んでもよい。金属層70は、白金(Pt)および金(Au)の少なくとも一方を含んでもよい。金属層70は、これらの金属または合金の単層であってよく、積層構造であってもよい。金属層70とウェル領域18との間の接触抵抗が、0.1Ωcm以下の場合をオーミック接触としてよく、0.01Ωcm以下の場合をオーミック接触としてよく、0.005Ωcm以下の場合をオーミック接触としてもよい。 The metal layer 70 is in ohmic contact with the well region 18. Ohmic contact refers to a state in which the current-voltage characteristics are linear when a current and a voltage are applied to the contact portion (i.e., the resistance value is approximately constant regardless of the voltage or current). The metal layer 70 may contain at least one of nickel and palladium in the portion in contact with the well region 18. The metal layer 70 may contain titanium or titanium nitride in the portion in contact with the well region 18. The metal layer 70 may contain at least one of platinum (Pt) and gold (Au). The metal layer 70 may be a single layer of these metals or alloys, or may have a laminated structure. An ohmic contact may be defined when the contact resistance between the metal layer 70 and the well region 18 is 0.1 Ωcm² or less, 0.01 Ωcm² or less, or 0.005 Ωcm² or less.

ウェル領域18のドーピング濃度は、1×1017/cm以上であってよく、1×1018/cm以上であってもよい。ウェル領域18のドーピング濃度を高めることによっても、接触抵抗を低くできる。ウェル領域18の金属層70と接触する部分のドーピング濃度は、1×1019/cm以上であってよい。当該部分のドーピング濃度は、1×1020/cm以上であってもよい。ウェル領域18のドーピング濃度は、1×1021/cm以下であってよい。 The doping concentration of the well region 18 may be 1×10 17 /cm 3 or more, or may be 1×10 18 /cm 3 or more. Increasing the doping concentration of the well region 18 also reduces the contact resistance. The doping concentration of the portion of the well region 18 that contacts the metal layer 70 may be 1×10 19 /cm 3 or more. The doping concentration of this portion may be 1×10 20 /cm 3 or more. The doping concentration of the well region 18 may be 1×10 21 /cm 3 or less.

活性部80に設けたMOSトランジスタをオンからオフに遷移させると、ドレイン電極24の電圧が急上昇する。この場合、ウェル領域18と半導体基板10の間の空乏層容量を介して、ウェル領域18と半導体基板10の両方に変位電流が流れる。変位電流の大きさは、ソースドレイン間電圧の時間変化率(dV/dt)に比例する。このため、半導体装置100のスイッチング動作の高速化が進むほど、大きな変位電流が流れる。 When the MOS transistor provided in the active portion 80 transitions from on to off, the voltage of the drain electrode 24 rises sharply. In this case, a displacement current flows in both the well region 18 and the semiconductor substrate 10 via the depletion layer capacitance between the well region 18 and the semiconductor substrate 10. The magnitude of the displacement current is proportional to the rate of change of the source-drain voltage over time (dV/dt). Therefore, the faster the switching operation of the semiconductor device 100, the larger the displacement current that flows.

ウェル領域18に到達した変位電流の正孔キャリアは、ドリフト層16の上面と平行な方向においてウェル領域18を移動して、ソースパッド60に流れる。このためウェル領域18の電位は、ウェル領域18における抵抗と変位電流の大きさに応じて上昇する。ウェル領域18の電位が上昇すると、第1ゲート配線52(または第2ゲート配線54)との電位差が大きくなり、大きな電圧がフィールド絶縁膜40およびゲート絶縁膜39等の絶縁膜に印加される。このため、ウェル領域18の抵抗が大きいと、ウェル領域18における電位の変動が大きくなり、フィールド絶縁膜40およびゲート絶縁膜39等の絶縁膜に大きな電圧が印加されて絶縁破壊される場合がある。 The hole carriers of the displacement current that reach the well region 18 move through the well region 18 in a direction parallel to the top surface of the drift layer 16 and flow to the source pad 60. As a result, the potential of the well region 18 rises in accordance with the resistance in the well region 18 and the magnitude of the displacement current. When the potential of the well region 18 rises, the potential difference with the first gate wiring 52 (or second gate wiring 54) increases, and a large voltage is applied to insulating films such as the field insulating film 40 and gate insulating film 39. Therefore, if the resistance of the well region 18 is high, the potential fluctuation in the well region 18 increases, and a large voltage is applied to insulating films such as the field insulating film 40 and gate insulating film 39, which may cause dielectric breakdown.

本例の半導体装置100においては、ウェル領域18とオーミック接触する金属層70を設けている。金属層70のシート抵抗は、ウェル領域18のシート抵抗よりも小さい。金属層70を設けることで、ウェル領域18に到達した正孔キャリアの少なくとも一部が、金属層70内を移動する。このため、ウェル領域18の実効的なシート抵抗を下げることができ、ウェル領域18における電位変動を抑制できる。このため、フィールド絶縁膜40およびゲート絶縁膜39等の絶縁膜の絶縁破壊を抑制できる。 In the semiconductor device 100 of this example, a metal layer 70 is provided in ohmic contact with the well region 18. The sheet resistance of the metal layer 70 is smaller than the sheet resistance of the well region 18. By providing the metal layer 70, at least a portion of the hole carriers that reach the well region 18 move within the metal layer 70. This reduces the effective sheet resistance of the well region 18, and suppresses potential fluctuations in the well region 18. This prevents dielectric breakdown of insulating films such as the field insulating film 40 and gate insulating film 39.

金属層70は、X軸方向において、第1ゲート配線52の幅の半分以上と重なるように配置されてよい。金属層70は、X軸方向において、第1ゲート配線52の全体と重なるように配置されてもよい。なお重なるとは、上面視における位置が重なることを指す。 The metal layer 70 may be arranged so as to overlap with at least half the width of the first gate wiring 52 in the X-axis direction. The metal layer 70 may be arranged so as to overlap with the entire first gate wiring 52 in the X-axis direction. Note that "overlapping" refers to overlapping in position when viewed from above.

ソースパッド60をウェル領域18に接続するコンタクトホール62のX軸方向の端部の位置をX1とする。位置X1は、コンタクトホール62の端部のうち、耐圧構造部90に最も近い端部の位置である。第1ゲート配線52のX軸方向の端部のうち、最も活性部80に近い端部の位置をX2とする。金属層70は、X軸方向において、位置X2から位置X1までの領域の半分以上に設けられてよく、全体に設けられてもよい。金属層70は、ソースパッド60と直接接続していてもよい。この場合、金属層70の電位を固定できる。また、ウェル領域18の実効的なシート抵抗を低減して、ウェル領域18における電位変動を抑制できる。金属層70はソースパッド60と接続していなくてもよい。金属層70は、電極または配線と接続せずに、電気的にフローティングであってもよい。この場合でも、金属層70を設けることで、ウェル領域18の実効的なシート抵抗を低減して、ウェル領域18における電位変動を抑制できる。 The position of the X-axis end of the contact hole 62 connecting the source pad 60 to the well region 18 is designated X1. Position X1 is the position of the end of the contact hole 62 closest to the breakdown voltage structure 90. The position of the end of the first gate wiring 52 closest to the active portion 80 in the X-axis direction is designated X2. The metal layer 70 may be provided over more than half of the region from position X2 to position X1 in the X-axis direction, or may be provided over the entire region. The metal layer 70 may be directly connected to the source pad 60. In this case, the potential of the metal layer 70 can be fixed. Furthermore, the effective sheet resistance of the well region 18 can be reduced, thereby suppressing potential fluctuations in the well region 18. The metal layer 70 does not have to be connected to the source pad 60. The metal layer 70 may be electrically floating, without being connected to an electrode or wiring. Even in this case, providing the metal layer 70 reduces the effective sheet resistance of the well region 18 and suppresses potential fluctuations in the well region 18.

金属層70は、正孔キャリアがXY面内で移動できる程度の厚みを有していればよい。本明細書において厚みとは、Z軸方向の長さを指す。金属層70は、1nm以上の厚みを有してよい。金属層70の厚みは、10nm以上であってもよい。金属層70の厚みが大きすぎると、ドリフト層16の上方における平坦性が劣化する。金属層70の厚みは500nm以下であってよく、300nm以下であってよく、100nm以下であってよく、50nm以下であってよく、10nm以下であってもよい。金属層70の厚みは、フィールド絶縁膜40の厚みより小さくてよく、層間絶縁膜38の厚みより小さくてもよい。これにより、ドリフト層16の上方における平坦性の劣化を抑制できる。金属層70は、全体がウェル領域18の上に形成されてよく、少なくとも一部がウェル領域18に埋め込まれていてもよい。一例としてフィールド絶縁膜40の厚みは200nm~800nmであり、層間絶縁膜38の厚みは500nm~2000nmであり、ゲート絶縁膜39の厚みは50nm~200nmであり、ウェル領域18の厚みは300nm~1000nmであり、ソースパッド60および第1ゲート配線52の厚みは3μm~5μmである。 The metal layer 70 only needs to be thick enough to allow hole carriers to move in the XY plane. In this specification, "thickness" refers to the length in the Z-axis direction. The metal layer 70 may have a thickness of 1 nm or more. The thickness of the metal layer 70 may be 10 nm or more. If the metal layer 70 is too thick, the flatness above the drift layer 16 will deteriorate. The thickness of the metal layer 70 may be 500 nm or less, 300 nm or less, 100 nm or less, 50 nm or less, or 10 nm or less. The thickness of the metal layer 70 may be smaller than the thickness of the field insulating film 40 and may be smaller than the thickness of the interlayer insulating film 38. This prevents the flatness above the drift layer 16 from deteriorating. The metal layer 70 may be entirely formed on the well region 18, or at least partially embedded in the well region 18. As an example, the thickness of the field insulating film 40 is 200 nm to 800 nm, the thickness of the interlayer insulating film 38 is 500 nm to 2000 nm, the thickness of the gate insulating film 39 is 50 nm to 200 nm, the thickness of the well region 18 is 300 nm to 1000 nm, and the thickness of the source pad 60 and first gate wiring 52 is 3 μm to 5 μm.

上面視において、金属層70は、第2ゲート配線54とは重ならない範囲に設けられてよい。本例における第2ゲート配線54はフィールド絶縁膜40の上方に配置され、金属層70はフィールド絶縁膜40が設けられていない領域に配置されている。 When viewed from above, the metal layer 70 may be provided in an area that does not overlap with the second gate wiring 54. In this example, the second gate wiring 54 is disposed above the field insulating film 40, and the metal layer 70 is disposed in an area where the field insulating film 40 is not provided.

図3は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、図2に示した構成に加えて高濃度領域19を更に備える。高濃度領域19以外の構成は図1および図2において説明した例と同様である。 Figure 3 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example further includes a high-concentration region 19 in addition to the configuration shown in Figure 2. The configuration other than the high-concentration region 19 is the same as the example described in Figures 1 and 2.

高濃度領域19は、ウェル領域18の一部である。高濃度領域19は、金属層70と接触しており、且つ、ウェル領域18の他の部分よりもドーピング濃度が高い領域である。高濃度領域19のドーピング濃度は、1×1019/cm以上であってよい。高濃度領域19以外のウェル領域18のドーピング濃度は、1×1018/cm以下であってよい。 The high concentration region 19 is a part of the well region 18. The high concentration region 19 is in contact with the metal layer 70 and has a higher doping concentration than other parts of the well region 18. The doping concentration of the high concentration region 19 may be 1×10 19 /cm 3 or more. The doping concentration of the well region 18 other than the high concentration region 19 may be 1×10 18 /cm 3 or less.

当該断面において、高濃度領域19は、金属層70と接触するウェル領域18の半分以上に設けられてよく、全体に設けられてもよい。高濃度領域19は、ウェル領域18の表面の全体に設けられてもよい。高濃度領域19は、ソースパッド60と接触していてもよい。 In this cross section, the high concentration region 19 may be provided in more than half of the well region 18 that contacts the metal layer 70, or may be provided in the entire well region 18. The high concentration region 19 may be provided over the entire surface of the well region 18. The high concentration region 19 may be in contact with the source pad 60.

図4は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、図3に示した構成における高濃度領域19が設けられる範囲が異なる。高濃度領域19以外の構成は図1から図3において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 4 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the configuration shown in Figure 3 in the range in which the high concentration region 19 is provided. The configuration other than the high concentration region 19 is the same as any of the examples described in Figures 1 to 3.

本例のウェル領域18は、上面視において金属層70と重ならない部分22を有する。本例の高濃度領域19の少なくとも一部は、部分22に配置されている。高濃度領域19は、部分22の全体に設けられてよい。このような構成により、ウェル領域18の上面には、金属層70および高濃度領域19の少なくとも一方が設けられる。このため、ウェル領域18の全体に渡って、シート抵抗を小さくできる。高濃度領域19は、ソースパッド60と接続していてもよい。図4に示すように高濃度領域19は、ウェル領域18の上面の全体に設けられてもよい。 In this example, the well region 18 has a portion 22 that does not overlap with the metal layer 70 in a top view. At least a portion of the high-concentration region 19 in this example is located in portion 22. The high-concentration region 19 may be provided over the entire portion 22. With this configuration, at least one of the metal layer 70 and the high-concentration region 19 is provided on the upper surface of the well region 18. This reduces the sheet resistance over the entire well region 18. The high-concentration region 19 may be connected to the source pad 60. As shown in FIG. 4, the high-concentration region 19 may be provided over the entire upper surface of the well region 18.

図5は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、金属層70が設けられる範囲が、図1から図4において説明した例と相違する。金属層70以外の構造は、図1から図4において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 5 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples described in Figures 1 to 4 in the range in which the metal layer 70 is provided. The structure other than the metal layer 70 is the same as any of the examples described in Figures 1 to 4.

本例の金属層70は、ソースパッド60と接続していない。金属層70とソースパッド60の間には、層間絶縁膜38が設けられてよい。本例の場合でも、金属層70は、X軸方向において、位置X2から位置X1までの領域の半分以上に設けられてよく、全体に設けられてもよい。 In this example, the metal layer 70 is not connected to the source pad 60. An interlayer insulating film 38 may be provided between the metal layer 70 and the source pad 60. Even in this example, the metal layer 70 may be provided over more than half of the region from position X2 to position X1 in the X-axis direction, or may be provided over the entire region.

図6は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、金属層70の構造が、図1から図5において説明した例と相違する。金属層70以外の構造は、図1から図5において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 6 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples described in Figures 1 to 5 in the structure of the metal layer 70. The structure other than the metal layer 70 is the same as any of the examples described in Figures 1 to 5.

本例では、活性部80と耐圧構造部90とを結ぶ方向において、複数の金属層70が間隔を有して配置されている。活性部80と耐圧構造部90とを結ぶ方向とは、例えば半導体基板10の端辺102と直交するX軸方向またはY軸方向である。活性部80と耐圧構造部90とを結ぶ方向において、複数の金属層70が設けられる範囲は、図1から図5において説明したいずれかの金属層70の範囲と同様である。図6の例では、ソースパッド60と接する位置から、フィールド絶縁膜40と接する位置まで、所定の間隔で金属層70が設けられている。 In this example, multiple metal layers 70 are arranged at intervals in the direction connecting the active section 80 and the breakdown voltage structure section 90. The direction connecting the active section 80 and the breakdown voltage structure section 90 is, for example, the X-axis direction or the Y-axis direction perpendicular to the edge 102 of the semiconductor substrate 10. In the direction connecting the active section 80 and the breakdown voltage structure section 90, the range in which the multiple metal layers 70 are provided is the same as the range of any of the metal layers 70 described in Figures 1 to 5. In the example of Figure 6, the metal layers 70 are provided at predetermined intervals from the position in contact with the source pad 60 to the position in contact with the field insulating film 40.

ウェル領域18の表面には、絶縁膜の成膜時における界面ダメージ等の要因で、欠陥が多く形成されやすい。このため、ウェル領域18の表面は、活性部80から耐圧構造部90に向かう方向における電流のリークパスになりやすい。金属層70が活性部80から耐圧構造部90に向かう方向において連続して形成されていると、電流のリークが助長される場合がある。 The surface of the well region 18 is prone to numerous defects due to factors such as interface damage during the formation of the insulating film. Therefore, the surface of the well region 18 is prone to becoming a leakage path for current in the direction from the active section 80 toward the breakdown voltage structure section 90. If the metal layer 70 is formed continuously in the direction from the active section 80 toward the breakdown voltage structure section 90, current leakage may be accelerated.

本例によれば、活性部80から耐圧構造部90に向かう方向において金属層70が分離しているので、金属層70による電流リークの助長を抑制できる。当該方向において2つ以上の金属層70が設けられてよく、3つ以上の金属層70が設けられてもよい。最も活性部80側に配置された金属層70は、ソースパッド60と接続してよく、接続しなくてもよい。 In this example, the metal layers 70 are separated in the direction from the active section 80 toward the breakdown voltage structure section 90, thereby preventing current leakage caused by the metal layers 70. Two or more metal layers 70 may be provided in this direction, or three or more metal layers 70 may be provided. The metal layer 70 arranged closest to the active section 80 may or may not be connected to the source pad 60.

それぞれの金属層70は、互いに電気的に分離していてよい。他の例では、半導体装置100は、ウェル領域18の表面とは離れた位置で、それぞれの金属層70を電気的に接続する接続部を有してよい。この場合、それぞれの金属層70の電位を同一にできる。 The metal layers 70 may be electrically isolated from each other. In another example, the semiconductor device 100 may have a connection portion that electrically connects the metal layers 70 at a position away from the surface of the well region 18. In this case, the potential of the metal layers 70 can be the same.

それぞれの金属層70の間隔は一定であってよく、一定でなくてもよい。活性部80から耐圧構造部90に向かう方向において、金属層70どうしの距離は、一つの金属層70の幅より小さくてよい。金属層70どうしの距離は、一つの金属層70の幅の半分以下であってよく、10%以下であってもよい。金属層70どうしの距離は、1μm以上であってよく、5μm以上であってよく、10μm以上であってもよい。金属層70どうしの距離は、50μm以下であってよい。また、上面視における位置によって、金属層70の間隔および幅を変更してもよい。例えば電流リークが流れやすい場所では、他の場所に比べて金属層70の間隔を大きくしてよい。 The spacing between each metal layer 70 may or may not be constant. In the direction from the active section 80 toward the breakdown voltage structure section 90, the distance between the metal layers 70 may be smaller than the width of one metal layer 70. The distance between the metal layers 70 may be less than half the width of one metal layer 70, or may be less than 10%. The distance between the metal layers 70 may be 1 μm or more, 5 μm or more, or 10 μm or more. The distance between the metal layers 70 may be 50 μm or less. The spacing and width of the metal layers 70 may also be changed depending on the position when viewed from above. For example, the spacing between the metal layers 70 may be larger in areas where current leakage is likely to occur than in other areas.

図7は、図6の例に係る金属層70の上面視における配置例を示す図である。図7においては、金属層70を太線または黒で塗りつぶした矩形で示している。図7に示すように、2つ以上の金属層70が、活性部80を囲むように設けられている。またゲートパッド50と重なる領域では、X軸方向およびY軸方向の両方において、金属層70が所定の間隔で配置されている。 Figure 7 is a diagram showing an example of the arrangement of the metal layer 70 in the example of Figure 6 when viewed from above. In Figure 7, the metal layer 70 is shown by a thick line or a filled-in black rectangle. As shown in Figure 7, two or more metal layers 70 are provided to surround the active section 80. In addition, in the region overlapping with the gate pad 50, the metal layers 70 are arranged at predetermined intervals in both the X-axis direction and the Y-axis direction.

上述したように、上面視における位置によって、活性部80を囲む金属層70どうしの距離が異なっていてもよい。半導体基板10は角部11、領域Bおよび領域Cを有する。角部11は、上面視における半導体基板10の頂点である。領域Bは角部11の近傍の分離領域85である。領域Cは領域Bよりも角部11との距離が大きい分離領域85である。領域Bにおける金属層70どうしの距離は、領域Cにおける金属層70どうしの距離よりも大きくてよい。角部11の近傍においてはリーク電流が発生しやすいが、当該構成により角部11の近傍におけるリーク電流を抑制できる。 As described above, the distance between the metal layers 70 surrounding the active portion 80 may vary depending on the position when viewed from above. The semiconductor substrate 10 has a corner 11, a region B, and a region C. The corner 11 is the vertex of the semiconductor substrate 10 when viewed from above. Region B is an isolation region 85 near the corner 11. Region C is an isolation region 85 that is further away from the corner 11 than region B. The distance between the metal layers 70 in region B may be greater than the distance between the metal layers 70 in region C. Leakage current is likely to occur near the corner 11, but this configuration can suppress the leakage current near the corner 11.

図8は、半導体装置100のB-B断面の一例を示す図である。B-B断面は、A-A断面から活性部80を除外した断面である。本例の半導体装置100は、図1から図7において説明した半導体装置100の構成に加え、ウェル領域18に接続するソース接続部66を更に備える。ソース接続部66は、ソースパッド60と電気的に接続された導電部材である。ソース接続部66は、ソースパッド60と同一の材料で形成されてよい。 Figure 8 is a diagram showing an example of the B-B cross section of the semiconductor device 100. The B-B cross section is a cross section obtained by excluding the active portion 80 from the A-A cross section. In addition to the configuration of the semiconductor device 100 described in Figures 1 to 7, the semiconductor device 100 of this example further includes a source connection portion 66 connected to the well region 18. The source connection portion 66 is a conductive member electrically connected to the source pad 60. The source connection portion 66 may be formed from the same material as the source pad 60.

ソース接続部66は、上面視において金属層70よりも耐圧構造部90側に設けられる。本例のソース接続部66は、層間絶縁膜38、ゲート絶縁膜39およびフィールド絶縁膜40を貫通するコンタクトホール64により、ウェル領域18と接続する。金属層70の両側においてウェル領域18をソースパッド60と電気的に接続することで、ウェル領域18の電位上昇を抑制できる。 The source connection portion 66 is located closer to the breakdown voltage structure portion 90 than the metal layer 70 when viewed from above. In this example, the source connection portion 66 is connected to the well region 18 via a contact hole 64 that penetrates the interlayer insulating film 38, gate insulating film 39, and field insulating film 40. By electrically connecting the well region 18 to the source pad 60 on both sides of the metal layer 70, it is possible to suppress a rise in the potential of the well region 18.

ウェル領域18をX方向に正孔が移動する距離が長いほど、ウェル領域18の電位が上昇する。本例では、コンタクトホール62とコンタクトホール64との間の中央のウェル領域18に到達した正孔が、コンタクトホール62またはコンタクトホール64に向かってウェル領域18中を移動する場合に、正孔の移動距離が最も長くなる。このため、コンタクトホール62とコンタクトホール64との間の中央のウェル領域18の電位が比較的に上昇しやすい。金属層70は、コンタクトホール62とコンタクトホール64との間の中央を含む範囲に設けられてよい。 The longer the distance that holes travel in the X direction through the well region 18, the higher the potential of the well region 18. In this example, the distance traveled by holes that reach the well region 18 in the center between the contact holes 62 and 64 is the longest when they travel through the well region 18 toward the contact hole 62 or the contact hole 64. For this reason, the potential of the well region 18 in the center between the contact holes 62 and 64 is relatively likely to rise. The metal layer 70 may be provided in a range that includes the center between the contact holes 62 and 64.

金属層70は、ソース接続部66に接続していてもよい。図8に示すように金属層70とソース接続部66とが分離している場合、金属層70とソース接続部66との間には高濃度領域19が設けられてもよい。高濃度領域19は、金属層70とソース接続部66の両方と接続していてよい。 The metal layer 70 may be connected to the source connection portion 66. When the metal layer 70 and the source connection portion 66 are separated as shown in FIG. 8, a high concentration region 19 may be provided between the metal layer 70 and the source connection portion 66. The high concentration region 19 may be connected to both the metal layer 70 and the source connection portion 66.

図9は、上面視におけるソース接続部66の配置例を示す図である。図9においては、半導体基板10、活性部80、ソースパッド60、ゲートパッド50、第1ゲート配線52、ソース接続部66および層間絶縁膜38を示し、他の構成を省略している。 Figure 9 shows an example of the arrangement of the source connection portion 66 when viewed from above. Figure 9 shows the semiconductor substrate 10, active portion 80, source pad 60, gate pad 50, first gate wiring 52, source connection portion 66, and interlayer insulating film 38, and omits other components.

ソース接続部66は、ゲートパッド50および第1ゲート配線52の外側において、活性部80を囲んでいる。本例の第1ゲート配線52は、第1ゲート配線52が囲む内側の領域(ソースパッド60が設けられた領域)と、第1ゲート配線52の外側の領域(ソース接続部66が設けられた領域)とを接続する間隙53を有する。つまり本例の第1ゲート配線52は、間隙53において途切れている。ソース接続部66は、間隙53を通ってソースパッド60に接続する。このような構成によりソース接続部66をソースパッド60と同電位にできる。間隙53は1つだけ設けられてよい。 The source connection portion 66 surrounds the active portion 80 outside the gate pad 50 and the first gate wiring 52. In this example, the first gate wiring 52 has a gap 53 that connects the inner region surrounded by the first gate wiring 52 (the region where the source pad 60 is provided) with the outer region of the first gate wiring 52 (the region where the source connection portion 66 is provided). In other words, in this example, the first gate wiring 52 is interrupted at the gap 53. The source connection portion 66 connects to the source pad 60 through the gap 53. With this configuration, the source connection portion 66 can be at the same potential as the source pad 60. Only one gap 53 may be provided.

図10は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、コンタクトホール61、コンタクトホール62、および、コンタクトホール63を備える。他の構造は、図1から図9において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 10 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example has contact holes 61, 62, and 63. The other structures are the same as any of the examples described in Figures 1 to 9.

コンタクトホール62は、第1ゲート配線52よりもソースパッド60側において、層間絶縁膜38を貫通して設けられる。コンタクトホール62は、ソースパッド60と金属層70とを接続する。本例のコンタクトホール62の底面には、ウェル領域18は露出していないが、ウェル領域18が部分的に露出していてもよい。本例では、コンタクトホール62の底面の全体に金属層70が露出する。コンタクトホール62は、第1コンタクトホールの一例である。コンタクトホール62は、上面視において活性部80を囲んでいてよい。 The contact hole 62 is provided through the interlayer insulating film 38, closer to the source pad 60 than the first gate wiring 52. The contact hole 62 connects the source pad 60 and the metal layer 70. In this example, the well region 18 is not exposed at the bottom of the contact hole 62, but the well region 18 may be partially exposed. In this example, the metal layer 70 is exposed over the entire bottom surface of the contact hole 62. The contact hole 62 is an example of a first contact hole. The contact hole 62 may surround the active portion 80 in a top view.

本例のコンタクトホール61およびコンタクトホール63は、層間絶縁膜38およびゲート絶縁膜39を貫通して設けられる。コンタクトホール61は、ソースパッド60とソース領域12とを接続する。コンタクトホール63は、ソースパッド60とウェル領域18とを接続する。コンタクトホール63には、金属層70が露出していない。コンタクトホール61およびコンタクトホール63は第2コンタクトホールの一例である。 In this example, contact holes 61 and 63 are provided through interlayer insulating film 38 and gate insulating film 39. Contact hole 61 connects source pad 60 to source region 12. Contact hole 63 connects source pad 60 to well region 18. Metal layer 70 is not exposed in contact hole 63. Contact holes 61 and 63 are examples of second contact holes.

コンタクトホール61およびコンタクトホール63は、ドライエッチングで形成されてよい。コンタクトホール61およびコンタクトホール63は、比較的に厚い層間絶縁膜38を貫通する。半導体装置100を微細化すると、コンタクトホール61およびコンタクトホール63も微細化されるが、ウェットエッチングでは微細なコンタクトホールを形成することが困難である。 Contact holes 61 and 63 may be formed by dry etching. Contact holes 61 and 63 penetrate the relatively thick interlayer insulating film 38. When semiconductor device 100 is miniaturized, contact holes 61 and 63 are also miniaturized, but it is difficult to form fine contact holes using wet etching.

コンタクトホール62は、ウェットエッチングで形成されてよい。コンタクトホール62の底面には金属層70が露出する。このためドライエッチングでコンタクトホール62を形成すると、金属層70から不純物が飛散してエッチング装置が汚染される場合がある。ウェットエッチングで形成すると、コンタクトホールの開口幅は比較的に大きくなるが、第1ゲート配線52の近傍の領域は、活性部80の近傍の領域に比べて部材を配置する面積の余裕度が大きいので、コンタクトホール62をウェットエッチングで形成できる。 The contact holes 62 may be formed by wet etching. The metal layer 70 is exposed at the bottom of the contact holes 62. Therefore, if the contact holes 62 are formed by dry etching, impurities may be scattered from the metal layer 70, contaminating the etching equipment. When formed by wet etching, the opening width of the contact holes becomes relatively large, but the area near the first gate wiring 52 has a larger margin for arranging components than the area near the active section 80, so the contact holes 62 can be formed by wet etching.

コンタクトホール62の開口幅W2は、コンタクトホール61の開口幅W1より大きくてよい。コンタクトホール62の開口幅W2は、コンタクトホール63の開口幅W3より大きくてよい。それぞれの開口幅は、活性部80から耐圧構造部90に向かう方向(本例ではX軸方向)における幅である。開口幅は、層間絶縁膜38の上面で測定してよく、層間絶縁膜38の厚みの中央位置で測定してもよい。開口幅W2は、開口幅W1および開口幅W3のそれぞれに対して、1.5倍以上の大きさを有してよく、2倍以上の大きさを有してもよい。 The opening width W2 of contact hole 62 may be larger than the opening width W1 of contact hole 61. The opening width W2 of contact hole 62 may be larger than the opening width W3 of contact hole 63. Each opening width is the width in the direction from the active portion 80 toward the breakdown voltage structure portion 90 (in this example, the X-axis direction). The opening width may be measured on the top surface of the interlayer insulating film 38, or at the center position of the thickness of the interlayer insulating film 38. The opening width W2 may be 1.5 times or more larger than the opening width W1 and the opening width W3, or may be 2 times or more larger.

図11は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、第1ゲート配線52が設けられる範囲が、図1から図10の各例と相違する。他の構造は、図1から図10において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 11 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples shown in Figures 1 to 10 in the range in which the first gate wiring 52 is provided. The rest of the structure is the same as any of the examples described in Figures 1 to 10.

本例の第1ゲート配線52は、上面視において第2ゲート配線54よりも耐圧構造部90側に延伸して設けられている。図11の例では、第1ゲート配線52のX軸方向の端部位置X4は、第2ゲート配線54のX軸方向の端部位置X3よりも、耐圧構造部90に近い。位置X4において第1ゲート配線52の下方に配置されている絶縁膜(本例では層間絶縁膜38、ゲート絶縁膜39およびフィールド絶縁膜40)の厚みは、位置X3において第2ゲート配線54の下方に配置されている絶縁膜(本例ではゲート絶縁膜39およびフィールド絶縁膜40)の厚みより大きい。本例によれば、第1ゲート配線52の延伸部分にも電界が分散されるので、絶縁膜における電界集中を緩和できる。また、延伸部分の下方の絶縁膜が比較的に厚いので、当該部分の絶縁破壊を抑制できる。 In this example, the first gate wiring 52 extends closer to the breakdown voltage structure 90 than the second gate wiring 54 in a top view. In the example of FIG. 11 , end position X4 of the first gate wiring 52 in the X-axis direction is closer to the breakdown voltage structure 90 than end position X3 of the second gate wiring 54 in the X-axis direction. The thickness of the insulating films (interlayer insulating film 38, gate insulating film 39, and field insulating film 40 in this example) located below the first gate wiring 52 at position X4 is greater than the thickness of the insulating films (gate insulating film 39 and field insulating film 40 in this example) located below the second gate wiring 54 at position X3. In this example, the electric field is dispersed to the extending portion of the first gate wiring 52, thereby mitigating electric field concentration in the insulating film. Furthermore, because the insulating film below the extending portion is relatively thick, dielectric breakdown in that portion is suppressed.

位置X4は、ウェル領域18の上方に配置されてよく、ウェル領域18の端部の上方に配置されてよく、耐圧構造部90に配置されてもよい。第1ゲート配線52を延伸させるほど、電界集中を緩和できる。また、第1ゲート配線52の延伸長さ(位置X4と位置X3との距離)は、上面視の各位置において均一であってよく、異なっていてもよい。例えば図7に示した領域Bにおける第1ゲート配線52の延伸長さは、領域Cにおける第1ゲート配線52の延伸長さよりも大きくてよい。これにより電界が集中しやすい角部11の近傍において、電界集中を緩和できる。 Position X4 may be located above the well region 18, above the edge of the well region 18, or in the breakdown voltage structure 90. The longer the first gate wiring 52 is extended, the more electric field concentration can be alleviated. Furthermore, the extension length of the first gate wiring 52 (the distance between positions X4 and X3) may be uniform or may vary at each position when viewed from above. For example, the extension length of the first gate wiring 52 in region B shown in Figure 7 may be longer than the extension length of the first gate wiring 52 in region C. This allows electric field concentration to be alleviated near the corners 11 where electric fields tend to concentrate.

図12は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、ソース接続部65が設けられる点で、図1から図10の各例と相違する。他の構造は、図1から図10において説明したいずれかの例と同様である。本例のソース接続部65は、ウェル領域18に接続しない点で、図8および図9において説明したソース接続部66と相違する。他の点は、ソース接続部66と同様であってよい。例えばソース接続部65は、図8および図9において説明したソース接続部66と同様に、ソースパッド60と電気的に接続される。上面視におけるソース接続部65の配置は、図8および図9において説明したソース接続部66と同様であってよい。 Figure 12 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples of Figures 1 to 10 in that a source connection portion 65 is provided. The other structures are the same as any of the examples described in Figures 1 to 10. The source connection portion 65 of this example differs from the source connection portion 66 described in Figures 8 and 9 in that it is not connected to the well region 18. In other respects, it may be the same as the source connection portion 66. For example, the source connection portion 65 is electrically connected to the source pad 60, similar to the source connection portion 66 described in Figures 8 and 9. The arrangement of the source connection portion 65 in a top view may be the same as the source connection portion 66 described in Figures 8 and 9.

本例の第2ゲート配線54は、第1ゲート配線52よりも耐圧構造部90側に突出した突出部55を有する。ソース接続部65は、突出部55の上方に設けられる。ソース接続部65は、突出部55の耐圧構造部90側の端部を覆うように配置されてよい。このような構造により、第2ゲート配線54の端部近傍における電界集中を緩和できる。 In this example, the second gate wiring 54 has a protruding portion 55 that protrudes further toward the breakdown voltage structure 90 than the first gate wiring 52. The source connection portion 65 is provided above the protruding portion 55. The source connection portion 65 may be arranged so as to cover the end of the protruding portion 55 on the breakdown voltage structure 90 side. This structure can mitigate electric field concentration near the end of the second gate wiring 54.

図13は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、ソース接続部65が設けられる範囲が、図12の例と相違する。他の構造は、図12の例と同様である。本例のソース接続部65は、耐圧構造部90のガードリング20のうち、最も分離領域85に近いガードリング20の上方まで延伸している。これによりソース接続部65は、耐圧構造部90のフィールドプレートとしても機能できる。 Figure 13 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the example of Figure 12 in the range in which the source connection portion 65 is provided. The other structures are similar to the example of Figure 12. The source connection portion 65 of this example extends up to above the guard ring 20 of the breakdown voltage structure portion 90 that is closest to the isolation region 85. This allows the source connection portion 65 to also function as a field plate for the breakdown voltage structure portion 90.

図14は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、金属層70が設けられる範囲が、図1から図13の各例と相違する。他の構造は、図1から図13の各例と同様である。本例の金属層70は、上面視において、第1ゲート配線52とウェル領域18とが重なっている領域の全体に設けられている。金属層70は、第2ゲート配線54とウェル領域18とが重なっている領域の全体にも設けられてよい。このような構成により、より広い範囲において絶縁膜の破壊を抑制できる。金属層70は、耐圧構造部90まで延伸していてもよい。本例の金属層70も、図6の例と同様に複数に分離していてよい。 Figure 14 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples of Figures 1 to 13 in the area where the metal layer 70 is provided. The rest of the structure is similar to the examples of Figures 1 to 13. In this example, the metal layer 70 is provided over the entire area where the first gate wiring 52 and the well region 18 overlap in a top view. The metal layer 70 may also be provided over the entire area where the second gate wiring 54 and the well region 18 overlap. This configuration makes it possible to suppress breakdown of the insulating film over a wider area. The metal layer 70 may extend to the breakdown voltage structure portion 90. The metal layer 70 of this example may also be separated into multiple parts, as in the example of Figure 6.

図15は、半導体装置100の製造方法の一例を説明する図である。まず段階S301において、半導体基板10の上面にドリフト層16を形成する。ドリフト層16はエピタキシャル成長により形成してよい。また、ドリフト層16の上面にベース領域14、ウェル領域18およびガードリング20を形成する。また、ベース領域14の内部にソース領域12を形成する。各領域は、イオン注入により形成してよく、エピタキシャル成長により形成してもよい。 Figure 15 is a diagram illustrating an example of a method for manufacturing a semiconductor device 100. First, in step S301, a drift layer 16 is formed on the upper surface of a semiconductor substrate 10. The drift layer 16 may be formed by epitaxial growth. A base region 14, a well region 18, and a guard ring 20 are formed on the upper surface of the drift layer 16. A source region 12 is formed within the base region 14. Each region may be formed by ion implantation or epitaxial growth.

次に段階S302において、ドリフト層16の上面にフィールド絶縁膜40およびゲート絶縁膜39を形成する。ゲート絶縁膜39は、例えば原子層堆積法(ALD)または化学気相成長法(CVD)等により形成してよい。フィールド絶縁膜40は、例えば化学気相成長法(CVD)等により形成してよい。 Next, in step S302, a field insulating film 40 and a gate insulating film 39 are formed on the upper surface of the drift layer 16. The gate insulating film 39 may be formed by, for example, atomic layer deposition (ALD) or chemical vapor deposition (CVD). The field insulating film 40 may be formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD).

次に段階S303において、ゲート絶縁膜39の上面にゲート電極56および第2ゲート配線54を形成する。ゲート電極56および第2ゲート配線54は、例えば化学気相成長法(CVD)等により形成してよい。また、金属層70を形成する。金属層70は、蒸着法等により形成してよい。 Next, in step S303, a gate electrode 56 and a second gate wiring 54 are formed on the upper surface of the gate insulating film 39. The gate electrode 56 and the second gate wiring 54 may be formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD). A metal layer 70 is also formed. The metal layer 70 may be formed by evaporation or the like.

図16は、段階S303の続きの工程を示す図である。段階S304において層間絶縁膜38を形成し、層間絶縁膜38に各コンタクトホールを形成する。層間絶縁膜38は例えば化学気相成長法(CVD)等により形成してよい。各コンタクトホールは、ウェットエッチングまたはドライエッチングで形成する。 Figure 16 shows the process following step S303. In step S304, an interlayer insulating film 38 is formed, and contact holes are formed in the interlayer insulating film 38. The interlayer insulating film 38 may be formed by, for example, chemical vapor deposition (CVD). The contact holes are formed by wet etching or dry etching.

次に段階S305において、ソースパッド60、ドレイン電極24および第1ゲート配線52を形成する。ソースパッド60および第1ゲート配線52は、例えば蒸着法等により形成してよい。このような工程を含む製造方法により、半導体装置100を製造できる。 Next, in step S305, the source pad 60, drain electrode 24, and first gate wiring 52 are formed. The source pad 60 and first gate wiring 52 may be formed by, for example, a vapor deposition method. The semiconductor device 100 can be manufactured using a manufacturing method including these steps.

図17は、A-A断面の他の例を示す図である。本例の半導体装置100は、活性部80に設けられたトランジスタの構造が図1から図16において説明した例と相違する。他の構造は、図1から図16において説明したいずれかの例と同様である。 Figure 17 is a diagram showing another example of the A-A cross section. The semiconductor device 100 of this example differs from the examples described in Figures 1 to 16 in the structure of the transistor provided in the active portion 80. The other structures are the same as any of the examples described in Figures 1 to 16.

本例の活性部80は、トレンチゲート37を有する。トレンチゲート37は、ソース領域12およびベース領域14を貫通してN-型の領域まで達して形成される。トレンチゲート37の内壁にはゲート絶縁膜39が形成され、ゲート絶縁膜39で囲まれた領域にゲート電極56が充填されている。ゲート電極56に所定のゲート電圧が印加されると、ゲート絶縁膜39に接するベース領域14の表層がN型に反転してチャネルが形成される。 The active portion 80 in this example has a trench gate 37. The trench gate 37 is formed to penetrate the source region 12 and base region 14 and reach the N-type region. A gate insulating film 39 is formed on the inner wall of the trench gate 37, and the region surrounded by the gate insulating film 39 is filled with a gate electrode 56. When a predetermined gate voltage is applied to the gate electrode 56, the surface layer of the base region 14 in contact with the gate insulating film 39 is inverted to N-type, forming a channel.

以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。 The present invention has been described above using embodiments, but the technical scope of the present invention is not limited to the scope described in the above embodiments. It will be clear to those skilled in the art that various modifications and improvements can be made to the above embodiments. It is clear from the claims that such modifications and improvements can also be included within the technical scope of the present invention.

特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。 The order of execution of each process, such as operations, procedures, steps, and stages, in the devices, systems, programs, and methods shown in the claims, specifications, and drawings is not specifically stated as "before," "prior to," or the like, and it should be noted that processes can be performed in any order, unless the output of a previous process is used in a subsequent process. Even if the operational flow in the claims, specifications, and drawings is described using "first," "next," etc. for convenience, this does not mean that it is necessary to perform the processes in that order.

10・・・半導体基板、11・・・角部、12・・・ソース領域、14・・・ベース領域、16・・・ドリフト層、18・・・ウェル領域、19・・・高濃度領域、20・・・ガードリング、22・・・部分、24・・・ドレイン電極、37・・・トレンチゲート、38・・・層間絶縁膜、39・・・ゲート絶縁膜、40・・・フィールド絶縁膜、50・・・ゲートパッド、52・・・第1ゲート配線、53・・・間隙、54・・・第2ゲート配線、55・・・突出部、56・・・ゲート電極、60・・・ソースパッド、61、62、63、64・・・コンタクトホール、65、66・・・ソース接続部、70・・・金属層、80・・・活性部、85・・・分離領域、90・・・耐圧構造部、100・・・半導体装置、102・・・端辺 10: Semiconductor substrate, 11: Corner, 12: Source region, 14: Base region, 16: Drift layer, 18: Well region, 19: High-concentration region, 20: Guard ring, 22: Portion, 24: Drain electrode, 37: Trench gate, 38: Interlayer insulating film, 39: Gate insulating film, 40: Field insulating film, 50: Gate pad, 52: First gate wiring, 53: Gap, 54: Second gate wiring, 55: Protrusion, 56: Gate electrode, 60: Source pad, 61, 62, 63, 64: Contact holes, 65, 66: Source connection portion, 70: Metal layer, 80: Active portion, 85: Isolation region, 90: Breakdown structure portion, 100: Semiconductor device, 102: Edge

Claims (16)

ガリウムおよび窒素を含む半導体基板と、
前記半導体基板の上方に設けられた、第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上方に設けられた第1ゲート配線と、
前記ドリフト層に設けられ、前記ドリフト層の上面に露出する第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域と前記第1ゲート配線との間に設けられた絶縁膜と、
前記第1ゲート配線の下方において前記絶縁膜と前記ウェル領域との間に設けられ、前記ウェル領域とオーミック接触する金属層と
を備える半導体装置。
a semiconductor substrate comprising gallium and nitrogen;
a drift layer of a first conductivity type provided above the semiconductor substrate;
a first gate wiring provided above the drift layer;
a second conductivity type well region provided in the drift layer and exposed on an upper surface of the drift layer;
an insulating film provided between the well region and the first gate wiring;
a metal layer provided between the insulating film and the well region below the first gate wiring, the metal layer making ohmic contact with the well region.
前記金属層は、前記ウェル領域と接触する部分にニッケルおよびパラジウムの少なくとも一方を含む
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal layer contains at least one of nickel and palladium in a portion that contacts the well region.
前記ウェル領域は、前記金属層と接触する部分のドーピング濃度が1×1019/cm以上である
請求項1に記載の半導体装置。
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the well region has a doping concentration of 1×10 19 /cm 3 or more in a portion in contact with the metal layer.
上面視において、前記第1ゲート配線と前記ウェル領域とが重なっている領域の全体に、前記金属層が設けられている
請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal layer is provided over an entire area where the first gate wiring and the well region overlap in a top view.
前記ウェル領域は、前記金属層と接触し、且つ、前記ウェル領域の他の部分よりもドーピング濃度が高い高濃度領域を有する
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the well region has a high concentration region that is in contact with the metal layer and has a doping concentration higher than that of other portions of the well region.
前記ウェル領域は、上面視において前記金属層と重ならない部分を含み、
前記高濃度領域の少なくとも一部は、前記金属層と重ならない部分に配置されている
請求項5に記載の半導体装置。
the well region includes a portion that does not overlap with the metal layer in a top view;
The semiconductor device according to claim 5 , wherein at least a part of the high concentration region is disposed in a portion that does not overlap with the metal layer.
前記半導体基板の前記上面の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備え、
前記高濃度領域は、前記ソースパッドと接続している
請求項5に記載の半導体装置。
a source pad provided above the upper surface of the semiconductor substrate and separated from the first gate wiring;
The semiconductor device according to claim 5 , wherein the high concentration region is connected to the source pad.
前記半導体基板の前記上面の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備え、
前記金属層は、前記ソースパッドと接続している
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
a source pad provided above the upper surface of the semiconductor substrate and separated from the first gate wiring;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal layer is connected to the source pad.
前記絶縁膜は、前記第1ゲート配線よりも前記ソースパッド側に設けられ、前記ソースパッドと前記金属層とを接続する第1コンタクトホールを有する
請求項8に記載の半導体装置。
The semiconductor device according to claim 8 , wherein the insulating film is provided closer to the source pad than the first gate wiring, and has a first contact hole connecting the source pad and the metal layer.
前記絶縁膜は、前記ソースパッドを前記半導体基板の前記上面に接続する第2コンタクトホールを有し、
前記第1コンタクトホールの開口幅は、前記第2コンタクトホールの開口幅よりも大きい
請求項9に記載の半導体装置。
the insulating film has a second contact hole connecting the source pad to the upper surface of the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 9 , wherein the opening width of the first contact hole is larger than the opening width of the second contact hole.
前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドを更に備え、
前記金属層は、前記ソースパッドと分離している
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
a source pad provided above the drift layer and separated from the first gate wiring;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal layer is separated from the source pad.
前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線を更に備え、
上面視において、前記金属層は、前記第2ゲート配線とは重ならない範囲に設けられている
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
a second gate wiring made of polysilicon provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the metal layer is provided in a range that does not overlap the second gate wiring when viewed from above.
前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線と、
上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部と、
上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部と
を更に備え、
上面視において前記第1ゲート配線が、前記第2ゲート配線よりも前記耐圧構造部側に延伸して設けられている
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
a second gate wiring made of polysilicon provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring;
an active portion surrounded by the well region in top view;
a breakdown voltage structure provided outside the well region when viewed from above,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the first gate wiring is provided so as to extend closer to the breakdown voltage structure portion than the second gate wiring when viewed from above.
前記第1ゲート配線と前記ドリフト層との間に設けられ、前記第1ゲート配線と接続されたポリシリコンの第2ゲート配線と、
上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部と、
上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部と、
前記活性部において前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドと
を更に備え、
上面視において、前記第2ゲート配線は、前記第1ゲート配線よりも前記耐圧構造部側に突出した突出部を有し、
前記突出部の上方に設けられ、前記ソースパッドに接続されたソース接続部を更に備える
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
a second gate wiring made of polysilicon provided between the first gate wiring and the drift layer and connected to the first gate wiring;
an active portion surrounded by the well region in top view;
a breakdown voltage structure provided outside the well region when viewed from above;
a source pad provided above the drift layer in the active portion and separated from the first gate wiring;
the second gate wiring has a protruding portion that protrudes further toward the breakdown voltage structure than the first gate wiring when viewed from above,
The semiconductor device according to claim 1 , further comprising a source connection portion provided above the protruding portion and connected to the source pad.
上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部と、
上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部と
を更に備え、
前記活性部と前記耐圧構造部とを結ぶ方向において、複数の前記金属層が間隔を有して配置されている
請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
an active portion surrounded by the well region in top view;
a breakdown voltage structure provided outside the well region in top view,
The semiconductor device according to claim 1 , wherein a plurality of the metal layers are arranged at intervals in a direction connecting the active section and the breakdown voltage structure section.
上面視において前記ウェル領域に囲まれた活性部と、
上面視において前記ウェル領域より外側に設けられた耐圧構造部と、
前記ドリフト層の上方に設けられ、前記第1ゲート配線と分離しているソースパッドと、
上面視において前記金属層よりも前記耐圧構造部側に設けられ、前記ウェル領域を前記ソースパッドに接続するソース接続部と
を更に備える請求項1から4のいずれか一項に記載の半導体装置。
an active portion surrounded by the well region in top view;
a breakdown voltage structure provided outside the well region when viewed from above;
a source pad provided above the drift layer and separated from the first gate wiring;
The semiconductor device according to claim 1 , further comprising: a source connection portion that is provided closer to the breakdown voltage structure portion than the metal layer in top view, and that connects the well region to the source pad.
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