(57)【要約】  リサーフ構造を有する縦型半導体装置において、外部電荷が付着した場合の耐圧の低下を抑制する技術を提供する。  本明細書で開示する縦型半導体装置は、セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えている。その縦型半導体装置は、前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有している。その拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、前記セル領域に近い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、前記セル領域から遠い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い。その拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配に比べて、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配が大きい。
2012131878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、前記セル領域に近い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、前記セル領域から遠い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低く、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配に比べて、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配が大きいことを特徴とする縦型半導体装置。
【請求項２】
前記拡散層では、前記セル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値を有することを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項４】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層では、前記セル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値を有することを特徴とする縦型半導体装置。
【請求項５】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする縦型半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の周辺耐圧構造として、ＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造や、リサーフ（REduced SURface Field）構造などが提案されている。一般に、リサーフ構造はＦＬＲ構造に比べて、小さな専有面積で高い耐圧を実現することができる。特許文献１−４に、半導体装置におけるリサーフ構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００７／０２２２０２３号
【特許文献２】特開平７−１９３０１８号公報
【特許文献３】特開平７−２７３３２５号公報
【特許文献４】特開２００１−１５７４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
セル領域と、そのセル領域の外側に配置された非セル領域を備える縦型半導体装置では、非セル領域の少なくとも一部に拡散層を配置することで、リサーフ構造を実現する。このような縦型半導体装置では、非セル領域に電圧が印加された場合に、拡散層の界面から広がる空乏層が電圧を分担し、電界の集中を緩和することで、高耐圧を実現している。【０００５】
上記のような縦型半導体装置において、非セル領域の表面に、可動イオンなどの外部電荷が付着することがある。外部電荷が付着すると、非セル領域におけるキャリアの分布が乱されて、空乏層の形成に影響を及ぼす。その結果、縦型半導体装置の耐圧が低減してしまう。外部電荷が付着した場合であっても、耐圧の低下を抑制することが可能な技術が待望されている。【０００６】
本明細書は上記の課題を解決する技術を提供する。本明細書では、リサーフ構造を有する縦型半導体装置において、外部電荷が付着した場合の耐圧の低下を抑制する技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本明細書で開示する縦型半導体装置は、セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えている。その縦型半導体装置は、前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有している。その拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、前記セル領域に近い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、前記セル領域から遠い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い。その拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配に比べて、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配が大きい。なお、ここでいう不純物面密度とは、拡散層における不純物濃度を拡散層の深さ方向に積分した値をいい、縦型半導体装置を平面視したときの、単位面積当たりの不純物注入量に相当する。半導体材料にシリコンが用いられている場合には、リサーフ条件を満たす不純物面密度は約１×１０12［ｃｍ-2］である。なお、上記の拡散層における不純物面密度は、最大でも５×１０13［ｃｍ-2］以下であることが好ましい。【０００８】
上記の縦型半導体装置では、非セル領域に電圧が印加された場合に、拡散層の界面から広がる空乏層が電圧を分担し、電界の集中を緩和する。拡散層は、セル領域に近い側の端部における不純物面密度がリサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、セル領域から遠い側の端部における不純物面密度がリサーフ条件を満たす不純物面密度より低く形成されている。すなわち、拡散層の不純物面密度は、セル領域に近い側の端部からセル領域から遠い側の端部に向けて減少しており、その間にリサーフ条件を満たす不純物面密度となる部位が存在する。拡散層がこのような不純物面密度の分布を有する場合、外部電荷の付着により拡散層のキャリアの分布が乱された場合でも、形成される空乏層には大きな変化が生じない。上記の縦型半導体装置によれば、外部電荷の付着による耐圧低下を抑制することができる。また、上記の縦型半導体装置では、拡散層やその下方の半導体層の不純物濃度が製造時にばらつき、その不純物濃度のばらつきに起因して拡散層やその下方の半導体層のキャリアの分布が乱れた場合でも、形成される空乏層に大きな変化を生じない。上記の縦型半導体装置は、製造時の不純物濃度のばらつきに対して、耐圧の変動が少ない。【０００９】
また上記の縦型半導体装置では、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域が、不純物面密度の平均勾配が小さい緩勾配領域となっており、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域が、不純物面密度の平均勾配が大きい急勾配領域となっている。急勾配領域には、空乏層の形成に関与しない余剰のキャリアが多く存在する。従って、拡散層の表面に外部電荷が付着して、その外部電荷の影響で拡散層のキャリアが減少した場合でも、急勾配領域に存在する余剰のキャリアによって、拡散層のキャリアの減少を補償することができる。外部電荷の付着に起因する耐圧の低下を抑制することができる。【００１０】
本明細書が開示する他の縦型半導体装置は、セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えている。その縦型半導体装置は、前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有している。その拡散層では、前記セル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値を有する。なお、キャリア濃度が極大値となる深さは、好ましくは表面から０．５［μｍ］以上の深さである。【００１１】
この縦型半導体装置では、非セル領域に電圧が印加された場合に、拡散層の界面から広がる空乏層が電圧を分担し、電界の集中を緩和する。この空乏層の広がり方は、拡散層のセル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度に応じて変化しており、縦型半導体装置の耐圧は、拡散層のセル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の最大値に依存する。上記の縦型半導体装置では、拡散層のセル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の極大値が、表面よりも深い位置に存在しており、表面に外部電荷が付着した場合でもキャリア濃度の極大値が変化しにくい。上記の縦型半導体装置によれば、外部電荷の付着による耐圧低下を抑制することができる。【００１２】
本明細書が開示する他の縦型半導体装置は、セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えている。その縦型半導体装置は、前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有している。その拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方には、ポリシリコン層が積層されている。そのポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度は、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低い。【００１３】
この縦型半導体装置では、非セル領域に電圧が印加された場合に、拡散層の界面から広がる空乏層が電圧を分担し、電界の集中を緩和する。この空乏層の広がり方は、拡散層のセル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度に応じて変化しており、縦型半導体装置の耐圧は、拡散層のセル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の最大値に依存する。上記の縦型半導体装置では、拡散層のセル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、拡散層のセル領域から離れた側の端部においてキャリア濃度が最大値となる位置が、ポリシリコン層の膜厚の分だけ、ポリシリコン層の表面から離されている。ポリシリコン層の表面に外部電荷が付着した場合でも、拡散層の端部におけるキャリア濃度の最大値が変化しにくい。上記の縦型半導体装置によれば、外部電荷の付着による耐圧低下を抑制することができる。【００１４】
また上記の縦型半導体装置では、縦型半導体装置の裏面側から非セル領域を流れて拡散層のセル領域から離れた側の端部の近傍に流れこむキャリアが、ポリシリコン層によってトラップされる。拡散層のセル領域から離れた側の端部の近傍におけるキャリアの集中を抑制し、縦型半導体装置の破壊耐量を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施例１、２、３の半導体装置１０、３００、４００の平面図。
【図２】実施例１の半導体装置１０の図１のＩＩ−ＩＩ線に示す位置の断面図。
【図３】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の分布を示している。
【図４】実施例１の半導体装置１０の空乏層における電界強度分布を示している。
【図５】実施例１の半導体装置１０の正電荷付着時の耐圧と負電荷付着時の耐圧の関係を示している。
【図６】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図７】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図８】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図９】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図１０】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図１１】実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の他の分布を示している。
【図１２】実施例２の半導体装置３００の図１のＩＩ−ＩＩ線に示す位置の断面図。
【図１３】実施例２の半導体装置３００のリサーフ領域３１０の外周側端部Ｃにおける正孔濃度の深さ方向分布を示している。
【図１４】実施例２の変形例の半導体装置３００の図１のＩＩ−ＩＩ線に示す位置の断面図。
【図１５】実施例３の半導体装置４００の図１のＩＩ−ＩＩ線に示す位置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、図面を参照して実施例を説明する。以下の実施例では、半導体材料にシリコンが用いられた例を説明するが、その例に代えて、炭化シリコン、ガリウムヒ素、窒化ガリウム、ダイヤモンド等の半導体材料を用いてもよい。
【００１７】
（実施例１）
図１に示すように、本実施例の半導体装置１０は、半導体素子が形成されている半導体素子領域１００（セル領域に相当する）と、半導体素子領域１００の周囲を取り囲む周辺耐圧領域２００（非セル領域に相当する）を備える縦型半導体装置である。本実施例では、半導体素子領域１００内に、ＩＧＢＴが形成されている。なお、他の例においては、半導体素子領域１００内に、例えば、ＭＯＳＦＥＴやダイオード等の他のパワー半導体素子が形成されていてもよい。半導体素子領域１００は、半導体層２０の略中央部に形成されており、周辺耐圧領域２００は、半導体層２０の外周端２２に沿って形成されている。周辺耐圧領域２００は、半導体層２０の外周端２２と半導体素子領域１００との間の耐圧を確保するための領域である。
【００１８】
図２に示すように、半導体装置１０は、主に半導体層２０と、絶縁層４０と、中央電極５０と、外周電極６０と、裏面電極８０から構成されている。半導体層２０は、シリコンにより構成されている。
【００１９】
図１、２に示すように、中央電極５０は、半導体素子領域１００内の半導体層２０の上面２４に形成されている。中央電極５０は、ＩＧＢＴのエミッタ電極である。外周電極６０は、半導体層２０の上面２４に形成されており、半導体層２０の外周端２２に沿って伸びている。外周電極６０は、チャネルストップ電極である。絶縁層４０は、中央電極５０と外周電極６０の間の半導体層２０の上面２４に形成されている。裏面電極８０は、半導体層２０の下面２６に形成されている。裏面電極８０は、ＩＧＢＴのコレクタ電極である。
【００２０】
半導体層２０の内部には、低濃度ｎ型領域３０、中央電極コンタクト領域３２、リサーフ領域３４、外周電極コンタクト領域３６、裏面電極コンタクト領域３８が形成されている。裏面電極コンタクト領域３８は、ｐ型不純物濃度が高いｐ型半導体により構成されている。裏面電極コンタクト領域３８は、半導体層２０の下面２６側の表層領域（下面２６を含む下面２６近傍の領域）の全域に形成されている。裏面電極コンタクト領域３８は、裏面電極８０に対してオーミック接続されている。裏面電極コンタクト領域３８は、半導体素子領域１００内のＩＧＢＴのコレクタ領域である。中央電極コンタクト領域３２は、ｐ型不純物濃度が高いｐ型半導体により構成されている。中央電極コンタクト領域３２は、半導体層２０の上面２４側の表層領域（上面２４を含む上面２４近傍の領域）であって、半導体素子領域１００内に形成されている。中央電極コンタクト領域３２は、中央電極５０に対してオーミック接続されている。中央電極コンタクト領域３２は、半導体素子領域１００内のＩＧＢＴのボディ領域である。なお、中央電極コンタクト領域３２とリサーフ領域３４の間に、両者を分離する分離領域が形成されていてもよい。低濃度ｎ型領域３０は、ｎ型不純物濃度が低いｎ型半導体により構成されている。低濃度ｎ型領域３０は、主に、半導体層２０の深さ方向の中間部に形成されている。半導体素子領域１００内においては、低濃度ｎ型領域３０は、裏面電極コンタクト領域３８と中央電極コンタクト領域３２の間に形成されている。半導体素子領域１００内の低濃度ｎ型領域３０は、ＩＧＢＴのドリフト領域として機能する。なお、図示していないが、半導体素子領域１００内の半導体層２０内には、中央電極コンタクト領域３２、低濃度ｎ型領域３０及び裏面電極コンタクト領域３８の他にも、種々のｎ型またはｐ型の領域（例えば、エミッタ領域等）が形成されている。また、図示していないが、半導体素子領域１００内には、ゲート電極が形成されている。半導体素子領域１００内のＩＧＢＴは、中央電極５０と、裏面電極８０と、ゲート電極と、半導体素子領域１００内の種々のｎ型またはｐ型の半導体領域によって形成されている。
【００２１】
外周電極コンタクト領域３６は、ｎ型不純物濃度が高いｎ型半導体により構成されている。外周電極コンタクト領域３６は、半導体層２０の上面２４側の表層領域であって、周辺耐圧領域２００の最も外周側に形成されている。すなわち、外周電極コンタクト領域３６は、半導体層２０の外周端２２に露出する位置に形成されている。外周電極コンタクト領域３６は、外周電極６０に対してオーミック接続されている。外周電極コンタクト領域３６は、チャネルストップ領域である。
【００２２】
リサーフ領域３４（拡散層に相当する）は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型半導体により構成されている。リサーフ領域３４は、半導体層２０の上面２４側の表層領域であって、周辺耐圧領域２００内に形成されている。リサーフ領域３４の一方の端部は、中央電極コンタクト領域３２に接している。外周電極コンタクト領域３６とリサーフ領域３４の間には、上述した低濃度ｎ型領域３０が存在している。低濃度ｎ型領域３０によって、外周電極コンタクト領域３６はリサーフ領域３４から分離されている。
【００２３】
次に、半導体装置１０の周辺耐圧領域２００の機能について説明する。半導体素子領域１００内のＩＧＢＴがオンしている場合には、半導体装置１０の各電極間に高い電位差は生じない。ＩＧＢＴがオフすると、外周電極６０及び裏面電極８０の電位が、中央電極５０の電位に対して上昇する。すると、中央電極コンタクト領域３２から低濃度ｎ型領域３０内に空乏層が伸びる。周辺耐圧領域２００内においては、空乏層は、半導体層２０の上面２４側の表層領域内を中央電極コンタクト領域３２から外周側に向かって伸びる。このとき、リサーフ領域３４は、空乏層が外周側に向かって伸びるのを促進する。これによって、中央電極コンタクト領域３２の近傍で電界が集中することが抑制される。周辺耐圧領域２００の空乏層は、外周電極コンタクト領域３６に到達する。外周電極コンタクト領域３６はｎ型不純物濃度が高いので、空乏層は外周電極コンタクト領域３６の内部には伸展しない。すなわち、空乏層は、図２の点線９０に示すように、外周電極コンタクト領域３６と低濃度ｎ型領域３０の境界部で停止する。したがって、空乏層は、外周電極コンタクト領域３６より外周側へは伸展しない。これによって、空乏層が半導体層２０の外周端２２まで伸展することが防止される。このように、ＩＧＢＴがオフしている状態においては、中央電極コンタクト領域３２と外周電極コンタクト領域３６の間の領域（すなわち、低濃度ｎ型領域３０とリサーフ領域３４）に空乏層が形成される。中央電極５０と外周電極６０の間の電圧の大部分は、この空乏化された領域が分担する。
【００２４】
図３はリサーフ領域３４におけるｐ型不純物の面密度分布を示している。リサーフ領域３４におけるｐ型不純物は、中央側（半導体素子領域１００に近い側）の端部Ｂから外周側（半導体素子領域１００から遠い側）の端部Ａに向けて、面密度が徐々に減少する面密度分布を有している。リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度は、中央側端部Ｂと外周側端部Ａの中間の位置よりもやや中央側端部Ｂに近い位置において基準面密度となる。基準面密度はいわゆるリサーフ条件を満たす面密度であり、本実施例では基準面密度はＮ0＝１×１０12［ｃｍ-2］である。ｐ型不純物面密度が基準面密度となる位置を基準位置Ｐとする。本実施例では、基準位置Ｐよりも中央側におけるｐ型不純物面密度の平均勾配は、基準位置Ｐよりも外周側におけるｐ型不純物面密度の平均勾配よりも急峻に設定されている。具体的には、基準位置Ｐよりも中央側におけるｐ型不純物面密度の平均勾配は、基準位置Ｐよりも外周側におけるｐ型不純物面密度の平均勾配の１．３倍に設定されている。以下ではｐ型不純物面密度の平均勾配が急峻な領域を急勾配領域といい、ｐ型不純物面密度の平均勾配が緩やかな領域を緩勾配領域という。なお、本実施例では、リサーフ領域３４におけるｐ型不純物の面密度は、最大でも５×１０13［ｃｍ-2］以下である。
【００２５】
図４はＩＧＢＴがオフしている状態で、中央電極５０と外周電極６０の間に電圧を印加した場合の、空乏層での電界強度分布を示している。図４において、実線はリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度が図３に示す分布を有する場合を示しており、破線はリサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度が基準面密度Ｎ0で一定である分布を有する場合を示している。
【００２６】
リサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度が基準面密度Ｎ0で一定の場合、空乏層における電界強度分布は一様となる。従って、ｐ型不純物濃度のばらつきがない理想的な状況の下では、半導体装置１０の耐圧を最も高くすることができる。しかしながら、ｐ型不純物濃度にばらつきが生じると、リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度が全体に亘ってリサーフ条件から外れてしまい、空乏層における電界強度分布が大きく変動してしまう。半導体装置１０の耐圧に大きな影響を及ぼしてしまう。
【００２７】
これに対して、本実施例の半導体装置１０では、リサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度が図３に示す分布を有しており、空乏層における電界強度分布は基準位置Ｐの近傍において最大値をとる分布となる。従って、ｐ型不純物濃度のばらつきがない理想的な状況では、ｐ型不純物面密度を基準面密度Ｎ0で一定とした場合に比べて、半導体装置１０の耐圧が低い。しかしながら、本実施例の半導体装置１０では、ｐ型不純物濃度にばらつきが生じた場合でも、ｐ型不純物面密度が基準面密度Ｎ0となる位置、すなわち基準位置Ｐが中央側または外周側に移動するものの、空乏層における電界強度分布はそれほど大きく変動せず、半導体装置１０の耐圧にはほとんど影響しない。ｐ型不純物濃度のばらつきに対してロバスト性の高い半導体装置１０を実現することができる。
【００２８】
次に、ＩＧＢＴのオフ時に、可動イオン等の外部電荷が半導体装置１０の耐圧に与える影響について検討する。絶縁層４０の表面に外部電荷が付着すると、半導体層２０におけるキャリアの分布が乱され、空乏層の形成に影響を及ぼす。例えば、外部電荷として正電荷が付着する場合、外部電荷に半導体層２０の電子が引き寄せられる結果、リサーフ領域３４の正孔が減少してしまう。逆に、外部電荷として負電荷が付着する場合、外部電荷に半導体層２０の正孔が引き寄せられる結果、リサーフ領域３４の正孔が増加してしまう。いずれの場合についても、空乏層の形成に影響を及ぼし、半導体装置１０の耐圧を低減させてしまう。
【００２９】
本実施例の半導体装置１０では、リサーフ領域３４の基準位置Ｐよりも中央側の範囲に急勾配領域が形成されている。この急勾配領域には、空乏層の形成に関与しない余剰の正孔が多く存在する。この急勾配領域の正孔が移動することで、正電荷の付着による正孔の減少が補償される。従って、本実施例の半導体装置１０によれば、外部電荷として正電荷が付着した場合に耐圧に及ぼす影響を抑制することができる。
【００３０】
図５に、リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度を図３に示す分布とした場合（Ａ）と、リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度の勾配を一定とした場合（Ｂ）について、半導体装置１０の正電荷付着時の耐圧と負電荷付着時の耐圧の関係を示している。一般に、正電荷付着時の耐圧と負電荷付着時の耐圧はトレードオフの関係となる。リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度の勾配を一定とした場合、その勾配を大きくすることで正電荷付着時の耐圧は向上するものの、負電荷付着時の耐圧は低下してしまう。
【００３１】
リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度を図３に示す分布とすると、負電荷付着時の耐圧を低下させることなく、正電荷付着時の耐圧を向上することができる。リサーフ領域３４のｐ型不純物面密度の勾配を一定とした場合のトレードオフの限界を超えて、正電荷付着時の耐圧と負電荷付着時の耐圧を向上することができる。
【００３２】
上記のようなｐ型不純物面密度分布を有するリサーフ領域３４は、種々の方法により形成することができる。例えば、ｐ型不純物注入時のレジストの開口径を、中央側から外周側に向けて徐々に小さくしていくことによって、上記のようなｐ型不純物面密度分布を有するリサーフ領域３４を形成することができる。あるいは、レジストの開口の間隔を中央側から外周側に向けて徐々に広くしていくことでも、上記のようなｐ型不純物面密度分布を有するリサーフ領域３４を形成することができる。あるいは、レジストの厚みを中央側から外周側に向けて徐々に薄くしていくことで、上記のようなｐ型不純物面密度分布を有するリサーフ領域３４を形成することができる。
【００３３】
リサーフ領域３４におけるｐ型不純物面密度の分布は、基準面密度Ｎ0を超える範囲における平均勾配が、基準面密度Ｎ0に満たない範囲における平均勾配よりも急峻であれば、どのような分布としてもよい。例えば、図６に示すように、基準面密度Ｎ0よりも高いｐ型不純物面密度において、急勾配領域と緩勾配領域が切り替わる分布としてもよいし、図７に示すように、基準面密度Ｎ0を下回るｐ型不純物面密度において、急勾配領域と緩勾配領域が切り替わる分布としてもよい。また、図８に示すように、ｐ型不純物面密度がステップ状に減少していく分布としてもよいし、図９に示すように、ｐ型不純物面密度が曲線状に減少していく分布としてもよい。さらに、図１０に示すように、局所的にはｐ型不純物面密度が増減を繰り返しているものの、全体的にはｐ型不純物面密度が徐々に減少していく分布としてもよい。また、図１１に示すように、中央側の端部Ｂから外周側の端部Ａに向けて、急勾配領域から緩勾配領域に切り替わった後、さらに急勾配領域に切り替わる分布としてもよい。何れの場合についても、基準面密度Ｎ0を超える範囲における平均勾配が基準面密度Ｎ0に満たない範囲での平均勾配に比べて急峻な分布となっていればよい。
【００３４】
なお、図１の周辺耐圧領域２００においては、コーナー部２１０は直線部２２０に比べて電界集中がしやすく、半導体装置１０の耐圧はコーナー部２１０の電界強度分布に応じて決まることが多い。従って、コーナー部２１０のリサーフ領域３４のみについて図３に示すようなｐ型不純物面密度分布とし、直線部２２０のリサーフ領域３４についてはｐ型不純物面密度を一定としてもよい。あるいは、コーナー部２１０のリサーフ領域３４のみについて図３に示すようなｐ型不純物面密度分布とし、直線部２２０のリサーフ領域３４についてはｐ型不純物面密度の勾配を一定としてもよい。
【００３５】
（実施例２）
本実施例の半導体装置３００は、実施例１の半導体装置１０とほぼ同様の構成を備えている。以下では実施例１の半導体装置１０と同様の構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図１２に示すように、本実施例の半導体装置３００は、実施例１のリサーフ領域３４の代わりに、リサーフ領域３１０を備えている。
【００３６】
リサーフ領域３１０は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型半導体により構成されている。リサーフ領域３１０は、半導体層２０の上面２４側の表層領域であって、周辺耐圧領域２００内に形成されている。リサーフ領域３１０の一方の端部は、中央電極コンタクト領域３２に接している。外周電極コンタクト領域３６とリサーフ領域３１０の間には、低濃度ｎ型領域３０が存在している。低濃度ｎ型領域３０によって、外周電極コンタクト領域３６はリサーフ領域３１０から分離されている。
【００３７】
リサーフ領域３１０は、外周側の端部Ｃにおいて、表面から深さ方向に、図１３に示す正孔濃度の分布を有している。外周側の端部Ｃにおける正孔濃度は、表面から深さ方向に向けて増加した後、深さＤ0で極大値をとり、その後は深さ方向に向けて減少している。本実施例において、正孔濃度が極大値となる深さＤ0は、表面から０．５［μｍ］の深さである。正孔濃度が極大値となる深さＤ0は、表面からの深さが０．５［μｍ］以上であることが好ましい。
【００３８】
本実施例の半導体装置３００では、リサーフ領域３１０を上記のように形成することで、外部電荷が付着した場合の半導体装置３００の耐圧に及ぼす影響を抑制することができる。実施例１で説明したように、絶縁層４０の表面に外部電荷が付着すると、リサーフ領域３１０におけるキャリアの分布が乱され、空乏層の形成に影響を及ぼし、半導体装置３００の耐圧を低減させてしまう。半導体装置３００の耐圧は、リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおける正孔濃度の最大値に依存している。外部電荷の付着によってリサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおける正孔濃度の最大値が低減してしまうと、半導体装置３００の耐圧が低減してしまう。
【００３９】
本実施例の半導体装置３００では、リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおいて、深さＤ0で正孔濃度が極大値をとる分布としているので、外部電荷が付着した場合でも、正孔濃度の最大値はそれほど変化しない。このような構成とすることによって、外部電荷の付着による半導体装置３００の耐圧の低下を抑制することができる。
【００４０】
なお、リサーフ領域３１０のｐ型不純物濃度が最表面で最大値となるようにｐ型不純物を注入した場合でも、熱印加によるシリコン／酸化膜界面での偏析によって、最終的にｐ型不純物濃度のピーク（すなわち正孔濃度のピーク）は表面から０．４［μｍ］程度の深さになる。しかしながら、本実施例の半導体装置３００では、このような偏析によるピークの移動よりもさらに深い位置にピークを配置することを特徴としている。
【００４１】
本実施例の半導体装置３００のリサーフ領域３１０は、例えばｐ型不純物としてボロンを注入する場合、外周側の端部Ｃについて、加速エネルギー１［ＭｅＶ］〜５［ＭｅＶ］で、イオン注入量１×１０12［ｃｍ-2］〜５×１０13［ｃｍ-2］とすることで形成することが出来る。このようにリサーフ領域３１０を形成する場合、リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおける、表面濃度比（キャリア濃度の極大値に対する、表面におけるキャリア濃度の比率）は、０．７５以下となる。
【００４２】
リサーフ領域３１０における正孔濃度は、外周側の端部Ｃにおいて、図１３に示すような深さ方向分布を有していればよい。例えば、リサーフ領域３１０の中央側から外周側に亘って、正孔濃度が最大となる深さが一定であってもよい。あるいは、リサーフ領域３１０の中央側から外周側に向けて、正孔濃度が最大となる深さが徐々に深くなっていてもよい。あるいは、リサーフ領域３１０の中央側から外周側に向けて、正孔濃度が最大となる深さが不規則に増減していてもよい。あるいは、リサーフ領域３１０そのものが、半導体層２０の表面から離れて、全体的に深い位置に形成されていてもよい。リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおいて、正孔濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値をとるように形成されていればよい。
【００４３】
なお、図１４に示すように、外周側の端部Ｃにおいてｐ型不純物濃度が最表面で最大値となるようにリサーフ領域３１０を形成した後、リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃの上方に低濃度ｎ型領域３１２をさらに形成してもよい。この場合も、リサーフ領域３１０の外周側の端部Ｃにおいて、正孔濃度の深さ方向分布を、表面よりも深い位置で極大値を有するようにすることができる。なお、このようにしてリサーフ領域３１０と低濃度ｎ型領域３１２を形成する場合には、低濃度ｎ型領域３１２におけるｎ型不純物濃度がリサーフ領域３１０におけるｐ型不純物濃度よりも高いと、半導体装置３００の耐圧の低下を招くおそれがある。低濃度ｎ型領域３１２におけるｎ型不純物濃度は、リサーフ領域３１０におけるｐ型不純物濃度よりも低くしておく必要がある。
【００４４】
（実施例３）
本実施例の半導体装置４００は、実施例１の半導体装置１０とほぼ同様の構成を備えている。以下では実施例１の半導体装置１０と同様の構成については、同一の参照符号を付して詳細な説明を省略する。図１５に示すように、本実施例の半導体装置４００は、実施例１のリサーフ領域３４の代わりに、リサーフ領域４１０を備えている。
【００４５】
リサーフ領域４１０は、ｐ型不純物濃度が低いｐ型半導体により構成されている。リサーフ領域４１０は、半導体層２０の上面２４側の表層領域であって、周辺耐圧領域２００内に形成されている。リサーフ領域４１０の一方の端部は、中央電極コンタクト領域３２に接している。外周電極コンタクト領域３６とリサーフ領域４１０の間には、低濃度ｎ型領域３０が存在している。低濃度ｎ型領域３０によって、外周電極コンタクト領域３６はリサーフ領域３１０から分離されている。
【００４６】
リサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方にはポリシリコン層４１２が積層されている。ポリシリコン層４１２には、リサーフ領域４１０のｐ型不純物と同一元素のｐ型不純物が添加されている。ポリシリコン層４１２におけるｐ型不純物の濃度は、その下方のリサーフ領域４１０におけるｐ型不純物濃度よりも低く設定されている。
【００４７】
本実施例の半導体装置４００では、ポリシリコン層４１２を上記のように配置することで、実施例２の半導体装置３００と同様に、絶縁層４０の表面に外部負荷が付着した場合の半導体装置４００の耐圧に及ぼす影響を抑制することができる。リサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方にポリシリコン層４１２が積層されているので、リサーフ領域４１０において正孔濃度が極大値をとる深さを、ポリシリコン層４１２の厚さの分だけ深い位置とすることができる。これにより、絶縁層４０の表面に外部負荷が付着した場合でも、リサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄにおける正孔濃度の最大値はそれほど変化しない。このような構成とすることによって、外部電荷の付着による半導体装置４００の耐圧の低下を抑制することができる。
【００４８】
本実施例の半導体装置４００は、実施例２の半導体装置３００とは異なり、リサーフ領域４１０およびポリシリコン層４１２を形成する際に、高エネルギーで不純物を注入する必要がない。このため、不純物注入時にシリコンが受けるダメージを軽減することができる。
【００４９】
また、本実施例の半導体装置４００では、裏面電極コンタクト領域３８から低濃度ｎ型領域３０を通過してリサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの近傍に流れこむキャリアが、ポリシリコン層４１２によってトラップされる。リサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの近傍におけるキャリアの集中を抑制し、半導体装置４００の破壊耐量を向上することができる。
【００５０】
ポリシリコン層４１２は、ｐ型不純物濃度がその下方のリサーフ領域４１０におけるｐ型不純物濃度よりも低くなっていれば、どのように構成されていてもよい。例えば、ポリシリコン層４１２は、リサーフ領域４１０が含むｐ型不純物と同一元素のｐ型不純物のみが添加されて、全体としてｐ型となっていてもよい。あるいは、ポリシリコン層４１２は、リサーフ領域４１０が含むｐ型不純物と同一元素のｐ型不純物とともに、より多くのｎ型不純物が添加されて、全体としてｎ型となっていてもよい。この場合には、ポリシリコン層４１２の厚さの分に加えて、ポリシリコン層４１２のｎ型不純物がカウンタードープとなって、リサーフ領域４１０において正孔濃度が極大値となる深さを、より深くすることができる。
【００５１】
ポリシリコン層４１２は、少なくともリサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方に積層されていればよく、例えば図１５に示すようにリサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方のみに積層されていてもよいし、あるいはリサーフ領域４１０の全体を覆うようにリサーフ領域４１０の上方に積層されていてもよいし、あるいはリサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方に加えて、リサーフ領域４１０の他の箇所の上方にも部分的に積層されていてもよい。このような場合、ポリシリコン層４１２におけるｐ型不純物濃度は、リサーフ領域４１０の外周側の端部Ｄの上方で、その下方のリサーフ領域４１０のｐ型不純物濃度より低くしてあればよい。それ以外の箇所においては、ポリシリコン層４１２におけるｐ型不純物濃度は、その下方のリサーフ領域４１０のｐ型不純物濃度より高くしてあってもよい。
【００５２】
ポリシリコン層４１２は、図１５に示すように半導体層２０の上面２４上に積層されていてもよいし、半導体層２０の上面２４にトレンチを形成しておいて、そのトレンチにポリシリコンを充填することで形成してもよい。
【００５３】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例をさまざまに変形、変更したものが含まれる。
【００５４】
例えば、実施例１と実施例２の特徴を組み合わせた構成とすることもできる。すなわち、図２に示す実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４を、その外周側の端部Ａにおいて、表面から深さ方向に、図１３に示す正孔濃度の分布を有するように形成することもできる。あるいは、実施例１と実施例３の特徴を組み合わせた構成とすることもできる。すなわち、図２に示す実施例１の半導体装置１０のリサーフ領域３４の外周側の端部Ａの上方に、図１５に示すポリシリコン層４１２を積層する構成とすることもできる。あるいは、実施例１、２および３の特徴を全て組み合わせた構成とすることもできる。
【００５５】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００５６】
１０  半導体装置；２０  半導体層；２２  外周端；２４  上面；２６  下面；３０  低濃度ｎ型領域；３２  中央電極コンタクト領域；３４  リサーフ領域；３６  外周電極コンタクト領域；３８  裏面電極コンタクト領域；４０  絶縁層；５０  中央電極；６０  外周電極；８０  裏面電極；９０  点線；１００  半導体素子領域；２００  周辺耐圧領域；２１０  コーナー部；２２０  直線部；３００  半導体装置；３１０  リサーフ領域；３１２  低濃度ｎ型領域；４００  半導体装置；４１０  リサーフ領域；４１２  ポリシリコン層
【図１】
2012131878.tif 000003
【図２】
2012131878.tif 000004
【図３】
2012131878.tif 000005
【図４】
2012131878.tif 000006
【図５】
2012131878.tif 000007
【図６】
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【図７】
2012131878.tif 000009
【図８】
2012131878.tif 000010
【図９】
2012131878.tif 000011
【図１０】
2012131878.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2012131878.tif 000015
【図１４】
2012131878.tif 000016
【図１５】
2012131878.tif 000017
【手続補正書】
【提出日】平成23年7月29日(2011.7.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、前記セル領域に近い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、前記セル領域から遠い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低く、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配に比べて、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配が大きいことを特徴とする縦型半導体装置。
【請求項２】
前記拡散層では、前記セル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値を有することを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする縦型半導体装置。
【手続補正書】
【提出日】平成24年5月21日(2012.5.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、前記セル領域に近い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高く、前記セル領域から遠い側の端部における不純物面密度が、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低く、
前記拡散層では、前記縦型半導体装置を平面視したときに、リサーフ条件を満たす不純物面密度より低い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配に比べて、リサーフ条件を満たす不純物面密度より高い不純物面密度の領域における不純物面密度の平均勾配が大きいことを特徴とする縦型半導体装置。
【請求項２】
前記拡散層では、前記セル領域から離れた側の端部におけるキャリア濃度の深さ方向分布が、表面よりも深い位置で極大値を有することを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項３】
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする請求項１の縦型半導体装置。
【請求項４】
縦型半導体装置であって、
セル領域と、前記セル領域の外側に配置された非セル領域を備えており、
前記非セル領域の少なくとも一部に拡散層を有しており、
前記拡散層の前記セル領域から離れた側の端部の上方にポリシリコン層が積層されており、
前記ポリシリコン層の前記拡散層と同一導電型の不純物濃度が、その下方の前記拡散層における不純物濃度の最大値より低いことを特徴とする縦型半導体装置。
【国際調査報告】
2012131878.tif 000018
2012131878.tif 000019
2012131878.tif 000020
2012131878.tif 000021
2012131878.tif 000022
2012131878.tif 000023
2012131878.tif 000024
2012131878.tif 000025