(57)【要約】【課題】素子部と終端部とを有する電力用半導体装置の終端部の耐圧を好適化する。【解決手段】素子部と終端部とを有する電力用半導体装置であって、第１半導体層と；前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層の表面に平行な方向に沿って交互に配置された、第２半導体層及び第３半導体層であって、前記第１半導体層の表面に垂直な方向の不純物濃度プロファイルについては、前記終端部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、又は、前記終端部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、第２及び第３半導体層と；第４半導体層と；第５半導体層とを備える電力用半導体装置。【選択図】図１
2010045307.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
素子部と終端部とを有する電力用半導体装置であって、
第１導電型の第１半導体層と；
前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層の表面に平行な方向に沿って交互に配置された、第１導電型の第２半導体層及び第２導電型の第３半導体層であって、
前記第１半導体層の表面に垂直な方向の不純物濃度プロファイルについては、
前記終端部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、又は、
前記終端部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、
第２及び第３半導体層と；
前記第２及び第３半導体層の表面に選択的に形成された第２導電型の第４半導体層と；
前記第４半導体層の表面に選択的に形成された第１導電型の第５半導体層と；
前記第２、第４、及び第５半導体層上に絶縁膜を介して形成された制御電極と；
前記第４及び第５半導体層に電気的に接続された第１の主電極と；
前記第１半導体層に電気的に接続された第２の主電極とを備えることを特徴とする電力用半導体装置。
【請求項２】
前記素子部と前記終端部のそれぞれにおいて、
前記第３半導体層の上部領域の不純物濃度が、前記第２半導体層の上部領域の不純物濃度よりも高くなっており、前記第３半導体層の下部領域の不純物濃度が、前記第２半導体層の下部領域の不純物濃度よりも低くなっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【請求項３】
前記終端部に形成された前記第３半導体層の前記上部領域の単位長さあたりの不純物量が、前記素子部に形成された前記第３半導体層の前記上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっている、又は、
前記終端部に形成された前記第２半導体層の前記上部領域の単位長さあたりの不純物量が、前記素子部に形成された前記第２半導体層の前記上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっている、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項４】
前記終端部に形成された前記第３半導体層の前記下部領域の単位長さあたりの不純物量が、前記素子部に形成された前記第３半導体層の前記下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっている、又は、
前記終端部に形成された前記第２半導体層の前記下部領域の単位長さあたりの不純物量が、前記素子部に形成された前記第２半導体層の前記下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっている、
ことを特徴とする請求項２に記載の電力用半導体装置。
【請求項５】
前記素子部と前記終端部のそれぞれにおいて、
前記第３半導体層の上部領域の不純物濃度が、前記第２半導体層の上部領域の不純物濃度よりも低くなっており、前記第３半導体層の下部領域の不純物濃度が、前記第２半導体層の下部領域の不純物濃度よりも高くなっている、
ことを特徴とする請求項１に記載の電力用半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電力用半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
大電流を取り扱うためのパワートランジスタとして例えば、縦型パワーＭＯＳＦＥＴが広く知られている。
【０００３】
縦型パワーＭＯＳＦＥＴのオン抵抗は、ドリフト層（伝導層）の電気抵抗に大きく依存する。ドリフト層の電気抵抗はドリフト層のドープ濃度に応じて変化するが、このドープ濃度を増加させる際には、ドリフト層とベース層とが形成するｐｎ接合の耐圧を考慮する必要がある。ドリフト層のドープ濃度は、この耐圧に応じて決まる限界濃度以上には上げられないからである。このように、素子耐圧とオン抵抗との間にはトレードオフの関係が存在する。素子耐圧の向上とオン抵抗の抑制との両立には、素子材料により決まる限界がある。
【０００４】
この問題を解決するための構造の一例として、ドリフト層にｎピラー層とｐピラー層とを埋め込んだスーパージャンクション構造が知られている。スーパージャンクション構造では、ｎピラー層とｐピラー層の不純物量（チャージ量）を等しくすることで、擬似的にノンドープ層を作り出す。そして、高ドープされたｎピラー層を通して電流を流すことにより、高耐圧を保持しつつ、材料限界を超える低オン抵抗を実現する。高耐圧を保持するためには、ｎピラー層とｐピラー層の不純物量を精度よく制御する必要がある。
【０００５】
スーパージャンクション構造のドリフト層上にＭＯＳＦＥＴが形成される電力用半導体装置では、素子部だけでなく終端部にもスーパージャンクション構造を形成する。しかしながら、この場合には、終端部の耐圧を素子部の耐圧よりも高めることが難しい、ということが問題となる。この場合には、アバランシェ降伏が生じると、終端部に局所的に電界が集中し、終端部が破壊に至る可能性がある。
【０００６】
なお、特許文献１には、高耐圧及び高アバランシェ耐量が得られるよう、素子部のｎ型ピラー領域とｐ型ピラー領域の不純物濃度の関係を規定した半導体装置の例が記載されている。また、特許文献２には、表面電界を緩和すべく、ドレイン部に第１の並列ｐｎ構造が設けられ、ドレイン部の周りに第２及び第３の並列ｐｎ構造が設けられた半導体装置の例が記載されている。
【特許文献１】特開２００７−１７３４１８号公報
【特許文献２】特開２００３−２２４２７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、素子部と終端部とを有する電力用半導体装置に関し、終端部の耐圧を好適化することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一の態様は例えば、素子部と終端部とを有する電力用半導体装置であって、第１導電型の第１半導体層と；前記第１半導体層上に形成され、前記第１半導体層の表面に平行な方向に沿って交互に配置された、第１導電型の第２半導体層及び第２導電型の第３半導体層であって、前記第１半導体層の表面に垂直な方向の不純物濃度プロファイルについては、前記終端部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第２半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、又は、前記終端部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルが、前記素子部に形成された前記第３半導体層の不純物濃度プロファイルと異なっている、第２及び第３半導体層と；前記第２及び第３半導体層の表面に選択的に形成された第２導電型の第４半導体層と；前記第４半導体層の表面に選択的に形成された第１導電型の第５半導体層と；前記第２、第４、及び第５半導体層上に絶縁膜を介して形成された制御電極と；前記第４及び第５半導体層に電気的に接続された第１の主電極と；前記第１半導体層に電気的に接続された第２の主電極とを備えることを特徴とする電力用半導体装置である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、素子部と終端部とを有する電力用半導体装置に関し、終端部の耐圧を好適化することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施例）
図１は、第１実施例の電力用半導体装置１０１の側方断面図である。図１Ａには、オン時に電流が流れる素子部１１１が示されており、図１Ｂには、素子部１１１の周辺に位置する終端部１１２が示されている。図１の電力用半導体装置１０１は、素子部１１１と、終端部１１２とを有している。
【００１２】
図１の電力用半導体装置１０１は、第１半導体層の例であるｎ＋ドレイン層１２１と、第２半導体層の例であるｎピラー層１２２と、第３半導体層の例であるｐピラー層１２３と、第４半導体層の例であるｐベース層１２４と、第５半導体層の例であるｎソース層１２５と、絶縁膜の例であるゲート絶縁膜１３１と、制御電極の例であるゲート電極１３２と、第１の主電極の例であるソース電極１３３と、第２の主電極の例であるドレイン電極１３４とを備える。ｎ型の半導体層はそれぞれ、第１導電型の半導体層の例であり、ｐ型の半導体層はそれぞれ、第２導電型の半導体層の例である。
【００１３】
ｎ＋ドレイン層１２１はここでは、ｎ＋基板である。ｎ＋ドレイン層１２１は例えば、シリコン基板等の半導体基板である。
【００１４】
ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３は、素子部１１１及び終端部１１２において、ｎ＋ドレイン層１２１上に形成されており、ｎ＋ドレイン層１２１の表面に平行な方向に交互に配置されている。ｎピラー層１２２には、リン等の不純物（ドナー）が注入されている。ｐピラー層１２３には、ボロン等の不純物（アクセプター）が注入されている。ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の不純物濃度及び不純物濃度プロファイルについては、後述する。
【００１５】
このように、素子部１１１では、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３により、スーパージャンクション構造のドリフト層が形成されている。また、素子部１１１では、当該ドリフト層上に縦型パワーＭＯＳＦＥＴが形成されている。本実施例では更に、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３により、素子部１１１だけでなく終端部１１２にも、スーパージャンクション構造が形成されている。
【００１６】
ｐベース層１２４は、素子部１１１において、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の表面に選択的に形成されている。ｐベース層１２４はここでは、ストライプ形状に形成されている。本実施例のｐベース層１２４は、図１Ａに示すように、ｐ＋領域Ｒを含んでいる。
【００１７】
ｎソース層１２５は、素子部１１１において、ｐベース層１２４の表面に選択的に形成されている。ｎソース層１２５はここでは、ストライプ形状に形成されている。本実施例のｎソース層１２５は、図１Ａに示すように、ｐ＋領域Ｒに隣接している。
【００１８】
ゲート絶縁膜１３１は、素子部１１１において、ｎピラー層１２２、ｐベース層１２４、及びｎソース層１２５上に形成されている。ゲート絶縁膜１３１はここでは、シリコン酸化膜である。
【００１９】
ゲート電極１３２は、素子部１１１において、ｎピラー層１２２、ｐベース層１２４、及びｎソース層１２５上にゲート絶縁膜１３１を介して形成されている。ゲート電極１３２はここでは、ポリシリコン電極である。ゲート電極１３２の上面及び側面には、ゲート絶縁膜１３１と一体化した絶縁膜が形成されている。当該絶縁膜はここでは、シリコン酸化膜である。
【００２０】
ソース電極１３３は、素子部１１１において、ｐベース層１２４及びｎソース層１２５に接しており、ｐベース層１２４及びｎソース層１２５に電気的に接続されている。ソース電極１３３はここでは、メタル電極である。
【００２１】
ドレイン電極１３４は、素子部１１１及び終端部１１２において、ｎ＋ドレイン層１２１に接しており、ｎ＋ドレイン層１２１に電気的に接続されている。ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３が、ｎ＋ドレイン層１２１の第１の主面に形成されているのに対し、ドレイン電極１３４は、ｎ＋ドレイン層１２１の第２の主面に形成されている。ドレイン電極１３４はここでは、メタル電極である。
【００２２】
なお、本実施例では、基板であるｎ＋ドレイン層１２１上に、ｎピラー層１２２が形成されている。即ち、ｎピラー層１２２が、基板上に設けられている。一方、本実施例では、ｎ＋ドレイン層１２１とｎピラー層１２２とが、共に基板を構成していてもよい。即ち、ｎピラー層１２２が、基板内に設けられていてもよい。
【００２３】
また、本実施例では、ｎ＋ドレイン層１２１上に、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３が形成されている。即ち、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の下面が、ｎ＋層となっている。一方、本実施例では、ｎ＋ドレイン層１２１上にｎ型層が形成されると共に、ｎ型層上にｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３が形成されていてもよい。即ち、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の下面が、ｎ型層となっていてもよい。この場合、ｎ＋ドレイン層１２１とｎ型層とを含む積層層は、第１半導体層の例である。
【００２４】
図１の電力用半導体装置１０１は更に、終端部１１２において、リサーフ層２０１と、フィールドストップ層２１１と、フィールド絶縁膜２１２と、フィールドプレート電極２１３と、フィールドストップ電極２１４とを備える。
【００２５】
リサーフ層２０１は、ｐ型の半導体層であり、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の表面に形成される。リサーフ層２０１には、終端部１１２の耐圧を向上させる効果がある。フィールドストップ層２１１は、ｐベース層１２４及びｎソース層１２５と同時に形成される。フィールド絶縁膜２１２は、ゲート絶縁膜１３１と同時に形成される。フィールドプレート電極２１３は、ゲート電極１３２と同時に形成される。フィールドストップ電極２１４は、ソース電極１３３と同時に形成される。なお、本実施例の電力用半導体装置１０１には、リサーフ層２０１やフィールドプレート電極２１３を設けなくてもよい。
【００２６】
図２は、第１実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。図２に示す各グラフの縦軸は深さを表し、横軸は不純物濃度を表す。図２には、深さ方向の不純物濃度プロファイル、即ち、ｎ＋ドレイン層１２１の表面に垂直な方向の不純物濃度プロファイルが示されている。
【００２７】
なお、本実施例における不純物濃度は、体積濃度［ｃｍ−３］ではなく、体積濃度にｎピラー層１２２又はｐピラー層１２３の幅を掛けた面濃度［ｃｍ−２］を表す。１つのピラー層の体積濃度及び面濃度をそれぞれ、図１８Ａ及び図１８Ｂに示す。図１８Ａは、深さＤにおける体積濃度ｎ3(Ｄ)を表す。図１８Ｂは、深さＤにおける面濃度ｎ2(Ｄ)を表す。深さＤにおけるピラー層の幅をｗ(Ｄ)とすると、ｎ3(Ｄ)とｎ2(Ｄ)との間にはｎ2(Ｄ)＝ｎ3(Ｄ)×ｗ(Ｄ)の関係が成り立つ。
【００２８】
図２Ａには、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２とｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが示されている。図２Ａには更に、これらのピラー層の上部領域と下部領域とが示されている。一方、図２Ｂには、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２とｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが示されている。図２Ｂには更に、これらのピラー層の上部領域と下部領域とが示されている。上部領域（トップ領域）は、ピラー層の上部に位置する領域であり、所定の深さよりも浅い領域に相当する。一方、下部領域（ボトム領域）は、ピラー層の下部に位置する領域であり、所定の深さよりも深い領域に相当する。後述するように、所定の深さはここでは、ＣP＞ＣN及びＴP＞ＴNとＣP＜ＣN及びＴP＜ＴNとが入れ替わる深さである。なお、ＣP，ＣNは、素子部１１１のｐピラー層１２３，ｎピラー層１２２の不純物濃度を表し、ＴP，ＴNは、終端部１１２のｐピラー層１２３，ｎピラー層１２２の不純物濃度を表す。
【００２９】
図２Ａでは、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの不純物濃度ＣPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの不純物濃度ＣNtopよりも高くなっている。図２Ａでは更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの不純物濃度ＣPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの不純物濃度ＣNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の素子部１１１では、ＣPtop＞ＣNtop，ＣPbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣNtop＝ＣNbtmの関係が成り立っている。
【００３０】
図２Ｂでも、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの不純物濃度ＴPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの不純物濃度ＴNtopよりも高くなっている。図２Ｂでも更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの不純物濃度ＴPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの不純物濃度ＴNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の終端部１１２では、ＴPtop＞ＴNtop，ＴPbtm＜ＴNbtmの関係が成り立っている。本実施例の終端部１１２では更に、ＴNtop＝ＴNbtmの関係が成り立っている。
【００３１】
ここで、各領域の単位長さあたりの不純物量について説明しておく。
【００３２】
図１９Ａは、１つのピラー層の上部領域を表す。図１９Ａでは、当該上部領域の単位長さあたりの不純物量が、Ｎtopで示されている。当該単位長さは、ｎ＋ドレイン層１２１の表面に平行な方向であって、ｎピラー層１２２とｐピラー層１２３とが交互に配置された方向の垂直方向にとられている。当該上部領域の上端及び下端の深さをそれぞれα及びβとすると、Ｎtopは∫[α，β]ｎ2(Ｄ)ｄＤと表される。
【００３３】
なお、図２Ａには、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの単位長さあたりの不純物量ＮCPtopと、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの単位長さあたりの不純物量ＮCNtopとが示されている。図２Ａには更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの単位長さあたりの不純物量ＮCPbtmと、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの単位長さあたりの不純物量ＮCNbtmとが示されている。本実施例の素子部１１１では、ＣPtop＞ＣNtopに起因してＮCPtop＞ＮCNtopが成り立つと共に、ＣPbtm＜ＣNbtmに起因してＮCPbtm＜ＮCNbtmが成り立つ。
【００３４】
図１９Ｂは、１つのピラー層の下部領域を表す。図１９Ｂでは、当該下部領域の単位長さあたりの不純物量が、Ｎbtmで示されている。当該下部領域の上端及び下端の深さをそれぞれβ及びγとすると、Ｎbtmは∫[β，γ]ｎ2(Ｄ)ｄＤと表される。
【００３５】
なお、図２Ｂには、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの単位長さあたりの不純物量ＮTPtopと、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの単位長さあたりの不純物量ＮTNtopとが示されている。図２Ｂには更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの単位長さあたりの不純物量ＮTPbtmと、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの単位長さあたりの不純物量ＮTNbtmとが示されている。本実施例の終端部１１２では、ＴPtop＞ＴNtopに起因してＮTPtop＞ＮTNtopが成り立つと共に、ＴPbtm＜ＴNbtmに起因してＮTPbtm＜ＮTNbtmが成り立つ。
【００３６】
ここで、図２に戻り、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。ｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度、ｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度、ｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度はそれぞれ、素子部１１１と終端部１１２とで共通である。即ち、ＣNtop＝ＴNtop，ＣPbtm＝ＴPbtm，ＣNbtm＝ＴNbtmの関係が成り立っている。
【００３７】
しかしながら、本実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、ＴPtop＜ＣPtopの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、図２のように、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTPtop≦0.9×ＮCPtopの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、本実施例では、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００３８】
このように、本実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルと異なっている。本実施例では、素子部１１１のｐピラー層１２３と終端部１１２のｐピラー層１２３とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図２のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００３９】
図２０及び図２１は、ＮTPtop／ＮCPtopと耐圧差との関係の計算結果を示したグラフである。各グラフの横軸は、ＣPtop［ｃｍ-3］を表し、各グラフの縦軸は、終端部１１２と素子部１１１との耐圧差［Ｖ］を表す。図２０は、耐圧６００Ｖ系でピラー長が４０μｍの電力用半導体装置１０１に関するグラフである。一方、図２１は、耐圧２５０Ｖ系でピラー長が２０μｍの電力用半導体装置１０１に関するグラフである。
【００４０】
図２０及び図２１にはそれぞれ、ＮTPtop／ＮCPtopが0.95（５％），0.9（１０％），0.8（２０％），0.7（３０％）の場合の計算結果がプロットされている。図２０及び図２１によれば、0.9（１０％）程度のＮTPtop／ＮCPtopの値を確保することで、十分な耐圧差が得られることが解る。
【００４１】
例えば、図２０では、６００Ｖ系で一般的な濃度３×１０15ｃｍ-3において、0.9程度のＮTPtop／ＮCPtopにより５０Ｖ程度の耐圧差が得られている。また、図２１では、２５０Ｖ系で一般的な濃度１×１０16ｃｍ-3において、0.9程度のＮTPtop／ＮCPtopにより３８Ｖ程度の耐圧差が得られている。このように、図２０及び図２１によれば、２５０〜６００Ｖ系では、0.9程度のＮTPtop／ＮCPtopにより十分な耐圧差が得られることが解る。なお、ＣPtopの値は一般に、１０15〜１０16ｃｍ-3程度である。なお、図２０及び図２１では便宜上、不純物濃度が体積濃度で表されていることに留意されたい。
【００４２】
ここで、図２の不純物濃度プロファイルについて補足しておく。
【００４３】
素子部１１１及び終端部１１２の上部領域では、ｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量と、ｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量との関係が、ｐリッチとなっている。よって、これらの上部領域では、ｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量から、ｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量を引いた差分値（不純物量差）が、負の値になっている。
【００４４】
一方、素子部１１１及び終端部１１２の下部領域では、ｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量と、ｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量との関係が、ｎリッチとなっている。よって、これらの下部領域では、ｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量から、ｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量を引いた差分値（不純物量差）が、正の値になっている。
【００４５】
ここで、ｎピラー層１２２の上部領域とｐピラー層１２３の上部領域との不純物量差について説明する。素子部１１１において、１つのｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量をＮCNtopとし、１つのｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量をＮCPtopとすると、これらの不純物量間の不純物量差ΔCtopは、ＮCNtop−ＮCPtopとなる。同様に、終端部１１２において、１つのｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量をＮTNtopとし、１つのｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量をＮTPtopとすると、これらの不純物量間の不純物量差ΔTtopは、ＮTNtop−ＮTPtopとなる。上述のように、素子部１１１及び終端部１１２の上部領域はｐリッチであるため、これらの不純物量差においては、ΔCtop＜０，ΔTtop＜０が成り立つ。
【００４６】
続いて、ｎピラー層１２２の下部領域とｐピラー層１２３の下部領域との不純物量差について説明する。素子部１１１において、１つのｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量をＮCNbtmとし、１つのｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量をＮCPbtmとすると、これらの不純物量間の不純物量差ΔCbtmは、ＮCNbtm−ＮCPbtmとなる。同様に、終端部１１２において、１つのｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量をＮTNbtmとし、１つのｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量をＮTPbtmとすると、これらの不純物量間の不純物量差ΔTbtmは、ＮTNbtm−ＮTPbtmとなる。上述のように、素子部１１１及び終端部１１２の下部領域はｎリッチであるため、これらの不純物量差においては、ΔCbtm＞０，ΔTbtm＞０が成り立つ。
【００４７】
本実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルを、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルと異ならせている。具体的には、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量を、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくしている。これにより、本実施例では、素子部１１１の上部領域と終端部１１２の上部領域との間に、｜ΔCtop｜＞｜ΔTtop｜＞０の関係が成り立つ（但し、｜ΔCtop｜はΔCtopの絶対値を、｜ΔTtop｜はΔTtopの絶対値を表す）。スーパージャンクション構造では、不純物量差の絶対値が小さいほど耐圧が高くなる。そのため、本実施例では、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。より詳細には、終端部１１２の上部領域の耐圧が素子部１１１の上部領域の耐圧よりも高くなる。これにより、本実施例では、終端部１１２でアバランシェが発生しにくくなり、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００４８】
なお、本実施例では、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３がテーパーを有しているが、これらはテーパーを有していなくてもよい。なお、本実施例のように不純物濃度を面濃度で取り扱うことには、テーパーがある場合とない場合とを統一的に取り扱うのが容易という利点がある。
【００４９】
以下、第２〜第１６実施例の電力用半導体装置１０１について説明する。第２〜第１６実施例は、第１実施例の変形例であり、第２〜第１６実施例については、第１実施例との相違点を中心に説明する。なお、図１の側方断面図は、第１実施例と第２〜第１６実施例とで共通とする。
【００５０】
（第２実施例）
図３は、第２実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。
【００５１】
図３Ａでは、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの不純物濃度ＣPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの不純物濃度ＣNtopよりも高くなっている。図３Ａでは更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの不純物濃度ＣPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの不純物濃度ＣNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の素子部１１１では、ＣPtop＞ＣNtop，ＣPbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣNtop＝ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣPtop＞ＣNtopに起因してＮCPtop＞ＮCNtopが成り立つと共に、ＣPbtm＜ＣNbtmに起因してＮCPbtm＜ＮCNbtmが成り立っている。
【００５２】
図３Ｂでも、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの不純物濃度ＴPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの不純物濃度ＴNtopよりも高くなっている。図３Ｂでも更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの不純物濃度ＴPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの不純物濃度ＴNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の終端部１１２では、ＴPtop＞ＴNtop，ＴPbtm＜ＴNbtmの関係が成り立っている。本実施例の終端部１１２では更に、ＴPtop＞ＴNtopに起因してＮTPtop＞ＮTNtopが成り立つと共に、ＴPbtm＜ＴNbtmに起因してＮTPbtm＜ＮTNbtmが成り立っている。
【００５３】
ここで、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。ｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度、ｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度、ｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度はそれぞれ、素子部１１１と終端部１１２とで共通である。即ち、ＣPtop＝ＴPtop，ＣPbtm＝ＴPbtm，ＣNbtm＝ＴNbtmの関係が成り立っている。
【００５４】
しかしながら、本実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、ＴNtop＞ＣNtopの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、図３のように、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTNtop≧1.1×ＮCNtopの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、第１実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、本実施例では、第１実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００５５】
このように、本実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルと異なっている。本実施例では、素子部１１１のｎピラー層１２２と終端部１１２のｎピラー層１２２とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図３のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００５６】
（第３実施例）
図４は、第３実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。
【００５７】
図４Ａでは、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの不純物濃度ＣPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの不純物濃度ＣNtopよりも高くなっている。図４Ａでは更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの不純物濃度ＣPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの不純物濃度ＣNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の素子部１１１では、ＣPtop＞ＣNtop，ＣPbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣNtop＝ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣPtop＞ＣNtopに起因してＮCPtop＞ＮCNtopが成り立つと共に、ＣPbtm＜ＣNbtmに起因してＮCPbtm＜ＮCNbtmが成り立っている。
【００５８】
図４Ｂでも、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの不純物濃度ＴPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの不純物濃度ＴNtopよりも高くなっている。図４Ｂでも更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの不純物濃度ＴPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの不純物濃度ＴNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の終端部１１２では、ＴPtop＞ＴNtop，ＴPbtm＜ＴNbtmの関係が成り立っている。本実施例の終端部１１２では更に、ＴNtop＝ＴNbtmの関係が成り立っている。本実施例の終端部１１２では更に、ＴPtop＞ＴNtopに起因してＮTPtop＞ＮTNtopが成り立つと共に、ＴPbtm＜ＴNbtmに起因してＮTPbtm＜ＮTNbtmが成り立っている。
【００５９】
ここで、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。ｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度、ｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度、ｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度はそれぞれ、素子部１１１と終端部１１２とで共通である。即ち、ＣPtop＝ＴPtop，ＣNtop＝ＴNtop，ＣNbtm＝ＴNbtmの関係が成り立っている。
【００６０】
しかしながら、本実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、ＴPbtm＞ＣPbtmの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、図４のように、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTPbtm≧1.1×ＮCPbtmの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、第１実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、本実施例では、第１実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００６１】
このように、本実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルと異なっている。本実施例では、素子部１１１のｐピラー層１２３と終端部１１２のｐピラー層１２３とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図４のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００６２】
第１実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度プロファイルと異なっている。これに対し、第３実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度プロファイルと異なっている。素子部１１１のｐピラー層１２３と終端部１１２のｐピラー層１２３とで異なる不純物濃度プロファイルを採用する際には、第１実施例の方法でこれを実現してもよいし、第３実施例の方法でこれを実現してもよい。
【００６３】
（第４実施例）
図５は、第４実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。
【００６４】
図５Ａでは、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの不純物濃度ＣPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの不純物濃度ＣNtopよりも高くなっている。図５Ａでは更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの不純物濃度ＣPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの不純物濃度ＣNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の素子部１１１では、ＣPtop＞ＣNtop，ＣPbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣNtop＝ＣNbtmの関係が成り立っている。本実施例の素子部１１１では更に、ＣPtop＞ＣNtopに起因してＮCPtop＞ＮCNtopが成り立つと共に、ＣPbtm＜ＣNbtmに起因してＮCPbtm＜ＮCNbtmが成り立っている。
【００６５】
図５Ｂでも、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの不純物濃度ＴPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの不純物濃度ＴNtopよりも高くなっている。図５Ｂでも更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの不純物濃度ＴPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの不純物濃度ＴNbtmよりも低くなっている。このように、本実施例の終端部１１２では、ＴPtop＞ＴNtop，ＴPbtm＜ＴNbtmの関係が成り立っている。本実施例の終端部１１２では更に、ＴPtop＞ＴNtopに起因してＮTPtop＞ＮTNtopが成り立つと共に、ＴPbtm＜ＴNbtmに起因してＮTPbtm＜ＮTNbtmが成り立っている。
【００６６】
ここで、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。ｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度、ｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度、ｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度はそれぞれ、素子部１１１と終端部１１２とで共通である。即ち、ＣPtop＝ＴPtop，ＣNtop＝ＴNtop，ＣPbtm＝ＴPbtmの関係が成り立っている。
【００６７】
しかしながら、本実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、ＴNbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、図５のように、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTNbtm≦0.9×ＮCNbtmの関係が成り立っている。その結果、本実施例では、第１実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、本実施例では、第１実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００６８】
このように、本実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルと異なっている。本実施例では、素子部１１１のｎピラー層１２２と終端部１１２のｎピラー層１２２とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図５のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００６９】
第２実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度プロファイルと異なっている。これに対し、第４実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度プロファイルと異なっている。素子部１１１のｎピラー層１２２と終端部１１２のｎピラー層１２２とで異なる不純物濃度プロファイルを採用する際には、第２実施例の方法でこれを実現してもよいし、第４実施例の方法でこれを実現してもよい。
【００７０】
（第５〜第８実施例）
図６〜図９は、第５〜第８実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。第５〜第８実施例はそれぞれ、第１〜第４実施例に対応している。
【００７１】
図６Ａでは、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸCの不純物濃度ＣPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸCの不純物濃度ＣNtopよりも低くなっている。図６Ａでは更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹCの不純物濃度ＣPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹCの不純物濃度ＣNbtmよりも高くなっている。このように、図６Ａの素子部１１１では、ＣPtop＜ＣNtop，ＣPbtm＞ＣNbtmの関係が成り立っている。これらの関係は、図７Ａ，図８Ａ，図９Ａの素子部１１１でも成り立つ。図６Ａ〜図９Ａの素子部１１１では更に、ＣNtop＝ＣNbtmの関係が成り立っている。図６Ａ〜図９Ａの素子部１１１では更に、ＣPtop＜ＣNtopに起因してＮCPtop＜ＮCNtopが成り立つと共に、ＣPbtm＞ＣNbtmに起因してＮCPbtm＞ＮCNbtmが成り立っている。
【００７２】
図６Ｂでも、ｐピラー層１２３の上部領域１２３ＸTの不純物濃度ＴPtopが、ｎピラー層１２２の上部領域１２２ＸTの不純物濃度ＴNtopよりも低くなっている。図６Ｂでも更に、ｐピラー層１２３の下部領域１２３ＹTの不純物濃度ＴPbtmが、ｎピラー層１２２の下部領域１２２ＹTの不純物濃度ＴNbtmよりも高くなっている。このように、図６Ｂの終端部１１２では、ＴPtop＜ＴNtop，ＴPbtm＞ＴNbtmの関係が成り立っている。これらの関係は、図７Ｂ，図８Ｂ，図９Ｂの終端部１１２でも成り立つ。図６Ｂ及び図８Ｂの終端部１１２では更に、ＴNtop＝ＴNbtmの関係が成り立っている。図６Ｂ〜図９Ｂの終端部１１２では更に、ＴPtop＜ＴNtopに起因してＮTPtop＜ＮTNtopが成り立つと共に、ＴPbtm＞ＴNbtmに起因してＮTPbtm＞ＮTNbtmが成り立っている。
【００７３】
ここで、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。
【００７４】
図６では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、ＴPtop＞ＣPtopの関係が成り立っている。その結果、図６では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTPtop≧1.1×ＮCPtopの関係が成り立っている。その結果、第５実施例では、第１実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第５実施例では、第１実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００７５】
図７では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、ＴNtop＜ＣNtopの関係が成り立っている。その結果、図７では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTNtop≦0.9×ＮCNtopの関係が成り立っている。その結果、第６実施例では、第２実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第６実施例では、第２実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００７６】
図８では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、ＴPbtm＜ＣPbtmの関係が成り立っている。その結果、図８では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTPbtm≦0.9×ＮCPbtmの関係が成り立っている。その結果、第７実施例では、第３実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第７実施例では、第３実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００７７】
図９では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、ＴNbtm＞ＣNbtmの関係が成り立っている。その結果、図９では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTNbtm≧1.1×ＮCNbtmの関係が成り立っている。その結果、第８実施例では、第４実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第８実施例では、第４実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００７８】
以上のように、第５及び第７実施例では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルと異なっている。これらの実施例では、素子部１１１のｐピラー層１２３と終端部１１２のｐピラー層１２３とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図６や図８のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００７９】
また、第６及び第８実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルと異なっている。これらの実施例では、素子部１１１のｎピラー層１２２と終端部１１２のｎピラー層１２２とで異なる不純物濃度プロファイルを採用することで、例えば図７や図９のような不純物濃度プロファイルにより、終端部１１２の耐圧を素子部１１１の耐圧よりも高めることが可能になる。
【００８０】
（第９〜第１２実施例）
図１０〜図１３は、第９〜第１２実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。第９〜第１２実施例はそれぞれ、第１〜第４実施例に対応している。
【００８１】
図１０Ａ〜図１３Ａの素子部１１１では、図２Ａ〜図５Ａの素子部１１１と同様、ＣPtop＞ＣNtop，ＣPbtm＜ＣNbtmの関係が成り立っている。しかしながら、図１０Ａ〜図１３Ａの素子部１１１では、ＣPtop及びＣPbtmが共に、深さに応じて線形に減少しており、ＣNtop及びＣNbtmが共に、深さに応じて線形に増加している。よって、深さをＤで表す場合、関数ＣPtop(Ｄ)及びＣPbtm(Ｄ)は共に線形な減少関数となり、関数ＣNtop(Ｄ)及びＣNbtm(Ｄ)は共に線形な増加関数となる。
【００８２】
図１０Ｂ〜図１３Ｂの終端部１１２でも、図２Ｂ〜図５Ｂの終端部１１２と同様、ＴPtop＞ＴNtop，ＴPbtm＜ＴNbtmの関係が成り立っている。そして、図１０Ｂ〜図１３Ｂの終端部１１２でも、ＴPtop及びＴPbtmは共に、深さに応じて線形に減少しており、ＴNtop及びＴNbtmは共に、深さに応じて線形に増加している。よって、深さをＤで表す場合、関数ＴPtop(Ｄ)及びＴPbtm(Ｄ)は共に線形な減少関数となり、関数ＴNtop(Ｄ)及びＴNbtm(Ｄ)は共に線形な増加関数となる。
【００８３】
ここで、素子部１１１と終端部１１２とを比較してみる。
【００８４】
図２の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度が、上部領域の全体において、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、上部領域の全体において、ＴPtop(Ｄ)＜ＣPtop(Ｄ)の関係が成り立っている。
【００８５】
これに対し、図１０の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度が、上部領域の上方部分に限り、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、上部領域の上方部分において、ＴPtop(Ｄ)＜ＣPtop(Ｄ)の関係が成り立っている。これにより、図１０では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTPtop≦0.9×ＮCPtopの関係が成り立っている。その結果、第９実施例でも、第１実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第９実施例では、第１実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００８６】
また、図３の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度が、上部領域の全体において、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、上部領域の全体において、ＴNtop(Ｄ)＞ＣNtop(Ｄ)の関係が成り立っている。
【００８７】
これに対し、図１１の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度が、上部領域の上方部分に限り、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、上部領域の上方部分において、ＴNtop(Ｄ)＞ＣNtop(Ｄ)の関係が成り立っている。これにより、図１１では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTNtop≧1.1×ＮCNtopの関係が成り立っている。その結果、第１０実施例でも、第２実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１０実施例では、第２実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００８８】
また、図４の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度が、下部領域の全体において、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、下部領域の全体において、ＴPbtm(Ｄ)＞ＣPbtm(Ｄ)の関係が成り立っている。
【００８９】
これに対し、図１２の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度が、下部領域の下方部分に限り、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の不純物濃度よりも高くなっている。即ち、下部領域の下方部分において、ＴPbtm(Ｄ)＞ＣPbtm(Ｄ)の関係が成り立っている。これにより、図１２では、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多く設定されている。即ち、ＮTPbtm≧1.1×ＮCPbtmの関係が成り立っている。その結果、第１１実施例でも、第３実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１１実施例では、第３実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９０】
また、図５の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度が、下部領域の全体において、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、下部領域の全体において、ＴNbtm(Ｄ)＜ＣNbtm(Ｄ)の関係が成り立っている。
【００９１】
これに対し、図１３の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度が、下部領域の下方部分に限り、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の不純物濃度よりも低くなっている。即ち、下部領域の下方部分において、ＴNbtm(Ｄ)＜ＣNbtm(Ｄ)の関係が成り立っている。これにより、図１３では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なく設定されている。即ち、ＮTNbtm≦0.9×ＮCNbtmの関係が成り立っている。その結果、第１２実施例でも、第４実施例と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１２実施例では、第４実施例と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９２】
以上のように、第１〜第８実施例では、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の不純物濃度が、深さに対して一定、又は深さに対してステップ関数状に変化するのに対し、第９〜第１２実施例では、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３の不純物濃度が、深さに応じて増加又は減少する。第１〜第４実施例の不純物濃度プロファイルを、第９〜第１２実施例のような線形なプロファイルに置き換えるのと同様に、第５〜第８実施例の不純物濃度プロファイルを、線形なプロファイルに置き換えることも可能である。
【００９３】
（第１３〜第１６実施例）
図１４〜図１７は、第１３〜第１６実施例の素子部１１１及び終端部１１２における不純物濃度プロファイルを示す。
【００９４】
図１４の不純物濃度プロファイルは、図２のプロファイルと図３のプロファイルを組み合せたようなプロファイルとなっている。図１４の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっており、且つ、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっている。即ち、ＮTPtop≦0.9×ＮCPtop、且つ、ＮTNtop≧1.1×ＮCNtopの関係が成り立っている。その結果、第１３実施例では、第１実施例等と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１３実施例では、第１実施例等と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９５】
また、図１５の不純物濃度プロファイルは、図４のプロファイルと図５のプロファイルを組み合せたようなプロファイルとなっている。図１５の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっており、且つ、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっている。即ち、ＮTPbtm≧1.1×ＮCPbtm、且つ、ＮTNbtm≦0.9×ＮCNbtmの関係が成り立っている。その結果、第１４実施例では、第１実施例等と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１４実施例では、第１実施例等と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９６】
また、図１６の不純物濃度プロファイルは、図１０のプロファイルと図１１のプロファイルを組み合せたようなプロファイルとなっている。図１６の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっており、且つ、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の上部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっている。即ち、ＮTPtop≦0.9×ＮCPtop、且つ、ＮTNtop≧1.1×ＮCNtopの関係が成り立っている。その結果、第１５実施例では、第１実施例等と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１５実施例では、第１実施例等と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９７】
また、図１７の不純物濃度プロファイルは、図１２のプロファイルと図１３のプロファイルを組み合せたようなプロファイルとなっている。図１７の不純物濃度プロファイルでは、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上多くなっており、且つ、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量が、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の下部領域の単位長さあたりの不純物量よりも１０％以上少なくなっている。即ち、ＮTPbtm≧1.1×ＮCPbtm、且つ、ＮTNbtm≦0.9×ＮCNbtmの関係が成り立っている。その結果、第１６実施例では、第１実施例等と同様に、終端部１１２の耐圧が素子部１１１の耐圧よりも高くなる。これにより、第１６実施例では、第１実施例等と同様に、好適なアバランシェ耐量や逆回復特性が実現される。
【００９８】
以上のように、第１３〜第１６実施例では、終端部１１２に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｎピラー層１２２の不純物濃度プロファイルと異なっており、且つ、終端部１１２に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルが、素子部１１１に形成されたｐピラー層１２３の不純物濃度プロファイルと異なっている。これらの実施例では、ｎピラー層１２２とｐピラー層１２３の両方の不純物濃度プロファイルに差を設けるため、素子部１１１と終端部１１２との耐圧差を設定する際の設定自由度が高くなる。
【００９９】
なお、第１３〜第１６実施例は、第５〜第８実施例のような不純物濃度プロファイルについても適用可能である。
【０１００】
なお、図１の電力用半導体装置１０１では、素子部１１１にＭＯＳＦＥＴが形成されるが、ＭＯＳＦＥＴ以外のトランジスタを形成してもよい。このようなトランジスタの例として、ＩＧＢＴ（Integrated Gate Bipolar Transistor）等が挙げられる。この場合、図１のソース電極１３３及びドレイン電極１３４はそれぞれ、エミッタ電極及びコレクタ電極に置き換えられる。加えて、この場合には、トランジスタの構成要素としてｐコレクタ層が設けられる。
【０１０１】
また、第１〜第１６実施例では、トランジスタの例として、ｎチャネルのプレーナ構造を有するＭＯＳＦＥＴが挙げられている。しかしながら、当該トランジスタは、ｐチャネルのプレーナ構造を有するＭＯＳＦＥＴでも構わない。さらには、当該トランジスタは、ｎチャネル又はｐチャネルのトレンチゲート構造を有するＭＯＳＦＥＴでも構わない。
【０１０２】
また、ピラー層１２２，１２３の形状は、図１では、紙面垂直方向に伸びるストライプ状になっている。しかしながら、これらピラー層１２２，１２３の形状は、基板上面方向から見て、ドット形状、千鳥形状、メッシュ形状等にしても構わない。
【０１０３】
また、上述したように、ｎピラー層１２２及びｐピラー層１２３は、テーパーを有していてもよいし、有していなくてもよい。なお、第１〜第８実施例のような不純物濃度プロファイルは例えば、これらピラー層の不純物濃度（体積濃度）を一様にし、且つ、これらピラー層にテーパーを設けないことで実現可能である。一方、第９〜第１２実施例のような不純物濃度プロファイルは例えば、これらピラー層の不純物濃度（体積濃度）を一様にし、且つ、これらピラー層にテーパーを設けることで実現可能である。
【０１０４】
以上、本発明の具体的な態様の例を、第１〜第１６実施例により説明したが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。例えば、これらの実施例における各要素の形状、寸法、材料、導電型等については、当業者が公知の範囲から適宜選択してこれらの実施例と同様の作用効果を得られるものを採用しても構わない。このようにして得られる種々の変形例も、本発明の実施例に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】第１実施例の電力用半導体装置の側方断面図である。
【図２】第１実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図３】第２実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図４】第３実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図５】第４実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図６】第５実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図７】第６実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図８】第７実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図９】第８実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１０】第９実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１１】第１０実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１２】第１１実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１３】第１２実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１４】第１３実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１５】第１４実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１６】第１５実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１７】第１６実施例の素子部及び終端部における不純物濃度プロファイルを示す。
【図１８】体積濃度及び面濃度について説明するための図である。
【図１９】単位長さあたりの不純物量について説明するための図である。
【図２０】ＮTPtop／ＮCPtopと耐圧差との関係の計算結果を示したグラフである。
【図２１】ＮTPtop／ＮCPtopと耐圧差との関係の計算結果を示したグラフである。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  電力用半導体装置
１１１  素子部
１１２  終端部
１２１  ｎ＋ドレイン層
１２２  ｎピラー層
１２３  ｐピラー層
１２４  ｐベース層
１２５  ｎソース層
１３１  ゲート絶縁膜
１３２  ゲート電極
１３３  ソース電極
１３４  ドレイン電極
２０１  リサーフ層
２１１  フィールドストップ層
２１２  フィールド絶縁膜
２１３  フィールドプレート電極
２１４  フィールドストップ電極
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010045307.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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