(57)【要約】【課題】ｐｎ接合部から耐圧保持構造の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界集中を充分に緩和することができ、充分に高い耐圧を有する半導体装置を提供する。【解決手段】ｎ型の半導体基板１１に形成される半導体素子３を囲繞するｐ型の終端領域２に、遷移領域７１とリサーフ領域７２とを形成する。遷移領域７１を、ｐ型不純物濃度が半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って減少し、かつ半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って小さくなるように形成する。リサーフ領域７２を、ｐ型不純物濃度が、遷移領域３１のｐ型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様になるように形成する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体基板に形成される半導体素子と、
前記半導体素子を囲繞して前記半導体基板に形成される第２導電型の終端領域とを有し、
前記終端領域は、
前記半導体基板の厚み方向に垂直な方向において、前記半導体素子の外周部側の部分に形成され、第２導電型の不純物の濃度である第２導電型不純物濃度が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って減少する遷移領域と、
前記厚み方向に垂直な方向において、前記遷移領域よりも前記半導体基板の外周部側の部分に形成され、前記遷移領域に連なり、前記第２導電型不純物濃度が、前記遷移領域の第２導電型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様なリサーフ領域とを含み、
前記遷移領域は、前記厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりの前記第２導電型不純物濃度の変化量が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記遷移領域は、前記第２導電型不純物濃度が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って連続的に減少することを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記遷移領域は、前記第２導電型不純物濃度が一様な複数の不純物領域を含み、
前記複数の不純物領域は、前記第２導電型不純物濃度が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って段階的に減少するように並んで形成されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記遷移領域は、前記第２導電型不純物濃度が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って段階的に減少し、かつ前記半導体基板の厚み方向に垂直な方向における前記不純物領域の幅が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って大きくなる領域を含むことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記終端領域の前記半導体基板の厚み方向の一表面には、絶縁膜が設けられ、
前記半導体素子は、前記半導体基板の厚み方向の一表面に設けられる素子電極を備え、
前記素子電極は、前記絶縁膜の上部に張り出して設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の半導体装置。
【請求項６】
前記終端領域を囲繞して前記半導体基板の外周部の端部に形成される第１導電型または第２導電型のチャネルストッパ領域と、
前記チャネルストッパ領域の前記半導体基板の厚み方向の一表面に設けられるチャネルストッパフィールドプレートと、
前記素子電極と前記チャネルストッパフィールドプレートとの間の前記半導体基板上に、前記素子電極および前記チャネルストッパフィールドプレートから離間して設けられる１つ以上のフローティングフィールドプレートとを備えることを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、縦型構造の半導体素子、たとえばダイオード、電界効果トランジスタ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor；略称：ＭＯＳＦＥＴ）、または絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Insulated Gate Bipolar Transistor；略称：ＩＧＢＴ）を備える半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
縦型構造の半導体素子として、耐圧が比較的高い半導体素子（以下「高耐圧半導体素子」という場合がある）を備える半導体装置は、耐圧を確保するために、高耐圧半導体素子の外周部に連なって、耐圧保持構造を有する終端領域を備える。たとえば、ｎ型のドリフト層の活性領域に高耐圧半導体素子が設けられた半導体装置の場合、ｐ型の耐圧保持構造を有する終端領域が、活性領域を取り囲むように形成される。このような半導体装置では、高電圧が印加されたときに、ｎ型のドリフト層とｐ型の耐圧保持構造とのｐｎ接合部から広がる空乏層によって、活性領域の端部における電界集中を緩和し、耐圧を保持している。
【０００３】
耐圧保持構造には様々な種類があり、ガードリング構造、リサーフ（Reduced SURface Field；略称：ＲＥＳＵＲＦ）構造などがよく知られている。
【０００４】
ガードリング構造では、空乏層がｐｎ接合部から耐圧保持構造の内側にあまり広がらないように、比較的高濃度にｐ型不純物を含有するｐ型半導体層が、半導体素子の周囲を囲む帯状の複数のリングに分割して形成される。複数のリングは、径が小さいものから順に、基板の内側から外側に向かって並べて配置され、逆バイアス時に各リングに電位が分担される。しかし、耐圧クラスが上がり、求められる耐圧が大きくなるにつれて、リングの本数が増える傾向にあるので、各リングの幅およびリング同士の間隔の最適化が難しく、所望の耐圧が得られないことがあるという問題がある。
【０００５】
リサーフ構造では、比較的低濃度にｐ型不純物を含有するｐ型半導体層が、分割されることなく一様に形成されるので、空乏層がｐｎ接合部から耐圧保持構造の内側に広がり、比較的小面積の終端領域で耐圧を保持することができる。しかし、終端領域内の１箇所に電界集中が生じやすく、電界集中の緩和による高耐圧化には限界があるという問題がある。
【０００６】
以上のような問題を解決することができる耐圧保持構造として、基板の表面と平行な方向に複数の濃度階調を有する耐圧保持構造が開示されている（たとえば、特許文献１，２参照）。たとえば特許文献２に開示される技術では、前述の耐圧保持構造が、基板の表面と平行な方向の不純物濃度を注入マスクの開口パターンによって制御する、ＶＬＤ（Variation of Lateral Doping）構造によって実現されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平８−３１６４８０号公報
【特許文献２】特開平３−０９４４６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１，２に開示される耐圧保持構造を有する半導体装置では、ガードリング構造またはリサーフ構造などの耐圧保持構造を有する半導体装置と比べて、電界集中が緩和され、高耐圧化を図ることが可能である。しかし、特許文献１，２に開示される耐圧保持構造を有する半導体装置では、ｐｎ接合部から耐圧保持構造の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界の緩和が充分ではない。更なる高耐圧化を図るためには、更なる工夫が必要である。
【０００９】
本発明の目的は、ｐｎ接合部から耐圧保持構造の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界集中を充分に緩和することができ、充分に高い耐圧を有する半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の半導体装置は、第１導電型の半導体基板に形成される半導体素子と、前記半導体素子を囲繞して前記半導体基板に形成される第２導電型の終端領域とを有し、前記終端領域は、前記半導体基板の厚み方向に垂直な方向において、前記半導体素子の外周部側の部分に形成され、第２導電型の不純物の濃度である第２導電型不純物濃度が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って減少する遷移領域と、前記厚み方向に垂直な方向において、前記遷移領域よりも前記半導体基板の外周部側の部分に形成され、前記遷移領域に連なり、前記第２導電型不純物濃度が、前記遷移領域の第２導電型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様なリサーフ領域とを含み、前記遷移領域は、前記厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりの前記第２導電型不純物濃度の変化量が、前記半導体素子の外周部側から前記半導体基板の外周部側に向かうに従って小さくなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の半導体装置によれば、第１導電型の半導体基板には、半導体素子と、半導体素子を囲繞する第２導電型の終端領域とが形成される。終端領域には、半導体基板の厚み方向に垂直な方向において、半導体素子の外周部側の部分に遷移領域が形成され、この遷移領域に連なって、遷移領域よりも半導体基板の外周部側の部分にリサーフ領域が形成される。遷移領域は、第２導電型不純物濃度が、半導体素子の外周部側から半導体基板の外周部側に向かうに従って減少し、かつ半導体基板の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりの第２導電型不純物濃度の変化量が、半導体素子の外周部側から半導体基板の外周部側に向かうに従って小さくなる。リサーフ領域は、第２導電型不純物濃度が、遷移領域の第２導電型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様である。
【００１２】
この構成によって、終端領域の内部の広範囲に電界集中領域を分散させることができるので、第１導電型の半導体基板と第２導電型の終端領域との接合部から終端領域の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界集中を充分に緩和することができる。これによって、終端領域における局所的な電界集中を抑制することができるので、終端領域の最大電界強度を下げることができる。したがって、アバランシェ降伏電圧を上昇させることができるので、充分に高い耐圧を有する半導体装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００の構成を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００に電圧を印加したときの耐圧保持構造６の部分の状態を模式的に示す断面図である。
【図３】耐圧保持構造６の形成に使用される注入マスク４０の構成を示す平面図である。
【図４】本発明の第１の実施の形態の半導体装置１１０の構成を示す断面図である。
【図５】本発明の第１の実施の形態における終端領域２へのドーズ量を模式的に示すグラフである。
【図６】本発明の第１の実施の形態の半導体装置１１０に電圧を印加したときの耐圧保持構造６Ａの部分の状態を模式的に示す断面図である。
【図７】第２の前提技術の半導体装置２０、第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００、および第１の実施の形態の半導体装置１１０の、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における電界強度分布を示すグラフである。
【図８】本発明の第２の実施の形態の基本となる半導体装置１００Ａの構成を示す断面図である。
【図９】本発明の第２の実施の形態の半導体装置１１０Ａの構成を示す断面図である。
【図１０】本発明の第３の実施の形態の半導体装置１００Ｂの構成を示す断面図である。
【図１１】本発明の第３の実施の形態の半導体装置１１０Ｂの構成を示す断面図である。
【図１２】本発明の第４の実施の形態の半導体装置１２０の構成を示す断面図である。
【図１３】本発明の第４の実施の形態における耐圧保持構造７を形成する様子を示す断面図である。
【図１４】本発明の第４の実施の形態における遷移領域９１のドーズ量の一例を示すグラフである。
【図１５】本発明の第４の実施の形態における遷移領域９１のドーズ量の他の例を示すグラフである。
【図１６】本発明の第５の実施の形態の半導体装置１２０Ａの構成を示す断面図である。
【図１７】本発明の第６の実施の形態の半導体装置１２０Ｂの構成を示す断面図である。
【図１８】本発明の第１の前提技術の半導体装置１０の構成を示す断面図である。
【図１９】本発明の第２の前提技術の半導体装置２０の構成を示す断面図である。
【図２０】本発明の第２の前提技術の半導体装置２０に電圧を印加したときのリサーフ構造５の部分の状態を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
＜前提技術＞
図１８は、本発明の第１の前提技術の半導体装置１０の構成を示す断面図である。半導体装置１０は、半導体基板１１に形成される半導体素子３と、半導体素子３を囲繞して半導体基板１１に形成される終端領域２とを有する。
【００１５】
半導体基板１１は、不図示のベース基板と、ベース基板の厚み方向の一方側の表面（以下「一表面」という場合がある）に設けられるドリフト層１２とを備えて構成される。第１の前提技術では、半導体基板１１は、ｎ型の導電性を有するｎ型半導体基板である。したがって、ベース基板およびドリフト層１２は、ｎ型の導電性を有しており、ｎ型半導体材料から成る。以下の説明では、ドリフト層１２を「ｎ型ドリフト層１２」という場合がある。
【００１６】
半導体素子３は、半導体基板１１の活性領域１に形成される。半導体素子３は、半導体基板１１の活性領域１に形成されるｐ型ベース領域１３と、活性領域１の半導体基板１１の厚み方向の一表面に設けられる素子電極１４とを備える。ｐ型ベース領域１３は、ｎ型ドリフト層１２の一部を構成する。
【００１７】
ｐ型ベース領域１３は、ｐ型不純物の濃度が比較的高くなっている。ｎ型ドリフト層１２は、ｎ型不純物の濃度が比較的低くなっている。各図では、不純物濃度が比較的高い領域または層を、「＋」を付して、たとえば「ｐ＋」として示す。また不純物濃度が比較的低い領域または層を、「−」を付して、たとえば「ｎ−」として示す。
【００１８】
終端領域２は、耐圧保持構造として、ｐ型のガードリング構造４を有する。ガードリング構造４は、比較的高濃度にｐ型不純物を含有するｐ型半導体層を、半導体素子３の周囲を囲む帯状の複数のリング１５，１６，１７に分割して形成される。複数のリング１５，１６，１７は、径が小さいものから順に、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向の内側から外側に向かって並べて配置される。たとえば、半導体素子１３が、半導体基板１１の厚み方向一方側から見て円形状に形成される場合、複数のリング１５，１６，１７は、半導体基板１１の厚み方向一方側から見て同心円状に形成され、小さいものから順に、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向の内側から外側に向かって並べて配置される。
【００１９】
ガードリング構造４では、耐圧クラスが上がり、求められる耐圧が大きくなるにつれて、リング１５，１６，１７の本数が増える傾向にある。したがって、各リング１５，１６，１７の幅およびリング１５，１６，１７同士の間隔の最適化が難しく、所望の耐圧が得られないことがあるという問題がある。
【００２０】
図１９は、本発明の第２の前提技術の半導体装置２０の構成を示す断面図である。第２の前提技術の半導体装置２０は、前述の第１の前提技術の半導体装置１０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。半導体装置２０は、終端領域２に、耐圧保持構造として、リサーフ構造５を有する。リサーフ構造５は、比較的低濃度にｐ型不純物を含有するｐ型半導体層２１によって構成される。ｐ型半導体層２１は、分割されることなく一様に形成されており、ｐ型不純物の濃度が一様になっている。
【００２１】
図２０は、本発明の第２の前提技術の半導体装置２０に電圧を印加したときのリサーフ構造５の部分の状態を模式的に示す断面図である。半導体装置２０に電圧を印加したとき、ｎ型ドリフト層１２とｐ型半導体層２１とのｐｎ接合部から、ｐ型半導体層２１の内側に、空乏層２２が広がる。このとき、リサーフ構造５では、空乏層２２の端部２２ａよりもｎ型ドリフト層１２側の部分に、周辺部分と比べて高電界となる電界集中領域２３が生じやすい。電界集中領域２３は、ｐｎ接合部の深さによっては、ｐｎ接合部の外側、すなわちｎ型ドリフト層１２の部分まで広がっている場合もある。
【００２２】
したがって、図１９および図２０に示すリサーフ構造５では、終端領域２内の１箇所に電界集中が生じやすく、電界集中の緩和による高耐圧化には限界があるという問題がある。
【００２３】
半導体基板１１として、シリコン（Ｓｉ）から成るＳｉ基板を用いた高耐圧の半導体装置２０に、耐圧保持構造としてリサーフ構造５を適用した場合、リサーフ構造５で電界集中が生じても、ある程度の耐圧が得られるのは、ｎ型ドリフト層１２の不純物濃度によって大きく変わることはなく、ドーズ量が１×１０１２ｃｍ−２〜２×１０１２ｃｍ−２程度の場合と予想される。しかし、さらなる高耐圧化を図るためには、電界集中領域２３における電界の一極集中を抑制する必要がある。
【００２４】
図１８に示すガードリング構造４、ならびに図１９および図２０に示すリサーフ構造５における問題を解決することができる耐圧保持構造として、半導体基板１１の表面と平行な方向に複数の濃度階調を有する耐圧保持構造が提案されている。しかし、ｐｎ接合部から耐圧保持構造４，５の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界の緩和が充分ではない。更なる高耐圧化を図るためには、更なる工夫が必要である。そこで、本発明では、以下の各実施の形態の構成を採用している。
【００２５】
＜第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００の構成を示す断面図である。半導体装置１００は、前述の第１および第２の前提技術の半導体装置１０，２０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。半導体装置１００は、半導体基板１１に形成される半導体素子３と、半導体素子３を囲繞して半導体基板１１に形成される終端領域２とを有する。半導体基板１１は、たとえば、小片状の半導体チップである。
【００２６】
半導体素子３は、比較的高い耐圧を有する高耐圧半導体素子である。このような高耐圧半導体素子を備えて、本実施の形態の半導体装置１００が構成される。したがって、本実施の形態の半導体装置１００は、比較的高い耐圧を有する高耐圧半導体装置であり、パワーデバイスとして用いられる。半導体素子３は、本実施の形態では、縦型構造の半導体素子３であり、たとえば、縦型構造のダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴである。半導体素子３は、半導体基板１１の活性領域１に形成される。
【００２７】
半導体装置１００は、半導体基板１１の活性領域１を囲繞する終端領域２に、耐圧保持構造６を有する。耐圧保持構造６は、半導体素子３の外周部を構成するｐ型ベース領域１３に連なって形成され、ｐ型ベース領域１３に物理的および電気的に接続される。終端領域２は、第２導電型、本実施の形態ではｐ型の導電性を有する。
【００２８】
終端領域２は、半導体素子３と接続される領域であるｐ型の接続領域３０と、ｐ型の遷移領域３１と、ｐ型のリサーフ領域３２とを含む。接続領域３０、遷移領域３１およびリサーフ領域３２は、この順に、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向において半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって並んで形成される。
【００２９】
ここで、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向とは、半導体基板１１の厚み方向の一方側の表面である一表面と他方側の表面である他表面とが平行である場合には、それらの表面に平行な方向をいい、半導体基板１１の厚み方向の一表面と他表面とが平行でない場合には、半導体基板１１の厚み方向の一表面に平行な方向をいう。
【００３０】
接続領域３０は、半導体素子３の外周部、具体的には、半導体素子３の外周部を構成するｐ型ベース領域１３に連なって形成される。これによって、接続領域３０は、半導体素子３の外周部に物理的および電気的に接続される。
【００３１】
遷移領域３１は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向において、半導体素子３の外周部側の部分に形成される。遷移領域３１は、接続領域３０に連なって形成される。これによって、遷移領域３１は、接続領域３０に物理的および電気的に接続される。
【００３２】
遷移領域３１は、ｐ型不純物の濃度であるｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って徐々に減少している。より詳細には、遷移領域３１は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って連続的に減少している。
【００３３】
また、遷移領域３１は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側にわたって一定となっている。ここで、「不純物濃度」とは、単位面積あたりの不純物濃度、すなわちドーズ量のことであり、単位体積あたりの不純物濃度を、深さ方向、すなわち半導体基板１１の厚み方向に積分した値に相当する。
【００３４】
リサーフ領域３２は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向において、遷移領域３１よりも半導体基板１１の外周部側の部分に形成される。リサーフ領域３２は、遷移領域３１に連なって形成される。これによって、リサーフ領域３２は、遷移領域３１に物理的および電気的に接続される。リサーフ領域３２は、ｐ型不純物濃度が、遷移領域３１のｐ型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様になっている。つまり、リサーフ領域３２では、ｐ型不純物濃度は、ある程度一定となっている。
【００３５】
接続領域３０、遷移領域３１およびリサーフ領域３２は、ｎ型ドリフト層１２にｐ型不純物を注入して形成されるｐ型半導体層３３によって構成される。ｐ型半導体層３３は、ｐ型不純物を含有する。すなわち、接続領域３０、遷移領域３１およびリサーフ領域３２は、ｐ型不純物を含有する。ｐ型半導体層３３は、半導体素子３の外周部を構成するｐ型ベース領域１３に連なって形成される。
【００３６】
ｐ型半導体層３３は、半導体素子３の外周部に接する部分から、半導体基板１１の外周部の端部を除く部分にわたって形成される。接続領域３０のｐ型半導体層３３と、遷移領域３１のｐ型半導体層３３と、リサーフ領域３２のｐ型半導体層３３とは、連続して形成されている。接続領域３０、遷移領域３１およびリサーフ領域３２のｐ型半導体層３３によって、換言すれば、接続領域３０と遷移領域３１とリサーフ領域３２とによって、耐圧保持構造６が構成される。
【００３７】
半導体基板１１は、たとえば、シリコン（Ｓｉ）から成るＳｉ基板によって実現される。この場合、ｎ型領域を形成するｎ型不純物の例としては、リン、砒素などが挙げられる。ｐ型領域を形成するｐ型不純物の例としては、ホウ素、アルミニウムなどが挙げられる。
【００３８】
耐圧保持構造６において、所望の耐圧を実現するのに充分な高いアバランシェ降伏電圧を得るためには、遷移領域３１およびリサーフ領域３２における不純物濃度分布が重要となる。本実施の形態では、耐圧保持構造６の内部およびその周辺の電界集中領域を分散させるために、遷移領域３１で比較的緩やかな濃度分布を形成する。
【００３９】
たとえば、半導体基板１１としてＳｉ基板を用いて高耐圧の半導体装置１００を構成する場合、耐圧保持構造６を形成するときに、アバランシェ降伏時に空乏層が遷移領域３１の内部まで充分に広がるように、遷移領域３１が、実効的なドーズ量が２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度となる領域を含むようにする。
【００４０】
また、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造６との接続部である接続領域３０における電界集中を防ぐために、接続領域３０におけるドーズ量を、ある程度高くする必要がある。ただし、接続領域３０におけるドーズ量が低い場合でも、不純物を拡散するときに行う熱処理の時間を長くするなどして、不純物を深くまで拡散させることによって、接続領域３０における電界集中を防ぐことができる。
【００４１】
以上の条件を満たすように、たとえば１×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１３ｃｍ−２程度から、１×１０１２ｃｍ−２〜２×１０１２ｃｍ−２程度まで、徐々に実効的なドーズ量を減少させて、接続領域３０および遷移領域３１を形成する。このとき、前述のように半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側にわたって一定となるように、遷移領域３１のドーズ量を減少させる。
【００４２】
図２は、本発明の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００に電圧を印加したときの耐圧保持構造６の部分の状態を模式的に示す断面図である。半導体装置１００に電圧を印加したとき、ｎ型ドリフト層１２とｐ型半導体層３３とのｐｎ接合部から、ｐ型半導体層３３の内側に、空乏層３４が広がる。このとき、本実施の形態の基本となる半導体装置１００においても、空乏層３４の端部３４ａよりもｎ型ドリフト層１２側の部分に、周辺部分と比べて高電界となる電界集中領域３５が生じやすい。
【００４３】
しかし、本実施の形態の基本となる半導体装置１００の耐圧保持構造６では、図２に示すように、前述の図２０に示すｐ型不純物濃度の変化がないｐ型半導体層２１で構成されるリサーフ構造５を耐圧保持構造として有する場合と比べて、耐圧保持構造６の内部の広い範囲にわたって、電界集中領域３５が分散されている。したがって、本実施の形態の基本となる半導体装置１００では、前述の図２０に示す第２の前提技術の半導体装置２０に比べて、電界集中が緩和される。
【００４４】
本実施の形態の基本となる半導体装置１００の耐圧保持構造６では、電界集中領域３５の半導体基板１１の一表面に投影した面積（以下「投影面積」という場合がある）は、図２０に示すリサーフ構造５における電界集中領域２３の投影面積と比べて広くなる。しかし、本実施の形態の基本となる半導体装置１００の耐圧保持構造６では、最大電界強度が減少するので、耐圧保持構造６のアバランシェ降伏電圧を上昇させることができる。
【００４５】
以上のように本実施の形態の基本となる半導体装置１００によれば、ｎ型の半導体基板１１には、半導体素子３と、半導体素子３を囲繞するｐ型の終端領域２とが形成される。終端領域２には、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向において、半導体素子３の外周部側の部分に遷移領域３１が形成され、この遷移領域３１に連なって、遷移領域３１よりも半導体基板１１の外周部側の部分にリサーフ領域３２が形成される。遷移領域３１は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って減少する。リサーフ領域３１は、ｐ型不純物濃度が、遷移領域３１のｐ型不純物濃度の最小値以下であり、かつ一様である。
【００４６】
この構成によって、終端領域３１の内部の広範囲に電界集中領域を分散させることができるので、ｎ型の半導体基板１１とｐ型の終端領域２とのｐｎ接合部から終端領域２の内側に広がる空乏層３４の端部３４ａ周辺における電界集中を充分に緩和することができる。これによって、終端領域２における局所的な電界集中を抑制することができるので、終端領域２の最大電界強度を下げることができる。したがって、アバランシェ降伏電圧を上昇させることができるので、充分に高い耐圧を有する半導体装置１００を実現することができる。
【００４７】
また本実施の形態の基本となる半導体装置１００では、遷移領域３１は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って連続的に減少している。これによって、以下の効果を得ることができる。
【００４８】
本実施の形態の基本となる半導体装置１００と異なり、ｐ型不純物濃度が段階的に減少する場合を考える。たとえば、後述する図１２に示すように、遷移領域９１が複数の不純物領域９３，９４，９５で構成され、複数の不純物領域９３，９４，９５が、ｐ型不純物濃度が段階的に減少するように配置される場合を考える。この場合、本実施の形態の基本となる半導体装置１００の場合と同様のドーズ量であれば、電界集中領域の全体の大きさは、本実施の形態の基本となる半導体装置１００の場合と同じになる。しかし、遷移領域９１の中の濃度変化する部分、すなわち遷移領域９１を構成する各不純物領域９３，９４，９５内には、さらに電界ピークが発生し、電界集中が生じてしまう。
【００４９】
本実施の形態の基本となる半導体装置１００では、前述のように遷移領域３１のｐ型不純物濃度を連続的に変化させるので、前述のようにｐ型不純物濃度を段階的に減少させる場合に濃度変化がある部分にさらに生じる電界集中を抑制することができる。したがって、さらに高い耐圧を有する半導体装置１００を実現することができる。
【００５０】
図３は、耐圧保持構造６の形成に使用される注入マスク４０の構成を示す平面図である。耐圧保持構造６は、たとえば、図３に示すパターンの注入マスク４０を用いてイオン注入を行った後、熱拡散を行うことによって形成することができる。注入マスク４０は、たとえばシリコン酸化膜４１によって形成される。
【００５１】
注入マスク４０は、ラインまたはドットなどの、シリコン酸化膜４１が形成されていない開口パターン４２〜４６，５１〜６７を有する。注入マスク４０は、開口パターン４２〜４６，５１〜６７の開口率（以下「パターン開口率」という場合がある）が、接続領域３０および遷移領域３１では、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って徐々に減少し、リサーフ領域３２では、ある程度一定となるように作製される。ここで、開口率とは、注入マスク４０の注目している領域の全面積に対する開口パターンの面積の比率をいう。
【００５２】
図３に示すような注入マスク４０を用いた場合、たとえば１×１０１３ｃｍ−２のドーズ量で開口率１０％の領域にイオン注入を行うと、その領域の平均的なドーズ量は、１×１０１３ｃｍ−２の１０％の１×１０１２ｃｍ−２となる。さらに、イオン注入後に熱拡散を行うことによって、各開口パターン４１〜４６，５１〜６７に注入された不純物の領域が図１に示すように接続され、実質的にドーズ量１×１０１２ｃｍ−２でイオン注入を行った場合と同等の濃度分布を得ることができる。図１では、各開口パターン４１〜４６，５１〜５６から不純物が注入された領域を、それぞれ破線で示している。図２以降の図においても、図１と同様に、不純物が注入された領域を破線で図示する場合がある。
【００５３】
このように注入マスクの開口率を制御することによって、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向において、実効的なドーズ量を変化させることができる。これによって、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向に濃度分布を有する耐圧保持構造６を構成する接続領域３０、遷移領域３１およびリサーフ領域３２を、一括して形成することができる。
【００５４】
また、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って徐々に厚みが大きくなる酸化膜またはレジストで構成されるマスクを用いて、マスク越しにイオン注入することによっても、注入マスクの開口率の制御を行った場合と同様の耐圧保持構造６を得ることが可能である。
【００５５】
また、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造６との重なり部分である接続領域３０において、耐圧保持構造６のｐ型不純物濃度が最も高くなるので、注入マスクの開口率は、接続領域３０を１００％とし、接続領域３０から半導体基板１の外周部側に向かうに従って減少させればよい。したがって、ｐ型ベース領域１３と同一のマスクで、耐圧保持構造６が形成される終端領域２における注入マスクの開口率を低くして耐圧保持構造６を形成してもよい。
【００５６】
以上に述べた本実施の形態の基本となる半導体装置１００では、遷移領域３１は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側にわたって一定となっている。遷移領域３１は、これに限定されず、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って徐々に大きくなっていてもよい。この場合でも、本実施の形態の基本となる半導体装置１００と同様の効果を得ることができる。
【００５７】
遷移領域３１は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って徐々に小さくなっていることが好ましい。この構成は、後述する図４に示す第１の実施の形態の半導体装置１１０に相当する。この構成によって、後述するような効果を得ることができる。
【００５８】
図４は、本発明の第１の実施の形態の半導体装置１１０の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１１０は、前述の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。図５は、本発明の第１の実施の形態における終端領域２へのドーズ量を模式的に示すグラフである。図５において、横軸は活性領域１からの距離Ｌを表し、縦軸はドーズ量Ｄを表す。
【００５９】
本実施の形態の半導体装置１１０では、耐圧保持構造６Ａは、図５に示すドーズ量で形成される接続領域７０と遷移領域７１とリサーフ領域７２とを備えて構成される。接続領域７０、遷移領域７１およびリサーフ領域７２は、ｐ型半導体層７３によって構成される。本実施の形態におけるｐ型半導体層７３は、遷移領域７１におけるｐ型不純物のドーズ量および注入深さが異なること以外は、前述の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００におけるｐ型半導体層３３と同様の構成を有する。
【００６０】
具体的に述べると、本実施の形態では、図５に示すように、遷移領域７１のドーズ量を、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って小さくなるように変化させている。
【００６１】
すなわち、本実施の形態の半導体装置１１０では、遷移領域７１は、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って小さくなっている。
【００６２】
図６は、本発明の第１の実施の形態の半導体装置１１０に電圧を印加したときの耐圧保持構造６Ａの部分の状態を模式的に示す断面図である。半導体装置１１０に電圧を印加したとき、ｎ型ドリフト層１２とｐ型半導体層７３とのｐｎ接合部からｐ型半導体層７３の内側にわたって、空乏層７４が広がる。本実施の形態においても、空乏層７４の端部７４ａよりもｎ型ドリフト層１２側の部分には、電界集中領域７５が生じやすい。本実施の形態の耐圧保持構造６Ａでは、図６に示すように、図２に示す第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００の場合と比べて空乏層７４が半導体基板１１の内部側に広がり、電界集中領域７５が耐圧保持構造６Ａの広範囲に広がっており、電界集中がさらに緩和されている。
【００６３】
図７は、第２の前提技術の半導体装置２０、第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００、および第１の実施の形態の半導体装置１１０の、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における電界強度分布を示すグラフである。図７において、横軸は活性領域１からの距離Ｌを表し、縦軸は電界強度Ｅを表す。図７では、第２の前提技術の半導体装置２０の電界強度分布を参照符号「２４」で示される破線で表し、第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００の電界強度分布を参照符号「３６」で示される実線で表し、第１の実施の形態の半導体装置１１０の電界強度分布を参照符号「７６」で示される太線で表している。また図７では、図２に示す第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００に形成される電界集中領域３５に相当する部分を参照符号「３５」で示している。
【００６４】
図７から明らかなように、参照符号「７６」で示される本実施の形態のように、遷移領域７１のドーズ量を、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って小さくなるように変化させた場合、第２の前提技術の半導体装置２０、および第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００に比べて、電界集中領域を分散させ、最大電界強度を減少させることができる。
【００６５】
以上のように本実施の形態によれば、前述の図１および図２に示す第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００に比べて、電界集中領域をさらに分散させることができるので、最大電界強度をさらに減少させることができる。これによって、耐圧保持構造６Ａのアバランシェ降伏電圧を上昇させることができる。
【００６６】
このように、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって不純物濃度の単位長さあたりの変化量が小さくなるように遷移領域７１のドーズ量を変化させるとき、遷移領域７１は、アバランシェ降伏時に、実効的なドーズ量が２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度以下の領域で表面まで空乏化する。したがって、遷移領域７１において、２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度から、それ以上のドーズ量領域を含むようにすると、空乏層７４の端部７４ａの曲率が緩和されて、効果的に電界集中を分散させることができる。
【００６７】
以上のような遷移領域７１の濃度プロファイルを形成するためには、たとえば、前述の図３に示す注入マスク４０を、パターン開口率、すなわちシリコン酸化膜４１の開口率が、半導体基板１１の外周部に向かうに従って、下に凸の関数に即して減少するように作製しておけばよい。下に凸の関数の例としては、指数関数、二次関数などが挙げられる。
【００６８】
シリコン酸化膜４１の開口率を、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって指数関数に即して減少させる場合、遷移領域７１の内周部から半導体基板１１の外周部に向かう方向の位置をｘとして、位置ｘにおける開口率が１００×ｅｘｐ（−ａｘ）％となるようにシリコン酸化膜４１を形成しておく。これによって、ｘ＝２．３／ａにおける実効的なドーズ量は、開口率が１００％の場合の約１０分の１まで減少する。このとき、ドーズ量、遷移領域７１の寸法およびａの値を適宜に選択することによって、約０．４１／ａの幅で実効的なドーズ量が２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度の領域が得られる。これによって、電界集中を分散する効果が得られる。
【００６９】
以上のように本実施の形態では、下に凸の関数として指数関数を用いた例を示したが、二次関数などの他の下に凸の関数に即してドーズ量を減少させた場合でも、同様の効果を得ることができる。
【００７０】
＜第２の実施の形態＞
図８は、本発明の第２の実施の形態の基本となる半導体装置１００Ａの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１００Ａは、前述の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７１】
図９は、本発明の第２の実施の形態の半導体装置１１０Ａの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１１０Ａは、前述の第１の実施の形態の半導体装置１１０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７２】
本実施の形態の半導体装置１１０Ａおよびその基本となる半導体装置１００Ａは、半導体素子３Ａ、および終端領域２の半導体基板１１の厚み方向の一表面に絶縁膜８１を備える。また半導体素子３Ａは、絶縁膜８１の上部に張り出して設けられる素子電極１４Ａを備える。半導体素子３Ａは、素子電極１４Ａの構成が異なること以外は、第１の実施の形態およびその基本となる半導体装置１１０，１００における半導体素子３と同様の構成を有する。
【００７３】
このように、絶縁膜８１の上部に素子電極１４Ａを張り出すように設けることによって、素子電極１４Ａに、フィールドプレートとしての役割を果たさせることができる。これによって、耐圧保持構造６における電界集中をさらに分散させることができる。
【００７４】
絶縁膜８１は、たとえば、フィールド酸化膜によって実現される。フィールド酸化膜は、半導体基板１１を構成するｎ型ドリフト層１２を酸化することによって形成される。素子電極１４Ａは、本実施の形態では遷移領域３１の上部に張り出して設けられているが、リサーフ領域３２の上部まで張り出して設けられてもよい。
【００７５】
素子電極１４Ａとしては、半導体素子３Ａが縦型のダイオードである場合にはアノード電極を用いることができ、また半導体素子３ＡがＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである場合には、ソース電極、エミッタ電極またはゲート電極などを用いることができる。
【００７６】
＜第３の実施の形態＞
図１０は、本発明の第３の実施の形態の基本となる半導体装置１００Ｂの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１００Ｂは、前述の第１の実施の形態の基本となる半導体装置１００と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７７】
図１１は、本発明の第３の実施の形態の半導体装置１１０Ｂの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１１０Ｂは、前述の第１の実施の形態の半導体装置１１０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００７８】
本実施の形態の半導体装置１１０Ｂおよびその基本となる半導体装置１００Ｂは、半導体素子３Ｂ、絶縁膜８２、フローティングフィールドプレート８３、チャネルストッパ領域８４およびチャネルストッパフィールドプレート８５をさらに備える。半導体素子３Ｂは、素子電極１４Ｂの構成が異なること以外は、第１の実施の形態およびその基本となる半導体装置１１０，１００における半導体素子３と同様の構成を有する。
【００７９】
絶縁膜８２は、終端領域２の半導体基板１１の厚み方向の一表面に設けられる。半導体素子３Ｂは、絶縁膜８２の上部に張り出して設けられる素子電極１４Ｂを備える。素子電極１４Ｂとしては、半導体素子３Ｂが縦型のダイオードである場合にはアノード電極を用いることができ、また半導体素子３ＢがＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである場合には、ソース電極、エミッタ電極またはゲート電極などを用いることができる。
【００８０】
チャネルストッパ領域８４は、終端領域２を囲繞して半導体基板１１の外周部の端部に形成される。チャネルストッパ領域８４は、本実施の形態では、ｐ型の導電性を有する。チャネルストッパ領域８４は、ｎ型の導電性を有してもよい。チャネルストッパフィールドプレート８５は、チャネルストッパ領域８４の半導体基板１１の厚み方向の一表面に設けられる。
【００８１】
フローティングフィールドプレート８３は、素子電極１４Ｂとチャネルストッパフィールドプレート８５との間の半導体基板１１上に、素子電極１４Ｂおよびチャネルストッパフィールドプレート８５から離間して設けられる。本実施の形態では、半導体装置１００Ｂは、複数、具体的には５つのフローティングフィールドプレート８３を備える。フローティングフィールドプレート８３の個数は、これに限定されるものではなく、半導体装置１００Ｂは、１つ以上のフローティングフィールドプレートを備えればよい。
【００８２】
本実施の形態によれば、フローティングフィールドプレート８３と、チャネルストッパ領域８４と、チャネルストッパフィールドプレート８５とによって、リサーフ領域３２に電位を分担させる割合を増加させることができる。これによって、耐圧保持構造６における電界集中をさらに分散させることができる。
【００８３】
フローティングフィールドプレート８３、チャネルストッパ領域８４およびチャネルストッパフィールドプレート８５は、たとえば以下のようにして形成することができる。たとえば、チャネルストッパ１３がｐ型である場合には、耐圧保持構造６などの他のｐ型領域を形成する工程と同時に形成することができる。チャネルストッパ１３がｎ型である場合には、ＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴのセル領域などの他のｎ型領域を形成する工程と同時に形成することができる。
【００８４】
＜第４の実施の形態＞
図１２は、本発明の第４の実施の形態の半導体装置１２０の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１２０は、前述の第１の実施の形態の半導体装置１１０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【００８５】
本実施の形態の半導体装置１２０は、第１の実施の形態の半導体装置１００と同様に、耐圧保持構造７を備える。本実施の形態では、耐圧保持構造７は、ｐ型の遷移領域９１と、遷移領域９１に連なるリサーフ領域９２とで構成される。遷移領域９１は、半導体素子３を構成するｐ型ベース領域１３に連なる。これによって、遷移領域９１は、ｐ型ベース領域１３に物理的および電気的に接続する。半導体素子３は、たとえば、縦型構造のダイオード、ＭＯＳＦＥＴ、またはＩＧＢＴによって実現される。
【００８６】
本実施の形態の遷移領域９１は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって段階的に減少している。遷移領域９１は、ｐ型不純物を含有する複数の不純物領域９３〜９５、本実施の形態では３つの不純物領域９３〜９５を含んで構成される。各不純物領域９３〜９５は、ｐ型不純物濃度が一様に形成されている。すなわち、各不純物領域９３〜９５は、一様な不純物濃度を有する。
【００８７】
複数の不純物領域９３〜９５は、ｐ型不純物の濃度および注入深さが異なっている。これら複数の不純物領域９３〜９５は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って段階的に減少するように、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向に並んで形成されている。
【００８８】
リサーフ領域９２は、第１の実施の形態におけるリサーフ領域７２と同様に構成され、一様なｐ型不純物濃度になっている。リサーフ領域９２は、ｐ型不純物を含有する１つの不純物領域９６によって構成される。リサーフ領域９２を構成する不純物領域９６は、遷移領域９１を構成する各不純物領域９３〜９５に比べて、ｐ型不純物濃度が小さくなっている。図１２では、ｐ型不純物濃度が小さいことを、「ｐ−」と表記している。以下では、遷移領域９１およびリサーフ領域９２を構成する各不純物領域９３〜９６を、「ｐ型領域」という場合がある。
【００８９】
本実施の形態においても、耐圧保持構造７において、高いアバランシェ降伏電圧を得るためには、遷移領域９１およびリサーフ領域９２の不純物濃度分布が重要となる。
【００９０】
本実施の形態の耐圧保持構造７では、耐圧保持構造７の内部の電界集中を分散させるために、遷移領域９１で比較的緩やかな濃度分布を形成する。たとえば、Ｓｉ基板からなる高耐圧半導体装置１２０に本実施の形態の耐圧保持構造７を形成する場合、アバランシェ降伏時に空乏層が遷移領域９１の内部まで充分に広がるように、遷移領域９１が、実効的なドーズ量が２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度となる領域を含むようにする。
【００９１】
また、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造７との接続部における電界集中を防ぐために、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造７との接続部における遷移領域９１のドーズ量を、ある程度高くする必要がある。ただし、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造７との接続部における遷移領域９１のドーズ量が低い場合でも、不純物を拡散するときに行う熱処理の時間を長くするなどして不純物を深くまで拡散させることによって、ｐ型ベース領域１３と耐圧保持構造７との接続部における電界集中を防ぐことができる。
【００９２】
以上の条件を満たすように、たとえば１×１０１３ｃｍ−２〜２×１０１３ｃｍ−２程度から１×１０１２ｃｍ−２〜２×１０１２ｃｍ−２程度まで、段階的に実効的なドーズ量が減少する遷移領域９１を形成する。
【００９３】
このように形成することによって、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。具体的には、遷移領域９１の内部の広範囲に電界集中領域を分散することができるので、ｎ型の半導体基板１１とｐ型の終端領域２とのｐｎ接合部から終端領域２の内側に広がる空乏層の端部周辺における電界集中を充分に緩和することができる。これによって、終端領域２における局所的な電界集中を抑制することができるので、終端領域２の最大電界強度を下げることができる。したがって、アバランシェ降伏電圧を上昇させることができるので、充分に高い耐圧を有する半導体装置１２０を実現することができる。
【００９４】
また本実施の形態では、遷移領域９１は、ｐ型不純物濃度が一様な複数の不純物領域９３〜９５を含む。これら複数の不純物領域９３〜９５は、ｐ型不純物濃度が、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って段階的に減少するように並んで形成されている。これによって、ｐ型不純物濃度が半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かうに従って減少する遷移領域９１を、容易に実現することができる。したがって、前述のような高耐圧の半導体装置１２０を、容易に実現することができる。
【００９５】
本実施の形態の耐圧保持構造７は、たとえばシリコン酸化膜またはレジストなどを注入マスクとしてイオン注入を行った後、熱拡散を行うことによって形成することができる。具体的には、複数の注入マスクを用いて、異なるドーズ量で複数回イオン注入を行うことによって、不純物濃度の異なる複数のｐ型領域を形成して、遷移領域９１およびリサーフ領域９２を形成することができる。
【００９６】
また、本実施の形態の耐圧保持構造７は、たとえば、領域ごとに異なる開口率を有する前述の図３に示すような注入マスク４０を用いて、領域ごとに不純物濃度の異なる複数のｐ型領域を一括形成することによって形成することもできる。
【００９７】
また、領域ごとに厚さの異なる酸化膜またはレジストによるマスクを用いて、マスク越しにイオン注入することによっても、領域ごとに不純物濃度の異なる複数のｐ型領域を一括形成して、本実施の形態の耐圧保持構造７を形成することもできる。
【００９８】
図１３は、本発明の第４の実施の形態における耐圧保持構造７を形成する様子を示す断面図である。本実施の形態の耐圧保持構造７は、たとえば、図１３に示すように複数のマスクパターン１１１〜１１３を用いて形成することもできる。この場合、同じまたは異なるドーズ量で複数回の重ね注入を行う領域を設けることによって、領域ごとに不純物濃度の異なる複数のｐ型領域を形成して、耐圧保持構造７を形成する。図１３では、重ね注入による効果が明確になるように、遷移領域９１が、６つのｐ型領域１０１〜１０６で構成される場合を示している。
【００９９】
図１４は、本発明の第４の実施の形態における遷移領域９１のドーズ量の一例を示すグラフである。図１４において、横軸は活性領域１からの距離Ｌを表し、縦軸はドーズ量Ｄを表す。本実施の形態では、図１４に示すように、遷移領域９１を構成する複数の不純物領域、たとえば図１３のｐ型領域１０１〜１０６間のドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎが全て同じになり、かつ、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における幅（以下、単に「幅」という場合がある）Ｗ１〜Ｗｎ−１が全て同じになるように、遷移領域９１におけるｐ型不純物のドーズ量Ｄを減少させている。
【０１００】
これによって、前述の図１９および図２０に示す第２の前提技術の半導体装置２０における濃度変化のない耐圧保持構造５と比べて、電界集中領域を分散させることができるので、耐圧保持構造７のアバランシェ降伏電圧を向上させることができる。
【０１０１】
遷移領域９１におけるｐ型不純物のドーズ量Ｄは、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かってドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎが徐々に大きくなるか、または不純物領域１０１〜１０６の幅Ｗ１〜Ｗｎ−１が徐々に小さくなるか、または、その両方の変化をするように、減少されてもよい。この場合でも、前述の場合と同様に、前述の図１９および図２０に示す第２の前提技術の半導体装置２０における濃度変化のない耐圧保持構造５と比べて、電界集中領域を分散させることができるので、耐圧保持構造７のアバランシェ降伏電圧を向上させることができる。
【０１０２】
図１５は、本発明の第４の実施の形態における遷移領域９１のドーズ量の他の例を示すグラフである。図１５において、横軸は活性領域１からの距離Ｌを表し、縦軸はドーズ量Ｄを表す。図１５に示すように、遷移領域９１のドーズ量は、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かってドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎが徐々に小さくなるか、または不純物領域１０１〜１０６の幅Ｗ１〜Ｗｎ−１が徐々に大きくなるか、またはその両方の変化をするように減少させることが好ましい。
【０１０３】
これによって、図１４に示すようにドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎおよび不純物領域１０１〜１０６の幅Ｗ１〜Ｗｎ−１が全て同じか、または半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって、ドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎが徐々に大きくなるか、もしくは不純物領域の幅Ｗ１〜Ｗｎ−１が徐々に小さくなるか、もしくはその両方の変化をするように、遷移領域９１のドーズ量を減少させる場合と比べて、電界集中領域をさらに分散させることができる。したがって、耐圧保持構造７のアバランシェ降伏電圧をさらに上昇させることができる。
【０１０４】
特に、ドーズ量の変化量Ｄ１〜Ｄｎが、半導体素子３の外周部側から半導体基板１１の外周部側に向かって徐々に小さくなるように、遷移領域９１のドーズ量を減少させると、遷移領域９１を構成する複数の不純物領域を、半導体基板１１の厚み方向に垂直な方向における単位長さあたりのｐ型不純物濃度の変化量を小さくなるように並べて形成することができる。これによって、前述の第１の実施の形態と同様に、電界集中領域をより分散させることができるので、最大電界強度をさらに減少させることができる。したがって、耐圧保持構造７のアバランシェ降伏電圧をさらに上昇させることができる。
【０１０５】
遷移領域９１のドーズ量が図１５のように変化する場合、遷移領域９１は、アバランシェ降伏時に、ドーズ量が２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度以下の領域で表面まで空乏化する。したがって、遷移領域９１のドーズ量が図１５のように変化する領域において、２×１０１２ｃｍ−２〜３×１０１２ｃｍ−２程度からそれ以上のドーズ量の領域を含むようにすると、空乏層の端部の曲率が緩和して効果的に電界集中を分散することができる。
【０１０６】
＜第５の実施の形態＞
図１６は、本発明の第５の実施の形態の半導体装置１２０Ａの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１２０Ａは、前述の第２および第４の実施の形態の半導体装置１１０Ａ，１２０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。本実施の形態の半導体装置１２０Ａは、半導体素子３Ａ、および終端領域２の半導体基板１１の厚み方向の一表面に絶縁膜８１を備える。また半導体素子３Ａは、絶縁膜８１の上部に張り出して設けられる素子電極１４Ａを備える。
【０１０７】
このように、絶縁膜８１の上部に素子電極１４Ａを張り出すように設けることによって、素子電極１４Ａに、フィールドプレートとしての役割を果たさせることができる。これによって、耐圧保持構造６における電界集中をさらに分散させることができる。
【０１０８】
絶縁膜８１は、たとえば、フィールド酸化膜によって実現される。フィールド酸化膜は、半導体基板１１を構成するｎ型ドリフト層１２を酸化することによって形成される。素子電極１４Ａは、本実施の形態では遷移領域３１の上部に張り出して設けられているが、リサーフ領域３２の上部まで張り出して設けられてもよい。
【０１０９】
本実施の形態においても、素子電極１４Ａとしては、半導体素子３Ａが縦型のダイオードである場合にはアノード電極を用いることができ、また半導体素子３ＡがＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである場合には、ソース電極、エミッタ電極またはゲート電極などを用いることができる。
【０１１０】
＜第６の実施の形態＞
図１７は、本発明の第６の実施の形態の半導体装置１２０Ｂの構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置１２０Ｂは、前述の第３および第４の実施の形態の半導体装置１１０Ｂ，１２０と構成が類似しているので、対応する構成については同一の参照符号を付して説明を省略する。
【０１１１】
本実施の形態の半導体装置１２０Ｂは、第３の実施の形態の半導体装置１１０Ｂと同様に、半導体素子３Ｂ、絶縁膜８２、フローティングフィールドプレート８３、チャネルストッパ領域８４およびチャネルストッパフィールドプレート８５をさらに備える。絶縁膜８２は、終端領域２の半導体基板１１の厚み方向の一表面に設けられる。半導体素子３Ｂは、絶縁膜８２の上部に張り出して設けられる素子電極１４Ｂを備える。素子電極１４Ｂとしては、半導体素子３Ｂが縦型のダイオードである場合にはアノード電極を用いることができ、また半導体素子３ＢがＭＯＳＦＥＴまたはＩＧＢＴである場合には、ソース電極、エミッタ電極またはゲート電極などを用いることができる。
【０１１２】
本実施の形態によれば、フローティングフィールドプレート８３と、チャネルストッパ領域８４と、チャネルストッパフィールドプレート８５とによって、リサーフ領域３２における電位分担の割合を増加させることができる。これによって、耐圧保持構造６における電界集中をさらに分散させることができる。
【０１１３】
フローティングフィールドプレート８３、チャネルストッパ領域８４およびチャネルストッパフィールドプレート８５は、前述の第３の実施の形態と同様にして形成することができる。
【０１１４】
以上の各実施の形態で述べたように、遷移領域３１，７１，９１およびリサーフ領域３２，７２，９２の寸法は、それぞれ独立に設計することが可能である。それぞれの寸法が大きくなるほど、高耐圧の耐圧保持構造６，６Ａ，６Ｂ，７が得られる傾向にある。ただし、従来のガードリング構造などと比べて小面積の終端領域２の場合でも、充分に高い耐圧を得ることが可能である。
【０１１５】
以上の各実施の形態では、半導体基板１１の例としてＳｉ基板を例に挙げたが、炭化珪素（ＳｉＣ）などの他のバンドギャップを有する半導体材料から成る半導体基板を用いてもよい。この場合、ドーズ量などの最適値は異なるが、Ｓｉ基板を用いた場合と同様に、電界集中を緩和する効果を得ることができる。したがって、本発明の半導体装置は、Ｓｉパワーデバイスだけでなく、ＳｉＣパワーデバイスにも適用することができる。
【０１１６】
以上の各実施の形態では、第１導電型をｎ型とし、第２導電型をｐ型とした半導体装置を例に挙げたが、ｎ型およびｐ型の導電型は逆にしてもよい。
【０１１７】
以上の各実施の形態で示した各図面は、構造等を簡易的に分かりやすく示したものであり、縮尺および縦横比などは実際のものとは異なる場合がある。
【０１１８】
本発明は、その発明の範囲内において、前述の各実施の形態を自由に組み合わせることが可能であり、また各実施の形態の任意の構成要素を適宜、変形または省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１１９】
１  活性領域、２  終端領域、３，３Ａ  半導体素子、６，６Ａ，６Ｂ，７  耐圧保持構造、１１  半導体基板、１２  ｎ型ドリフト層、１３  ｐ型ベース領域、１４，１４Ａ  素子電極、２２，３４，７４  空乏層、１００，１００Ａ，１００Ｂ，１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１２０，１２０Ａ，１２０Ｂ  半導体装置、３０，７０  接続領域、３１，７１，９１  遷移領域、３２，７２，９２  リサーフ領域、８１，８２  絶縁膜、８３  フローティングフィールドプレート、８４  チャネルストッパ領域、８５  チャネルストッパフィールドプレート。
【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】
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【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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