(57)【要約】  半導体素子の外周部に設けられた終端構造（３２）は、半導体基板（３０）内に形成されたＮ型ドリフト領域（１）と、Ｎ型ドリフト領域（１）内の上面部に形成されたＰ型不純物領域（２）を備える。Ｐ型不純物領域（２）は、巨視的に見ると、Ｐ型の不純物濃度が終端構造（３２）の内周部から外周部へ向けて減少する。また、Ｐ型不純物領域（２）は、微視的に見ると、Ｐ型の複数の高濃度領域（２ｂ）およびそれを囲む低濃度領域（２ａ）から構成されており、低濃度領域（２ａ）間が離間した部分を有している。
2014054319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体素子(31)が形成された半導体基板(30)と、
前記半導体基板(30)における前記半導体素子(31)の外周部に設けられた終端構造(32)とを備え、
前記終端構造(32)は、
前記半導体基板(30)内に形成された第１導電型の第１不純物領域(1)と、
前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域(2)とを含み、
前記第２不純物領域(2)は、
巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて減少し、
微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の複数の高濃度領域(2b)と、
前記複数の高濃度領域(2b)のそれぞれを囲む第２導電型の低濃度領域(2a)とから構成されている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記複数の高濃度領域(2b)の間隔は、前記終端構造(32)の外周部に近いものほど広くなっている
請求項２記載の半導体装置。
【請求項４】
前記複数の高濃度領域(2b)の不純物濃度は、前記終端構造(32)の外周部に近いものほど小さくなっている
請求項２記載の半導体装置。
【請求項５】
前記複数の高濃度領域(2b)は、千鳥状に配設されている
請求項２記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の幅方向に離間した部分を有している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の周方向に離間した部分を有している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項８】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の周方向および幅方向の両方に離間した部分を有している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項９】
前記半導体基板(30)はシリコンで形成されており、
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度が、当該終端構造(32)の内周部で１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜２．０Ｅ＋１２ｃｍ−２であり、外周部へ向けて１／３〜１／２０の勾配で減少している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記半導体基板(30)はシリコンで形成されており、
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度が、当該終端構造(32)の内周部で１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜１．４Ｅ＋１２ｃｍ−２であり、外周部へ向けて１／２の勾配で減少している
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２不純物領域(2)の内周部に接続し、当該第２不純物領域(2)よりも不純物濃度が高いもしくは深さが深い第２導電型の領域(2c)をさらに備える
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２不純物領域(2)の内周部は、当該第２不純物領域(2)の内周部に接続する前記第２導電型の領域(2c)に向けて、不純物濃度が徐々に高くもしくは深さが徐々に深くなっている
請求項１１記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２不純物領域(2)の内周部は、当該第２不純物領域(2)の内周部に接続する前記第２導電型の領域(2c)に向けて、巨視的に見た不純物濃度の変化量が徐々に大きくなっている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度の変化量が、前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて徐々に大きくなっている
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記終端構造(32)の内周部の上方に配設されたフィールドプレート(6)をさらに備える
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記終端構造(32)の外周部の前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第１導電型のチャネルストッパ領域と、
前記終端構造(32)の外周部の上方に配設され、前記第１不純物領域(1)に接続したチャネルストッパ電極(9)をさらに備える
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１７】
前記終端構造(32)の外周部の上方に配設された１つ以上のフローティングフィールドプレート(17)をさらに備える
請求項１記載の半導体装置。
【請求項１８】
（ａ）半導体基板(30)における半導体素子(31)の形成領域を囲む終端領域に、複数の開口部(12)を有し前記終端領域の内周部から外周部へ向けて開口率が小さくなる注入マスク(20)を形成する工程と、
（ｂ）前記注入マスク(20)を用いる不純物のイオン注入により、前記終端領域に終端構造(32)としての不純物領域(2)を形成する工程と、
（ｃ）前記不純物領域(2)内に注入された前記不純物を熱拡散させる工程と
を備え、
前記注入マスク(20)の開口部(12)の寸法および間隔は、前記工程（ｃ）における不純物の熱拡散により隣り合う不純物領域(2)が繋がる箇所と繋がらない箇所とが生じるように設定されている
半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなり、
前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は一定である
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は一定であり、
前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなっている
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔、および、前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなっている
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記窓状の開口部(12)の寸法は、前記終端領域の外周部に近いものほど小さくなっている
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記窓状の開口部(12)は、千鳥状に配設されている
請求項１９記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２４】
前記工程（ｂ）が、前記イオン注入の加速電圧を変更して複数回行われる
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２５】
前記工程（ａ）および（ｂ）が、前記注入マスク(20)のパターンを変更して複数回行われる
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、特に、半導体素子の外周部に設けられる終端構造の形成に関する。
【背景技術】
【０００２】
パワーデバイスは、電力変換や電力制御などに用いられる電力機器向けの半導体装置であり、通常の半導体装置よりも高耐圧化、大電流化されている。また、パワーデバイスは、逆方向電圧が印加されたときに、電流を遮断して高い電圧を保持する必要がある。パワーデバイスの高耐圧化の方法としては、半導体素子の外周部に、ＦＬＲ（Field Limiting Ring）構造や、リサーフ（ＲＥＳＵＲＦ：Reduced SURface Field）構造などの終端構造を設ける技術が知られている。【０００３】
ＦＬＲ構造は、低濃度のＮ型不純物領域と、当該Ｎ型不純物領域内の表面部に形成されたＰ型不純物領域との間の主接合の周囲を、複数のリング状のＰ型不純物領域で取り囲んだ構造である。ＦＬＲ構造では、逆方向電圧が印加されたとき、主接合がパンチスルーする前に、リング状のＰ型不純物領域の各々により形成される接合が順次パンチスルーすることによって、主接合の電界が緩和される。【０００４】
リサーフ構造は、比較的低濃度なＰ型不純物領域が分割されることなく一様に形成された構造を有する。リサーフ構造では、逆方向電圧が印加されたときに、空乏層がＰＮ接合からＰ型不純物領域の内側に広がることで電圧が保持される。リサーフ構造は、比較的小面積な領域で高い耐圧を得ることができるが、特定の箇所に電界が集中しやすく、電界集中の緩和による半導体素子の高耐圧化には限界がある。【０００５】
また、下記の特許文献１，２には、半導体素子の内側から外側へ向かう方向に対する終端構造の不純物濃度分布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）構造による終端領域の構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６１−０８４８３０号公報
【特許文献２】特開２００３−１９７９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１では、場所に応じて開口率を変えたマスクを用いて不純物をイオン注入した後、不純物を熱拡散させて濃度を均一化させることでリサーフ層を形成している。この方法は、通常、不純物を熱拡散させるために高温長時間の熱処理が必要である。高温長時間の熱処理は、製造コストを増加させるだけでなく、生産性も低下させる。【０００８】
また、特許文献２では、Ｐ型不純物を離散的に注入してＰ型不純物領域を形成した後、熱処理を行ってＰ型不純物を熱拡散させることにより、Ｐ型不純物領域を互いに重なり合わせている。それにより、高濃度領域の間に熱拡散により形成された低濃度領域が配置されたＰ型不純物領域を得ている。特許文献２のように一定の間隔で濃度の濃淡を形成する場合、ウエハプロセスの写真製版工程、イオン注入工程、エッチング工程などの製造バラツキが生じると、逆方向耐圧が低下してしまうという問題があった。【０００９】
本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、生産性の低下を防止しつつ、電界集中の発生を抑えて安定した逆方向耐圧を得ることができる半導体装置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板における前記半導体素子の外周部に設けられた終端構造とを備え、前記終端構造は、前記半導体基板内に形成された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域とを含み、前記第２不純物領域は、巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造の内周部から外周部へ向けて減少し、微視的に見ると、第２導電型の複数の高濃度領域および前記複数の高濃度領域のそれぞれを囲む低濃度領域から構成され、且つ、第２導電型の領域が離間した部分を有しているものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、Ｐ型不純物領域の内部に空乏層を広げつつ高電界となりやすい箇所を複数作り出し、電界集中を抑制することができるので、安定した逆方向耐圧を持つ半導体装置を得ることができる。また、第２不純物領域は、終端構造の外側へ向けて開口率が小さくなる注入マスクを用いるイオン注入により一括形成可能である。また第２不純物領域の不純物領域を均一化するのではないため、高温長時間の熱処理は必要なく、生産性の低下を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る半導体装置の構成を示す平面図である。
【図２】実施の形態１に係る半導体装置の終端構造の構成を示す断面図である。
【図３】実施の形態１に係る終端構造のＰ型不純物領域を形成するための注入マスクの例を示す図である。
【図４】実施の形態１に係る終端構造におけるＰ型不純物領域のドーズ量分布を示す図である。
【図５】図３の注入マスクを用いて形成した終端構造のＰ型不純物領域の上面構造を示す図である。
【図６】実施の形態１に係る終端構造の半導体基板内部の等電位線を模式的に示す図である。
【図７】実施の形態１に係る終端構造の半導体基板内部の等電位線を模式的に示す図である。
【図８】実施の形態１に係る終端構造の半導体基板内部の等電位線を模式的に示す図である。
【図９】終端構造に注入される不純物のドーズ量と、当該終端構造における逆方向耐圧との関係を示す図である。
【図１０】実施の形態１に係る終端構造における不純物濃度と逆方向耐圧との依存性を示す図である。
【図１１】実施の形態１に係る終端構造における半導体基板内部の等電位線を模式的に示す図である。
【図１２】実施の形態１に係る終端構造における半導体基板内部の等電位線を模式的に示す図である。
【図１３】実施の形態１に係る終端構造におけるＰ型不純物領域のドーズ量分布を示す図である。
【図１４】実施の形態１に係る半導体装置の終端構造のＰ型不純物領域の上面構造を示す図である。
【図１５】実施の形態１に係る半導体装置の終端構造のＰ型不純物領域の上面構造を示す図である。
【図１６】実施の形態１に係る注入マスクの拡大図である。
【図１７】実施の形態２に係る終端構造のＰ型不純物領域を形成するための注入マスクの例を示す図である。
【図１８】実施の形態２に係る終端構造におけるＰ型不純物領域のドーズ量分布を示す図である。
【図１９】実施の形態３に係る半導体装置の終端構造の構成を示す断面図である。
【図２０】実施の形態３に係る終端構造におけるＰ型不純物領域のドーズ量分布を示す図である。
【図２１】実施の形態４に係る半導体装置の終端構造の構成を示す断面図である。
【図２２】エミッタ電極の一部をフィールドプレートとして用いた本発明に係る終端構造の構成を示す断面図である。
【図２３】チャネルストッパ電極を設けた本発明に係る終端構造の構成を示す断面図である。
【図２４】フローティングフィールドプレートを設けた本発明に係る終端構造の構成を示す断面図である。
【図２５】本発明をトレンチＩＧＢＴ型の素子構造に適用した場合の終端構造の構成を示す断面図である。
【図２６】本発明をＮ型キャリア蓄積層を持つ素子構造に適用した場合の終端構造の構成を示す断面図である。
【図２７】本発明をダイオードとＮ型ＭＯＳＦＥＴとを持つ素子構造に適用した場合の終端構造の構成を示す断面図である。
【図２８】曲率緩和領域を省略した場合の本発明に係る終端構造の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。なお、説明で用いる各図面では、半導体装置の構造等を簡易的に示しているため、縮尺や縦横比などは正確とは限らない。
【００１４】
＜実施の形態１＞
図１および図２は、本発明の実施の形態１に係る半導体装置の構成を模式的に示す図である。図１は当該半導体装置の平面図、図２は図１に示すＡ１−Ａ２線に沿った断面図である。
【００１５】
本実施の形態に係る半導体装置は、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板３０に形成された半導体素子であるＩＧＢＴ３１（Insulated Gate Bipolar Transistor）と、その外周部の終端領域に形成された終端構造３２とを含んでいる。図２は、ＩＧＢＴ３１の最外周部と終端構造３２の断面に対応している。
【００１６】
ＩＧＢＴ３１は、ゲート電極８、エミッタ電極６、Ｎ型ドリフト領域１、Ｎ型バッファ領域４、Ｐ型コレクタ領域５、コレクタ電極７とを含んでいる。ゲート電極８およびエミッタ電極６は、半導体基板３０の上面（主表面）上に形成されている。図１のように、平面視では、ゲート電極８は半導体基板３０の一辺の近傍に形成され、エミッタ電極６はゲート電極８の形成領域を除くＩＧＢＴ３１の全体を覆うように形成されている。
【００１７】
Ｎ型ドリフト領域１、Ｎ型バッファ領域４およびＰ型コレクタ領域５は、半導体基板３０の内部に形成された不純物領域である。Ｎ型ドリフト領域１は、半導体基板３０の内部全体に形成されている。Ｎ型バッファ領域４はＮ型ドリフト領域１の下側に形成され、Ｐ型コレクタ領域５はＮ型バッファ領域４のさらに下側に形成されている。また、半導体基板３０の下面には、Ｐ型コレクタ領域５に接続するコレクタ電極７が形成されている。
【００１８】
図２のように、終端構造３２は、半導体基板３０に形成されたＮ型ドリフト領域１（第１不純物領域）と、Ｎ型ドリフト領域１内の上面部に形成されたＰ型不純物領域２（第２不純物領域）およびＮ型チャネルストッパ領域３とを備えている。終端構造３２の内周部のＰ型不純物領域２は、ＩＧＢＴ３１の最外周のＰ型不純物領域（Ｐウェル）に接続されている。
【００１９】
図２において、Ｐ型不純物領域２は、Ｐ型不純物の濃度に応じて３つの領域２ａ〜２ｃに分けて示されている。領域２ａ〜２ｃの不純物濃度は、領域２ｃが最も高く、次いで領域２ｂが高く、領域２ａが最も低くなっている。以下、領域２ａを「低濃度領域」、領域２ｂ，２ｃを「高濃度領域」と称することとする。
【００２０】
低濃度領域２ａの不純物濃度は、低濃度領域２ａが完全に空乏化する条件（リサーフ条件）を満たす値に設定されている。高濃度領域２ｃの不純物濃度は、高濃度領域２ｃがほぼ空乏化しない条件を満たす値に設定されている。高濃度領域２ｂの不純物濃度は、ウエハプロセスのバラツキによって高濃度領域２ｂが空乏化するか否かが決まる程度の値に設定されている。
【００２１】
高濃度領域２ｃは、Ｐ型不純物のイオン注入により形成される。一方、高濃度領域２ｂおよび低濃度領域２ａは、主に高濃度領域２ｃから不純物を熱拡散させることにより形成される。そのため、高濃度領域２ｂおよび低濃度領域２ａは、高濃度領域２ｃの周囲を取り囲むように形成される。つまり、高濃度領域２ｂは、低濃度領域２ａ内の上面部に位置し、高濃度領域２ｃは高濃度領域２ｂ内の上面部に位置することになる。
【００２２】
なお、図２の終端構造３２には、内部に高濃度領域２ｃを有さない高濃度領域２ｂが示されているが、これはイオン注入時に用いる注入マスクの開口率が低い（開口部の寸法が小さい）領域に形成された寸法の小さい高濃度領域２ｃの全体が熱拡散して高濃度領域２ｂになったものである。あるいは、注入マスクの開口部の寸法が小さいために、注入される不純物のドーズ量が少なくなった結果、高濃度領域２ｃに比べて不純物濃度が低い高濃度領域２ｂが形成される場合もある。
【００２３】
Ｐ型不純物領域２の内周部に接続するＩＧＢＴ３１の最外周のＰ型不純物領域（Ｐウェル）は、Ｐ型不純物領域２よりも不純物濃度が高く、またＰ型不純物領域２よりも深く形成されている。図２においては、終端構造３２の内周部のＰ型不純物領域２は、ＩＧＢＴ３１の最外周のＰ型不純物領域へ向けて、次第に深くなるように形成されている。また、ＩＧＢＴ３１の最外周のＰ型不純物領域へ向けて、次第に不純物濃度が高くなっている。それにより、ＩＧＢＴ３１の最外周のＰ型不純物領域低端部の曲率が緩和され、その部分に電界が集中することが防止される。この終端構造３２の内周部を「曲率緩和領域１０」と称する。
【００２４】
曲率緩和領域１０の外側の領域には、高濃度領域２ｂが離間的に形成されている。高濃度領域２ｂの間隔は終端構造３２の外周部に近いものほど広くなっており、終端構造３２の外周部近傍では低濃度領域２ａの間が離間している。よって、巨視的に見ると、終端構造３２におけるＰ型不純物領域２の不純物濃度は、終端構造３２の外側ほど低くなる。また微視的に見ると、Ｐ型不純物領域２は、複数の高濃度領域２ｂとその周囲の低濃度領域２ａとにより構成され、低濃度領域２ａと高濃度領域２ｂとが交互に配置された構造をとなっている。この領域は、半導体基板３０の逆方向耐圧を保持するための領域であり、当該領域を「耐圧保持領域１１」と称する。
【００２５】
Ｎ型チャネルストッパ領域３は、終端構造３２の外周部（半導体チップの端部に相当）に形成される。本実施の形態では、Ｎ型チャネルストッパ領域３をＰ型不純物領域２から離間させて形成しているが、Ｎ型チャネルストッパ領域３は最外周の低濃度領域２ａと接していても。Ｎ型チャネルストッパ領域３は、Ｎ型ドリフト領域１よりも高いＮ型不純物濃度を有している。
【００２６】
図３は、Ｐ型不純物領域２を形成するイオン注入で用いる注入マスク２０の例を示す図である。本実施の形態では、注入マスク２０は、開口部１２を有するシリコン酸化膜１３により構成する。注入マスク２０の開口部１２のパターンとしては、ライン形状やドット形状などが考えられる。
【００２７】
注入マスク２０は、その開口率（開口部１２の面積の割合）が、巨視的に見て、終端構造３２の内側から外側へ向かう方向（終端構造３２の幅方向）に減少するパターンを有している。例えば、半導体基板３０上に注入マスク２０を形成し、注入マスク２０の開口率が１％の領域の領域に１Ｅ＋１４ｃｍ−２のドーズ量で不純物をイオン注入して熱拡散させた場合、巨視的に見ると、その領域に注入された不純物のドーズ量は１Ｅ＋１４ｃｍ−２の１％である１Ｅ＋１２ｃｍ−２となる。
【００２８】
Ｐ型不純物領域２は、注入マスク２０を用いたＰ型不純物のイオン注入により半導体基板３０に高濃度領域２ｃを形成し、さらに熱処理によりＰ型不純物を熱拡散させて高濃度領域２ｂおよび低濃度領域２ａを形成することによって形成される。
【００２９】
図３に示した注入マスク２０を用いて終端構造３２のＰ型不純物領域２を形成するイオン注入を行った場合における、Ｐ型不純物領域２の不純物のドーズ量分布を図４に示す。実線は微視的に見たドーズ量を示しており、破線は巨視的に見たドーズ量を示している。図４から分かるように、巨視的に見たドーズ量は、終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少する。
【００３０】
本実施の形態では、注入マスク２０の開口率の分布を制御することで、ウエハプロセスの工程数を増やすことなく、巨視的に見たドーズ量に勾配を持たせ、比較的高濃度な曲率緩和領域１０のＰ型不純物領域２と、比較的低濃度な耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２とを、同一のイオン注入工程で一括形成することができる。
【００３１】
曲率緩和領域１０のＰ型不純物領域２は、注入マスク２０のライン状の開口部１２が配置された領域（もしくは窓状の開口部１２が高密度に配置された領域）に、イオン注入を行って開口部１２の直下に高濃度領域２ｃを形成した後、熱処理を加えて高濃度領域２ｃの周囲に高濃度領域２ｂおよび低濃度領域２ａを形成することによって、形成される。耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２は、注入マスク２０の開口部１２が離間的に配置されている領域に、上記のイオン注入と熱処理が行われることにより、開口部１２の直下に高濃度領域２ｂが形成され、その周囲に低濃度領域２ａを形成されることによって、形成される。図３に示した注入マスク２０を用いた場合、熱処理後によりＰ型不純物を拡散させた後のＰ型不純物領域２の上面の構造は図５のようになる。
【００３２】
図２の終端構造３２を備える半導体装置において、エミッタ電極９の電位に対してコレクタ電極７の電位が高くなる逆方向電圧が印加されると、終端構造３２の上面部では、Ｎ型ドリフト領域１とＰ型不純物領域２の低濃度領域２ａとの接合部（Ｎ型チャネルストッパ領域３と低濃度領域２ａが接合している場合はその接合部）に電圧が加わり、Ｎ型チャネルストッパ領域３側（高圧側）から低濃度領域２ａ側（低圧側）へ向かって空乏層が伸びる。
【００３３】
低濃度領域２ａの下部とＮ型ドリフト領域１との境界から半導体基板３０表面に向かって伸びる空乏層により、低濃度領域２ａが完全に空乏化される。その際、低濃度領域２ａの不純物濃度が適切に設定されていれば、上記接合部の電界が臨界点を超えて降伏する前に、高濃度領域２ｂの表面および内部もしくは半導体基板３０の上面まで空乏化される。
【００３４】
コレクタ電極７の電位がさらに高くなると、高濃度領域２ｂ内に空乏層が伸びる。その際、高濃度領域２ｂの不純物濃度および位置関係が適切に設定されていれば、上記接合部の電界が臨界点を超えて降伏する前に、高濃度領域２ｂの上面近傍もしくは半導体基板３０の上面まで空乏化される。これにより、高濃度領域２ｂの各々に高電界となりやすい箇所ができ、各箇所の最大電界強度を抑えることができるため、安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００３５】
その結果、低濃度領域２ａおよび高濃度領域２ｂの内部、並びに、Ｎ型ドリフト領域１の内部に形成された空乏層によって逆方向電圧が保持される。
【００３６】
図６〜図８は、図２に示した終端構造３２の半導体基板３０内部における等電位線に示す図である。図６、図７、図８の順に、逆方向電圧が大きくなった様子が示されている。これらの図に示すように、等電位線の間隔はほぼ均一になっており、終端構造３２の特定箇所に電界が集中することが抑制されていることが分かる。
【００３７】
図９は、終端構造に注入される不純物のドーズ量と、終端構造における逆方向耐圧との関係を示す図である。図９において、実線は、本実施の形態に係る終端構造の場合を示しており、破線は、従来の終端構造（耐圧保持領域のＰ型不純物領域が一様な不純物濃度を有する構造）の場合を示している。
【００３８】
従来の終端構造では、終端構造のＰ型不純物領域に不純物が高濃度に注入されると、最外周のＰ型不純物領域に高い電界が生じるため、耐圧低下を引き起こす。それに対し、本発明の終端構造では、終端構造のＰ型不純物領域に不純物が高濃度に注入される場合でも、外周部のＰ型不純物領域の不純物濃度は巨視的に見ると低濃度となるため、最外周のＰ型不純物領域に高い電界が生じることが抑えられる。そのため、本発明の終端構造では、高い逆方向体圧が得られる不純物濃度（ドーズ量）の範囲が、従来の終端構造よりも広くなり、ウエハプロセスのバラツキが生じても安定した耐圧を得ることができる。
【００３９】
また、Ｐ型不純物領域の不純物濃度（ドーズ量）と逆方向耐圧には依存性がある。図１０にその依存性を示す。図１０において、半導体基板３０のＮ型ドリフト領域１の不純物注入量は８．８５Ｅ＋１３ｃｍ−２と設定されており、ウエハプロセスで注入されるＰ型不純物のドーズ量は３．０Ｅ＋１４ｃｍ−２と設定されている。また、図１０に示されているドーズ量は、耐圧保持領域１１の最内周部を巨視的に見たときのドーズ量を示している。
【００４０】
図１０より、耐圧保持領域１１の最内周の巨視的に見たドーズ量を１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜２．０Ｅ＋１２ｃｍ−２とし、耐圧保持領域１１の巨視的に見たドーズ量を外側に向けて１／３〜１／２０（０．３３３３〜０．０５）の勾配になるようにすると、安定した逆方向耐圧が得られることが分かる。
【００４１】
もしくは、図１０より、耐圧保持領域１１の最内周の巨視的に見たドーズ量を１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜１．４Ｅ＋１２ｃｍ−２とし、耐圧保持領域１１の巨視的に見たドーズ量を外側に向けて１／２（０．５）の勾配になるようにしても、安定した逆方向電圧を実現できる半導体装置が得られることが分かる。
【００４２】
耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２をそのような不純物濃度プロファイルで形成するには、Ｐ型不純物領域２を形成するイオン注入で用いる注入マスク２０（例えば図３）の開口率を、終端構造３２の外側へ向けて減少させればよい。
【００４３】
注入マスク２０の開口率を減少させる割合としては、例えば、曲率緩和領域１０の内周部から外周部までの間に開口率を１／５０程度まで下げることが考えられる。また、耐圧保持領域１１の外周部において、巨視的に見てＰ型不純物領域２が空乏化する不純物濃度になるまで低下させる。開口率を減少させる関数は、線形関数などが挙げられるが、指数関数など減少率が高いものが望ましい。例えば、巨視的に見て、下に凸となる指数関数や多項式に従って減少する関数を用いると、電界の局所的な集中を緩和することができる。
【００４４】
図１１および図１２は、終端構造３２における半導体基板３０内部の等電位線を模式的に示す図である。図１１および図１２中の細い線は等電位線であり、太い線はＰＮ接合である。
【００４５】
図１１は、曲率緩和領域１０の不純物濃度プロファイルを、図１３のように巨視的に見て、半導体装置内周から外周へ向けて線形に濃度を低下させた場合を示している。図１２は、曲率緩和領域１０の不純物濃度プロファイルを、図４のように巨視的に見て下に凸の関数となるように、内周部から外周部へ向けて低下させた場合を示している。図１１では等電位線の間隔が局所的に狭くなっているのに対して、図１２では等電位線の間隔がほぼ均一になっていることが分かる。つまり、図１２の方が、終端構造３２の特定箇所への電界集中が抑制されていることが分かる。
【００４６】
ウエハプロセスの制約上、微視的に見て終端構造３２の内周部から外周部へ向けて連続的に濃度を減少させることが困難な場合があるが、本発明では、必ずしも微視的に見て連続的に濃度が減少する必要はない。例えば図４のように、巨視的に見た不純物濃度の変化量が、曲率緩和領域１０の内周部から外周部へ向かい徐々に小さくなっていれば（つまり、高濃度領域２ｃへ向けて徐々に大きくなっていれば）、同様の効果が得られる。
【００４７】
注入マスク２０の開口率を線形関数的に減少させる場合、耐圧保持領域１１の内周部から外周部へ向かう方向の位置をｘとして、位置ｘでの開口率が１００×１／５０×（−ａｘ＋ｂ）％となるようにシリコン酸化膜１３を形成しておくと、ｘ＝（ｂ−１／５．０）／ａでの実効的なドーズ量は、開口率が２％の場合の約５分の１まで減少する。このとき、ドーズ量や耐圧保持領域１１の寸法およびａ、ｂの値を適当に選択することで、所望の不純物濃度プロファイルのＰ型不純物領域２が得られる。
【００４８】
注入マスク２０のパターンとしては、例えばドット状の開口部１２（以下「注入窓」）の寸法を一定にし、注入窓の間隔を終端構造３２の外側へ向かうにつれて広くすることが考えられる。例えば、注入マスク２０の注入窓の寸法は全て０．４μｍとし、終端構造３２の周方向における注入窓の間隔は全て２．８μｍ間隔とし、終端構造３２の幅方向における注入窓の間隔を、耐圧保持領域１１の最内周部では２．８μｍ間隔、最外周部では１４．０μｍ間隔と広げる。
【００４９】
また、耐圧保持領域１１の全てのＰ型不純物領域２が繋がって一体的に形成されるよりも、図２のように部分的に繋がらない箇所を含む方が、安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００５０】
全てのＰ型不純物領域２が接続する場合、ウエハプロセスでのバラツキにより注入されるＰ型不純物のドーズ量が高濃度となる場合、逆方向電圧を保持するのに適切なＰ型不純物濃度（完全空乏化する中で最も濃い濃度）の領域がほとんど存在しなくなる。そのため、空乏化して逆方向耐圧を保持する領域が狭くなり、Ｐ型不純物領域２の最外周部に電界が集中して耐圧が低下する。
【００５１】
それに対し、耐圧保持領域１１においてＰ型不純物領域２が接続しない箇所が形成されると、ウエハプロセスでのバラツキにより注入されるＰ型不純物のドーズ量が高濃度になった場合でも、終端構造３２の幅方向で逆方向電圧を保持するのに適切なＰ型不純物濃度の領域が多く形成されるため、逆方向耐圧が向上する。よって、本実施の形態では、注入マスク２０の開口部１２の間隔は、熱拡散により低濃度領域２ａを形成するための熱処理の際に、隣り合う低濃度領域２ａが繋がる箇所と繋がらない箇所とが生じるように設定される。
【００５２】
なお、図２および図５では、終端構造３２の幅方向にＰ型不純物領域２が繋がらない箇所がある例を示しているが、図１４のように終端構造３２の周方向のみにＰ型不純物領域２が繋がらない場合でも、同様の効果が得られる。終端構造３２の周方向のＰ型不純物領域２が繋がらない場合には、熱処理によってＰ型不純物が周方向に拡散して、耐圧を保持するための適切なＰ型不純物濃度を作り出すことができるからである。
【００５３】
また、図１５のように終端構造３２の幅方向と周方向の両方にＰ型不純物領域２が繋がらない箇所が存在する構造（Ｐ型不純物領域２が島状に配置された構造）でも、同様の効果が得られ、ウエハプロセスのマージンをさらに増やすことができる。特に、Ｎ型ドリフト領域１の不純物濃度が低い半導体基板３０を用いた場合、Ｐ型不純物領域２の最適な不純物濃度を得るために微調整が必要となるが、ウエハプロセスのマージンが大きくなることにより、その調整が容易になり安定した逆方向耐圧が得られる。
【００５４】
但し、終端構造３２の周方向における注入窓の間隔を広くしすぎると、終端構造３２の幅方向にＰ型不純物濃度が低い領域が延在することとなり、安定した逆方向耐圧が得られるものの、逆方向耐圧の絶対値が低下するため好ましくない。よって注入窓の間隔は適切に設定する必要がある。
【００５５】
注入マスク２０のパターンは任意でよく、どのようなパターンでも一定の効果を得ることができる。ここでは特に、注入窓の配置例について図１６を用いて説明する。
【００５６】
図１６は、耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２を形成するための注入マスク２０の拡大図である。図１６においては、内周側からｎ列目の注入窓（開口部１２）の寸法をＳｎ、終端構造３２の幅方向におけるｎ列目の注入窓とｎ＋１列目の注入窓との間隔をＤｎ、終端構造３２の周方向におけるｎ列目の注入窓の間隔をＷｎと表している。
【００５７】
例えば、注入窓の寸法（Ｓｎ）を一定にし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を一定にすることで、巨視的に見たＰ型不純物領域２の不純物濃度（ドーズ量）を終端構造３２の内周部から外周部へ向けて徐々に減少させることができる。
【００５８】
また例えば、注入窓の寸法（Ｓｎ）を一定にし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を一定にし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くしても、巨視的に上記と同様の不純物濃度分布が得られる。
【００５９】
さらに、注入窓の寸法（Ｓｎ）を一定にし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くし、且つ、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くしても、同様である。
【００６０】
また、ｎ列目の注入窓の位置に対して、その隣のｎ＋１列目の注入窓の位置を終端構造３２の周方向にＷｎ／２だけずらす。これを各列に対して行うことにより、図１６のように注入窓を千鳥配置してもよい。その場合、耐圧保持領域１１に、Ｐ型不純物領域２の不純物の濃淡を一様に作り出すことができ、電界強度の高い箇所を２次元的に分散することができる。それにより、耐圧保持領域１１における最大電界強度をさらに低減させることができ、より安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００６１】
なお、上の説明では注入マスク２０をシリコン酸化膜１３で形成した例を示したが、例えばレジストパターンなど、一般的な半導体プロセスで注入マスクとして用いられる材料を用いて形成してもよい。
【００６２】
また、注入マスク２０に設ける注入窓（ドット状の開口部１２）の形状は任意でよく、上に示した正方形の他、円、長方形、楕円など他の形状でも同様の効果を得ることができる。特に、開口径が長方形の場合、その長辺が終端構造３２の周方向に沿うように配置されることが望ましい。図３では、終端構造３２の内周部にライン状の絶縁膜２１を配置し、その外側にドット状の開口部１２を配置した構成の注入マスク２０を示したが、注入マスク２０はライン状の開口部１２とドット状の開口部１２の両方を備える必要はなく、例えば、ライン状の開口部１２のみを備える構成や、ドット状の開口部１２のみを備える構成でもよい。
【００６３】
また、実施の形態１では、Ｐ型不純物領域２を不純物濃度（ドーズ量）が異なる低濃度領域２ａ、高濃度領域２ｂ、高濃度領域２ｃから成る構成としたが、Ｐ型不純物領域２は、巨視的に見た不純物濃度が終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少すれば、微視的に見て均一な濃度であってもよい。例えば、微視的に見て均一な濃度のＰ型不純物領域２において、Ｐ型の領域が離間された部分を、終端構造３２の外側ほど多く（または広く）配置すれば、巨視的に見た不純物濃度を終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少させることができる。この場合も、実施の形態１と同様に、ウエハプロセスのバラツキに対して安定した逆方向耐圧を得ることができる。このことは、以下に示す実施の形態についても同様である。
【００６４】
＜実施の形態２＞
図４においては、終端構造３２の耐圧保持領域１１におけるＰ型不純物領域２の不純物濃度が巨視的に見て外側へ向けて線形関数的に減少する例を示したが、巨視的に見て単調に減少していれば、上に凸の関数もしくは、下に凸の関数に従って減少してもよい。
【００６５】
図１７は、実施の形態２に係る終端構造のＰ型不純物領域を形成するための注入マスクを示す図である。図１７の注入マスク２０は、図３の例に対して、耐圧保持領域１１の内周近傍における開口率（開口部１２の密度）を高くし、外周近傍の開口率を低くしている。
【００６６】
図１７の注入マスク２０を用いて形成したＰ型不純物領域２のドーズ量分布は図１８のようになる。実線は微視的に見たドーズ量を示しており、破線は巨視的に見たドーズ量を示している。図１８のように、巨視的に見たドーズ量は、上に凸の関数に従って、終端構造３２の外側へ向けて減少する。すなわち、巨視的に見たドーズ量の変化量が、終端構造３２の外側へ向けて徐々に大きくなっている。
【００６７】
巨視的に見て、耐圧保持領域１１の不純物濃度（ドーズ量）が終端構造３２の外側へ向けて凸の関数で連続的もしくは段階的に減少している場合、線形で減少させるよりも最外周のＰ型不純物領域２において、巨視的に見てより低濃度の領域を作り出すことができる。よって、適切なドーズ量でも逆方向耐圧を保持できるのはもちろん、ウエハプロセスでのバラツキにより注入されるＰ型不純物のドーズ量が高濃度となった場合でも、最外周のＰ型不純物領域２において電界集中が生じることを抑制できる。
【００６８】
凸の関数の例としては、２次関数や、Ｘｎ＋１＝αＸｎ＋β（α、β任意）のような数列を用いてもよい。また、終端構造３２のＰ型不純物領域２の不純物濃度を巨視的に見て凸の関数にするためには、注入マスク２０の開口率が終端構造３２の外側へ向けて凸の関数になるように開口部１２を配置すればよい。
【００６９】
＜実施の形態３＞
実施の形態１，２では、注入マスク２０に設ける注入窓（開口部１２）の寸法を一定としたが、注入窓の寸法を制御することによっても、Ｐ型不純物領域２の巨視的に見た不純物濃度を変化させることができる。
【００７０】
図１９は、実施の形態３に係る半導体装置の終端構造の構成を示す断面図である。本実施の形態では、終端構造３２のＰ型不純物領域２を、注入窓の寸法を耐圧保持領域１１の内側から外側に向けて小さくした注入マスク２０を用いて形成している。
【００７１】
この場合における終端構造３２のＰ型不純物領域２のドーズ量分布を図２０に示す。実線は微視的に見たドーズ量を示しており、破線は巨視的に見たドーズ量を示している。本実施の形態においても、巨視的に見たドーズ量は、終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少する。微視的に見るとドーズ量が高い領域と低い領域とが交互に配置されている。従って、実施の形態１と同様に、ウエハプロセスのバラツキに対して安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００７２】
注入マスク２０のパターンは任意でよく、どのようなパターンでも一定の効果を得ることができる。ここでも、注入窓の配置例について図１６を用いて説明する。
【００７３】
また例えば、注入窓の寸法（Ｓｎ）を一定にし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を一定にし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に小さくしても、巨視的に上記と同様の不純物濃度分布が得られる。
【００７４】
例えば、注入窓の寸法（Ｓｎ）を終端構造３２の内側から外側へ向けて段階的もしくは連続的に小さくし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を一定にし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を一定にすることで、巨視的に見たＰ型不純物領域２の不純物濃度（ドーズ量）を終端構造３２の内周部から外周部へ向けて徐々に減少させることができる。
【００７５】
また例えば、注入窓の寸法（Ｓｎ）を終端構造３２の内側から外側へ向けて段階的もしくは連続的に小さくし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を一定にしても、巨視的に上記と同様の不純物濃度分布が得られる。
【００７６】
また、注入窓の寸法（Ｓｎ）を終端構造３２の内側から外側へ向けて段階的もしくは連続的に小さくし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を一定にし、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くしても、巨視的に上記と同様の不純物濃度分布が得られる。
【００７７】
さらに、注入窓の寸法（Ｓｎ）を終端構造３２の内側から外側へ向けて段階的もしくは連続的に小さくし、終端構造３２の幅方向への注入窓の間隔（Ｄｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くし、且つ、終端構造３２の周方向の注入窓の間隔（Ｗｎ）を外側へ向けて連続的もしくは段階的に広くしても、同様である。
【００７８】
また、ｎ列目の注入窓の位置に対して、その隣のｎ＋１列目の注入窓の位置を終端構造３２の周方向にＷｎ／２だけずらすことにより、図１６のように注入窓を千鳥配置してもよい。その場合、耐圧保持領域１１に、Ｐ型不純物領域２の不純物の濃淡を一様に作り出すことができ、電界強度の高い箇所を２次元的に分散することができる。それにより、耐圧保持領域１１における最大電界強度をさらに低減させることができ、より安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００７９】
注入窓の寸法と、イオン注入および熱拡散後における半導体基板３０表面のＰ型不純物濃度とは依存性がある。注入窓の寸法を終端構造３２の外側へ向けて小さく形成することで、半導体基板３０の表面部におけるＰ型不純物濃度の制御でき、より顕著な効果を得ることが期待できる。
【００８０】
なお、注入窓の寸法（Ｓｎ）はある程度小さいほうが望ましいが、半導体基板３０表面のＰ型不純物濃度は、終端構造３２の周方向における注入窓の間隔（Ｗｎ）、終端構造３２の幅方向の注入窓の間隔（Ｄｎ）、イオン注入量、および熱処理の条件等でも調整可能である。
【００８１】
＜実施の形態４＞
実施の形態１〜３では、終端構造３２のＰ型不純物領域２を１回のイオン注入で形成したが、異なる加速電圧で複数回のイオン注入を行うことで形成してもよい。
【００８２】
図２１は、実施の形態４に係る半導体装置の終端構造３２の構成を示す断面図である。本実施の形態では、終端構造３２の外側ほど開口率が小さくなる注入マスク２０を用いて、低加速電圧で高ドーズ量のＰ型不純物を注入する第１のイオン注入と、高加速電圧で低ドーズ量のＰ型不純物を注入する第２のイオン注入とを行い、その後に熱処理を行うことで、低濃度領域２ａおよび高濃度領域２ｂ、２ｃから成るＰ型不純物領域２を形成している。
【００８３】
本実施の形態においても、巨視的に見たドーズ量は、終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少する。微視的に見るとドーズ量が高い領域と低い領域とが交互に配置されている。従って、実施の形態１と同様に、ウエハプロセスのバラツキに対して安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００８４】
また、高加速電圧で低ドーズ量の第２のイオン注入が行われることにより、低濃度領域２ａに相当する部分が熱処理前に形成されるので、実施の形態１と比べて、熱処理を低温度もしくは短時間で済ませることができ、生産性を向上させることができる。
【００８５】
さらに、第２のイオン注入によって低濃度領域２ａを深く形成できるので、低濃度領域２ａを実施の形態１〜３と同様の深さにする場合、その横方向の広がりは小さくなる。これにより、終端構造３２の幅方向もしくは周方向に対するＰ型不純物領域２の不純物濃度プロファイルの制御がより容易になり、ウエハプロセスのバラツキに対するマージンをさらに大きくできる。
【００８６】
なお、不純物濃度が異なる複数のＰ型不純物領域２を、それぞれ個別の注入マスクを用いた複数回のイオン注入で形成してもよい。また、レジストによるマスクを用い、Ｐ型不純物領域２の形成を部分的にそのマスク越しのイオン注入で行うことで、不純物濃度の異なる複数のＰ型不純物領域２を一括形成することもできる。あるいは、複数の注入マスクを用いて、部分的に複数回のイオン注入を行うことで、不純物濃度の異なる複数のＰ型不純物領域を形成することもできる。
【００８７】
また、終端構造３２の内側の活性領域（ＩＧＢＴ３１の形成領域）にＰ型不純物領域を形成するイオン注入と同時に、終端構造３２のＰ型不純物領域２を形成してもよく、それにより半導体装置の製造工程が簡略化される。
【００８８】
＜実施の形態５＞
実施の形態５では、本発明に係る終端構造３２の構成の変形例を示す。
【００８９】
例えば図２２のように、エミッタ電極６の一部をシリコン酸化膜１６を介して終端構造３２上に張り出させることで、エミッタ電極６をフィールドプレートとして機能させてもよい。これにより、終端構造３２における電界集中をさらに抑制できる。フィールドプレートとしてのエミッタ電極６は、図２２のように耐圧保持領域１１の上部まで張り出してもよい。
【００９０】
また、図２３のように、終端構造３２の外周部上に、Ｎ型チャネルストッパ領域３に接続したチャネルストッパ電極９を形成してもよい。チャネルストッパ電極９は、終端構造３２の幅方向への空乏層の広がりを抑えるように働き、小面積でパンチスルーを防ぐことができる。
【００９１】
また、図２４のように、耐圧保持領域１１上にシリコン酸化膜１６を介して配設されエミッタ電極６から離間した複数のフローティングフィールドプレート１７と、耐圧保持領域１１の外周部上に形成されＮ型チャネルストッパ領域３に接続したチャネルストッパ電極９とを設けてもよい。複数のフローティングフィールドプレート１７およびチャネルストッパ電極９が設けられることにより、耐圧保持領域１１での電位分担の割合が増加し、終端構造３２における電界集中をさらに抑制できる。なお、Ｎ型チャネルストッパ領域３は省略してもよい。
【００９２】
本発明の適用は、ＩＧＢＴの終端構造に限られず、ＩＧＢＴ以外の半導体素子、例えばダイオードやＭＯＳトランジスタなどの終端構造にも適用可能である。
【００９３】
例えば図２５は、トレンチＩＧＢＴ型の半導体素子の外周構造に適用した例である。Ｎ型チャネルストッパ領域３内には、チャネルストッパ電極９に電気的に接続された導電体のトレンチ埋込層２２と、その表面に形成された絶縁膜２１とが形成されている。すなわち、チャネルストッパ電極９とトレンチ埋込層２２との間には絶縁膜２１が介在している。図２５のように、トレンチ埋込層２２は、Ｎ型チャネルストッパ領域３を貫通してＮ型ドリフト領域１内へ突き出している。
【００９４】
図２６は、Ｎ型キャリア蓄積層を持つ半導体素子の終端構造３２に適用した例である。Ｎ型チャネルストッパ領域３の取り囲むように、Ｎ型キャリア蓄積層２３およびＰ型不純物領域２４が形成されている。すなわち、終端構造３２におけるＮ型ドリフト領域１の上面部にＰ型不純物領域２４が形成され、Ｐ型不純物領域２４内の上面部にＮ型キャリア蓄積層２３が形成され、Ｎ型キャリア蓄積層２３内の上面部にＮ型チャネルストッパ領域３が形成されている。
【００９５】
また、本発明をトレンチＩＧＢＴ３１型でＮ型キャリア蓄積層を持つ半導体素子の終端構造に適用する場合は、図２６の構成に、図２５に示したチャネルストッパ電極９、絶縁膜２１およびトレンチ埋込層２２を設けてもよい。
【００９６】
図２７は、ダイオードとＮ型ＭＯＳＦＥＴとを持つ素子構造の終端領域に本発明を適用した例である。半導体基板３０の下面部には、図２の構成のＮ型バッファ領域４およびＰ型コレクタ領域５に代えて、Ｎ型ドレイン（カソード）領域２５が形成されている。
【００９７】
以上の説明では、終端構造３２の内周部に曲率緩和領域１０を設けたが、図２８のように曲率緩和領域１０を省略して、耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２が半導体素子の最外周のＰ型不純物領域（Ｐウエル）２６に接続する構成としてもよい。この場合も、耐圧保持領域１１のＰ型不純物領域２の巨視的に見た不純物濃度（ドーズ量）が、終端構造３２の外側へ向けて徐々に減少し、且つ、微視的に見るとドーズ量が高い領域と低い領域とが交互に配置され、さらに、Ｐ型不純物領域２同士が接続しない箇所が存在することにより、実施の形態１と同様に、ウエハプロセスのバラツキに対して安定した逆方向耐圧を得ることができる。
【００９８】
以上の説明で示した、Ｐ型不純物領域２形成のためのイオン注入における不純物のドーズ量は、固定電荷の影響や、酸化膜中へのドーズの吸い出し等の考慮していない。そのため、実際にイオン注入を行う場合には、それらを考慮して不純物のドーズ量を補正することが望ましい。
【００９９】
また、以上の説明では、半導体基板３０がシリコンで形成された例を示したが、本発明は、例えば炭化シリコン（ＳｉＣ）や窒化ガリウム（ＧａＮ）、またはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体の基板を用いて形成される半導体基板に対しても適用可能である。但し、ドーズ量などの最適値は、シリコンの半導体基板３０を用いる場合とは異なるものとなる。
【０１００】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【０１０１】
１  Ｎ型ドリフト領域、２  Ｐ型不純物領域、２ａ  低濃度領域、２ｂ  高濃度領域、２ｃ  高濃度領域、３  Ｎ型チャネルストッパ領域、４  Ｎ型バッファ領域、５  Ｐ型コレクタ領域、６  エミッタ電極、７  コレクタ電極、８  ゲート電極、９  チャネルストッパ電極、１０  曲率緩和領域、１１  耐圧保持領域、１２  開口部、１３  シリコン酸化膜、１６  シリコン酸化膜、１７  フローティングフィールドプレート、２０  注入マスク、２１  絶縁膜、２２  トレンチ埋込層、２３  Ｎ型キャリア蓄積層、２４  Ｐ型不純物領域、２５  Ｎ型ドレイン領域、２６  Ｐ型不純物領域（Ｐウェル）、３０  半導体基板、３１  ＩＧＢＴ、３２  終端構造。
【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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【図２１】
2014054319.tif 000023
【図２２】
2014054319.tif 000024
【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年7月3日(2015.7.3)
【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】
半導体素子(31)が形成された半導体基板(30)と、
前記半導体基板(30)における前記半導体素子(31)の外周部に設けられた終端構造(32)とを備え、
前記終端構造(32)は、
前記半導体基板(30)内に形成された第１導電型の第１不純物領域(1)と、
前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域(2)とを含み、
前記第２不純物領域(2)は、
巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて減少し、
微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有しており、
前記半導体基板(30)はシリコンで形成されており、
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度が、当該終端構造(32)の内周部で１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜２．０Ｅ＋１２ｃｍ−２であり、外周部へ向けて１／３〜１／２０の勾配で減少している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】
半導体素子(31)が形成された半導体基板(30)と、
前記半導体基板(30)における前記半導体素子(31)の外周部に設けられた終端構造(32)とを備え、
前記終端構造(32)は、
前記半導体基板(30)内に形成された第１導電型の第１不純物領域(1)と、
前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域(2)とを含み、
前記第２不純物領域(2)は、
巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて減少し、
微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有しており、
前記半導体基板(30)はシリコンで形成されており、
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度が、当該終端構造(32)の内周部で１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜１．４Ｅ＋１２ｃｍ−２であり、外周部へ向けて１／２の勾配で減少している
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項３】
半導体素子(31)が形成された半導体基板(30)と、
前記半導体基板(30)における前記半導体素子(31)の外周部に設けられた終端構造(32)とを備え、
前記終端構造(32)は、
前記半導体基板(30)内に形成された第１導電型の第１不純物領域(1)と、
前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域(2)とを含み、
前記第２不純物領域(2)は、
巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて減少し、
微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有しており、
前記第２不純物領域(2)の内周部は、当該第２不純物領域(2)の内周部に接続する前記第２導電型の領域(2c)に向けて、巨視的に見た不純物濃度の変化量が徐々に大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項４】
半導体素子(31)が形成された半導体基板(30)と、
前記半導体基板(30)における前記半導体素子(31)の外周部に設けられた終端構造(32)とを備え、
前記終端構造(32)は、
前記半導体基板(30)内に形成された第１導電型の第１不純物領域(1)と、
前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域(2)とを含み、
前記第２不純物領域(2)は、
巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて減少し、
微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有しており、
前記第２不純物領域(2)の巨視的に見た不純物濃度の変化量が、前記終端構造(32)の内周部から外周部へ向けて徐々に大きくなっている
ことを特徴とする半導体装置。
【請求項５】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の複数の高濃度領域(2b)と、
前記複数の高濃度領域(2b)のそれぞれを囲む第２導電型の低濃度領域(2a)とから構成されている
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記複数の高濃度領域(2b)の間隔は、前記終端構造(32)の外周部に近いものほど広くなっている
請求項５記載の半導体装置。
【請求項７】
前記複数の高濃度領域(2b)の不純物濃度は、前記終端構造(32)の外周部に近いものほど小さくなっている
請求項５記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数の高濃度領域(2b)は、千鳥状に配設されている
請求項５記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の幅方向に離間した部分を有している
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の周方向に離間した部分を有している
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１１】
前記第２不純物領域(2)は、
第２導電型の領域が前記終端構造(32)の周方向および幅方向の両方に離間した部分を有している
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１２】
前記第２不純物領域(2)の内周部に接続し、当該第２不純物領域(2)よりも不純物濃度が高いもしくは深さが深い第２導電型の領域(2c)をさらに備える
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記第２不純物領域(2)の内周部は、当該第２不純物領域(2)の内周部に接続する前記第２導電型の領域(2c)に向けて、不純物濃度が徐々に高くもしくは深さが徐々に深くなっている
請求項１２記載の半導体装置。
【請求項１４】
前記終端構造(32)の内周部の上方に配設されたフィールドプレート(6)をさらに備える
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１５】
前記終端構造(32)の外周部の前記第１不純物領域(1)内の上面部に形成された第１導電型のチャネルストッパ領域と、
前記終端構造(32)の外周部の上方に配設され、前記第１不純物領域(1)に接続したチャネルストッパ電極(9)をさらに備える
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１６】
前記終端構造(32)の外周部の上方に配設された１つ以上のフローティングフィールドプレート(17)をさらに備える
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体装置。
【請求項１７】
（ａ）半導体基板(30)における半導体素子(31)の形成領域を囲む終端領域に、複数の開口部(12)を有し前記終端領域の内周部から外周部へ向けて開口率が小さくなる注入マスク(20)を形成する工程と、
（ｂ）前記注入マスク(20)を用いる不純物のイオン注入により、前記終端領域に終端構造(32)としての不純物領域(2)を形成する工程と、
（ｃ）前記不純物領域(2)内に注入された前記不純物を熱拡散させる工程と
を備え、
前記注入マスク(20)の開口部(12)の寸法および間隔は、前記工程（ｃ）における不純物の熱拡散により隣り合う不純物領域(2)が繋がる箇所と繋がらない箇所とが生じるように設定されている
前記工程（ｂ）が、前記イオン注入の加速電圧を変更して複数回行われる
半導体装置の製造方法。
【請求項１８】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなり、
前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は一定である
請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は一定であり、
前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなっている
請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２０】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記終端領域の幅方向における前記窓状の開口部(12)の間隔、および、前記終端領域の周方向における前記窓状の開口部(12)の間隔は、前記終端領域の外周部に近いものほど広くなっている
請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２１】
前記注入マスク(20)は、窓状の開口部(12)を複数有し、
前記窓状の開口部(12)の寸法は、前記終端領域の外周部に近いものほど小さくなっている
請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２２】
前記窓状の開口部(12)は、千鳥状に配設されている
請求項１８記載の半導体装置の製造方法。
【請求項２３】
前記工程（ａ）および（ｂ）が、前記注入マスク(20)のパターンを変更して複数回行われる
請求項１７記載の半導体装置の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明に係る半導体装置は、半導体素子が形成された半導体基板と、前記半導体基板における前記半導体素子の外周部に設けられた終端構造とを備え、前記終端構造は、前記半導体基板内に形成された第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域内の上面部に形成された第２導電型の第２不純物領域とを含み、前記第２不純物領域は、巨視的に見ると、第２導電型の不純物濃度が前記終端構造の内周部から外周部へ向けて減少し、微視的に見ると、第２導電型の領域が離間した部分を有しており、前記半導体基板はシリコンで形成されており、前記第２不純物領域の巨視的に見た不純物濃度が、当該終端構造の内周部で１．０Ｅ＋１２ｃｍ−２〜２．０Ｅ＋１２ｃｍ−２であり、外周部へ向けて１／３〜１／２０の勾配で減少しているものである。
【国際調査報告】
2014054319.tif 000031
2014054319.tif 000032
2014054319.tif 000033
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