(57)【要約】  再現性高く高耐圧な炭化珪素半導体装置を提供することが目的である。そのため、多重に形成されるＦＬＲリングとして、ライン部からコーナー部に向かうにしたがいリング間距離が徐々に狭くし、前記ライン部から前記コーナー部に向かうにしたがい、ラインの中央の高濃度領域を挟み込む低濃度領域の不純物濃度を薄くする。
2014049806.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の表面上に形成された第１導電型の炭化珪素エピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に配置された第１電極と、前記炭化珪素基板の裏面に配置された第２電極とを備えた炭化珪素半導体装置において、
前記エピタキシャル層は平面視領域として、アクティブ領域と、前記アクティブ領域を囲む端部領域とを備え、
前記端部領域は、前記アクティブ領域を前記リング状に囲む平面視形状となる第２導電型の不純物が注入され、前記第１電極に直接接していないリングを多重に備え、
前記リングは、平面視形状で直線状のライン部と、前記ライン部を繋ぐコーナー部とを備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記リング間距離が徐々に狭くなり、
前記リングは、平面視形状で高濃度領域を低濃度領域で挟み込む構造を備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記低濃度領域の不純物濃度が薄くなることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記コーナー部のリング幅は、前記コーナー部の中間に向かって前記コーナー部内側と外側の両方に広がっていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記リングの間隔がライン部から前記コーナー部に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とした炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記リングの高濃度領域の不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３、
前記リングの低濃度領域の不純物濃度は１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記リングは前記アクティブ領域より一段低い位置に設けられていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
炭化珪素基板上のエピタキシャル層に矩形のアクティブ領域と、
前記アクティブ領域を囲み、かつ、電極に直接接していないｐ型リングを備えた炭化珪素半導体装置の製造方法において、
前記ｐ型リングは、平面視で前記ｐ型リングの一辺に対して傾けた角度、かつ、前記炭化珪素基板平面に対して傾けた角度にイオン注入することを特徴とする炭化珪素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、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関し、特に高耐圧半導体装置のターミネーション構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣを用いたパワー半導体装置は、Ｓｉを用いたパワー半導体装置と比較して、同耐圧ではオン抵抗の低抵抗化が可能である。これは、ＳｉＣの絶縁破壊強度がＳｉの約１０倍であるため、空乏層幅が約１０分の１となり、ドリフト層となるエピタキシャル層を薄くできることに起因している。【０００３】
しかしながら、オフ状態において、ＳｉＣを用いたパワー半導体装置の最大電界はＳｉを用いたパワー半導体の１０倍であるため、電界を緩和するために用いるターミネーション構造が重要となる。【０００４】
パワー半導体装置の耐圧はドリフト層を構成するエピタキシャル層の厚さと不純物濃度によって決まる。しかしながら、アクティブ領域の周囲にある終端領域では電界集中が生じるため、電界緩和のための構造を設けなければ、設計上の耐圧よりも小さな値で破壊がおきてしまう。【０００５】
そのような電界緩和構造として、一般に、ＪＴＥ（Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｅｒｍｉｎａｔｉｏｎ  Ｅｘｔｅｎｔｉｏｎ）構造、ＦＬＲ（Ｆｉｅｌｄ  Ｌｉｍｉｔｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）構造が知られている。【０００６】
上記構造のうち、ＦＬＲ構造は、基板の導電性と反対の導電性不純物が平面視形状が多重のリング状に注入されたフローティング領域のことである。一般に、ＦＬＲ構造は、ｐ型リング環数、ｐ型リング間の間隔、ｐ型リングを形成する深さあるいは不純物濃度を調整することで、耐圧が調整できることが知られている。【０００７】
しかしながら、ＦＬＲ構造において、平面視形状のコーナー部とライン部では、電界集中の度合いが異なるため、コーナー部ではライン部に比べ電界が集中しやすい。そのため、コーナー部で破壊が起きやすい。このとき、コーナー部での空乏層の伸びは、ライン部の空乏層の伸びに比べて小さくなるため、ライン部とコーナー部とでは最適なｐ型リング間距離やｐ型リングを構成する不純物濃度が異なってくる。【０００８】
特開２００４−１５８８１７号公報（特許文献１）では、ｐ型リングのコーナー部の外側にのみ選択的に不純物を添加することで、コーナー部へ集中していた電界をコーナー部の外側へ分散させ、破壊を生じにくくしている。【０００９】
特開２０１１−１７１５５２号公報（特許文献２）では、ｐ型リングコーナー部の幅をライン部よりも広くしているため、結果としてコーナー部でのｐ型リング間距離が小さくなり、コーナー部での電界集中が緩和される構造となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１５８８１７号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７１５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１の各コーナーの外側にのみ選択的に不純物を添加する構造は、ｐ型リングの不純物インプラント用マスクとは別のマスクで不純物をインプラントせざるをえない。しかし、インプラントする領域がｐ型リングの外側に限定されているので、マスクの位置ズレにより耐圧が変動しやすい。また、深い位置だけのインプラントは不純物濃度の制御が難しい。従って、この構造では高い再現性で高耐圧の炭化珪素半導体装置が得られない。【００１２】
特許文献２の不純物濃度を一様に小さくしてリング内への空乏層の伸びを大きくする方法では、リング内に空乏層が伸びきってしまい、破壊が生じてしまう。【００１３】
本発明の目的は、高い再現性のある高耐圧炭化珪素半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願において開示される発明のうち、上記目的を解決する代表的な手段簡単に説明すれば、次のとおりである。【００１５】
第１導電型の炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の表面上に形成された第１導電型の炭化珪素エピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に配置された第１電極と、前記炭化珪素基板の裏面に配置された第２電極とを備えた炭化珪素半導体装置において、前記エピタキシャル層は平面視領域として、アクティブ領域と、前記アクティブ領域を囲む端部領域とを備え、前記端部領域は、前記アクティブ領域を前記リング状に囲む平面視形状となる第２導電型の不純物が注入され、前記第１電極に直接接していないリングを多重に備え、前記リングは、平面視形状で直線状のライン部と、前記ライン部を繋ぐコーナー部とを備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記リング間距離が徐々に狭くし、さらに、前記リングは、平面視形状で高濃度領域を低濃度領域で挟み込む構造を備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記低濃度領域の不純物濃度を薄くする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、高い再現性を備えた高耐圧な炭化珪素半導体装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施例１の炭化珪素半導体装置の要部上面図である。
【図２】実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３】実施例１の炭化珪素半導体装置の別構造における終端領域断面図である。
【図４】実施例１の炭化珪素半導体装置を終端領域の断面詳細図である。
【図５】図４におけるリング３の不純物濃度について示した図である。
【図６】実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域におけるコーナー部とライン部の断面図である。
【図７】実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域の一部を拡大して示す模式断面図である。
【図８】実施例１の製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図９】図８に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図１０】図９に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図１１】図１２のI―I線の断面に相当する断面図とII―IIに相当する断面図である。
【図１２】実施例１による炭化珪素半導体の要部上面図である。
【図１３】実施例１による炭化珪素半導体の製造工程における終端領域断面図である。
【図１４】実施例１による炭化珪素半導体の製造工程における終端領域断面図である。
【図１５】実施例１による炭化珪素半導体の製造工程における終端領域断面図である。
【図１６】実施例１の炭化珪素半導体の製造工程を説明する終端領域断面図である。
【図１７】図１６に続く製造工程を説明する終端領域断面図である。
【図１８】図１７に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図１９】図１７に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２０】実施例２の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する終端領域断面図である。
【図２１】図２０に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２２】実施例２の炭化珪素半導体装置のリング２０５の拡大図である。
【図２３】実施例３の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２４】実施例３の炭化珪素半導体装置の製造工程における終端領域断面図である。
【図２５】実施例４の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２６】実施例４による炭化珪素半導体装置の製造工程における終端領域断面図である。
【図２７】図２６に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２８】図２７に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図２９】実施例５の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３０】実施例５の炭化珪素半導体装置の製造工程を説明する終端領域断面図である。
【図３１】図３０に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３２】図３１に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３３】実施例６の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３４】実施例６の製造工程を説明する終端領域断面図である。
【図３５】図３４に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３６】実施例７の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３７】実施例７の製造工程における終端領域断面図である。
【図３８】図３７に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図３９】図３８に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【図４０】図３９に続く製造工程を説明する炭化珪素半導体装置の終端領域断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【実施例１】
【００１９】
［デバイス構造］
実施例１の炭化珪素半導体装置について図１〜図７を用いて説明する。図１は炭化珪素半導体装置の要部上面図、図２は実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域断面図、図３は実施例１の炭化珪素半導体装置の別構造における終端領域断面図、図４は実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域断面の詳細図、図５は図４におけるリングの不純物濃度について示した図、図６は実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域におけるコーナー部とライン部の断面図、図７は実施例１の炭化珪素半導体装置の終端領域の一部を拡大して示す模式断面図である。【００２０】
図１に示すように、炭化珪素半導体装置１は、ダイオードやトランジスタが配置される炭化珪素半導体装置の中央のアクティブ領域２と、平面視においてアクティブ領域２を囲む終端領域に、ｐ型のウェル領域１０６と、互いに同心となるように多重に複数配置されたｐ型フローティング・フィールド・リミッティング・リング（以下、リングと記す）１０５と、さらに平面視において上記リング１０５を囲むｎ＋型のリング領域であるチャネルストッパ１０７がある。【００２１】
オフ時において、最大電界部分が順次外側のｐ型のリング１０５へ移り、最外周のリング１０５で降伏するようになるので、炭化珪素半導体装置を高耐圧とすることが可能となる。図１を用いて３重のリング１０５が形成されている例を図示しているが、本発明はこれに限定されるものではない。【００２２】
次に、本実施例１による炭化珪素半導体装置の構造を、図２を用いて説明する。【００２３】
ＳｉＣ基板１０１の裏面（第２主面）には電極１０４が形成されている。【００２４】
ＳｉＣからなるｎ＋型のＳｉＣ基板１０１の表面（第１主面）上に、ＳｉＣ基板１０１よりも不純物濃度の低いＳｉＣからなるｎ−型のエピタキシャル層１０２が形成されている。ｎ＋型のＳｉＣ基板１０１とｎ−型のエピタキシャル層１０２の厚さを、５〜２０μｍの範囲内で設定されている。【００２５】
ｎ−型のエピタキシャル層１０２内にはｐ型のリング１０５が形成されている。リング１０５のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．５〜２．０μｍの範囲内で設定され、リング１０５間の距離は０．５〜２．５μｍの範囲内で設定されている。図３に示してあるように、リング１０５間の各距離は必ずしも一定である必要はない。図３は、図２のウェル領域１０６とチャネルストッパ１０７との間の距離を保ちながら、リング１０５同士の間隔を変えた構造を示している。具体的には、内側のリング１０５間距離を狭め、外側のリング１０５間距離を広げることで耐圧を更に向上させる構造としている。なお、チャネルストッパと最外周のリング１０５との距離も縮めることで、ｐ型ウェル領域１０６とリング間距離、リング１０５同士の距離、チャネルストッパ１０７と最外周のリング１０５との距離のうち、外側のリング１０５間距離が最も大きくなっている。【００２６】
ｎ−型のエピタキシャル層１０２のリング１０５の内側にはｐ型のウェル領域１０６が形成されている。ｐ型のウェル領域１０６のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．５〜２．０μｍの範囲内で設定されている。【００２７】
リング１０５とウェル領域１０６とは個別に深さを設定可能であるが、同じ深さに設定する場合、同じ工程で同時に形成することができるのは言うまでもない。【００２８】
リング１０５の外側には、ｎ−型のエピタキシャル層１０２内にはｎ＋型の平面視形状がリング状であるチャネルストッパ１０７が形成されている。チャネルストッパ１０７のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．５〜２μｍの範囲内で設定されている。【００２９】
なお、ここまでの説明で用いた「−」および「＋」は、導電型がｎ型またはｐ型の相対的な不純物濃度を表記した符号である。「ｎ−」、「ｎ」、「ｎ＋」の順にｎ型不純物の不純物濃度は高くなる。ｎ＋型のＳｉＣ基板１０１の不純物濃度の好ましい範囲は、１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３、ｎ−型のエピタキシャル層１０２の不純物濃度の好ましい範囲は、１×１０１４〜１×１０１７ｃｍ−３、リング１０５及びｐ型のウェル領域は、１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３、ｎ＋型のチャネルストッパ１０７は、１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲内で設定されている。【００３０】
図４に示すように、リング１０５は不純物濃度が濃い高濃度領域１０５ａと、高濃度領域１０５ａを挟み込む不純物濃度が低い低濃度領域１０５ｂで構成されている。より詳細な構造を示すと、図７に示すようになっている。リング１０５の高濃度領域１０５ａの表面の位置は、リング１０５の低濃度領域及びリング１０５が形成されないｎ−型のエピタキシャル層の表面の位置よりも、０．０５μｍ低くなっている。これは、リング１０５の高濃度領域１０５ａを形成する際のエッチング工程において、表面を削ることにより形成されるものである。【００３１】
図５のグラフは、縦軸にリング１０５の不純物濃度、横軸にリング１０５の幅をとったものである。図５に示すようにその濃度分布はリングの中央で最も濃くなり（高濃度領域１０５ａ）、リング１０５の周辺部にいくにしたがって徐々に薄くなる（低濃度領域１０５ｂ）。本実施例では、リング中央部の高濃度領域１０５ａの不純物濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３、リング周辺部の低濃度領域１０５ｂの不純物濃度は、１×１０１５〜２×１０１７ｃｍ−３になっている。【００３２】
図６に示すように、リング１０５のコーナー部における低濃度領域１０５ｂと、リング１０５のライン部における低濃度領域１０５ｂではリング１０５のコーナー部における低濃度領域１０５ｂの方が幅が大きくなっている。具体的には、ライン部のリング幅は実質的に一定であるが、ライン部とコーナー部との接続部から、コーナー部の中間にいくにしたがってリング１０５の幅は徐々に広くなり、リング１０５のコーナー部の最も中間で最も広くなっている。そして、コーナーブのリング幅の大きさはライン部のリング幅の１．３〜１．６倍になっている。【００３３】
コーナー部とライン部では周辺部分の濃度も異なっている。具体的には、ライン部の低濃度領域１０５ｂの不純物濃度は実質的に一定であるが、ライン部とコーナー部との接続部から、コーナー部の中間にいくにしたがって低濃度領域１０５ｂの不純物濃度は徐々に薄くなり、リング１０５のコーナー部の最も中間で最も薄くなっている。リング１０５のコーナー部の中間点における濃度はライン部の概ね半分になっている。【００３４】
以上のように、本実施例によれば、ｐ型ウェル領域１０６にかかる電界集中が外側のリング１０５へと分散されやすくなっており、炭化珪素半導体装置を高耐圧にできる。【００３５】
そして、以下の不純物の斜め注入による製造方法を採用可能になるので、再現性高く高耐圧の炭化珪素半導体装置を製造することも可能になる。
［炭化珪素半導体装置の製造方法］
実施例１による炭化珪素半導体装置の製造方法について図８〜図１９を用いて工程順に説明する。【００３６】
図１２は、実施例１の炭化珪素半導体装置の上面図で、図１のリング１０５を抜粋した図である。以下、リング１０５のコーナー部であるI―I線の断面に相当する断面図と、リング１０５のストライプ部であるII―II線の断面に相当する断面図を用いて、本実施例の炭化珪素半導体装置の製造方法を説明する。【００３７】
まず、図８に示すように、４Ｈ−ＳｉＣ（炭化珪素）基板１０１を用意し、Ｓｉ面を上面とする。ＳｉＣ基板１０１としては、ｎ型不純物である窒素が導入されている基板を用いる。【００３８】
次に、ＳｉＣ基板１０１の表面（第１主面）にエピタキシャル成長法によりＳｉＣのｎ−型のエピタキシャル層１０２を形成する。エピタキシャル層１０２には、ＳｉＣ基板１０１の不純物濃度よりも低い濃度となるようにｎ型不純物が導入されている。エピタキシャル層１０２の不純物濃度は炭化珪素半導体装置の素子定格に依存するが、１×１０１４〜１×１０１７ｃｍ−３の範囲で設定されている。また、エピタキシャル層１０２の厚さは、５〜２０μｍの範囲で設定されている。以上の工程により、ＳｉＣ基板１０１およびエピタキシャル層１０２からなるＳｉＣエピタキシャル基板１０３が形成される。【００３９】
次に、図９に示すように、エピタキシャル層１０２の表面上に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁膜を堆積する。実施例ではＳｉＯ２膜１０９を堆積する。ＳｉＯ２膜１０９の厚さは、１〜３μｍの範囲で設定されている。【００４０】
続いて、図１０に示すようにレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２膜１０９をドライエッチング法により加工することにより、ハードマスクパターン１０９ａをエピタキシャル層１０２の表面上に形成する。リング１０５に対応したハードマスクパターン１０９ａの幅は、１〜２．５μｍの範囲で設定されている。この際、前述の図７を用いて説明したように、エピタキシャル層１０２の表面が数ｎｍ（５ｎｍ以下）削れて、ハードマスクパターン１０９ａの側面下のエピタキシャル層１０２に第１段差が形成される（図１０では図示せず）。【００４１】
次に、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物をイオン注入する。実施例では、ｐ型不純物としてＡｌを用いた。これにより、エピタキシャル層１０２のリング１０５を形成する。【００４２】
図１１は図１２のI―I線の断面に相当する断面図とII―IIに相当する断面図である。図１２に示してある、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４の方向から計４回、基板の法線から角度をつけて斜め不純物注入する。ここで、Ｎ１、Ｎ２、Ｎ３、Ｎ４は、リング１０５のライン部から４５度傾いている。また、斜め不純物注入時の角度（仰角）は、ＳｉＣエピタキシャル基板１０３の法線方向から１０〜４５度（仰角４５〜８０度）である。リング１０５のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．５〜２μｍの範囲内で設定されている。【００４３】
ここで、図１３〜図１６を用いて、斜め不純物注入によって図６のように、リング１０５のコーナー部とリング１０５のライン部で低濃度領域１０５ｂの幅・濃度を異ならしめる工程を説明する。【００４４】
図１３は図１２のＮ１方向から不純物注入したときのｐ型不純物分布である。本注入工程によるリングのみを示すとリング１０５ｃとなる。Ｎ１方向は、平面視した際にリング１０５の縦ラインから右４５度傾けた図の右上に向かう方向であるので、ハードマスクパターン１０９ａを右上方向にずらした領域に不純物が注入される。なお、リング１０５のコーナー部であるI―I断面での不純物の横方向への広がりとリング１０５のライン部であるII―II断面での不純物の横方向への広がりは異なり、コーナー部の方が大きく広がる。【００４５】
図１４は図１２のＮ２方向から不純物注入したときのｐ型不純物分布である。本注入工程によるリングのみを示すとリング１０５ｄとなる。Ｎ２方向は、平面視した際にリング１０５の縦ラインから左１３５度傾けた図の左下に向かう方向であるので、ハードマスクパターン１０９ａを左下方向にずらした領域に不純物が注入される。なお、リング１０５のコーナー部であるI―I断面での不純物の横方向への広がりとリング１０５のライン部であるII―II断面での不純物の横方向への広がりは異なり、コーナー部の方が大きく広がる。【００４６】
図１５は図１２のＮ３方向から不純物注入したときのｐ型不純物分布である。本注入工程によるリングのみを示すとリング１０５ｅとなる。Ｎ３方向は、平面視した際にリング１０５の縦ラインから右１３５度傾けた図の右下に向かう方向であるので、ハードマスクパターン１０９ａを右下方向にずらした領域に不純物が注入される。なお、リング１０５のコーナー部であるI―I断面での不純物の横方向への広がりとリング１０５のライン部であるII―II断面での不純物の横方向への広がりは異なり、コーナー部の方が大きく広がる。【００４７】
図１６は図１２のＮ４方向から不純物注入したときのｐ型不純物分布である。本注入工程によるリングのみを示すとリング１０５ｆとなる。Ｎ３方向は、平面視した際にリング１０５の縦ラインから左４５傾けた図の左上に向かう方向であるので、ハードマスクパターン１０９ａを左上方向にずらした領域に不純物が注入される。なお、リング１０５のコーナー部であるI―I断面での不純物の横方向への広がりとリング１０５のライン部であるII―II断面での不純物の横方向への広がりは異なり、コーナー部の方が大きく広がる。【００４８】
以上、４つの斜め不純物工程を経ると、リング１０５ｃ〜ｆを重ね打ちしたことになるので、図１１に示す高濃度領域１０５ａと低濃度領域１０５ｂを有するリング１０５が形成される。なお、リング１０５のコーナー部（Ｉ−Ｉ断面）における高濃度領域１０５ａを挟むようにリング内外に配置された低濃度領域１０５ｂにおける不純物濃度は不純物注入１回分であるのに対し、リング１０５のライン部（II―II断面）における低濃度領域１０５ｂの不純物濃度は不純物注入２回分である。つまり、リング１０５のコーナー部の低濃度領域１０５ｂは、リング１０５のライン部の低濃度領域１０５ｂの半分の濃度となる。また、リング１０５のコーナー部の低濃度領域１０５ｂの広がりは、注入角度を４５度にしているため、リング１０５のライン部の低濃度領域１０５ｂの広がりの最大１／√２となる。さらに、高濃度領域１０５ａの濃度を高める場合には、斜め注入の他に垂直注入を組み合わせる。【００４９】
なお、リング１０５の高濃度領域１０５ａの不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３、低濃度領域１０５ｂの不純物濃度は１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３で設定されている。【００５０】
また、図１７に示すように、ウェル領域１０６を、斜め不純物注入によるリング１０５形成と同時に形成する場合、高濃度領域１０６ａの外側に低濃度領域１０６ｂが形成される。そして、この低濃度領域１０６ｂはウェル領域１０６のハードマスクパターン１０９ａの開口が大きいため、リング１０５の低濃度領域１０５ｂよりも幅が広くなる。高濃度領域１０６ａの濃度をさらに高める場合には、垂直注入を組み合わせる。なお、ウェル領域１０６の不純物濃度は、１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲で設定されている。【００５１】
なお、図１８に示すように、ウェル領域１０６を斜め不純物注入によるリング１０５形成と別に形成する場合、ハードマスクパターン１０９ｂをマスクとして、不純物を垂直注入する。【００５２】
次に、図１９に示すように、ハードマスクパターン１０９ｃをマスクとして、エピタキシャル層１０２にｎ型不純物として窒素をイオン注入して、ｎ＋型のチャネルストッパ１０７を形成する。チャネルストッパ１０７の不純物濃度は、１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲で設定されている。【００５３】
実施例１の製造方法によれば、リング１０５を不純物の斜め注入で形成した結果、リング１０５のコーナー部での不純物の広がりが大きくなるので、不純物の垂直注入よりも、電界が緩和されやすくなる。さらに、１枚のハードマスクで実現可能なので、マスクの位置ズレがなく再現性が高い。
【実施例２】
【００５４】
実施例２と前述した実施例１との相違点は、リング２０５を斜め不純物注入で形成せず、２回以上の不純物注入工程で形成することである。【００５５】
実施例２による炭化珪素半導体装置の製造方法について図２０〜図２２を用いて工程順に説明する。【００５６】
前述した実施例１と同様にして、ｎ＋型のＳｉＣ基板１０１の表面（第１主面）上にｎ−型のエピタキシャル層１０２を形成して、ＳｉＣ基板１０１とエピタキシャル層１０２とからなるＳｉＣエピタキシャル基板１０３を形成する。ＳｉＣ基板１０１の不純物濃度は、１×１０１８〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲で設定されており、エピタキシャル層１０２の不純物濃度は、１×１０１４〜１×１０１７ｃｍ−３の範囲で設定されている。【００５７】
次に、図２０に示すように、ＳｉＯ２膜からなるハードマスクパターン２０９ａをマスクとして、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌをイオン注入する。これにより、低濃度領域２０５ｂを形成する。このとき、隣り合うハードマスクパターン２０９ａの距離（開口幅）はライン部よりもコーナー部のほうが広く、ライン部で一定にとした開口幅がライン部とコーナー部との接続部からコーナー部の中間点に向かって広くなっている。この低濃度領域２０５ｂの不純物濃度は、１×１０１５〜２×１０１７ｃｍ−３の範囲である。なお、上記ハードマスクパターン２０９ａをエピタキシャル層１０２の表面上に形成する際には、前述した実施例１と同様に、エピタキシャル層１０２の表面が１〜５ｎｍ削れて、ハードマスクの側面下のエピタキシャル層１０２に第１段差が形成される。【００５８】
次に、図２１に示すように、ハードマスクパターン２０９ａよりハードマスク間の幅が狭い、ＳｉＯ２膜からなるハードマスクパターン２０９ｂをマスクとして、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物であるＡｌを注入する。この高濃度領域２０５ａの不純物濃度は、１×１０１７〜１×１０１８ｃｍ−３の範囲内で設定されている。これにより、低濃度領域２０５ｂの内側に高濃度領域２０５ａを形成する。この工程により、低濃度領域２０５ｂは高濃度領域２０５ａを挟むように配置されたことになる。【００５９】
なお、上記ハードマスクパターン２をエピタキシャル層１０２の表面上に形成する際には、前述した第１段差と同様に、エピタキシャル層１０２の表面が１〜５ｎｍ削れて、ハードマスクの側面下のエピタキシャル層１０２に第２段差が形成される（図２２参照）。【００６０】
次に、ハードマスクパターン２０９ｃをマスクとして、エピタキシャル層２０３にｐ型不純物、Ａｌをイオン注入することで、ウェル領域２０６を形成する（図は省略）。ウェル領域２０６の不純物濃度は、１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲である。なお、ウェル領域２０６は、リング２０５と同時に形成してもかまわない。また、ウェル領域２０６は、リング２０５と同時に２回以上の露光工程で形成してもかまわない。【００６１】
次に、別のハードマスクパターンをマスクとして、エピタキシャル層１０２にｎ型不純物、窒素をイオン注入して、ｎ＋型のリングを形成する（図は省略）。ｎ型リングの不純物濃度は、１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲で設定してある。【００６２】
以上が２回の露光での製造方法であるが、リング形成時のハードマスクパターンを増やすことで、２回以上の露光でリングを形成してもかまわない。【００６３】
本実施例２による炭化珪素半導体装置では、２つのハードマスクパターンで垂直に不純物注入するため、実施例１の斜めイオン注入とは異なり、最終的な低濃度領域２０５ｂの幅・不純物濃度を任意に設定できる。
【実施例３】
【００６４】
実施例３と前述した実施例１との相違点は、ウェル領域内３０６に、ｐ＋型の補助リング３１０を形成することである。【００６５】
図２３に示すように、ウェル領域内に、ｐ＋型の補助リング３１０が形成されている。ｐ＋型の補助リング３１０のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．１〜０．５μｍの範囲で設定してある。ｐ＋型の補助リング３１０の不純物濃度は、１×１０１９〜１×１０２１ｃｍ−３の範囲で設定されている。【００６６】
ｐ＋型の補助リング３１０は図２４に示す工程にて形成される。ＳｉＯ２膜からなるハードマスク３０９ａをパターンとして、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを注入する。なお、リング１０５の形成、チャネルストッパ１０７の形成は、実施例１と同様である。【００６７】
このように、実施例３によれば、ｐ型ウェル領域３０６の濃度が薄くｐ型ウェル領域３０６内を空乏層が伸びていくときでも、不純物濃度の大きいｐ＋型の補助リング３１０によってウェル領域３０６内における空乏層の伸びがとまる。つまり、ウェル領域３０６における破壊が生じにくくなるため、アクティブ領域の終端構造に対してロバストとなる。
【実施例４】
【００６８】
実施例４と前述した実施例１との相違点は、ｐ型のリングの深さが、リングによって異なることである。アクティブ領域に近いリングは浅く形成され、アクティブ領域から遠ざかるにつれて深く形成される。【００６９】
実施例４における炭化珪素半導体装置の構成の特徴を、図２５を用いて説明する。図２５は炭化珪素半導体装置の終端領域の断面図を示したものである。リング４０５の形成深さがアクティブ領域から遠ざかるにしたがって深くなっている。各リング４０５の深さは、０．５〜４．０μｍで設定してある。リング４０５ｇの外側隣のリング４０５ｈの深さは第１リング以上、リング４０５ｈの外側隣のリング４０５ｉの深さはリング４０５ｈ以上となるように、アクティブ領域側のリングよりも外側のリングのうほうが深くなるように形成される。従って、よりロバストなターミネーションを形成することができる。【００７０】
実施例４における炭化珪素半導体装置の製造方法を図２６〜２８を用いて説明する。なお、ｐ型リング以外の製造方法は実施例１と同様であるため記さない。【００７１】
図２６に示すようにエピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌをイオン注入する。これにより、最も内側のリング４０５ｇを形成する。【００７２】
次に、図２７に示すように、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを斜めイオン注入することで、リング４０５ｇの外側隣にリング４０５ｇよりも表面からの深さがあるｐ型のリング４０５ｈを形成する。【００７３】
次に、図２８に示すように、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを斜めイオン注入することで、リング４０５ｇの外側隣にリング４０５ｇよりも表面からの深さがあるｐ型のリング４０５ｉを形成する。【００７４】
各リングは実施例１と同様、斜めイオン注入で形成する。【００７５】
このように実施例４によれば、実施例１と同様に効果を得るだけでなく、リング形成深さがリングによって異なるリング４０５ｇ〜ｉを形成しているので、よりロバストなターミネーションを形成することができる。
【実施例５】
【００７６】
実施例５と前述した実施例１との相違点は、リングのエピタキシャル層をｐ型のウェル領域５０６で所定の深さ掘り込み、段差の下段にｐ型のリング５０５を形成することである。【００７７】
実施例５における炭化珪素半導体装置の特徴を、図２９を用いて説明する。図２９は炭化珪素半導体装置の終端領域の断面図を示したものである。【００７８】
リング５０５ｂを形成する領域が、エピタキシャル層１０２の表面から所定の深さ掘り込んである。所定の深さは、０．５〜１．５μｍである。【００７９】
ｐ型のウェル領域５０６の深さは掘り込んだ面から０．５〜２．０μｍで、不純物濃度は、１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３の範囲である。【００８０】
実施例５における炭化珪素半導体装置の製造方法を図３０〜３３を用いて説明する。【００８１】
エピタキシャル層１０２の表面上に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁膜、ＳｉＯ２膜を堆積する。ＳｉＯ２膜の厚さは、１〜３μｍである。続いて、図３０に示すようにレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２膜をドライエッチング法により加工することにより、ＳｉＯ２膜からなるハードマスクパターン５０９ａをエピタキシャル層１０２の表面上に形成する。【００８２】
次に、図３１に示すように、ハードマスクが無いリング領域をドライエッチング法により加工する。加工された領域のエピタキシャル層１０２の表面からの深さは、０．５〜１．５μｍである。【００８３】
次に、図３２に示すように、掘り込まれることによってできた段差の下段に、実施例１と同様にして、ｐ型のリング５０５を形成する。このとき、ｐ型のウェル領域５０６も同時に形成される。【００８４】
ｐ型のウェル領域５０６は、図３３に示すように、掘り込まれた段差にまたがっている。ｐ型のウェル領域５０６はリングと同様に斜め不純物注入にて形成されるため、通常の不純物注入では形成されない領域５０６ｂが形成される。これにより、ｐ型ウェル領域底部における段差部の側壁から表面の段差部までの距離が長くなり、ｐ型ウェル領域での破壊が生じなくなる。【００８５】
このように実施例５によれば、実施例１の効果を得ることができるだけでなく、さらに、リングをエピタキシャル層１０２からの距離がアクティブ領域より深い位置に形成することができるので、より高耐圧な炭化珪素半導体装置をとなっている。
【実施例６】
【００８６】
本実施例６と前述した実施例１との相違点は、ｐ型のリング６０５ｇ、６０５ｈ，６０５ｉの幅が一定でなく、アクティブ領域に近いリング幅は広く形成され、アクティブ領域から遠ざかるにつれて狭く形成される点である。【００８７】
図３４は炭化珪素半導体装置の終端領域の断面図を示したものである。図３４に示すようにリングの幅がアクティブ領域から遠ざかるにしたがって小さくなっている。最もアクティブに近い第１リングの幅は、４．０〜５．０μｍである。第１リングの外側の第２リングの幅は第１リング以下、第２リングの外側の第３リングの幅は第２リング以下、となるように、一つ内側のリング幅よりも外側のリング幅のほうが小さくなるように形成される。【００８８】
本実施例６における炭化珪素半導体装置の製造方法を図３５〜３６を用いて説明する。なお、ｐ型のリング６０５以外の製造方法は実施例１と同様であるため割愛する。【００８９】
エピタキシャル層１０２の表面上に、プラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法により絶縁膜、ＳｉＯ２膜を堆積する。ＳｉＯ２膜の厚さは、１〜３μｍである。続いて、図３５に示すようにレジストパターンをマスクとして、ＳｉＯ２膜をドライエッチング法により加工することにより、ＳｉＯ２膜からなるハードマスクパターン６０９ａをエピタキシャル層１０２の表面上に形成する。ハードマスクパターン６０９ａにおいて、最も内側のパターン幅Ｌ１は、４．０〜５．０μｍである。最も内側より１つ外側のパターン幅Ｌ２は、パターン幅Ｌ１よりも狭い。また、パターン幅Ｌ２の１つ外側のパターン幅Ｌ３は、パターン幅Ｌ２よりも狭い。以上のように、パターン幅Ｌｎはパターン幅Ｌｎ−１よりも狭く形成される。【００９０】
次に、図３６に示すように、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを斜めイオン注入することで、リング６０５を形成する。この時、リング６０５の幅は図３６のパターン幅によるため、パターン幅同様、外側に行くほど狭くなる。【００９１】
このように実施例６によれば、アクティブに近い領域におけるリングの総不純物濃度は大きく、遠ざかるにつれて総不純物濃度が小さくなるため、よりロバストなターミネーションを形成することができる。
【実施例７】
【００９２】
実施例７と前述した実施例１との相違点は、ｐ型のリング７０５を構成する総不純物濃度が、内側のリングほど総不純物濃度が大きく、外側にいくにしたがって、総不純物濃度が小さくなる点である。【００９３】
実施例７における炭化珪素半導体装置の終端領域の特徴を、図３７を用いて、同終端領域の製造方法を、図３８〜４０を用いて説明する。【００９４】
図３７は炭化珪素半導体装置の終端領域の断面図を示したものである。図３８〜４０は実施例７における炭化珪素半導体装置の製造方法を示す図である。なお、ｐ型リング以外の製造方法は実施例１と同様であるため割愛する。【００９５】
図３７に示すように、アクティブ領域に近い領域におけるリング７０５の総不純物濃度は大きく、アクティブ領域から遠ざかるにつれて総不純物濃度が小さくなるようにしたものである。【００９６】
図３８に示すようにエピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌをイオン注入することにより、エピタキシャル層１０２にｐ型の第１リング７０５ａを形成する。ここでリング７０５ｇは実施例１と同様、斜めイオン注入で形成する。【００９７】
次に、図３９に示すように、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを斜めイオン注入することで、第１リングの外側に第１リングの総不純物濃度よりも低い総不純物濃度を有したｐ型の第２リング７０５ｈを形成する。【００９８】
次に、図４０に示すように、エピタキシャル層１０２にｐ型不純物、Ａｌを斜めイオン注入することで、第２リングの外側に第２リングの総不純物濃度よりも低い総不純物濃度を有したｐ型の第３リング７０５ｉを形成する。【００９９】
このように実施例７によれば、アクティブ領域に近い領域におけるリングの総不純物濃度は大きく、アクティブ領域に遠ざかるにつれて総不純物濃度が小さくなるため、よりロバストなターミネーションを形成することができる。
【符号の説明】
【０１００】
１…炭化珪素半導体装置、２…アクティブ領域、３…リング、４…チャネルストッパ、５…ｐ型ウェル領域、１０１…ＳｉＣ基板、１０２…エピタキシャル層、１０３…ＳｉＣエピタキシャル基板、１０４…電極、１０５…ｐ型リング、１０５ａ…リング１０５の高濃度領域、１０５ｂ…リング１０５の低濃度領域、１０６…ｐ型ウェル領域、１０６ａ…ｐ型ウェル領域の高濃度領域、１０６ｂ…ｐ型ウェル領域の高濃度領域、１０７…チャネルストッパ、１０８…ＳｉＯ膜、１０９…ハードマスク、１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ…ハードマスクパターン、Ｎ１…不純物注入方向、Ｎ２…不純物注入方向、Ｎ３…不純物注入方向、Ｎ４…不純物注入方向、
【図１】
2014049806.tif 000003
【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】
2014049806.tif 000010
【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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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
2014049806.tif 000028
【図２７】
2014049806.tif 000029
【図２８】
2014049806.tif 000030
【図２９】
2014049806.tif 000031
【図３０】
2014049806.tif 000032
【図３１】
2014049806.tif 000033
【図３２】
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【図３３】
2014049806.tif 000035
【図３４】
2014049806.tif 000036
【図３５】
2014049806.tif 000037
【図３６】
2014049806.tif 000038
【図３７】
2014049806.tif 000039
【図３８】
2014049806.tif 000040
【図３９】
2014049806.tif 000041
【図４０】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年6月29日(2015.6.29)
【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】
第１導電型の炭化珪素基板と、前記炭化珪素基板の表面上に形成された第１導電型の炭化珪素エピタキシャル層と、前記エピタキシャル層上に配置された第１電極と、前記炭化珪素基板の裏面に配置された第２電極とを備えた炭化珪素半導体装置において、
前記エピタキシャル層は平面視領域として、アクティブ領域と、前記アクティブ領域を囲む端部領域とを備え、
前記端部領域は、前記アクティブ領域を前記リング状に囲む平面視形状となる第２導電型の不純物が注入され、前記第１電極に直接接していないリングを多重に備え、
前記リングは、平面視形状で直線状のライン部と、前記ライン部を繋ぐコーナー部とを備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記リング間距離が徐々に狭くなり、
前記リングは、平面視形状で高濃度領域を低濃度領域で挟み込む構造を備え、前記ライン部と前記コーナー部の接続部から前記コーナーの中間に向かうにしたがって前記低濃度領域の不純物濃度が薄くなることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記コーナー部のリング幅は、前記コーナー部の中間に向かって前記コーナー部内側と外側の両方に広がっていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記リングの間隔がライン部から前記コーナー部に向かって徐々に狭くなっていることを特徴とした炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
請求項３において、
前記リングの高濃度領域の不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１９ｃｍ−３、
前記リングの低濃度領域の不純物濃度は１×１０１５〜１×１０１８ｃｍ−３であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記リングは前記アクティブ領域より一段低い位置に設けられていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
【国際調査報告】
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