(57)【要約】【課題】高い耐圧を有する半導体装置を低コストで提供する。【解決手段】半導体装置は、活性部２１の周囲に形成された第１のＪＴＥ領域３１と、第１のＪＴＥ領域３１の周囲に形成された第２のＪＴＥ領域３２と、第２のＪＴＥ領域３２の周囲に形成された第３のＪＴＥ領域３３を有し、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３には、第１の導電型とは異なる第２の導電型の不純物元素がドープされており、（第２のＪＴＥ領域３２の不純物元素の濃度）／（第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ２１、及び、（第３のＪＴＥ領域３３の不純物元素の濃度）／（第２のＪＴＥ領域３２の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ３２は、０．５０以上、０／６５以下であって、第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下である。【選択図】  図１
2018156987.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の導電型の単結晶炭化珪素基板と、
前記単結晶炭化珪素基板の一方の面に、炭化珪素膜により形成された第１の導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層とショットキー接続する一方の電極と、
前記ドリフト層と前記一方の電極とがショットキー接続されている活性部の周囲に形成された第１のＪＴＥ領域と
前記第１のＪＴＥ領域の周囲に形成された第２のＪＴＥ領域と、
前記第２のＪＴＥ領域の周囲に形成された第３のＪＴＥ領域と、
前記単結晶炭化珪素基板の他方の面に設けられた他方の電極と、
を有し、
前記第１のＪＴＥ領域、前記第２のＪＴＥ領域、前記第３のＪＴＥ領域には、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の不純物元素がドープされており、
（前記第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（前記第１のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ２１、及び、（前記第３のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（前記第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ３２は、０．５０以上、０／６５以下であって、
前記第１のＪＴＥ領域の幅Ｗ１、前記第２のＪＴＥ領域の幅Ｗ２及び前記第３のＪＴＥ領域の幅Ｗ３は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下である半導体装置。
【請求項２】
前記ドリフト層の膜厚は、１４２．５μｍ以上、１５７．５μｍ以下である請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ドリフト層にドープされている不純物元素の濃度は、４．０×１０１４ｃｍ−３以上、６．０×１０１４ｃｍ−３以下である請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ドリフト層における前記第３のＪＴＥ領域の周囲には、第１の導電型のチャネルストッパ領域が設けられており、前記チャネルストッパ領域にドープされている不純物元素は、前記ドリフト層にドープされている不純物元素と異なるものである請求項１から３のいずれか一項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、半導体装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳｉＣ（炭化珪素）を用いた半導体装置は、温度特性及び耐圧特性に優れたデバイスとして知られている。例えば、ＳｉＣを用いたショットキー障壁ダイオードでは、ショットキー電極の外縁部（エッジ）近傍に、電界のピーク（電界集中）が発生するため、電流の流れる活性領域の周囲に終端構造を設けることにより、電界集中を低減する構造のものがある。このような終端構造としては、ショットキー電極の外周に、ｐ型領域を形成したJunction Termination Extension（ＪＴＥ）構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６５２２５号公報
【特許文献２】特表２０００−５１６７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、開示されている構造の半導体装置の構造では、高い耐圧を有する半導体装置を低コストで製造することは困難である。よって、本開示の目的は、高い耐圧を有する半導体装置を低コストで提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本実施形態の一観点によれば、半導体装置は、第１の導電型の単結晶炭化珪素基板と、単結晶炭化珪素基板の一方の面に、炭化珪素膜により形成された第１の導電型のドリフト層と、ドリフト層とショットキー接続する一方の電極を有している。また、ドリフト層と前記一方の電極とがショットキー接続されている活性部の周囲に形成された第１のＪＴＥ領域と第１のＪＴＥ領域の周囲に形成された第２のＪＴＥ領域と、第２のＪＴＥ領域の周囲に形成された第３のＪＴＥ領域と、単結晶炭化珪素基板の他方の面に設けられた他方の電極を有している。第１のＪＴＥ領域、第２のＪＴＥ領域、第３のＪＴＥ領域には、第１の導電型とは異なる第２の導電型の不純物元素がドープされており、（第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（第１のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ２１、及び、（第３のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ３２は、０．５０以上、０／６５以下である。また、第１のＪＴＥ領域の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域の幅Ｗ３は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下である。
【発明の効果】
【０００６】
本開示によれば、高い耐圧を有する半導体装置を低コストで提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本開示の一態様に係る半導体装置の構造図である。
【図２】本開示の一態様に係る半導体装置のＪＴＥ領域の濃度比の説明図である。
【図３】本開示の一態様に係る半導体装置のＪＴＥ領域の幅の説明図である。
【図４】本開示の一態様に係る半導体装置のドリフト層の不純物濃度の説明図である。
【図５】比較に用いた半導体装置の構造図である。
【図６】濃度の異なるＪＦＥ領域の数が２つの半導体装置と３つの半導体装置とを比較した図である。
【図７】実際に作製した本開示の一態様に係る半導体装置の耐圧の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施するための形態について、以下に説明する。
【０００９】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施態様を列記して説明する。以下の説明では、同一または対応する要素には同一の符号を付し、それらについて同じ説明は繰り返さない。
【００１０】
〔１〕  本開示の一態様に係る半導体装置は、第１の導電型の単結晶炭化珪素基板と、前記単結晶炭化珪素基板の一方の面に、炭化珪素膜により形成された第１の導電型のドリフト層と、前記ドリフト層とショットキー接続する一方の電極と、前記ドリフト層と前記一方の電極とがショットキー接続されている活性部の周囲に形成された第１のＪＴＥ領域と前記第１のＪＴＥ領域の周囲に形成された第２のＪＴＥ領域と、前記第２のＪＴＥ領域の周囲に形成された第３のＪＴＥ領域と、前記単結晶炭化珪素基板の他方の面に設けられた他方の電極と、を有し、前記第１のＪＴＥ領域、前記第２のＪＴＥ領域、前記第３のＪＴＥ領域には、前記第１の導電型とは異なる第２の導電型の不純物元素がドープされており、（前記第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（前記第１のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ２１、及び、（前記第３のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）／（前記第２のＪＴＥ領域の不純物元素の濃度）となる濃度比Ｒ３２は、０．５０以上、０／６５以下であって、前記第１のＪＴＥ領域の幅Ｗ１、前記第２のＪＴＥ領域の幅Ｗ２及び前記第３のＪＴＥ領域の幅Ｗ３は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下である。
【００１１】
本願発明者は、濃度比Ｒ２１及び濃度比Ｒ３２は、０．５０以上、０／６５以下とし、第１のＪＴＥ領域の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域の幅Ｗ３を１３０μｍ以上、１９０μｍ以下とすることにより、歩留まりが向上することを見出した。具体的には、上記の条件にすることにより、第１のＪＴＥ領域、第２のＪＴＥ領域及び第３のＪＴＥ領域に、イオン注入される不純物元素のドーズ量のマージンを広くすることができる。このように、イオン注入される不純物元素のドーズ量のマージンが広くなると、所望の耐圧を有する半導体装置を高い歩留まりで製造することが可能となり、半導体装置の製造コストを低くすることができる。
【００１２】
〔２〕  前記ドリフト層の膜厚は、１４２．５μｍ以上、１５７．５μｍ以下である。
【００１３】
〔３〕  前記ドリフト層にドープされている不純物元素の濃度は、４．０×１０１４ｃｍ−３以上、６．０×１０１４ｃｍ−３以下である。
【００１４】
〔４〕  前記ドリフト層における前記第３のＪＴＥ領域の周囲には、第１の導電型のチャネルストッパ領域が設けられており、前記チャネルストッパ領域にドープされている不純物元素は、前記ドリフト層にドープされている不純物元素と異なるものである。
【００１５】
［本開示の実施形態の詳細］
以下、本開示の一実施形態（以下「本実施形態」と記す）について詳細に説明するが、本実施形態はこれらに限定されるものではない。
【００１６】
〔半導体装置〕
本実施の形態における半導体装置について説明する。本実施の形態における半導体装置は、炭化珪素半導体装置であり、ショットキー障壁ダイオードである。具体的には、図１に示されるように、炭化珪素半導体基板であるｎ＋−ＳｉＣ（炭化珪素）基板１０の一方の面１０ａには、炭化珪素エピタキシャル膜によりドリフト層２０が形成されている。図１（ａ）は、本実施の形態における半導体装置において半導体により形成されている部分の上面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）の一点鎖線１Ａ−１Ｂにおいて切断した本実施の形態における半導体装置の断面図である。ドリフト層２０の上には、電流の流れる活性部２１の周囲を囲むように絶縁膜４０が形成されており、絶縁膜４０に囲まれたドリフト層２０の上にはアノード電極５０が形成されている。また、ｎ＋−ＳｉＣ基板１０の他方の面１０ｂには、カソード電極６０が形成されている。従って、本実施の形態における半導体装置においては、ドリフト層２０の上のアノード電極５０が形成されている領域が活性部２１となる。本実施の形態における半導体装置は、Ｘ線源や電子顕微鏡の電子銃の電源等の高電圧ではあるが、あまり大電流の流れない用途に用いられる。
【００１７】
ドリフト層２０は、膜厚が約１５０μｍのｎ−−ＳｉＣエピタキシャル膜により形成されており、ｎ型となる不純物元素として、Ｎ（窒素）が、約５×１０１４ｃｍ−３の濃度となるようにドープされている。ドリフト層２０の活性部２１の周囲には、活性部２１の側となる内側から外側に向かって、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３の順に形成されている。また、第３のＪＴＥ領域３３の周囲には、チャネルストッパ（channel stopper）領域３５が形成されている。尚、絶縁膜４０は、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３、チャネルストッパ領域３５の上に形成されている。
【００１８】
本実施の形態における半導体装置は、ｎ＋−ＳｉＣ基板１０の一方の面１０ａに、ドリフト層２０をエピタキシャル成長により形成する。ドリフト層２０にドープされるｎ型となる不純物元素は、ドリフト層２０をエピタキシャル成長により形成する際にドープされる。
【００１９】
この後、ドリフト層２０の表面の第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３が形成される領域に、ｐ型となる不純物元素をイオン注入し、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３を形成する。
【００２０】
具体的には、ドリフト層２０の上に不図示の酸化シリコン膜を形成し、形成された酸化シリコン膜の上に、第１のＪＴＥ領域３１が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング等により、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去し開口部を形成することにより酸化シリコン膜によりハードマスクを形成する。次に、ハードマスクの開口部において露出しているドリフト層２０の表面より、第１のＪＴＥ領域３１を形成するためのドーズ量で、ｐ型となる不純物元素をイオン注入することにより、第１のＪＴＥ領域３１を形成する。
【００２１】
次に、ウェットエッチング等によりハードマスクを除去した後、再び、ドリフト層２０の上に不図示の酸化シリコン膜を形成し、形成された酸化シリコン膜の上に、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング等により、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去し開口部を形成することにより酸化シリコン膜によりハードマスクを形成する。次に、ハードマスクの開口部において露出しているドリフト層２０の表面に、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２を形成するためのドーズ量で、ｐ型となる不純物元素をイオン注入することにより、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２を形成する。
【００２２】
次に、ウェットエッチング等によりハードマスクを除去した後、再び、ドリフト層２０の上に不図示の酸化シリコン膜を形成し、形成された酸化シリコン膜の上に、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２と第３のＪＴＥ領域３３が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング等により、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去し開口部を形成することにより酸化シリコン膜によりハードマスクを形成する。次に、ハードマスクの開口部において露出しているドリフト層２０の表面に、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２と第３のＪＴＥ領域３３を形成するためのドーズ量で、ｐ型となる不純物元素をイオン注入することにより、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２と第３のＪＴＥ領域３３を形成する。次に、ウェットエッチング等によりハードマスクを除去する。以上の工程により、ドリフト層２０の表面に、内側から外側に向かって順に、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３を形成することができる。更に、第１のＪＴＥ領域３１と第２のＪＴＥ領域３２と第３のＪＴＥ領域を個別に形成しないのでは、ハードマスク開口部におけるパターンの位置ズレを防止するための工夫である。したがって、第１のＪＴＥ領域３１に注入するドーズ量は、合計３回注入されたドーズ量の総和であり、第２のＪＴＥ領域３２に注入するドーズ量は、合計２回注入されたドーズ量の総話である。第３のＪＴＥ領域３３に注入されたドーズ量は１回注入されたドーズ量そのものとなる。
【００２３】
また、チャネルストッパ領域３５は、ドリフト層２０の表面の第３のＪＴＥ領域３３の周囲にｎ型となる不純物元素をイオン注入することにより形成される。具体的には、ドリフト層２０の上に不図示の酸化シリコン膜を形成し、形成された酸化シリコン膜の上に、チャネルストッパ領域３５が形成される領域に開口を有する不図示のレジストパターンを形成する。次に、ドライエッチング等により、レジストパターンが形成されていない領域の酸化シリコン膜を除去し開口部を形成することにより酸化シリコン膜によりハードマスクを形成する。次に、ハードマスクの開口部において露出しているドリフト層２０の表面に、ｎ型となる不純物元素をイオン注入することにより、チャネルストッパ領域３５を形成する。この後、ウェットエッチング等によりハードマスクは除去される。
【００２４】
尚、上記においてイオン注入したｐ型となる不純物元素及びｎ型となる不純物元素は、イオン注入した後、所定の温度でアニールをすることにより、活性化される。
【００２５】
本実施の形態においては、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３は、深さが約０．４２μｍとなるように形成されており、ｐ型となる不純物元素としては、Ａｌ（アルミニウム）が用いられる。また、チャネルストッパ領域３５には、ｎ型となる不純物元素として、Ｐ（リン）が、１×１０１４ｃｍ−２のドーズ量でイオン注入されており、形成されるチャネルストッパ領域３５におけるＰの濃度は、約２．４×１０１８ｃｍ−３である。
【００２６】
（シミュレーション）
次に、図１に示す構造の半導体装置において、デバイスシミュレーションを行った結果について以下に説明する。
【００２７】
（ＪＴＥにおける濃度比）
最初に、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３にドープされる不純物元素の濃度についてシミュレーションを行った。尚、本願では、（第２のＪＴＥ領域３２の不純物元素の濃度）／（第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素の濃度）を濃度比Ｒ２１とし、（第３のＪＴＥ領域３３の不純物元素の濃度）／（第２のＪＴＥ領域３２の不純物元素の濃度）を濃度比Ｒ３２として説明する。
【００２８】
具体的には、濃度比Ｒ２１＝濃度比Ｒ３２とし、この濃度比を０．４０、０．５０、０．６２、０．６５、０．６８、０．７０と変化させた場合における第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量と耐圧との関係についてシミュレーションを行った。尚、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３は深さが同じであることから、これらの領域における不純物元素の濃度（ｃｍ−３）は、不純物元素のドーズ量（ｃｍ−２）に比例する。このため、便宜上、不純物元素のドーズ量（ｃｍ−２）の比を不純物元素の濃度比として記載する場合がある。また、このシミュレーションでは、第１のＪＴＥ領域３１、第２のＪＴＥ領域３２、第３のＪＴＥ領域３３における各々の幅を１７０μｍとし、耐圧の基準は１３ｋＶ以上とした。
【００２９】
この結果を図２に示す。半導体装置を製造する観点からは、所望の耐圧の得られる不純物元素のドーズ量のマージンが広い方が、歩留まりを高くすることができるため、半導体装置の製造コストを低くすることができる。発明者の経験上、歩留まりの観点からは、ドーズ量の最小値に対する最大値の比が２．０以上であること、即ち、（最大値−最小値）／最小値が１．０以上（１００％以上）であることが好ましい。
【００３０】
濃度比が０．４０の場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．５×１０１３ｃｍ−２近傍の範囲と、約３．３×１０１３ｃｍ−２から約４．２×１０１３ｃｍ−２の範囲である。第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約１．５×１０１３ｃｍ−２近傍の範囲では、マージンが極めて狭い。また、約３．３×１０１３ｃｍ−２から約４．２×１０１３ｃｍ−２の範囲では、第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約０．９×１０１３ｃｍ−２であり、３．３×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約２７％であり、狭く実用的ではない。
【００３１】
また、濃度比が０．５０の場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約４．２×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約２．８×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約２００％であり、十分に広く実用上問題はない。
【００３２】
また、濃度比が０．６２の場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約３．５×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約２．１×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１５０％であり、十分に広く実用上問題はない。
【００３３】
また、濃度比が０．６５の場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約２．８×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約１．４×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１００％であり、実用上問題はない。
【００３４】
また、濃度比が０．６８の場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．６×１０１３ｃｍ−２から約２．１×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約０．５×１０１３ｃｍ−２であり、１．６×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約３１％であり狭く実用的ではない。
【００３５】
また、濃度比が０．７０の場合には、最も高い耐圧を得ることができるが、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約２．４×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約１．０×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約７１％であり十分なマージンを確保することができず実用的ではない。
【００３６】
よって、濃度比Ｒ２１及び濃度比Ｒ３２が、０．５以上、０．６５以下であれば、製造される半導体装置の歩留まりが高くなる。
【００３７】
（ＪＴＥ領域の幅）
次に、第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３を変えた場合についてシミュレーションを行った。尚、第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３とは、図１に示されるように、中央の活性部２１から外側に向かう方向における各々の領域の幅を意味するものとする。
【００３８】
このシミュレーションでは、各々のＪＴＥ領域の幅となる第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３を等しくした。即ち、Ｗ１＝Ｗ２＝Ｗ３とした。この場合において、各々のＪＴＥ領域の幅を変化させて、第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量と耐圧との関係についてシミュレーションを行った。尚、このシミュレーションでは、濃度比Ｒ２１＝濃度比Ｒ３２は、０．６２とし、耐圧の基準は１３ｋＶ以上とした。
【００３９】
この結果を図３に示す。ＪＴＥ領域の幅が１１０μｍの場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．６×１０１３ｃｍ−２から約３．３×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約１．７×１０１３ｃｍ−２であり、１．６×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１１０％である。
【００４０】
また、ＪＴＥ領域の幅が１３０μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ、１９０μｍ、２１０μｍ、２３０μｍ、２５０μｍの場合には、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、略同じである。具体的には、下が１．４×１０１３〜１．５×１０１３ｃｍ−２であり、上が３．４×１０１３〜３．５×１０１３ｃｍ−２である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、１．９×１０１３〜２．１×１０１３ｃｍ−２の範囲であり、１．５×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１２７％〜１４０％である。
【００４１】
また、ＪＴＥ領域の幅が１３０μｍ、１５０μｍ、１７０μｍ、１９０μｍ、２１０μｍ、２３０μｍ、２５０μｍの順に広くなるに伴い耐圧も徐々に高くなるが、１９０μｍ以上になると殆ど変化がなくなる。ＪＴＥ領域の幅が広いと、半導体装置のチップサイズが大きくなり、高コストになることから、ＪＴＥ領域の幅は、できるだけ狭い方が好ましい。また、ＪＴＥ領域の幅は１３０μｍ以上であれば、不純物元素のドーズ量のマージンは殆ど変化がない。尚、ＪＴＥ領域の幅は１１０μｍの場合であっても、不純物元素のドーズ量のマージンは、所望の広さを有しているが、不純物元素のドーズ量のマージンが殆ど変化しない１３０μｍ以上の方がより安定して半導体装置を製造することができる。
【００４２】
よって、各々のＪＴＥ領域の幅は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下が好ましい。尚、この範囲であれば、不純物元素のドーズ量のマージンは殆ど変化がないため、各々のＪＴＥ領域の幅を変えても、マージンにはあまり影響がないものと考えられる。従って、第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３は、１３０μｍ以上、１９０μｍ以下であることが好ましい。
【００４３】
（ドリフト層）
次に、本実施の形態における半導体装置のドリフト層２０について説明する。本実施の形態における半導体装置においては、ドリフト層２０の厚さは、１５０μｍを中心として、−５％以上、＋５％以下の範囲で形成されていることが好ましい。耐圧はドリフト層２０の厚さとドーピングされている不純物元素の濃度で決まるため、耐圧の観点からは、ドリフト層２０の厚さは厚い方が好ましいが、ドリフト層２０の厚さが厚いと、流れる電流が減少する。このため、ドリフト層２０の厚さは１５０μｍを中心として、−５％以上、＋５％以下の範囲、即ち、１４２．５μｍ以上、１５７．５μｍ以下であることが好ましい。
【００４４】
また、ドリフト層２０はエピタキシャル成長により形成されるが、ドリフト層２０にドープされる不純物元素の濃度は、バラツキが生じやすい。発明者の知見によれば、５．０×１０１４ｃｍ−３となるように不純物元素をドープしても、±２０％程度の濃度バラツキが生じ、実際には、４．０×１０１４ｃｍ−３〜６．０×１０１４ｃｍ−３となる。
【００４５】
次に、本実施の形態における半導体装置において、ドリフト層２０の濃度にバラツキが生じている場合におけるシミュレーションを行った。具体的には、濃度比Ｒ２１＝濃度比Ｒ３２を０．６２とし、ＪＴＥ領域の幅である第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３を１７０μｍとしてシミュレーションを行った。
【００４６】
この結果を、図４に示す。図４に示されるように、ドリフト層２０における不純物濃度が、５．０×１０１４ｃｍ−３の場合では、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約３．５×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約２．１×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１５０％である。
【００４７】
また、ドリフト層２０における不純物濃度が、４．０×１０１４ｃｍ−３の場合では、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．３×１０１３ｃｍ−２から約３．２×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約１．９×１０１３ｃｍ−２であり、１．３×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１４６％である。
【００４８】
また、ドリフト層２０における不純物濃度が、６．０×１０１４ｃｍ−３の場合では、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．７×１０１３ｃｍ−２から約３．４×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約１．７×１０１３ｃｍ−２であり、１．７×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１００％である。
【００４９】
よって、本実施の形態における半導体装置では、ドリフト層２０における不純物濃度が、４．０×１０１４ｃｍ−３〜６．０×１０１４ｃｍ−３の範囲で変化しても、第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、所望のマージンが確保される。
【００５０】
（ＪＴＥ領域の数と耐圧との関係）
次に、濃度の異なるＪＴＥ領域を３つ設けた半導体装置が、濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けた半導体装置よりも耐圧の点で有利であることについて説明する。
【００５１】
比較に用いた濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けた半導体装置の構造を図５に示す。この半導体装置は、濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けたこと以外は、図１に示す半導体装置と略同じである。尚、図５（ａ）は、この半導体装置において半導体により形成されている部分の上面図であり、図５（ｂ）は、図５（ａ）の一点鎖線５Ａ−５Ｂにおいて切断した本実施の形態における半導体装置の断面図である。この半導体装置では、ドリフト層２０の活性部２１の周囲には、活性部２１の側となる内側から外側に向かって、第１のＪＴＥ領域９３１、第２のＪＴＥ領域９３２が、順に形成されている。
【００５２】
第１のＪＴＥ領域９３１の幅Ｗ１１、第２のＪＴＥ領域９３２の幅Ｗ１２は、略同じで、２５５μｍである。（第２のＪＴＥ領域９３２の不純物元素の濃度）／（第１のＪＴＥ領域９３１の不純物元素の濃度）により得られる濃度比Ｒ９２１は、０．６２である。従って、ＪＴＥ領域の全体の幅は、第１のＪＴＥ領域９３１の幅Ｗ１１と第２のＪＴＥ領域９３２の幅Ｗ１２の和であり５１０μｍである。
【００５３】
本実施の形態における半導体装置では、濃度比Ｒ２１＝濃度比Ｒ３２が０．６２、各々のＪＴＥ領域の幅が、幅Ｗ１＝幅Ｗ２＝幅Ｗ３が１７０μｍとした。従って、ＪＴＥ領域の全体の幅は、第１のＪＴＥ領域３１の幅Ｗ１、第２のＪＴＥ領域３２の幅Ｗ２及び第３のＪＴＥ領域３３の幅Ｗ３の和であり５１０μｍである。よって、図５に示される濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けた半導体装置のＪＴＥ領域の全体の幅と、本実施の形態における濃度の異なるＪＴＥ領域を３つ設けた半導体装置のＪＴＥ領域の全体の幅は同じである。従って、２つの半導体装置のチップサイズがほぼ同じとなる。
【００５４】
これらの半導体装置において、第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量と耐圧との関係についてシミュレーションを行った結果を図６に示す。
【００５５】
図６に示されるように、濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けた半導体装置の場合では、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域９３１の不純物元素のドーズ量は、約１．５×１０１３ｃｍ−２から約２．０×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約０．５×１０１３ｃｍ−２であり、１．５×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約３３％である。
【００５６】
一方、本実施の形態における濃度の異なるＪＴＥ領域を３つ設けた半導体装置の場合では、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量は、約１．４×１０１３ｃｍ−２から約３．５×１０１３ｃｍ−２の範囲である。従って、１３ｋＶ以上の耐圧の得られる第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量のマージンは、約２．１×１０１３ｃｍ−２であり、１．４×１０１３ｃｍ−２を基準にすると、約１５０％である。尚、表１は、本実施の形態における半導体装置において、第１のＪＴＥ領域３１の深さを０．４２μｍとした場合、第１のＪＴＥ領域３１におけるドーズ量と、第１のＪＴＥ領域３１における不純物元素の濃度及び耐圧の関係を示す。
【００５７】
【表１】
2018156987.tif 000003
【００５８】
従って、ＪＴＥ領域の全体の幅が同じであれば、本実施の形態のように、濃度の異なるＪＴＥ領域を３つ設けた半導体装置の方が、図５に示される濃度の異なるＪＴＥ領域を２つ設けた半導体装置よりも、不純物元素のドーズ量のマージンを広くすることができる。
【００５９】
尚、濃度の異なるＪＴＥ領域の数を３よりも多く増やすことにより、例えば、ＪＴＥ領域の数を４つにすることにより、更に、不純物元素のドーズ量のマージンを広くすることが可能であるものと推察される。しかしながら、濃度の異なるＪＴＥ領域の数が増えると、その分、工程数も増え、イオン注入のためのレジストパターンを形成するためのマスク等も必要となることから、半導体装置が高コストなものとなる。このため、製造コストの観点からは、濃度の異なるＪＴＥ領域の数は少ない方が好ましい。よって、濃度の異なるＪＴＥ領域の数を３つにすることにより、所望のイオン注入のドーズ量のマージンを確保することができ、耐圧が１３ｋＶ以上の半導体装置の製造コストを低くすることができる。
【００６０】
本実施の形態においては、第３のＪＴＥ領域３３の周囲には、幅が３０μｍのチャネルストッパ領域３５が形成されており、第３のＪＴＥ領域３３とチャネルストッパ領域３５との間隔は１９０μｍである。第１のＪＴＥ領域３１の内側の端から、絶縁膜４０の内側の端部までの長さは２μｍである。従って、本実施の形態における半導体装置の活性部２１の周囲の外周部分の幅は、２μｍ＋１７０μｍ×３＋１９０μｍ＋３０μｍ＝７３２μｍである。従って、半導体装置の外形が７ｍｍ×７ｍｍの場合では、活性部２１の大きさは、略５．５ｍｍ×５．５ｍｍとなる。
【００６１】
次に、本実施の形態における半導体装置のシミュレーションのモデルと同様の半導体装置を実際に作製して、耐圧を測定した結果を図７に示す。尚、作製した半導体装置は、濃度比Ｒ２１＝濃度比Ｒ３２が０．６２、各々のＪＴＥ領域の幅が、幅Ｗ１＝幅Ｗ２＝幅Ｗ３が１７０μｍである。
【００６２】
図７に示されるように、半導体装置が第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約８．０×１０１２ｃｍ−２の場合では、シミュレーションでは約５．５ｋＶであるのに対し、実際に作製した半導体装置の耐圧は約９ｋＶと約１０ｋＶであった。また、半導体装置が第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約１．６×１０１３ｃｍ−２の場合では、シミュレーションでは約１５ｋＶであるのに対し、実際に作製した半導体装置の耐圧は約１２．５ｋＶと約１３．５ｋＶであった。また、半導体装置が第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約３．２×１０１３ｃｍ−２の場合では、シミュレーションでは約１７ｋＶであるのに対し、実際に作製した半導体装置の耐圧は約１５ｋＶと約１６．５ｋＶであった。また、半導体装置が第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約４．０×１０１３ｃｍ−２の場合では、シミュレーションでは約４．３ｋＶであるのに対し、実際に作製した半導体装置の耐圧は約３．５ｋＶと約４．０ｋＶであった。また、半導体装置が第１のＪＴＥ領域３１の不純物元素のドーズ量が約４．８×１０１３ｃｍ−２の場合では、シミュレーションでは約２．８ｋＶであるのに対し、実際に作製した半導体装置の耐圧は約２．５ｋＶと約２．８ｋＶであった。
【００６３】
従って、本実施の形態において行ったシミュレーション結果は、実際に半導体装置を作製した場合と略一致している。
【００６４】
以上、実施形態について詳述したが、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された範囲内において、種々の変形及び変更が可能である。
【符号の説明】
【００６５】
１０        ｎ＋−ＳｉＣ基板
２０        ドリフト層
２１        活性部
３１        第１のＪＴＥ領域
３２        第２のＪＴＥ領域
３３        第３のＪＴＥ領域
３５        チャネルストッパ領域
４０        絶縁膜
５０        アノード電極
６０        カソード電極
【図１】
2018156987.tif 000004
【図２】
2018156987.tif 000005
【図３】
2018156987.tif 000006
【図４】
2018156987.tif 000007
【図５】
2018156987.tif 000008
【図６】
2018156987.tif 000009
【図７】
2018156987.tif 000010