(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型の半導体層の表裏両面に一対の主電極が分かれて形成されている縦型の半導体装置であり、
中心領域において半導体層の表面に接している第１主電極と、
前記中心領域の外側を一巡する周辺領域において半導体層の表面に接している絶縁膜と、
半導体層の裏面に接している第２主電極と、
前記第１主電極と前記絶縁膜の境界線の内側と外側に跨る範囲を前記境界線に沿って伸びるとともに半導体層の表面に臨む範囲に形成されている第２導電型のリング状領域を備えており、
前記境界線の近傍の前記リング状領域の表面に、前記絶縁膜に接する範囲で高く、前記第１主電極に接する範囲で低い段差が形成されており、
前記段差は、半導体層を断面視したときに半導体層の表面側に向けて凸な円弧によって形成されており、かつ、前記段差の高い側の端部は、前記リング状領域のうち前記絶縁膜で覆われている部分の端部である、ことを特徴とする半導体装置。
【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。
【背景技術】
【０００２】
半導体層が、中心領域とその中心領域の周辺を一巡している周辺領域とに区画されている耐圧特性の高い縦型の半導体装置が開発されている。中心領域には半導体素子構造が形成されている。半導体素子構造の周辺を一巡するとともに半導体層の表面に臨む範囲には、少なくとも１つのＦＬＲ（Field Limited Ring）領域が形成されている。ＦＬＲ領域には半導体層と異なる導電型の不純物が含まれている。ＦＬＲ領域が形成されていることによって、半導体素子構造がオフしているときに中心領域の半導体層に広がる空乏層を周辺領域にまで伸ばすことができる。半導体素子構造がオフしているときに形成される空乏層が大きく広がることによって、高い耐圧特性を確保することができる。
【０００３】
図６に、耐圧特性の高い縦型のダイオード５００の従来例を示す。図６は、ダイオード５００の断面図を示したものである。図６に示すように、ダイオード５００は、半導体層１１０を備えている。ダイオード５００の半導体層１１０は、中心領域１２０と、その中心領域１２０の外側を一巡する周辺領域１１８とに区画されている。中心領域１２０の半導体層１１０の表面には、アノード電極１１４が接している。周辺領域１１８の半導体層１１０の表面には、絶縁膜１１２が接している。半導体層１１０の裏面には、カソード電極１１６が接している。中心領域１２０の半導体層１１０の表面に臨む範囲には、ｐ＋型のアノード領域１０６が形成されている。周辺領域１１８の半導体層１１０の表面に臨む範囲には、リング状の複数個のｐ＋型のＦＬＲ領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃが形成されている。すなわちＦＬＲ領域１０８ａ、１０８ｂ、１０８ｃは多重に形成されている。最も内側に位置するＦＬＲ領域１０８ａ（以下、最内周ＦＬＲ領域１０８ａと記載する）は、アノード電極１１４と絶縁膜１１２の境界線１１９の内側と外側に跨る範囲を境界線１０９に沿って伸びている。従って、最内周ＦＬＲ領域１０８ａの表面のうちの外側の範囲は絶縁膜１１２で覆われており、内側の範囲は絶縁膜１１２から露出している。なお本明細書でいう外側とは、半導体装置の中心部から遠ざかる側のことをいい、内側とは半導体装置の中心部に近づく側のことをいう。また半導体層の表面における表面電極と絶縁膜の境界線よりも内側を中心領域といい、外側を周辺領域という。中心領域では半導体層の表面に表面電極が接しており、周辺領域では半導体層の表面に絶縁膜が接している。
【０００４】
図７に、半導体層１１０に形成されている最内周ＦＬＲ領域１０８ａの近傍を拡大した断面図を示す。参照符号１１５はダイオード５００に流れる逆回復電流の方向を示したものである。
【０００５】
ダイオード５００では、オンしているときにアノード領域１０６からドリフト領域１０４に正孔が注入される。ダイオード５００をオンからオフに切換える（以下、ターンオフと記載する）と、中心領域１２０の半導体層１１０に空乏層が広がる。空乏層が広がることによって中心領域１２０の半導体層１１０に存在する正孔の一部は、周辺領域１１８の半導体層１１０へ向かって押し出される。周辺領域１１８に移動した正孔は、最内周のＦＬＲ領域１０８ａを介してアノード電極１１４へ排出される。この正孔の流れによって逆回復電流が発生する。逆回復電流は、抵抗が最も小さい（アノード電極１１４に達するまでの距離が最も小さい）経路で流れようとする。そのため逆回復電流は、図７に示すように、アノード電極１１４と絶縁膜１１２の境界線１１９の直下の位置１０８ｅに向かって集中する。このように逆回復電流が局所的に集中すると、逆回復電流の集中部分が局所的に発熱し、ダイオード５００が破壊されてしまう。
【０００６】
逆回復電流の局所的な集中を緩和することができるダイオードが特許文献１に開示されている。このダイオードでは、中心領域の半導体層の表面に臨む範囲にアノード領域が形成されている。半導体層の表面には、周辺領域からアノード領域の表面のうちの外側の範囲まで伸びている絶縁膜が形成されている。アノード領域の表面のうちの内側の範囲はアノード電極と接している。この技術によると、逆回復電流の電流密度を低減することができる。その結果、逆回復電流の局所的な集中を緩和することができる。
【０００７】
【特許文献１】特開平９−２３２５９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術によると、逆回復電流の局所的な集中の程度を緩和することができる。しかしながら緩和の程度が不十分であり、なおも半導体装置が損傷することがある。
【０００９】
上記の課題に鑑み、本発明は、逆回復電流の集中をさらに緩和することができる半導体装置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】
本発明は、第１導電型の半導体層の表裏両面に一対の主電極が分かれて形成されている縦型の半導体装置に関する。
本発明の半導体装置は、中心領域において半導体層の表面に接している第１主電極を備えている。また、中心領域の外側を一巡する周辺領域において半導体層の表面に接している絶縁膜を備えている。本明細書では、半導体層のうちの第１主電極と接している範囲を中心領域といい、絶縁膜と接している範囲を周辺領域という。第１主電極は、絶縁膜の側面に達する位置にまで伸びていてもよいし、絶縁膜の側面に達した後に絶縁膜の表面に沿ってさらに外側に向かって伸びていてもよい。
本発明の半導体装置は、半導体層の裏面に接している第２主電極を備えている。
【００１１】
本発明の半導体装置は、第１主電極と絶縁膜の境界線の内側と外側に跨る範囲を境界線に沿って伸びるとともに半導体層の表面に臨む範囲に形成されている第２導電型のリング状領域を備えている。例えばＰＮ接合型ダイオードの場合、リング状領域の内側に、第２導電型のアノード領域がリング状領域から離れて形成されていてもよい。あるいはアノード領域とリング状領域が接していてもよい。またＰＮ接合型ダイオードの場合、第２導電型のアノード領域のうちの外側の範囲を一巡するリング状の範囲がリング状領域を兼用していてもよい。リング状領域は連続して伸びていてもよいし、不連続に伸びていてもよい。リング状領域の外側に他のリング状の半導体領域が形成されていてもよい。
【００１２】
本発明の半導体装置では、中心領域と周辺領域の境界線の近傍のリング状領域の表面に、絶縁膜に接する範囲で高く、第１主電極に接する範囲で低い段差が形成されている。段差は、半導体層を断面視したときに半導体層の表面側に向けて凸な円弧によって形成されており、かつ、前記段差の高い側の端部は、前記リング状領域のうち前記絶縁膜で覆われている部分の端部である。
【００１３】
本発明の半導体装置によると、周辺領域に移動した正孔が、半導体装置をターンオフしたときにリング状領域を介して第１主電極に排出される。周辺領域に移動した正孔は最短経路で第１主電極に達しようとする。半導体層の表面に段差が形成されていることによって、逆回復電流の流れが分散される。また、段差が半導体層を断面視したときに半導体層の表面側に向けて凸な円弧によって形成されており、かつ、段差の高い側の端部は、リング状領域のうち絶縁膜で覆われている部分の端部である。このため、正孔の流れが第１主電極に向かって広がる方向へ屈曲し、ターンオフしたときの逆回復電流が、第１主電極と絶縁膜の境界線の直下の位置に向かって局所的に集中することが効果的に抑制される。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、ターンオフしたときの逆回復電流の局所的な集中を効果的に緩和することができる半導体装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
下記に説明する実施例の好ましい特徴を列記する。
（第１特徴）  半導体層の表面に臨む範囲にｐ＋型の複数個のＦＬＲ領域が形成されている。
【実施例】
【００１８】
（第１実施例）
図１に、本発明の第１実施例である縦型のダイオード（半導体装置）１００の断面図を示す。図１に示すように、ダイオード１００は、半導体層１０を備えている。ダイオード１００の半導体層１０は、中心領域２０と、その中心領域２０の外側を一巡する周辺領域１８とに区画されている。中心領域２０の半導体層１０の表面には、アノード電極（第１主電極）１４が接している。周辺領域１８の半導体層１０の表面には、絶縁膜１２が接している。半導体層１０の裏面には、カソード電極（第２主電極）１６が接している。中心領域２０の半導体層１０の表面に臨む範囲には、ｐ＋型のアノード領域６が形成されている。周辺領域１８の半導体層１０の表面に臨む範囲には、リング状に伸びている複数個のｐ＋型のＦＬＲ領域８ａ、８ｂ、８ｃが形成されている。すなわちＦＬＲ領域８ａ、８ｂ、８ｃは多重に形成されている。ダイオード１００では、複数個のＦＬＲ領域８ａ、８ｂ、８ｃが形成されていることによって、ダイオード１００をターンオフしたときに空乏層を中心領域から周辺領域に向かって大きく広げることができる。
【００１９】
最も内側に位置するＦＬＲ領域（リング状領域）８（以下、最内周ＦＬＲ領域８ａと記載する）は、アノード電極１４と絶縁膜１２の境界線の内側と外側に跨る範囲に境界線１９に沿って伸びている。従って、最内周ＦＬＲ領域８ａの表面のうちの外側の範囲は絶縁膜１２で覆われており、内側の範囲は絶縁膜１２から露出している。絶縁膜１２は最内周ＦＬＲ領域８ａの表面から外側に向かって伸びており、最内周ＦＬＲ領域８ａ以外のＦＬＲ領域８ｂ、８ｃの表面を覆うとともに半導体層１０の外側の端部まで達している。アノード電極１４は、絶縁膜１２の内側の側面に達するとともに絶縁膜１２の表面に沿ってさらに外側に向かって伸びている。半導体層１０の表面には、絶縁膜１２に接する範囲で高く、アノード電極１４に接する範囲で低い段差８ｓが形成されている。
【００２０】
図２に、半導体層１０に形成されている最内周ＦＬＲ領域８ａの近傍を拡大した断面図を示す。参照符号１５はダイオード１００に流れる逆回復電流の方向を示したものである。
【００２１】
ダイオード１００では、周辺領域１８に移動した正孔が、ダイオード１００をターンオフしたときに最内周ＦＬＲ領域８ａを介してアノード電極１４に排出される。半導体層１０の表面に段差８ｓが形成されていることによって、段差８ｓが形成されている最内周ＦＬＲ領域８ａとアノード電極１４の境界面の近傍において逆回復電流の流れが分散される。また図２に示すように、段差８ｓは半導体層１０の表面側に向けて凸な円弧によって形成されているため、正孔の流れがアノード電極１４に向かって広がる方向へ屈曲する。ダイオード１００によると、ターンオフしたときの逆回復電流の局所的な集中を効果的に緩和することができる。
【００２２】
（第１参考例）
図３に本発明の第１参考例であるダイオード２００の断面図を示す。図３は、ダイオード２００の半導体層に形成されている最内周ＦＬＲ領域２８ａの近傍を拡大した断面図である。ダイオード２００の構造は段差２８ｓの形状のみが第１実施例のダイオード１００の構造と異なるため、説明を省略する。参照符号２４、２６、２８ａ、３２、３４の各々は、ドリフト領域、アノード領域、最内周ＦＬＲ領域、絶縁膜、アノード電極を示す。
【００２３】
図３における参照符号３５は、ダイオード２００に流れる逆回復電流の方向を示したものである。図３に示すように、ダイオード２００では、段差２８ｓが複数個の段差の連なりによって形成されている。そのため段差２８ｓが形成されている最内周ＦＬＲ領域２８ａとアノード電極３４の境界面の近傍において、正孔の流れが複数個の段差の各々に向かう方向へと分散される。ダイオード２００によると、逆回復電流の流れが分散されることによって、ターンオフしたときの逆回復電流の局所的な集中が効果的に緩和される。
【００２４】
第１実施例のダイオード１００の半導体層の表面に形成されている段差８ｓおよび第２実施例のダイオード２００の半導体層の表面に形成されている段差２８ｓは、既知の工程を利用して簡単に形成することができる。以下にその形成方法を説明する。
半導体層の表面に臨む範囲にアノード領域およびＦＬＲ領域を形成した後、周辺領域の半導体層の表面に窒化シリコン等を材料として絶縁膜を形成する。次に、形成した絶縁膜の表面の全面にレジスト膜等のマスクを形成する。次に、マスクを形成していない範囲を微小な深さまでドライエッチングして凹部を形成する。次に、凹部の側面と、凹部の底面の外周近傍を一巡する微小範囲を新たなマスクで覆う。次に、マスクを形成していない範囲を再び微小な深さまでドライエッチングして新たな凹部を形成する。このような手順でマスクの形成とドライエッチングを繰返し行う。製造後のダイオードにおける段差８ｓ又は段差２８ｓの形状に沿って上記のようにドライエッチングを断続的に繰返すことによって、半導体層の表面に段差８ｓ又は段差２８ｓを形成することができる。
【００２５】
（第２参考例）
図４に本発明の第２参考例であるダイオード３００の断面図を示す。図４は、ダイオード３００の半導体層に形成されている最内周ＦＬＲ領域４８ａの近傍を拡大した断面図である。ダイオード３００の構造は段差４８ｓの形状のみが第１実施例のダイオード１００の構造と異なるため、説明を省略する。参照符号４４、４６、４８ａ、５２、５４の各々は、ドリフト領域、アノード領域、最内周ＦＬＲ領域、絶縁膜、アノード電極を示す。
【００２６】
図４における参照符号５５は、ダイオード３００に流れる逆回復電流の方向を示したものである。図４に示すように、ダイオード３００では、段差４８ｓが絶縁膜５４に接する範囲で高く、第１主電極５２に接する範囲で低い直線状の勾配で形成されている。段差４８ｓがこのような形状で形成されていると、段差４８ｓが形成されている最内周ＦＬＲ領域４８ａと第１主電極５２の境界面の近傍において、アノード電極５４に向かう正孔の流れが分散される。ダイオード３００によると、ターンオフしたときの逆回復電流の局所的な集中が緩和される。
【００２７】
（第３参考例）
図５に本発明の第３参考例であるダイオード４００の断面図を示す。図５は、ダイオード４００の半導体層に形成されている最内周ＦＬＲ領域６８ａの近傍を拡大した断面図である。ダイオード４００の構造は段差６８ｓの形状のみが、第１実施例のダイオード１００の構造と異なるため、説明を省略する。参照符号６４、６６、６８ａ、７２、７４の各々は、ドリフト領域、アノード領域、最内周ＦＬＲ領域、絶縁膜、アノード電極を示す。
【００２８】
図５における参照符号７５は、ダイオード４００に流れる逆回復電流の方向を示したものである。図５に示すように、ダイオード４００では、段差６８ｓが裏面側に向けて凸な円弧によって形成されている。段差６８ｓがこのような形状で形成されていると、段差６８ｓが形成されている最内周ＦＬＲ領域６８ａとアノード電極７４の境界面の近傍において、アノード電極７４に向かう正孔の流れが分散される。ダイオード４００によると、ターンオフしたときの逆回復電流の局所的な集中が緩和される。
【００２９】
第２参考例のダイオード３００の半導体層の表面に形成されている段差４８ｓおよび第３参考例のダイオード４００の半導体層の表面に形成されている段差６８ｓは、既知の工程を利用して簡単に形成することができる。以下にその形成方法を説明する。
半導体層の表面に臨む範囲にアノード領域およびＦＬＲ領域を形成した後、周辺領域の半導体層の表面に、窒化シリコン等を材料として絶縁膜を形成する。次に、絶縁膜から露出している半導体層の表面をＬＯＣＯＳ酸化する。その後に、ＬＯＣＯＳ酸化によって形成された酸化膜を、ウェットエッチングを利用して除去する。以上の工程によって、半導体層の表面に段差が形成される。ＬＯＣＯＳ酸化によって形成される酸化膜の厚みを調整することによって、製造後のダイオードにおいて段差４８ｓを形成する勾配を形成することもできるし、段差６８ｓを形成する円弧を形成することもできる。
【００３０】
以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えば段差の形状は実施例に記載した形状に限定されるものではない。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の第１実施例であるダイオード１００の断面図を示す。
【図２】ダイオード１００の最内周ＦＬＲ領域の近傍を拡大した断面図を示す。
【図３】本発明の第１参考例であるダイオード２００の最内周ＦＬＲ領域の近傍を拡大した断面図を示す。
【図４】本発明の第２参考例であるダイオード３００の最内周ＦＬＲ領域の近傍を拡大した断面図を示す。
【図５】本発明の第３参考例であるダイオード４００の最内周ＦＬＲ領域の近傍を拡大した断面図を示す。
【図６】ダイオード５００の従来例における断面図を示す。
【図７】ダイオード５００の従来例において最内周ＦＬＲ領域の近傍を拡大した断面図を示す。
【符号の説明】
【００３２】
２、１０２：カソード領域
４、２４、４４、６４：ドリフト領域
６、２６、４６、６６、１０６：アノード領域
８ａ、２８ａ、４８ａ、６８ａ、１０８ａ：最内周ＦＬＲ領域
８ｂ、８ｃ、１０８ｂ、１０８ｃ：ＦＬＲ領域
８ｓ、２８ｓ、４８ｓ、６８ｓ：段差
１０、１１０：半導体層
１２、３２、５２、７２：絶縁膜
１４、３４、５４、７４、１１４：アノード電極
１６、１１６：カソード電極
１８、１１８：周辺領域
１９、１１９：境界線
２０、１２０：中心領域
１００、２００、３００、４００、５００：ダイオード
【図１】
0004803211.tif 000002
【図２】
0004803211.tif 000003
【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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