(57)【要約】  本明細書に開示される主題は、超接合（ＳＪ）パワーデバイスに関し、より具体的には、ＳＪパワーデバイスのためのエッジ終端技術に関する。半導体超接合（ＳＪ）デバイスは、活性領域に隣接して配置された終端領域を有する１つ以上のエピタキシャル（エピ）層を含む。終端領域は、第１導電型および第２導電型の複数の垂直ピラーを含み、活性領域から外側に移動するにつれて、各々の連続する垂直ピラーのそれぞれの幅は同じかまたはそれより小さくなっている。終端領域はまた、第１導電型の各垂直ピラーの第１側面と第２導電型の各垂直ピラーの第１側面との間に直接配置された低ドーピング濃度を有する複数の補償領域を含み、活性領域から外側に移動するにつれて、各々の連続する補償領域のそれぞれの幅は、同じかそれより大きくなっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１導電型を有する基板層と、
前記基板層上に配置され、活性領域に隣接して配置された終端領域を含む１つ以上のエピタキシャル（エピ）層と、を含み、前記活性領域は、それぞれ第１の幅を有する前記第１導電型の垂直電荷バランスピラーと、それぞれが第２の幅を有する第２導電型の電荷バランスピラーと、を含み、前記終端領域は、
前記第１導電型および前記第２導電型の複数の垂直ピラーであって、前記活性領域から外側に向かって移動するにつれて、各々の連続する垂直ピラーのそれぞれの幅が同じかまたはそれより小さい前記複数の垂直ピラーと、
前記第１導電型の各垂直ピラーの第１側面と前記第２導電型の各垂直ピラーの第１側面との間に直接配置された低ドーピング濃度を有する複数の補償領域と、を含み、前記活性領域から外側に向かって移動するにつれて、前記複数の補償領域の各々の連続する補償領域のそれぞれの幅は同じかそれ以上である、半導体超接合（ＳＪ）デバイス。
【請求項２】
前記終端領域において、複数のエピドープ領域が前記第１導電型の各垂直ピラーの第２側面と前記第２導電型の各垂直ピラーの第２側面とを分離するとともに、前記活性領域から外側に移動するにつれて、前記複数のエピドープ領域のそれぞれの幅が大きくなる、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項３】
前記第１の幅および前記第２の幅は実質的に等しく、約２マイクロメートル（μｍ）から１０μｍの間である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項４】
前記１つ以上のエピ層の各々は、約４μｍから１２μｍの間の厚さを有する、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項５】
前記活性領域内の前記第１導電型の前記複数の垂直電荷バランスピラーと前記終端領域内の前記第１導電型の前記複数の垂直ピラーとのドーピング濃度は、前記１つ以上のエピ層のエピドーピング濃度よりも５倍（５×）高い、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項６】
前記活性領域内の前記第１導電型の前記垂直電荷バランスピラーの各々の幅は、約２μｍから１０μｍの間である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項７】
前記活性領域内の前記第２導電型の前記垂直電荷バランスピラーの各々の幅は、約２μｍから１０μｍの間である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項８】
前記活性領域内における前記第１導電型の前記垂直電荷バランスピラーおよび前記終端領域内における前記第１導電型の前記垂直ピラーのドーピング濃度の、前記活性領域内にける前記第２導電型の前記垂直電荷バランスピラーおよび前記終端領域内における前記第２導電型の前記垂直ピラーのドーピング濃度に対する比は、０．８以上１．２以下である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項９】
前記１つ以上のエピ層が前記第１導電型を有するとともに、前記複数の補償領域におけるドーピング濃度が、前記１つ以上のエピ層のエピドーピング濃度に前記第１導電型の前記垂直電荷バランスピラーにおけるドーピング濃度を加えるとともに、前記第２導電型の前記垂直電荷バランスピラーにおけるドーピング濃度を引いたものに等しい、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１０】
前記１つ以上のエピ層が前記第２導電型を有するとともに、前記複数の補償領域におけるドーピング濃度が、前記１つ以上のエピ層のエピドーピング濃度から前記第１導電型の前記垂直電荷バランスピラーにおけるドーピング濃度を引くとともに、前記第２導電型の前記垂直電荷バランスピラーにおけるドーピング濃度を加えたものに等しい、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１１】
前記第１導電型の前記垂直電荷バランスピラーのドーパント濃度と前記第１の幅との乗算積は、約２×１０−１３ｃｍ−２以下であり、前記第２導電型の前記垂直電荷バランスピラーのドーパント濃度と前記第２の幅との乗算積は、約２×１０−１３ｃｍ−２以下である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１２】
前記１つ以上のエピ層が前記基板層上に配置されるとともに、前記１つ以上のエピ層上にエピデバイス層が配置されており、前記デバイス層は前記第２導電型の複数の注入ブロックまたは連続層を含む傾斜型またはマルチゾーン接合終端拡張（ＪＴＥ）を含む、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１３】
前記デバイスは、超接合金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴ）、超接合接合電界効果トランジスタ（ＳＪ−ＪＦＥＴ）、超接合バイポーラ接合トランジスタ（ＳＪ−ＢＪＴ）、または超接合ダイオードである、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１４】
最大定格電圧での動作中における前記デバイスの前記終端領域におけるピーク電界が、１平方センチメートル当たり約３×１０６ボルト（Ｖ／ｃｍ２）未満である、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１５】
前記１つ以上のエピ層が単一のエピ層を含むとともに前記デバイスの定格が６００ボルト（Ｖ）から１７００Ｖの間である、または、前記１つ以上のエピ層が２つのエピ層を含むとともに前記デバイスの定格が１．５キロボルト（ｋＶ）から３ｋＶの間である、または前記１つ以上のエピ層が３つのエピ層を含むとともに前記デバイスの定格が２ｋＶから５ｋＶの間である、または前記１つ以上のエピ層が４つのエピ層を含むとともに前記デバイスの定格が３ｋＶから１０ｋＶである、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１６】
前記ＳＪ半導体デバイスは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、または窒化ホウ素（ＢＮ）を含むワイドバンドギャップ半導体デバイスである、請求項１に記載の半導体超接合デバイス。
【請求項１７】
第１導電型の半導体基板層を用意することと、
前記半導体基板層上に第１エピタキシャル（エピ）層を形成することと、
前記第１エピ層の活性領域と終端領域の両方の第１部分を選択的に露出させる第１のマスクを適用することと、
第１の注入量で前記第１導電型のドーパントを前記第１エピ層における前記活性領域と前記終端領域の両方の前記第１部分に注入することと、
前記第１エピ層の前記活性領域と前記終端領域の両方の第２部分を選択的に露出させる第２マスクを適用することと、
前記第１エピ層の前記活性領域と前記終端領域の両方の前記第２部分に第２の注入量で第２導電型のドーパントを注入することと、を含み、前記第１部分と前記第２部分とが前記終端領域で重なり合って、前記第１エピ層の前記終端領域において、前記第１導電型の複数の垂直ピラーと前記第２導電型の複数の垂直ピラーとの間に直接配置された複数の補償領域を形成する、製造方法。
【請求項１８】
前記第１部分と前記第２部分との間の前記重なりは、前記第１のエピ層内の前記活性領域から外側への距離が増加するにつれて増加する、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項１９】
前記第１のマスクまたは前記第２のマスクは、フォトレジスト、ポリマー、誘電体、高原子番号（Ｚ）材料、またはそれらの混合物を含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２０】
前記第１導電型のドーパントを注入すること、第２導電型のドーパントを注入すること、またはその両方は、３８０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）より大きく約４０メガ電子ボルト（ＭｅＶ）より小さい注入エネルギーでドーパントを注入することを含む、請求項１７記載の製造方法。
【請求項２１】
前記第１のエピ層における第３の部分は、前記終端領域において、前記第１導電型の前記複数の垂直ピラーと前記第２導電型の前記複数の垂直ピラーとの間に複数のエピドープ領域を形成するために、前記第１導電型の前記ドーパントを注入しながら前記第１のマスクで覆われるとともに、前記第２導電型の前記ドーパントを注入しながら前記第２のマスクで覆われ、
前記活性領域から外側に移動するにつれて、前記複数のエピドープ領域のうちの連続する各エピドープ領域のそれぞれの幅がより大きくなる、請求項１７記載の製造方法。
【請求項２２】
前記第１エピ層の上に第２エピ層を形成することと、
前記第２エピ層の第１部分を選択的に露出させる前記第１のマスクを適用することと、
第１の注入量で前記第１導電型のドーパントを前記第２エピ層における前記活性領域の前記第１部分と前記終端領域とに注入することと、
前記第２エピ層の第２部分を選択的に露出させる前記第２のマスクを適用することと、
前記活性領域の前記第２部分および前記第２エピ層の終端領域に第２の注入量で第２導電型のドーパントを注入することと、を含み、前記第１部分および前記第２部分が前記終端領域において重なり合って、前記第２エピ層の前記終端領域において、前記第１導電型の複数の垂直ピラーと前記第２導電型の複数の垂直ピラーとの間に複数の補償領域を直接形成する、請求項１７記載の製造方法。
【請求項２３】
前記第１エピ層または前記第２エピ層の上に第３エピ層を形成することと、
第２導電型のドーパントを前記第３エピ層の終端領域に注入して、前記第３エピ層の前記終端領域に前記第２導電型の複数の注入ブロックまたは連続領域を含む傾斜型またはマルチゾーン接合終端エクステンション（ＪＴＥ）を形成することと、を含む、請求項２２に記載の製造方法。
【請求項２４】
前記半導体基板層および前記第１エピ層は、ワイドバンドギャップ半導体を含む、請求項１７に記載の製造方法。
【請求項２５】
前記半導体基板層および前記第１エピ層はシリコンを含む、請求項１７に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される主題は、超接合（ＳＪ）パワーデバイスに関し、より具体的には、ＳＪパワーデバイスのためのエッジ終端技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パワーデバイスの場合、超接合（ＳＪ）（垂直電荷バランスとも称される）設計にはいくつかの利点がある。例えば、ＳＪデバイスは、従来方式で設計されたユニポーラパワーデバイスと比較して、オン抵抗の減少および伝導損失の減少を示す。さらに、ＳＪドリフト層は、中電圧（例えば２ｋＶ〜１０ｋＶ）および高電圧（例えば１０ｋＶ以上）電力変換関連用途に有用であり得る他のデバイスのみならず、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、接合型電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）、バイポーラ接合型トランジスタ（ＢＪＴ）、ダイオードなどの様々なパワーデバイスに適用され得る。
【０００３】
高電圧および／または大電流用途の場合、ワイドバンドギャップ半導体（例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）および窒化ガリウム（ＧａＮ））を使用して製造されたデバイスは、温度安定性、オン抵抗の低減、および薄いデバイス寸法の観点で、対応するシリコン（Ｓｉ）デバイスよりも多くの利点を有する。したがって、ワイドバンドギャップ半導体デバイスは、例えば配電システム（例えば、配電網内）、発電システム（例えば、太陽光および風力変換器）、ならびに消費財（例えば、電気自動車、電化製品、電源など）を含む電気変換用途に利点を提供する。しかしながら、逆バイアス下のワイドバンドギャップ半導体デバイスには著しく高い電界も存在する。そのため、逆バイアス下で信頼性が高く頑強なデバイス動作を保証するために、ＳｉＣ−ＳＪデバイスのようなワイドバンドギャップ半導体デバイスのための効果的なエッジ終端設計を提供することが望ましい。
【発明の概要】
【０００４】
当初請求された主題と同等の範囲の特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は、特許請求の範囲に記載された発明の範囲を限定することを意図するものではなく、むしろこれらの実施形態は、本発明がとり得る形態の簡単な要約を提供することのみを意図している。実際に、本開示は、以下に記載される実施形態と類似しているかまたは異なり得る様々な形態を包含し得る。
【０００５】
一実施形態では、半導体超接合（ＳＪ）デバイスは、第１導電型を有する基板層と、基板層上に配置され、活性領域に隣接して配置される終端領域を含む１つ以上のエピタキシャル（エピ）層とを含む。活性領域は、各々が第１の幅を有する第１導電型の垂直電荷バランスピラーと、各々が第２の幅を有する第２導電型の垂直電荷バランスピラーとを含む。終端領域は、第１導電型および第２導電型の複数の垂直ピラーを含み、活性領域から外側に移動するにつれて、各々の連続する複数の垂直ピラーのそれぞれの幅は、同じかまたはそれより小さい。終端領域はまた、第１導電型の各垂直ピラーの第１側面と第２導電型の各垂直ピラーの第１側面との間に直接配置された低ドーピング濃度を有する複数の補償領域を含み、活性領域から外側に移動するにつれて、複数の補償領域における各々の連続する補償領域のそれぞれの幅は、同じかそれより大きくなっている。
【０００６】
他の実施形態において、製造方法は、第１導電型を有する半導体基板層を提供することと、半導体基板層上に第１のエピタキシャル（エピ）層を形成することと、を含む。製造方法は、第１のエピ層の活性領域と終端領域の両方の第１部分を選択的に露出させる第１のマスクを適用することと、第１の注入量で第１導電型のドーパントを第１のエピ層の活性領域と終端領域の両方の第１部分に注入することと、を含む。製造方法は、第１のエピ層の活性領域と終端領域の両方の第２部分を選択的に露出させる第２のマスクを適用することと、第２の注入量で第２導電型のドーパントを第１のエピ層の活性領域と終端領域の両方の第２部分に注入することと、を含む。第１部分と第２部分とは終端領域において重なり合い、第１のエピ層の終端領域において第１導電型の複数の垂直ピラーと第２導電型の複数の垂直ピラーとの間に直接配置された複数の補償領域を形成する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明のこれらおよび他の特徴、態様、および利点は、添付図を参照しながら以下の詳細な説明を読むとよりよく理解されよう。図において、同様の文字は同様の部分を表す。
【０００８】
【図１】本手法の実施形態による、活性領域からの距離が増加するにつれて幅が広くなる低ドーピング濃度の領域（例えば、補償領域）によって分離され、活性領域からの距離が増加するにつれて幅が狭くなっている第１導電型および第２導電型の垂直ピラーを有する終端領域を有する多層炭化ケイ素超接合（ＳｉＣ−ＳＪ）ＭＯＳＦＥＴデバイスの一部分の断面図を示す概略図である。
【０００９】
【図２】第１導電型のエピタキシャル（エピ）層と、活性領域と終端領域との間の境界からの距離が増加するにつれて幅が減少する、第２導電型の注入された垂直ピラーとを有するＳｉＣ−ＳＪデバイスの終端領域を示す概略図であり、逆バイアス条件下で存在する電界を示す等電位線を含む。
【００１０】
【図３】本手法のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の終端領域を示す概略図であり、逆バイアス条件下で存在する電界を示す等電位線を含む。
【００１１】
【図４】本手法の実施形態に従い、図３のＳｉＣ−ＳＪデバイスについて、線１１０に沿った距離の関数としてのドーピング濃度を示すグラフである。
【００１２】
【図５Ａ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の製造に関連するいくつかのステップを示す概略図である。
【図５Ｂ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の製造に関連するいくつかのステップを示す概略図である。
【図５Ｃ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の製造に関連するいくつかのステップを示す概略図である。
【図５Ｄ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の製造に関連するいくつかのステップを示す概略図である。
【図５Ｅ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの一実施形態の製造に関連するいくつかのステップを示す概略図である。
【００１３】
【図６Ａ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの終端領域における電界分布を示すグラフであり、デバイス層にジャンクション終端拡張（ＪＴＥ）がない場合とある場合とをそれぞれ示す。
【図６Ｂ】図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスの終端領域における電界分布を示すグラフであり、デバイス層にジャンクション終端拡張（ＪＴＥ）がない場合とある場合とをそれぞれ示す。
【００１４】
【図７】第１および第２の注入ステップにさらされて、終端領域の断面図において第１導電型および第２導電型の垂直ピラーをそれぞれ画定する連続的な注入ストライプを形成するエピ層の部分を示す下部（埋め込み）エピ層の終端領域の部分上面図である。
【００１５】
【図８】第１の注入ステップおよび第２の注入ステップにさらされて、終端領域の断面図において第１導電型および第２導電型の垂直ピラーをそれぞれ画定する離散的な注入領域を形成するエピ層の部分を示す下部（埋め込み）エピ層の終端領域の部分上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
１つ以上の特定の実施形態を以下に説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供する試みにおいて、実際の実装形態の全ての特徴が本明細書に記載されているわけではない。当然のことながら、そのような実際の実装の開発においては、エンジニアリングまたは設計プロジェクトの場合と同様に、実装ごとに異なり得るシステム関連およびビジネス関連の制約の遵守など、開発者固有の目標を達成するために実装固有の多数の決定がなされなければならない。さらに、そのような開発努力は複雑で時間がかかる可能性があるが、それにもかかわらず、本開示の恩恵を受ける当業者にとっては設計、製造、および製造の日常的な仕事であることを理解されたい。
【００１７】
他に定義されない限り、本明細書で使用される技術的および科学的用語は、本開示が属する技術分野の当業者によって一般に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書で使用される「第１」、「第２」などの用語は、順序、量、または重要性を意味するのではなく、ある要素を別の要素から区別するために使用される。また、本開示の様々な実施形態の要素を紹介するとき、冠詞「１つの」、「ある」（ａ、ａｎ）、および「その」（ｔｈｅ）は、１つ以上の要素があることを意味することを意図している。用語「備える」、「含む」、および「有する」は包括的であることを意図しており、列挙された要素以外の追加の要素があり得ることを意味する。さらに、本開示の「一実施形態」または「実施形態」への言及は、列挙された特徴も含む追加の実施形態の存在を排除するものとして解釈されることを意図していないことを理解されたい。範囲が開示されている場合、同じ成分または特性に関する全ての範囲の端点は包括的であり、独立して組み合わせることができる。量に関連して使用される修飾語「約」は、記載された値を含み、文脈によって示される意味を有する（例えば、特定の量の測定に関連するプロセス変動または誤差の程度を含む）。修飾語「実質的に」は、説明用語と組み合わせて使用される場合、その説明用語が大部分、主として、または主に適用される（例えば、９０％超、９５％超、または９９％超に適用される）ことを意味するとともに、当業者によって理解されているプロセス変動および技術的制限から生じる可能性がある限られた例外を説明するために使用することができる。
【００１８】
本明細書で使用されるとき、「層」という用語は、下にある表面の少なくとも一部の上に連続的または不連続的に配置された材料を指す。さらに、「層」という用語は、配置された材料が一様な厚さであることを必ずしも意味するのではなく、配置された材料は一様なまたは不定の厚さを有してもよい。さらに、本明細書で使用される「層」という用語は、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、単層または複数の層を指す。本明細書で使用される「隣接する」という用語は、２つの特徴が接触して配置され、互いに直接（例えば、じかに）接触していることを意味する。本明細書で使用されるとき、「上に配置される」という用語は、他に具体的に示されない限り、互いに直接接触するように（例えば、じかに）または間に介在層を有することによって間接的に配置される層を指す。さらに、「上」という用語は、層／デバイスの互いに対する相対位置を表し、上下の相対位置は見る人に対するデバイスの向きに依存するため、必ずしも「上に」を意味するわけではない。さらに、「上」、「下」、「上方」、「下方」、「より上」、「埋め込み」およびこれらの用語の変形の使用は便宜上なされており、他に特定しない限り構成要素の特定の向きを必要としない。これを念頭に置き、本明細書で使用されるとき、「より低い」、「埋め込み」、「中間の」、または「底部」という用語は、基板層に比較的近い特徴（例えば、エピタキシャル（エピ）層、終端領域）を指す。一方、「上部」または「上部」という用語は、基板層から比較的最も遠い特定の特徴（例えば、エピ層、終端領域）を指す。
【００１９】
本実施形態は、垂直電荷バランスデバイスとも称される超接合（ＳＪ）デバイスを製造するための設計および方法に関する。本手法は、従来の半導体（例えば、シリコン）、およびワイドバンドギャップ半導体（例えば、ＳｉＣ、ＧａＮ、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ホウ素（ＢＮ））の両方に適用可能である。開示された設計および方法は、超接合金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴ）、超接合接合電界効果トランジスタ（ＳＪ−ＪＦＥＴ）、超接合バイポーラ接合トランジスタ（ＳＪ−ＢＪＴ）、超接合ダイオード、ならびに中電圧（例えば２ｋＶ〜１０ｋＶ）および高電圧（例えば１０ｋＶ以上）の電力変換に関連した適用に有用であり得る他のＳＪデバイスなどのＳＪデバイスの製造において有用である。以下に説明するように、開示されたＳＪデバイス設計は、エピタキシャル成長およびドーパント注入ステップを繰り返して実施した多層終端領域を含む。本明細書で使用されるとき、「多層」という用語、および特定数の層、例えば「２層」、「３層」、「４層」への言及は、本明細書ではエピ層とも呼ばれるエピタキシャルＳｉＣ層の数を指す。
【００２０】
より具体的には、本実施形態は、デバイス資格（ｄｅｖｉｃｅ  ｅｎｔｉｔｌｅｍｅｎｔ）に近いブロッキング電圧を提供するＳＪデバイス用のエッジ終端設計を対象とする。本実施形態では、ＳＪデバイスは、第１導電型（例えば、ｎ型）を有するとともに活性領域に隣接して配置された終端領域を有する１つ以上のエピタキシャル半導体層（例えば、ＳＪドリフト層）を含む。活性領域と終端領域の両方は、第１導電型（例えば、ｎ型）と第２導電型（例えば、ｐ型）の垂直ピラーを含む。活性領域の垂直ピラーは、オン状態動作で電流を伝導し、オフ状態動作で電流を遮断するように設計された垂直電荷バランスピラーであり、一方、終端領域の垂直ピラーは、活性領域の端部付近の電界ピークを抑制して効果的なエッジ終端を提供する。以下に論じるように、活性領域からより遠い終端領域内の垂直ピラーは、一般に、より小さな幅を有する。さらに、終端領域の垂直ピラーは、一般に、第１導電型または第２導電型の低ドーピング領域（例えば、補償領域および／またはエピドープ領域）によって分離されており、活性領域からより遠い低ドーピング領域は、より大きな幅を有する。以下に説明するように、開示されたエッジ終端技術は、工程数を制限しつつ、ＳＪ構造の各エピ層における活性領域と終端領域との同時注入を可能にする。さらに、開示された終端設計は、活性領域の注入された垂直変化バランスピラーが現在のプロセス／技術によって達成可能な最小値（例えば最小フィーチャ幅）に近い寸法で画定されるＳＪデバイスの製造を可能にするとともに、他のエッジ終端アプローチを利用したデバイスと比較してより良好なデバイス性能を可能にする。開示された終端設計はまた、依然として効果的なエッジ終端を提供しながら、プロセス変動（例えば、注入領域内のドーパント濃度、エピタキシャル層内のドーパント濃度、マスクアライメント問題など）に対して比較的頑強である。
【００２１】
前述のことを念頭に置き、図１は、本手法の実施形態による、ＳＪデバイス１０の一実施形態（すなわち、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴデバイス１０）の終端領域６および活性領域８の断面図を示す概略図である。ＳＪデバイス１０は、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の特定の文脈で以下に説明される。しかしながら、他の実施形態では、本開示に従って、他のワイドバンドギャップ半導体（例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＢＮ）が使用され得る。ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の終端領域６は、境界７（すなわち、活性領域８と終端領域６とが交わる場所）から終端領域６の外端９まで延びる幅（Ｗｔ）を有する。後述するように、図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０は、ＳｉＣ基板層１２と、最上エピ層（本明細書では、ＳｉＣ基板１２から最も遠くに配置されたデバイス層１４とも呼ぶ）を含む４つのＳｉＣエピタキシャル（エピ）層と、デバイス層１４とＳｉＣ基板層１２との間に配置された３つの下部（埋め込み）ＳｉＣエピ層１６、１８、および２０と、を有する。本明細書では、層および領域は第１導電型または第２導電型であると説明することができ、第１導電型はｎ型またはｐ型のいずれかであり、第２導電型は反対の導電型（すなわち、第１導電型がｎ型の場合はｐ型、第１導電型がｐ型の場合はｎ型）であることに留意されたい。これを踏まえ、基板層１２は第１導電型である。
【００２２】
図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０のデバイス層１４は、ＳＪ−ＭＯＳＦＥＴデバイス１０に対応する特徴を含む。他の実施形態において、デバイス層１４は、ＳＪ−ＪＦＥＴ、ＳＪ−ＢＪＴ、ＳＪダイオード、または他の適切なＳＪデバイスに対応する特徴を含むかまたは支持してもよい。図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０のデバイス層１４は、第１導電型または第２導電型のドーピングを有し、ＳＪドリフト領域２２を含む。デバイス層１４は、ＳＪドリフト領域２２に隣接して配置され、デバイス層１４とは反対の導電型であるウェル領域２４と、ウェル領域２４に隣接して配置され、デバイス層１４と同じ導電型であるソース領域２６とを含む。誘電体２８（例えば、二酸化シリコン）は、ゲート電極３０をその下のウェル領域２４およびソース領域２６から分離する。ソース領域２６に隣接してソース／ボディコンタクト３２がデバイス層３０上に配置されており、ＳｉＣ基板１２の表面に隣接してドレインコンタクト３４が配置されている。図示されたＳｉＣ−ＳＪデバイス１０については、一般に理解されている特定の設計要素（例えば、トップメタライゼーション、パッシベーションなど）が省略されていることを理解されたい。
【００２３】
上述のように、図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０は４つのエピタキシャルＳｉＣ層：１４、１６、１８、および２０を含む。デバイス１０の終端領域６内のエピ層の一部は、本明細書では、それぞれＳｉＣ層１４、１６、１８、および２０の終端領域１４Ａ、１６Ａ、１８Ａ、および２０Ａと称される。追加的または代替的に、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の終端領域６は、エピ層１４の終端領域６Ａ、エピ層１６の終端領域６Ｂ、エピ層１８の終端領域６Ｃ、およびエピ層２０の終端領域６Ｄを有するかまたは含むものとして本明細書で説明され得る。デバイス１０の活性領域８に配置されたこれらのエピ層の一部は、本明細書では、それぞれエピ層１４、１６、１８、および２０の活性領域１４Ｂ、１６Ｂ、１８Ｂ、および２０Ｂと称される。他の実施形態では、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０は、各々が望ましい阻止能力を提供するためにそれぞれの活性領域および終端領域を含む任意の適切な数、例えば、１、２、３、４、５、６個またはそれ以上のエピ層を含み得る。例示の実施形態では、エピ層の数に基づく阻止能力は、約６００Ｖから約１０ｋＶの範囲内である。図１に示すＳｉＣ−ＳＪデバイス１０では、エピ層１４は厚さ４０を有し、エピ層１６は厚さ４２を有し、エピ層１８は厚さ４４を有し、そしてエピ層２０は厚さ４６を有しており、これらは以下により詳細に説明される。一般に、厚さ４０、４２、４４、および４６のそれぞれは、約４μｍから約１２μｍの範囲の独立した値であってもよい。
【００２４】
図示したＳｉＣ−ＳＪデバイス１０のエピ層１４、１６、１８、および２０のそれぞれは、特定のドーピング濃度（例えば、エピドーピング濃度）を有し、これらのエピ層のドーピング濃度は、特定の実施形態では同じであってもよいし、他の実施形態では異なっていてもよい。図示したＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の場合、エピ層１４、１６、１８、および２０は、第１導電型の連続する垂直電荷バランスピラー５０と、第２導電型の連続する垂直電荷バランスピラー５２とを含み、これらは、ＳｉＣ−ＳＪパワーデバイス１０の活性領域８内の電界分布を画定する第１のドーパント型の注入領域および第２のドーパント型の注入領域である。さらに、終端サブ領域６Ａ、６Ｂ、６Ｃ、および６Ｄは、低ドープ領域５８によって分離されている第１導電型の連続する垂直ピラー５４（例えば、垂直ピラー５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ）および第２導電型の連続する垂直ピラー５６（例えば、垂直ピラー５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ、５６Ｅ）を含む。本実施形態では、これら垂直ピラー５４、５６および低ドープ領域５８は、境界７からの距離が増すにつれて（すなわち、活性領域８から外側に移動するにつれて）、終端部６における有効ドーピングプロファイルが概して減少するように適切なサイズおよび配置になっている。このように、開示された終端設計は、高電圧遮断動作下で、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の活性領域８の外側の電界強度を徐々に減少させる。すなわち、図１に示したＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態が逆バイアス下でオフ状態にあると、垂直ピラー５４および５６は消耗し、適切に配置されると活性領域８の周辺内（すなわち終端領域６内）に電界を再形成できるイオン化ドーパント（不動電荷）を提供する。垂直ピラー５４および５６が逆バイアス下で空乏化すると、それらは電界のピークを防ぎ、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の活性領域８からの距離が増すにつれて徐々に減少する大きさの電界分布を提供する。
【００２５】
図１の図示されたＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の場合、終端領域６内の第１導電型の垂直ピラー５４（例えば、垂直ピラー５４Ａ、５４Ｂ、５４Ｃ、５４Ｄ、５４Ｅ）は、全て活性領域８内の第１導電型の垂直電荷バランスピラー５０の幅６４よりも小さく、境界７からの距離が増すにつれて連続的に減少（例えば、６０Ａ＞６０Ｂ＞６０Ｃ＞６０Ｄ＞６０Ｅ）し続ける幅６０（例えば、幅６０Ａ、６０Ｂ、６０Ｃ、６０Ｄ、６０Ｅ）を有する。同様に、図示されたＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の場合、終端領域６内の第２導電型の垂直ピラー５６（例えば、垂直ピラー５６Ａ、５６Ｂ、５６Ｃ、５６Ｄ、５６Ｅ）は、全て活性領域８内の第２導電型の垂直電荷バランスピラー５２の幅６６よりも小さく、境界７からの距離が増すにつれて連続的に減少（例えば、６２Ａ＞６２Ｂ＞６２Ｃ＞６２Ｄ＞６２Ｅ）し続ける幅６２（例えば、幅６２Ａ、６２Ｂ、６２Ｃ、６２Ｄ、６２Ｅ）を有する。
【００２６】
図示の実施形態では、低ドープ領域５８は、補償領域６８（例えば、補償領域６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｅ）およびエピドープ領域７０（例えば、エピドープ領域７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ）を含む。本明細書で使用されるとき、用語「補償領域」は、反対の導電型の２つの異なる注入ＮａおよびＮｂを使用して注入されるエピ層の領域を指し、したがって補償領域６８は、Ｎａ−Ｎｂ、プラスマイナス、エピ層のドーピング濃度（Ｎｅｐｉ）、である正味ドーピング濃度を有する。例えば、エピ層が第１導電型を有する場合（例えば、第１の注入と同じ）、補償領域６８は、Ｎａ−Ｎｂ＋Ｎｅｐｉの正味ドーピング濃度を有する。エピ層が第２導電型を有する場合（例えば、第２の注入と同じ）、補償領域６８は、Ｎａ−Ｎｂ−Ｎｅｐｉの正味ドーピング濃度を有する。言い換えれば、正味ドーピング濃度は、各ドーピングプロセスの線量（すなわち、Ｎａ、Ｎｂ、およびＮｅｐｉ）の合計（Σ）として決定することができ、ここで、第１導電型および第２導電型の線量は、反対符号（すなわち、ポジティブ、ネガティブ）で与えられる。補償領域６８、例えば補償領域６８Ｄは、本明細書では、第１導電型の垂直ピラー５４Ｄの第１側面６１と第２導電型の垂直ピラー５６Ｄの第１側面６３との間に直接配置されると説明され得る。同様に、エピドープ領域７０、例えばエピドープ領域７０Ｄは、本明細書では、第１導電型の垂直ピラー５４Ｄの第２側面６５と第２導電型の垂直ピラー５６Ｃの第２側面６７との間に直接配置されると説明され得る。
【００２７】
特定の実施形態では、低ドープ領域５８は、第１導電型の垂直ピラー５４のドーピング濃度または第２導電型の垂直ピラー５６のドーピング濃度より少なくとも約８０％低いドーピング濃度を有し得る。特定の実施形態では、これらの低ドープ領域５８の少なくとも一部は、ＳｉＣ層１４、１６、１８、または２０のエピドーピングに近い（例えば、約２０％以内）または実質的に同じドーピング濃度を有する。さらに、図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の場合、低ドープ領域５８は一般に、境界７からの距離が増すにつれて幅が広くなる。特に、図示の実施形態では、補償領域６８（例えば、補償領域６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｅ）は、境界７からの距離が増加するにつれて増加（例えば、７２Ａ＜７２Ｂ＜７２Ｃ＜７２Ｄ＜７２Ｅ）する幅７２（例えば、幅７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ）を有する。他の実施形態では、補償領域６８（例えば、補償領域６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｅ）は、実質的に一定のままであるか、または境界７からの距離が増加するにつれて増加（例えば、７２Ａ≦７２Ｂ≦７２Ｃ≦７２Ｄ≦７２Ｅ）する幅７２（例えば、幅７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ）を有する。加えて、図示の実施形態では、エピドープ領域７０（例えば、エピドープ領域７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ、７０Ｄ、７０Ｅ）は、境界７からの距離が増加するにつれて増大（例えば、７４Ａ＜７４Ｂ＜７４Ｃ＜７４Ｄ＜７４Ｅ）する幅７４（例えば、幅７４Ａ、７４Ｂ、７４Ｃ、７４Ｄ、７４Ｅ）を有する。
【００２８】
さらに、デバイス層１４の終端領域１４Ａは、ウェル領域２４に隣接して配置された平面接合終端延長部（ＪＴＥ）７６を含む。特定の実施形態では、ＪＴＥ７６は、図１に示すように、第２導電型の連続層として実施することができる。特定の実施形態では、ＪＴＥ７６は、あらゆる目的のためにその全体が参照により組み込まれる米国特許第９，４０６，７６２号明細書に開示されているように、マルチゾーンまたは傾斜ＪＴＥであってもよい。例えば、特定の実施形態では、ＪＴＥ７６は、境界７からの距離が増加するにつれて第２導電型の有効ドーピングプロファイルが一般に減少するように、第２導電型の注入ドーピングの複数の注入ブロックまたはレンガ状の塊として実施することができる。さらなる例として、特定の実施形態では、ＪＴＥ７６は、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の終端幅６以下の幅７８（すなわち、ＷＪＴＥ７８）を有し得る。
【００２９】
図１に示すＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態の場合、垂直ピラー５０、５２、５４、５６、および６８は、エピ層１４、１６、１８、および２０の実質的な部分を通って延びて、実質的に連続的な垂直構造を形成する。図示のように、垂直ピラー５０、５２、５４、５６、および６８は一般に、エピ層２０の厚さ４６を貫通して延びているわけではなく、ＳｉＣ基板１２に達するには至らない。したがって、図示の実施形態では、エピ層１４、１６、１８、および２０は、第１導電型（すなわち、基板１２と同じ導電型）のものであるべきであり、エピ層２０において垂直ピラー５０、５２、５４、５６、および６８が延在しない部分は、エピ層２０の抵抗を最小限に抑えるために、より高濃度にドープされ得ることを注記し得る。垂直ピラー５０、５２、５４、５６、および６８がエピ層２０の厚さ４６を通って基板１２に達するまで延在する実施形態では、エピ層１４、１６、１８は、第１導電型、または第２導電型（すなわち、基板１２に対して同じまたは反対の導電型）のいずれでもよい。
【００３０】
さらに、図示のように、特定の実施形態において、デバイスの特徴（例えば、ウェル領域２６、ソース領域２６、ＪＴＥ７６）はデバイス層３０の一部を占めてもよく、したがって、いくつかの実施形態では図示の垂直ピラー５０、５２、５４、５６、および６８は、エピ層１４の厚さ４０を貫通して延びていなくてもよい。しかしながら、他の実施形態では、図示の垂直ピラー５０、５２、５４、および５６は、エピ層１６および１８の厚さ４２および４４を通って延在している。
【００３１】
図２は、終端領域６内においてエピ層９１を貫通して延びる第２導電型の連続する垂直ピラー９２（例えば、垂直ピラー９２Ａ、９２Ｂ、９２Ｃ、９２Ｄ、９２Ｅ、９２Ｆ、９２Ｇ、９２Ｈ）を有する第１導電型のエピ層９１を含む終端領域６を有するＳｉＣ−ＳＪデバイス９０の断面図を示す。しかしながら、ＳｉＣ−ＳＪデバイス９０の終端部６は、本手法の補償領域６８を欠いている。図２は、逆バイアス条件下でＳｉＣ−ＳＪデバイス９０の終端領域６に存在する電界を表す等電位線９４を含む。図示のＳｉＣ−ＳＪデバイス９０の終端領域６内の連続した垂直ピラー９２は、デバイスの活性領域８から外側への電界の効果的な再整形を可能にする。矢印９６によって示されるように、電界の強度は、破線９８によって示されるように、電界の強度が十分に減少するまで、活性領域８からの距離が増すにつれて一般に減少する。したがって、第２導電型の垂直ピラー９２は、図２のＳｉＣ−ＳＪデバイス９０にとって有効なエッジ終端を示す。
【００３２】
図２のＳｉＣ−ＳＪデバイス９０は本手法の補償領域６８を欠いているので、境界７から最も遠い垂直ピラー９０Ｅは、最小特徴幅（すなわち、現在のプロセス／技術に基づいて達成可能な最小幅）を用いて定義される幅１００を有し得ることに留意されたい。図２に示すように、活性領域８内の電荷バランスピラー１０４の幅１０２は、一般に、所望の有効ドーピングプロファイルを達成するために、終端領域６内の垂直ピラー９２の幅よりも大きい。したがって、これにより、電荷バランスピラー１０４の幅１０２が最小特徴幅よりも大きくなり、セルピッチサイズが望ましくないほど大きくなり、したがってＳｉＣ−ＳＪデバイス９０の潜在的性能が低下する。対照的に、図１を参照して上述したように、本手法のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０は、反対の導電型の２つの注入領域の重なりから生じる補償領域６８を含み、それにより、最小特徴幅未満の幅６０および６２を有する垂直ピラー５４および５６の製造が可能になる。このように、図１のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の活性領域８内の電荷平衡ピラー５０および５２の幅６４および／または６６は、最小特徴幅によって定義することができ、その結果、ＳｉＣ−ＳＪデバイス９０のセルピッチサイズよりも小さいセルピッチサイズを有するデバイスが得られる。
【００３３】
図３は、図１のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態の概略断面図を示しており、この図では、一般的な（例えば、ｎまたはｐ）ドーパント型に従って、領域は一般に２値形式で陰影を付けられている。図４は、図３のＳｉＣ−ＳＪデバイスについて、線１１０に沿った距離の関数としてのドーピング濃度を示すグラフ１０８である。図２のように、図３は、逆バイアス条件下でＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の終端領域６に存在する電界を表す等電位線９４を含む。繰り返しになるが、矢印９６によって示されるように、電界の強度は、破線９８によって示されるように、電界の強度が十分に減少するまで、活性領域８からの距離が増すにつれて一般に減少する。これにより、図３に示すＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の終端領域６はまた、効果的なエッジ終端を提供する。しかしながら、図２に示したＳｉＣ−ＳＪデバイス９０とは異なり、活性領域８内の電荷バランスピラーの幅（例えば幅６６）は、図３のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０を製造するときに適用されるプロセッサ／技術の最小特徴幅を用いて定義することができ、その結果、デバイスのセルピッチサイズが小さくなり、続いてデバイス密度が増加する。
【００３４】
図３の２値シェーディングは、同じ導電型の領域の異なるドーピング濃度を区別していない。しかしながら、図４のグラフ１０８は、ｙ軸上の正方向１２０が第１導電型のドーピングに対応し、負方向１２２が第２導電型のドーピングに対応するという、より深い洞察を提供する。
【００３５】
したがって、第１導電型の垂直ピラー（すなわち、図１に示されるように、垂直電荷バランスピラー５０および垂直ピラー５４）および第２導電型の垂直ピラー（すなわち、図１に示されるように、垂直電荷バランスピラー５２および垂直ピラー５６）は、図４において、それぞれ、第１導電型１２４および第２導電型１２６の最高相対ドーピング濃度によって示される。図示の実施形態では、肩部１２８は、終端領域６内における第１導電型の櫛形垂直ピラー５４と第２導電型の垂直ピラー５６との間のエピドープ領域７０に対応し、したがってＳｉＣエピタキシャル層（例えば、図１に示すエピ層１４、１６、１８、または２０）のドーピングに対応する。さらに、肩部１３０は、図１に最もよく示されているように、終端領域６内において垂直ピラー５４と５６との間に配置された補償領域６８に対応する。このように、特定の実施形態では、補償領域６８は、第１導電型の垂直ピラー１２６のドーピング濃度および／または第２導電型の垂直ピラー１２４のドーピング濃度よりも著しく低い正味ドーピング濃度を有する。他の実施形態では、第１導電型の注入物／領域の注入量と第２導電型の注入物／領域の注入量とは実質的に等しくてもよく、両方の注入を受けるエピ層の領域（例えば重なり）内で互いに効果的に相殺（補償）し、その結果、第１導電型の垂直ピラー１２６のドーピング濃度および／または第２導電型の垂直ピラー１２４のドーピング濃度よりも著しく低いドーピング濃度を有する補償領域６８が得られる。
【００３６】
図５Ａ〜図５Ｅは、終端領域形成を含む、例示的な製造方法における様々な段階での図１のＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の一実施形態の断面図を示す。例示的な製造は、エピ層２０が、例えば化学気相成長（ＣＶＤ）を用いてＳｉＣ基板層１２の上に形成されている、図５Ａに示される構造から始まる。特定の実施形態において、エピ層２０は、それが形成されるときにドープされてもよい（例えば、エピドープ）。
【００３７】
続いて、図５Ｂに示すように、新たに形成されたエピ層２０は、高エネルギー（例えば、約３８０キロ電子ボルト（ｋｅＶ）〜約４０メガ電子ボルト（ＭｅＶ））注入のために適切なフォトリソグラフィマスク１４０でマスクされる。例えば、特定の実施形態では、そのようなマスキング材料は、シリコン・オン・インシュレータ（ＳＯＩ）、ポリシリコン、高Ｚ（原子番号）金属（例えば、白金、モリブデン、金など）、絶縁体（例えば、厚い酸化ケイ素）、フォトレジスト、有機材料（例えば、ポリイミド）、またはそれらの組み合わせを含み得る。エピ層２４の第１部分１４２が露出されるようにマスク１４０が適用され、エピ層２４の活性領域８と終端領域６の両方に第１導電型のドーパントを注入するべく、第１の高エネルギー注入（矢印１４４によって表される）が行われる。特定の実施形態において、注入の侵入深さ１４６は、約４μｍから約１２μｍの間であってもよい。図示および上述のように、注入は、底部エピ層２０（すなわち、ＳｉＣ基板１２に最も近い）の厚さ４６を貫通してＳｉＣ基板１２に到達するまで延在していなくてもよい。しかしながら、他のエピ層（例えば、図１に示すように、エピ層１６、エピ層１８）については、注入は、エピ層の全厚（例えば、厚さ４２および４４）にわたって延在してもよい。
【００３８】
第１のリソグラフィマスク１４０を除去した後、図５Ｃに示されるように、第２のリソグラフィマスク１５０がエピ層２０の表面に適用される。一般に、上記と同じフォトリソグラフィマスキング材料を使用することができる。第２のマスク１５０はエピ層２０の第２の部分１５２を露出させ、第２導電型のドーパントをエピ層２０の活性領域８と終端領域６の両方に注入するべく、第２の高エネルギー注入（矢印１５４で示す）が行われる。第１の注入１４４のように、特定の実施形態では、第２の注入１５４の侵入深さ１５６は、約４μｍから約１２μｍの間であってもよい。第１の注入１４４と同様に、第２の注入１５４は、底部エピ層２０（すなわち、ＳｉＣ基板１２に最も近い）の厚さ４６を貫通してＳｉＣ基板１２に達することはできない。しかしながら、第２の注入は他のエピ層（例えば、図１に示すように、エピ層１６、エピ層１８）の全厚にわたって延びるべきであることを理解されたい。述べたように、特定の実施形態では、第１の注入量（Ｎａ）と第２の注入量（Ｎｂ）との間の偏差（例えば、変動）は、一般に約２０％以内（例えば、１５％以内、１０％以内、５％以内）である。特定の実施形態では、第１の注入量と第２の注入量との比（Ｎａ／Ｎｂ）は、０．８以上１．２以下である。
【００３９】
図５Ｄは、第２のリソグラフィマスク１５０を除去した後の構造を示す。図５Ｄに示すように、図５Ｂにおける（第１の注入１４４を受けた）第１部分１４２と図５Ｃにおける（第２の注入１５４を受けた）第２部分１５２との間には重なり（例えば、共通領域または共有領域）があり、この重なりは、補償領域６８（例えば、６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｅ）の形成をもたらす。図示の実施形態では、活性領域８内において第１部分１４２と第２部分１５２との間に意図的な重なりは実質的になく、境界７からの距離が増加するにつれて終端領域６内における重なりが大きくなる。結果として、終端領域６の補償領域６８は、図１に示されるように、境界７からの距離が増加するにつれてより大きな幅７２を有する。さらに、両方の注入ステップ中にマスクされるエピ層２０の部分は、一般に、エピ層２０のドーピング濃度を維持し、その結果、垂直ピラー５４と５６の間にエピドープ領域７０が形成される。その結果、図示の実施形態では、エピ層２０の活性領域８内の垂直電荷平衡ピラー５０と５２との間に実質的なエピドープ領域７０が存在しない一方、境界７からの距離が増加するにつれてより広い幅７４を有する終端領域内の垂直ピラー５４と５６との間にエピドープ領域７０が配置される。さらに、図示の実施形態の場合、前述の重なり合いはまた、終端領域６内に結果として生じる垂直ピラー５４および５６の幅を縮小する。例えば、図１に示すように、活性領域８の変化バランスピラー５０、５２の幅６４、６６と比較して、終端領域６の垂直ピラー５４、５６は、それぞれ境界７からの距離が増すにつれて減少し続ける、より狭い幅６０、６２を有する。
【００４０】
図５Ｄはまた、図示のエピ層１２０内の寸法の開示を容易にするための表記法を含む。特に、ａｎは第１導電型の注入物の幅を表し、ｂｎは第２導電型の注入物の幅を表し、ｅｎは２つの注入物間の重なりを表し、ｆｎは第１導電型の注入物間の距離を表し、ｄｎは第２導電型の注入物間の距離を表す。より具体的には、図１に示されるように、ａ０およびｂ０は、エピ層２０の活性領域８内における垂直電荷バランスピラー５０および５２の幅６４および６６をそれぞれ表す。垂直電荷バランスピラー５０および５２の幅６４および６６は、図示の実施形態では実質的に等しい（すなわち、ａ０＝ｂ０）一方で、他の実施形態では、幅６４および６６は異なってもよい（例えば、５％、１０％、２０％またはそれ以上）。さらに、ｆ０およびｄ０は、エピ層２０の活性領域８における、第１導電型および第２導電型の垂直ピラー間の距離をそれぞれ表す。特定の実施形態では、ａ０、ｂ０、ｆ０、およびｄ０はそれぞれ個々に約２μｍから約１０μｍの範囲であり得る。さらに、特定の実施形態では、（ａｎ−ｅｎ）は（ａｎ−１−ｅｎ−１）以下であり、（ｂｎ−ｅｎ）は（ｂｎ−１−ｅｎ−１）以下である。さらに、図示のように、ｅ０はゼロであり、これは活性領域８内の垂直電荷バランスピラー５０と５２との間に実質的な重なりがないことを意味する。さらに、特定の実施形態では、ｅｎはｅｎ＋１以下であり、その結果、図１に示すように、補償領域６８（例えば、補償領域６８Ａ、６８Ｂ、６８Ｃ、６８Ｄ、６８Ｅ）の幅７２（例えば、幅７２Ａ、７２Ｂ、７２Ｃ、７２Ｄ、７２Ｅ）は、境界７からの距離が増すにつれて増大する。
【００４１】
ドーピングに関しては、言及したように、特定の実施形態では、図５Ｂおよび図５Ｃの第１および第２の注入ステップの注入量は、実質的に同様であってもよい。例えば、特定の実施形態では、図５Ｂに示されるような、第１の注入ステップにおける第１導電型のドーパントの注入量は、図５Ｃに示すような、第２の注入ステップにおける第２導電型のドーパントの注入量の約２０％以内である。特定の実施形態では、第１の注入ステップの注入量は、第２の注入ステップの注入量と実質的に同じであってもよい。したがって、特定の実施形態において、第１導電型の垂直ピラーのドーピング濃度と第２導電型の垂直ピラーのドーピング濃度との比は、０．８〜１．２であってもよい。したがって、特定の実施形態では、補償領域６８内のドーパント濃度は、エピ層２０のエピタキシャルドーピング（例えば、±２０％、±１５％、±１０％、±５％）にほぼ等しくてもよい。ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の特定の実施形態では、活性領域８内におけるドーパント濃度と第１導電型の垂直電荷バランスピラー５０の幅６４（すなわちａ０）との乗算積は、約２×１０−１３ｃｍ−２未満である。同様に、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の特定の実施形態では、活性領域８内におけるドーパント濃度と第２導電型の垂直電荷バランスピラー５２の幅６６（すなわちｂ０）との乗算積は、約２×１０−１３ｃｍ−２未満である。
【００４２】
例示的な製造を続けて、初期エピ層２０上に次のエピ層（例えば、図１のエピ層１８）が形成され得るとともに、新しい層に対して５Ｂおよび５Ｃのマスキングおよび注入ステップが繰り返される。当然のことながら、これらの成長および注入ステップを複数回（例えば、２回、３回、４回、５回またはそれ以上）繰り返して、図１に示すＳｉＣ−ＳＪ構造１０のより大きな多層の実施形態を形成することができる。例えば、開示された技術を用いることにより、単一の埋め込み（下部）エピ層を有するＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態は６００ボルト（Ｖ）〜１７００Ｖの間の定格とすることができ、２つの埋め込み（下部）エピ層を有するＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態は１．５キロボルト（ｋＶ）〜３ｋＶの間の定格とすることができ、３つの埋め込み（下部）エピ層を有するＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態は２ｋＶ〜５ｋＶの間の定格とすることができ、４つの埋め込み（下部）エピ層を有するＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の実施形態は３ｋＶ〜１０ｋＶの間の定格とすることができる。図５Ａ〜図５Ｄの成長および注入ステップを所望の回数だけ繰り返した後、図５Ｅに示すように、トップエピ層１４を形成するとともに所望のデバイス特徴部（例えば、ウェル領域２４、ソース領域２６、ＪＴＥ７６）をデバイス層１４に注入してＳｉＣ−ＳＪデバイス１０を形成してもよい。
【００４３】
図６Ａおよび図６Ｂは、図１のＳｉＣ−ＳＪデバイスにおける電界分布モデルを示すグラフ１７０および１７２であり、デバイス層１４にジャンクション終端拡張（ＪＴＥ）７６がない場合とある場合とをそれぞれ示す。一般に、図６Ａの電界分布は、ＪＴＥが存在しなくても、デバイスの大部分にわたって比較的均一に低い電界分布（例えば、１平方センチメートル当たり約２×１０６ボルト（Ｖ／ｃｍ２）未満）を実証する。さらに、ＳｉＣ−ＳＪデバイス１０のデバイス層１４内にＪＴＥを追加すると、図６に示すように、デバイス全体にわたって一様に低い電界分布（例えば、１平方センチメートル当たり約２×１０６ボルト（Ｖ／ｃｍ２未満））が観察される。
【００４４】
図７および図８は、図１に示すＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の下部（埋め込み）エピ層（例えば、エピ層１６、１８、または２０）の終端領域６の一部の部分上面図１７０および１７２であり、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、第１および第２のマスクによって露出され、第１および第２の注入ステップ中に注入されたエピ層２０の部分を示す。具体的には、領域１４２は一般に、第１のマスク１４０によって露出され（すなわち覆われずまたは遮蔽されず）、第１導電型のドーパントを用いて第１の注入ステップ１４４で注入されるエピ層１２０の部分に対応し、一方で、陰影領域１５２は一般に、第２のマスク１５０によって露出され（すなわち覆われずまたは遮蔽されず）、第２導電型のドーパントを用いて第２の注入ステップ１５４で注入されるエピ層１２０の部分に対応する。
【００４５】
したがって、図７および図８において、領域１７４は、重複領域（すなわち、第１および第２の注入ステップの両方の間に露出されるエピ層１２０の領域）を表し、その結果、図１の断面図で示される補償領域６８が形成される。領域１７６は、第１の注入ステップまたは第２の注入ステップ中に露光または注入されず、一般にエピ層１２０のドーピング濃度を維持し、図１の断面図における垂直ピラー５４および５６の間にエピドープ領域７０（例えば、エピドープ領域７０Ａ、７０Ｂ）を形成するエピ層１２０の領域を表す。図示のように、図１の断面図における補償領域６８の幅７２に対応する、部分１４２と１５２との間の重なり１７４の幅１７８（例えば、幅１７８Ａ、１７８Ｂ）は、一般的に、境界７からの距離が増加するほど大きい。さらに、図１の断面図において垂直ピラー５４および５６の間のエピドープ領域６８に対応し、第１の注入プロセスまたは第２の注入プロセスにさらされないエピ層１２０の領域１７６の幅１８０（例えば、幅１８０Ａ、１８０Ｂ）は、一般的に、境界７からの距離が増加するほど大きい。
【００４６】
より具体的には、図７は、図１の断面図に示す垂直ピラー５４および垂直ピラー５６ならびに補償領域６８が、図７のエピ層１２０の上面図における連続的に注入されたストライプを用いて実施されたＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の一実施形態のエピ層２０を表す。対照的に、図８は、図１の断面図に示す垂直ピラー５４および垂直ピラー５６ならびに補償領域６８が、図８のエピ層１２０の上面図において任意の形状の離散注入領域として実施されたＳｉＣ−ＳＪデバイス１０の一実施形態のエピ層１２０を表す。図８に示すように、特定の実施形態では、これらの注入領域間に意図的な不整合があり、ピラーと補償領域のサイズが所望のサイズになり、適切なエッジ終端が可能になる。さらに、他の実施形態では、これらの離散領域は、本開示に従って、幾何学的形状（例えば、正方形、円形、三角形、長方形など）または不規則な形状を含む他の形状を有し得ることが理解されるだろう。
【００４７】
本発明の技術的効果には、デバイス資格に近いブロッキング電圧を提供し、オン状態抵抗を実質的に増加させず、最小数の工程を用いて製造することができるＳＪデバイス用のエッジ終端設計が含まれる。開示されたエッジ終端技術は、工程数を制限しつつ、エピ層ごとに２つの高エネルギー注入ステップのみを使用してＳＪ構造の各エピ層における活性領域と終端領域との同時注入を可能にする。さらに、開示された終端設計は、プロセス／技術の最小特徴幅を用いて、活性領域における垂直変化バランスピラーを画定することができ、終端領域の垂直ピラーがこの最小特徴幅未満の幅を有し得るＳＪデバイスの製造を可能にし、その結果、より小さいデバイスピッチサイズおよびより高いデバイスセル密度がもたらされる。
【００４８】
本明細書は、最良の形態を含む本発明を開示するため、および任意の当業者が本発明を実施することを可能にするために実施例を使用しており、これには、任意のデバイスまたはシステムを製造および使用すること、ならびに任意の組み込まれた方法を実施することが含まれる。本発明の特許性のある範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者が思い付く他の例を含み得る。そのような他の例は、それらが請求項の文字通りの言語と異ならない構造要素を有する場合、またはそれらが請求項の文字通りの言語とは実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、請求項の範囲内にあることが意図される。
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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