JP2002203955A

JP2002203955A - 半導体装置

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Publication number: JP2002203955A
Application number: JP2000402338A
Authority: JP
Inventors: Shinji Fujimoto; 愼治藤本; Yoshiya Asakura; 嘉哉浅倉
Original assignee: Nihon Inter Electronics Corp
Current assignee: Nihon Inter Electronics Corp
Priority date: 2000-12-28
Filing date: 2000-12-28
Publication date: 2002-07-19
Anticipated expiration: 2020-12-28
Also published as: JP4782923B2

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】耐圧維持構造として用いられるガードリング構
造を備えた半導体装置において、ガードリング表面の不
純物濃度を低下させることにより、ガードリングの酸化
膜２３直下及びコンタクト開口端部に発生する正孔電流
の局所集中を和らげ、高アバランシェ耐量なガードリン
グを得る。【解決手段】例えばショットキーバリアダイオード（Ｓ
ＢＤ）１のエピタキシャル層２１に、開口パターンを用
いてＰ型不純物としてボロンイオンを注入することによ
りＰ層２２ａを形成させ、さらに同一の開口パターンを
用いてリンイオンを注入することにより、Ｐ層２２ａの
表面部分にＰ層２２ａよりも不純物濃度が低濃度である
Ｐ^-層２２ｂを形成させることにより、Ｐ層２２ａ及び
Ｐ^-層２２ｂの二層からなるガードリング２２を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、耐圧維持構造とし
て用いられるガードリング構造を備えた半導体装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般に耐圧維持構造としてガードリング
構造が知られている。例えば、周知のようにショットキ
ーバリアダイオード（以下、ＳＢＤ）は、金属層と半導
体層間のショットキー接合の整流作用を利用したダイオ
ードである。ＳＢＤはＰＮ接合のダイオードと比較して
電位障壁が低く順方向電圧降下が少ないという利点を有
する反面、耐圧が低く逆方向特性が悪いという欠点があ
るため、従来から逆方向電圧に対する耐性を高めるため
にガードリングを設けた構造のＳＢＤが用いられてい
る。例えば図８に示すＳＢＤ１のように、Ｎ⁺型のシリ
コン基板２上にエピタキシャル成長により形成したＮ^-
層３にＰ型のガードリング４を形成し、前記Ｎ^-層３と
前記ガードリング４間のＰＮ接合により形成される空乏
層５により耐圧の低下を防ぐことができる。ところで、
順バイアス増大時の前記ＳＢＤ１において、ＳＢＤ１を
流れる電流成分は、主要部のＳＢＤ１領域から流れる電
流成分Ｊ_SBD以外にＮ^-層３とガードリング４とのＰＮ接
合からの電流成分Ｊ_PNが流れるが、このＪ_PNの大きさが
ガードリング４内のＰ型不純物濃度の総量に大きく依存
する。そこで、Ｊ_PNの寄与度を下げるために、図９に示
すように、Ｐ層６ａで形成されたガードリング６に逆導
電型のＮ⁺型不純物を導入してＮ⁺層６ｂを設けた構造の
ガードリング６が知られている。これにより、ガードリ
ング６内の実質上の不純物濃度の総量を下げることがで
きる。しかし、上記ガードリング６を用いた場合、以下
のような問題が生じる。図１０に示すように、逆バイア
ス時Ｎ^-層３内に存在する正孔７…は、矢印Ａに示すよ
うな経路でアノード電極に引き付けられて吸収される
が、引き付けられた正孔７…の一部はＮ⁺層６ｂ直下の
Ｐ層６ａを通過する。このとき、Ｐ層６ａの抵抗
（Ｒ_B）と正孔電流（Ｉ_h）の関係がＩ_h×Ｒ_B≧０．６
（Ｖ）を満たすとｎｐｎ型の寄生トランジスタ８を活性
化させてしまう場合があり、この結果、逆回復時の電流
がこの部分に集中してデバイスを破壊させてしまう可能
性があった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述した図
８に示すＳＢＤ１においても、強い逆バイアスモードに
あるとき、以下のような問題が生じる。ガードリング４
を形成するＰ型領域とＮ ^-層３とのＰＮ接合により、ガ
ードリング４からＮ^-層３側に延びる空乏層４が、ガー
ドリング外方コーナー部９、９の曲率の影響を受け、Ｂ
−Ｂ’ラインで示す部分で十分に延び切らず、この部分
の空乏層５の幅が狭くなる。この結果ガードリング外方
コーナー部９、９における電界強度Ｅが非常に高くな
り、強い電界の影響を受けてガードリング外方コーナー
部９、９にキャリア発生Ｇが局所集中する。なお、この
キャリア発生Ｇは、式（１）により求められるものとす
る。

【数１】ここで、Ｊｎは、電子電流、Ｊｐは正孔電流、αｎ及び
αｐは電離係数、ｑは電荷素量とする。そして、上述の
ように、ガードリング外方コーナー部９、９に局所的に
発生したキャリア対のうち、電子１０…はカソード電極
に引かれ吸収されるが、図１１に示すようにアノード電
極に引きつけられる正孔７…は、ガードリング４の不純
物濃度分布がその表面に近いほど高濃度分布であるため
正孔電流Ｊｐが酸化膜下でより表面側に引きつけられ、
その経路が、矢印Ｃ…に示すように酸化膜１１直下を通
過してコンタクト開口端１２に達する。そのために、酸
化膜１１直下位置での正孔電流Ｊｐが局所集中し、該正
孔電流Ｊｐの密度が膨大な値に達するため、デバイスを
破壊させる可能性があった。

【０００４】以上のような現象に対する対策として、ガ
ードリング４内の不純物総量を絶対的に下げる方法が、
ガウスの法則から導き出された式（２）により提案され
た。

【数２】ここで、Ｅは電界強度、Ａは面積、εは誘電率、ρは抵
抗率、Ｖは電圧、ｑは電荷素量とする。上記数式によれ
ば、電界の強度Ｅが不純物総量Ｑあるいは導入ドース量
に比例していることが明らかであり、不純物濃度を下げ
ることによりその電界強度Ｅを低下させ、上述した問題
を解決することができる。

【０００５】以上のことを、実際のデバイスに適用する
ために、先ず、Ｐ型のガードリング４形成のための不純
物導入方法を拡散法により行っていた点に着眼し、不純
物導入方法を不純物の濃度分布を制御しやすいイオン注
入法（不純物源はいずれもボロン）で代用する。これ
は、拡散法による場合、通常不純物濃度の制御範囲は表
面濃度ＣｓがＣｓ≧１０¹⁸（１／ｃｍ^-3）オーダーが限
界であるためである。図１２〜図１５に示すように、ガ
ードリング４の表面濃度を変化させて、シミュレーショ
ンした結果、電界Ｅｍａｘ及びキャリア発生Ｇ及び正孔
電流Ｊｐの値がガードリングの不純物濃度に比例してい
ることが分かり、ガードリング４の表面濃度Ｃｓを下げ
ることは、ガードリング外方コーナー部９における電界
Ｅｍａｘ及びキャリア対の発生Ｇを抑える上で、また、
コンタクト開口端１２、及び酸化膜１１直下部での正孔
電流Ｊｐの密度を下げる上でも相当の効果があることが
分かった。

【０００６】しかしながら、以上の対策方法を適用した
ガードリング構造においてもなお以下のような問題があ
る。

【０００７】先ず、キャリア対発生Ｇは抑えられたもの
の、その発生点であるガードリング外方コーナー部９か
らアノード電極に吸収されるまでの経路Ｃが本質的に変
わっておらず、正の電荷を有する正孔７…が酸化膜１１
直下にアノード電極の強い負の電位に引き付けられてい
ることや、低抵抗であるために不純物が最も高濃度に分
布されたより表面に近い部分を、正孔電流Ｊｐが通過す
る問題が解決されていない。

【０００８】次に、シミュレーション時に表面濃度を低
濃度（５．００×１０¹⁶ｃｍ^-3）として想定することに
支障はないが、実際のプロセスでは問題となり、プロセ
スの複雑さ、製品のコストの増大、プロセスのばらつき
等の製品の不安定要因などの問題を引き起こす可能性が
高い。例えばイオン注入では、ある一定のガードリング
深さを得るために不純物の濃度が低濃度であるほどより
長い熱処理時間を要する。また、イオン注入とは言え、
装置固有の、あるいはその方式そのもののコントロール
性からくる５×１０¹⁶（１／ｃｍ³）オーダーの制御は
得策ではなく、少なくともその表面濃度Ｃｓを１×１０
¹⁷（１／ｃｍ³）以上とすることが望ましい。さらに、
ガードリング３におけるオーミックコンタクト性を考慮
すると、ガードリング表面の不純物濃度Ｃｓは最低でも
Ｃｓ＝１×１０¹⁷（１／ｃｍ³）以上確保する必要があ
る。

【０００９】ところで、Ｐ型不純物としてボロンイオン
が注入された後、Ｏ₂雰囲気（wet）下での熱処理工程を
追加する際、ボロンイオンの半導体基板と酸化膜の界面
での偏析係数の差から、一般的にボロンイオンは表面側
で吸い出し効果を伴うことにより濃度が低下する。これ
を積極的に利用すると、ガードリング表面の不純物濃度
を下げることができるが、この方法を用いても、再現性
等のプロセスのばらつきが生じるなどの問題を引き起こ
し、安定性の面から推奨できない。

【００１０】本発明の課題は、耐圧維持構造として用い
られるガードリング構造において、ガードリング表面の
不純物濃度を低下させることにより、ガードリングの酸
化膜直下及びコンタクト開口端部に発生する正孔電流の
局所集中を和らげ、高アバランシェ耐量なガードリング
を得ることを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、例えば図１に示すように、
耐圧維持構造として、第一導電型半導体層（Ｎ^-層２
１）に第一導電型の反導電型である第二導電型のガード
リング２２を備える半導体装置において、第一導電型半
導体層に開口パターンを用いて第二導電型不純物をイオ
ン注入して熱処理することにより、第二導電型のガード
リングを形成するとともに、前記開口パターンを用いて
第一導電形半導体層に形成されたガードリングに前記第
二導電型不純物よりも低濃度の第一導電型不純物をイオ
ン注入して熱処理を行なうことにより、前記ガードリン
グ表面の第二導電型不純物濃度から第一導電型不純物濃
度を差し引いた実質的な第二導電型不純物濃度を低下さ
せたことを特徴とする。

【００１２】請求項１記載の発明によれば、ガードリン
グにおいて、その表面の濃度が第二導電型不純物濃度の
みのガードリングを用いた場合の表面濃度から、第一導
電型不純物濃度を差し引いた濃度となるために、ガード
リング表面の不純物濃度を下げることができるので、ガ
ードリングの表面に引き付けられて局所的に発生してい
た正孔電流の密度を低下させることができる。また、第
一導電型不純物は、第二導電型不純物が注入された開口
パターンと同様の開口パターンから、第二導電型不純物
導入直後に注入されるので、本発明であるガードリング
を有する半導体装置は、複雑なプロセスを追加すること
なく、且つ安定な製造プロセスにおいて製造することが
できる。

【００１３】請求項２記載の発明は、請求項１記載の半
導体装置において、前記ガードリング表面の第二導電型
不純物濃度から第一導電型不純物濃度を差し引いた実質
的な第二導電型不純物濃度を１×１０¹⁷（1／ｃｍ³）以
上１×１０¹⁸（1／ｃｍ³）以下の範囲としたことを特徴
とする。

【００１４】請求項２記載の発明によれば、ガードリン
グの表面の不純物濃度を下げる際に、製造プロセスにお
いて不純物濃度が前記範囲内であれば、プロセスの複雑
化、製造コストの増大、プロセスのばらつき等を伴うこ
となく、安定したプロセスで上記ガードリングを得るこ
とができ、さらに、オーミックコンタクト性といった従
来のデバイスの特性を損なわないガードリングを実現す
ることができる。

【００１５】請求項３記載の発明は、請求項１または２
記載の半導体装置において、例えば図２に示すように、
第二導電型不純物濃度から第一導電型不純物濃度を差し
引いた実質的な第二導電型不純物の深さ方向濃度分布の
ピーク位置Ｒｐ２が、第一導電型不純物を導入する前の
第二導電型不純物の深さ方向濃度分布のピーク位置Ｒｐ
１よりも深い位置にあることを特徴とする。

【００１６】請求項３記載の発明によれば、強い逆バイ
アス時に、上述したようにガードリング外方コーナー部
の曲率の影響をうけてこの部分に局所集中していた電界
及びキャリア発生Ｇにより生じた正孔が、酸化膜直下に
負電位のアノード電極に引き付けられて集められアノー
ド電極に至り吸収される経路を、ガードリング領域内の
不純物濃度分布のピーク位置がガードリングの表面位置
からより深い位置に移動したことにより酸化膜直下であ
るガードリング表面位置からより深いシリコンバルク中
にシフトさせることが可能なため、ガードリング表面位
置における正孔電流の密度を分散させて緩和させること
ができる。この結果、ガードリング領域でのデバイスの
局所的アバランシェ破壊を避けることができ、また、よ
り広いデバイス領域でアバランシェエネルギーを負担す
ることができるので、従来技術の特性を損ねることな
く、高アバランシェ耐量のデバイスを得ることができ
る。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しながら本発明
の実施の形態について説明する。

【００１８】図１に示すように、本発明の一例であるＳ
ＢＤ１は、Ｎ⁺層２０、Ｎ^-層２１（第一導電型半導体
層）、ガードリング２２、酸化膜２３、電極メタル２
４、２４’からなる。

【００１９】Ｎ⁺層２０はシリコンの半導体基板であ
り、不純物としてリン、ヒ素あるいはアンチモン等を含
有するＮ⁺型の半導体基板である。

【００２０】Ｎ^-層２１は、エピタキシャル成長により
形成したシリコン層であり、シリコン基板と同様の不純
物を含有するＮ^-型半導体である。

【００２１】ガードリング２２はＮ^-層２１の表面にイ
オン注入法により例えばボロンイオンを注入し、拡散し
て形成されたＰ⁺層２２ａと、同一の開口パターンより
さらにリンイオンをイオン注入法により注入し拡散させ
て得た不純物濃度の低いＰ^-層２２ｂの二層からなり、
このガードリング２２の深さをＸで表す。また、後述す
るように前記ガードリング２２は、本発明において、特
徴的な濃度分布を示す。

【００２２】酸化膜２３はシリコン酸化膜からなり、ガ
ードリング２２の外側を覆うように形成され、絶縁膜及
び保護膜となる。

【００２３】電極メタル２４はアノード側、電極メタル
２４’はカソード側の電極であり、該電極メタル２４と
前記エピタキシャル層２間においてショットキー接合が
形成される。

【００２４】上記構成のＳＢＤ１のガードリング２２の
不純物濃度について以下に示す。上述したように、ガー
ドリング２２は本発明において特有な不純物濃度分布を
有し、その不純物濃度分布は概ね図２に示すような曲線
Ｄで示される。図２において、横軸はガードリング２２
の表面を原点とする深さ方向の距離Ｘを示しており、従
って、左からガードリング２２、Ｎ^-層２１、Ｎ⁺層２０
を示す。そして、縦軸は不純物濃度Ｎ（Ｘ）（Ｃｓ（１
／ｃｍ³））を示している。また、この不純物濃度分布
図にはボロンイオンのみで形成されたガードリング及び
リンイオンのみで形成されたガードリングの不純物濃度
分布について比較のため示してある。曲線Ｄは、本発明
であるボロンイオン注入により形成されたＰ層２２ａに
リンイオンを注入して低濃度不純物領域Ｐ^-層２２ｂを
有するガードリング２２の不純物濃度変化を、曲線Ｅは
ボロンイオンのみで形成されたガードリングの不純物濃
度変化を、曲線Ｆはリンイオンのみで形成されたガード
リングの不純物濃度変化を示している。また、ボロンイ
オンのみで形成されたガードリングの不純物濃度分布の
ピーク位置をＲｐ１、上述したようにリンイオンを注入
したＰ^-層２２ｂを有するガードリング２２の不純物濃
度分布のピーク位置をＲｐ２とする。この図から明らか
なように、ピーク位置Ｒｐ１と比較してピーク位置Ｒｐ
２がガードリング深さＸのより深い位置に遷移している
とともに、ボロンイオンのみで形成されたガードリング
と比較して、前記Ｐ^-層２２ｂを有するガードリング２
２の表面における不純物濃度の方が低いことが分かる。
これは、ガードリング２２の実質上の不純物濃度が、ボ
ロンイオン濃度から導入されたリンイオン濃度を差し引
いたものであるためである。

【００２５】上述したような不純物濃度分布を持つガー
ドリング構造を得ることにより、従来、ボロンイオンの
みの分布Ｅからも示すように、ガードリング内の不純物
濃度のピーク位置Ｒｐ１がガードリングのほぼ表面位置
であったために、逆バイアス時の正孔が酸化膜直下に集
まりコンタクト開口端２５に局所集中していたのに対し
て、不純物濃度が最も高いピーク位置Ｒｐ２が表面より
深いシリコンバルク中に遷移させたことにより、正孔の
通る経路を矯正させ分散させることができる。即ち、ガ
ードリング外方コーナー部２６に発生するキャリア対の
内の正孔の移動経路を図中の矢印で示す経路Ｃから経路
Ｇ…に変更させ、その結果正孔電流の密度を緩和させる
ことができる。実際には、リンイオン注入後のガードリ
ングの表面の不純物濃度が、１×１０ ¹⁷（１／ｃｍ³）
以上１×１０¹⁸（１／ｃｍ³）以下になるように条件を
設定して不純物を注入する。このときの不純物濃度分布
は、例えば図３、図４に示すような濃度分布であり、図
３の縦軸は不純物濃度Ｎ（Ｘ）（Ｃｓ（１／ｃｍ³））
を示し、横軸はガードリング深さＸを示す。これは、上
記濃度範囲が、上述したように、イオン注入法によりＰ
層２２ａとＰ^-層２２ｂからなるガードリング２２を得
る際の製造プロセスの複雑さ及び再現性等のプロセスの
安定性、さらには製造プロセスのコストの増大等の問題
を引き起こすことなく、また、オーミックコンタクト性
などの従来のデバイスの特性を損なうことなく、目的の
不純物濃度分布を持つガードリングを得るための最低限
必要な濃度であることによる。なお、図３及び図４に示
すボロンイオンとリンイオンを含むガードリング２２の
不純物濃度分布グラフ及び表は、ボロンイオン濃度から
リンイオン濃度を差し引いて得られた、実際にシリコン
バルク中に取り込まれた不純物濃度の補償濃度で示す。

【００２６】

【実施例】以下に、本発明の一具体例として、半導体装
置の一例である耐圧（逆電圧）１００ＶのＳＢＤの製造
方法について述べる。また、図示される各層の厚さは相
対的に正確ではなく、説明の都合上便宜的に示したもの
である。

【００２７】先ず、図５（ａ）に示すように、Ｎ⁺層２
０（厚さ４４０μｍ、不純物濃度１０¹⁸〜１０¹⁹ｃ
ｍ^-3）上にエピタキシャル成長によりエピタキシャル層
２１（厚さ１２μｍ、不純物濃度１．７×１０¹⁵〜２．
０×１０¹⁵ｃｍ^-3）を形成した前記シリコン基板の両面
に、温度１０００℃、Ｏ₂雰囲気（wet）下で約１〜１．
５時間熱処理を行い、約０．５μｍの酸化膜（Ｓｉ
Ｏ₂）２３を形成する。

【００２８】次いで、図５（ｂ）に示すように、酸化膜
２３上にフォトレジスト膜（図示略）を形成し、前記シ
リコン基板表面のガードリング２２形成位置に開口を形
成するように露光及び現像する。次いで、フォトレジス
ト膜で被われていないガードリング２２形成部分の酸化
膜２３をエッチングにより除去し、フォトレジスト膜を
洗浄除去し、ガードリング２２形成位置を後述するボロ
ンイオン注入用に開口を行う。

【００２９】次に、開口部２７、２７からボロンイオン
を例えば４．０×１０¹³／１５０ｋｅｖで注入後、温度
１１５０℃で１３５分間熱処理を行い、Ｐ層２２ａを形
成する。続いて、同一の前記開口部２７、２７からリン
イオンを例えば５．０×１０¹²／７０ｋｅｖ注入後、温
度１０４０℃で１２０分間熱処理を行い、Ｐ層２２ａの
表面に不純物低濃度のＰ^-層２２ｂを形成する。ここ
で、上記方法により注入されたボロンイオン濃度及びリ
ンイオン濃度は、上述したように、完成時のガードリン
グ２２の表面濃度Ｃｓが、１．０×１０¹⁷（1／ｃｍ³）
≦Ｃｓ≦１．０×１０¹⁸（1／ｃｍ³）の範囲内であると
ともに、完成時の不純物濃度のピーク濃度であるＲｐ２
と、同様の条件におけるボロンイオンのみで形成された
Ｐ型層のピーク濃度であるＲｐ1との関係がＲｐ1＜Ｒｐ
２となるように条件を設定して決定されたものである。
また、リンイオン注入後の前記熱処理の内の３０分間
は、後述するＮ⁺ストッパ部２８、２８形成時のリンブ
ロック膜として、前記エピタキシャル層２１の表面に酸
化膜２３を形成するための熱処理であり、図（ｃ）に示
すように、酸化膜２３及びボロンイオン及びリンイオン
注入用の開口パターン２７、２７に沿って新たに約０．
３１μｍの酸化膜２３’を形成する。

【００３０】次いで、図５（ｄ）に示すように、前記シ
リコン基板の裏面の酸化膜２３及び、表面のＮ⁺⁺ストッ
パ部２８、２８を設ける位置に、選択的にパターニング
（フォトリソグラフィ工程＋エッチング工程）を行い開
口を形成する。そして、前記シリコン基板の裏面と表面
両端部の開口部に、例えば温度９５０℃で約３０分間プ
レデポジション工程を行い半導体中に不純物を導入し、
温度１０００℃で約３０分間ドライブイン工程を行うこ
とにより導入された不純物を活性化及び熱拡散させ、シ
リコン基板の裏面側と表面側の両端部にＮ⁺⁺ストッパ部
２８、２８、Ｎ ⁺⁺領域２９を形成する。

【００３１】続いて、コンタクト開口部２５を形成する
ために選択的にパターニングを行い、このコンタクト開
口部２５及びシリコン基板裏面に金属層３０、３０を形
成する。そして、該金属層３０、３０の上下面に電極を
設け、本発明特有の不純物濃度分布を有するガードリン
グ２２を持つＳＢＤ１を得る。以上のことから、これら
一連の電極形成工程は従来技術の工程とほぼ同様のもの
であり、本発明であるガードリング２２の不純物濃度分
布が、製造的に安定で、且つ、複雑なプロセスの追加を
不要とし、さらにガードリング２２の不純物濃度分布の
制御性にすぐれた方法により得ることができる。

【００３２】以上本発明の実施の形態についてＳＢＤを
用いて説明したが、本発明はＳＢＤに備えられるガード
リングに限定されるものではなく、高速ダイオード（以
下ＦＲＤ）等のダイオードや、高耐圧のＭＯＳＦＥＴや
電導度変調型ＭＯＳＦＥＴ（絶縁ゲート型バイポーラト
ランジスタ、以下ＩＧＢＴ）などのインバータ、電源装
置等の各種回路の電力用スイッチング素子として広く用
いられているトランジスタ等に用いるガードリング構造
においても、同様に適用可能であることは言うまでもな
い。

【００３３】例えば、ＦＲＤは、図６に示すように半導
体基板であるＮ⁺層４０と、その表面にエピタキシャル
成長して形成されたＮ^-層４１と、アノード部となるＰ
型領域Ｐ２層と、ガードリング４２と、酸化膜４３と、
電極メタル４４、４４とから構成されている。前記ＦＲ
Ｄに設けられたガードリング４２は、ボロンイオンを注
入したＰ１層４２ａと、リンイオンを注入した不純物濃
度の低いＰ^-層４２ｂの二層から形成され、実施の形態
例と同様の効果を奏する。

【００３４】また、図７に示すように、ＭＯＳＦＥＴ
は、Ｎ⁺層５０、Ｎ^-層５１、ガードリング５２、酸化膜
５３、Ｎ⁺⁺層５４、電極メタル５５…とから概略構成さ
れドレイン、ソース、ゲートの三つの電極を有する。ま
た、ＩＧＢＴは、前記ＭＯＳＦＥＴの構造においてコレ
クタ側（ドレイン側）のＮ⁺⁺層５４をＰ⁺層に変更しＰ
Ｎ接合を一つ追加した構造であり、コレクタ、エミッ
タ、ゲートの三つの電極を有する。前記ＭＯＳＦＥＴ及
びＩＧＢＴに設けられたガードリング５２は、ボロンイ
オンを注入したＰ層５２ａと、リンイオンを注入した不
純物濃度の低いＰ^-層５２ｂの二層から形成され、実施
の形態例と同様の効果を奏する。

【００３５】なお、ガードリングの不純物低濃度領域で
あるＰ^-層は、リンイオンを注入して形成させたが、リ
ンイオンに限らず、Ｎ型不純物として知られるヒ素ある
いはアンチモン等を用いてもよい。また、Ｎ型半導体基
板を用いた半導体装置について説明したが、本発明はこ
れに限定されるものではなく、逆導電型であるＰ型半導
体基板を用いた半導体装置にも適用することができる。
この場合、ガードリングはリンイオン等のＮ型不純物を
注入して形成し、本発明であるガードリングを実現する
ためにＮ型不純物低濃度領域としてボロンイオン等のＰ
型不純物を注入して形成する。

【００３６】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ガードリ
ングにおいて、その表面の濃度が第二導電型不純物濃度
のみのガードリングを用いた場合の表面濃度から、第一
導電型不純物濃度を差し引いた濃度となるために、ガー
ドリング表面の不純物濃度を下げることができるので、
ガードリングの表面に引き付けられて局所的に発生して
いた正孔電流の密度を低下させることができる。また、
第一導電型不純物は、第二導電型不純物が注入された開
口パターンと同様の開口パターンから、第二導電型不純
物導入直後に注入されるので、本発明であるガードリン
グを有する半導体装置は、複雑なプロセスを追加するこ
となく、且つ安定な製造プロセスにおいて製造すること
ができる。

【００３７】請求項２記載の発明によれば、ガードリン
グの表面の不純物濃度を下げる際に、製造プロセスにお
いて不純物濃度が前記範囲内であれば、プロセスの複雑
化、製造コストの増大、プロセスのばらつき等を伴うこ
となく、安定したプロセスで上記ガードリングを得るこ
とができ、さらに、オーミックコンタクト性といった従
来のデバイスの特性を損なわないガードリングを実現す
ることができる。

【００３８】請求項３記載の発明によれば、強い逆バイ
アス時に、上述したようにガードリング外方コーナー部
の曲率の影響をうけてこの部分に局所集中していた電界
及びキャリア発生Ｇにより生じた正孔が、酸化膜直下に
負電位のアノード電極に引き付けられて集められアノー
ド電極に至り吸収される経路を、ガードリング領域内の
不純物濃度分布のピーク位置がガードリングの表面位置
からより深い位置に移動したことにより酸化膜直下であ
るガードリング表面位置からより深いシリコンバルク中
にシフトさせることが可能なため、ガードリング表面位
置における正孔電流の密度を分散させて緩和させること
ができる。この結果、ガードリング領域でのデバイスの
局所的アバランシェ破壊を避けることができ、また、よ
り広いデバイス領域でアバランシェエネルギーを負担す
ることができるので、従来技術の特性を損ねることな
く、高アバランシェ耐量のデバイスを得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のガードリングを有する半導体装置の一
例であるＳＢＤの構成を示す縦断面図である。

【図２】上記ＳＢＤのガードリングの縦断面に沿った不
純物濃度分布を示す図である。

【図３】上記不純物濃度分布のうちガードリングの不純
物濃度分布を示す図である。

【図４】図３に示す不純物濃度の各側定点の測定値を示
す表図である。

【図５】上記ＳＢＤの製造方法を示す縦断面図である。

【図６】本発明のガードリングを有する半導体装置の他
の例であるＦＲＤの構成を示す縦断面図である。

【図７】本発明のガードリングを有する半導体装置の他
の例であるＭＯＳＦＥＴ及びＩＧＢＴの構成を示す縦断
面図である。

【図８】従来の一例であるガードリング構造を有するＳ
ＢＤの構成を示す縦断面図である。

【図９】従来の他の例であるガードリングを有するＳＢ
Ｄの構成を示す縦断面図である。

【図１０】図９の要部拡大図である。

【図１１】図８の要部拡大図である。

【図１２】図８のＳＢＤにおけるガードリングの表面濃
度に対する正孔電流の変化を示す図である。

【図１３】図８のＳＢＤにおけるガードリングの表面濃
度に対する電界強度の変化を示す図である。

【図１４】図８のＳＢＤにおけるガードリングの表面濃
度に対するキャリア発生Ｇの変化を示す図である。

【図１５】図１２〜図１４に示す各濃度に対する電界強
度、正孔電流、キャリア発生Ｇの測定値を示す表図であ
る。

【符号の説明】２１Ｎ^-層（第一導電型半導体層）２２ガードリングＲｐ１従来のガードリングの不純物濃度分布の
ピーク位置Ｒｐ２本発明であるガードリングの不純物濃度
分布のピーク位置

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】耐圧維持構造として、第一導電型半導体
層に第一導電型の反導電型である第二導電型のガードリ
ングを備える半導体装置において、第一導電型半導体層に開口パターンを用いて第二導電型
不純物をイオン注入して熱処理することにより、第二導
電型のガードリングを形成するとともに、前記開口パターンを用いて第一導電形半導体層に形成さ
れたガードリングに前記第二導電型不純物よりも低濃度
の第一導電型不純物をイオン注入して熱処理を行なうこ
とにより、前記ガードリング表面の第二導電型不純物濃度から第一
導電型不純物濃度を差し引いた実質的な第二導電型不純
物濃度を低下させたことを特徴とする半導体装置。
【請求項２】前記ガードリング表面の第二導電型不純
物濃度から第一導電型不純物濃度を差し引いた実質的な
第二導電型不純物濃度を１×１０¹⁷（1／ｃｍ³）以上１
×１０¹⁸（1／ｃｍ³）以下の範囲としたことを特徴とす
る請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】第二導電型不純物濃度から第一導電型不
純物濃度を差し引いた実質的な第二導電型不純物の深さ
方向濃度分布のピーク位置が、第一導電型不純物を導入
する前の第二導電型不純物の深さ方向濃度分布のピーク
位置よりも深い位置にあることを特徴とする請求項１ま
たは２記載の半導体装置。