JP4696986B2 - スーパージャンクション構造を有する半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スーパージャンクション構造を有する半導体装置とその製造方法に関する。本発明の半導体装置は、高い耐圧と低いオン抵抗（あるいはオン電圧）を持ち、電力を制御するために用いることができる。

半導体装置のオン抵抗は、ドリフト層の電気抵抗に強く依存する。ドリフト層の電気抵抗は、ドリフト層の不純物濃度に依存する。ドリフト層の不純物濃度が高いほど、ドリフト層の電気抵抗は低い。その一方において、ドリフト層の不純物濃度を高くすると、半導体装置の耐圧が低下する。即ち、半導体装置のオン抵抗（あるいはオン電圧）と耐圧の間には、トレードオフの関係が存在し、オン抵抗を下げようとすると耐圧まで低下してしまう。オン抵抗を下げながら耐圧を確保することは難しい。

このトレードオフの関係を打破し、低いオン抵抗と高い耐圧を両立させるために、スーパージャンクション構造が開発されている。スーパージャンクション構造は、ｎ型コラムとｐ型コラムが交互に繰り返し配置されている構造である。ドリフト層がスーパージャンクション構造を備えていると、半導体装置のオフ時には、ｎ型コラムとｐ型コラムの界面から空乏層が広がるために、高い耐圧を確保することができる。空乏層が広がる距離は、不純物濃度に依存する。不純物濃度が高いほど、空乏層が広がる距離は短い。ｎ型コラムとｐ型コラムのピッチを短く設定すれば、不純物濃度を高めても、ｎ型コラムとｐ型コラムを完全空乏化することができる。ドリフト層がスーパージャンクション構造を備えていると、完全空乏化による高い耐圧と、高濃度な不純物による低いオン抵抗を両立させることが可能となる。

スーパージャンクション構造が意図したように機能するためには、ｎ型コラムとｐ型コラムの間でチャージバランスが確保されている必要がある。ここでいうチャージバランスとは、ｐｎ接合界面からｎ型コラムに伸びる空乏層（ｎ型コラムの両サイドから伸びてくる）同士がつながる時に、ｐｎ接合界面からｐ型コラムに伸びる空乏層（やはりｐ型コラムの両サイドから伸びてくる）同士がつながる関係をいう。ｐ型コラムとｎ型コラムの幅が等しければ、ｐ型コラムとｎ型コラムの不純物濃度が等しいときに、チャージバランスが確保される。ｐ型コラムの幅がｎ型コラムの幅の２倍であれば、ｎ型コラムの不純物濃度がｐ型コラムの不純物濃度の２倍であるときに、チャージバランスが確保される。
スーパージャンクション構造が意図したように機能するためには、ｎ型コラムとｐ型コラムの間でチャージバランスが正確に確保されている必要があり、チャージバランスが崩れると特性が急激に低下する。チャージバランスが崩れていると、たとえそのアンバランス量が数パーセントであっても、耐圧が大幅に低下しまう。

そこで、スーパージャンクション構造の利点を活用するためには、チャージバランスが正確に確保されているスーパージャンクション構造を製造しなければならない。しかしながら、チャージバランスが正確に確保されているスーパージャンクション構造を製造することは困難である。
スーパージャンクション構造を製造するいくつかの方法が知られている。１つの方法では、ｎ型の半導体層をエピタキシャル成長し、ｐ型コラム形成領域を選択的にインプラ（カウンタードープ）するサイクルを繰り返す。これによって、ｎ型の半導体層が積層されたｎ型コラムとｐ型の半導体層が積層されたｐ型コラムが交互に繰り返し配置されたスーパージャンクション構造を製造する。あるいは、ｎ型の半導体基板に深いトレンチを形成し、そのトレンチ内にｐ型の半導体領域をエピタキシャル成長する方法も知られている。これによっても、ｎ型コラムとｐ型コラムが交互に繰り返し配置されたスーパージャンクション構造を製造することができる。
いずれに方法によっても、チャージバランスが正確に確保されているスーパージャンクション構造を製造することは困難である。

そこで、特許文献１の技術が開発されている。図１（ａ）は、特許文献１に開示されているスーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴの模式図である。特許文献１のＭＯＳＦＥＴは、ドリフト層１０４内に、ｎ型コラム１０１とｐ型コラム１０２が交互に繰り返し配置されたスーパージャンクション構造を備えている。
図１（ｂ）は、ｎ型コラム１０１とｐ型コラム１０２の、深さ方向の不純物濃度分布を示す図である。図１（ｂ）に示すように、ｎ型コラム１０１の不純物濃度は深さ方向に均一であるのに対し、ｐ型コラム１０２の不純物濃度は、深さ方向に変化する。この場合、浅いほど不純物濃度が高い。
特許文献１のスーパージャンクション構造体によれば、深さ方向の一部でチャージバランスを必ず確保することができる。製造条件にばらつきによって、ｎ型コラム１０１の不純物濃度がばらついても、あるいはｐ型コラム１０２の不純物濃度がばらついても、深さ方向のどこかではチャージバランスを確保することができる。
特開２００４−１１９６１１号公報

しかしながら、従来の技術は、深さ方向のどこかではチャージバランスが確保されるというものであって、その深さから外れた深さではチャージバランスが確保されない。あるいは、チャージバランスが確保される深さが変化してしまうという問題も備えている。
本発明は、上記の問題を解決するものであり、１つの目的は、深さ方向の広い範囲においてチャージバランスが確保されているスーパージャンクション構造を実現することである。本発明の他の一つの目的は、意図した深さでチャージバランスが確保されているスーパージャンクション構造を実現することである。

本発明は、スーパージャンクション構造を有する半導体装置の製造方法に具現化することができる。この製造方法は、ｎ型コラムとｐ型コラムの間でチャージバランスが崩れている暫定スーパージャンクション構造を製造する工程と、暫定スーパージャンクション構造のチャージアンバランス量を特定する工程と、チャージアンバランス量を補償する濃度の不純物をｎ型コラムおよび／またはｐ型コラムに付加する工程を備えている。そして、チャージアンバランス量を特定する工程では、ｎ型コラムとｎ型基層に電圧を印加することによってｎ型コラム内に流れる電流を測定し、その測定した電流からｎ型コラムの不純物濃度を特定し、ｐ型コラムとｎ型基層によって形成されるダイオードに順方向の電圧を印加した際の電圧降下を測定し、その測定した電圧降下からｐ型コラムの不純物濃度を特定し、これら特定されたｎ型コラムの不純物濃度とｐ型コラムの不純物濃度から、ｎ型コラムとｐ型コラムとのチャージアンバランス量を特定する。ただし、暫定スーパージャンクション構造ごとにチャージアンバランス量を測定しないでも、チャージアンバランス量を特定できることがある。例えば、暫定スーパージャンクション構造を製造する製造装置の特性によって、チャージアンバランス量が安定していることがある。その製造装置の特性によって、チャージアンバランス量がゼロの暫定スーパージャンクション構造を安定して製造することはできないものの、一定のチャージアンバランス量を有する暫定スーパージャンクション構造であれば安定して製造することができることがある。この場合は、事前にチャージアンバランス量を特定しておくことができ、暫定スーパージャンクション構造ごとにチャージアンバランス量を特定する必要はない。

上記の製造方法によると、暫定スーパージャンクション構造のチャージアンバランス量を補償することによってスーパージャンクション構造を製造するために、こうして製造されるスーパージャンクション構造のチャージバランスはいつも良好に確保されている。低いオン抵抗（またはオン電圧）と高い耐圧を有する半導体装置を効率的に量産することができる。

付加工程では、ｎ型コラムとｐ型コラムの両者に不純物を注入するようにしてもよい。
例えば、暫定スーパージャンクション構造のｐ型コラムの不純物濃度が過少でｎ型コラムの不純物濃度が過剰であるものとする。この場合、ｎ型コラムとｐ型コラムの両者にｐ型不純物を注入する。すると、不純物が過少のｐ型コラムにｐ型不純物が付加されて過少状態が解消され、ｎ型コラムの過剰なｎ型不純物はｐ型不純物によって相殺されて過剰状態が解消される。ｎ型コラムとｐ型コラムの両者に不純物を注入することによってチャージバランスを確保することができる。
この場合、不純物の注入範囲を制御する必要がなく、注入工程が簡単化される。

上記に代えて、不純物が過少なコラムに対してだけ選択的に不純物を付加してもよい。
この場合、不純物が過少なコラムに局所的に不純物を付加するようにしてもよい。例えば、幅方向の一部に不純物を付加するようにすれば、隣接する反対導電型のコラムの不純物濃度に影響を与えないですむ。あるいは、特定の深さに不純物を付加してもよい。

不純物が過少なコラムに局所的に不純物を付加する場合、不純物を注入してもよい。あるいは、不純物が過少なコラムの一部にトレンチを形成し、そのトレンチ内に周囲の不純物濃度よりも不純物濃度が高い不純物高濃度領域を形成してもよい。この場合、トレンチ内に不純物高濃度領域をエピタキシャル成長させてもよい。

本発明によると、チャージバランスが確保されているスーパージャンクション構造を量産することができ、低いオン抵抗（またはオン電圧）と高い耐圧を有する半導体装置を効率的に量産できるようになる。

（スーパージャンクションの一般構造）
スーパージャンクション構造は、例えば縦型パワーＭＯＳＦＥＴ、横型パワーＭＯＳＦＥＴ、ＳＢＤやＭＰＳダイオード、ＳＩＴ、ＪＦＥＴ、ＩＧＢＴなどに幅広く使用されるものである。本発明の半導体装置の種類は制約されない。スーパージャンクション構造を有する半導体装置一般に有用なものである。
以下では、スーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴを採り上げて例示する。図２は、スーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴの模式的断面の一例である。スーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴは、図２に示すように、ソース電極２と、ｐ型ボディ領域４と、ｐ型ボディコンタクト領域６と、ｎ型ソース領域８と、ゲート電極１０と、ドリフト領域１２と、ｎ型ドレイン領域１４と、ドレイン電極１６を備えている。ゲート電極１０は、絶縁層によって覆われている。
ドリフト領域１２には、スーパージャンクション構造が形成されている。スーパージャンクション構造は、ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４が互に繰り返し配置された構造を備えている。ｎ型ソース領域８の直下にはｎ型コラム２２が配置されており、ｐ型コラム２４はｐ型ボディコンタクト領域６の直下に配置されている。ｎ型コラム２２は、ｎ型基層２６とドレイン領域１４を介して、ドレイン電極１６に接続されている。ｐ型コラム２４は、ｐ型ボディ領域４とｐ型ボディコンタクト領域６を介して、ソース電極２に接続されている。
なお、ｎ型基層２６は必ずしも必要ではないが、ここではｎ型基層２６があるものを一例に挙げて説明する。

ＭＯＳＦＥＴのオフ時には、ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の間に、ソース・ドレイン間電圧が印加される。すると、ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の界面から空乏層が紙面の左右方向に伸びていく。チャージバランスが確保されていると、ｐｎ接合界面からｎ型コラム２２内に伸びる空乏層（ｎ型コラム２２の両サイドから伸びてくる）同士がつながる時に、ｐ型コラム２４内に伸びる空乏層（やはりｐ型コラム２４の両サイドから伸びてくる）同士がつながる。即ち、ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の両者が完全空乏化する。ソース・ドレイン間電圧は、空乏層によって保持される。スーパージャンクション構造の一部が空乏化されない場合、空乏化されない部分に電界が集中しやすい。従って、スーパージャンクション構造では、スーパージャンクション構造の広い範囲が完全空乏化されることが極めて重要である。
以下の条件が満たされたときに、チャージバランスが確保される。チャージバランス条件は以下の式（１）で示される。
Qｈ＝Qｎ−Qｐ＝Ｌｎ・Ｗｎ・Ｄｎ−Ｌｐ・Ｗｐ・Ｄｐ＝０・・・・式（１）
上記において、Ｑｈはチャージアンバランス量であり、Qｎはｎ型コラム２２の不純物量であり、Qｐはｐ型コラム２４の不純物量であり、Ｌｎはｎ型コラム２２の高さであり、Ｗｎはｎ型コラム２２の幅であり、Ｄｎはｎ型コラム２２の不純物濃度であり、Ｌｐはｐ型コラム２４の高さであり、Ｗｐはｐ型コラム２４の幅であり、Ｄｐはｐ型コラム２４の不純物濃度である。本例のスーパージャンクション構造は、紙面と直交する方向には均一であるために、二次元化されている。

以下、実施例を取り上げて本発明のスーパージャンクション構造を有する半導体装置の製造方法を説明する。本発明の製造方法は、ｎ型コラムとｐ型コラムの間でチャージバランスが崩れている暫定スーパージャンクション構造を製造する工程と、暫定スーパージャンクション構造のチャージアンバランス量を特定する工程と、チャージアンバランス量を補償する濃度の不純物をｎ型コラムおよびｐ型コラムに付加する工程とを備える。以下、各工程について詳細に説明する。

（暫定スーパージャンクション構造を製造する工程）
基本的に、半導体基体に不純物を含ませる方法は、半導体基体が形成された後に不純物を注入する注入法と、半導体基体が成長しながら不純物が混入する結晶成長法とに大別される。本発明の暫定スーパージャンクション構造を作製するために、上記の何れかを適用することができ、上記の二つ方法を併せて適用することもできる。
図３は本発明の暫定スーパージャンクション構造を作製する過程の一例を示す模式図である。図３（ａ）に示す工程において、まずｎ型不純物を高濃度に含むｎ^＋基板（ｎ型ドレイン領域）１４を用意する。そして、図３（ｂ）に示す工程において、エピタキシャル法を用いて、ｎ^＋基板１４上にｎ型不純物を低濃度に含む薄膜を所定の厚みまで形成することによってｎ型基層２６を形成する。次に、図３（ｃ）に示す工程において、ｎ型基層２６上に再びｎ型不純物を低濃度に含む薄膜３０を形成する。次に、図３（ｄ）に示す工程において、ｐ型コラム２４になる領域を除いて薄膜３０をマスク２７で覆った後に、イオン打ち込み法でｐ型不純物をｐ型コラムとする領域３２に打ち込む。それによってｐ型コラムの一部３２を形成する。次は、図３（ｅ）に示す工程において、例えばガスエッチングでマスク２７を取り除く。必要な厚みが得られるまで図３（ｃ）から図３（ｅ）に示す工程を繰り返すことによって、図３（ｆ）に示すような暫定スーパージャンクション構造が得られる。
この段階で、ｐ型コラム２４とｎ型コラム２２のチャージバランスが確保されていることが好ましい。しかしながら、実際には、エピタキシャル成長するｎ型コラム２２の不純物濃度と、イオン注入して形成するｐ型コラム２４の不純物濃度を正確に管理することが困難であり、この段階で得られるスーパージャンクション構造では、チャージバランスが確保されていないことが多い。

暫定スーパージャンクション構造の作成方法は、上記に限定されない。図４は、暫定スーパージャンクション構造を作製する他の一例を示す模式図である。まず、図４（ａ）に示す工程において、ｎ⁻基板２６Ａの裏面にｎ型不純物を注入したｎ型基板（ｎ⁻基板２６Ａの一部はｎ+領域１４に形成する）を用意する。次に、図４（ｂ）に示す工程において、例えばプラズマエッチング法によって、ｐ型コラム２４になる領域にトレンチを形成する。次に、図４（ｃ）に示す工程において、例えばエピタキシャル法で上記トレンチを埋めるようにｐ型コラム２４を形成する。

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上記の作製方法の何れにおいても、作製プロセス中のばらつきによって、スーパージャンクション構造のチャージバランスを確保することが困難である。つまり、ｎ型コラムとｐ型コラムのうちの何れかの不純物量が多めになる可能性がある。そこで、実施例では後から補償してチャージバランスを確保する。後から補償するためには、不純物量が過少となる導電型が決まっていたほうがやりやすい。暫定スーパージャンクション構造の作成段階では、不純物量が過少となる導電型が一定となるように、予めチャージバランスが確保されていないスーパージャンクション構造を作成することが好ましい。

（チャージアンバランス量を確定する工程）
上記の式（１）から、ｎ型コラムとｐ型コラムの不純物濃度を測定することができれば、チャージアンバランス量を計算することができる。実施例では、ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の電気特性を測定することによってそれぞれの不純物濃度を確定する。
図５はｎ型コラムとｐ型コラムの不純物濃度を測定する方法を示す模式断面図である。ｎ型コラムの不純物濃度を測定する場合、図５に示すようにｎ型コラム２２とｎ型基層２６に電圧を印加することによってｎ型コラム２２内に電流を流す。そして、その電流を測定することによってｎ型コラム２２の電気抵抗を計算する。電気抵抗と不純物濃度は対応する。その対応関係に基づいて、測定された電気抵抗からｎ型コラム２２の不純物濃度を特定することができる。ｎ^＋基板１４の不純物濃度は高いことから、電気抵抗に大きな影響を与えない。一方、ｐ型コラムの不純物濃度を測定する場合、ｐ型コラム２４とｎ型基層２６によって形成されるダイオードの順方向に電圧を印加し、ｐｎ接合界面における電圧降下を測定する。その電圧降下は、ｐ型コラム２４の不純物濃度とｎ型コラム２２の不純物濃度に依存する。すでにｎ型コラム２２の不純物濃度は測定されているから、測定された電圧降下からｐ型コラム２４の不純物濃度を特定することができる。実際には、例えば濃度測定分野によく使われているＳＳＲＭ（Scanning Spread Resistance Microscopy）法で、多数のｎ型コラム２２及びｐ型コラム２４の不純物濃度を連続に測定する。

ｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の不純物濃度が測定されると、上記の式（１）から、ｎ型コラムとｐ型コラムとの間のチャージアンバランス量Ｑｈを特定することができる。実際に、大量生産中において、全ての構造体に対して不純物濃度を測定しなくてもよい。具体的に、例えば、同じ作製パラメタで作製した構造体同士に対して、一部のみのコラムを測定してその測定結果の平均値を全てのコラムに適用することができる。或いは、実験によって、各影響要素（作製条件）に対してコラムの不純物濃度の設定濃度と実際濃度の差を測定することによって、不純物濃度差と影響要素（作製条件）との依存関係を把握することが可能である。従って、その依存関係に基づいて、具体的な影響要素（作製条件）に対応する不純物濃度の偏差を特定することができる。そして、設定濃度にその濃度差を加算することによって実際の不純物濃度を特定することができる。

（不純物を付加する工程）
不純物を付加することによって暫定スーパージャンクション構造のチャージアンバランス量を補償する。ここで、不純物を付加するのは、特に限定されるものではない、例えば、不純物注入によってｎ型コラムとｐ型コラムの少なくとも一部に補償領域Ｈに形成させることであってもよい、別途で補償領域Ｈを形成することであってもよい。また、上記の二つの方法を併用することも可能である。

図６はチャージアンバランスを補償する過程の一例を示す模式図である。ここで、ｎ型コラム２２の不純物量Ｑｎ＞ｐ型コラムの不純物量Ｑｐであるとする。この場合、図６示すように、ｐ型コラムとｎ型コラムの開放端面から（Ｑｎ−Ｑｐ）の量のｐ型不純物を打ち込むことによって、チャージバランスを取ることができる。ｐ型不純物、例えばボロンを打ち込む場合、加速エネルギーを変化させることによってｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の任意深さまでボロンを打ち込むことができる。例えば、５０ＭｅＶで注入すると、注入面から９０μｍ程度の深さまで打ち込むことが可能である。加速エネルギー変えてボロンを数回に分けて注入することで、ｐ型コラム２４とｎ型コラム２２のほぼ全厚みに亘ってほぼ均一にボロンを打ち込むことができる。この場合、ｐ型コラムとｎ型コラムの全域が補償領域Ｈとなる。

この場合、補償領域Ｈはｐ型コラムとｎ型コラムの全域に亘って形成されるので、ｐ型コラムとｎ型コラムの全部の範囲においてチャージアンバランスを補償することができる。即ち、ｐ型コラムとｎ型コラムの全体に亘って、チャージバランスを確保することができる。
ボロンの注入量はｐ型コラムとｎ型コラムとの不純物量の差に設定するべきである。ｎ型コラムとｐ型コラムの注入面の面積が等しい場合、チャージ補償後のｎ型コラム２２の不純物量は、ＱｎからＱｎ−０．５・（Ｑｎ−Ｑｐ）まで低下し、ｐ型コラム２４の不純物量がＱｐからＱｐ+０．５・（Ｑｎ−Ｑｐ）まで上昇する。また、ｎ型コラムとｐ型コラムの注入面の面積が等しくない場合、ｎ型コラムとｐ型コラムにそれぞれ注入する不純物量が異なるが、それでもｎ型コラムとｐ型コラムのチャージバランスを取ることができる。
この場合、ｎ型コラムとｐ型コラムの開放端の全面に対して注入を行うので、不純物の注入範囲を制御する必要がない。さらに、ｎ型コラムとｐ型コラム内に不純物集中が形成しないので、不純物集中による局部的なチャージアンバランスを抑制することができる。

また、ｎ型コラム２２のキャリア量Ｑｎがｐ型コラム２４のキャリア量Ｑｐより小さい場合、ｎ型不純物、例えばリンを打ち込むことによって補償すればよい。ただし、リンは、同じ打ち込みエネルギーに対して、打ち込み深さがボロンより浅いために、高耐圧系のコラムが長い素子には不向きである。そこで、ｎ型不純物としてプロトンを用いることが好ましい。例えば、４ＭｅＶの注入エネルギーで９０μｍ程度まで注入させることが可能である。この場合、上記のようにｎ型コラム２２とｐ型コラム２４の全域に対してほぼ均一にチャージアンバランスを補償することができる。
また、ｎ型コラム２２とｐ型コラムの何れかのみに対してチャージ補償してもよい。さらに、コラムの一部のみに対してチャージ補償してもよい。図７はＱｎ＞Ｑｐの場合に、不純物が過少なｐ型コラムのみに対するチャージ補償を示す模式図である。図７に示すように、（Ｑｎ−Ｑｐ）の量のボロンをｐ型コラムの全域に均一に打ち込むことによってチャージバランスを取ることができる。

以下、不純物が過少なコラムの一部に局所的に不純物を注入する実施例を説明する。図８は、Ｑｎ＞Ｑｐの場合に、不純物が過少なｐ型コラム２４の一部に不純物を注入する一例を示す模式図である。図８に示すように、不純物注入による形成した補償領域Ｈは、ｐ型コラム２４の深さ方向（紙面の上下方向）の全長に渡っており、ｐ型コラム２４の幅方向（紙面の左右方向）の一部のみに形成されている。補償領域Ｈはｐ型コラムの幅方向の全幅に形成していないが、ｐ型コラム２４の幅方向の全幅に対してチャージ補償することができる。その理由は以下のことと考えられる。
半導体装置のオフ時にスーパジャンクション構造に作用する電界方向は、ｐ型コラムの幅方向である。そこで、補償領域Ｈをｐ型コラムの幅方向の一部に設ければ、幅方向のっチャージバランスを確保することができる。ｐ型コラム２４の幅方向の一部のみに高濃度の不純物を含む補償領域Ｈを形成することによって、チャージ量のアンバランスを補償することができる。本実施例では、図８に示す補償領域Ｈに、（Ｑｎ−Ｑｐ）の量のｐ型不純物をほぼ均一に注入することによって、コラム全体のチャージアンバランスを解消することができる。この場合、補償領域Ｈはｐ型コラムの補償領域Ｈ以外の領域と比べて高濃度の不純物領域になる。

図９はＱｎ＞Ｑｐの場合ｐ型コラムの一部に不純物を注入する他の一例を示す模式図である。不純物の注入によって形成される補償領域Ｈは、図９に示すように、ｐ型コラム２４の幅方向及び深さ方向の一部のみに形成されている。補償領域Ｈが存在する深さでは、幅方向のチャージバランスを確保することができる。一方、深さ方向については、補償領域Ｈが存在しない深さではチャージアンバランスが確保されない。
しかしながら、補償領域Ｈの不純物濃度を幅方のチャージバランスを確保するための濃度よりも若干高めに設定することによって、チャージバランスが実質的に確保されている深さを拡張することができる。

図１０は、半導体素子の耐圧電圧(縦軸)と補償領域Ｈの不純物濃度Ｄｈ(横軸)の関係を測定したグラフである。図１０に示すように、耐圧電圧の最大とする濃度が存在している。そのグラフから、最も耐圧性に優れる不純物濃度Ｄｈを特定することができる。
耐圧電圧の最大とする濃度は、補償領域Ｈが存在する深さにおいて、幅方向のチャージバランスを確保するための濃度よりも若干高い。このことは、幅方向のチャージバランスを確保するための濃度よりも若干高めに設定することによって、チャージバランスが実質的に確保されている深さが拡張するからであると想定される。
チャージバランスが確保される深さ方向の範囲、つまり有効範囲Ｈ´を下記のように計算することができる。具体的には、以下の式（２）を満たすＨ´が有効範囲であると推定できる。
Ｌｈ・Ｗｈ・Ｄｈ+（Ｌｈ´・Ｗｐ−Ｌｈ・Ｗｈ）・Ｄｐ＝Ｌｈ´・Ｗｎ・Ｄｎ
・・・・式（２）
上記において、図９に示すように、Ｌｈは補償領域Ｈの深さ方向の長さであり、Ｗｈは補償領域Ｈの幅であり、Ｄｈは補償領域Ｈの不純物濃度であり、Ｌｈ´は深さ方向の有効範囲Ｈ´の長さであり、Ｄｐはｐ型コラムの不純物濃度であり、Ｗｎはｎ型コラムの幅であり、Ｄｎはｎ型コラムの不純物濃度である。この式（２）によって有効範囲Ｈ´を計算することができる。
式（２）から、補償領域Ｈの不純物濃度Ｄｈを高くすると、有効範囲Ｈ´は大きくなる。しかしながら、補償領域Ｈの不純物濃度Ｄｈを高くしすぎると、補償領域Ｈが存在する深さにおける幅方のチャージバランスは許容できないほどアンバランスとなってしまう。その限界内で、補償領域Ｈの不純物濃度Ｄｈを高くすると、有効範囲Ｈ´は大きくなる。

有効範囲Ｈ´の範囲内で、補償領域Ｈをｐ型コラム２４の深さ方向に断続的に形成すれば、深さ方向の全範囲においてチャージバランスを取ることが可能である。図１１は、補償領域Ｈがｐ型コラムの深さ方向に断続的に形成する一例を示す模式図である。図１１に示すように、隣接する補償領域Ｈによる有効範囲Ｈ´同士が重なっており、図８の場合と同じ効果を得ることができる。

また、コラムに不純物を付加する手法は、イオン打ち込み法に限定されない。例えば、熱拡散法を用いてもよい。或いは、イオン打ち込み法と熱拡散法を組み合わせて用いることも可能である。例えば、イオン打ち込み法で小さな範囲に高濃度領域を形成した後に、熱拡散法によってその高濃度領域を拡張し、大きく広がる補償領域Ｈを形成することが可能である。
以上、不純物注入によってコラムに不純物を付加することを説明したが、不純物を付加する方法はそれに限定されるものではない、例えば、結晶成長法によって不純物を形成することもできる。図１２はエピタキシャル法によって補償領域Ｈを形成する一例を示す模式図である。ここで、暫定スーパージャンクション構造では、ｎ型コラムの不純物量Ｑｎがｐ型コラムの不純物量Ｑｐより大きいと設定する。その場合、図１２に示すように、紙面の上から下に向けて、ｐ型コラム２４に例えばプラズマエッチング法でトレンチを形成し、次にトレンチ内にエピタキシャル法で所定濃度のｐ型半導体結晶を成長させるによって補償領域Ｈを形成する。勿論、エピタキシャルの代わりに、ＣＶＤ、ＰＶＤ、電気メッキなどの方法も適用することができる。
この場合、補償領域Ｈはｐ型コラムの一部のみに形成されるために、上記のように補償領域Ｈの不純物濃度Ｄｈを設定することが好ましい。

ここまで、チャージ補償は、不純物量が過少なコラムに等型の不純物を付加することによって行われるが、その代わりに、他方のコラムに異型の不純物を付加することによって余分の不純物を相殺してもよい。
以上、本発明の構造体の作製方法を説明したが、本発明は、その作製方法に限定されることがなく、必要に応じて変更することができる。例えば、さらに高い精度のチャージバランスを求める場合、1回目のチャージ補償の後に、チャージアンバランス量を特定する工程と、不純物を付加する工程を繰り返すことができる。これにより、ｎ型コラムとｐ型コラムのチャージバランスを高精度に取ることができる。
また、結晶成長を利用して構造体の少なくとも一部を形成する場合、結晶成長中にチャージアンバランス量を測定する工程を導入し、次回の結晶薄膜を形成すると同時にチャージ補償を行うことことができる。

本発明のスーパージャンクション構造を有する半導体を製造する方法によれば、チャージアンバランス量の確定工程とチャージアンバランス量の補償工程とを導入することによって、半導体の製造中にフィードバックループを形成し、そのフィードバックループによってチャージバランスが必要な精度で確保されているスーパージャンクション構造を製造することができる。従って、大量生産中に、耐圧性のばらつきを抑制すると当時に、耐圧性と抵抗に優れるスーパージャンクション構造を有する半導体装置を提供することができる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、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さまざまに変形、変更したものが含まれる。
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み合わ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み合わ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するものであり、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。

従来のスーパージャンクション構造のＭＯＳＦＥＴを示す模式図である。 一般なスーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴを示す模式図である。 チャージアンバランス状態のスーパージャンクション構造を作製する一例を示す模式図である。 チャージアンバランス状態のスーパージャンクション構造体を作製する他の一例を示す模式図である。 チャージアンバランス量を特定する方法を示す模式図である。 チャージ補償の一例を示す模式図である。 チャージ補償の他の一例を示す模式図である。 チャージ補償の他の一例を示す模式図である。 チャージ補償の他の一例を示す模式図である。 補償領域Ｈの濃度Ｄｈと耐圧電圧との関係を解明するグラフである。 チャージ補償の他の一例を示す模式図である。 チャージ補償の他の一例を示す模式図である。

符号の説明

２ ：ソース電極
４ ：ｐ型ボディ領域
６ ：ｐ型ボディコンタクト領域
８ ：ｎ型ソース領域
１０ ：ゲート電極
１２ ：ドリフト領域
１４ ：ｎ型ドレイン領域
１６ ：ドレイン電極
２２ ：ｎ型コラム
２４ ：ｐ型コラム
２６ ：ｎ型基層
Ｈ ：補償領域
Ｈ´ ：有効範囲

Claims (7)

1. ｎ型コラムとｐ型コラムが交互に繰り返し配置されているスーパージャンクション構造を有する半導体装置を製造する方法であって、
   ｎ型基層上に、ｎ型コラムとｐ型コラムの間でチャージバランスが崩れている暫定スーパージャンクション構造を製造する工程と、
   暫定スーパージャンクション構造のチャージアンバランス量を特定する工程と、
   チャージアンバランス量を補償する濃度の不純物をｎ型コラムおよび／またはｐ型コラムに付加する工程と、
   を備えており、
   チャージアンバランス量を特定する工程では、
   ｎ型コラムとｎ型基層に電圧を印加することによってｎ型コラム内に流れる電流を測定し、その測定した電流からｎ型コラムの不純物濃度を特定し、
   ｐ型コラムとｎ型基層によって形成されるダイオードに順方向の電圧を印加した際の電圧降下を測定し、その測定した電圧降下からｐ型コラムの不純物濃度を特定し、
   これら特定されたｎ型コラムの不純物濃度とｐ型コラムの不純物濃度から、ｎ型コラムとｐ型コラムとのチャージアンバランス量を特定する、
   ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記付加工程では、ｎ型コラムとｐ型コラムの両者に不純物を注入することを特徴とする請求項１の製造方法。
3. 前記付加工程では、不純物が過少なコラムに選択的に不純物を付加することを特徴とする請求項１の製造方法。
4. 前記付加工程では、不純物が過少なコラムに局所的に不純物を付加することを特徴とする請求項３の製造方法。
5. 前記付加工程では、不純物が過少なコラムに局所的に不純物を注入することを特徴とする請求項４の製造方法。
6. 前記付加工程では、不純物が過少なコラムの一部にトレンチを形成し、そのトレンチ内に周囲の不純物濃度よりも不純物濃度が高い不純物高濃度領域を形成することを特徴とする請求項４の製造方法。
7. 前記トレンチ内に不純物高濃度領域をエピタキシャル成長することを特徴とする請求項６の製造方法。

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