JP6091395B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
図1はこの発明の実施の形態1である半導体装置の構成を示す平面図である。図2は図1のA−A断面、B−B断面及びC−C断面を示す断面図である。
図3は、実施の形態1である半導体装置の構成を模式的に示した説明図であり、具体的には、図1の破線で囲まれた抽出領域E11を拡大した平面図である。なお、図1と同様、図3におけるA−A断面、B−B断面、C−C断面を図2(a) 〜(c) が示している。
次に、実施の形態1である半導体装置の製造方法について説明する。実施の形態1の製造方法は以下のステップ(a) 〜(c) を実行することにより実現される。
(逆方向電圧の保持原理)
次に、実施の形態1による半導体装置が、逆方向電圧を保持する原理について説明する。
以上説明した実施の形態1では、濃度緩和領域14は直線部R10に含まれていたが、これに限定されず以下で示す変形例の終端領域32を採用してもよい。
実施の形態1では、接線方向に対して、濃度緩和領域14の濃度が一定である構成を示した。そのような構成であっても上述の効果が発揮できるが、濃度緩和領域14の濃度が連続的または段階的に変化する濃度勾配を持たせることにより、電界(集中ポイント)をさらに分散させることができ、より安定した耐圧が得られることが期待できる。
以上のように構成された実施の形態2の半導体装置によれば、濃度緩和領域14a及び14bにおけるP型の不純物濃度が、直線部不純物領域2sからコーナー部不純物領域2cに向かう接線方向に沿って連続的または段階的に減衰する。これにより、コーナー部不純物領域2cと濃度緩和領域14aとの接合部(繋ぎ目)近傍領域、あるいは直線部不純物領域2sと濃度緩和領域14bとの接合部近傍領域での電界集中を効果的に抑えることができる。したがって、半導体装置の耐圧性能のさらなる向上が期待できる。
図14で示した実施の形態2の構成(基本構成)では、濃度緩和領域14(濃度緩和領域14a及び14b)は、直線部R10に含まれていたが、これに限定されることなく以下で述べる変形例を採用しても良い。
実施の形態3の半導体装置は、実施の形態1、実施の形態2の半導体装置と比較して、環状のP型不純物領域2の不純物濃度が終端領域32の内周から外周方向、すなわち法線方向に向かって減衰する構造であることを特徴としている。
以上の説明した実施の形態3の構成(基本構成)では、濃度緩和領域を構成する中間濃度緩和領域62及び最外濃度緩和領域63は直線部R10に含まれていたが、これに限定されず以下で示す変形例の終端領域32を採用してもよい。
本発明の実施の形態4である半導体装置は、環状のP型不純物領域2が複数に分離されているという特徴を、実施の形態1〜実施の形態3に付加した構成となっている。なお、以下においては、その特徴を実施の形態1に付加した構成について説明するが、実施の形態2及び実施の形態3に付加した構成も以下と同様であるため、実施の形態2及び実施の形態3に付加した構成の説明については省略する。
以上のような実施の形態4である半導体装置によれば、環状のP型不純物領域2が法線方向及び接線方向の少なくともいずれか一方に対して複数に分離される構造で、実施の形態1と同様な不純物濃度関係を満足する環状のP型不純物領域2(直線部不純物領域2s、濃度緩和領域14、コーナー部不純物領域2c)を実現することにより、半導体装置の装置サイズを大きくすることなく、半導体装置の耐圧性能を向上させることができる。
図23は実施の形態5である半導体装置の構成を模式的に示した説明図であり、具体的には、図3で示した実施の形態1と同様の平面図である。図23に示すように、実施の形態5の半導体装置は、環状のP型不純物領域2の少なくとも一部が接線方向に分離されることによって形成された複数の部分領域2に関し、直線部R10の部分領域2の単体形成面積が最も広く設定され、以下、濃度緩和領域14における部分領域2、コーナー部R11における部分領域2の順で単体形成面積が狭くなる形成面積関係を有している。なお、各部分領域2の不純物濃度は同一に設定されている。
実施の形態5は上記のように巨視的に視て実施の形態1と同様の特徴(不純物濃度関係)を有することにより、局所的な電界集中を抑制することができ、半導体装置の耐圧を向上させることができる。
本発明の実施の形態6である半導体装置は、環状のP型不純物領域2上にシリコン酸化膜19(絶縁膜)を介して形成された環状のフィールドプレート16(フィールドプレート)を、実施の形態1〜実施の形態5に付加した構成となっている。なお、以下においては、その特徴を実施の形態1及び実施の形態4に付加した構成について説明するが、実施の形態2、実施の形態3及び実施の形態5に付加した構成も以下と同様であるため、実施の形態2、実施の形態3及び実施の形態5に付加した構成の説明については省略する。
以上のような本実施の形態6に係る半導体装置によれば、フィールドプレート効果により、複数のフィールドプレート16とN型チャネルストッパ電極9とによる電位分担の割合を増加させることができる。これにより、電界の分散、電位の安定化、外乱の防止を実現することができる。
図27は、実施の形態6の半導体装置における変形例の構成を模式的に示した説明図であり、具体的には、図3で示した実施の形態1と同様の平面図である。図28は、当該構成を図2と同様に示す断面図である。図27及び図28で示す変形例では、複数の(3つの)環状のフローティングフィールドプレート17(第2のフィールドプレート)と、複数の(4つの)環状のフローティングフィールドプレート18(第1のフィールドプレート)とがそれぞれ法線方向に沿って互いに分離して複数個設けられている。各フローティングフィールドプレート17,18は例えばアルミニウムやポリシリコンなどから構成される。
以上においては、N型ドリフト層1は、シリコンなどからなる半導体基板30に形成されているものとして説明したが、これに限ったものではない。例えば、N型ドリフト層1は、炭化シリコン(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、もしくはダイヤモンドなどのワイドバンドギャップ半導体からなる基板に形成されてもよい。
図4で示した注入マスク20Aでは、複数の注入窓12(開口部)の形成度合の疎密によって、複数の注入窓12の開口率が調整された。これに対し、本変形例に係る注入マスク20Bでは、複数の注入窓12の単体形成面積の大小によって、複数の注入窓12の開口率が調整される。
Claims (12)
- 半導体素子が設けられた第1導電型の半導体層と、
前記半導体素子の平面視外周部を囲んで前記半導体層の終端領域に形成される第2導電型の環状半導体領域とを備え、
前記環状半導体領域は、
平面視直線状に形成された直線領域を含む直線部と、
平面視屈曲部分を有して形成されたコーナー領域を含むコーナー部とを有し、前記直線領域は前記コーナー領域より第2の導電型の不純物濃度が高く、
前記直線部及び前記コーナー部の少なくともいずれか一方は、
前記直線領域と前記コーナー領域との間に形成された中間領域をさらに含み、
前記中間領域の第2導電型の不純物濃度は前記直線領域の不純物濃度より低く、前記コーナー領域の不純物濃度より高く設定される、
半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置であって、
前記直線領域は前記コーナー領域より、前記環状半導体領域と前記半導体層との接合部の形成深さである接合深さが深くなるように形成され、
前記中間領域の前記接合深さは、前記直線領域の前記接合深さより浅く、前記コーナー領域の前記接合深さより深く設定される、
半導体装置。 - 請求項1または請求項2記載の半導体装置であって、
前記中間領域における第2導電型の不純物濃度は、前記直線領域から前記コーナー領域に向かう方向に沿って連続的または段階的に減衰する、
半導体装置。 - 請求項1〜請求項3のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域における前記第2導電型の不純物濃度は、前記環状半導体領域の内周側から外周側に向かう方向に沿って連続的または段階的に減衰する、
半導体装置。 - 請求項1〜請求項4のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域は、内周側から外周側に向かう方向に沿って複数に分離されている、
半導体装置。 - 請求項1〜請求項5のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域は周方向に沿って複数に分離されている、
半導体装置。 - 請求項6記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域が前記周方向に分離されることによって形成された複数の部分領域に関し、前記中間領域における前記部分領域の単体形成面積が前記コーナー領域における前記部分領域の単体形成面積より広く、前記直線領域の前記部分領域の単体形成面積より狭く設定される、
半導体装置。 - 請求項1〜請求項7のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域上に絶縁膜を介して形成された平面視環状のフィールドプレートをさらに備える、
半導体装置。 - 請求項1〜請求項7のうち、いずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記環状半導体領域上に絶縁膜を介して形成された平面視環状の第1のフィールドプレートと、
前記第1フィールドプレート上に絶縁膜を介して形成された平面視環状の第2フィールドプレートをさらに備え、
前記第1のフィールドプレートと前記環状半導体領域との間に容量結合が形成され、
前記第1及び第2フィールドプレート間で容量結合が形成される、
半導体装置。 - 請求項1記載の半導体装置を製造する方法であって、
(a) 前記半導体素子が設けられた第1導電型の前記半導体層を準備するステップと、
(b) 前記半導体層に対し、複数の注入窓を有する注入マスクを用いて第2導電型の不純物をイオン注入することによって、前記半導体素子の平面視外周部を囲んで不純物注入領域を形成するステップと、
(c) 前記不純物注入領域の前記第2導電型の不純物を熱拡散させ前記環状半導体領域を得るステップとを備え、
前記ステップ(b) で用いる前記注入マスクに形成される前記複数の注入窓において、前記環状半導体領域における前記直線領域、前記中間領域及び前記コーナー領域に対応する第1種、第2種及び第3種の注入窓の開口率は、大きい方から第1種、第2種及び第3種の順で大小差をつけて設定される、
半導体装置の製造方法。 - 請求項10記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1種、第2種及び第3種の注入窓は、形成度合が密な方から、第1種、第2種及び第3種の順で粗密差をつけて設定される、
半導体装置の製造方法。 - 請求項10または請求項11に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記第1種、第2種及び第3種の注入窓は、単体形成面積が大きい方から、第1種、第2種及び第3種の順で大小差をつけて設定される、
半導体装置の製造方法。
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