JP6766522B2 - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
実施の形態1にかかる半導体装置の構造について説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図1に示す実施の形態1にかかる半導体装置は、ドリフト層を、不純物濃度を高めたn型領域(第1導電型半導体領域)3とp型領域(第2導電型半導体領域)4とを基体主面に平行な方向(横方向)に交互に繰り返し配置してなる並列pn層5とした超接合MOSFET(以下、SJ−MOSFETとする)である。n+型ドレイン層(第1導電型半導体層)となるn+型半導体基板1のおもて面上にn-型バッファ層(第1導電型低濃度半導体層)2を介して並列pn層5を積層して半導体基体10が構成されている。n-型バッファ層2は、配置されていなくてもよい。
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図11は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、並列pn層5のn型領域3にも深さ方向に互いに離して対向する複数のアルゴン導入領域(第2領域)16を設けた点である。並列pn層5のn型領域3の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域16同士の間隔x2は、並列pn層5のp型領域4の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域14同士の間隔x1よりも広い(x1<x2)。並列pn層5のp型領域4の内部に配置したアルゴン導入領域14の構成は、実施の形態1と同様である。
次に、実施の形態3にかかる半導体装置の構造について説明する。図20は、実施の形態3にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態3にかかる半導体装置が実施の形態2にかかる半導体装置と異なる点は、並列pn層5のn型領域3の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域16同士の間隔x2を、並列pn層5のp型領域4の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域14同士の間隔x1とほぼ同じにした点である(x1≒x2)。深さ方向に対向するアルゴン導入領域16同士の間隔x2は、SJ−MOSFETのオン抵抗を許容範囲内に収めることができる程度に広くすることが好ましい。
次に、実施の形態4にかかる半導体装置の構造について説明する。図23は、実施の形態4にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態4にかかる半導体装置が実施の形態3にかかる半導体装置と異なる点は、並列pn層5のp型領域4の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域14同士の間隔x1と、並列pn層5のn型領域3の内部において深さ方向に対向するアルゴン導入領域16同士の間隔x2と、をともに広げた点である。具体的には、アルゴン導入領域14,16は、並列pn層5を形成するために積層される複数のn-型エピタキシャル成長層の1層以上おき(ここでは1層おきとして説明する)に配置されている。
次に、実施の形態5にかかる半導体装置の構造について説明する。図27は、実施の形態5にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態5にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、所定の深さにおいて、少なくとも並列pn層5の全面にわたって半導体基体10の主面に平行な方向に延在するアルゴン導入領域(以下、アルゴン全面導入領域(第1領域)とする)17を配置した点である。アルゴン全面導入領域17は、例えば、並列pn層5を形成するために積層される複数のn-型エピタキシャル成長層の1層以上おき(ここでは1層おきとして説明する)に配置されている。アルゴン全面導入領域17と、並列pn層5のp型領域4の内部のアルゴン導入領域14とは、深さ方向に交互に繰り返し配置されている。
次に、実施の形態6にかかる半導体装置の構造について説明する。図33は、実施の形態6にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態6にかかる半導体装置が実施の形態5にかかる半導体装置と異なる点は、並列pn層5のp型領域4にアルゴン導入領域が配置されていない点である。すなわち、並列pn層5の内部のアルゴン導入領域はアルゴン全面導入領域17のみであり、アルゴン全面導入領域17は並列pn層5を形成するために積層される複数のn-型エピタキシャル成長層の1層以上おき(ここでは1層おきとして説明する)に配置されている。アルゴン全面導入領域17内に図示された横破線15は、複数のn−型エピタキシャル成長層の境界を示し、アルゴン全面導入領域17を形成するために行うアルゴンのイオン注入におけるアルゴンのイオン注入箇所(イオン注入面)である(図35,36,38においても同様)。
次に、実施の形態7にかかる半導体装置の構造について説明する。図36は、実施の形態7にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態7にかかる半導体装置が実施の形態6にかかる半導体装置と異なる点は、深さ方向に対向するアルゴン全面導入領域17同士の間隔x3を狭くした点である。
実施例にかかる半導体装置のアバランシェ耐量を検証した。図39は、実施例にかかる半導体装置のアバランシェ耐量を示す特性図である。まず、上述した実施の形態7にかかる半導体装置の製造方法にしたがい、並列pn層5のp型領域4に複数のアルゴン導入領域14を配置したSJ−MOSFET(以下、実施例とする)を複数作製した。複数の実施例は、それぞれ、並列pn層5のn型領域3のn型不純物の総不純物量とp型領域4のp型不純物の総不純物量との比率が異なる。この実施例についてアバランシェ耐量を測定した結果を図39に示す。
2 n-型バッファ層
3 並列pn層のn型領域
4 並列pn層のp型領域
5 並列pn層
6 p型ベース領域
7 n+型ソース領域
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 半導体基体
11 層間絶縁膜
12 ソース電極
13 ドレイン電極
14,16 アルゴン導入領域
15,25 n-型エピタキシャル成長層の境界
17 アルゴン全面導入領域
21 n-型半導体層
21a〜21e n-型エピタキシャル成長層
22 n型不純物領域
23 p型不純物領域
24,26,27 アルゴン
31,33 イオン注入用マスク
32,34〜37 イオン注入
w1 並列pn層のn型領域の幅
w2 並列pn層のp型領域の幅
w3,w4 アルゴン導入領域の幅
w11 n型不純物領域の幅
w12 p型不純物領域の幅
x1,x2 深さ方向に対向するアルゴン導入領域同士の間隔
x3 深さ方向に対向するアルゴン全面導入領域同士の間隔
Claims (33)
- 第1導電型半導体層の第1主面上に、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に繰り返し配置した並列pn層を備えた半導体装置であって、
前記第2導電型半導体領域に第18族元素が導入された第1領域を備え、
前記第1領域は、前記第1導電型半導体層の前記第1主面から第2主面に向かう深さ方向に所定の第1間隔で複数配置されていることを特徴とする半導体装置。 - 第1導電型半導体層の第1主面上に、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に繰り返し配置した並列pn層を備えた半導体装置であって、
前記第2導電型半導体領域のみに第18族元素が導入された第1領域を備えることを特徴とする半導体装置。 - 前記第2導電型半導体領域のみに前記第1領域を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1領域は、前記第2導電型半導体領域の内部に設けられていることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。
- 前記第1導電型半導体領域に第18族元素が導入された第2領域を備え、
前記第2領域は、前記深さ方向に所定の第2間隔で複数配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記第2領域は、前記第1導電型半導体領域の内部に設けられていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- 前記第2間隔は、前記第1間隔よりも広いことを特徴とする請求項5または6に記載の半導体装置。
- 前記第2間隔は、前記第1間隔と等しいことを特徴とする請求項5または6に記載の半導体装置。
- 1つ以上の前記第1領域が、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に延在し、前記第2導電型半導体領域と前記第1導電型半導体領域との境界に達することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 1つ以上の前記第1領域が、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に、前記第2導電型半導体領域から前記第1導電型半導体領域にわたって延在していることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
- 前記第2導電型半導体領域の内部にのみ配置された前記第1領域と、
前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に、前記第1導電型半導体領域から前記第2導電型半導体領域にわたって延在する前記第2領域と、が深さ方向に交互に繰り返し配置されていることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。 - 前記第1導電型半導体層と前記第1導電型半導体領域との間に設けられた、前記第1導電型半導体領域より不純物濃度が低い第1導電型低濃度半導体層をさらに備えることを特徴とする請求項1〜11のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 第18族元素はアルゴンであることを特徴とする請求項1〜12のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 第1導電型半導体層上に、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に繰り返し配置した並列pn層を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電型半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型またはノンドープのエピタキシャル成長層を形成する堆積工程と、
前記エピタキシャル成長層に第1導電型不純物をイオン注入する第1注入工程と、
前記エピタキシャル成長層に第2導電型不純物を選択的にイオン注入する第2注入工程と、
前記エピタキシャル成長層に第18族元素をイオン注入する第3注入工程と、を1組とする工程を繰り返し行って、第1導電型半導体層上に前記並列pn層となる前記エピタキシャル成長層を積層する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第3注入工程では、前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2注入工程は、
前記エピタキシャル成長層の表面に、前記第2導電型半導体領域の形成領域に対応する部分が開口した第1マスクを形成する工程と、
前記第1マスク越しに前記第2導電型不純物をイオン注入する工程と、を含み、
前記第3注入工程では、前記第1マスク越しに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エピタキシャル成長層の、前記第1導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入する第4注入工程をさらに含み、
前記1組とする工程を繰り返すごとに、または、前記1組とする工程の繰り返しの所定回数おきに、前記第4注入工程を行うことを特徴とする請求項15または16に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記1組とする工程の繰り返しの所定回数おきに、前記第3注入工程では、前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 第1導電型半導体層上に、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に繰り返し配置した並列pn層を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電型半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型またはノンドープのエピタキシャル成長層を形成する堆積工程と、前記エピタキシャル成長層に第1導電型不純物をイオン注入する第1注入工程と、前記エピタキシャル成長層に第2導電型不純物を選択的にイオン注入する第2注入工程と、を1組とする工程を繰り返し行って、第1導電型半導体層上に前記並列pn層となる前記エピタキシャル成長層を積層する工程を含み、
前記1組とする工程の繰り返しの所定回数おきに、前記エピタキシャル成長層に第18族元素をイオン注入する第3注入工程を行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第3注入工程では、前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入し、
前記1組とする工程の繰り返しの前記所定回数おきに、前記エピタキシャル成長層の、前記第1導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入する第4注入工程を行うことを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1注入工程は、
前記エピタキシャル成長層の表面に、前記第1導電型半導体領域の形成領域に対応する部分が開口した第2マスクを形成する工程と、
前記第2マスク越しに前記第1導電型不純物をイオン注入する工程と、を含み、
前記第4注入工程では、前記第2マスク越しに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項17または20に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記第1注入工程および前記第2注入工程の後に、前記第3注入工程を行うことを特徴とする請求項14または19に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2注入工程の後に、前記第3注入工程を行うことを特徴とする請求項15〜18、20のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1注入工程の後に、前記第4注入工程を行うことを特徴とする請求項17、20、21のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 第1導電型半導体層上に、前記第1導電型半導体層の表面に平行な方向に第1導電型半導体領域と第2導電型半導体領域とを交互に繰り返し配置した並列pn層を備えた半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電型半導体層よりも不純物濃度の低い第1導電型のエピタキシャル成長層を形成する堆積工程と、
前記エピタキシャル成長層に第2導電型不純物を選択的にイオン注入する第5注入工程と、
前記エピタキシャル成長層に第18族元素をイオン注入する第6注入工程と、を1組とする工程を繰り返し行って、第1導電型半導体層上に前記並列pn層となる前記エピタキシャル成長層を積層する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第6注入工程では、前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第5注入工程は、
前記エピタキシャル成長層の表面に、前記第2導電型半導体領域の形成領域に対応する部分が開口した第1マスクを形成する工程と、
前記第1マスク越しに前記第2導電型不純物をイオン注入する工程と、を含み、
前記第6注入工程では、前記第1マスク越しに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項26に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所以外の箇所に第18族元素をイオン注入する第7注入工程をさらに含み、
前記1組とする工程を繰り返すごとに、または、前記1組とする工程の繰り返しの所定回数おきに、前記第7注入工程を行うことを特徴とする請求項26または27に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記1組とする工程の繰り返しの所定回数おきに、前記第6注入工程では、前記エピタキシャル成長層の、前記第2導電型不純物がイオン注入される箇所のみに第18族元素をイオン注入することを特徴とする請求項25に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記堆積工程の前に前記第1導電型半導体層上に前記第1導電型半導体領域より不純物濃度が低い第1導電型低濃度半導体層を形成することを特徴とする請求項14〜29のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第2導電型不純物は、第18族元素よりも拡散係数が大きいことを特徴とする請求項14〜30のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第1導電型不純物は、第18族元素よりも拡散係数が大きいことを特徴とする請求項14〜24のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
- 第18族元素はアルゴンであることを特徴とする請求項14〜32のいずれか一つに記載の半導体装置の製造方法。
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