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公開番号2025046030
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-02
出願番号2023154169
出願日2023-09-21
発明の名称半導体装置の製造方法および半導体装置
出願人ミネベアパワーデバイス株式会社
代理人ポレール弁理士法人
主分類H10D 62/10 20250101AFI20250326BHJP()
要約【課題】ターミネーション領域の幅の縮小と、ターミネーション領域における電界の緩和を実現する半導体装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】アクティブ領域の周辺において、第1導電型を有する第1半導体領域の表面に、リサーフ領域として機能する第2導電型を有する複数の第2半導体領域が形成されたターミネーション領域を有する半導体装置の製造方法であって、第2半導体領域を形成するためのマスクとして、最外周の基準窓からの距離をxとしたときに、距離xの位置における注入窓とその一つアクティブ領域側の注入窓との間隔S(x)が、
S(x)=Smax-(Smax-Smin)・(x/XN)^β
0.3≦β≦0.5
で規定される値に略等しいマスクを用いて、第2導電型の不純物を注入して第2半導体領域を形成する。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
アクティブ領域の周辺において、第１導電型を有する第１半導体領域の表面に、第２導電型を有し電圧が印加されたときに前記第１半導体領域に拡がる空乏層が前記アクティブ領域と連続する複数の第２半導体領域が形成され、電圧が印加されたときに前記複数の第２半導体領域のうち前記アクティブ領域から最も離れた位置に形成された第２半導体領域を含む少なくとも１つの第２半導体領域が完全に空乏化してリサーフ領域として機能するターミネーション領域を有する半導体装置の製造方法であって、
前記第２半導体領域を形成するためのマスクであって、熱平衡状態において前記第１半導体領域に拡がる空乏層が前記アクティブ領域と連続する前記第２半導体領域のうち前記アクティブ領域から最も離れた位置に形成された第２半導体領域に対応する注入窓を基準窓とし、前記基準窓のアクティブ領域側の位置をＸ０とし、前記アクティブ領域に隣接する注入窓のアクティブ領域側の位置と前記Ｘ０との間の距離をＸＮとし、前記基準窓とその一つアクティブ領域側の注入窓との間隔をＳｍａｘとし、前記アクティブ領域の端部と前記アクティブ領域に隣接する注入窓との間隔をＳｍｉｎとし、前記Ｘ０からの距離をｘとし、べき乗係数をβとしたときに、距離ｘの位置における注入窓とその一つアクティブ領域側の注入窓との間隔Ｓ（ｘ）が、
Ｓ（ｘ）＝Ｓｍａｘ－（Ｓｍａｘ－Ｓｍｉｎ）・（ｘ／ＸＮ）
β
０．３≦β≦０．５
で規定される値に略等しいマスクを用いて、前記第２導電型の不純物を注入して前記第２半導体領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
請求項１において、
前記マスクは、前記距離ｘの位置における注入窓の幅Ｗ（ｘ）が、前記アクティブ領域から離れるに従って減少していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記マスクは、前記距離ｘの位置における注入窓の幅Ｗ（ｘ）が、前記アクティブ領域から離れるに従って線形に減少していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項２において、
前記マスクは、前記距離ｘの位置における注入窓の幅Ｗ（ｘ）が、前記アクティブ領域から離れるに従って線形に減少するとともに、前記アクティブ領域に近い側における減少の傾きが前記アクティブ領域から遠い側における減少の傾きよりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項２において、
前記マスクは、前記距離ＸＮの位置における注入窓の幅をＷｍａｘとし、前記基準窓の注入窓の幅をＷｍｉｎとしたときに、前記距離ｘの位置における注入窓の幅をＷ（ｘ）が、
Ｗ（ｘ）＝Ｗｍａｘ－（Ｗｍａｘ－Ｗｍｉｎ）・（１－ｘ／ＸＮ）
β
で規定される値に略等しいマスクであることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１において、
前記マスクを用いて前記第２導電型の不純物を注入する際に、前記アクティブ領域の前記第２半導体領域におけるドーズ量と、前記ターミネーション領域の前記第２半導体領域におけるドーズ量とが略等しいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１において、
前記マスクを用いて前記第２導電型の不純物を注入する際に、前記アクティブ領域の前記第２半導体領域におけるドーズ量よりも、前記ターミネーション領域の前記第２半導体領域におけるドーズ量の方が小さいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項１において、
前記マスクを用いて前記第２導電型の不純物を注入する際に、前記ターミネーション領域において、前記アクティブ領域に近い側における前記第２半導体領域のドーズ量が、前記アクティブ領域から遠い側における前記第２半導体領域のドーズ量よりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１において、
前記マスクを用いて前記第２導電型の不純物を注入する際の前記ターミネーション領域の前記第２半導体領域におけるドーズ量が４×１０
１２
ｃｍ
－２
以上、３×１０
１３
ｃｍ
－２
以下であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
請求項１において、
耐圧まで電圧が印加されたときに少なくとも０≦ｘ≦ＸＮ／２の範囲に対応する前記第２半導体領域が完全に空乏化して前記リサーフ領域として機能することを特徴とする半導体装置の製造方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置に関する。
続きを表示（約 1,800 文字）【背景技術】
【０００２】
近年、パワー半導体デバイス分野では価格競争が激化しており、コスト低減が求められている。コスト低減のためには、ウエハの大口径化と、プロセス温度の低温化と、チップの小型化が必要であり、そのためには、ターミネーション領域の浅接合化と、ターミネーション領域の幅の縮小と、ターミネーション領域における電界の緩和の実現が必要となる。
【０００３】
ターミネーション領域の構造に関する従来技術としては、例えば、特許文献１および特許文献２がある。
【０００４】
特許文献１には、半導体素子の外周部に設けられた終端構造（３２）が、半導体基板（３０）内に形成されたＮ型ドリフト領域（１）と、Ｎ型ドリフト領域（１）内の上面部に形成されたＰ型不純物領域（２）を備え、Ｐ型不純物領域（２）は、巨視的に見ると、Ｐ型の不純物濃度が終端構造（３２）の内周部から外周部へ向けて減少し、Ｐ型不純物領域（２）は、微視的に見ると、Ｐ型の複数の高濃度領域（２ｂ）およびそれを囲む低濃度領域（２ａ）から構成されており、低濃度領域（２ａ）間が離間した部分を有しているものが記載されている（要約、図２）。
【０００５】
ここで、特許文献１には、低濃度領域（２ａ）の不純物濃度は、低濃度領域（２ａ）が完全に空乏化する条件（リサーフ条件）を満たす値に設定されており、高濃度領域（２ｂ）の不純物濃度は、ウエハプロセスのバラツキによって高濃度領域（２ｂ）が空乏化するか否かが決まる程度の値に設定されていることが記載されている（段落００２０）。
【０００６】
また、特許文献１には、このようなＰ型不純物領域（２）を形成するイオン注入で用いる注入マスク（２０）の開口率を、終端構造（３２）の外側へ向けて減少させることが記載されており（段落００４２）、開口率を減少させる関数は、線形関数などが挙げられるが、指数関数など減少率が高いものが望ましく、例えば、巨視的に見て、下に凸となる指数関数や多項式に従って減少する関数を用いると、電界の局所的な集中を緩和することができることが記載されている（段落００４３）。
【０００７】
特許文献２には、Ｐベース層（２）を取り囲むようにＰベース層（２）よりも低濃度のＰリサーフ層（３）（電界緩和層）が形成され、Ｐリサーフ層（３）は、高濃度Ｐリサーフ層（７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ）と低濃度Ｐリサーフ層（８ｂ、９ｂ、１０ｂ、１１ｂ）とが交互に配置されて構成され、それぞれの幅をｗ（７ａ）＝ｗ（８ｂ）＋ｗ（８ａ）＝ｗ（９ｂ）＋ｗ（９ａ）＝ｗ（１０ｂ）＋ｗ（１０ａ）＝ｗ（１１ｂ）となるように高濃度Ｐリサーフ層と低濃度Ｐリサーフ層の各組の幅の合計を等しく保ちながら、高濃度Ｐリサーフ層（７ａ、８ａ、９ａ、１０ａ）の幅は外側に向かって徐々に狭くし、低濃度Ｐリサーフ層（８ｂ、９ｂ、１０ｂ、１１ｂ）の幅は外側に向かって徐々に広くしたものが記載されている（段落００２７～００３９、図３～図４）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
国際公開第２０１４／０５４３１９号
国際公開第２０１３／１３６５５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
特許文献１では、注入マスク（２０）の開口率を減少させる関数として、線形関数、下に凸となる指数関数（ａ
ｘ
）、多項式に従って減少する関数が記載されており、特許文献２では、高濃度Ｐリサーフ層と低濃度Ｐリサーフ層の各組の幅の合計を等しく保ちながら、高濃度Ｐリサーフ層の幅は外側に向かって徐々に狭くし、低濃度Ｐリサーフ層の幅は外側に向かって徐々に広くしたもの、すなわち、疑似的に線形に濃度を減少させるものが記載されているが、本願の発明者によるシミュレーションの結果、ターミネーション領域の幅の縮小と、ターミネーション領域における電界の緩和を実現するためのマスクの形状は、別の形状が望ましいことを見出した。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、ターミネーション領域の幅の縮小と、ターミネーション領域における電界の緩和を実現することが可能な半導体装置の製造方法および半導体装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
（【００１１】以降は省略されています）

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