特許ウォッチ

公開番号2025064146
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-17
出願番号2023173671
出願日2023-10-05
発明の名称半導体装置及びその製造方法
出願人株式会社デンソー,トヨタ自動車株式会社,株式会社ミライズテクノロジーズ
代理人弁理士法人快友国際特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250410BHJP()
要約【課題】精度良く不純物が注入されることにより、安定した特性を有する半導体装置を提案する。
【解決手段】半導体装置は、半導体基板を備える。半導体基板が、p型の第1半導体層と、第1半導体層の下側に配置されているドリフト層と、ドリフト層の下側に配置されているn型の第2半導体層、を備える。ドリフト層が、第1導電型の第1半導体領域と、第1半導体領域中に分散配置されている複数の第2導電型の第2半導体領域及び複数の第2導電型の第3半導体領域、を有する。第2半導体領域が、半導体基板の上面に沿う第1方向に長い形状を有しており、第3半導体領域が、半導体基板の上面に沿うとともに第1方向に直交する第2方向に長い形状を有している。第2半導体領域と第3半導体領域が、第1方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、第2方向に沿って間隔を空けて交互に配置されている。
【選択図】図4
特許請求の範囲【請求項１】
半導体基板（１２）を備える半導体装置（１０、１００）であって、
前記半導体基板が、
ｐ型の第１半導体層（３２）と、
前記第１半導体層の下側に配置されているドリフト層（３４）と、
前記ドリフト層の下側に配置されているｎ型の第２半導体層（４０）、
を備え、
前記ドリフト層が、
第１導電型の第１半導体領域（３５）と、
前記第１半導体領域中に分散配置されている複数の第２導電型の第２半導体領域（３６）及び複数の第２導電型の第３半導体領域（３７）、
を有し、
前記第２半導体領域が、前記半導体基板の上面（１２ａ）に沿う第１方向に長い形状を有しており、
前記第３半導体領域が、前記半導体基板の前記上面に沿うとともに前記第１方向に直交する第２方向に長い形状を有しており、
前記第２半導体領域と前記第３半導体領域が、前記第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、前記第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されている、
半導体装置。
続きを表示（約 1,100 文字）【請求項２】
前記第２半導体領域の前記第１方向の長さ（Ｌ１）が、前記第１方向に隣り合う前記第２半導体領域と前記第３半導体領域の中心間の距離（Ｄ１）以上であり、
前記第３半導体領域の前記第２方向の長さ（Ｌ２）が、前記第２方向に隣り合う前記第２半導体領域と前記第３半導体領域の中心間の距離（Ｄ２）以上である、請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記ドリフト層が、第１ドリフト層であり、
前記半導体基板が、前記第１ドリフト層と前記第２半導体層の間に設けられた第２ドリフト層（１３４）を有し、
前記第２ドリフト層が、
第１導電型の第４半導体領域（１３５）と、
前記第４半導体領域中に分散配置されている複数の第２導電型の第５半導体領域（１３６）及び複数の第２導電型の第６半導体領域（１３７）、
を有し、
前記第５半導体領域が、前記第１方向に長い形状を有しており、
前記第６半導体領域が、前記第２方向に長い形状を有しており、
前記第５半導体領域と前記第６半導体領域が、前記第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、前記第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されており、
前記半導体基板を上から見たときに、前記各第２半導体領域と対応する前記各第６半導体領域が交差しており、前記各第３半導体領域と対応する前記各第５半導体領域が交差している、請求項１または２に記載の半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の半導体装置の製造方法であって、
第１導電型半導体層（５０）の上面に、前記第１方向に長い形状を有する複数の第１の開口（５２ａ）と、前記第２方向に長い形状を有する複数の第２の開口（５２ｂ）と、を有するレジスト（５２）を形成する工程であって、前記第１の開口と前記第２の開口が、前記第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、前記第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されるように、前記レジストを形成する前記工程と、
前記各第１の開口及び前記各第２の開口を介して、前記第１導電型半導体層に第２導電型不純物をイオン注入することにより、前記第１導電型半導体層中に複数の第２導電型半導体領域（６２）を形成する工程、
を備え、
前記第１の開口を介した前記イオン注入により形成された前記第２導電型半導体領域が前記第２半導体領域となり、
前記第２の開口を介した前記イオン注入により形成された前記第２導電型半導体領域が前記第３半導体領域となり、
残存する前記第１導電型半導体層が前記第１半導体領域となる、
製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示の技術は、半導体装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 3,300 文字）【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、縦型の半導体装置が開示されている。この半導体装置は、半導体基板の上面側に設けられたソース領域及びウェル領域と、半導体基板の下面側に設けられたドレイン層との間に、ｎ型領域とｐ型領域とが横方向に交互に配置された層（以下、スーパージャンクション層という）を有している。特許文献１の技術では、半導体装置がオフしたときに、ｎ型領域とｐ型領域の界面のｐｎ接合からスーパージャンクション層全体に空乏層が広がる。この半導体装置では、スーパージャンクション層が素早く空乏化されるので、高い耐圧を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００１－１３５８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スーパージャンクション層のｐ型領域は、一般的に、ｎ型領域の上面に開口を有するレジストを形成し、開口を介してｎ型領域にｐ型不純物をイオン注入することにより形成される。開口を有するレジストを形成するには、まず、ｎ型領域の上面全域にレジストを形成した後、開口に対応する範囲のレジストを露光させる。その後、現像液を塗布することにより、露光部分のレジストを除去することで、開口を形成する。このとき、現像液の流れにより、残存させるべき部分（非露光部分という）のレジストに力が加わり、非露光部分のレジストが変形する場合がある。特に、現像液の流れに対して直交する方向に長く伸びる非露光部分は、大きな力が加わり易く変形し易い。レジストが変形すると、意図した範囲に開口が位置せず、所望の範囲にｐ型不純物を注入することができない。その結果、半導体装置の特性が変動してしまう。本明細書では、精度良く不純物が注入されることにより、安定した特性を有する半導体装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本明細書が開示する半導体装置（１０、１００）は、半導体基板（１２）を備える。前記半導体基板が、ｐ型の第１半導体層（３２）と、前記第１半導体層の下側に配置されているドリフト層（３４）と、前記ドリフト層の下側に配置されているｎ型の第２半導体層（４０）、を備える。前記ドリフト層が、第１導電型の第１半導体領域（３５）と、前記第１半導体領域中に分散配置されている複数の第２導電型の第２半導体領域（３６）及び複数の第２導電型の第３半導体領域（３７）、を有する。前記第２半導体領域が、前記半導体基板の上面（１２ａ）に沿う第１方向に長い形状を有しており、前記第３半導体領域が、前記半導体基板の前記上面に沿うとともに前記第１方向に直交する第２方向に長い形状を有している。前記第２半導体領域と前記第３半導体領域が、前記第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、前記第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されている。
【０００６】
なお、本明細書において、第１導電型と第２導電型の一方がｐ型を意味し、他方がｎ型を意味する。すなわち、第１導電型がｐ型の場合は第２導電型がｎ型であり、第１導電型がｎ型の場合は第２導電型がｐ型である。
【０００７】
イオン注入により第２半導体領域及び第３半導体領域を形成する場合、ドリフト層の上面にそれぞれの半導体領域に対応する開口を有するレジストを形成し、各開口を介して第２導電型不純物をイオン注入する。この半導体装置では、第２半導体領域と第３半導体領域が、第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されている。すなわち、第２半導体領域及び第３半導体領域を形成する際には、レジストの各開口が、第１方向及び第２方向に沿って分散配置するように形成される。このため、複数の開口が形成されたレジストは、第１方向に伸びる部分と第２方向に伸びる部分とが、比較的狭い間隔で接続された形状を有する。このように、上記の半導体装置は、複数の開口を有するレジストを形成する際に、特定方向に伸びるレジストが、比較的狭い間隔で当該特定方向に直交する方向に伸びるレジストに接続されることにより補強されるので、現像の際にレジストが現像液の流れに対して変形し難く、精度良く第２半導体領域及び第３半導体領域が形成される。このため、上記の半導体装置は安定した特性を有する。
【０００８】
また、本明細書は、上記した半導体装置の製造方法を開示する。前記製造方法は、第１導電型半導体層の上面に、前記第１方向に長い形状を有する複数の第１の開口（５２ａ）と、前記第２方向に長い形状を有する複数の第２の開口（５２ｂ）と、を有するレジスト（５２）を形成する工程であって、前記第１の開口と前記第２の開口が、前記第１方向に沿って間隔を空けて交互に配置されているとともに、前記第２方向に沿って間隔を空けて交互に配置されるように、前記レジストを形成する前記工程と、前記各第１の開口及び前記各第２の開口を介して、前記第１導電型半導体層に第２導電型不純物をイオン注入することにより、前記第１導電型半導体層中に複数の第２導電型半導体領域（６２）を形成する工程、を備える。前記第１の開口を介した前記イオン注入により形成された前記第２導電型半導体領域が前記第２半導体領域となり、前記第２の開口を介した前記イオン注入により形成された前記第２導電型半導体領域が前記第３半導体領域となり、残存する前記第１導電型半導体層が前記第１半導体領域となる。
【０００９】
上記の製造方法では、第１の開口と第２の開口が、第１方向及び第２方向の双方に沿って間隔を空けて交互に配置されるように、レジストを形成する。このレジストを形成する際には、まず、第１導電型半導体層の上面の略全域にレジストを形成した後、各第１の開口及び各第２の開口を形成すべき範囲のレジストを露光させる。その後、レジストに現像液を塗布して露光部分のレジストを除去することにより、各第１の開口及び各第２の開口が形成される。このとき、残存するレジストは、各第１の開口及び各第２の開口により、第１方向に伸びる部分と第２方向に伸びる部分とが、比較的狭い間隔で接続された形状となる。このように、上記の製造方法では、複数の開口を有するレジストを形成する際に、特定方向に伸びるレジストが、比較的狭い間隔で当該特定方向に直交する方向に伸びるレジストに接続されることにより補強されるので、現像の際にレジストが現像液の流れに対して変形し難い。このため、各第１の開口及び各第２の開口を介して、第１導電型半導体層の上面から第２導電型不純物を精度良くイオン注入することができ、所望の範囲に第２半導体領域及び第３半導体領域を形成することができる。したがって、この製造方法では、安定した特性を有する半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
実施例１の半導体装置の斜視断面図。
図１の平面ＩＩにおける断面図。
図１の平面ＩＩＩにおける断面図。
図３に対応する断面において、比較例の半導体装置がオフしたときの空乏層の広がりを説明するための図。
図３に対応する断面において、実施例１の半導体装置がオフしたときの空乏層の広がりを説明するための図。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例１の半導体装置の製造工程を説明するための図。
実施例２に係る半導体装置の斜視断面図。
図１１の平面ＸＩＩにおける拡大断面図。
【発明を実施するための形態】
（【００１１】以降は省略されています）

関連特許