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JP2013168549A - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2013168549A
JP2013168549A JP2012031583A JP2012031583A JP2013168549A JP 2013168549 A JP2013168549 A JP 2013168549A JP 2012031583 A JP2012031583 A JP 2012031583A JP 2012031583 A JP2012031583 A JP 2012031583A JP 2013168549 A JP2013168549 A JP 2013168549A
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Japan
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semiconductor
conductivity type
electric field
epitaxial layer
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JP2012031583A
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Japanese (ja)
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Kenji Hamada
憲治 濱田
Kenichi Otsuka
健一 大塚
Takashi Kawakami
剛史 川上
Masayuki Imaizumi
昌之 今泉
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Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Publication date
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Abstract

【課題】電界の集中を抑え、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】半導体基板11上の半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部に第2導電型半導体領域13を形成する。第2導電型半導体領域13よりも半導体エピタキシャル層12の外周端側に、複数の接合終端(FLR)領域15を形成する。複数のFLR領域15は、互いに離間して環状に形成され、第2導電型を有する。各FLR領域15の径方向の内方側および外方側に、各FLR領域15に接して、第2導電型の電界緩和領域16を形成する。このとき、電界緩和領域16における第2導電型の不純物の濃度を、FLR領域15における第2導電型の不純物の濃度の1/10以下とする。
【選択図】図1
A high breakdown voltage semiconductor device capable of suppressing concentration of an electric field and obtaining a stable breakdown voltage, and a manufacturing method thereof.
A second conductivity type semiconductor region is formed in the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of a semiconductor epitaxial layer on a semiconductor substrate. A plurality of junction termination (FLR) regions 15 are formed on the outer peripheral end side of the semiconductor epitaxial layer 12 relative to the second conductivity type semiconductor region 13. The plurality of FLR regions 15 are annularly spaced apart from each other and have a second conductivity type. A second conductivity type electric field relaxation region 16 is formed in contact with each FLR region 15 on the radially inner side and outer side of each FLR region 15. At this time, the concentration of the second conductivity type impurity in the electric field relaxation region 16 is set to 1/10 or less of the concentration of the second conductivity type impurity in the FLR region 15.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、半導体装置およびその製造方法に関し、より詳細には、フィールドリミッティングリング(Field Limiting Ring;略称:FLR)領域を有する半導体装置およびその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device having a field limiting ring (abbreviation: FLR) region and a manufacturing method thereof.

半導体基板を用いた半導体装置としては、ショットキーダイオード、pnダイオードおよび金属−酸化膜−半導体電界効果型トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;略称:MOSFET)などのパワー半導体装置が存在する。これらのパワー半導体装置では、pn接合部に電界が集中することを防止するために、様々な終端構造が導入されている。終端構造の一つに、フィールドリミッティングリング(Field Limiting Ring;略称:FLR)構造がある(たとえば、非特許文献1参照)。   As semiconductor devices using a semiconductor substrate, there are power semiconductor devices such as Schottky diodes, pn diodes, and metal-oxide-semiconductor field effect transistors (abbreviated as MOSFETs). In these power semiconductor devices, various termination structures are introduced in order to prevent the electric field from concentrating on the pn junction. One of the termination structures is a field limiting ring (abbreviation: FLR) structure (see, for example, Non-Patent Document 1).

FLR構造は、主たる接合を形成する半導体領域(以下「主接合領域」という)を取り囲むように、複数の環状領域(以下「FLR領域」という)を形成したものである。FLR構造として、電圧阻止時のデバイス終端部の電界分布を均等化することによって、比較的低い電圧で局所的に電界強度が高くなることによる降伏を防いでいる。この技術によって、主接合領域が、少なくともキロボルト(kV)オーダの耐圧を得ることができる。   In the FLR structure, a plurality of annular regions (hereinafter referred to as “FLR regions”) are formed so as to surround a semiconductor region (hereinafter referred to as “main junction region”) that forms a main junction. By using the FLR structure to equalize the electric field distribution at the device termination at the time of voltage blocking, breakdown due to locally high electric field strength at a relatively low voltage is prevented. With this technique, the main junction region can obtain a breakdown voltage of at least the kilovolt (kV) order.

また、FLR領域の端部での電界強度を低減するために、FLR構造の全体または一部を包含するように、FLR領域よりも低い不純物濃度を有する領域を形成することが提案されている(たとえば、特許文献1,2参照)。   Further, in order to reduce the electric field strength at the end of the FLR region, it has been proposed to form a region having an impurity concentration lower than that of the FLR region so as to include all or part of the FLR structure ( For example, see Patent Documents 1 and 2).

特許第3708057号公報Japanese Patent No. 3770857 特表2011−514674号公報Special table 2011-1151474 gazette

B.Jayant Baliga著、「POWER SEMICONDUCTOR DEVICES」、(米国)、第1版、Springer−Verlag、2008年12月30日、p.120−132B. Jayant Baliga, “POWER SEMICONDUCTOR DEVICES” (USA), 1st edition, Springer-Verlag, December 30, 2008, p. 120-132

終端構造としてFLR構造を有する高耐圧の半導体装置では、pn接合に比較的高い逆方向電圧を印加したときに、FLR領域の端部に局所的に電界強度の高い領域が発生する。基板表面に達する電界強度が高いと、基板外部で沿面放電が発生し、半導体装置の耐圧が著しく低下するという問題がある。   In a high breakdown voltage semiconductor device having an FLR structure as a termination structure, when a relatively high reverse voltage is applied to the pn junction, a region having a high electric field strength is locally generated at the end of the FLR region. When the electric field strength reaching the substrate surface is high, creeping discharge occurs outside the substrate, and there is a problem that the breakdown voltage of the semiconductor device is significantly reduced.

FLR領域の端部での電界強度を低減するFLR構造として、前述の特許文献1および特許文献2に開示されるFLR構造がある。特許文献1に開示されるFLR構造は、FLR領域よりも低い不純物濃度を有する領域で複数のFLR領域全体を包含する構造である。特許文献2に開示されるFLR構造は、FLR領域よりも低い不純物濃度を有する領域でFLR領域の側部および底部を包含する構造である。   As the FLR structure that reduces the electric field strength at the end of the FLR region, there are FLR structures disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2 described above. The FLR structure disclosed in Patent Document 1 is a structure that includes a plurality of FLR regions in a region having an impurity concentration lower than that of the FLR region. The FLR structure disclosed in Patent Document 2 is a structure including a side portion and a bottom portion of the FLR region in a region having an impurity concentration lower than that of the FLR region.

しかし、特許文献1および特許文献2に開示されるFLR構造では、一部のFLR領域において、横方向端部で不純物濃度が急峻に変化しており、当該箇所に局所的に電界強度が高い領域が発生する。したがって、基板表面またはデバイスの表面に到達する電界強度を十分に低減することができないという問題がある。   However, in the FLR structures disclosed in Patent Document 1 and Patent Document 2, in some FLR regions, the impurity concentration is abruptly changed at the lateral end, and the region where the electric field strength is locally high in the portion. Occurs. Therefore, there is a problem that the electric field intensity reaching the substrate surface or the device surface cannot be sufficiently reduced.

本発明の目的は、電界の集中を抑え、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置およびその製造方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a high breakdown voltage semiconductor device that suppresses concentration of an electric field and obtains a stable breakdown voltage, and a manufacturing method thereof.

本発明の半導体装置は、第1の導電型を有する半導体基板と、前記半導体基板の厚み方向一方側の表面上に設けられ、第1の導電型を有する半導体エピタキシャル層と、前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分に形成され、第2の導電型を有する第2導電型の半導体領域と、前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、前記第2導電型の半導体領域よりも前記半導体エピタキシャル層の外周端側の部分に、互いに離間して環状に形成され、第2の導電型を有する複数の接合終端領域と、各前記接合終端領域の径方向の内方側および外方側に、前記接合終端領域に接して形成され、第2導電型を有する電界緩和領域と、前記第2導電型の半導体領域上および前記接合終端領域上に設けられる保護膜とを備え、前記電界緩和領域における前記第2導電型の不純物の濃度は、前記接合終端領域における前記第2導電型の不純物の濃度の1/10以下であることを特徴とする。   A semiconductor device of the present invention includes a semiconductor substrate having a first conductivity type, a semiconductor epitaxial layer having a first conductivity type provided on a surface on one side in the thickness direction of the semiconductor substrate, and the semiconductor epitaxial layer. Of the second conductivity type semiconductor region having the second conductivity type formed in a part of the surface vicinity portion on one side in the thickness direction, and the second conductivity type in the surface vicinity portion on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer. A plurality of junction termination regions having a second conductivity type, which are annularly spaced apart from each other at a portion closer to the outer peripheral end of the semiconductor epitaxial layer than the semiconductor region of the type, and a radial direction of each of the junction termination regions Provided on the inner side and the outer side in contact with the junction termination region and provided on the electric field relaxation region having the second conductivity type, the semiconductor region of the second conductivity type, and the junction termination region. A Mamorumaku, the concentration of the second conductivity type impurity in the electric field relaxation region is characterized in that the joint is in the end region following 1/10 of the concentration of impurities of the second conductivity type.

本発明の半導体装置の製造方法は、第1の導電型を有する半導体基板の厚み方向一方側の表面上に、第1の導電型を有する半導体エピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程と、前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分に、第2の導電型を有する第2導電型の半導体領域を形成する半導体領域形成工程と、前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面上に、前記第2導電型の半導体領域よりも前記半導体エピタキシャル層の外周端側に、互いに離間して複数の環状の開口部が形成されるイオン注入マスクを形成した後、形成した前記イオン注入マスクを介して第2の導電型の不純物をイオン注入することによって、複数の接合終端領域を形成する第1注入工程と、前記イオン注入マスクをトリミングすることによって各前記開口部の径を予め定める拡大幅の分広げた後、前記イオン注入マスクを介して第2導電型の不純物をイオン注入することによって、電界緩和領域を形成する第2注入工程とを備えることを特徴とする。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes an epitaxial layer forming step of forming a semiconductor epitaxial layer having a first conductivity type on a surface on one side in the thickness direction of a semiconductor substrate having a first conductivity type, and the semiconductor A semiconductor region forming step of forming a second conductivity type semiconductor region having a second conductivity type in a part of the surface vicinity on one side in the thickness direction of the epitaxial layer; and on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer. And forming an ion implantation mask in which a plurality of annular openings are formed apart from each other on the outer peripheral end side of the semiconductor epitaxial layer with respect to the semiconductor region of the second conductivity type, and then formed. A first implantation step of forming a plurality of junction termination regions by ion-implanting impurities of a second conductivity type via A second implantation for forming an electric field relaxation region by ion implantation of a second conductivity type impurity through the ion implantation mask. And a process.

本発明の半導体装置によれば、半導体基板上の半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、第2導電型の半導体領域よりも半導体エピタキシャル層の外周端側の部分には、互いに離間して環状に形成され、第2の導電型を有する複数の接合終端領域が備えられる。各接合終端領域の径方向の内方側および外方側には、前記接合終端領域に接して形成され、第2導電型を有する電界緩和領域が備えられる。電界緩和領域における第2導電型の不純物の濃度は、接合終端領域における第2導電型の不純物の濃度の1/10以下であるので、接合終端領域の横方向の端部における不純物濃度分布の傾斜が緩やかになり、電界の集中度合いが緩和される。これによって、逆方向電圧を印加した場合の半導体装置内部の電界強度、および半導体基板表面に到達する電界強度を低減することができるので、半導体基板の外部での沿面放電を抑制し、半導体装置の耐圧の低下を防ぐことができる。したがって、電界の集中を抑え、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置を実現することができる。   According to the semiconductor device of the present invention, in the vicinity of the surface on the one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer on the semiconductor substrate, the portion closer to the outer peripheral end of the semiconductor epitaxial layer than the semiconductor region of the second conductivity type is mutually connected. A plurality of junction termination regions are provided that are spaced apart and formed in an annular shape and have the second conductivity type. An electric field relaxation region formed in contact with the junction termination region and having the second conductivity type is provided on the radially inner side and outer side of each junction termination region. Since the concentration of the second conductivity type impurity in the electric field relaxation region is 1/10 or less of the concentration of the second conductivity type impurity in the junction termination region, the slope of the impurity concentration distribution at the lateral end of the junction termination region Becomes gentle and the concentration of the electric field is eased. As a result, the electric field strength inside the semiconductor device when a reverse voltage is applied and the electric field strength reaching the surface of the semiconductor substrate can be reduced, so that creeping discharge outside the semiconductor substrate is suppressed, and the semiconductor device A decrease in breakdown voltage can be prevented. Therefore, it is possible to realize a high breakdown voltage semiconductor device that can suppress concentration of the electric field and obtain a stable breakdown voltage.

本発明の半導体装置の製造方法によれば、エピタキシャル層形成工程で、半導体基板の厚み方向一方側の表面上に半導体エピタキシャル層が形成される。半導体領域形成工程で、半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分に、第2導電型の半導体領域が形成される。第1注入工程で、半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面上に形成されたイオン注入マスクを介してイオン注入されることによって、複数の接合終端領域が形成される。第2注入工程では、イオン注入マスクがトリミングされて、開口部の径が拡大幅の分広げられた後、イオン注入マスクを介してイオン注入されることによって、電界緩和領域が形成される。これによって、接合終端領域の形成に用いられるイオン注入マスク以外に、新たなイオン注入マスクを用いることなく、自己整合的なプロセスで簡便かつ高精度に、前述のように各接合終端領域の径方向の内方側および外方側に電界緩和領域を備える半導体装置を製造することができる。たとえば第2注入工程におけるイオン注入の面密度を、第1注入工程におけるイオン注入の面密度の1/10以下とすることによって、前述のように電界緩和領域における第2導電型の不純物の濃度が、接合終端領域における第2導電型の不純物の濃度の1/10以下である半導体装置を製造することができる。   According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor epitaxial layer is formed on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor substrate in the epitaxial layer forming step. In the semiconductor region forming step, a semiconductor region of the second conductivity type is formed in a part of the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer. In the first implantation step, a plurality of junction termination regions are formed by ion implantation through an ion implantation mask formed on one surface in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer. In the second implantation step, the ion implantation mask is trimmed and the diameter of the opening is expanded by an enlarged width, and then ion implantation is performed through the ion implantation mask, thereby forming an electric field relaxation region. Thus, in addition to the ion implantation mask used for forming the junction termination region, the radial direction of each junction termination region can be simply and highly accurately in a self-aligned process without using a new ion implantation mask as described above. A semiconductor device having an electric field relaxation region on the inner side and the outer side can be manufactured. For example, by setting the surface density of the ion implantation in the second implantation step to 1/10 or less of the surface density of the ion implantation in the first implantation step, the concentration of the second conductivity type impurity in the electric field relaxation region can be reduced as described above. Thus, a semiconductor device having a concentration of 1/10 or less of the impurity concentration of the second conductivity type in the junction termination region can be manufactured.

本発明の第1の実施の形態である半導体装置1の構成を示す断面図である。1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device 1 according to a first embodiment of the present invention. 第2導電型半導体領域13の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the stage which the formation of the 2nd conductivity type semiconductor region 13 was complete | finished. オーミックコンタクト領域14の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a state at a stage where the formation of the ohmic contact region 14 is completed. FIG. FLR領域15の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state at a stage where the formation of the FLR region 15 is completed. 注入マスク22の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the stage which the formation of the implantation mask 22 was complete | finished. 電界緩和領域16の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the stage which the formation of the electric field relaxation area | region 16 was complete | finished. 保護膜17の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the stage where formation of the protective film 17 was complete | finished. 開口部18の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state in the stage which the formation of the opening part 18 was complete | finished. アノード電極19の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the state of the stage which the formation of the anode electrode 19 was complete | finished. カソード電極20の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state at a stage where the formation of the cathode electrode 20 is completed. 2種類の終端構造における基板表面に達する電界強度と、第2導電型半導体領域13からの距離との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between the electric field intensity reaching the substrate surface and the distance from the second conductivity type semiconductor region 13 in two types of termination structures. 2種類の終端構造に印加する逆方向電圧と、デバイス内部の電界強度の最大値との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the reverse voltage applied to two types of termination structures, and the maximum value of the electric field strength inside a device. FLR領域端部の断面的な電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of sectional electric field strength distribution of a FLR area | region edge part. FLR領域端部の断面的な電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。It is a figure which shows the simulation result of sectional electric field strength distribution of a FLR area | region edge part. 本発明の第2の実施の形態である半導体装置2の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device 2 which is the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施の形態である半導体装置3の構成を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the structure of the semiconductor device 3 which is the 3rd Embodiment of this invention.

<第1の実施の形態>
図1は、本発明の第1の実施の形態である半導体装置1の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置1は、pnダイオードである。半導体装置1は、図1に示すように、半導体基板11、半導体エピタキシャル層12、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR(Field Limiting Ring)領域15、電界緩和領域16、保護膜17、アノード電極19およびカソード電極20を備えて構成される。第2導電型半導体領域13は、第2導電型の半導体領域に相当する。FLR領域15は、接合終端領域に相当する。
<First Embodiment>
FIG. 1 is a cross-sectional view showing a configuration of a semiconductor device 1 according to a first embodiment of the present invention. The semiconductor device 1 of the present embodiment is a pn diode. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 1 includes a semiconductor substrate 11, a semiconductor epitaxial layer 12, a second conductivity type semiconductor region 13, an ohmic contact region 14, an FLR (Field Limiting Ring) region 15, an electric field relaxation region 16, a protective film. 17, an anode electrode 19 and a cathode electrode 20 are provided. The second conductivity type semiconductor region 13 corresponds to a second conductivity type semiconductor region. The FLR region 15 corresponds to a junction termination region.

半導体エピタキシャル層12は、半導体基板11の厚み方向一方側の表面上に設けられている。半導体基板11および半導体エピタキシャル層12は、第1の導電型を有している。   The semiconductor epitaxial layer 12 is provided on the surface of one side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11. The semiconductor substrate 11 and the semiconductor epitaxial layer 12 have the first conductivity type.

以下の説明では、半導体基板11と、半導体基板11上に設けられた半導体層、本実施の形態では半導体エピタキシャル層12とを合わせて、「基板」という場合がある。この場合、基板は、半導体エピタキシャル層12内に形成された各領域、すなわち第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR領域15および電界緩和領域16を含む。   In the following description, the semiconductor substrate 11, the semiconductor layer provided on the semiconductor substrate 11, and the semiconductor epitaxial layer 12 in this embodiment may be collectively referred to as “substrate”. In this case, the substrate includes each region formed in the semiconductor epitaxial layer 12, that is, the second conductivity type semiconductor region 13, the ohmic contact region 14, the FLR region 15, and the electric field relaxation region 16.

図1では、基板の外周端(以下「最外エッジ」という場合がある)およびその付近のみを図示し、それよりも内側の部分については図示を省略している。図1において、紙面に向かって右側が基板の外周端側に対応しており、紙面に向かって左側が基板の外周端よりも内側に対応している。   In FIG. 1, only the outer peripheral edge of the substrate (hereinafter sometimes referred to as “outermost edge”) and its vicinity are illustrated, and the illustration of the inner portion is omitted. In FIG. 1, the right side toward the paper surface corresponds to the outer peripheral edge side of the substrate, and the left side toward the paper surface corresponds to the inner side of the outer peripheral edge of the substrate.

FLR領域15は、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、第2導電型半導体領域13よりも半導体エピタキシャル層12の外周端側の部分に形成されている。「表面近傍部」は、表面とその近傍の部分とを含む。半導体装置1は、複数のFLR領域15を備える。本実施の形態では、半導体装置1は、3つのFLR領域15を備える。   The FLR region 15 is formed in a portion near the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 on the outer peripheral end side of the semiconductor epitaxial layer 12 relative to the second conductivity type semiconductor region 13. The “surface vicinity portion” includes the surface and a portion in the vicinity thereof. The semiconductor device 1 includes a plurality of FLR regions 15. In the present embodiment, the semiconductor device 1 includes three FLR regions 15.

複数のFLR領域15は、主たる接合を形成する主接合領域である第2導電型半導体領域13を囲繞する。複数のFLR領域15は、半導体装置1の最外エッジに向かって、半導体基板11の厚み方向に垂直な方向(以下「横方向」という場合がある)に、予め定める間隔をあけて設けられる。図1では、横方向は、紙面に向かって左右方向である。   The plurality of FLR regions 15 surround the second conductivity type semiconductor region 13 which is a main junction region that forms a main junction. The plurality of FLR regions 15 are provided at predetermined intervals in a direction perpendicular to the thickness direction of the semiconductor substrate 11 (hereinafter sometimes referred to as “lateral direction”) toward the outermost edge of the semiconductor device 1. In FIG. 1, the horizontal direction is the left-right direction toward the page.

複数のFLR領域15は、半導体装置1の最外エッジに向かうに従って、横方向における寸法である長さが小さくなるように設けられている。複数のFLR領域15は、同一の注入面密度を有している。「注入面密度」とは、イオン注入時における不純物の面密度である。   The plurality of FLR regions 15 are provided so that the length, which is a dimension in the horizontal direction, decreases toward the outermost edge of the semiconductor device 1. The plurality of FLR regions 15 have the same injection surface density. “Implanted surface density” is the surface density of impurities during ion implantation.

第2導電型半導体領域13は、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分、具体的には、表面近傍部のうち、横方向においてFLR領域15よりも基板の内側の領域に形成されている。第2導電型半導体領域13は、横方向において最も基板の内側に設けられるFLR領域15および電界緩和領域16と間隔をあけて設けられる。第2導電型半導体領域13は、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面から、厚み方向中央部にわたって形成されている。第2導電型半導体領域13は、第2の導電型を有している。   The second conductivity type semiconductor region 13 is a part of the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12, specifically, a region in the vicinity of the surface in a region inside the substrate with respect to the FLR region 15 in the lateral direction. Is formed. The second conductivity type semiconductor region 13 is provided at a distance from the FLR region 15 and the electric field relaxation region 16 provided at the innermost side of the substrate in the lateral direction. The second conductivity type semiconductor region 13 is formed from the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 to the central portion in the thickness direction. The second conductivity type semiconductor region 13 has the second conductivity type.

オーミックコンタクト領域14は、第2導電型半導体領域13の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分、具体的には、第2導電型半導体領域13の外周端よりも内側の部分に形成されている。オーミックコンタクト領域14は、第2導電型半導体領域13よりも浅く形成される。たとえば、オーミックコンタクト領域14は、第2導電型半導体領域13の厚み方向一方側の表面から、第2導電型半導体領域13の深さの5分の2(2/5)程度の深さまで形成される。オーミックコンタクト領域14は、第2の導電型を有している。オーミックコンタクト領域14の不純物濃度は、第2導電型半導体領域13の不純物濃度よりも高い。   The ohmic contact region 14 is formed in a part of the surface vicinity portion on one side in the thickness direction of the second conductivity type semiconductor region 13, specifically, in a portion inside the outer peripheral edge of the second conductivity type semiconductor region 13. . The ohmic contact region 14 is formed shallower than the second conductivity type semiconductor region 13. For example, the ohmic contact region 14 is formed from the surface on one side in the thickness direction of the second conductivity type semiconductor region 13 to a depth of about 2/5 (2/5) the depth of the second conductivity type semiconductor region 13. The The ohmic contact region 14 has the second conductivity type. The impurity concentration of the ohmic contact region 14 is higher than the impurity concentration of the second conductivity type semiconductor region 13.

複数のFLR領域15のうち、横方向において最も基板の内側に設けられるFLR領域(以下「内部側FLR領域」という場合がある)15は、横方向において、第2導電型半導体領域13と間隔をあけて設けられている。具体的には、内部側FLR領域15は、基板の厚み方向一方側から見て、第2導電型半導体領域13と離隔し、かつ第2導電型半導体領域13を囲繞するように設けられている。他のFLR領域15は、基板の厚み方向一方側から見て、内部側FLR領域15と離隔し、かつ内部側FLR領域15を囲繞するように設けられている。   Among the plurality of FLR regions 15, the FLR region (hereinafter sometimes referred to as “internal FLR region”) 15 provided on the innermost side of the substrate in the lateral direction is spaced apart from the second conductive semiconductor region 13 in the lateral direction. Opened. Specifically, the inner FLR region 15 is provided so as to be separated from the second conductive semiconductor region 13 and to surround the second conductive semiconductor region 13 when viewed from one side in the thickness direction of the substrate. . The other FLR region 15 is provided so as to be separated from the inner FLR region 15 and to surround the inner FLR region 15 when viewed from one side in the thickness direction of the substrate.

本実施の形態では、半導体基板11は、厚み方向一方側から見た平面形状が矩形状である。第2導電型半導体領域13は、半導体基板11の外周端に沿って、厚み方向一方側から見た平面形状が環状、具体的には略矩形の環状に形成される。各FLR領域15は、厚み方向一方側から見た平面形状が環状、具体的には略矩形の環状に形成される。各FLR領域15は、第2の導電型を有している。   In the present embodiment, the semiconductor substrate 11 has a rectangular planar shape when viewed from one side in the thickness direction. The second conductivity type semiconductor region 13 is formed along the outer peripheral end of the semiconductor substrate 11 in a ring shape, specifically, a substantially rectangular ring shape when viewed from one side in the thickness direction. Each FLR region 15 is formed in an annular shape, specifically a substantially rectangular annular shape, as viewed from one side in the thickness direction. Each FLR region 15 has the second conductivity type.

横方向において、各FLR領域15よりも内側および外側、すなわちFLR領域15の径方向の内方側および外方側には、各FLR領域15に接して、電界緩和領域16が形成されている。半導体装置1は、複数の電界緩和領域16を備える。   In the lateral direction, an electric field relaxation region 16 is formed in contact with each FLR region 15 on the inner side and outer side of each FLR region 15, that is, on the inner side and outer side in the radial direction of the FLR region 15. The semiconductor device 1 includes a plurality of electric field relaxation regions 16.

各電界緩和領域16は、FLR領域15よりも深く形成される。たとえば、各電界緩和領域16は、FLR領域15の厚み方向一方側の表面である半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面から、半導体エピタキシャル層12の厚さの2分の1(1/2)程度の深さまで形成される。各電界緩和領域16は、第1の導電型を有する。   Each electric field relaxation region 16 is formed deeper than the FLR region 15. For example, each electric field relaxation region 16 has a half (1/2) of the thickness of the semiconductor epitaxial layer 12 from the surface on one side of the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 which is the surface on one side in the thickness direction of the FLR region 15. ) Formed to a depth of about. Each electric field relaxation region 16 has the first conductivity type.

保護膜17は、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面上に設けられている。保護膜17は、少なくとも、第2導電型半導体領域13上およびFLR領域15上に設けられる。保護膜17は、オーミックコンタクト領域14が形成されている領域に対応する位置に開口部18を有する。開口部18には、基板の厚み方向一方に開放される開口が形成される。   The protective film 17 is provided on the surface of one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12. The protective film 17 is provided at least on the second conductivity type semiconductor region 13 and the FLR region 15. The protective film 17 has an opening 18 at a position corresponding to the region where the ohmic contact region 14 is formed. The opening 18 is formed with an opening that opens to one side in the thickness direction of the substrate.

アノード電極19は、保護膜17の開口部18の開口内に設けられている。アノード電極19は、保護膜17の開口部18の開口内において、オーミックコンタクト領域14に接している。アノード電極19は、オーミックコンタクト領域14を介して、第2導電型半導体領域13と電気的に接続している。   The anode electrode 19 is provided in the opening of the opening 18 of the protective film 17. The anode electrode 19 is in contact with the ohmic contact region 14 in the opening of the opening 18 of the protective film 17. The anode electrode 19 is electrically connected to the second conductivity type semiconductor region 13 through the ohmic contact region 14.

カソード電極20は、半導体基板11の厚み方向他方側の表面上に設けられている。カソード電極20は、図1に示すように、アノード電極19と対向して設けられている。   The cathode electrode 20 is provided on the surface on the other side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11. As shown in FIG. 1, the cathode electrode 20 is provided to face the anode electrode 19.

本実施の形態では、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型とする。したがって半導体基板11および半導体エピタキシャル層12は、n型の導電性を有し、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR領域15および電界緩和領域16は、p型の導電性を有する。   In the present embodiment, the first conductivity type is n-type, and the second conductivity type is p-type. Therefore, the semiconductor substrate 11 and the semiconductor epitaxial layer 12 have n-type conductivity, and the second conductivity-type semiconductor region 13, the ohmic contact region 14, the FLR region 15 and the electric field relaxation region 16 have p-type conductivity. .

次に、本発明の第1の実施の形態である半導体装置1の製造方法について説明する。図2〜図10は、本発明の第1の実施の形態である半導体装置1の製造方法を説明するための図である。図2〜図10では、図1と同様に、基板の外周端およびその付近のみを図示し、それよりも内側の部分については図示を省略する。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention will be described. 2 to 10 are views for explaining a method of manufacturing the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention. 2 to 10, similarly to FIG. 1, only the outer peripheral edge of the substrate and the vicinity thereof are illustrated, and the illustration of the inner portion is omitted.

図2は、第2導電型半導体領域13の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。まず、エピタキシャル層形成工程において、第1の導電型を有する半導体基板11の厚み方向一方側の表面上に、所定のドーパントを用いたエピタキシャル成長処理を施す。これによって、図2に示すように、半導体基板11の厚み方向一方側の表面上に、第1の導電型を有する半導体エピタキシャル層12を形成する。本実施の形態では、所定のドーパントとして、第1の導電型の不純物、具体的にはn型不純物を用いる。n型不純物としては、たとえば窒素(N)、リン(P)などを用いる。   FIG. 2 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the second conductivity type semiconductor region 13 is completed. First, in the epitaxial layer forming step, an epitaxial growth process using a predetermined dopant is performed on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 having the first conductivity type. As a result, as shown in FIG. 2, the semiconductor epitaxial layer 12 having the first conductivity type is formed on the surface of the semiconductor substrate 11 on one side in the thickness direction. In this embodiment, a first conductivity type impurity, specifically, an n-type impurity is used as the predetermined dopant. For example, nitrogen (N), phosphorus (P), or the like is used as the n-type impurity.

次に、半導体領域形成工程において、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、第2導電型半導体領域13を形成する領域として予め定められる領域(以下「半導体領域形成予定領域」という場合がある)に、所定のドーパントのイオンを注入する処理(以下「イオン注入処理」という場合がある)を施す。本実施の形態では、半導体領域形成予定領域において、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面から、半導体エピタキシャル層12の厚み方向中央部付近にわたってイオンが注入されるように、イオン注入処理を施す。これによって、図2に示すように、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分、具体的には前述の半導体領域形成予定領域に、第2の導電型を有する第2導電型半導体領域13を形成する。   Next, in the semiconductor region formation step, a region (hereinafter referred to as “semiconductor region formation scheduled region”) that is predetermined as a region for forming the second conductivity type semiconductor region 13 in the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12. A process of implanting ions of a predetermined dopant (hereinafter also referred to as “ion implantation process”). In the present embodiment, an ion implantation process is performed so that ions are implanted from the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 to the vicinity of the central portion in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 in the semiconductor region formation scheduled region. . As a result, as shown in FIG. 2, the second conductivity type having the second conductivity type is formed in a part of the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12, more specifically, in the region where the semiconductor region is to be formed. A semiconductor region 13 is formed.

半導体領域形成工程におけるイオン注入処理は、単一の注入エネルギーで行ってもよいし、注入エネルギーを段階的に変化させながら、たとえば高いエネルギーから低いエネルギーへ段階的に変化させながら行ってもよい。ここで、「注入エネルギー」とは、イオン注入の加速エネルギーをいう。半導体領域形成工程におけるイオン注入処理で用いる所定のドーパントとしては、本実施の形態では、第2の導電型の不純物、具体的にはp型不純物を用いる。p型不純物としては、たとえばアルミニウム(Al)、ボロン(B)を用いる。   The ion implantation process in the semiconductor region forming step may be performed with a single implantation energy, or may be performed while changing the implantation energy stepwise, for example, stepwise changing from high energy to low energy. Here, “implantation energy” refers to acceleration energy of ion implantation. As the predetermined dopant used in the ion implantation process in the semiconductor region forming step, an impurity of the second conductivity type, specifically, a p-type impurity is used in this embodiment. For example, aluminum (Al) or boron (B) is used as the p-type impurity.

図3は、オーミックコンタクト領域14の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。第2導電型半導体領域13を形成した後は、オーミック領域形成工程において、半導体エピタキシャル層12の第2導電型半導体領域13が形成されている領域のうち、オーミックコンタクト領域14を形成する領域として予め定められる領域に、イオン注入処理を施す。これによって、図3に示すように、第2導電型半導体領域13内に、第2導電型半導体領域13よりも不純物濃度が高く、第2の導電型を有するオーミックコンタクト領域14を形成する。   FIG. 3 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the ohmic contact region 14 is completed. After forming the second conductivity type semiconductor region 13, in the ohmic region formation step, the region in which the second conductivity type semiconductor region 13 of the semiconductor epitaxial layer 12 is formed is previously defined as a region for forming the ohmic contact region 14. An ion implantation process is performed on the determined region. As a result, as shown in FIG. 3, an ohmic contact region 14 having a higher impurity concentration than the second conductivity type semiconductor region 13 and having the second conductivity type is formed in the second conductivity type semiconductor region 13.

オーミック領域形成工程におけるイオン注入処理は、単一の注入エネルギーで行ってもよいし、注入エネルギーを段階的に変化させながら、たとえば高いエネルギーから低いエネルギーへ段階的に変化させながら行ってもよい。オーミック領域形成工程におけるイオン注入処理で用いる所定のドーパントとしては、本実施の形態では、第2の導電型の不純物、具体的にはp型不純物を用いる。p型不純物としては、たとえばアルミニウム(Al)、ボロン(B)を用いる。   The ion implantation process in the ohmic region forming step may be performed with a single implantation energy, or may be performed while changing the implantation energy stepwise, for example, stepwise changing from high energy to low energy. As the predetermined dopant used in the ion implantation process in the ohmic region forming step, an impurity of the second conductivity type, specifically, a p-type impurity is used in this embodiment. For example, aluminum (Al) or boron (B) is used as the p-type impurity.

図4は、FLR領域15の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。オーミックコンタクト領域14を形成した後は、第1注入工程において、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部の予め定める領域に、イオン注入マスク(以下、単に「注入マスク」という場合がある)21を介してイオン注入処理を施す。これによって、図4に示すように、第2導電型半導体領域13を囲繞するように複数のFLR領域15を形成する。注入マスク21としては、たとえば写真製版用のフォトレジストまたは酸化膜を用いる。   FIG. 4 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the FLR region 15 has been completed. After the ohmic contact region 14 is formed, an ion implantation mask (hereinafter simply referred to as “implantation mask”) may be formed in a predetermined region near the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 in the first implantation step. ) 21 to perform the ion implantation process. As a result, as shown in FIG. 4, a plurality of FLR regions 15 are formed so as to surround the second conductivity type semiconductor region 13. As the implantation mask 21, for example, a photoengraving photoresist or an oxide film is used.

第1注入工程は、具体的には以下のように行う。まず、マスク形成段階において、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面上に、注入マスク21を形成する。注入マスク21には、第2導電型半導体領域13よりも半導体エピタキシャル層12の外周端側に、複数の開口部を互いに離間させて形成する。本実施の形態では、3つの開口部を形成する。各開口部の横方向における寸法である幅は、半導体装置1の最外エッジに近い開口部ほど小さくなるように選ばれる。各開口部は、第2導電型半導体領域13を囲繞するように環状に形成される。   Specifically, the first injection step is performed as follows. First, in the mask formation stage, an implantation mask 21 is formed on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12. In the implantation mask 21, a plurality of openings are formed apart from each other on the outer peripheral end side of the semiconductor epitaxial layer 12 relative to the second conductivity type semiconductor region 13. In this embodiment, three openings are formed. The width, which is the dimension in the lateral direction of each opening, is selected so that the opening closer to the outermost edge of the semiconductor device 1 becomes smaller. Each opening is formed in an annular shape so as to surround the second conductivity type semiconductor region 13.

次いで、注入段階において、マスク形成段階で形成した注入マスク21を介して所定のドーパントをイオン注入するイオン注入処理を行う。所定のドーパントとしては、本実施の形態では、第2の導電型の不純物、具体的にはp型不純物を用いる。p型不純物としては、たとえばアルミニウム(Al)、ボロン(B)を用いる。以上のようにして第1注入工程が行われ、複数のFLR領域15が形成される。   Next, in the implantation step, an ion implantation process is performed in which a predetermined dopant is ion-implanted through the implantation mask 21 formed in the mask formation step. As the predetermined dopant, a second conductivity type impurity, specifically, a p-type impurity is used in this embodiment. For example, aluminum (Al) or boron (B) is used as the p-type impurity. As described above, the first implantation step is performed, and a plurality of FLR regions 15 are formed.

複数のFLR領域15は、最外エッジに向かって横方向に離間して形成される。つまり、FLR領域15間には、第2導電型半導体エピタキシャル層12が存在する。ここで、各FLR領域15は、同一の注入面密度を有する。   The plurality of FLR regions 15 are formed to be spaced apart in the lateral direction toward the outermost edge. That is, the second conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 exists between the FLR regions 15. Here, each FLR region 15 has the same implantation surface density.

以上のFLR領域15を形成する第1注入工程におけるイオン注入処理は、単一の注入エネルギーで行ってもよいし、注入エネルギーを段階的に変化させながら、たとえば高いエネルギーから低いエネルギーへ段階的に変化させながら行ってもよい。   The ion implantation process in the first implantation step for forming the FLR region 15 described above may be performed with a single implantation energy, or, for example, stepwise from high energy to low energy while changing the implantation energy stepwise. You may go while changing.

イオン注入処理では、注入エネルギーが大きいほど、より深くまでイオンが注入される。したがって、単一の注入エネルギーでイオン注入処理を行う場合には、注入エネルギーが大きいほど、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面から深い位置に不純物濃度ピークを有する不純物濃度分布が実現される。   In the ion implantation process, ions are implanted deeper as the implantation energy increases. Therefore, when ion implantation is performed with a single implantation energy, an impurity concentration distribution having an impurity concentration peak at a deeper position from the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 is realized as the implantation energy increases. .

図5は、注入マスク22の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。FLR領域15を形成した後は、注入マスク21をトリミングする。すなわち、注入マスク21の余分な部分を除去する。トリミングは、たとえば酸素プラズマを用いたアッシング処理によって行われる。トリミングによって、注入マスク21を構成する各部の横方向における寸法(以下「幅」という)を、予め定める縮小幅の分、縮小した注入マスク22を形成する。注入マスク21の各部の幅を、予め定める縮小幅の分、縮小することは、注入マスク21の開口部の幅を、予め定める拡大幅の分、広げることに相当する。注入マスク21の各部の縮小幅(以下「マスク縮小幅」という場合がある)は、注入マスク21の開口部の拡大幅に相当する。   FIG. 5 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the implantation mask 22 has been completed. After the FLR region 15 is formed, the implantation mask 21 is trimmed. That is, the excess portion of the implantation mask 21 is removed. Trimming is performed, for example, by an ashing process using oxygen plasma. By the trimming, the implantation mask 22 is formed by reducing the dimension in the lateral direction of each part constituting the implantation mask 21 (hereinafter referred to as “width”) by a predetermined reduction width. Reducing the width of each part of the implantation mask 21 by a predetermined reduction width corresponds to increasing the width of the opening of the implantation mask 21 by a predetermined expansion width. The reduced width of each part of the implantation mask 21 (hereinafter sometimes referred to as “mask reduced width”) corresponds to the enlarged width of the opening of the implantation mask 21.

トリミング後の注入マスク22の各部同士の間隔は、トリミング前の注入マスク21の各部同士の間隔よりも大きくなる。換言すれば、トリミング後の注入マスク22の開口部同士の間隔は、トリミング前の注入マスク21の開口部同士の間隔よりも小さくなる。注入マスク21の各部の縮小幅、換言すれば注入マスク21の開口部の拡大幅は、後の工程で形成される電界緩和領域16の側部の幅となるので、0.1μm以上とすることが望ましい。   The intervals between the portions of the implantation mask 22 after trimming are larger than the intervals between the portions of the implantation mask 21 before trimming. In other words, the interval between the openings of the implantation mask 22 after trimming is smaller than the interval between the openings of the implantation mask 21 before trimming. The reduced width of each part of the implantation mask 21, in other words, the enlarged width of the opening of the implantation mask 21 is the width of the side portion of the electric field relaxation region 16 formed in a later step, and therefore should be 0.1 μm or more. Is desirable.

図6は、電界緩和領域16の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。注入マスク22を形成した後は、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、注入マスク22が形成されていない領域にイオン注入処理を施す。これによって、図6に示すように、各FLR領域15を包含するように複数の電界緩和領域16が形成される。   FIG. 6 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the electric field relaxation region 16 has been completed. After the implantation mask 22 is formed, an ion implantation process is performed on a region in the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 where the implantation mask 22 is not formed. As a result, as shown in FIG. 6, a plurality of electric field relaxation regions 16 are formed so as to include each FLR region 15.

電界緩和領域16を形成する本工程におけるイオン注入処理は、単一の注入エネルギーで行ってもよいし、注入エネルギーを段階的に変化させながら、たとえば高いエネルギーから低いエネルギーへ段階的に変化させながら行ってもよい。   The ion implantation process in this step for forming the electric field relaxation region 16 may be performed with a single implantation energy, or while stepping the implantation energy, for example, stepping from high energy to low energy. You may go.

イオン注入処理では、注入エネルギーが大きいほど、より深くまでイオンが注入される。したがって、本実施の形態では、FLR領域15を形成するためのイオン注入エネルギーよりも大きなエネルギーでイオン注入処理を行う。すなわち、電界緩和領域16を形成するためのイオン注入エネルギーである第2注入工程におけるイオン注入の加速エネルギーは、FLR領域15を形成するためのイオン注入エネルギーである第1注入工程におけるイオン注入の加速エネルギーよりも大きい。このようにすることによって、FLR領域15の底部に接するように、電界緩和領域16を形成することができる。   In the ion implantation process, ions are implanted deeper as the implantation energy increases. Therefore, in the present embodiment, the ion implantation process is performed with an energy larger than the ion implantation energy for forming the FLR region 15. That is, the acceleration energy of the ion implantation in the second implantation step, which is the ion implantation energy for forming the electric field relaxation region 16, is the acceleration of the ion implantation in the first implantation step, which is the ion implantation energy for forming the FLR region 15. Greater than energy. By doing so, the electric field relaxation region 16 can be formed so as to be in contact with the bottom of the FLR region 15.

電界緩和領域16のFLR領域15の側部に接する部分の横方向における寸法(以下「側部の幅」という)は、0.1μm以上とすることが望ましい。電界緩和領域16のFLR領域15の底部に接する部分の半導体基板11の厚み方向に沿う方向である深さ方向における寸法(以下「深さ」という場合がある)は、0.1μm以上とすることが望ましい。   The horizontal dimension of the portion of the electric field relaxation region 16 in contact with the side of the FLR region 15 (hereinafter referred to as “side width”) is preferably 0.1 μm or more. The dimension (hereinafter sometimes referred to as “depth”) in the depth direction, which is the direction along the thickness direction of the semiconductor substrate 11, of the portion of the electric field relaxation region 16 in contact with the bottom of the FLR region 15 is 0.1 μm or more. Is desirable.

前述の各イオン注入処理の後は、活性化アニール処理を施す。これによって、前述の各工程においてイオン注入された各不純物を、電気的に活性化させることができる。また、活性化アニール処理によって、併せてイオン注入領域の結晶性を回復させることが可能である。   After each of the aforementioned ion implantation processes, an activation annealing process is performed. Thereby, each impurity ion-implanted in each process described above can be electrically activated. Further, the crystallinity of the ion implantation region can be recovered together by the activation annealing treatment.

図7は、保護膜17の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。電界緩和領域16を形成した後は、図7に示すように、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面上に、保護膜17を形成する。保護膜17は、SiOまたはポリイミドなどの絶縁材料から成る絶縁膜によって実現される。 FIG. 7 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the protective film 17 has been completed. After the electric field relaxation region 16 is formed, a protective film 17 is formed on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 as shown in FIG. The protective film 17 is realized by an insulating film made of an insulating material such as SiO 2 or polyimide.

図8は、開口部18の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。保護膜17を形成した後は、図8に示すように、保護膜17に開口部18を形成する。開口部18は、図8に示すように、開口部18の底部からオーミックコンタクト領域14が露出するように形成される。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the opening 18 has been completed. After the protective film 17 is formed, an opening 18 is formed in the protective film 17 as shown in FIG. As shown in FIG. 8, the opening 18 is formed such that the ohmic contact region 14 is exposed from the bottom of the opening 18.

図9は、アノード電極19の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。開口部18を形成した後は、開口部18の底部から露出しているオーミックコンタクト領域14と電気的に接続するように、図9に示すようにアノード電極19を形成する。   FIG. 9 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the anode electrode 19 has been completed. After the opening 18 is formed, an anode electrode 19 is formed as shown in FIG. 9 so as to be electrically connected to the ohmic contact region 14 exposed from the bottom of the opening 18.

図10は、カソード電極20の形成が終了した段階の状態を示す断面図である。アノード電極19を形成した後は、半導体基板11の厚み方向他方側の表面上に、図10に示すようにカソード電極20を形成する。   FIG. 10 is a cross-sectional view showing a state in which the formation of the cathode electrode 20 has been completed. After the anode electrode 19 is formed, the cathode electrode 20 is formed on the surface on the other side in the thickness direction of the semiconductor substrate 11 as shown in FIG.

以上の工程を経ることによって、前述の図1に示す本発明の第1の実施の形態である半導体装置1を得る。本実施の形態では、電界緩和領域16が各FLR領域15の側部および底部に接する構造の半導体装置1を得ることができる。   Through the above steps, the semiconductor device 1 according to the first embodiment of the present invention shown in FIG. 1 is obtained. In the present embodiment, the semiconductor device 1 having a structure in which the electric field relaxation region 16 is in contact with the side portion and the bottom portion of each FLR region 15 can be obtained.

このような構成の半導体装置1は、前述のようにpn接合に比較的高い逆方向電圧を印加したときに、基板表面あるいはデバイス表面に到達する電界強度を低減することができるとともに、デバイス内部の電界強度も低減することができる。したがって、本実施の形態の半導体装置の製造方法によれば、信頼性を向上することができ、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置1を提供することができる。   The semiconductor device 1 having such a configuration can reduce the electric field intensity reaching the substrate surface or the device surface when a relatively high reverse voltage is applied to the pn junction, as described above. Electric field strength can also be reduced. Therefore, according to the method for manufacturing a semiconductor device of the present embodiment, it is possible to provide a high breakdown voltage semiconductor device 1 that can improve reliability and obtain a stable breakdown voltage.

このような本実施の形態の半導体装置1の効果は、以下に示すシミュレーション結果によって確認されている。シミュレーションについて、以下に詳細に説明する。本願発明者が検討した以下のシミュレーションでは、半導体装置1として、耐圧3300Vの半導体装置、具体的にはpnダイオードを製造する場合を想定して、各要素を以下の値に設定している。   Such an effect of the semiconductor device 1 of the present embodiment has been confirmed by the simulation results shown below. The simulation will be described in detail below. In the following simulation studied by the inventors of the present application, assuming that a semiconductor device having a withstand voltage of 3300 V, specifically, a pn diode is manufactured as the semiconductor device 1, each element is set to the following values.

第2導電型半導体領域13およびFLR領域15の注入面密度を5×1014cm−2とし、第2導電型半導体領域13およびFLR領域15の注入エネルギーを500keVとする。また、電界緩和領域16の注入面密度を1×1013cm−2とし、電界緩和領域16の注入エネルギーを700keVとする。FLR領域15よりも電界緩和領域16の方が、形成するための注入エネルギーが大きいので、電界緩和領域16は、FLR領域15の少なくとも底部に接して形成される。 The implantation surface density of the second conductivity type semiconductor region 13 and the FLR region 15 is 5 × 10 14 cm −2, and the implantation energy of the second conductivity type semiconductor region 13 and the FLR region 15 is 500 keV. Further, the injection surface density of the electric field relaxation region 16 is 1 × 10 13 cm −2, and the injection energy of the electric field relaxation region 16 is 700 keV. Since the electric field relaxation region 16 has a larger implantation energy than the FLR region 15, the electric field relaxation region 16 is formed in contact with at least the bottom of the FLR region 15.

また本シミュレーションでは、終端構造は、20個のFLR領域15で形成されるFLR構造であるとする。ここで、比較のために、2種類の終端構造、具体的には2種類のFLR構造を形成したとする。   In this simulation, it is assumed that the termination structure is an FLR structure formed by 20 FLR regions 15. Here, for comparison, it is assumed that two types of termination structures, specifically, two types of FLR structures are formed.

1種類目のFLR構造は、電界緩和領域16を形成するためのマスク縮小幅が0μmであり、電界緩和領域16がFLR領域15の底部のみに接するように形成されたものである。すなわち、1種類目のFLR構造は、FLR領域15を形成するための注入マスクを縮小せずに用いて電界緩和領域16を形成したものである。   In the first type of FLR structure, the mask reduction width for forming the electric field relaxation region 16 is 0 μm, and the electric field relaxation region 16 is formed so as to contact only the bottom of the FLR region 15. That is, in the first type of FLR structure, the electric field relaxation region 16 is formed using an implantation mask for forming the FLR region 15 without reducing it.

2種類目のFLR構造は、電界緩和領域16を形成するためのマスク縮小幅が0.1μmであり、電界緩和領域16がFLR領域15の側部と底部とに接するように形成されたものである。したがって、横方向の第2導電型の不純物濃度に関して、2種類目のFLR構造は、1種類目のFLR構造に比べて、濃度分布の傾斜がより緩やかになっている。   The second type of FLR structure has a mask reduction width for forming the electric field relaxation region 16 of 0.1 μm, and is formed so that the electric field relaxation region 16 is in contact with the side portion and the bottom portion of the FLR region 15. is there. Therefore, with respect to the impurity concentration of the second conductivity type in the lateral direction, the slope of the concentration distribution is more gentle in the second type FLR structure than in the first type FLR structure.

以下の説明では、1種類目のFLR構造を「比較FLR構造A」といい、2種類目のFLR構造を「本件FLR構造B」という場合がある。また、これらを合わせて、「FLR構造A,B」という場合がある。これら2種類のFLR構造A,Bにおいて、半導体エピタキシャル層12の厚み方向一方側の表面を、「基板表面S0」という場合がある。これら2種類のFLR構造A,Bが形成された半導体装置1であるpnダイオードに、3300Vの逆方向電圧を印加したとする。   In the following description, the first type of FLR structure may be referred to as “comparative FLR structure A” and the second type of FLR structure may be referred to as “present FLR structure B”. These may be collectively referred to as “FLR structures A and B”. In these two types of FLR structures A and B, the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer 12 may be referred to as “substrate surface S0”. It is assumed that a reverse voltage of 3300 V is applied to the pn diode that is the semiconductor device 1 in which these two types of FLR structures A and B are formed.

図11は、2種類の終端構造における基板表面に達する電界強度と、第2導電型半導体領域13からの距離との関係を示すグラフである。図11において、横軸は、第2導電型半導体領域13からの距離[μm]を示し、縦軸は電界強度[MV/cm]を示す。図11の横軸の方向は、基板の横方向、すなわち図1の紙面に向かって左右方向に相当する。図11では、2種類のFLR構造A,Bについて、基板表面S0に達する電界を、第2導電型半導体領域13からの距離の関数として示している。   FIG. 11 is a graph showing the relationship between the electric field intensity reaching the substrate surface and the distance from the second conductivity type semiconductor region 13 in two types of termination structures. In FIG. 11, the horizontal axis indicates the distance [μm] from the second conductivity type semiconductor region 13, and the vertical axis indicates the electric field strength [MV / cm]. The direction of the horizontal axis in FIG. 11 corresponds to the horizontal direction of the substrate, that is, the left-right direction toward the paper surface of FIG. FIG. 11 shows the electric field reaching the substrate surface S0 as a function of the distance from the second conductivity type semiconductor region 13 for the two types of FLR structures A and B.

基板表面S0に達する電界強度の最大値は、1種類目のFLR構造である比較FLR構造Aのように、電界緩和領域16を形成するためのマスク縮小幅を0μmとして形成した場合は、2.7MV/cmとなる。これに対し、2種類目のFLR構造である本件FLR構造Bのように、電界緩和領域16を形成するためのマスク縮小幅を0.1μmとして形成して、横方向の第2導電型の不純物濃度に関して、1種類目のFLR構造Aに比べて濃度分布の傾斜がより緩やかになっている場合は、基板表面S0に達する電界強度の最大値は、1.6MV/cmとなることが判った。   The maximum value of the electric field intensity reaching the substrate surface S0 is 2. when the mask reduction width for forming the electric field relaxation region 16 is 0 μm as in the comparative FLR structure A which is the first type of FLR structure. 7 MV / cm. On the other hand, as in the present FLR structure B which is the second type of FLR structure, the mask reduction width for forming the electric field relaxation region 16 is formed to be 0.1 μm, and the second conductivity type impurity in the lateral direction is formed. It was found that the maximum value of the electric field intensity reaching the substrate surface S0 is 1.6 MV / cm when the concentration distribution has a gentler slope than the first type FLR structure A. .

上記の結果から、以下のことがわかる。本実施の形態では、FLR領域15の不純物濃度の10分の1(1/10)以下の不純物濃度を有する電界緩和領域16を、横方向においてFLR領域15よりも内側および外側に、FLR領域15に接して形成する。この場合に、トリミングにおけるマスク縮小幅を0.1μm以上として、FLR領域15の側方に電界緩和領域16を0.1μm以上設けることによって、イオンが散乱してできる程度の横方向の濃度分布の傾斜に比べて、緩やかな濃度分布の傾斜が実現される。   From the above results, the following can be understood. In the present embodiment, the electric field relaxation region 16 having an impurity concentration equal to or less than one-tenth (1/10) the impurity concentration of the FLR region 15 is placed inside and outside of the FLR region 15 in the lateral direction. Forms in contact with. In this case, by setting the mask reduction width in trimming to 0.1 μm or more and providing the electric field relaxation region 16 on the side of the FLR region 15 to 0.1 μm or more, the concentration distribution in the lateral direction to the extent that ions are scattered can be obtained. Compared to the inclination, a gentle concentration distribution inclination is realized.

これによって、pn接合に高い逆方向電圧を印加した場合、電界の集中度合いが緩和され、基板表面に到達する電界強度が低減される。したがって、基板外部での沿面放電が抑制され、半導体装置の耐圧の低下を防ぐことができるので、電界の集中を抑え、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置を実現することができる。   As a result, when a high reverse voltage is applied to the pn junction, the degree of concentration of the electric field is relaxed, and the electric field intensity reaching the substrate surface is reduced. Therefore, creeping discharge outside the substrate can be suppressed, and the breakdown voltage of the semiconductor device can be prevented from being lowered. Therefore, it is possible to realize a high breakdown voltage semiconductor device that can suppress the concentration of the electric field and obtain a stable breakdown voltage.

図12は、2種類の終端構造に印加する逆方向電圧と、デバイス内部の電界強度の最大値との関係を示すグラフである。図12において、横軸は、逆方向電圧[V]を示し、縦軸は電界強度の最大値[MV/cm]を示す。   FIG. 12 is a graph showing the relationship between the reverse voltage applied to the two types of termination structures and the maximum value of the electric field strength inside the device. In FIG. 12, the horizontal axis represents the reverse voltage [V], and the vertical axis represents the maximum electric field strength [MV / cm].

図12では、注入面密度を5×1014cm−2とし、注入エネルギーを500keVとしてFLR領域15を形成した後、縮小幅を0.1μmとして注入マスクのトリミングを行い、注入面密度を1×1013cm−2とし、注入エネルギーを700keVとして、電界緩和領域16を形成する場合(D)および電界緩和領域16を形成しない場合(C)のそれぞれの構造について、デバイス内部の電界強度の最大値と、逆方向電圧との関係を示している。以下の説明では、電界緩和領域16を形成する場合のFLR構造を「FLR構造D」といい、電界緩和領域16を形成しない場合のFLR構造を「FLR構造C」という場合がある。また、これらを合わせて、「FLR構造C,D」という場合がある。 In FIG. 12, after the FLR region 15 is formed with an implantation surface density of 5 × 10 14 cm −2 and an implantation energy of 500 keV, the implantation mask is trimmed with a reduction width of 0.1 μm, and the implantation surface density is 1 ×. 10 13 cm −2 , implantation energy is set to 700 keV, and the maximum value of the electric field strength inside the device for each structure when the electric field relaxation region 16 is formed (D) and when the electric field relaxation region 16 is not formed (C). And the reverse voltage. In the following description, the FLR structure when the electric field relaxation region 16 is formed may be referred to as “FLR structure D”, and the FLR structure when the electric field relaxation region 16 is not formed may be referred to as “FLR structure C”. Further, these may be collectively referred to as “FLR structures C and D”.

図13および図14は、FLR領域端部の断面的な電界強度分布のシミュレーション結果を示す図である。図13および図14において、横軸は、第2導電型半導体領域13からの距離X[μm]を示し、縦軸は、基板表面S0からの距離Y[μm]を示す。図13および図14の横軸の方向は、基板の横方向、すなわち図1の紙面に向かって左右方向に相当する。図13および図14では、前述の2種類のFLR構造C,Dについて、電界強度分布を示している。図13は、FLR構造Cのシミュレーション結果を示し、図14は、FLR構造Dのシミュレーション結果を示している。   13 and 14 are diagrams showing simulation results of the cross-sectional electric field intensity distribution at the end of the FLR region. 13 and 14, the horizontal axis indicates the distance X [μm] from the second conductivity type semiconductor region 13, and the vertical axis indicates the distance Y [μm] from the substrate surface S0. The horizontal axis directions in FIGS. 13 and 14 correspond to the horizontal direction of the substrate, that is, the left-right direction toward the paper surface of FIG. In FIG. 13 and FIG. 14, the electric field strength distribution is shown for the two types of FLR structures C and D described above. FIG. 13 shows a simulation result of the FLR structure C, and FIG. 14 shows a simulation result of the FLR structure D.

図13に示すシミュレーション結果から、電界緩和領域16を形成しない場合(C)は、3300Vの逆方向電圧を印加したときのデバイス内部の電界強度の最大値P1は、3.8MV/cmとなることが判った。   From the simulation results shown in FIG. 13, when the electric field relaxation region 16 is not formed (C), the maximum value P1 of the electric field strength inside the device when a reverse voltage of 3300 V is applied is 3.8 MV / cm. I understood.

また図14に示すシミュレーション結果から、電界緩和領域を形成する場合(D)は、3300Vの逆方向電圧を印加したときのデバイス内部の電界強度の最大値P2は、3.0MV/cmとなることが判った。このことから、電界緩和領域16を形成することによって、デバイス内部の電界強度も低減し、信頼性を向上することができることが判る。   Further, from the simulation results shown in FIG. 14, when the electric field relaxation region is formed (D), the maximum value P2 of the electric field strength inside the device when a reverse voltage of 3300 V is applied is 3.0 MV / cm. I understood. From this, it can be seen that the formation of the electric field relaxation region 16 can also reduce the electric field strength inside the device and improve the reliability.

本実施の形態では、以上に述べた構成のFLR領域15および電界緩和領域16を備える半導体装置1を製造するに際して、FLR領域15および電界緩和領域16を形成するために、半導体エピタキシャル層12に対してイオン注入処理を施している。FLR領域15の形成のためのイオン注入処理に際して、注入面密度が、1×1013cm−2〜1×1015cm−2となるように、イオン注入処理を施すことが望ましい。注入面密度は、不純物領域の厚さにわたる不純物濃度の積分に等しい。不純物濃度が一定の場合には、注入面密度は、不純物濃度と不純物領域の厚さとの積に等しい。 In the present embodiment, when the semiconductor device 1 including the FLR region 15 and the electric field relaxation region 16 having the above-described configuration is manufactured, in order to form the FLR region 15 and the electric field relaxation region 16, Ion implantation treatment. In the ion implantation process for forming the FLR region 15, it is desirable to perform the ion implantation process so that the implantation surface density is 1 × 10 13 cm −2 to 1 × 10 15 cm −2 . The implantation surface density is equal to the integral of the impurity concentration over the thickness of the impurity region. When the impurity concentration is constant, the implantation surface density is equal to the product of the impurity concentration and the thickness of the impurity region.

ここで、FLR領域15の深さ、すなわち厚み方向における寸法である厚さは、0.2μm〜2.0μm程度である。また、FLR領域15は、2個から100個程度で構成されており、一様な注入幅/間隔配置、非一様な注入幅/間隔配置、および/または一様な注入幅/間隔と非一様な注入幅/間隔の組合せで配置されている。また、当該電界緩和領域16の形成のためのイオン注入処理に際して、注入面密度が、1×1012cm−2〜5×1013cm−2となるように、イオン注入処理を施すことが望ましい。 Here, the depth of the FLR region 15, that is, the thickness which is a dimension in the thickness direction is about 0.2 μm to 2.0 μm. Further, the FLR region 15 is composed of about 2 to 100, and has a uniform implantation width / interval arrangement, a non-uniform implantation width / interval arrangement, and / or a uniform implantation width / interval. They are arranged in a uniform injection width / interval combination. Further, in the ion implantation process for forming the electric field relaxation region 16, it is desirable to perform the ion implantation process so that the implantation surface density is 1 × 10 12 cm −2 to 5 × 10 13 cm −2. .

ここで、電界緩和領域16の深さ、すなわち厚さは、0.4μm〜3.0μm程度である。また、電界緩和領域16を形成するための注入マスク縮小幅は、0.1μm以上であることが望ましい。また、電界緩和領域16は、FLR領域15の側部および底部に接することが望ましい。FLR領域15の側部に接する部分である電界緩和領域16の側部の幅は、0.1μm以上とすることが望ましい。FLR領域15の底部に接する部分の電界緩和領域16の深さ、すなわち深さ方向における寸法は、0.1μm以上とすることが望ましい。これによって、本発明の効果が充分に発揮される。   Here, the depth, that is, the thickness of the electric field relaxation region 16 is about 0.4 μm to 3.0 μm. The implantation mask reduction width for forming the electric field relaxation region 16 is desirably 0.1 μm or more. Moreover, it is desirable that the electric field relaxation region 16 is in contact with the side portion and the bottom portion of the FLR region 15. The width of the side portion of the electric field relaxation region 16 that is in contact with the side portion of the FLR region 15 is preferably 0.1 μm or more. The depth of the electric field relaxation region 16 in contact with the bottom of the FLR region 15, that is, the dimension in the depth direction is preferably 0.1 μm or more. Thereby, the effect of the present invention is sufficiently exhibited.

<第2の実施の形態>
図15は、本発明の第2の実施の形態である半導体装置2の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置2は、前述の第1の実施の形態の半導体装置1と構成が類似しているので、半導体装置1と異なる部分について説明し、半導体装置1に対応する部分については同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。本実施の形態においても、前述の第1の実施の形態と同様に、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型とする。
<Second Embodiment>
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the semiconductor device 2 according to the second embodiment of the present invention. Since the semiconductor device 2 according to the present embodiment is similar in configuration to the semiconductor device 1 according to the first embodiment described above, different parts from the semiconductor device 1 will be described, and parts corresponding to the semiconductor device 1 will be described. The same reference numerals are assigned and common description is omitted. Also in the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, as in the first embodiment.

本実施の形態の半導体装置2は、前述の第1の実施の形態の半導体装置1と同様に、pnダイオードである。本実施の形態の半導体装置2は、前述の第1の実施の形態の半導体装置1と同様に、半導体基板11、半導体エピタキシャル層12、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR領域25、電界緩和領域26、保護膜17、アノード電極19およびカソード電極20を備えて構成される。   The semiconductor device 2 of the present embodiment is a pn diode, like the semiconductor device 1 of the first embodiment described above. Similar to the semiconductor device 1 of the first embodiment described above, the semiconductor device 2 of the present embodiment has a semiconductor substrate 11, a semiconductor epitaxial layer 12, a second conductivity type semiconductor region 13, an ohmic contact region 14, and an FLR region. 25, an electric field relaxation region 26, a protective film 17, an anode electrode 19, and a cathode electrode 20.

前述の第1の実施の形態の半導体装置1では、前述の図1に示すように、複数のFLR領域15および電界緩和領域16が、基板表面まで形成されている。これに対して、本実施の形態の半導体装置2では、図15に示すように、複数のFLR領域25および電界緩和領域26が、基板表面から離隔して形成されている。つまり、基板表面と、FLR領域25および電界緩和領域26との間には、第1導電型の半導体エピタキシャル層12が介在している。換言すれば、FLR領域25および電界緩和領域26よりも半導体エピタキシャル層12の表面側には、第1導電型の半導体エピタキシャル層12が存在している。第1導電型の半導体エピタキシャル層12は、第1導電型の半導体領域に相当する。   In the semiconductor device 1 of the first embodiment described above, as shown in FIG. 1 described above, a plurality of FLR regions 15 and electric field relaxation regions 16 are formed up to the substrate surface. On the other hand, in the semiconductor device 2 of the present embodiment, as shown in FIG. 15, a plurality of FLR regions 25 and electric field relaxation regions 26 are formed apart from the substrate surface. That is, the first conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 is interposed between the substrate surface and the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26. In other words, the first conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 is present on the surface side of the semiconductor epitaxial layer 12 relative to the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26. The first conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 corresponds to a first conductivity type semiconductor region.

本実施の形態の半導体装置2は、FLR領域25および電界緩和領域26をイオン注入処理で形成するときに、FLR領域25上および電界緩和領域26上に半導体エピタキシャル層12が残存するように、イオン注入エネルギーを調節することによって製造される。   In the semiconductor device 2 of the present embodiment, when the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26 are formed by the ion implantation process, the semiconductor epitaxial layer 12 remains so as to remain on the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26. Manufactured by adjusting the injection energy.

基板表面から、FLR領域25および電界緩和領域26までの距離は、0.1μm以上とすることが望ましい。これによって、FLR領域25および電界緩和領域26を、深さ方向において不純物濃度が最大になる位置が、半導体エピタキシャル層12の表面から0.1μm以上離間した位置に存在するようにすることができる。このとき、複数のFLR領域25は、半導体エピタキシャル層12の表面からの深さが同一の位置では同一の不純物濃度を有するように形成される。   The distance from the substrate surface to the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26 is preferably 0.1 μm or more. As a result, the FLR region 25 and the electric field relaxation region 26 can have a position where the impurity concentration is maximized in the depth direction at a position separated by 0.1 μm or more from the surface of the semiconductor epitaxial layer 12. At this time, the plurality of FLR regions 25 are formed so as to have the same impurity concentration at the same depth from the surface of the semiconductor epitaxial layer 12.

本実施の形態の半導体装置2においても、前述の第1の実施の形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。つまり、pn接合に比較的高い逆方向電圧を印加した場合でも、基板表面に到達する電界強度が低減するとともに、デバイス内部の電界強度も低減することができる。したがって、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置を提供することができる。   Also in the semiconductor device 2 of the present embodiment, the same effect as that described in the first embodiment can be obtained. That is, even when a relatively high reverse voltage is applied to the pn junction, the electric field strength reaching the substrate surface can be reduced and the electric field strength inside the device can also be reduced. Therefore, it is possible to provide a high breakdown voltage semiconductor device that can obtain a stable breakdown voltage.

<第3の実施の形態>
図16は、本発明の第3の実施の形態である半導体装置3の構成を示す断面図である。本実施の形態の半導体装置3は、前述の第2の実施の形態の半導体装置2と構成が類似しているので、半導体装置2と異なる部分について説明し、半導体装置2に対応する部分については同一の参照符を付して、共通する説明を省略する。本実施の形態においても、前述の第1の実施の形態と同様に、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型とする。
<Third Embodiment>
FIG. 16 is a cross-sectional view showing a configuration of the semiconductor device 3 according to the third embodiment of the present invention. Since the semiconductor device 3 of the present embodiment is similar in configuration to the semiconductor device 2 of the second embodiment described above, only the parts different from the semiconductor device 2 will be described, and the parts corresponding to the semiconductor device 2 will be described. The same reference numerals are assigned and common description is omitted. Also in the present embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, as in the first embodiment.

本実施の形態の半導体装置3は、前述の第2の実施の形態の半導体装置2と同様に、pnダイオードである。本実施の形態の半導体装置3は、前述の第2の実施の形態の半導体装置2と同様に、半導体基板11、半導体エピタキシャル層12、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR領域35、電界緩和領域36、保護膜17、アノード電極19およびカソード電極20を備えて構成される。   The semiconductor device 3 according to the present embodiment is a pn diode, like the semiconductor device 2 according to the second embodiment described above. Similar to the semiconductor device 2 of the second embodiment, the semiconductor device 3 of the present embodiment has a semiconductor substrate 11, a semiconductor epitaxial layer 12, a second conductivity type semiconductor region 13, an ohmic contact region 14, and an FLR region. 35, an electric field relaxation region 36, a protective film 17, an anode electrode 19, and a cathode electrode 20.

前述の第2の実施の形態の半導体装置2では、前述の図15に示すように、複数のFLR領域25上に、第1導電型の半導体エピタキシャル層12が介在している。これに対して、本実施の形態の半導体装置3では、図16に示すように、複数のFLR領域35の上部に接するように電界緩和領域36が形成されており、基板表面と電界緩和領域36との間には、第1導電型の半導体エピタキシャル層12が介在している。   In the semiconductor device 2 of the second embodiment described above, the first conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 is interposed on the plurality of FLR regions 25 as shown in FIG. On the other hand, in the semiconductor device 3 of the present embodiment, as shown in FIG. 16, the electric field relaxation region 36 is formed so as to be in contact with the upper portions of the plurality of FLR regions 35. The first conductivity type semiconductor epitaxial layer 12 is interposed therebetween.

本実施の形態の半導体装置3は、FLR領域35および電界緩和領域36をイオン注入処理で形成するときに、FLR領域35上および電界緩和領域36上に半導体エピタキシャル層12が残存するように、さらに電界緩和領域36がFLR領域35の上部に接するように、イオン注入エネルギーを調節することによって製造される。   In the semiconductor device 3 of the present embodiment, when the FLR region 35 and the electric field relaxation region 36 are formed by ion implantation, the semiconductor epitaxial layer 12 is further left on the FLR region 35 and the electric field relaxation region 36. It is manufactured by adjusting the ion implantation energy so that the electric field relaxation region 36 is in contact with the upper part of the FLR region 35.

本実施の形態の半導体装置3においても、前述の第1の実施の形態で説明した効果と同様の効果を得ることができる。つまり、pn接合に比較的高い逆方向電圧を印加した場合でも、基板表面に到達する電界強度が低減するとともに、デバイス内部の電界強度も低減することができる。したがって、安定した耐圧が得られる高耐圧の半導体装置を提供することができる。   Also in the semiconductor device 3 of the present embodiment, the same effect as that described in the first embodiment can be obtained. That is, even when a relatively high reverse voltage is applied to the pn junction, the electric field strength reaching the substrate surface can be reduced and the electric field strength inside the device can also be reduced. Therefore, it is possible to provide a high breakdown voltage semiconductor device that can obtain a stable breakdown voltage.

以上に述べた第1〜第3の実施の形態では、半導体装置がpnダイオードである場合について説明したが、終端構造として、FLR領域および電界緩和領域を有する、ショットキーダイオード、MOSFET、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor;略称:IGBT)などにおいても、前述の各実施の形態の構造、すなわちFLR領域の横方向端部から所定の幅をもって、FLR領域よりも低い不純物濃度を有する電界緩和領域を形成した構造を適用することができる。   In the first to third embodiments described above, the case where the semiconductor device is a pn diode has been described. However, as a termination structure, a Schottky diode, a MOSFET, and an insulated gate bipolar having an FLR region and an electric field relaxation region. Also in a transistor (Insulated Gate Bipolar Transistor; abbreviation: IGBT), etc., the structure of each of the above-described embodiments, that is, an electric field relaxation region having a predetermined width from the lateral end of the FLR region and having an impurity concentration lower than that of the FLR region. A structure in which is formed can be applied.

また、半導体として、たとえばSiC(炭化珪素、シリコンカーバイド)など、不純物の熱拡散が生じにくい材料に対して、本発明のような精密な不純物濃度制御の効果が特に大きい。すなわち、第1〜第3の実施の形態のように、半導体で構成される部分である半導体基板11、半導体エピタキシャル層12、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14、FLR領域15および電界緩和領域16が炭化珪素で構成される場合に、特に効果が大きい。   In addition, the effect of precise impurity concentration control as in the present invention is particularly large for a material that hardly causes thermal diffusion of impurities such as SiC (silicon carbide, silicon carbide) as a semiconductor. That is, as in the first to third embodiments, the semiconductor substrate 11, the semiconductor epitaxial layer 12, the second conductivity type semiconductor region 13, the ohmic contact region 14, the FLR region 15, and the electric field, which are parts composed of semiconductors. The effect is particularly great when relaxation region 16 is made of silicon carbide.

以上に述べた第1〜第3の実施の形態では、第1の導電型をn型とし、第2の導電型をp型としているが、第1の導電型をp型とし、第2の導電型をn型としてもよい。この場合、半導体基板11、半導体エピタキシャル層12および電界緩和領域16,26,36は、p型の導電性を有し、第2導電型半導体領域13、オーミックコンタクト領域14およびFLR領域15,25,35は、n型の導電性を有する。   In the first to third embodiments described above, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the first conductivity type is p-type, The conductivity type may be n-type. In this case, the semiconductor substrate 11, the semiconductor epitaxial layer 12, and the electric field relaxation regions 16, 26, and 36 have p-type conductivity, and the second conductivity type semiconductor region 13, the ohmic contact region 14, and the FLR regions 15, 25, 35 has n-type conductivity.

本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の構成要素を適宜、変形または省略することが可能である。   In the present invention, the constituent elements of the embodiments can be appropriately modified or omitted within the scope of the invention.

1,2,3 半導体装置、11 半導体基板、12 半導体エピタキシャル層、13 第2導電型半導体領域、14 オーミックコンタクト領域、15,25,35 FLR領域、16,26,36 電界緩和領域、17 保護膜、18 開口部、19 アノード電極、20 カソード電極。   1, 2, 3 Semiconductor device, 11 Semiconductor substrate, 12 Semiconductor epitaxial layer, 13 Second conductivity type semiconductor region, 14 Ohmic contact region, 15, 25, 35 FLR region, 16, 26, 36 Electric field relaxation region, 17 Protective film , 18 opening, 19 anode electrode, 20 cathode electrode.

Claims (10)

第1の導電型を有する半導体基板と、
前記半導体基板の厚み方向一方側の表面上に設けられ、第1の導電型を有する半導体エピタキシャル層と、
前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分に形成され、第2の導電型を有する第2導電型の半導体領域と、
前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部のうち、前記第2導電型の半導体領域よりも前記半導体エピタキシャル層の外周端側の部分に、互いに離間して環状に形成され、第2の導電型を有する複数の接合終端領域と、
各前記接合終端領域の径方向の内方側および外方側に、前記接合終端領域に接して形成され、第2導電型を有する電界緩和領域と、
前記第2導電型の半導体領域上および前記接合終端領域上に設けられる保護膜とを備え、
前記電界緩和領域における前記第2導電型の不純物の濃度は、前記接合終端領域における前記第2導電型の不純物の濃度の1/10以下であることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor substrate having a first conductivity type;
A semiconductor epitaxial layer provided on the surface of one side in the thickness direction of the semiconductor substrate and having a first conductivity type;
A second conductivity type semiconductor region having a second conductivity type, formed in a part of the surface vicinity of one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer;
Of the vicinity of the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer, formed in an annular shape spaced apart from each other at a portion closer to the outer peripheral end of the semiconductor epitaxial layer than the semiconductor region of the second conductivity type, A plurality of junction termination regions having a conductivity type;
An electric field relaxation region formed in contact with the junction termination region on the radially inner side and outer side of each junction termination region and having the second conductivity type,
A protective film provided on the semiconductor region of the second conductivity type and on the junction termination region,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the concentration of the second conductivity type impurity in the electric field relaxation region is 1/10 or less of the concentration of the second conductivity type impurity in the junction termination region.
前記電界緩和領域は、前記半導体基板の厚み方向に垂直な横方向における寸法が、0.1μm以上であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the electric field relaxation region has a dimension in a lateral direction perpendicular to a thickness direction of the semiconductor substrate of 0.1 μm or more. 前記電界緩和領域は、前記半導体エピタキシャル層の内部で、前記半導体基板の厚み方向における前記接合終端領域の端部である底部に接して形成され、
前記電界緩和領域の前記底部に接する部分の前記半導体基板の厚み方向に沿う深さ方向における寸法が、0.1μm以上であることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
The electric field relaxation region is formed inside the semiconductor epitaxial layer and in contact with a bottom portion that is an end portion of the junction termination region in the thickness direction of the semiconductor substrate,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a dimension in a depth direction along a thickness direction of the semiconductor substrate of a portion in contact with the bottom portion of the electric field relaxation region is 0.1 μm or more.
前記複数の接合終端領域は、前記半導体エピタキシャル層の表面からの深さが同一の位置では同一の不純物濃度を有し、深さ方向において前記不純物濃度が最大になる位置が、前記半導体エピタキシャル層の表面から0.1μm以上離間した位置に存在することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   The plurality of junction termination regions have the same impurity concentration at the same depth from the surface of the semiconductor epitaxial layer, and the position where the impurity concentration is maximum in the depth direction is the position of the semiconductor epitaxial layer. The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is present at a position separated by 0.1 μm or more from the surface. 各前記接合終端領域よりも前記半導体エピタキシャル層の表面側に、第1導電型を有する第1導電型の半導体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。   2. The semiconductor device according to claim 1, further comprising a first conductivity type semiconductor region having a first conductivity type on a surface side of the semiconductor epitaxial layer with respect to each junction termination region. 前記半導体基板、前記半導体エピタキシャル層、前記半導体領域、前記接合終端領域および前記電界緩和領域が炭化珪素で構成されることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor substrate, the semiconductor epitaxial layer, the semiconductor region, the junction termination region, and the electric field relaxation region are made of silicon carbide. 第1の導電型を有する半導体基板の厚み方向一方側の表面上に、第1の導電型を有する半導体エピタキシャル層を形成するエピタキシャル層形成工程と、
前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面近傍部の一部分に、第2の導電型を有する第2導電型の半導体領域を形成する半導体領域形成工程と、
前記半導体エピタキシャル層の厚み方向一方側の表面上に、前記第2導電型の半導体領域よりも前記半導体エピタキシャル層の外周端側に、互いに離間して複数の環状の開口部が形成されるイオン注入マスクを形成した後、形成した前記イオン注入マスクを介して第2の導電型の不純物をイオン注入することによって、複数の接合終端領域を形成する第1注入工程と、
前記イオン注入マスクをトリミングすることによって各前記開口部の幅を予め定める拡大幅の分広げた後、前記イオン注入マスクを介して第2導電型の不純物をイオン注入することによって、電界緩和領域を形成する第2注入工程とを備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
An epitaxial layer forming step of forming a semiconductor epitaxial layer having the first conductivity type on the surface on one side in the thickness direction of the semiconductor substrate having the first conductivity type;
A semiconductor region forming step of forming a second conductivity type semiconductor region having a second conductivity type in a part of the surface vicinity of one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer;
Ion implantation in which a plurality of annular openings are formed on the surface of one side in the thickness direction of the semiconductor epitaxial layer, spaced apart from each other on the outer peripheral end side of the semiconductor epitaxial layer with respect to the semiconductor region of the second conductivity type. A first implantation step of forming a plurality of junction termination regions by ion-implanting a second conductivity type impurity through the formed ion implantation mask after forming the mask;
By trimming the ion implantation mask, the width of each opening is increased by a predetermined expansion width, and then ion implantation of a second conductivity type impurity is performed through the ion implantation mask to thereby form an electric field relaxation region. A method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a second implantation step to be formed.
前記第2注入工程におけるイオン注入の面密度は、前記第1注入工程におけるイオン注入の面密度の1/10以下であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the surface density of the ion implantation in the second implantation step is 1/10 or less of the surface density of the ion implantation in the first implantation step. 前記拡大幅は、0.1μm以上であることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein the expansion width is 0.1 μm or more. 第2注入工程におけるイオン注入の加速エネルギーは、前記第1注入工程におけるイオン注入の加速エネルギーよりも大きいことを特徴とする請求項7に記載の半導体装置の製造方法。   8. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 7, wherein acceleration energy of ion implantation in the second implantation step is larger than acceleration energy of ion implantation in the first implantation step.
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