JP2019050406A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ダイオード素子の逆回復耐量の向上を更に図る。【解決手段】第１導電型のドリフト層１と、ドリフト層１の上部に設けられた第２導電型のアノード領域３と、アノード領域３を取り囲む位置にアノード領域３と接して設けられた第２導電型の引き抜き領域４と、ドリフト層１の上部において、引き抜き領域４を取り囲む位置に引き抜き領域４から離間して設けられた第２導電型のフィールドリミッティングリング領域６ｊと、を備える。引き抜き領域４は、アノード領域３及びフィールドリミッティングリング領域６ｊよりも深く構成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置に関し、特に、ダイオード素子を有する半導体装置に適用して有効な技術に関するものである。
ＩＧＢＴやＭＯＳＦＥＴなどのスイッチング素子に逆並列で接続されて用いられる電力用ダイオード素子では、リカバリー時の順方向から逆方向状態に移行するときの電流の時間変化量（di／dt）が過大になると使用条件次第では破壊するおそれがある。このため、一般的に、電力用ダイオード素子では破壊に至るときのdi／dtの値は大きいこと、即ち逆回復耐量が大きいことが要求される。
特許文献１には、アノード領域の外側に、アノード領域と接してアノード領域よりも深さが深い引き抜き領域を設けることにより、この引き抜き領域の外側曲率部（外側曲面部）での電界集中を緩和して逆回復耐量を向上させる技術が開示されている。
しかしながら、要求される逆回復耐量に関する逆回復di／dtは年々大きくなる傾向にある。これに伴ってアノード電極がアノード領域に接続する接続部分の外周端での電流集中破壊や、引き抜き領域の外側曲率部での電界集中破壊が懸念される。このため、更なる逆回復耐量の向上を図る必要がある。
特開２０１４−３２７１号公報
本発明の目的は、ダイオード素子の逆回復耐量の向上を更に図ることが可能な技術を提供することにある。
上記目的を達成するため、本発明の一態様に係る半導体装置は、第１導電型のドリフト層と、ドリフト層の上部に設けられた第２導電型のアノード領域と、アノード領域を取り囲む位置にアノード領域と接して設けられた第２導電型の引き抜き領域とを備える。ドリフト層の上部において、引き抜き領域を取り囲む位置に引き抜き領域から離間して第２導電型のフィールドリミッティングリング領域が設けられている。そして、引き抜き領域は、アノード領域及びフィールドリミッティングリング領域よりも深く構成されていることを要旨とする。
本発明によれば、ダイオード素子の逆回復耐量の向上を更に図ることができる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置のチップレイアウト図である。 図１に示すアノード電極の図示を省略した状態のチップレイアウト図である。 図１のII−II線に沿った断面構造を示す要部断面図である。 図３の一部を拡大した要部断面図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置において、引き抜き領域の深さと（電流×電圧）の最大値との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置において、引き抜き領域の外側曲面部からアノード電極の接続部分の外周端までの距離と、（電流×電圧）の最大値との関係を示す特性図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置において、ホール電流密度を示す特性図である。 図２の一部を拡大した要部平面図である。 本発明のその他の実施形態に係る半導体装置の断面構造を示す要部断面図である。 従来の半導体装置の要部断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る半導体装置を、図面を参照しながら詳細に説明する。本明細書及び添付図面においては、ｎ又はｐを冠記した層や領域では、それぞれ電子又は正孔が多数キャリアであることを意味する。また、ｎやｐに付す＋や−は、＋及び−が付記されていない半導体領域に比してそれぞれ相対的に不純物濃度が高い又は低い半導体領域であることを意味する。
なお、以下の一実施形態の説明及び添付図面において、同様の構成には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、一実施形態で説明される添付図面は、見易く又は理解し易くするために正確なスケール、寸法比で描かれていない。本発明はその要旨を超えない限り、以下に説明する一実施形態の記載に限定されるものではない。また、以下の説明では「上」「下」「上層」「下層」「上面」「下面」などの用語を用いるが、「上」「下」などの定義は説明の便宜上の単なる選択の問題であって、技術的に意味をなすものではない。「上」「下」を９０°又は１８０°異なる方向で定義しても構わない。この「上」「下」の定義に従って図１及び図３においては、図面を見易くすめため、アノード電極よりも上層の図示を省略している。
＜一実施形態に係る半導体装置の構造＞
本発明の一実施形態に係る半導体装置は、図３に示すように、第１導電型（ｎ−型）のドリフト層１を例えば単結晶シリコンからなる半導体基板で構成している。
ドリフト層１は、図１及び図２に示す平面図から分かるように、中央部に位置する素子形成領域２１と、この素子形成領域２１を囲むようにして設けられたエッジ終端領域（周辺領域）２２とを備えている。素子形成領域２１にはダイオード素子２０が構成されている。エッジ終端領域２２には、図３に示す構造に限定されるものではないが、例えばフローティング領域である３本の第２導電型（ｐ型）のフィールドリミッティングリング領域（ＦＬＲ：Field Limiting Ring）領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２が設けられている。ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２は、三重配列で互いに離間して設けられている。
図３に示すように、ダイオード素子２０は、ドリフト層１と、ドリフト層１の一方の主面（以下において「上面」と定義する。）側の上部に選択的に設けられた第２導電型（ｐ型）のアノード領域３とを備えている。ドリフト層１の上部には、アノード領域３を取り囲む位置にアノード領域３と接して第２導電型（ｐ＋型）の引き抜き領域４が設けられている。引き抜き領域４は、図２に示すように、アノード領域３を囲むようにして環状に延伸するリング状平面パターンで構成されている。また、ダイオード素子２０は、図３に示すように、ドリフト層１の他方の主面（以下において「裏面」と定義する。）に素子形成領域２１及びエッジ終端領域２２に亘って設けられた第１導電型（ｎ＋型）のカソード領域１５を備えている。
図１乃至図３に示すように、３本のＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々は、ドリフト層１の上面においてダイオード素子２０の引き抜き領域４を取り囲む位置に引き抜き領域４から離間して順次設けられている。３本のＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々は、アノード領域３及び引き抜き領域４を囲むようにして環状に延伸するリング状平面パターンで構成されている。
図３及び図４に示すように、引き抜き領域４は、アノード領域３及び３本のＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２よりも深く構成されている。図４に示すように、引き抜き領域４の深さｄｂは例えば２０μｍ程度、アノード領域３の深さｄａは例えば５μｍ程度、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々の深さｄｊは例えば９μｍ程度になっている。ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々の深さｄｊとしては、例えば３μｍ以上で１０μｍよりも浅いことが好ましい。
一実施形態に係る半導体装置は、図３に示すように、ドリフト層１の上面に設けられた絶縁膜１０と、絶縁膜１０を貫通するコンタクト孔１１を介してアノード領域３と接続されたアノード電極１２とを備えている。ドリフト層１の裏面には、素子形成領域２１及びエッジ終端領域２２に亘ってカソード電極１６が設けられている。カソード電極１６は、カソード領域１５と低いオーミック接触抵抗をなすように電気的に、かつ金属学的に接続されている。
図３に示すように、アノード電極１２は、アノード領域３とオーミック接続されたオーミック接続部分１２ａと、このオーミック接続部分１２ａから絶縁膜１０上に引き出された引出部分１２ｂとを有している。引き抜き領域４はアノード電極１２の引出部分１２ｂの直下に設けられている。更に、引き抜き領域４は、アノード電極１２のアノード領域３とのオーミック接続部分１２ａ及び絶縁膜１０上の引出部分１２ｂの直下に亘って設けられている。更に、引き抜き領域４は、アノード電極１２のオーミック接続部分１２ａと低いオーミック接触抵抗をなすように電気的に、かつ金属学的に接続されている。
図４に示すように、引き抜き領域４の側面となる外側曲面部４ａのドリフト層１の上面側の端部からアノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端までの距離をＡとする。換言すればオーミック接続部分１２ａの端部となる絶縁膜１０の端部１０ａ（コンタクト孔１１の周縁）から引き抜き領域４の外側曲面部４ａの端部までの距離をＡとする。更に、オーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）から引き抜き領域４の内側曲面部４ｂの端部までの距離をＢとする。このとき、引き抜き領域４は：

Ｂ＞Ａ ……（１）

とする構成になっている。
この一実施形態に係る半導体装置では、詳細に図示していないが：

Ｂ≧Ａ×３ ……（２）

とする構成になっている。
また、一実施形態に係る半導体装置では、オーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）から外側に引き抜き領域４の外側曲面部４ａを離間した構造になっている。更に、オーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）から内側に引き抜き領域４の内側曲面部４ｂを離間した構造になっている。
アノード領域３の表面濃度は、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の表面濃度よりも高くなっている。また、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の表面濃度は、引き抜き領域４の表面濃度よりも高くなっている。アノード領域３の表面濃度は、引き抜き領域４の表面濃度よりも高くなっている。アノード領域３の表面濃度は例えば１×１０１７〜３×１０１８／ｃｍ３程度である。ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の表面濃度は例えば３×１０１６〜１×１０１８／ｃｍ３程度である。引き抜き領域４の表面濃度は例えば１×１０１６〜３×１０１７／ｃｍ３程度である。
アノード領域３、引き抜き領域４及びＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々は、この一実施形態に係る半導体装置の製造において、ドリフト層１の上面に例えばボロンイオン（１１Ｂ＋）などのｐ型を呈する不純物イオンをそれぞれ別工程でイオン注入する。その後、それぞれ別工程でイオン注入された不純物イオンを活性化させる熱処理を一括して若しくはそれぞれ別工程で施すことにより形成される。
アノード領域３を形成するためのボロンイオンの注入は、例えばドーズ量が７×１０１３／ｃｍ２〜１×１０１４／ｃｍ２程度、加速エネルギーが１００ｋｅＶ程度の条件で行われる。引き抜き領域４を形成するためのボロンイオンの注入は、例えばドーズ量が１×１０１５／ｃｍ２〜５×１０１５／ｃｍ２程度、加速エネルギーが１００ｋｅＶ程度の条件で行なわれる。ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々を形成するためのボロンイオンの注入は、例えばドーズ量が１×１０１５／ｃｍ２〜３×１０１５／ｃｍ２程度、加速エネルギーが４５ｋｅＶ程度の条件で行なわれる。
上述の各工程の順番としては、以下のようにしてもよい。例えば、引き抜き領域４の形成領域にイオン注入および熱処理による拡散を行う、引き抜き領域形成工程とする。引き抜き領域形成工程の後に、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の形成領域にイオン注入および熱処理による拡散を行う、ＦＬＲ領域形成工程とする。ＦＬＲ領域形成工程の後に、アノード領域３の形成領域にイオン注入および熱処理による拡散を行う、アノード領域形成工程とする。引き抜き領域形成工程を先に行うことで、引き抜き領域４をアノード領域３およびＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２よりも拡散深さを深くすることができる。
図３に示すように、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２の各々には、絶縁膜１０を貫通するフィールドリミッティングリングコンタクト孔（ＦＬＲコンタクト孔）１１ｊ，１１ｊ＋１，１１ｊ＋２を介してフィールドリミッティングリング電極（ＦＬＲ電極）１３ｊ，１３ｊ＋１，１３ｊ＋２がそれぞれ個別に接続されている。ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２とＦＬＲ電極１３ｊ，１３ｊ＋１，１３ｊ＋２は、低いオーミック接触抵抗をなすように電気的に、かつ金属学的に接続されている。このＦＬＲ電極１３ｊ，１３ｊ＋１，１３ｊ＋２及びＦＬＲコンタクト孔１１ｊ，１１ｊ＋１，１１ｊ＋２は、図１及び図２に示すように、アノード領域３及びアノード電極１２を囲むようにして環状に延伸するリング状平面パターンで構成されている。
絶縁膜１０は、例えば酸化シリコン膜で形成されている。アノード電極１２及びＦＬＲ電極１３ｊ，１３ｊ＋１，１３ｊ＋２は、例えばアルミニウム（Ａｌ）膜、又はアルミニウム・シリコン（Ａｌ−Ｓｉ），アルミニウム・銅（Ａｌ−Ｃｕ），アルミニウム・銅・シリコン（Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ）などのアルミニウム合金膜で形成されている。カソード電極１６は、例えば金（Ａｕ）膜で形成されている。
図２及び図３に示すように、ドリフト層１の上面においてＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２を取り囲む位置にＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２から離間して第２導電型（ｐ型）のウエル領域７が設けられている。このウエル領域７には、ＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２を囲むようにして環状に延伸するリング状平面パターンのウエル電極１４が接続されている。ウエル領域７とウエル電極１４は、低いオーミック接触抵抗をなすように電気的に、かつ金属学的に接続されている。
＜一実施形態に係る半導体装置の動作＞
次に、一実施形態に係る半導体装置の動作について、図４及び従来の半導体装置を示す図１０を参照して説明する。
まず、従来の半導体装置を示す図１０を参照する。ダイオード素子が順バイアスされ、ｐ型のアノード領域１０３の電位がアノード領域１０３とｎ−型のドリフト層１０１とのｐｎ接合の拡散電位（内部電位）を超えると、アノード領域１０３から少数キャリアである正孔がドリフト層１０１に注入される。その結果、ドリフト層１０１には高注入される正孔キャリアの濃度に応じた伝導度変調が生じて電子キャリア（多数キャリア）濃度が増加する。このため、よく知られたダイオードの順方向Ｉ−Ｖ曲線に見られるように、順方向抵抗が激減して順方向電流が急激に増加する順方向特性を示す。
次に、ダイオード素子が逆バイアスされると、ドリフト層１０１に残留する少数キャリアである正孔の、多数キャリアである電子との再結合及びアノード（負極）側への掃き出し過程を経て、ドリフト層１０１に空乏層が広がる。空乏層が広がりきると遮断状態となる。この遮断状態に至るまでの過程が逆回復と呼ばれる。この逆回復時のキャリア掃き出し過程はマクロ的には逆回復電流と称され、逆バイアスにもかかわらず、過渡的に電流が流れる状態である。この逆回復電流は順から逆方向に移行する際の電流低下率が大きいほど、ピーク電流値が大きくなる（ハードリカバリーともいう）。
少数キャリアである正孔が、逆バイアス時の負極側であるアノード電極１１２から引き抜かれる（又は掃き出される）際、引き抜き領域１０４の外側曲面部１０４ａに集中する。その理由は、この外側曲面部１０４ａでは、逆バイアスによって生じる電界の等電位線が局部的に密になり電界が高くなり易いので、電流密度と電界強度の双方が高くなるからである。特に、順方向から逆方向に移行するときの電流低減率が大きい場合に高くなる。
ダイオード素子は、リカバリー時の順方向から逆方向状態に移行するときの電流のdi／dtが過大になると使用条件次第では破壊するおそれがある。このため、一般的に、破壊に至るときのdi／dtの値は大きいこと、即ち逆回復耐量が大きいことが要求される。
しかしながら、要求される逆回復耐量に関する逆回復di／dtは年々大きくなる傾向にある。これに伴ってアノード電極１１２がアノード領域１０３に接続するオーミック接続部分１１２ａの外周端での電流集中破壊や、引き抜き領域１０４の外側曲面部１０４ａでの電界集中破壊が懸念される。このため、更なる逆回復耐量の向上を図る必要がある。
図４に示す本発明の一実施形態に係る半導体装置は、上述したように、ドリフト層１の主面においてアノード領域３及び引き抜き領域４を囲む位置に、引き抜き領域４から離間して設けられたＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２を備えている。したがって、本発明の一実施形態に係る半導体装置によれば、引き抜き領域４の外側曲面部４ａにおける電界集中をＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２により緩和することができるので、ダイオード素子２０の逆回復耐量を向上させることができる。
また、一実施形態に係る半導体装置は、上述したように、引き抜き領域４がアノード領域３及びＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２よりも深く構成されている。したがって、一実施形態に係る半導体装置によれば、引き抜き領域４をＦＬＲ領域６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２と同程度の深さ（例えば９μｍ）で構成した場合と比較して、引き抜き領域４の外側曲面部４ａでの曲率が大きくなる。したがって、引き抜き領域４の外側曲面部４ａにおける電界集中を更に緩和することができる。この結果、ダイオード素子２０の逆回復耐量を更に向上させることができる。
また、一実施形態に係る半導体装置は、上述したように、アノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端から引き抜き領域４の外側曲面部４ａを離す構造になっている。したがって、一実施形態に係る半導体装置によれば、アノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端における電流集中を緩和することができる。したがって、ダイオード素子２０の逆回復耐量を更に向上させることができる。
＜引き抜き領域の構成＞
次に、引き抜き領域４の具体的な構成について、主に図５乃至図７及び図１０を参照しながら説明する。
図５は、本発明の一実施形態に係る半導体装置において、引き抜き領域４の深さｄｂと、電流×電圧の最大値との関係を示す特性図である。図５では従来の半導体装置の特性についても例示している。
図５において、一実施形態に係る半導体装置のデータは、図４を参照して説明すると、アノード領域３の深さｄａを５μｍ、引き抜き領域４の幅を「距離Ａ＝１００μｍ，距離Ｂ＝３００μｍ」として、引き抜き領域４の深さｄｂをそれぞれ１０μｍ、２０μｍ、３０μｍで構成した場合のデータである。従来の半導体装置のデータは、図１０を参照して説明すると、アノード領域１０３の深さｄａａを５μｍ、引き抜き領域１０４の幅を２０μｍ、距離Ａ＝３００μｍとして、引き抜き領域１０４の深さｄｂｂをＦＬＲ領域１０６ｊの深さｄｄｊと同等の例えば９μｍで構成した場合のデータである。
図６は、本発明の一実施形態に係る半導体装置において、引き抜き領域４の外側曲面部４ａからアノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）までの距離Ａと、電流×電圧の最大値との関係を示す特性図である。図６でも、従来の半導体装置の特性について例示している。
図６において、一実施形態に係る半導体装置のデータは、図４を参照して説明すると、アノード領域３の深さｄａを５μｍ、引き抜き領域４の深さｄｂを２０μｍとして、引き抜き領域４の幅を「距離Ａ＝１００μｍ，距離Ｂ＝３００μｍ」，「距離Ａ＝２００μｍ，距離Ｂ＝６００μｍ」で構成した場合のデータである。従来の半導体装置のデータは、図１０を参照して説明すると、アノード領域１０３の深さｄａａを５μｍ、引き抜き領域１０４の幅を２０μｍ、引き抜き領域１０４の深さｄｂｂをＦＬＲ領域１０６ｊの深さｄｄｊと同等の例えば９μｍとして、「距離Ａ＝１００μｍ」、「距離Ａ＝２００μｍ」、「距離Ａ＝３００μｍ」で構成した場合のデータである。
図７は、本発明の一実施形態に係る半導体装置において、ホール電流密度を示す特性図である。図７でも、従来の半導体装置の特性について例示している。また、図７では、比較例も例示している。
図７において、一実施形態に係る半導体装置のデータＤ１は、図４を参照して説明すると、アノード領域３の深さｄａを５μｍ、引き抜き領域４の深さｄｂを２０μｍとして、引き抜き領域４の幅を「距離Ａ＝１００μｍ，距離Ｂ＝１００μｍ」で構成した場合のデータである。比較例のデータＤ２は、図４を参照して説明すると、アノード領域３の深さｄａを５μｍ、引き抜き領域４の深さｄｂを２０μｍとして、引き抜き領域４の幅を「距離Ａ＝１００μｍ，距離Ｂ＝３００μｍ」で構成した場合のデータである。従来の半導体装置のデータＤ３は、図１０を参照して説明すると、アノード領域１０３の深さｄａａを５μｍ、引き抜き領域４の幅を２０μｍ、引き抜き領域４の深さｄｂｂをＦＬＲ領域１０６ｊの深さｄｄｊと同等の例えば９μｍとして、「距離Ａ＝３００μｍ」とした場合のデータである。
なお、図７において、ホール電流密度は、逆回復時の半導体基板の表面におけるデータである。また、一実施形態に係る半導体装置のデータＤ１のＰ１点、比較例のデータＤ２のＰ２点は、図４を参照すれば、アノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）の位置に対応する。従来の半導体装置のデータＤ３のＰ３点は、図１０を参照して説明すれば、アノード電極１１２のオーミック接続部分１１２ａの外周端（絶縁膜１１０の端部１１０ａ）の位置に対応する。また、データＤ１のデータ幅Ｄｗａ、データＤ２のデータ幅Ｄｗｂは、「距離Ａ＝１００μｍ」に対応し、データＤ２のデータ幅Ｄｗｃは、「距離Ａ＝３００μｍ」に対応する。
図５から明らかなように、本発明の一実施形態に係る半導体装置では、ｄｂ＝３０μｍ、ｄｂ＝２０μｍ、ｄｂ＝１０μｍの何れの場合も従来の半導体装置と比較して電流×電圧の最大値が高く、逆回復耐量が高い。したがって、本発明の一実施形態に係る半導体装置において、引き抜き領域４の深さｄｂは、１０μｍ乃至３０μｍが好ましい。
また、図６から明らかなように、本発明の一実施形態に係る半導体装置では、「距離Ａ＝１００μｍ」、「距離Ａ＝２００μｍ」の何れの場合も従来の半導体装置と比較して電流×電圧の最大電流値が高く、逆回復耐量が高い。したがって、本発明の一実施形態に係る半導体装置によれば、引き抜き領域４の外側曲面部４ａからアノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端（絶縁膜１０の端部１０ａ）までの距離Ａが従来の半導体装置と比較して１／３以下でも逆回復耐量が高い。よって、距離Ａを短くしてチップサイズを小さくすることができる。この結果、１枚の半導体ウエハからチップを取得するチップ取得率を高めることができる。したがって、本発明の一実施形態に係る半導体装置の低コスト化を図ることができると共に、ダイオード素子２０の逆回復耐量の向上を図ることができる。
また、図７から明らかなように、本発明の一実施形態に係る半導体装置においては、式（２）の関係を満足することが好ましい。その理由は、ホール電流密度が３倍で従来の半導体装置と同程度となるためである。
なお、一実施形態に係る半導体装置においては、アノード領域３の深さｄａを５μｍ乃至２５μｍとすることで、逆回復の際のソフトリカバリーを保つことができる。
図３に示すように、絶縁膜１０の端部１０ａは、引き抜き領域４とアノード電極１２のオーミック接続部分１２ａとの間に位置している。絶縁膜１０の端部１０ａは、図２に示すように、円弧形状の４つの角部１０ａｘを有する方形状平面パターンで構成されている。また、引き抜き領域４は、図２に示すように、円弧形状の４つの角部４ｘを有する額縁状平面パターンで構成されている。
図８に示すように、絶縁膜１０の端部１０ａの角部１０ａｘは、中心１０ｒｐを起点とする曲率半径１０ｒの円弧形状になっている。また、図８に示すように、引き抜き領域４の角部４ｘの外側端４ｘ１は、中心４ｒｐ１を起点とする曲率半径４ｒ１の円弧形状になっている。この外側端４ｘ１は、図３に示す外側曲面部４ａに対応する。また、図８に示すように、引き抜き領域４の角部４ｘの内側端４ｘ２は、中心４ｒｐ２を起点とする曲率半径４ｒ２の円弧形状になっている。この内側端４ｘ２は、図３に示す内側曲面部４ｂに対応する。
図８に示すように、曲率半径４ｒ１の中心４ｒｐ１及び曲率半径４ｒ２の中心４ｒｐ２は、曲率半径１０ｒの中心１０ｒｐよりも内方に位置する。換言すれば中心４ｒｐ１および中心４ｒｐ２は、中心１０ｒｐよりも素子形成領域２１の中心側に位置している。また、引き抜き領域４の角部４ｘでの外側端４ｘ１は、曲率半径４ｒ１の円弧形状になっている。外側端４ｘ１の中心４ｒｐ１は、絶縁膜１０の端部１０ａの角部１０ａｘでの曲率半径１０ｒの中心１０ｒｐよりも内方（素子形成領域２１の中心側）に位置する。さらに、引き抜き領域４の角部４ｘでの外側端４ｘ１の曲率半径４ｒ１は、角部１０ａｘの曲率半径１０ｒよりも大きい。また、外側端４ｘ１は角部１０ａｘよりも外方に位置している。
そのため、絶縁膜１０の端部１０ａの角部１０ａｘでの曲率半径１０ｒの中心１０ｒｐと中心が同一位置の曲率半径の円弧形状とした場合と比較して、引き抜き領域４の角部４ｘの外側端４ｘ１での平面方向の曲率が大きくなる。したがって、一実施形態に係る半導体装置によれば、引き抜き領域４の角部４ｘの外側端４ｘ１、すなわち引き抜き領域４の角部４ｘの外側曲面部４ａにおける電界集中を更に緩和することができる。この結果、ダイオード素子２０の逆回復耐量を更に向上させることができる。
また、引き抜き領域４の角部４ｘでの内側端４ｘ２は、曲率半径４ｒ２の円弧形状になっている。内側端４ｘ２の中心４ｒｐ２は、絶縁膜１０の端部１０ａの角部１０ａｘでの曲率半径１０ｒの中心１０ｒｐよりも内方に位置する。さらに、内側端４ｘ２の曲率半径４ｒ２は、端部１０ａの角部１０ａｘでの曲率半径１０ｒよりも大きい。
したがって、一実施形態に係る半導体装置によれば、引き抜き領域４の角部４ｘでの内側端４ｘ２を、絶縁膜１０の端部１０ａの角部１０ａｘでの曲率半径１０ｒの中心１０ｒｐと中心が同一位置の曲率半径の円弧形状とした場合と比較して、角部４ｘの内側端４ｘ２での平面方向の曲率が大きくなる。そのため、端部１０ａが直線の領域と比較して、角部１０ａｘにおいて、引き抜き領域４の内側曲面部４ｂと端部１０ａとの長さＢを、端部１０ａと外側曲面部４ａとの長さＡよりも長くできる。これにより引き抜き領域４の角部４ｘの内側端４ｘ２、すなわちアノード電極１２のオーミック接続部分１２ａの外周端における電流集中を緩和することができる。よって、ダイオード素子２０の逆回復耐量を向上させることができる。
また、一実施形態に係る半導体装置において、素子形成領域（活性領域）２１とエッジ終端領域（耐圧構造領域）２２との境界部分にヘリウム（Ｈｅ）イオンを照射してもよい。具体的には、図９に破線で模式的に示すように、引き抜き領域４とドリフト層１との境界部分（ｐｎ接合部）にＨｅイオンの照射領域８が設けられる。Ｈｅイオンの照射領域８は、引き抜き領域４の深さの８０％〜１２０％の範囲に位置し、引き抜き領域４の長さ（図４に示す外側曲面部４ａから内側曲面部４ｂまでの距離Ａ＋Ｂ）の９０％〜１１０％の範囲に位置する。換言すれば、Ｈｅイオンの照射領域８は、引き抜き領域４の外側曲面部４ａの一部、底部及び内側曲面部４ｂの一部と、ドリフト層１との境界部分（ｐｎ接合部）に設けられている。
図９に示すようにＨｅイオンの照射領域８を設けたことにより、逆回復時にアノード電極１２に向かって流れるホール（電流）を抑制することができ、引き抜き領域４とドリフト層１とのｐｎ接合部への電流集中が緩和され、逆回復耐量が向上する。また、ホールの注入が低減されることにより、ソフトリカバリーとなりサージ電圧を抑制することができる。Ｈｅイオンの照射領域８を形成するときのＨｅイオン照射のドーズ量は５×１０１１／ｃｍ２以下とする。Ｈｅイオン照射のドーズ量を５×１０１１／ｃｍ２以下とすることにより、漏れ電流の増大を２５μＡ未満に抑制することができる。
以上説明したように、本発明の一実施形態に係る半導体装置によれば、ダイオード素子２０の逆回復耐量を更に向上させることができる。
以上、本発明者によってなされた発明を、上記実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
例えば、上述の一実施形態では、素子形成領域２１に１つのアノード領域３が設けられているが、素子形成領域２１に複数のアノード領域３が点在して設けられていても構わない。また、上述の一実施形態では、アノード電極１２のオーミック接続部分１２ａ及び引出部分１２ｂに亘って引き抜き領域４が設けられているが、アノード電極１２の引出部分１２ｂの直下に選択的に引き抜き領域４が設けられていても構わない。
１…ドリフト層
３…アノード領域
４…引き抜き領域
４ａ…外側曲面部，４ｂ…内側曲面部
４ｘ…角部
４ｘ１…外側端，４ｘ２…内側端
４ｒ１，４ｒ２…曲率半径
４ｒｐ１，４ｒｐ２…中心
６ｊ，６ｊ＋１，６ｊ＋２…ＦＬＲ領域
７…ウエル領域
８…Ｈｅイオンの照射領域
１０…絶縁膜，１０ａ…端部
１０ａｘ…角部
１０ｒ…曲率半径
１０ｒｐ…中心
１１…コンタクト孔
１１ｊ，１１ｊ＋１，１１ｊ＋２…ＦＬＲコンタクト孔
１２…アノード電極
１２ａ…オーミック接続部分
１２ｂ…引出部分
１３ｊ，１３ｊ＋１，１３ｊ＋２…ＦＬＲ電極
１４…ウエル電極
１５…カソード領域
１６…カソード電極

Claims (15)

  1. 第１導電型のドリフト層と、
    前記ドリフト層の上部に設けられた第２導電型のアノード領域と、
    前記アノード領域を取り囲む位置に前記アノード領域と接して設けられた第２導電型の引き抜き領域と、
    前記ドリフト層の上部において、前記引き抜き領域を取り囲み、且つ前記引き抜き領域から離間して設けられた第２導電型のフィールドリミッティングリング領域と、
    を備え、
    前記引き抜き領域は、前記アノード領域及び前記フィールドリミッティングリング領域よりも深く構成され、
    前記引き抜き領域が、最も内側に位置する前記フィールドリミッティングリング領域と離間することを特徴とする半導体装置。
  2. 前記ドリフト層の下部に設けられたカソード領域を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
  3. 前記ドリフト層の上に設けられた絶縁膜と、
    前記絶縁膜を貫通するコンタクト孔を介して前記アノード領域とオーミック接続されたオーミック接続部分及び前記オーミック接続部分から前記絶縁膜上に引き出された引出部分とを有するアノード電極と、
    を更に備え、
    前記引き抜き領域は、前記アノード電極の前記引出部分の直下に配置されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  4. 前記引き抜き領域は、前記オーミック接続部分及び前記引出部分に亘って設けられ、かつ前記オーミック接続部分に接続されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置。
  5. 前記引き抜き領域の深さは、１０μｍ乃至３０μｍであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  6. 前記引き抜き領域の外側曲面部から前記オーミック接続部分の外周端までの距離をＡとし、前記オーミック接続部分の外周端から前記引き抜き領域の内側曲面部までの距離をＢとしたとき、Ｂ＞Ａであることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  7. Ｂ≧Ａ×３であることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置。
  8. 前記引き抜き領域と前記アノード電極との間の前記絶縁膜の端部は、円弧形状の角部を有する方形状平面パターンで構成され、
    前記引き抜き領域は、角部を有する額縁状平面パターンで構成され、
    前記引き抜き領域の角部での外側端は、前記絶縁膜の端部の角部での曲率半径の中心よりも中心が内方に位置する曲率半径の円弧形状になっていることを特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
  9. 前記引き抜き領域の角部での外側端の曲率半径は、前記絶縁膜の端部の角部での曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  10. 前記引き抜き領域の角部での内側端は、前記絶縁膜の端部の角部での曲率半径の中心よりも中心が内方に位置する曲率半径の円弧形状になっていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置。
  11. 前記引き抜き領域の角部での内側端の曲率半径は、前記絶縁膜の端部の角部での曲率半径よりも大きいことを特徴とする請求項１０に記載の半導体装置。
  12. 前記引き抜き領域の深さの８０％〜１２０％の範囲に位置するように、前記引き抜き領域と前記ドリフト層との境界部分にヘリウムイオンの照射領域が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置。
  13. 前記照射領域は、前記引き抜き領域の長さの９０％〜１１０％の範囲に位置することを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
  14. 前記ヘリウムイオン照射のドーズ量は、５×１０１１／ｃｍ２以下であることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
  15. 前記フィールドリミッティングリングの深さは、３μｍ以上で１０μｍより浅いことを特徴とする請求項５に記載の半導体装置。
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