半導(dǎo)體器件的制作方法
【專利摘要】半導(dǎo)體元件（9）的元件電極（12、17）設(shè)置在單元區(qū)（1）中，而電連接到半導(dǎo)體襯底（6）的最外周電極（21）設(shè)置在周邊區(qū)（2）中。在周邊區(qū)（2）中，第二導(dǎo)電型層（7）設(shè)置在超級結(jié)結(jié)構(gòu)之上。電位分割區(qū)（23）設(shè)置在第二導(dǎo)電型層（7）之上，以電連接元件電極（12、17）和最外周電極（21），并還將元件電極（12、17）和最外周電極（21）之間的電壓分成多個級。當(dāng)從半導(dǎo)體襯底（6）的厚度方向看時，電位分割區(qū)（23）的一部分與周邊區(qū)（2）重疊。
【專利說明】半導(dǎo)體器件
[0001]相關(guān)申請的交叉引用
[0002]本公開內(nèi)容基于2011年9月27日提交的日本專利申請?zhí)?011_210690、2011年12月I日提交的日本專利申請?zhí)?011-263799、2012年8月10日提交的日本專利申請?zhí)?012-178676、以及2012年8月10日提交的日本專利申請?zhí)?012-178674，上述日本專利申請的內(nèi)容通過引用被并入于此。
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003]本公開內(nèi)容涉及包括單元區(qū)和包圍單元區(qū)的周邊區(qū)的半導(dǎo)體器件。
【背景技術(shù)】
[0004]專利文獻I公開了包括具有超級結(jié)(SJ)結(jié)構(gòu)的垂直半導(dǎo)體元件的半導(dǎo)體器件，其中N型柱和P型柱交替和重復(fù)地以條紋形狀形成在漂移層中。使用SJ結(jié)構(gòu)，形成電流容易流動的電流路徑，從而導(dǎo)致較低的導(dǎo)通電阻。此外，使用SJ結(jié)構(gòu)，避免了電場的集中，從而獲得高擊穿電壓。換句話說，實現(xiàn)了高擊穿電壓和低導(dǎo)通電阻。
[0005]半導(dǎo)體器件設(shè)置有一種結(jié)構(gòu)，其中在形成垂直半導(dǎo)體元件的單元區(qū)中，維持電荷平衡，使得P型柱和N型柱具有相等的雜質(zhì)濃度，而在包圍單元區(qū)的周邊區(qū)中，提供在P型柱和N型柱的相應(yīng)雜質(zhì)濃度之間的差異。具體地，關(guān)于在每個P型柱中的雜質(zhì)量和在每個N型柱中的雜質(zhì)量之間的差異，在位于周邊區(qū)的最外周上的P型柱和N型柱的組合中的雜質(zhì)量之間的差異被調(diào)節(jié)到小于在位于周邊區(qū)中的P型柱和N型柱的另一組合中的雜質(zhì)量之間的差異，而在位于周邊區(qū)的最內(nèi)周上的P型柱和N型柱的組合中的雜質(zhì)量之間的差異被調(diào)節(jié)到大于在位于單元區(qū)中的P型柱和N型柱的組合中的雜質(zhì)量之間的差異。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0007]專利文獻
[0008][專利文獻I] JP-A-2006-73615
【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明要解決的問題
[0010]然而，在上面提到的專利文獻I中示出的半導(dǎo)體器件中，在從周邊區(qū)的最內(nèi)周到最外周的方向上，首先遇到P型柱的雜質(zhì)濃度高于N型柱的雜質(zhì)濃度的富P狀態(tài)，并隨后在較接近外周邊的位置處遇到N型柱的雜質(zhì)濃度高于P型柱的雜質(zhì)濃度的富N狀態(tài)。當(dāng)富P區(qū)形成且P電荷Qp變得大于N電荷而導(dǎo)致正電荷不平衡(=P電荷Qp - N電荷Qn/N電荷Qn)時，耗盡層擴展到漏極側(cè)(襯底下表面?zhèn)?，使得在最外周側(cè)出現(xiàn)擊穿。結(jié)果，如可從圖28所示的電荷不平衡和擊穿電壓之間的關(guān)系圖看出，在最外周側(cè)上的擊穿電壓低于在單元區(qū)中的擊穿電壓，從而使周邊區(qū)將單元區(qū)的電荷平衡余量變窄。這引起降低半導(dǎo)體器件的擊穿電壓產(chǎn)量(yield)的問題。
[0011]此外，在PN柱中的等電位線由富P區(qū)拉向襯底的后表面?zhèn)?。相反，在富P區(qū)之外的富N區(qū)中，等電位線被拉向襯底的前表面?zhèn)取?br> [0012]特別是，在富N區(qū)中的等電位線的前邊緣朝著襯底的前表面?zhèn)妊由臁Ｈ欢?，因為前邊緣的位置不是固定的，富N區(qū)中的單獨等電位線的前邊緣可能集中在一個位置上。這引起電場的集中出現(xiàn)以因此降低擊穿電壓的可能性。
[0013]本公開內(nèi)容的目的是提供可在不使電場集中在周邊區(qū)上的情況下確保擊穿電壓的半導(dǎo)體器件。本公開內(nèi)容的另一目的是提供可抑制周邊區(qū)使單元區(qū)的電荷平衡余量變窄并可提高擊穿電壓產(chǎn)量的半導(dǎo)體器件。
[0014]用于解決問題的手段
[0015]根據(jù)本公開內(nèi)容的第一方面的半導(dǎo)體器件包括單元區(qū)和包圍單元區(qū)的周邊區(qū)，并包括半導(dǎo)體襯底、半導(dǎo)體元件、半導(dǎo)體元件的元件電極、最外周電極、第二導(dǎo)電型層和電位分割層。半導(dǎo)體襯底包括第一導(dǎo)電型層和形成在第一導(dǎo)電型層之上并用作漂移層的第一導(dǎo)電型柱區(qū)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)。第一導(dǎo)電型柱區(qū)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底的一部分包括在單元區(qū)中，而半導(dǎo)體襯底的另一部分包括在周邊區(qū)中。半導(dǎo)體元件和元件電極設(shè)置在單元區(qū)中。最外周電極電連接到周邊區(qū)中的半導(dǎo)體襯底。第二導(dǎo)電型層形成在周邊區(qū)中的超級結(jié)結(jié)構(gòu)之上。電位分割區(qū)形成在第二導(dǎo)電型層之上。電位分割區(qū)將元件電極電連接到最外周電極，并且還將元件電極和最外周電極之間的電壓分割成多個級。當(dāng)從半導(dǎo)體襯底的厚度方向看時，電位分割區(qū)的一部分與周邊區(qū)重疊。
[0016]根據(jù)第一方面的半導(dǎo)體器件可確保擊穿電壓，而不使電場集中在周邊區(qū)上。
[0017]根據(jù)本發(fā)明的第二方面的半導(dǎo)體器件包括形成半導(dǎo)體元件的單元區(qū)和包圍單元區(qū)的周邊區(qū)。半導(dǎo)體器件包括具有第一導(dǎo)電型層的半導(dǎo)體襯底和形成在第一導(dǎo)電型層之上并用作漂移層的第一導(dǎo)電型柱區(qū)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)。第一導(dǎo)電型柱區(qū)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)。半導(dǎo)體襯底的一部分包括在單元區(qū)中，而半導(dǎo)體襯底的另一部分包括在周邊區(qū)中。在單元區(qū)中，第一導(dǎo)電型電荷量和第二導(dǎo)電型電荷量被設(shè)定為相等。半導(dǎo)體襯底還包括在周邊區(qū)中的電荷平衡變化區(qū)。在電荷平衡變化區(qū)中，在超級結(jié)結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電型電荷量朝著單元區(qū)的外周邊方向逐漸增大到大于第二導(dǎo)電型電荷量。
[0018]根據(jù)第二方面的半導(dǎo)體器件可抑制周邊區(qū)使單元區(qū)的電荷平衡余量變窄，并可提聞?chuàng)舸╇妷寒a(chǎn)量。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]根據(jù)參考附圖所做出的以下詳細描述，本公開內(nèi)容的上述和其它目的、特征和優(yōu)點將變得更明顯。在附圖中:
[0020]圖1是根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
[0021]圖2是沿著圖1中的線1-1截取的半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0022]圖3是示出在周邊區(qū)中的保護環(huán)和齊納二極管的平面圖；
[0023]圖4 (a)是周邊區(qū)中的P型柱區(qū)的寬度以相等的速率改變的平面圖，而圖4 (b)是周邊區(qū)中的P型柱區(qū)的寬度連續(xù)改變的平面圖；
[0024]圖5是示出電位分割區(qū)的長度和擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖；
[0025]圖6 (a)是示出當(dāng)在周邊區(qū)未設(shè)置有電位分割區(qū)的結(jié)構(gòu)中在周邊區(qū)中的N型雜質(zhì)的濃度保持恒定時的電位分布的仿真結(jié)果的視圖，而圖6 (b)是示出在周邊區(qū)未設(shè)置有電位分割區(qū)的結(jié)構(gòu)中、在周邊區(qū)中的N型雜質(zhì)的濃度連續(xù)改變的結(jié)構(gòu)中的電位分布的仿真結(jié)果的視圖；
[0026]圖7 (a)是示出當(dāng)在周邊區(qū)設(shè)置有電位分割區(qū)的結(jié)構(gòu)中在周邊區(qū)中的N型雜質(zhì)的濃度保持恒定時的電位分布的仿真結(jié)果的視圖，而圖7 (b)是示出在周邊區(qū)設(shè)置有電位分割區(qū)的結(jié)構(gòu)中、在周邊區(qū)中的N型雜質(zhì)的濃度連續(xù)改變的結(jié)構(gòu)中的電位分布的仿真結(jié)果的視圖；
[0027]圖8 (a)是示出在未設(shè)置有電荷平衡變化區(qū)的結(jié)構(gòu)中在周邊區(qū)中的過剩濃度和半導(dǎo)體器件的擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖，而圖8 (b)是示出在未設(shè)置有電荷平衡變化區(qū)的結(jié)構(gòu)中在周邊區(qū)中的過剩濃度和半導(dǎo)體器件的擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖；
[0028]圖9是根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0029]圖10 (a)是示出在根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的布局的示例的平面圖，而圖10 (b)是示出在根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的布局的另一示例的平面圖；
[0030]圖11 (a)是示出在根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實施例的半導(dǎo)體器件中的周邊區(qū)的截面圖，而圖11 (b)是在未設(shè)置有保護環(huán)的半導(dǎo)體器件中的周邊區(qū)的截面圖；
[0031]圖12是示出在圖11 Ca)和圖11 (b)中所示的每個結(jié)構(gòu)中層間絕緣膜和絕緣層之間受限(trapped)的電荷Q與擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖；
[0032]圖13是根據(jù)本公開內(nèi)容的第五實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖； [0033]圖14是根據(jù)本公開內(nèi)容的第六實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
[0034]圖15是根據(jù)本公開內(nèi)容的第七實施例的半導(dǎo)體器件的截面圖；
[0035]圖16是根據(jù)本公開內(nèi)容的第八實施例的半導(dǎo)體器件的平面圖；
[0036]圖17 Ca)是在根據(jù)本公開內(nèi)容的第九實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局圖，圖17 (b)是沿著圖17 Ca)的線XVIIB-XVIIB截取的SJ結(jié)構(gòu)的截面圖，以及圖17(c)是沿著圖17 Ca)的線XVIIB-XVIIB截取的SJ結(jié)構(gòu)的截面圖；
[0037]圖18是示出P型柱區(qū)5的尺寸的示例的表面布局圖；
[0038]圖19 (a)是示出在半導(dǎo)體器件中的電位分布的平面圖，圖19 (b)是示出在半導(dǎo)體器件中的電位分布的截面圖，圖19 (c)是示出在沿著圖19 (a)的線XIXC-XIXC截取的截面中的過剩濃度的分布的視圖，以及圖19 Cd)是示出在沿著圖19 (b)的線XIXD-XIXD截取的截面中的過剩濃度的分布的視圖；
[0039]圖20是示出在電荷不平衡和擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖；
[0040]圖21是在根據(jù)本公開內(nèi)容的第十實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局圖；
[0041]圖22 (a)是在根據(jù)本公開內(nèi)容的第十一實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局圖，圖22 (b)是示出在沿著圖22 (a)的線XXIIB-XXIIB截取的截面中的N型柱區(qū)的雜質(zhì)濃度分布的視圖，以及圖22 (c)是示出在沿著線XXIIC-XXIIC截取的截面中的N型柱區(qū)的雜質(zhì)濃度分布的視圖；
[0042]圖23是在根據(jù)本公開內(nèi)容的第十二實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局圖；
[0043]圖24是在根據(jù)本公開內(nèi)容的第十三實施例的半導(dǎo)體器件中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局圖；
[0044]圖25 (a)和圖25 (b)是平面圖，其中每個平面圖示出在根據(jù)另一實施例的SJ結(jié)構(gòu)中的角部分附近的N型柱區(qū)中的濃度分布；
[0045]圖26 (a)和圖26 (b)是平面圖，其中每個平面圖示出在根據(jù)另一實施例的SJ結(jié)構(gòu)中的角部分附近的過剩濃度分布；以及
[0046]圖27是示出電荷不平衡和擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖。
【具體實施方式】
[0047](第一實施例)
[0048]下面將參考附圖來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施例的半導(dǎo)體器件。如圖1所示，半導(dǎo)體器件包括形成半導(dǎo)體元件的單元區(qū)1、以及周邊區(qū)2。在具有四邊形形狀的單元區(qū)I的外周邊上，提供周邊區(qū)2以包圍單元區(qū)I。
[0049]如圖2所示，在單元區(qū)I中，形成大量金屬氧化物膜半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)。
[0050]半導(dǎo)體器件包括形成有SJ結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底6，其中在N+型漏極層3之上，N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5被形成為漂移區(qū)，并重復(fù)地布置在與漏極層3的平面方向平行的方向上。
[0051]此外，在SJ結(jié)構(gòu)之上，提供通過外延生長形成的P型層7。P型層7設(shè)置在單元區(qū)I和周邊區(qū)2之上。另一方面，在與SJ結(jié)構(gòu)相對的漏極層3的側(cè)面上，形成漏極電極8。
[0052]在單元區(qū)I中，溝槽-柵極MOSFET被形成為半導(dǎo)體元件9。每個MOSFET具有將在下面簡要描述的典型結(jié)構(gòu)。溝槽10被形成為穿過每個形成在P型層7中的N+型源極區(qū)和P型溝道層延伸，并到達N型柱區(qū)4。在溝槽10的內(nèi)壁表面之上，柵極絕緣膜和柵極層連續(xù)形成，以形成包括溝槽10、柵極絕緣膜和柵極層的溝槽-柵極結(jié)構(gòu)。在P型溝道層中，也形成P型主體區(qū)。注意，MOSFET的結(jié)構(gòu)是例證性的，且也可使用另一結(jié)構(gòu)。
[0053]溝槽10設(shè)置成使得N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)彼此接觸的平面的平面方向與溝槽10所延伸的延伸方向平行。如果定義N型柱區(qū)4之一和與該N型柱區(qū)4相鄰的P型柱區(qū)5之一配對以形成一個柱結(jié)構(gòu)，則由此可見，溝槽柵極結(jié)構(gòu)設(shè)置為用于每一個柱結(jié)構(gòu)。
[0054]此外，在柵極層上，形成層間絕緣膜11，其覆蓋柵極層并設(shè)置有暴露P型溝道層的接觸孔。層間絕緣膜11由例如硅的局部氧化(LOCOS)制成。源極電極12被形成以覆蓋層間絕緣膜11，并經(jīng)由接觸孔與P型溝道層接觸。
[0055]另一方面，在周邊區(qū)2中，層間絕緣膜11形成在P型層7上。層間絕緣膜11的厚度是例如800nm。在層間絕緣膜11上，形成絕緣層13，且在絕緣層13上，形成具有例如400nm的厚度的多晶硅層14。絕緣層13由例如硼磷硅玻璃(BPSG)制成。多晶硅層14被圖案化以用作配線，且從單元區(qū)I側(cè)，柵極配線15和場板16以該順序來布置。
[0056]柵極配線15電連接到柵極層。在柵極配線15上，形成柵電極17。在場板16上，形成電連接到源極電極12的中繼電極18。
[0057]多晶硅層14的位于場板16外部的部分形成為多個保護環(huán)，其朝著與單元區(qū)I的相對側(cè)以相等的間隔來布置。保護環(huán)19被布置為例如在多個圓中的導(dǎo)電區(qū)，以便包圍單元區(qū)I。注意，作為保護環(huán)19，例如也可使用N型導(dǎo)電區(qū)、P型導(dǎo)電區(qū)、金屬等。[0058]多晶娃層14的最外周部分被布置為最外周環(huán)20,且在最外周環(huán)20上,形成最外周電極(EQR) 21。最外周環(huán)20電連接到最接近最外周電極21的保護環(huán)19之一。
[0059]最外周電極21定位成較接近半導(dǎo)體器件的外邊緣部分，即，在周邊區(qū)2的最外周邊緣部分上。最外周電極21經(jīng)由與P型層7 —樣設(shè)置在同一層中的N+型區(qū)22電連接到位于漂移區(qū)周圍的N型外延區(qū)。
[0060]柵極配線15、場板16、多個保護環(huán)19和最外周環(huán)20覆蓋有絕緣層13，且柵極配線15、場板16和最外周環(huán)20中的每個的一部分從絕緣層13暴露出。絕緣層13的總厚度是例如800nm。柵電極17和中繼電極18經(jīng)由絕緣層13的開口連接到柵極配線15和場板16。
[0061]最外周電極21設(shè)置成當(dāng)從半導(dǎo)體襯底6的厚度方向(襯底法線方向)看時與SJ結(jié)構(gòu)重疊。結(jié)果，在SJ結(jié)構(gòu)中的電位分布的擴展由最外周電極21來抑制。
[0062]在周邊區(qū)2的布置多晶硅層14的區(qū)域中的布置多個保護環(huán)19的區(qū)域用作電位分割區(qū)23。也就是說，電位分割區(qū)23是位于P型層7之上(在絕緣層13側(cè)上)的區(qū)域，以將源極電極12 (中繼電極18)電連接到最外周電極21，并且還將在源極電極12 (中繼電極18)和最外周電極21之間的電壓分成多個級。注意，周邊區(qū)2的長度是例如250 μ m，且電位分割區(qū)23的長度是例如100 μ m。
[0063]為了將電壓分成多個級，各個保護環(huán)19由確保期望的擊穿電壓的齊納二極管24來連接。在本實施例中，齊納二極管24設(shè)置成使得元件電位分布在半導(dǎo)體器件的外徑方向上。在一個級中的齊納二極管24的擊穿電壓是例如30V，該齊納二極管將保護環(huán)19之一連接到與其相鄰的保護環(huán)19。使用這樣的齊納二極管24，將例如600V的電壓分割。
[0064]多個保護環(huán)19從源極電極12 (中繼電極18)側(cè)朝向最外周電極21以相等的間隔布置在電位分割區(qū)23中。因此，電位分割區(qū)23從源極電極12 (中繼電極18)側(cè)朝向最外周電極21側(cè)以相等的間隔將在源極電極12 (中繼電極18)和最外周電極21之間的電壓分割成多個級。結(jié)果，可以在電位分割區(qū)23中從源極電極12 (中繼電極18)側(cè)朝向最外周電極21側(cè)以相等的間隔將電位固定。因此，可確保雜質(zhì)濃度的變化的寬余量(電荷平衡余量)，以抵抗擊穿電壓的劣化。
[0065]注意，保護環(huán)19以相等的間隔被布置的這種布局是例證性的。只要在電位分割區(qū)23中形成在半導(dǎo)體襯底6中的電位分布可以以相等的間隔固定，保護環(huán)19就不需要以相等的間隔來布置。
[0066]如圖3所示，每個齊納二極管24包括N型區(qū)25和P型區(qū)26，該N型區(qū)25和P型區(qū)26沿著保護環(huán)19之一與另一保護環(huán)19之間的保護環(huán)19的延伸方向交替地布置。N型區(qū)25和P型區(qū)26通過注入多晶硅中的離子而形成。因為齊納二極管24串聯(lián)地布置，因此在每個級中的保護環(huán)19的電位被分割。
[0067]隨后，將描述在半導(dǎo)體襯底6的SJ結(jié)構(gòu)中的電荷平衡。在本實施例中，形成SJ結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5均重復(fù)地布置在整個單元區(qū)I和周邊區(qū)2之上。N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的深度是例如47 μ m,且間距是7 μ m。
[0068]在單元區(qū)I中，每個N型柱區(qū)4的雜質(zhì)濃度與每個P型柱區(qū)5的雜質(zhì)濃度相同。在PN柱中P載流子的數(shù)量與N載流子的數(shù)量相同。也就是說，電荷平衡條件在每個PN柱中是相同的。例如，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的每個雜質(zhì)濃度均是5X IO15CnT3。[0069]另一方面，周邊區(qū)2設(shè)置有一個區(qū)域，在該區(qū)域中，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的相應(yīng)雜質(zhì)濃度之間的平衡朝著與單元區(qū)I的相對側(cè)連續(xù)改變。該區(qū)域是在P型層7之下(在漏極層3側(cè)上)的區(qū)域，并被稱為電荷平衡變化區(qū)27。注意，最外周電極21位于電荷平衡變化區(qū)27周圍。
[0070]這里，在周邊區(qū)2的電荷平衡變化區(qū)27中，雜質(zhì)濃度之間的平衡朝著與單元區(qū)I的相對側(cè)連續(xù)改變。將參考圖4 (a)和4 (b)進行描述。在圖4 (a)和4 (b)中示出位于周邊區(qū)2中的SJ結(jié)構(gòu)的平面布局的示例。注意，在圖4中，周邊區(qū)2被表達為“富N區(qū)”，且在飄移層周圍的N型外延區(qū)被表達為“N-Epi區(qū)”。
[0071]當(dāng)N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5重復(fù)地布置的方向被稱為重復(fù)方向時，在圖4 (a)中，在重復(fù)方向上位于周邊區(qū)2中的P型柱區(qū)5的寬度以相等的速率減小到小于位于單元區(qū)I中的P型柱區(qū)5的寬度。然而，因為在周邊區(qū)2中的P型柱區(qū)5的寬度在周邊區(qū)2中是恒定的，因此在周邊區(qū)2的電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡不改變且是恒定的。
[0072]另一方面，在圖4 (b)中，在周邊區(qū)2中，在漏極層3的平面方向上在與重復(fù)方向垂直的方向上的P型柱區(qū)5的寬度朝著P型柱區(qū)5的端部5a連續(xù)減小。也就是說，P型柱區(qū)5的端部5a在垂直方向上逐漸變細。換句話說，N型柱區(qū)4在垂直方向上的寬度連續(xù)增大。結(jié)果，在周邊區(qū)2中，每個N型柱區(qū)4的體積隨著距單元區(qū)I距離的增大而連續(xù)增大，使得雜質(zhì)濃度之間的平衡在重復(fù)方向上朝著N型移動。也就是說，朝著周邊區(qū)2的最外周邊緣部分，N型占主導(dǎo)地位且富N狀態(tài)占優(yōu)勢。使用P型柱區(qū)5的這種平面布局，在電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡連續(xù)改變。
[0073]在本實施例中，電位分割區(qū)23布置成當(dāng)從半導(dǎo)體襯底6的厚度方向看時與電荷平衡變化區(qū)27重疊。
[0074]本發(fā)明人檢查了在電位分割區(qū)23的長度和擊穿電壓之間的關(guān)系。其結(jié)果在圖5中示出?！半娢环指顓^(qū)23的長度”對應(yīng)于從在漏極層3的平面方向上電位分割區(qū)23的位于單元區(qū)I側(cè)的端部到位于最外周電極21側(cè)的其端部的距離。
[0075]當(dāng)觀看圖5時，當(dāng)電位分割區(qū)23的長度不小于50 μ m時，擊穿電壓是穩(wěn)定的。在這里，50 μ m長度所具有的值大于從P型層7的表面到漏極層3的深度。
[0076]也就是說，當(dāng)電位分割區(qū)23的長度很短時，擊穿電壓由周邊區(qū)2確定。然而，當(dāng)電位分割區(qū)23的長度大于從P型層7的表面到漏極層3的深度時，可獲得不小于600V的穩(wěn)定擊穿電壓，并可肯定地確保周邊區(qū)2中的擊穿電壓。因此，上述電位分割區(qū)23的長度大于從P型層7的表面到漏極層3的深度。
[0077]隨后，當(dāng)前的發(fā)明人檢查了在周邊區(qū)2中有/無電位分割區(qū)23的情況下以及在周邊區(qū)2中有/無電荷平衡變化區(qū)27的情況下半導(dǎo)體器件的擊穿電壓。其結(jié)果在圖6 (a)到圖8 (b)中示出。
[0078]首先，圖6 (a)和圖6 (b)示出在一個結(jié)構(gòu)中的電位分布的仿真結(jié)果，在該結(jié)構(gòu)中，電位分割區(qū)23 (保護環(huán)19和齊納二極管24)未設(shè)置在周邊區(qū)2中，且在周邊區(qū)2中每個N型柱區(qū)4的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為例如比每個P型柱區(qū)5的雜質(zhì)濃度高10%。
[0079]圖6 Ca)示出在周邊區(qū)2的SJ結(jié)構(gòu)具有圖4 Ca)所示的布局的結(jié)構(gòu)中的仿真結(jié)果。也就是說，示出了在以下結(jié)構(gòu)中的電位分布，即在該結(jié)構(gòu)中，通過過剩濃度={(在N型柱區(qū)4中的雜質(zhì)量)-(在P型柱區(qū)5中的雜質(zhì)量)}/(柱部分的體積)所計算的過剩濃度在周邊區(qū)2中是均勻的。根據(jù)該結(jié)果，可以看出等電位線集中在周邊區(qū)2中的單元區(qū)I側(cè)上，且可能出現(xiàn)電場集中。
[0080]相反，圖6 (b)示出在周邊區(qū)2的SJ結(jié)構(gòu)具有圖4 (b)所示的布局的結(jié)構(gòu)中的仿真結(jié)果。也就是說，圖6 (b)示出在以下結(jié)構(gòu)中的仿真結(jié)果，即在該結(jié)構(gòu)中，在周邊區(qū)2的電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡連續(xù)改變。根據(jù)該結(jié)果，可以看出等電位線從周邊區(qū)2的單元區(qū)I側(cè)小程度地改變。
[0081]在圖7 (a)和圖7 (b)中示出了在通過將保護環(huán)19提供在具有如上所述的電位分布的結(jié)構(gòu)中而獲得的結(jié)構(gòu)中的電位分布的仿真結(jié)果。因為提供了保護環(huán)19，因此在SJ結(jié)構(gòu)中的保護環(huán)19側(cè)上的電位被固定。
[0082]圖7 Ca)示出在通過將保護環(huán)19提供在圖6 Ca)的結(jié)構(gòu)中而獲得的結(jié)構(gòu)中的仿真結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果，在周邊區(qū)2中的等電位線未被平滑的繪出，且在等電位線之間的間隔是不均勻的。
[0083]另一方面，圖7 (b)示出在通過將具有以相等間隔所固定的電位的保護環(huán)19提供在圖6 (b)的結(jié)構(gòu)中而獲得的結(jié)構(gòu)中的仿真結(jié)果。根據(jù)該結(jié)果，在SJ結(jié)構(gòu)中的等電位線被平滑的繪出，且在等電位線之間的間隔是均勻的。
[0084]圖8 (a)和圖8 (b)是每個示出周邊區(qū)2中的過剩濃度和半導(dǎo)體器件的擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖。在圖8 (a)和圖8 (b)的每個圖中，未設(shè)置有保護環(huán)19的結(jié)構(gòu)的擊穿電壓由虛線示出，而設(shè)置有保護環(huán)19的結(jié)構(gòu)的擊穿電壓由實線示出。
[0085]圖8 (a)示出在未設(shè)置有電荷平衡變化區(qū)27的結(jié)構(gòu)中有/無保護環(huán)19的情況下的擊穿電壓。根據(jù)該結(jié)果，應(yīng)理解，擊穿電壓隨著保護環(huán)19的有/無產(chǎn)生差異，而無關(guān)于在周邊區(qū)2中的過剩濃度的變化。這是因為由周邊區(qū)2中的SJ結(jié)構(gòu)所形成的硅表面中的電位分布與由保護環(huán)19限定的表面電位分布不匹配，因此由周邊區(qū)2中的SJ結(jié)構(gòu)所形成的電位分布被影響。在圖8 (a)的情況下，擊穿電壓在周邊區(qū)2中的最外周保護環(huán)20附近劣化。
[0086]相反，圖8 (b)示出在設(shè)置有電荷平衡變化區(qū)27的結(jié)構(gòu)中有/無保護環(huán)19的情況下的擊穿電壓。根據(jù)該結(jié)果，即使在周邊區(qū)2中的過剩濃度改變時，擊穿電壓也不隨著保護環(huán)19的有/無而產(chǎn)生差異。通過將由周邊區(qū)2中的SJ結(jié)構(gòu)所形成的硅表面中的電位分布和由保護環(huán)19限定的表面電位分布相匹配，可確保雜質(zhì)濃度的變化的寬余量(電荷平衡余量)，以抵抗擊穿電壓的劣化。在本實施例中，通過如上所述提供在周邊區(qū)2中的雜質(zhì)濃度之間的平衡連續(xù)改變的結(jié)構(gòu)并且也以相等的間隔來布置保護環(huán)19，從而使在周邊區(qū)2中的SJ結(jié)構(gòu)中的電位分布是相等的間隔。
[0087]接著，將描述制造包括半導(dǎo)體襯底6中的電荷平衡變化區(qū)27并包括層間絕緣膜11上的電位分割區(qū)23的半導(dǎo)體器件的方法。首先，制備包括SJ結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體襯底6。在這里，在制備好的半導(dǎo)體襯底6中，對應(yīng)于周邊區(qū)2的SJ結(jié)構(gòu)具有圖4 (b)的平面布局，以使在周邊區(qū)2中的電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡連續(xù)改變。
[0088]隨后，在單元區(qū)I中的半導(dǎo)體元件通過通常的半導(dǎo)體工藝來形成。此外，在半導(dǎo)體襯底6中，P型層7形成在單元區(qū)I的外周邊上，且層間絕緣膜11形成在P型層7之上。
[0089]在下文中，在層間絕緣膜11之上，形成絕緣層13和多晶硅層14，且多晶硅層14布置在柵極配線15、場板16、多個保護環(huán)19、以及最外周環(huán)20中。多晶硅層14也被留下，以便提供在各個保護環(huán)19之間的耦合。在這里，各個保護環(huán)19布置成使得位于電位分割區(qū)23中的多個保護環(huán)19位于電荷平衡變化區(qū)27之上。
[0090]隨后，在位于各個保護環(huán)19之間的多晶硅層14中執(zhí)行離子注入，以沿著保護環(huán)19的延伸方向交替形成N形區(qū)25和P形區(qū)26。隨后，絕緣層13進一步形成，以便覆蓋保護環(huán)
19、N型區(qū)25和P型區(qū)26中的每個，且絕緣層13的部分被開口。源極電極12、柵電極17、中繼電極18和最外周電極21同時形成在整個單元區(qū)I和周邊區(qū)2之上。因此，實現(xiàn)了圖1到圖3中所示的半導(dǎo)體器件。
[0091]如前所述，本實施例的特征在于，周邊區(qū)2設(shè)置有雜質(zhì)濃度之間的平衡連續(xù)變化的電荷平衡變化區(qū)27，且將源極電極12和漏極電極18之間的電壓分割成多個部分的電位分割區(qū)23設(shè)置在電荷平衡變化區(qū)27之上。
[0092]因為電位分割區(qū)23位于雜質(zhì)濃度連續(xù)變化的電荷平衡變化區(qū)27之上，可實現(xiàn)抵抗在周邊區(qū)2中的層間絕緣膜11和絕緣層13之間受限的電荷影響的屏蔽效應(yīng)，并因此防止擊穿電壓的波動。因此，可在不使電場集中在周邊區(qū)2上的情況，確保擊穿電壓。
[0093]注意，N型柱區(qū)4是第一導(dǎo)電型柱區(qū)的示例，且P型柱區(qū)5是第二導(dǎo)電型柱區(qū)的示例。此外，源極電極12是元件電極的示例。
[0094](第二實施例)
[0095]將參考圖9來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第二實施例的半導(dǎo)體器件。在圖9中，電極之間的配線和齊納二極管24被省略。
[0096]如圖9所示，在本實施例中，在與N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5被重復(fù)地設(shè)置在漏極層3的平面方向中的方向垂直的方向上延伸的各個保護環(huán)19在從半導(dǎo)體襯底6的厚度方向看時與相應(yīng)的P型柱區(qū)5重疊。因此，保護環(huán)19的端部也可位于P型柱區(qū)5之上。
[0097](第三實施例)
[0098]參考圖10 Ca)和圖10 (b)來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第三實施例的半導(dǎo)體器件。如圖10 (a)和圖10 (b)所示，在周邊區(qū)2中，形成SJ結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5以包圍單元區(qū)I的環(huán)形形狀(多圓框架形狀)來布置。朝著與單元區(qū)I的相對側(cè)，交替地布置N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5。
[0099]在這里，在圖10 (a)中，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5被重復(fù)地布置的重復(fù)方向上，N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的相應(yīng)寬度是恒定的，且N型柱區(qū)4以相等的間隔布置。在該構(gòu)造中，在周邊區(qū)2的電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡沒有變化。
[0100]另一方面，在圖10 (b)中，在電荷平衡變化區(qū)27中的N型柱區(qū)4的寬度隨著距單元區(qū)I距離的增大而增大。換句話說，隨著距單元區(qū)I的距離的增大，P型柱區(qū)5的間隔增大。結(jié)果，載流子在N型柱區(qū)4中增大，使得電荷平衡變化區(qū)27處于富N狀態(tài)。以這種方式，可連續(xù)改變電荷平衡變化區(qū)27中的雜質(zhì)濃度之間的平衡。
[0101](第四實施例)
[0102]將描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第四實施例的半導(dǎo)體器件。在上述每個實施例中，各個保護環(huán)19使用齊納二極管24連接到彼此，齊納二極管24是電位分割元件。然而，在本實施例中，各個保護環(huán)19與電阻器連接。
[0103]圖11 (a)是根據(jù)本實施例的半導(dǎo)體器件的周邊區(qū)2中的截面圖。如附圖中所示，在本實施例中，柵電極17和漏極電極8利用電位分割區(qū)23進行電位分割。使用電阻器28作為電位分割元件。每個電阻器28的電阻值是例如IX IOkiQ。
[0104]本發(fā)明人檢查了在圖11 (a)所示的周邊區(qū)2的結(jié)構(gòu)中有/無電位分割區(qū)23的情況下的擊穿電壓。其結(jié)果在圖12中示出。圖12示出在層間絕緣膜11和絕緣層13之間受限的電荷Q與擊穿電壓之間的關(guān)系。如圖12所示，在圖11 (b)所示的未設(shè)置有電位分割區(qū)23的結(jié)構(gòu)中，擊穿電壓響應(yīng)于電荷Q的存在而不穩(wěn)定地變化。另一方面，已發(fā)現(xiàn)在如圖
11(a)所示的設(shè)置有電位分割區(qū)23的結(jié)構(gòu)中，可獲得恒定的擊穿電壓，而不取決于存在的電荷Q。
[0105]注意，同樣在使用齊納二極管24作為電位分割元件的結(jié)構(gòu)中，獲得與在圖12中獲得的相同效果。
[0106]因此，也可使用電阻器28作為電位分割元件。通過在形成第一實施例中所示的齊納二極管24時減小雜質(zhì)濃度，形成齊納二極管24的N型區(qū)25和P型雜質(zhì)區(qū)26可用作電阻器28。
[0107]因為柵電極17和漏極電極8之間的電壓被分割，因此用于將保護環(huán)9連接到源極電極12的中繼電極18不再需要。因此，可使半導(dǎo)體器件小型化。
[0108]注意，柵電極17是元件電極的示例。
[0109](第五實施例)
[0110]將參考圖13來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第五實施例的半導(dǎo)體器件。如圖13所示，在本實施例中，一個保護環(huán)19以螺旋形狀設(shè)置。因此，可使用保護環(huán)19的電阻部件來分割相應(yīng)級的電位。
[0111](第六實施例)
[0112]將參考圖14來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第六實施例的半導(dǎo)體器件。
[0113]如圖14所示，在本實施例中，布局具有P型柱區(qū)5以點狀散布在N型柱區(qū)4中的圖案。也就是說，N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5從單元區(qū)I的中心在徑向方向上交替和重復(fù)布置。形成在周邊區(qū)2中的P型柱區(qū)5的比被設(shè)定為低于形成在單元區(qū)I中的P型柱區(qū)5的t匕，并朝著單元區(qū)I的外周邊方向減小。
[0114]即使在P型柱區(qū)5以點狀形成在N型柱區(qū)4中時，也可構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27，并可獲得與在第一實施例中獲得的相同的效果。
[0115](第七實施例)
[0116]將參考圖15來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第七實施例的半導(dǎo)體器件。
[0117]如圖15所示，也可形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5 —直到半導(dǎo)體襯底6的前表面，且不通過外延生長而是通過離子注入形成P型層7。
[0118]當(dāng)P型層7通過離子注入形成時，N型柱區(qū)4被形成到半導(dǎo)體襯底6的前表面。因此，可實現(xiàn)在漂移區(qū)周圍的N型外延區(qū)和最外周電極21之間的電連接，而不形成在第一實施例中示出的N+型區(qū)22 (見圖2)。
[0119](第八實施例)
[0120]將參考圖16來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第八實施例的半導(dǎo)體器件。
[0121]如圖16所示，在本實施例的半導(dǎo)體器件中，在柱重復(fù)方向上，在各個柱之間的間距隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離保持恒定而不發(fā)生改變，而P型柱區(qū)5的寬度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而減小。此外，在垂直于重復(fù)方向的方向上，P型柱區(qū)5的端部5逐漸變細，且變細部分的錐角隨著P型柱區(qū)5的寬度的減小而減小，S卩，在重復(fù)方向上朝著單元區(qū)I的外周邊方向而減小。
[0122]因為端部5a的錐角隨著P型柱區(qū)5的寬度的減小而減小，可在整個SJ結(jié)構(gòu)被假定具有四邊形形狀(在下文中被簡單地稱為SJ結(jié)構(gòu)的角部分)時抑制電場集中在角部分上。
[0123]此外，通過逐漸減小P型柱區(qū)5的寬度，可隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的雜質(zhì)濃度之間的平衡。
[0124]即使在P型柱區(qū)5的寬度在柱重復(fù)方向上改變時，N型雜質(zhì)濃度也可隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)地改變到大于P型雜質(zhì)濃度，而周邊區(qū)2被提供為N型載流子占優(yōu)勢的富N區(qū)。結(jié)果，可獲得與在第一實施例中獲得的相同的效果。
[0125](第九實施例)
[0126]將參考圖17 (a)和圖17 (b)來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第九實施例的半導(dǎo)體器件。
[0127]如圖17 (a)所示，在本實施例中，在圖17 (a)的紙張之上的橫向方向被假定為縱向方向(在下文中被稱為柱縱向方向)，且形成SJ結(jié)構(gòu)的N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5在垂直于柱縱向方向的方向(在下文中垂直于柱縱向方向的方向被稱為柱重復(fù)方向)上重復(fù)和交替布置在整個單元區(qū)I和周邊區(qū)2之上。
[0128]在單元區(qū)I中，在P型柱區(qū)5中的電荷量和在N型柱區(qū)4中的電荷量之間的比被設(shè)定為1:1。N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的深度(柱深度)被設(shè)定為例如45 μ m,且作為PN柱的重復(fù)單位的柱間距被設(shè)定為6.0 μ m。
[0129]此外，如圖17 (C)所示，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5之間的邊界表面被形成為錐形表面，其在深度方向上傾斜以顯示出隨著P型柱區(qū)5的深度而變窄的錐形形狀。在邊界線和柱重復(fù)方向之間的角(在下文中被稱為第一錐角)被設(shè)定為例如89.6°，該邊界線包括在被形成為錐形表面的邊界表面中并沿著柱重復(fù)方向穿過切割面。
[0130]使N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5之間的雜質(zhì)濃度相等，以使在作為一個整體的相鄰PN柱中的P型電荷量和N型電荷量相等，并在PN柱中提供相同的電荷平衡條件。例如，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的每個中的雜質(zhì)濃度被設(shè)定為8.0X 1015cnT3。
[0131]注意，因為在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5之間的邊界表面被形成為錐形表面，因此提供了電荷平衡變化結(jié)構(gòu)，其中在N型柱區(qū)4中的N型電荷量在深度方向上逐漸增大到大于在P型柱區(qū)5中的P型電荷量。然而，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的整個深度上使P型電荷量和N型電荷量相等。結(jié)果,在單元區(qū)I中，提供電荷平衡變化結(jié)構(gòu)，在該電荷平衡變化結(jié)構(gòu)中在作為一個整體的PN柱中提供相同的電荷平衡條件，且N型電荷量在深度方向上逐漸增大到大于P型電荷量。
[0132]另一方面，周邊區(qū)2設(shè)置有一個區(qū)域，在該區(qū)域中，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的電荷量之間的平衡隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變。該區(qū)域設(shè)置在P型層7之下(在漏極層3側(cè)上)，以用作改變電荷平衡的電荷平衡變化區(qū)27。注意，最外周電極21位于電荷平衡變化區(qū)27周圍。
[0133]在電荷平衡變化區(qū)27中，在柱縱向方向和柱重復(fù)方向上，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的電荷量之間的平衡使用不同的結(jié)構(gòu)隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變。具體地，N型柱區(qū)4的體積與P型柱區(qū)5的體積之比增大，以提供周邊區(qū)2作為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū),而N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變到大于P型電荷量。
[0134]在柱縱向方向上，如圖17(a)所示，在襯底水平面中在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5之間的邊界線相對于柱重復(fù)方向傾斜，以顯示出P型柱區(qū)5的寬度逐漸減小的錐形形狀。在邊界線和柱重復(fù)方向之間形成的角(在下文中被稱為第二錐角)被設(shè)定為例如89.8°。第二錐角被設(shè)定為大于第一錐角(第二錐角〉第一錐角)。通過將第二錐角設(shè)置為大于第一錐角，在等電位線之間的間隔在周邊區(qū)2中比在單元區(qū)I中大，從而減小電場的集中。因此，在周邊區(qū)2中的擊穿電壓可以高壓在單元區(qū)I中的擊穿電壓。
[0135]如圖18所示，在P型柱區(qū)5中，位于單元區(qū)I中并具有恒定寬度的部分在柱縱向方向上具有6000 μ m的尺寸而在柱重復(fù)方向上具有3.3 μ m的尺寸，且具有逐漸減小的寬度的部分在柱縱向方向上具有ΙΟΟμπι的尺寸而在柱重復(fù)方向上具有2.6μπι的尺寸。因此，在柱縱向方向上，通過改變P型柱區(qū)5的寬度，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的電荷量之間的平衡隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變。
[0136]注意，P型柱區(qū)5的深度可被設(shè)定為在單元區(qū)I和周邊區(qū)2中是相等的。然而，如圖17(b)所示，在本實施例中，深度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而逐漸減小。因為通過在N型柱區(qū)4中形成溝槽并隨后在其中嵌入P型層來構(gòu)造P型柱區(qū)5，因此P型柱區(qū)5的寬度的減小引起微加載效應(yīng)，使得深度隨著寬度的減小而變淺。
[0137]在柱重復(fù)方向上，P型柱區(qū)5的尺寸被防止從單元區(qū)I中的尺寸發(fā)生改變，而其柱間距隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而增大到大于在單元區(qū)I中的柱間距。通過逐漸增大柱間距，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的電荷量之間的平衡隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變。
[0138]在本實施例中，電位分割區(qū)23被設(shè)置成在半導(dǎo)體襯底6的厚度方向上與電荷平衡變化區(qū)27重疊。
[0139]在具有這樣的構(gòu)造的半導(dǎo)體器件中，電位分布和過剩濃度(過剩濃度=(P型電荷量-N型電荷量)/柱間距)的分布如在圖19 (a)到圖19 (d)中所示。因為電荷平衡變化區(qū)27如在圖19 (a)到圖19 (d)中所示的那樣被提供，因此在圖19 (a)到圖19 (d)中的XIXC-XIXC截面和XIXD-XIXD截面的每個中的過剩濃度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而降低，并隨著在深度方向上的深度而降低。因此，如圖19 (a)和圖19 (b)所示，在由附圖中的虛線所示的等電位線之間的間隔在周邊區(qū)2中比在單元區(qū)I中大，從而減少電場的集中。因此，可將在周邊區(qū)2中的擊穿電壓設(shè)定為高于在單元區(qū)I中的擊穿電壓。
[0140]結(jié)果，可從圖20所示的電荷不平衡和擊穿電壓之間的關(guān)系的視圖中看出，甚至在周邊區(qū)2的外周邊側(cè)上的擊穿電壓也不低于在單元區(qū)I中的擊穿電壓，且周邊區(qū)2不減小在單元區(qū)I中的電荷平衡余量。因此，可提供一種半導(dǎo)體器件，其中周邊區(qū)2被抑制減小在單元區(qū)I中的電荷平衡余量，且可提高擊穿電壓產(chǎn)量。
[0141]在P型柱區(qū)5的前端部中，在理想等電位分布中，等電位線一個接一個地終止在前表面?zhèn)?，如圖17 (b)所示。相反，在本實施例中，P型柱區(qū)5的深度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊的距離而逐漸變淺，從而允許P型柱區(qū)5的形狀更接近理想等電位分布的形狀。因此，可進一步減少電場的集中并進一步提高擊穿電壓。
[0142](第十實施例)
[0143]將參考圖21來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第十實施例的半導(dǎo)體器件。本實施例通過相對于第九實施例修改在柱重復(fù)方向上改變電荷平衡的方式而獲得，而其它方面與第九實施例相同。因此，將只給出不同于在第九實施例中的部分的描述。
[0144]如圖21所示，在本實施例的半導(dǎo)體器件中，在柱重復(fù)方向上，柱間距保持恒定，而不隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而改變，而P型柱區(qū)5的寬度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而減小。通過逐漸減小P型柱區(qū)5的寬度，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5中的電荷量之間的平衡隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而連續(xù)改變。
[0145]即使在P型柱區(qū)5的寬度在柱重復(fù)方向上改變時，也可提供周邊區(qū)2作為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū)，并且也連續(xù)改變N型電荷量，使得N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而大于P型電荷量。因此，可獲得與在第九實施例中獲得的相同的效果。
[0146](第十一實施例)
[0147]將參考圖22 (a)到圖22 (C)來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第十一實施例的半導(dǎo)體器件。本實施例通過修改在第九實施例中的SJ結(jié)構(gòu)而被獲得，而其它方式與第九實施例相同。因此，將只給出不同于在第九實施例中的部分的描述。
[0148]如圖22 (a)所示，在本實施例中，在圖22 (a)的紙張方向之上的橫向方向被假定為柱縱向方向，且P型柱區(qū)5的寬度在柱縱向方向上從單元區(qū)I到周邊區(qū)2保持恒定。然而，在周邊區(qū)2中，在N型柱區(qū)4中的雜質(zhì)濃度在柱縱向方向和柱重復(fù)方向上改變，使得在N型柱區(qū)4中的電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而增大。
[0149]即使在N型柱區(qū)4中的雜質(zhì)濃度隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而增大時，也可提供周邊區(qū)2作為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū)，并且也連續(xù)改變N型電荷量，使得N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而大于P型電荷量。因此，可獲得與在第九實施例中獲得的相同的效果。
[0150](第十二實施例)
[0151]將參考圖23來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第十二實施例的半導(dǎo)體器件。本實施例通過修改在第九實施例中的周邊區(qū)2的SJ結(jié)構(gòu)而獲得，并且其它方式與第九實施例相同。因此，將只給出不同于在第九實施例中的部分的描述。
[0152]如圖23所示，在本實施例中，單元區(qū)I設(shè)置有SJ結(jié)構(gòu)，其中在圖23的紙張方向之上的橫向方向被假定為柱縱向方向，垂直于柱縱向方向的方向被假定為柱重復(fù)方向，且N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5重復(fù)布置。另一方面，在周邊區(qū)2中，P型柱區(qū)5以多圓框架形狀來設(shè)置，以便包圍單元區(qū)I的周邊。在本實施例的情況下，因為單元區(qū)I具有四邊形形狀，在周邊區(qū)2中的P型柱區(qū)5也具有四邊形框架形狀并具有圓角部分，以便允許減少在角部分中的電場集中。
[0153]在這樣的結(jié)構(gòu)中，在以多圓框架形狀所布置的P型柱區(qū)5之間的間隔朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大。因此，在N型柱區(qū)4中的電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而增大。
[0154]即使在以多圓框架形狀所布置的P型柱區(qū)5之間的間隔朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大時，也可提供周邊區(qū)2作為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū)，并且也連續(xù)改變N型電荷量，使得N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而大于P型電荷量。因此，可獲得與在第九實施例中獲得的相同的效果。
[0155](第十三實施例)[0156]將參考圖24來描述根據(jù)本公開內(nèi)容的第十三實施例的半導(dǎo)體器件。本實施例通過修改在第九實施例中的SJ結(jié)構(gòu)而獲得，而其它方式與第九實施例相同。因此，將只給出不同于在第九實施例中的部分的描述。
[0157]如圖24所示，在本實施例中，在單元區(qū)I和周邊區(qū)2中，P型柱區(qū)5以點狀散布。在單元區(qū)I中，在N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5之間的柱比被設(shè)定為1:1。另一方面，在周邊區(qū)2中，在其中形成的P型柱區(qū)5的比被設(shè)定為低于在單元區(qū)I中形成的P型柱區(qū)5的比，并隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而逐漸減小。因此，在N型柱區(qū)4中的電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而增大。
[0158]通過提供這樣的構(gòu)造，即使在SJ結(jié)構(gòu)不包括條紋PN柱時，但也提供P型柱區(qū)5以點狀來布置的結(jié)構(gòu)，也可提供周邊區(qū)2作為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū)，并且也連續(xù)改變N型電荷量，使得N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離而大于P型電荷量。因此，可獲得與在第九實施例中獲得的相同的效果。
[0159](其它實施例)
[0160]在每個前述實施例中所示的半導(dǎo)體器件的構(gòu)造是例證性的。半導(dǎo)體器件不限于上述構(gòu)造，并且還可具有能夠?qū)崿F(xiàn)本公開內(nèi)容的另一構(gòu)造。例如，半導(dǎo)體元件不限于M0SFET，并且還可以是二極管等。MOSFET也可具有平面類型，而不是溝槽-柵極類型。
[0161]同樣在電阻器28用作電位分割元件的結(jié)構(gòu)中，在電荷平衡變化區(qū)27中的N型柱區(qū)4不限于圖4 (b)所示的布局，并且還具有圖10 (b)所示的布局。
[0162]在每個前述實施例中，當(dāng)從半導(dǎo)體襯底6的厚度方向看時，整個電位分割區(qū)23與電荷平衡變化區(qū)27重疊。然而，這是放置的示例，且當(dāng)從半導(dǎo)體襯底6的厚度方向看時，電位分割區(qū)23的至少一部分可適合與周邊區(qū)2 (優(yōu)選為電荷平衡變化區(qū)27)重疊。也就是說，當(dāng)電位分割區(qū)23至少設(shè)置在周邊區(qū)2之上時，可實現(xiàn)抵抗在周邊區(qū)2中受限的電荷的影響的屏蔽效應(yīng)，并因此防止擊穿電壓的變化。因此，可在不允許電場集中在周邊區(qū)2上的情況，確保擊穿電壓。當(dāng)電位分割區(qū)23設(shè)置成與電荷平衡變化區(qū)27重疊時，可使在硅表面中的電位分布和由保護環(huán)19限定的表面電位分布相匹配，使得根據(jù)保護環(huán)的有/無而在擊穿電壓中沒有產(chǎn)生差異。結(jié)果，可獲得以下效果，即能夠確保較寬的電荷平衡余量以抵抗擊穿電壓的劣化。
[0163]在第一實施例中，提供一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，在電位分割區(qū)23中最外周電極21(漏極電極8)和源極電極12之間的電壓被分割。然而，該結(jié)構(gòu)也可使得在最外周電極21(漏極電極8)和柵電極17之間的電壓以與在第四實施例中的相同的方式被分割。因此，可使用來自柵極的引出電極，從源極引出電極的中繼電極18的區(qū)域是不必要的，且半導(dǎo)體器件的面積可通過該區(qū)域被減小。
[0164]此外，在第一實施例中，使用齊納二極管24作為電位分割元件來執(zhí)行電位分割。然而，以與在第四實施例中相同的方式，也可使用電阻器28。
[0165]在每個前述實施例中，在雜質(zhì)濃度之間的平衡在電荷平衡變化區(qū)27中連續(xù)改變。然而，在雜質(zhì)濃度之間的平衡的連續(xù)改變也可從周邊區(qū)2的位于比電荷平衡變化區(qū)27更接近單元區(qū)I的區(qū)域開始。也就是說，周邊區(qū)2的電荷平衡變化區(qū)27也可相鄰于單元區(qū)I。結(jié)果，當(dāng)高載流子注入狀態(tài)出現(xiàn)時，等電位線開始在單元區(qū)I側(cè)彎曲，以抑制在被供應(yīng)到單元區(qū)I的載流子的數(shù)量和被供應(yīng)到周邊區(qū)2的載流子的數(shù)量之間的差異。根據(jù)電荷平衡變化區(qū)27的結(jié)構(gòu)，也可改變在位于漂移區(qū)周圍的N型外延區(qū)中的N型雜質(zhì)濃度。
[0166]例如，在圖4(b)所示的結(jié)果中，布置在重復(fù)方向上的P型柱區(qū)5的寬度保持恒定，且每個具有錐形形狀的端部5a的錐角也保持恒定。此外，在P型柱區(qū)5之間的間距在重復(fù)方向上朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大。在提供這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上，N型雜質(zhì)濃度與P型雜質(zhì)濃度之比朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大。
[0167]因此，當(dāng)在SJ結(jié)構(gòu)的角部分中使用與用于增大在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上的N型雜質(zhì)濃度的比相同的速率增大N型雜質(zhì)濃度的比時，N型雜質(zhì)濃度的比高于在電荷平衡變化區(qū)27的其它部分中的N型雜質(zhì)濃度的比。也就是說，角部分具有通過使在重復(fù)方向上的N型雜質(zhì)濃度的比乘以在垂直于重復(fù)方向的方向上的N型雜質(zhì)濃度的比而獲得的比，使得N型雜質(zhì)濃度的比不良地變得較高。
[0168]因此，在圖4 (b)所示的結(jié)構(gòu)的情況下，可通過連接具有在重復(fù)方向上的N型雜質(zhì)濃度的相同比的部分和具有在垂直于重復(fù)方向的方向上的N型雜質(zhì)濃度的相同比的部分來為角部分合適地設(shè)定N型雜質(zhì)濃度的比。也就是說，當(dāng)顯示出具有N型雜質(zhì)濃度的相同比的位置的線被定義為等濃度線時，如圖25 (a)所示，等濃度線可在角部分中合適地具有錐形形狀。因此，可抑制在角部分中的N型雜質(zhì)濃度的比變得高于在電荷平衡變化區(qū)27的其它部分中的N型雜質(zhì)濃度的比。
[0169]在圖16所示的結(jié)構(gòu)中，布置在重復(fù)方向上的P型柱區(qū)5的寬度逐漸減小，且每個具有錐形形狀的端部5a的錐角也逐漸減小。此外，在重復(fù)方向上，在P型柱區(qū)5之間的間距保持恒定。同樣在提供這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，N型雜質(zhì)濃度與P型雜質(zhì)濃度之比在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向這兩者上朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大。因此，同樣在這種情況下，通過將在重復(fù)方向上具有N型雜質(zhì)濃度與P型雜質(zhì)濃度的相同比的部分與在垂直于重復(fù)方向的方向上具有N型雜質(zhì)濃度與P型雜質(zhì)濃度的相同比的部分相連接，來合適地設(shè)定在角部分中的N型雜質(zhì)濃度的比。
[0170]然而，與圖4(b)的結(jié)構(gòu)比較，即使在SJ結(jié)構(gòu)的角部分中使用與用于增大在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上的N型雜質(zhì)濃度的比相同的速率增大N型雜質(zhì)濃度的比時，N型雜質(zhì)濃度的比增大的程度也很低。因此，如在圖25 (b)中所示的，在角部分中的等濃度線提供有多個形狀，每個形狀具有朝著單元區(qū)I的外周邊方向逐漸增大的曲率。因此，可抑制在角部分中的N型雜質(zhì)濃度的比變得高于在電荷平衡變化區(qū)27的其它部分中的N型雜質(zhì)濃度的比。
[0171 ] 注意，在每個前述實施例中，形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度是恒定的，且N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5所形成的區(qū)域(體積)朝著單元區(qū)I的外周邊方向改變，以構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27。這是因為當(dāng)形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)具有恒定的濃度時，其制造過程可被相當(dāng)大地簡化。然而，如果對于不同的雜質(zhì)濃度，N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的制造過程在多個單獨的步驟中被執(zhí)行，則形成這些的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度也可改變。因此，也可朝著單元區(qū)I的外周邊方向改變形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度，以構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27。
[0172]簡而言之，在電荷平衡變化區(qū)27中，電荷量可朝著單元區(qū)I的外周邊方向合適地減小。因此，也可例如保持在P型柱區(qū)5中的P型雜質(zhì)濃度恒定，并且也朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大在N型柱區(qū)4中的N型雜質(zhì)濃度。[0173]同樣，在P型柱區(qū)5如在第六和十三實施例中的那樣以點狀散布的結(jié)構(gòu)中，也可朝著單元區(qū)I的外周邊方向減小形成P型柱區(qū)5的點所形成的區(qū)域(體積)，以構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27。
[0174]同樣對于SJ結(jié)構(gòu)，它不限于上述結(jié)構(gòu)。也就是說，只要在單元區(qū)I中，在作為一個整體的相鄰PN柱中的P型電荷量和N型電荷量相等，周邊區(qū)2被提供為N型電荷量占優(yōu)勢的富N區(qū)，并且N型電荷量隨著從單元區(qū)I朝向外周邊方向的距離連續(xù)改變以大于P型電荷量，則該結(jié)構(gòu)就是合適的。
[0175]在每個前述實施例中，給出在第一導(dǎo)電類型是N型而第二導(dǎo)電類型是P型的情況的描述。然而，本公開內(nèi)容甚至可應(yīng)用于第一導(dǎo)電類型是P型而第二導(dǎo)電類型是N型的半導(dǎo)體器件。也就是說，本公開內(nèi)容甚至適用于在每個前述實施例中所描述的各個構(gòu)件的導(dǎo)電類型被反轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)。
[0176]還優(yōu)選地，根據(jù)電荷平衡變化區(qū)27的結(jié)構(gòu)，在角部分中的過剩濃度的梯度減小到小于在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上的過剩濃度的梯度。
[0177]例如，在圖17 (a)所示的結(jié)構(gòu)中，布置在重復(fù)方向上的P型柱區(qū)5的寬度保持恒定，且具有錐形形狀的每個端部的錐角也保持恒定。此外，在P型柱區(qū)5之間的間距在重復(fù)方向上朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大。在提供這樣的結(jié)構(gòu)的情況下，在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上，過剩濃度朝著單元區(qū)I的外周邊方向減小。
[0178]因此，在圖17 (a)所示的結(jié)構(gòu)的角部分中，在重復(fù)方向和垂直于重復(fù)方向的方向上的過剩濃度的梯度大于在電荷平衡變化區(qū)27中的過剩濃度的梯度。也就是說，在角部分中，過剩濃度對應(yīng)于在重復(fù)方向和垂直于其的方向上的過剩濃度的和，使得過剩濃度的梯度較大。當(dāng)具有在重復(fù)方向上的相同過剩濃度的部分和具有在垂直于重復(fù)方向的方向上的相同過剩濃度的部分與線連接時，顯示出具有相同的過剩濃度的位置的線被定義為等過剩濃度線。在圖17 (a)所示的結(jié)構(gòu)的情況下，在角部分中的等過剩濃度線如圖27 (a)所示。在角部分中的等過剩濃度線比在重復(fù)方向和垂直方向上更密集。這表示在角部分中的擊穿電壓低于在重復(fù)方向和垂直方向上的擊穿電壓。
[0179]因此，如圖27 (b)所示，形成P柱區(qū)5和N柱區(qū)4的柱形狀，其中隨著角部分中的等過剩濃度線越接近單元區(qū)I的外周邊方向，曲率逐漸增大。結(jié)果，角部分中的等過剩濃度線比在重復(fù)方向和垂直方向上更稀疏。這意味著在角部分中的擊穿電壓高于在重復(fù)方向和垂直方向上的擊穿電壓，且可提供更理想的結(jié)構(gòu)。
[0180]如上所述，在每個前述實施例中，形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度是恒定的，且形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的區(qū)域(體積)朝著單元區(qū)I的外周邊方向改變，以構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27。同樣，形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的區(qū)域(體積)在深度方向上改變，以構(gòu)造電荷平衡甚至在深度方向上也改變的電荷平衡變化結(jié)構(gòu)。這是因為當(dāng)形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)具有恒定的濃度時，其制造過程可被相當(dāng)大地簡化。然而，如果對于不同的雜質(zhì)濃度，在多個單獨的步驟中執(zhí)行N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的制造過程，則形成這些的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度也可改變。因此，如在第十一實施例中的，也可朝著單元區(qū)I的外周邊方向改變形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度，使得P型雜質(zhì)濃度朝著外周邊方向低于N型雜質(zhì)濃度，以構(gòu)造電荷平衡變化區(qū)27。同樣，也可在深度方向上改變形成N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度，使得隨著深度增大P型雜質(zhì)濃度低于N型雜質(zhì)濃度，以改變電荷平衡。
[0181]簡而言之，在電荷平衡變化區(qū)27中，與第二導(dǎo)電型電荷量相對應(yīng)的P型電荷量可朝著單元區(qū)I的外周邊方向合適地逐漸降低，以小于與第一導(dǎo)電型電荷量相對應(yīng)的N型電荷量。同樣在深度方向上，與第二導(dǎo)電型電荷量相對應(yīng)的P型電荷量可隨著深度的增大而合適地逐漸減小，以小于與第一導(dǎo)電型電荷量相對應(yīng)的N型電荷量。因此，也可例如保持在P型柱區(qū)5中的P型雜質(zhì)濃度恒定，并且也朝著單元區(qū)I的外周邊方向增大N型柱區(qū)4中的N型雜質(zhì)濃度。
[0182]注意，在第九實施例中，根據(jù)在第九實施例中描述的N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的形狀，在N型電荷量和P型電荷量之間的關(guān)系被描述為在第一錐角和第二錐角之間的大小關(guān)系。具體地，在第九實施例中，關(guān)于電荷平衡變化區(qū)27，第二錐角被設(shè)定為大于第一錐角，以能夠在周邊區(qū)2中提供比單元區(qū)I中的擊穿電壓高的擊穿電壓。然而，即使在形成第十到第十四實施例的結(jié)構(gòu)或N型柱區(qū)4和P型柱區(qū)5的N型雜質(zhì)和P型雜質(zhì)的濃度朝著單元區(qū)I的外周邊方向或在深度方向上改變時，相同的原理也適用。也就是說，在第一導(dǎo)電型柱區(qū)(N型柱區(qū)4)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)(P型柱區(qū)5)之間，可合適地建立下面的關(guān)系。
[0183]第一導(dǎo)電型柱區(qū)(N型柱區(qū)4)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)(P型柱區(qū)5)的重復(fù)單位被假定為柱間距。此外，過剩濃度N被假定為由過剩濃度=(第二導(dǎo)電型電荷量-第一導(dǎo)電型電荷量)/柱間距給出。在這種情況下，在電荷平衡變化區(qū)27中在從單元區(qū)I朝向外周邊方向的方向上的過剩濃度的梯度被假定由dN/dx=(Nl-N2)/x給出。在本表達式中，NI是通過使在單元區(qū)I和外周邊2之間的邊界位置處的第二導(dǎo)電型電荷量(在P型柱區(qū)5中的P型電荷量)和第一導(dǎo)電型電荷量(在N型柱區(qū)4中的N型電荷量)之間的差除以柱間距而獲得的濃度，N2是通過使在從單元區(qū)I朝向外周邊方向的方向上在前端(最外周)位置處的第二導(dǎo)電型電荷量(在P型柱區(qū)5中的P型電荷量)和第一導(dǎo)電型電荷量(在N型柱區(qū)4中的N型電荷量)之間的差除以柱間距而獲得的濃度，且X是從單元區(qū)I中的第二導(dǎo)電型柱區(qū)中的最外周位置到其中的外周方向上的前端位置的距離。此外，在單元區(qū)中的深度方向上的過剩濃度的梯度被假定由dN/dz=(N3-N4)/z給出。在本表達式中，N3是通過使在單元區(qū)I中的表面位置處的第二導(dǎo)電型電荷量(P型電荷量)和第一導(dǎo)電型電荷量(在N型柱區(qū)4中的N型電荷量)之間的差除以柱間距而獲得的濃度，N4是通過使在單元區(qū)I中的最深位置處的第二導(dǎo)電型電荷量(P型電荷量)和第一導(dǎo)電型電荷量(在N型柱區(qū)4中的N型電荷量)之間的差除以柱間距而獲得的濃度，且z是從單元區(qū)I中的表面位置到最深位置的距離，即，每個第二導(dǎo)電型柱區(qū)的深度。
[0184]通過對于所定義的過剩濃度的每個梯度滿足dN/dx ( dN/dz，在周邊區(qū)2中的等電位線之間的間隔寬于在單元區(qū)I中的等電位線之間的間隔，且減小電場的集中。因此，可在周邊區(qū)2中提供比單元區(qū)I中的擊穿電壓高的擊穿電壓。
[0185]至于電荷平衡變化區(qū)27中的最內(nèi)周位置，即，對于提供在過剩濃度的改變中的梯度的改變的起始點，它不限于單元區(qū)I和周邊區(qū)2之間的邊界位置。例如，對于過剩濃度的改變的起始點也可位于周邊區(qū)2中。在前述實施例中，在單元區(qū)I和周邊區(qū)2之間的邊界位置被假定為電荷平衡區(qū)27開始時的位置，且因此X被定義為從單元區(qū)I和周邊區(qū)2之間的邊界位置到周邊位置2的最外周的距離。然而，基本上，X是從電荷平衡變化區(qū)27中的最內(nèi)周位置到其中的最外周位置的距離。
【權(quán)利要求】
1.一種半導(dǎo)體器件，包括單元區(qū)(I)和包圍所述單元區(qū)(I)的周邊區(qū)(2)，所述半導(dǎo)體器件包括: 半導(dǎo)體襯底(6)，其包括第一導(dǎo)電型層(3)和形成在所述第一導(dǎo)電型層(3)之上并用作漂移層的第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底(6)的一部分包括在所述單元區(qū)(I)中，而所述半導(dǎo)體襯底(6)的另一部分包括在所述周邊區(qū)(2)中； 半導(dǎo)體元件(9)，其被設(shè)置在所述單元區(qū)(I)中； 所述半導(dǎo)體元件(9)的元件電極(12、17)，其被設(shè)置在所述單元區(qū)(I)中； 最外周電極(21)，其電連接到所述周邊區(qū)(2)中的所述半導(dǎo)體襯底； 第二導(dǎo)電型層(7)，其形成在所述周邊區(qū)(2)中的所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)之上；以及 電位分割區(qū)(23)，其形成在所述第二導(dǎo)電型層(7)之上，以將所述元件電極(12、17)電連接到所述最外周電極(21)，并且還將所述元件電極(12、17)和所述最外周電極(21)之間的電壓分割成多個級，當(dāng)從所述半導(dǎo)體襯底(6)的厚度方向看時，所述電位分割區(qū)(23)的一部分與所述周邊區(qū)(2)重疊。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述電位分割區(qū)(23)從所述元件電極(12、17)側(cè)朝向所述最外周電極(21)側(cè)分割所述元件電極(12、17)和所述最外周電極(21)之間的電壓，使得所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)中的電位分布在所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向上具有相等的間隔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的半導(dǎo)體器件，` 其中，在所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向上，所述電位分割區(qū)(23)的從位于所述單元區(qū)(I)側(cè)的端部到位于所述最外周電極(21)側(cè)的端部的長度大于從所述第二導(dǎo)電型層(7)的表面到所述第一導(dǎo)電型層(3)的深度。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3中的任一項所述的半導(dǎo)體器件， 其中當(dāng)從所述半導(dǎo)體襯底(6)的厚度方向看時，所述最外周電極(21)與所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)重疊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4中的任一項所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述周邊區(qū)(2)還包括電荷平衡變化區(qū)(27)，在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中，在形成所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)的所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)中的雜質(zhì)濃度之間的平衡朝著與所述單元區(qū)(I)的相對側(cè)連續(xù)改變。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述電荷平衡變化區(qū)(27)相鄰于所述單元區(qū)(I )。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件， 其中形成所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)的所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)在重復(fù)方向上被重復(fù)地布置在整個所述單元區(qū)(I)和所述周邊區(qū)(2 )之上，并且 其中在所述周邊區(qū)(2)中，在所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向上，在垂直于所述重復(fù)方向的方向上的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的寬度朝著所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的端部(5a)連續(xù)減小，以連續(xù)改變在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的雜質(zhì)濃度之間的平衡。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的半導(dǎo)體器件， 其中在所述單元區(qū)(I)和所述周邊區(qū)(2)中，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)以恒定的間距重復(fù)，并且 其中在所述周邊區(qū)(2 )中，所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5 )的寬度朝著與所述單元區(qū)(I)的相對側(cè)連續(xù)減小，以連續(xù)改變在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的雜質(zhì)濃度之間的平衡。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件， 其中在所述周邊區(qū)(2)中，形成所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)的所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)被布置成包圍所述單元區(qū)(I)的環(huán)狀，而所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)朝著與所述單元區(qū)(I)的相對側(cè)被重復(fù)地布置在重復(fù)方向上，以及 其中在所述周邊區(qū)(2)中，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)的寬度在所述重復(fù)方向上隨著距所述單元區(qū)(I)的距離的增大而增大，以連續(xù)改變在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的雜質(zhì)濃度之間的平衡。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)以點狀散布在所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)中，以及 其中形成在所述周邊區(qū)(2)中的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的比低于形成在所述單元區(qū)(O中的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的比，并朝著所述單元區(qū)(I)的外周邊方向減小。
11.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得在所述單元區(qū)(I)中，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)使用與·所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向平行的方向作為柱縱向方向并使用垂直于所述縱向方向的方向作為柱重復(fù)方向來重復(fù)和交替地形成，而在所述周邊區(qū)(2)中，所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)被形成為包圍所述單元區(qū)(I)的周邊的多圓框架形狀，并且 其中在所述周邊區(qū)(2)中，構(gòu)造成所述多圓框架形狀的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的間隔朝著所述單元區(qū)(I)的外周邊方向增大。
12.—種半導(dǎo)體器件，包括形成半導(dǎo)體元件(9)的單元區(qū)(I)和包圍所述單元區(qū)(I)的周邊區(qū)(2)，所述半導(dǎo)體器件包括: 半導(dǎo)體襯底(6)，其包括第一導(dǎo)電型層(3)和形成在所述第一導(dǎo)電型層(3)之上并用作漂移層的第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)形成超級結(jié)結(jié)構(gòu)，所述半導(dǎo)體襯底(6)的一部分包括在所述單元區(qū)(I)中，而所述半導(dǎo)體襯底(6)的另一部分包括在所述周邊區(qū)(2)中；所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)中的第一導(dǎo)電型電荷量和第二導(dǎo)電型電荷量在所述單元區(qū)(I)中被設(shè)定為相等，所述半導(dǎo)體襯底(6)還包括在所述周邊區(qū)(2)中的電荷平衡變化區(qū)，其中在所述電荷平衡變化區(qū)中，所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)中的所述第一導(dǎo)電型電荷量朝著所述單元區(qū)(I)的外周邊方向逐漸增大到大于所述第二導(dǎo)電型電荷量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)使用與所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向平行的方向作為柱縱向方向并使用垂直于所述柱縱向方向的方向作為柱重復(fù)方向來重復(fù)和交替地形成，并且其中每個所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)具有在所述柱縱向方向上的前端部，且所述前端部被形成為具有逐漸減小的寬度的錐形形狀，使得具有所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)的邊界表面變成相對于所述柱重復(fù)方向傾斜的錐形形狀。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件， 其中在所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)中，所述單元區(qū)(I)和所述周邊區(qū)(2)中的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)在所述柱重復(fù)方向上的尺寸是相等的， 其中在所述單元區(qū)(I)中，作為所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的重復(fù)單位的柱間距是相等的，并且 其中所述周邊區(qū)(2)中的所述柱間距朝著所述單元區(qū)(I)的外周邊方向增大到大于所述單元區(qū)(I)中的所述柱間距。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的半導(dǎo)體器件， 其中在所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)中，所述周邊區(qū)(2)中的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)在所述柱重復(fù)方向上的尺寸隨著從所述單元區(qū)(I)朝向所述外周邊方向的距離而逐漸減小，并且 其中作為所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的重復(fù)單位的柱間距在所述單元區(qū)(I)中和所述周邊區(qū)(2)中是恒定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中的任一項所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述第二導(dǎo)電型柱 區(qū)(5)的深度隨著從所述單元區(qū)(I)朝向外周邊的距離而減小。
17.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件， 其中在所述周邊區(qū)(2)中，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)中的第一導(dǎo)電型雜質(zhì)濃度隨著從所述單元區(qū)(I)朝向外周邊的距離而增大。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得在所述單元區(qū)(I)中，所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)使用與所述第一導(dǎo)電型層(3)的平面方向平行的方向作為柱縱向方向并使用垂直于所述柱縱向方向的方向作為柱重復(fù)方向來重復(fù)和交替地形成，而在所述周邊區(qū)(2)中，所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)被構(gòu)造成包圍所述單元區(qū)(I)的周邊的多圓框架形狀，并且 其中在所述周邊區(qū)(2)中，被構(gòu)造成所述多圓框架形狀的所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的間隔朝著所述單元區(qū)(I)的外周邊方向增大。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)被構(gòu)造成使得所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)以點狀散布在所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)中，并且 其中形成在所述周邊區(qū)(2)中的所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)的比低于形成在所述單元區(qū)(O中的所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)的比，并朝著所述單元區(qū)(I)的所述外周邊方向減小。
20.根據(jù)權(quán)利要求12到19中的任一項所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述超級結(jié)結(jié)構(gòu)包括電荷平衡變化結(jié)構(gòu)，在所述電荷平衡變化結(jié)構(gòu)中，所述第一導(dǎo)電型電荷量與所述第二導(dǎo)電型電荷量之間的關(guān)系也在深度方向上逐漸改變，并且 其中當(dāng)所述第一導(dǎo)電型柱區(qū)(4)和所述第二導(dǎo)電型柱區(qū)(5)的重復(fù)單位是所述柱間距并且過剩濃度N由所述過剩濃度N=(所述第二導(dǎo)電型電荷量-所述第一導(dǎo)電型電荷量)/所述柱間距來給出時，當(dāng)NI是在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的最內(nèi)周位置處的過剩濃度、N2是從所述單元區(qū)(I)延伸到所述外周邊方向在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的最外周位置處的過剩濃度、以及X是在所述電荷平衡變化區(qū)(27)中的從所述最內(nèi)周位置到所述最外周位置的距離時所述電荷平衡變化區(qū)(27)中朝著所述外周邊方向的過剩濃度的濃度變化梯度dN/dx=(Nl-N2)/x和當(dāng)N3是在所述單元區(qū)(I)中的表面位置處的過剩濃度、N4是在所述單元區(qū)(I)中的最深位置處的過剩濃度以及z是在所述單元區(qū)(I)中從所述表面位置到所述最深位置的距離時在所述電荷平衡結(jié)構(gòu)中在深度方向上的過剩濃度的濃度變化梯度dN/dz=(N3-N4)/z 滿足 dN/dx ^ dN/dz 的關(guān)系。
21.根據(jù)權(quán)利要求12到20中的任一項所述的半導(dǎo)體器件， 其中所述周邊區(qū)(2)的外周邊處的過剩濃度N2與所述單元區(qū)(I)中的最深位置處的過剩濃度N4滿足N2>N4的關(guān)系。`
【文檔編號】H01L27/04GK103828054SQ201280047129
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月27日
【發(fā)明者】赤木望, 利田祐麻, 桑原誠 申請人:株式會社電裝