JP2010192710A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing the same Download PDF

Info

Publication number
JP2010192710A
JP2010192710A JP2009035824A JP2009035824A JP2010192710A JP 2010192710 A JP2010192710 A JP 2010192710A JP 2009035824 A JP2009035824 A JP 2009035824A JP 2009035824 A JP2009035824 A JP 2009035824A JP 2010192710 A JP2010192710 A JP 2010192710A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
emitter
region
conductive layer
base region
semiconductor device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009035824A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Tomoyoshi Mishima
友義 三島
Toru Nakamura
徹 中村
Masataka Sato
政孝 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Cable Ltd
Original Assignee
Hitachi Cable Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Cable Ltd filed Critical Hitachi Cable Ltd
Priority to JP2009035824A priority Critical patent/JP2010192710A/en
Publication of JP2010192710A publication Critical patent/JP2010192710A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device capable of providing an excellent current amplification factor; and to provide a method of manufacturing the same. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes: a semiconductor substrate; a first conductivity type first conductive layer 12 arranged on the semiconductor substrate and formed of silicon carbide; a first conductivity type second conductive layer 14 arranged on the first conductive layer 12, having impurity concentration lower than that of the first conductive layer 12, and formed of silicon carbide; a second conductivity type base region 16 arranged in the second conductive layer 14 and having a conductivity type different from the first conductivity type; and a first conductivity type emitter region 18 arranged in the base region 16, having a front surface flush with the front surface of the base region 16, and having impurity concentration of 5&times;10<SP>17</SP>to 5&times;10<SP>19</SP>cm<SP>-3</SP>. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。特に、本発明は、炭化ケイ素系半導体を用いたプレーナ型バイポーラトランジスタとしての半導体装置及び半導体装置の製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device. In particular, the present invention relates to a semiconductor device as a planar bipolar transistor using a silicon carbide semiconductor and a method for manufacturing the semiconductor device.

炭化ケイ素(以下、「SiC」という場合がある)等のワイドバンドギャップ化合物半導体は、Si半導体、GaAs等の化合物半導体に比べ、高耐圧、高出力、高温度等の過酷な環境下で動作する電子デバイス材料として注目されている。また、窒化ガリウム(GaN)等の窒化物系化合物半導体に比べてSiCは、不純物添加によって容易にp型化できる。したがって、p型半導体層とn型半導体層とを要するバイポーラトランジスタへ応用することができる。   Wide band gap compound semiconductors such as silicon carbide (hereinafter sometimes referred to as “SiC”) operate in harsh environments such as high breakdown voltage, high output, and high temperature compared to compound semiconductors such as Si semiconductor and GaAs. It is attracting attention as an electronic device material. In addition, SiC can be easily made p-type by adding impurities as compared with nitride compound semiconductors such as gallium nitride (GaN). Therefore, it can be applied to a bipolar transistor that requires a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer.

従来、n型SiC基板と、n型SiC基板上に形成されるn型SiCエピタキシャル領域と、n型SiCエピタキシャル領域中に形成されるp型ベース領域と、p型ベース領域中に形成されるn型エミッタ領域と、p型ベース領域中であってn型エミッタ領域の隣に形成されるp型ベースコンタクト領域とを備え、p型ベース領域内に空乏層が形成されないときのp型ベース領域内のフリーキャリア濃度が、p型ベース領域に空乏層が形成されるときの空乏層内の空間電荷濃度よりも小さくなるようにしたバイポーラトランジスタが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, an n + type SiC substrate, an n type SiC epitaxial region formed on the n + type SiC substrate, a p type base region formed in the n type SiC epitaxial region, and a p type base region An n + -type emitter region formed and a p + -type base contact region formed in the p-type base region and adjacent to the n + -type emitter region, and no depletion layer is formed in the p-type base region A bipolar transistor is known in which the free carrier concentration in the p-type base region is smaller than the space charge concentration in the depletion layer when the depletion layer is formed in the p-type base region (for example, Patent Document 1).

特許文献1に記載のバイポーラトランジスタは、上記構成を備えることにより、高い電流増幅率を発揮することができる。   The bipolar transistor described in Patent Document 1 can exhibit a high current gain by having the above-described configuration.

特開2004−247545号公報JP 2004-247545 A

バイポーラトランジスタの性能としては、コレクタ電流のベース電流に対する比である電流増幅率が重要である。電流増幅率は、主としてエミッタ注入効率に基づいて決定される。エミッタ注入効率は、ベース正孔電流とエミッタ電子電流とに基づいて決定され、ベース正孔電流はエミッタ不純物濃度とエミッタ深さとに基づいて決定される。更に、エミッタ電子電流は、ベース不純物濃度とベース幅とに基づいて決定される。しかし、特許文献1に記載のバイポーラトランジスタは、エミッタ領域の不純物濃度、及びベース領域の不純物濃度の最適化を図っておらず、バイポーラトランジスタの性能の向上には限界がある。   For the performance of the bipolar transistor, the current amplification factor, which is the ratio of the collector current to the base current, is important. The current amplification factor is determined mainly based on the emitter injection efficiency. The emitter injection efficiency is determined based on the base hole current and the emitter electron current, and the base hole current is determined based on the emitter impurity concentration and the emitter depth. Further, the emitter electron current is determined based on the base impurity concentration and the base width. However, the bipolar transistor described in Patent Document 1 does not optimize the impurity concentration of the emitter region and the impurity concentration of the base region, and there is a limit to improving the performance of the bipolar transistor.

したがって、本発明の目的は、良好な電流増幅率が得られる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can obtain a good current gain.

本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板と、半導体基板上に設けられ、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第1伝導層と、第1伝導層上に設けられ、第1伝導層の不純物濃度より低い不純物濃度を有し、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第2伝導層と、第2伝導層中に設けられ、第1導電型とは異なる導電型の第2導電型のベース領域と、ベース領域中に設けられ、表面がベース領域の表面と同一平面にあると共に、5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の不純物濃度を有する第1導電型のエミッタ領域とを備える半導体装置が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a semiconductor substrate, a first conductive layer of a first conductivity type provided on the semiconductor substrate and formed of silicon carbide, provided on the first conductive layer, A first conductive type second conductive layer having an impurity concentration lower than that of the conductive layer and made of silicon carbide; and a second conductive layer provided in the second conductive layer and having a conductivity type different from the first conductive type. A second conductivity type base region, a first region provided in the base region, having a surface flush with the surface of the base region and having an impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less A semiconductor device comprising an emitter region of one conductivity type is provided.

また、上記半導体装置は、ベース領域は、1×1017cm−3以上1×1019cm−3以下の不純物濃度を有することが好ましい。 In the semiconductor device, the base region preferably has an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less.

また、上記半導体装置は、エミッタ領域の表面の一部に設けられるエミッタ電極を更に備え、エミッタ電極の端部から、ベース領域とエミッタ領域との境界までの距離が、エミッタ領域中の少数キャリアの平均の拡散距離以上にすることもできる。   The semiconductor device further includes an emitter electrode provided on a part of the surface of the emitter region, and the distance from the end of the emitter electrode to the boundary between the base region and the emitter region is less than that of minority carriers in the emitter region. It can also be longer than the average diffusion distance.

また、上記半導体装置は、ベース領域に接するエミッタ領域の表面濃度が、ベース領域とエミッタ領域との間に形成される真性ベース領域に接するエミッタ領域の濃度よりも低くすることもできる。   In the semiconductor device, the surface concentration of the emitter region in contact with the base region can be lower than the concentration of the emitter region in contact with the intrinsic base region formed between the base region and the emitter region.

また、本発明は、上記目的を達成するため、半導体基板を準備する工程と、半導体基板上に炭化ケイ素から形成される第1導電型の第1伝導層を形成する工程と、第1伝導層上に第1伝導層の不純物濃度より低い不純物濃度を有し、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第2伝導層を形成する工程と、第2伝導層の一部の領域に、加速エネルギーを段階的に変化させつつ第1導電型とは異なる導電型の第2導電型の不純物原子をイオン注入してベース領域を形成する工程と、表面がベース領域の表面と同一平面上にあると共に、ベース領域の一部の領域に加速エネルギーを段階的に変化させつつ第1導電型の不純物原子をイオン注入して5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の不純物濃度を有するエミッタ領域を形成する工程とを備える半導体装置の製造方法が提供される。 In order to achieve the above object, the present invention provides a step of preparing a semiconductor substrate, a step of forming a first conductive layer of a first conductivity type formed of silicon carbide on the semiconductor substrate, and a first conductive layer. Forming a first conductive type second conductive layer having an impurity concentration lower than that of the first conductive layer and formed of silicon carbide on the first conductive layer; A step of forming a base region by ion-implanting impurity atoms of a second conductivity type different from the first conductivity type while changing energy stepwise, and the surface is flush with the surface of the base region In addition, the impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less is obtained by ion-implanting impurity ions of the first conductivity type while gradually changing the acceleration energy to a partial region of the base region. Forming an emitter region having And a method of manufacturing a semiconductor device comprising the steps.

本発明に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、良好な電流増幅率が得られる半導体装置及び半導体装置の製造方法を提供できる。   According to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device that can obtain a good current gain.

本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本実施の形態に係る半導体装置において、エミッタ濃度及びベース濃度を様々に変化させた場合における電流増幅率の分布図である。FIG. 6 is a distribution diagram of current amplification factors when the emitter concentration and the base concentration are variously changed in the semiconductor device according to the present embodiment. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の流れを示す図である。It is a figure which shows the flow of the manufacturing process of the semiconductor device which concerns on embodiment of this invention. 実施例に係る半導体装置の断面図である。It is sectional drawing of the semiconductor device which concerns on an Example. (a)は、図4のX1−X2方向における不純物濃度の分布図であり、(b)は、図4のY1−Y2方向における不純物濃度の分布図である。FIG. 5A is a distribution diagram of impurity concentration in the X1-X2 direction in FIG. 4, and FIG. 5B is a distribution diagram of impurity concentration in the Y1-Y2 direction in FIG.

[実施の形態]
(半導体装置の構成)
図1は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の断面の概要を示す。
[Embodiment]
(Configuration of semiconductor device)
FIG. 1 shows an outline of a cross section of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.

本実施の形態に係る半導体装置1は、一例として、IV−IV族のワイドギャップ半導体としてのSiC系半導体から主として形成されるプレーナ型バイポーラトランジスタである。具体的に、半導体装置1は、半導体基板としてのSiC基板10と、SiC基板10上に設けられ、SiCから形成される第1導電型の第1伝導層12と、第1伝導層12上に設けられ、第1伝導層12の不純物濃度より低い不純物濃度を有してSiCから形成される第1導電型の第2伝導層14と、第2伝導層14中に設けられ、第1導電型とは異なる導電型の第2導電型のベース領域16と、ベース領域16中に設けられ、表面がベース領域16の表面と同一平面にある第1導電型のエミッタ領域18とを備える。更に、半導体装置1は、ベース領域16の表面の一部に設けられるベース電極20と、エミッタ領域18の表面の一部に設けられるエミッタ電極2と、SiC基板10の第1伝導層12と接している側の反対側の表面(以下、「SiC基板10の裏面」ということがある)に設けられる裏面電極25とを備える。   As an example, the semiconductor device 1 according to the present embodiment is a planar bipolar transistor formed mainly from a SiC-based semiconductor as a wide gap semiconductor of group IV-IV. Specifically, the semiconductor device 1 includes a SiC substrate 10 as a semiconductor substrate, a first conductive layer 12 of the first conductivity type provided on the SiC substrate 10 and formed of SiC, and the first conductive layer 12. A first conductive type second conductive layer 14 made of SiC having an impurity concentration lower than the impurity concentration of the first conductive layer 12, and a second conductive layer 14 provided in the first conductive type A second conductivity type base region 16 of a different conductivity type, and a first conductivity type emitter region 18 provided in the base region 16 and having a surface flush with the surface of the base region 16. Further, the semiconductor device 1 is in contact with the base electrode 20 provided on a part of the surface of the base region 16, the emitter electrode 2 provided on a part of the surface of the emitter region 18, and the first conductive layer 12 of the SiC substrate 10. And a back surface electrode 25 provided on the surface opposite to the facing side (hereinafter also referred to as “the back surface of the SiC substrate 10”).

SiC基板10は、3C型、2H型、4H型、6H型等のポリタイプのSiC基板を用いることができる。例えば、SiC基板10として、4H−SiC{0001}オフ基板、6H−SiC{0001}オフ基板等を用いることができる。SiC基板10のオフ角は、3度以上10度以下の範囲から選択することが好ましい。なお、3C型、2H型、4H型、6H型の数字はc軸方向の繰返し周期を示しており、Cは立方晶、Hは六方晶を示す。   The SiC substrate 10 can be a poly-type SiC substrate such as a 3C type, 2H type, 4H type, or 6H type. For example, as the SiC substrate 10, a 4H-SiC {0001} off substrate, a 6H-SiC {0001} off substrate, or the like can be used. The off-angle of SiC substrate 10 is preferably selected from a range of 3 degrees to 10 degrees. The numbers of the 3C type, 2H type, 4H type, and 6H type indicate the repetition period in the c-axis direction, C indicates a cubic crystal, and H indicates a hexagonal crystal.

第1伝導層12は、SiCから形成されると共に、第1導電型としてのn型の不純物が添加されたn型SiC層である。n型の不純物としては、リン(P)、窒素(N)、ヒ素(As)等を用いることができる。また、第2伝導層14は、SiCから形成されると共にn型の不純物が添加されたn型SiC層、又はn型SiC層である。第2伝導層14の不純物濃度は、少なくとも第1伝導層12の不純物濃度より低い濃度である。また、第2伝導層14は、第1伝導層12の抵抗率より高い抵抗率を有する。したがって、第2伝導層14は、第1伝導層12に対して高抵抗層としての機能を有する。なお、第1伝導層12及び第2伝導層14はそれぞれ、化学気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition法:CVD法)、分子線エピタキシー法(Molecular Beam Epitaxy法:MBE法)、溶液成長法等の結晶成長技術を用いて形成することができる。したがって、第1伝導層12及び第2伝導層14はそれぞれ、SiC基板10のポリタイプに応じたポリタイプを有して形成される。 The first conductive layer 12 is an n + -type SiC layer formed of SiC and added with an n-type impurity as a first conductivity type. As the n-type impurity, phosphorus (P), nitrogen (N), arsenic (As), or the like can be used. The second conductive layer 14 is an n-type SiC layer or an n -type SiC layer formed of SiC and doped with an n-type impurity. The impurity concentration of the second conductive layer 14 is at least lower than the impurity concentration of the first conductive layer 12. The second conductive layer 14 has a resistivity higher than that of the first conductive layer 12. Therefore, the second conductive layer 14 functions as a high resistance layer with respect to the first conductive layer 12. The first conductive layer 12 and the second conductive layer 14 are formed by chemical vapor deposition (Chemical Vapor Deposition method: CVD method), molecular beam epitaxy method (Molecular Beam Epitaxy method: MBE method), solution growth method, etc., respectively. It can be formed using a crystal growth technique. Therefore, each of first conductive layer 12 and second conductive layer 14 is formed with a polytype corresponding to the polytype of SiC substrate 10.

ベース領域16は、第2導電型としてのp型の不純物が添加されたSiCから形成される。p型の不純物としては、アルミニウム(Al)等を用いることができる。そして、エミッタ領域18は、n型の不純物が添加されたSiCから形成される。エミッタ領域18はベース領域16中に形成されるので、上面視にてエミッタ領域18は、ベース領域16の面積より小さい面積を有する。更に、ベース電極20は、ベース領域16の表面の一部の領域にオーミック接触して設けられる。同様に、エミッタ電極22は、エミッタ領域18の表面の一部の領域にオーミック接触して設けられる。   The base region 16 is formed of SiC to which a p-type impurity as the second conductivity type is added. Aluminum (Al) or the like can be used as the p-type impurity. The emitter region 18 is made of SiC to which an n-type impurity is added. Since the emitter region 18 is formed in the base region 16, the emitter region 18 has an area smaller than the area of the base region 16 in a top view. Further, the base electrode 20 is provided in ohmic contact with a partial region of the surface of the base region 16. Similarly, the emitter electrode 22 is provided in ohmic contact with a partial region of the surface of the emitter region 18.

ベース電極20及びエミッタ電極22はそれぞれ、金属材料の単層構造、又は積層構造から構成することができる。例えば、ベース電極20及びエミッタ電極22はそれぞれ、ニッケル層とアルミニウム層との2層構造を有して形成することができる。なお、ベース電極20及びエミッタ電極22はそれぞれ、n層構造(nは、3以上の整数)を有して形成することもできる。   Each of the base electrode 20 and the emitter electrode 22 can be composed of a single layer structure or a laminated structure of a metal material. For example, the base electrode 20 and the emitter electrode 22 can each be formed having a two-layer structure of a nickel layer and an aluminum layer. Each of the base electrode 20 and the emitter electrode 22 can also be formed with an n-layer structure (n is an integer of 3 or more).

また、エミッタ電極22は、エミッタ電極22の端部22aから、ベース領域16とエミッタ領域18との境界17までの距離(以下、単に「当該距離」という)が、エミッタ領域18中の少数キャリアであるホールの平均の拡散距離以上となるエミッタ領域18の表面の位置に端部22aが配置されるように形成される。ここで、本発明者は、当該距離が10μmの場合、半導体装置1の電流増幅率が50であり、当該距離が3μmの場合、電流増幅率が15であり、当該距離が2μmの場合、電流増幅率が10であり、当該距離が1μmの場合、電流増幅率が5であるという実験結果を得た。これにより、本実施の形態では、電流増幅率を向上させることを目的として、一例として、エミッタ電極22は、端部22aと境界17との距離が2μm以上となるエミッタ領域18の表面の位置に形成することが好ましい。なお、本実施の形態に係る境界17は、半導体装置1の表面に位置する境界である。   The emitter electrode 22 has a minority carrier in the emitter region 18 having a distance from the end 22a of the emitter electrode 22 to the boundary 17 between the base region 16 and the emitter region 18 (hereinafter simply referred to as “the distance”). It is formed so that the end 22a is disposed at a position on the surface of the emitter region 18 that is longer than the average diffusion distance of a certain hole. In this case, the inventor has a current amplification factor of 50 when the distance is 10 μm, a current amplification factor of 15 when the distance is 3 μm, and a current amplification factor when the distance is 2 μm. When the amplification factor was 10 and the distance was 1 μm, an experimental result was obtained that the current amplification factor was 5. Thereby, in this embodiment, for the purpose of improving the current amplification factor, as an example, the emitter electrode 22 is positioned at the surface position of the emitter region 18 where the distance between the end 22a and the boundary 17 is 2 μm or more. It is preferable to form. Note that the boundary 17 according to the present embodiment is a boundary located on the surface of the semiconductor device 1.

ここで、本実施の形態において、エミッタ領域18の不純物濃度は5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下であることが好ましい。これは、本発明者が得た以下の知見に基づくものである。 Here, in the present embodiment, the impurity concentration of the emitter region 18 is preferably 5 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less. This is based on the following knowledge obtained by the present inventors.

まず、バイポーラトランジスタのエミッタ電子電流密度(J)及びベース正孔電流密度(J)は、以下の式(1)及び式(2)で表すことができる。 First, the emitter electron current density (J n ) and the base hole current density (J p ) of the bipolar transistor can be expressed by the following equations (1) and (2).

ここで、qは電荷量、niは真性キャリア濃度、Dは正孔の拡散係数、Dは電子の拡散係数、VBEはベース−エミッタ間の順方向電圧、kはボルツマン定数、Tは温度、Nはアクセプタ濃度、Nはドナー濃度、Wはエミッタ幅、Wはベース幅である。また、EEvはエミッタ−ベース接合領域におけるエミッタの伝導帯エネルギー準位であり、EBvはエミッタ−ベース接合領域におけるベースの伝導帯エネルギー準位である。更に、EEcはエミッタ−ベース接合領域におけるエミッタの価電子帯エネルギー準位であり、EBcはエミッタ−ベース接合領域におけるベースの価電子帯エネルギー準位である。実際のエミッタ電流の値は、エミッタ電子電流密度にエミッタ領域の面積を乗じて求められ、実際のベース電流の値は、ベース正孔電流密度にベース領域の面積を乗じて求められる。 Where q is the amount of charge, ni is the intrinsic carrier concentration, D p is the hole diffusion coefficient, D n is the electron diffusion coefficient, V BE is the forward voltage between the base and the emitter, k is the Boltzmann constant, and T is temperature, N a is the acceptor concentration, N d is the donor concentration, W E is emitter width, W B is base width. E Ev is the conduction band energy level of the emitter in the emitter-base junction region, and E Bv is the base conduction band energy level in the emitter-base junction region. Further, EEc is the valence band energy level of the emitter in the emitter-base junction region, and EBc is the valence band energy level of the base in the emitter-base junction region. The actual emitter current value is obtained by multiplying the emitter electron current density by the area of the emitter region, and the actual base current value is obtained by multiplying the base hole current density by the area of the base region.

ここで、コレクタ電流の値は、ベース領域内でキャリアの再結合が実質的に発生しない場合、エミッタ電流の値と略同一である。よって、エミッタ電子電流密度とベース正孔電流密度との比が電流増幅率として算出される。したがって、上記式(1)及び式(2)を参照すると明らかなように、電流増幅率は、エミッタ領域の不純物濃度、及びベース領域の不純物濃度、並びに、エミッタの伝導帯とベースの伝導帯との伝導帯エネルギー差と、エミッタの価電子帯とベースの価電子帯との価電子帯エネルギー差とに依存して決定される。   Here, the value of the collector current is substantially the same as the value of the emitter current when carrier recombination does not substantially occur in the base region. Therefore, the ratio between the emitter electron current density and the base hole current density is calculated as the current amplification factor. Therefore, as apparent from the above equations (1) and (2), the current amplification factor is determined by the impurity concentration in the emitter region, the impurity concentration in the base region, and the conduction band of the emitter and the conduction band of the base. , And the difference in the valence band energy between the emitter valence band and the base valence band.

そして、通常、エミッタ領域の不純物濃度及びベース領域の不純物濃度は、エミッタ領域及びベース領域を低抵抗化してバイポーラトランジスタの特性を向上させるべく、可能な限り高い濃度にされる。また、通常、エミッタ領域の不純物濃度をベース領域の不純物濃度より高い濃度にすることで電流増幅率の向上を図っている。しかしながら、本発明者は、SiCにおいては、SiCに不純物原子を添加してSiCの不純物濃度を高濃度化すると、エミッタの伝導帯及び価電子帯のエネルギー準位が狭バンドギャップ効果により変化して(すなわち、バンドギャップが狭まって)、電流増幅率が低下する知見を得た。そこで、本発明者は、図1に示すようなバイポーラトランジスタにおいて、ベース濃度及びエミッタ濃度を様々に変化させて、バイポーラトランジスタの電流増幅率の変化を測定した。   In general, the impurity concentration of the emitter region and the impurity concentration of the base region are set as high as possible in order to reduce the resistance of the emitter region and the base region and improve the characteristics of the bipolar transistor. In general, the current amplification factor is improved by setting the impurity concentration in the emitter region to be higher than the impurity concentration in the base region. However, the present inventors have found that in SiC, when impurity atoms are added to SiC to increase the impurity concentration of SiC, the energy levels of the conduction band and valence band of the emitter change due to the narrow band gap effect. We obtained the knowledge that the current gain decreased (that is, the band gap narrowed). Therefore, the present inventor measured changes in the current amplification factor of the bipolar transistor by changing the base concentration and the emitter concentration in various ways in the bipolar transistor as shown in FIG.

図2は、本実施の形態に係る半導体装置において、エミッタ濃度及びベース濃度を様々に変化させた場合における電流増幅率の分布を示す。   FIG. 2 shows a current amplification factor distribution when the emitter concentration and the base concentration are variously changed in the semiconductor device according to the present embodiment.

図2を参照すると、良好な電流増幅率(例えば、電流増幅率が1以上)が安定的に得られるエミッタ濃度には最適な濃度範囲があることを本発明者は発見した。すなわち、ベース領域の不純物濃度(図2におけるベース濃度)が1×1017cm−3以上1×1019cm−3以下であって、エミッタ領域の不純物濃度(図2におけるエミッタ濃度)が5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の不純物濃度であれば、電流増幅率が良好な値になることを、本発明者は発見した。 Referring to FIG. 2, the present inventor has found that there is an optimum concentration range for the emitter concentration at which a good current amplification factor (for example, a current amplification factor of 1 or more) can be stably obtained. That is, the impurity concentration in the base region (base concentration in FIG. 2) is 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less, and the impurity concentration in the emitter region (emitter concentration in FIG. 2) is 5 ×. The present inventor has found that the current amplification factor is a good value when the impurity concentration is 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less.

より詳細には、上記式(1)を参照すると、エミッタ濃度であるドナー濃度(N)が高く、エミッタ深さであるエミッタ幅(W)が広い場合、ベース電流であるベース正孔電流密度(J)は小さくなる。しかしながら、Nを高くした場合、エミッタの価電子帯エネルギー準位(EEv)が低下して、正孔に対するエミッタの障壁が小さくなるので、Jが増加する効果も生じる。したがって、Jを低下させるためには、Nを決定してWを広くすることを要する。 More specifically, referring to the above formula (1), when the donor concentration (N d ) as the emitter concentration is high and the emitter width (W E ) as the emitter depth is wide, the base hole current as the base current The density (J p ) decreases. However, when Nd is increased, the valence band energy level (E Ev ) of the emitter is lowered, and the barrier of the emitter to holes is reduced, so that the effect of increasing J p also occurs. Therefore, in order to reduce the J p is required to widen the W E to determine the N d.

同様に上記式(2)を参照すると、ベース濃度であるアクセプタ濃度(N)が低く、ベース幅(W)が狭い場合、エミッタ電流であるエミッタ電子電流密度(J)は大きくなる。しかしながら、Nを低くした場合、Wを狭くすると耐圧が低下して、半導体装置1の動作が困難になる場合がある。したがって、Jを増加させるためには、Nを決定してWを狭くすることを要する。そして、電流増幅率(J/J)を増加させるには、Nを高めるか、又はWを広くするか、若しくは、Nを低くするか、又はWを狭くすることを要するが、Nを高くすると電流増幅率が増加しない場合がある。 Similarly, referring to the above formula (2), when the acceptor concentration (N a ), which is the base concentration, is low and the base width (W B ) is narrow, the emitter electron current density (J n ), which is the emitter current, increases. However, when the lower N a, decreases the breakdown voltage is narrowed to W B, there is a case where the operation of the semiconductor device 1 becomes difficult. Therefore, in order to increase the J n is required to narrow the W B to determine the N a. Then, requires that the increase the current amplification factor (J n / J p), or increase the N d, or W or wider E, or, or to lower the N a, or to narrow the W B but there is a case where the current amplification factor is not increased when a higher N d.

図2においては、Wを0.2μm、Wを0.3μmに設定して、良好な電流増幅率が安定的に得られるエミッタ濃度を検討した。この場合、Wを広げるか、又はWを狭くすることにより、電流増幅率は上昇する。具体的に、W又はWは5μm以下程度であるので、エミッタ濃度の範囲は、5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下であることが好ましいとの知見を、本発明者は得た。本発明の実施の形態に係る半導体装置1は、斯かる知見に基づくものである。 In Figure 2, by setting the W E 0.2 [mu] m, the W B to 0.3 [mu] m, good current gain was examined emitter density obtained stably. In this case, either widen the W E, or by narrowing the W B, the current amplification factor is increased. Specifically, since W E or W B is the degree 5μm or less, the finding that the range of the emitter concentration is preferably 5 × 10 17 cm -3 to 5 × 10 19 cm -3 or less, the The inventor got. The semiconductor device 1 according to the embodiment of the present invention is based on such knowledge.

また、本実施の形態においては、ベース領域16に接するエミッタ領域18の表面濃度を、真性ベース領域に接するエミッタ領域18の濃度よりも低くする、又は同程度にすることができる。ここで、表面濃度とは、エミッタ領域18の表面近傍における濃度であり、好ましくは、外部に露出している表面から1nm〜10nm程度、エミッタ領域18の内側における濃度である。また、真性ベース領域とは、エミッタ領域18直下のベース領域16である。図1を参照すると真性ベース領域は、一例として、エミッタ領域18とベース領域16とが接している面のうち半導体装置1の表面に略平行な領域に該当する(例えば、図1では、エミッタ電極22の下方であって、ベース領域16とエミッタ領域18とが接している領域が、真性ベース領域である)。そして、真性ベース領域に接するエミッタ領域18とは、真性ベース領域とエミッタ領域18とが接合する接合面の領域である。   In the present embodiment, the surface concentration of the emitter region 18 in contact with the base region 16 can be made lower than or comparable to the concentration of the emitter region 18 in contact with the intrinsic base region. Here, the surface concentration is a concentration in the vicinity of the surface of the emitter region 18, and is preferably a concentration inside the emitter region 18 of about 1 nm to 10 nm from the surface exposed to the outside. The intrinsic base region is the base region 16 immediately below the emitter region 18. Referring to FIG. 1, the intrinsic base region corresponds to, for example, a region substantially parallel to the surface of the semiconductor device 1 among the surfaces where the emitter region 18 and the base region 16 are in contact (for example, in FIG. 22 is a region where the base region 16 and the emitter region 18 are in contact with each other. The emitter region 18 in contact with the intrinsic base region is a junction surface region where the intrinsic base region and the emitter region 18 are joined.

本実施の形態のようにベース領域16に接するエミッタ領域18の表面濃度を、真性ベース領域に接するエミッタ領域18の濃度よりも低くする又は同程度にすると、半導体装置1の表面側からSiC基板10の底部側に向かって不純物濃度が下がることがないので、SiC基板10に不純物を導入して半導体装置1を製造した場合であっても、バンドギャップナローイング効果を抑制することができる。   When the surface concentration of the emitter region 18 in contact with the base region 16 is made lower than or similar to the concentration of the emitter region 18 in contact with the intrinsic base region as in the present embodiment, the SiC substrate 10 is exposed from the surface side of the semiconductor device 1. Since the impurity concentration does not decrease toward the bottom of the semiconductor device 1, the band gap narrowing effect can be suppressed even when the semiconductor device 1 is manufactured by introducing impurities into the SiC substrate 10.

なお、エミッタ領域18の不純物濃度は、半導体装置1の表面から裏面電極25側に向けて変化させることができる。例えば、エミッタ領域18の表面側から裏面電極25側に向けて徐々に不純物濃度を大きくすることができる。換言すると、エミッタ領域18の表面における不純物濃度(以下、「表面濃度」という)を、ベース領域16とエミッタ領域18との界面であって、エミッタ領域18の表面から半導体装置1の深さ方向に沿って最も離れた(つまり、最も深い)ベース領域16(以下、「真性ベース領域」という)に接するエミッタ領域18の不純物濃度よりも低くすることができる。   The impurity concentration in the emitter region 18 can be changed from the front surface of the semiconductor device 1 toward the back electrode 25 side. For example, the impurity concentration can be gradually increased from the front surface side of the emitter region 18 toward the back electrode 25 side. In other words, the impurity concentration (hereinafter referred to as “surface concentration”) on the surface of the emitter region 18 is an interface between the base region 16 and the emitter region 18 and extends from the surface of the emitter region 18 in the depth direction of the semiconductor device 1. It can be made lower than the impurity concentration of the emitter region 18 in contact with the base region 16 (hereinafter referred to as “intrinsic base region”) that is farthest (that is, deepest) along the line.

(半導体装置の製造工程)
図3A及びBは、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造工程の流れの一例を示す。
(Semiconductor device manufacturing process)
3A and 3B show an example of the flow of the manufacturing process of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention.

まず、所定のポリタイプを有するSiC基板10を準備する。次に、準備したSiC基板10上にn型の第1伝導層12とn型の第2伝導層14とをこの順に結晶成長させる。これにより、図3Aの(a)に示すような半導体積層構造体1aが得られる。 First, an SiC substrate 10 having a predetermined polytype is prepared. Next, the n + -type first conductive layer 12 and the n-type second conductive layer 14 are grown in this order on the prepared SiC substrate 10. Thereby, the semiconductor laminated structure 1a as shown to (a) of FIG. 3A is obtained.

続いて、図3Aの(b)に示すように、半導体積層構造体1aの第2伝導層14の表面に、形成すべきベース領域16に対応する部分に開口30aを有するマスク30をフォトリソグラフィー法を用いて形成する。そして、イオン注入法を用いて開口30aから第2伝導層14の表面に向けてp型用の不純物原子を打ち込む。これにより、図3Aの(b)に示すように、第2伝導層14内にp型伝導領域としてのベース領域16が形成された半導体積層構造体1bが得られる。ここで、本実施の形態においてイオン注入は、加速エネルギーを段階的に変化させつつp型用の不純物原子を第2伝導層14の一部の領域に打ち込むことにより実施する。具体的には、加速エネルギーを段階的に小さくして(すなわち、加速エネルギーが段階的に小さくなる方向に変化させて)、不純物原子を第2伝導層14に打ち込むことにより、第2伝導層14中にベース領域16を形成する。   Subsequently, as shown in FIG. 3A (b), a mask 30 having an opening 30a in a portion corresponding to the base region 16 to be formed is formed on the surface of the second conductive layer 14 of the semiconductor laminated structure 1a by a photolithography method. It forms using. Then, p-type impurity atoms are implanted from the opening 30a toward the surface of the second conductive layer 14 using an ion implantation method. As a result, as shown in FIG. 3A (b), the semiconductor stacked structure 1b in which the base region 16 as the p-type conductive region is formed in the second conductive layer 14 is obtained. Here, in the present embodiment, the ion implantation is performed by implanting p-type impurity atoms into a partial region of the second conductive layer 14 while changing the acceleration energy stepwise. Specifically, the acceleration energy is reduced stepwise (that is, the acceleration energy is changed in a stepwise reduction direction), and impurity atoms are implanted into the second conduction layer 14, whereby the second conduction layer 14. A base region 16 is formed therein.

例えば、イオン注入は、以下のように実施できる。まず、第1の加速エネルギーで、不純物イオンが第1のドーズ量となるように1段階目のイオン注入を実施する。次に、第1の加速エネルギーよりも小さい第2の加速エネルギーで、不純物イオンが第1のドーズ量よりも少ない第2のドーズ量となるように2段階目のイオン注入を実施する。そして、第2の加速エネルギーよりも小さい第3の加速エネルギーで、不純物イオンが第2のドーズ量よりも少ない第3のドーズ量となるように3段階目のイオン注入を実施する。なお、イオン注入は、3段階に限られず、n段階(但し、nは4以上の整数)実施することができる。   For example, ion implantation can be performed as follows. First, the first-stage ion implantation is performed with the first acceleration energy so that the impurity ions have the first dose amount. Next, second-stage ion implantation is performed so that the impurity ions have a second dose amount smaller than the first dose amount with a second acceleration energy smaller than the first acceleration energy. Then, the third-stage ion implantation is performed so that the impurity ions have a third dose amount smaller than the second dose amount with a third acceleration energy smaller than the second acceleration energy. The ion implantation is not limited to three stages, and can be performed in n stages (where n is an integer of 4 or more).

次に、マスク30を除去して半導体積層構造体1bを洗浄する。そして、図3Bの(a)に示すように、マスク30を除去した半導体積層構造体1bの第2伝導層14の表面に、形成すべきエミッタ領域18に対応する部分に開口31aを有するマスク31をフォトリソグラフィー法を用いて形成する。そして、イオン注入法を用いて開口31aからベース領域16の表面に向けてn型用の不純物原子を打ち込む。これにより、図3Bの(a)に示すように、第2伝導層14内であると共にベース領域16内の一部の領域に、n型伝導領域としてのエミッタ領域18が形成された半導体積層構造体1cが得られる。ここで、エミッタ領域18を形成する場合に用いるイオン注入法も、ベース領域16を形成する場合と同様に、加速エネルギーを段階的に変化させて実施する。具体的には、エミッタ領域18を形成する場合も加速エネルギーを段階的に小さくして、n型用の不純物原子をベース領域16に打ち込むことにより実施する。   Next, the mask 30 is removed and the semiconductor multilayer structure 1b is cleaned. 3B, a mask 31 having an opening 31a in a portion corresponding to the emitter region 18 to be formed on the surface of the second conductive layer 14 of the semiconductor multilayer structure 1b from which the mask 30 has been removed. Is formed using a photolithography method. Then, n-type impurity atoms are implanted from the opening 31a toward the surface of the base region 16 using an ion implantation method. Thus, as shown in FIG. 3B (a), the semiconductor laminated structure in which the emitter region 18 as the n-type conductive region is formed in the second conductive layer 14 and in a part of the base region 16. A body 1c is obtained. Here, the ion implantation method used for forming the emitter region 18 is also performed by changing the acceleration energy stepwise, as in the case of forming the base region 16. Specifically, the emitter region 18 is also formed by stepping down the acceleration energy and implanting n-type impurity atoms into the base region 16.

続いて、マスク31を除去して半導体積層構造体1cを洗浄する。そして、フォトリソグラフィー法、真空蒸着法(又は、スパッタ法等の成膜技術)等を用いて、ベース領域16の表面の一部にベース電極20と、エミッタ領域18の表面の一部にエミッタ電極22とを形成する。更に、SiC基板10の裏面に裏面電極25を形成する。これにより、図3Bの(b)に示すような半導体装置1が得られる。   Subsequently, the mask 31 is removed and the semiconductor multilayer structure 1c is cleaned. Then, the base electrode 20 is formed on a part of the surface of the base region 16 and the emitter electrode is formed on a part of the surface of the emitter region 18 by using a photolithography method, a vacuum deposition method (or a film forming technique such as a sputtering method) or the like. 22. Further, back electrode 25 is formed on the back surface of SiC substrate 10. Thereby, the semiconductor device 1 as shown in FIG. 3B (b) is obtained.

なお、ベース領域16及びエミッタ領域18をイオン注入法を用いて形成した後、マスク31を除去した半導体積層構造体1cに対して、所定の雰囲気下、所定の温度、所定の時間のアニール処理を施すこともできる。また、ベース電極20とベース領域16との間、エミッタ電極22とエミッタ領域18との間、及び裏面電極25とSiC基板10の裏面との間のそれぞれをオーミック接触させるべく、所定の加熱処理を施すこともできる。   After the base region 16 and the emitter region 18 are formed using the ion implantation method, the semiconductor laminated structure 1c from which the mask 31 has been removed is subjected to an annealing process in a predetermined atmosphere at a predetermined temperature for a predetermined time. It can also be applied. Further, a predetermined heat treatment is performed so as to make ohmic contact between the base electrode 20 and the base region 16, between the emitter electrode 22 and the emitter region 18, and between the back electrode 25 and the back surface of the SiC substrate 10. It can also be applied.

(実施の形態の効果)
本実施の形態に係る半導体装置1は、SiC基板10内にイオン注入法により形成されたベース領域16及びエミッタ領域18を有すると共に、エミッタ領域18の不純物濃度が5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下に制御されているので、SiCの狭バンドギャップ効果による影響を低減でき、良好な電流増幅率を発揮することができる。
(Effect of embodiment)
Semiconductor device 1 according to the present embodiment has base region 16 and emitter region 18 formed by ion implantation in SiC substrate 10, and the impurity concentration of emitter region 18 is 5 × 10 17 cm −3 or more. Since it is controlled to × 10 19 cm −3 or less, the influence of the narrow band gap effect of SiC can be reduced, and a good current gain can be exhibited.

また、本実施の形態に係る半導体装置1の製造方法によれば、イオン注入法によりベース領域16及びエミッタ領域18を形成するので、半導体装置1の表面を実質的に平坦な表面(すなわち、凹凸の少ない表面)にすることができる。これにより、半導体装置1の表面に電極配線を施した場合であっても、配線の断線等を低減させることができるので、半導体装置1の製造歩留りを大幅に向上させることができる。また、例えば、SiC基板10上にベース領域及びエミッタ領域を連続的に結晶成長させ、エミッタ領域及びベース領域の一部をエッチング除去した後に除去した領域にエミッタ電極及びベース電極をそれぞれ形成する場合に比べ、本実施の形態に係る半導体装置1の製造方法はエッチング工程を要さないので、半導体装置1の製造工程を簡略化でき、半導体装置1の歩留りを向上させることができる。   Further, according to the method for manufacturing the semiconductor device 1 according to the present embodiment, the base region 16 and the emitter region 18 are formed by the ion implantation method, so that the surface of the semiconductor device 1 is substantially flat (that is, uneven). Less surface). Thereby, even when electrode wiring is provided on the surface of the semiconductor device 1, disconnection of the wiring can be reduced, so that the manufacturing yield of the semiconductor device 1 can be greatly improved. Also, for example, when the base region and the emitter region are continuously grown on the SiC substrate 10 and the emitter electrode and the base electrode are respectively formed in the removed region after etching away a part of the emitter region and the base region. In comparison, since the manufacturing method of the semiconductor device 1 according to the present embodiment does not require an etching process, the manufacturing process of the semiconductor device 1 can be simplified and the yield of the semiconductor device 1 can be improved.

以下、本発明の実施例に係る半導体装置について説明する。   Hereinafter, semiconductor devices according to embodiments of the present invention will be described.

図4は、実施例に係る半導体装置の断面の概要を示す。   FIG. 4 shows an outline of a cross section of the semiconductor device according to the example.

実施例に係る半導体装置2は、図1に示す実施の形態に係る半導体装置1と略同様の構成を備える。よって、相違点を除き詳細な説明は省略する。   The semiconductor device 2 according to the example has substantially the same configuration as the semiconductor device 1 according to the embodiment shown in FIG. Therefore, detailed description is omitted except for the differences.

半導体装置2は、4度オフのSiC基板10と、SiC基板10上に設けられるn型SiC伝導層11と、n型SiC伝導層11上に設けられ、5μmの厚さを有するn型SiC伝導層13と、n型SiC伝導層13中に設けられ、3μmの深さを有するp型のベース領域16と、ベース領域16中に設けられ、表面がベース領域16の表面と同一平面にあると共に1.2μmの深さを有するn型のエミッタ領域18とを備える。また、半導体装置2は、ベース領域16の表面の一部の領域に設けられるベース電極20と、エミッタ領域18の表面の一部の領域に設けられるエミッタ電極22と、SiC基板10の裏面に設けられる裏面電極25とを備える。 The semiconductor device 2 includes a SiC substrate 10 of 4 degrees off, the n + -type SiC conductive layer 11 provided on the SiC substrate 10, provided on the n + -type SiC conductive layer 11, n-type having a thickness of 5μm SiC conductive layer 13, p-type base region 16 having a depth of 3 μm provided in n-type SiC conductive layer 13, and provided in base region 16, the surface being flush with the surface of base region 16 And an n-type emitter region 18 having a depth of 1.2 μm. Further, the semiconductor device 2 is provided on a base electrode 20 provided in a partial region of the surface of the base region 16, an emitter electrode 22 provided in a partial region of the surface of the emitter region 18, and a back surface of the SiC substrate 10. The back electrode 25 is provided.

半導体装置2のベース領域16は、イオン注入法を用い、加速エネルギーを20keVから300keVまで段階的に変化させて不純物原子としてのAlをn型SiC伝導層13に打ち込むことにより形成した。具体的に、まず、加速エネルギーを150keVに設定して、ドーズ量が1×1013cm−2となるように不純物であるアルミニウムイオン(Alイオン)をイオン注入した。次に、加速エネルギーを100keVに設定して、ドーズ量が4×1012cm−2となるようにAlイオンをイオン注入した。更に、加速エネルギーを50keVに設定して、ドーズ量が2×1012cm−2となるようにAlイオンをイオン注入した。その後、1700℃から1900℃の範囲の温度、アルゴン又は真空中でアニールを施した。 The base region 16 of the semiconductor device 2 was formed by implanting Al as impurity atoms into the n-type SiC conductive layer 13 by using an ion implantation method and changing the acceleration energy stepwise from 20 keV to 300 keV. Specifically, first, the acceleration energy was set to 150 keV, and aluminum ions (Al ions) as impurities were ion-implanted so that the dose amount was 1 × 10 13 cm −2 . Next, the acceleration energy was set to 100 keV, and Al ions were ion-implanted so that the dose amount was 4 × 10 12 cm −2 . Furthermore, the acceleration energy was set to 50 keV, and Al ions were ion-implanted so that the dose amount was 2 × 10 12 cm −2 . Thereafter, annealing was performed at a temperature ranging from 1700 ° C. to 1900 ° C. in argon or vacuum.

また、エミッタ領域18も、不純物原子としてのPを用いてベース領域16と同様にしてイオン注入法を用いて形成した。また、ベース電極20及びエミッタ電極22はそれぞれ、ニッケル層とアルミニウム層との2層の金属層構造で形成した。そして、エミッタ電極22の端部X1からベース領域16とエミッタ領域18との境界17までの距離は2μmとした。   The emitter region 18 was also formed by ion implantation in the same manner as the base region 16 using P as an impurity atom. The base electrode 20 and the emitter electrode 22 were each formed with a two-layer metal layer structure of a nickel layer and an aluminum layer. The distance from the end X1 of the emitter electrode 22 to the boundary 17 between the base region 16 and the emitter region 18 was 2 μm.

図5は、実施例に係る半導体装置の不純物濃度分布を示し、具体的には、図5(a)は、図4のX1−X2方向(半導体装置の表面に水平な方向)における不純物濃度の分布を示し、図5(b)は、図4のY1−Y2方向(半導体装置の厚さに沿った方向)における不純物濃度の分布を示す。   FIG. 5 shows the impurity concentration distribution of the semiconductor device according to the example. Specifically, FIG. 5A shows the impurity concentration in the X1-X2 direction of FIG. 4 (the direction horizontal to the surface of the semiconductor device). FIG. 5B shows the distribution of impurity concentration in the Y1-Y2 direction (direction along the thickness of the semiconductor device) in FIG.

ここで、ベース領域16の不純物濃度、エミッタ領域18の不純物濃度を様々に変化させて半導体装置を製造した。以下に述べるエミッタ領域18の不純物濃度の値は、図5(a)及び図5(b)に示す「エミッタ濃度」に該当する値である。すなわち、図5(a)及び図5(b)に示すように、エミッタ濃度分布とベース濃度分布との交点に該当する部分の濃度を「エミッタ濃度」とした。このエミッタ濃度が、「真性ベース領域に接するエミッタ領域の濃度」に該当する。なお、「エミッタ濃度」においては、エミッタ濃度とベース濃度とが略同一の値となる。ただし、本実施例において「エミッタ濃度とベース濃度とが略同一」とは、エミッタ濃度(又はベース濃度)を基準としてベース濃度(又はエミッタ濃度)が、エミッタ濃度(又はベース濃度)の2〜3倍程度の濃度差であることを含むものとする。   Here, the semiconductor device was manufactured by changing the impurity concentration of the base region 16 and the impurity concentration of the emitter region 18 in various ways. The value of the impurity concentration of the emitter region 18 described below corresponds to the “emitter concentration” shown in FIGS. 5 (a) and 5 (b). That is, as shown in FIGS. 5A and 5B, the density of the portion corresponding to the intersection of the emitter density distribution and the base density distribution is defined as “emitter density”. This emitter concentration corresponds to “the concentration of the emitter region in contact with the intrinsic base region”. In “emitter concentration”, the emitter concentration and the base concentration are substantially the same value. However, in this embodiment, “the emitter concentration and the base concentration are substantially the same” means that the base concentration (or emitter concentration) is 2 to 3 of the emitter concentration (or base concentration) based on the emitter concentration (or base concentration). It is assumed that the density difference is about double.

実施例に係る半導体装置2においては、「エミッタ濃度」は、エミッタ電極22の端部であるX1からベース電極20のエミッタ電極22側の端部であるX2に向かって3μmの距離であって、エミッタ電極22とエミッタ領域18との界面、すなわちエミッタ領域18の表面の位置Y1からSiC基板10の裏面Y2に向かって1.2μmの深さの位置の濃度である。   In the semiconductor device 2 according to the example, the “emitter concentration” is a distance of 3 μm from X1 that is the end of the emitter electrode 22 toward X2 that is the end of the base electrode 20 on the emitter electrode 22 side, The concentration is 1.2 μm deep from the interface between the emitter electrode 22 and the emitter region 18, that is, the position Y 1 on the surface of the emitter region 18 toward the back surface Y 2 of the SiC substrate 10.

その結果、エミッタ領域18の不純物濃度(エミッタ濃度)が5×1017cm−3未満の場合、エミッタ抵抗が非常に高いか、若しくは、半導体装置2に電流が実質的に流れず、電流増幅率が1未満であった。また、エミッタ濃度が5×1019cm−3を超える場合、エミッタ抵抗は低い値であったものの電流増幅率が1未満であった。一方、エミッタ濃度が5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の範囲内であれば、電流増幅率が1以上である半導体装置2を安定的に製造することができた。 As a result, when the impurity concentration (emitter concentration) of the emitter region 18 is less than 5 × 10 17 cm −3 , the emitter resistance is very high, or the current does not substantially flow through the semiconductor device 2, and the current amplification factor Was less than 1. When the emitter concentration exceeded 5 × 10 19 cm −3 , the emitter resistance was low, but the current amplification factor was less than 1. On the other hand, when the emitter concentration is in the range of 5 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less, the semiconductor device 2 having a current amplification factor of 1 or more can be stably manufactured.

以上の結果は、エミッタ濃度を5×1017cm−3未満の低濃度にした場合、エミッタガンメル数が低下することに伴うベース電流密度の増加によって電流増幅率が低下したと考えられた。また、エミッタ濃度を5×1019cm−3を超える高濃度にすると、狭バンドギャップ効果によってベース電流密度が増加すると共にエミッタ電子電流も減少することにより、電流増幅率が低下したと考えられた。 From the above results, it was considered that when the emitter concentration was a low concentration of less than 5 × 10 17 cm −3 , the current amplification factor was lowered due to the increase in the base current density accompanying the decrease in the number of emitter Gummels. In addition, when the emitter concentration is higher than 5 × 10 19 cm −3 , the base current density is increased by the narrow band gap effect and the emitter electron current is also decreased, so that the current amplification factor is considered to be lowered. .

また、エミッタ電極22の端部X1と境界17との距離を様々に変化させたところ、当該距離が2μm未満の場合、電流増幅率が低下した。これは、n型のエミッタ領域18内に注入された少数キャリアである正孔の平均の拡散距離が多数キャリアの平均の拡散距離より大きいことに起因して、ベース電流密度が増大したことが原因と考えられた。   Further, when the distance between the end X1 of the emitter electrode 22 and the boundary 17 was variously changed, the current amplification factor decreased when the distance was less than 2 μm. This is because the base current density has increased due to the fact that the average diffusion distance of holes, which are minority carriers injected into the n-type emitter region 18, is larger than the average diffusion distance of majority carriers. It was considered.

以上、本発明の実施の形態及び実施例を説明したが、上記に記載した実施の形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。   While the embodiments and examples of the present invention have been described above, the embodiments and examples described above do not limit the invention according to the claims. It should be noted that not all combinations of features described in the embodiments and examples are necessarily essential to the means for solving the problems of the invention.

1、2 半導体装置
1a、1b、1c 半導体積層構造体
10 SiC基板
11 n型SiC伝導層
12 第1伝導層
13 n型SiC伝導層
14 第2伝導層
16 ベース領域
17 境界
18 エミッタ領域
20 ベース電極
22 エミッタ電極
22a 端部
30、31 マスク
30a、31a 開口
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 Semiconductor device 1a, 1b, 1c Semiconductor laminated structure 10 SiC substrate 11 n + type SiC conductive layer 12 1st conductive layer 13 n type SiC conductive layer 14 2nd conductive layer 16 Base region 17 Boundary 18 Emitter region 20 Base Electrode 22 Emitter electrode 22a End 30, 31 Mask 30a, 31a Opening

Claims (5)

半導体基板と、
前記半導体基板上に設けられ、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第1伝導層と、
前記第1伝導層上に設けられ、前記第1伝導層の不純物濃度より低い不純物濃度を有し、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第2伝導層と、
前記第2伝導層中に設けられ、前記第1導電型とは異なる導電型の第2導電型のベース領域と、
前記ベース領域中に設けられ、表面が前記ベース領域の表面と同一平面にあると共に、5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の不純物濃度を有する第1導電型のエミッタ領域と
を備える半導体装置。
A semiconductor substrate;
A first conductive layer of a first conductivity type provided on the semiconductor substrate and formed of silicon carbide;
A second conductive layer of a first conductivity type provided on the first conductive layer and having an impurity concentration lower than that of the first conductive layer and formed of silicon carbide;
A base region of a second conductivity type provided in the second conductivity layer and having a conductivity type different from the first conductivity type;
A first conductivity type emitter region provided in the base region, having a surface flush with the surface of the base region and having an impurity concentration of 5 × 10 17 cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less. A semiconductor device comprising:
前記ベース領域は、1×1017cm−3以上1×1019cm−3以下の不純物濃度を有する請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the base region has an impurity concentration of 1 × 10 17 cm −3 or more and 1 × 10 19 cm −3 or less. 前記エミッタ領域の表面の一部に設けられるエミッタ電極
を更に備え、
前記エミッタ電極の端部から、前記ベース領域と前記エミッタ領域との境界までの距離が、前記エミッタ領域中の少数キャリアの平均の拡散距離以上である請求項2に記載の半導体装置。
An emitter electrode provided on a part of the surface of the emitter region;
The semiconductor device according to claim 2, wherein a distance from an end of the emitter electrode to a boundary between the base region and the emitter region is equal to or greater than an average diffusion distance of minority carriers in the emitter region.
前記ベース領域に接する前記エミッタ領域の表面濃度が、前記ベース領域と前記エミッタ領域との間に形成される真性ベース領域に接する前記エミッタ領域の濃度よりも低い請求項3に記載の半導体装置。   The semiconductor device according to claim 3, wherein a surface concentration of the emitter region in contact with the base region is lower than a concentration of the emitter region in contact with an intrinsic base region formed between the base region and the emitter region. 半導体基板を準備する工程と、
前記半導体基板上に炭化ケイ素から形成される第1導電型の第1伝導層を形成する工程と、
前記第1伝導層上に前記第1伝導層の不純物濃度より低い不純物濃度を有し、炭化ケイ素から形成される第1導電型の第2伝導層を形成する工程と、
前記第2伝導層の一部の領域に、加速エネルギーを段階的に変化させつつ前記第1導電型とは異なる導電型の第2導電型の不純物原子をイオン注入してベース領域を形成する工程と、
表面が前記ベース領域の表面と同一平面上にあると共に、前記ベース領域の一部の領域に加速エネルギーを段階的に変化させつつ前記第1導電型の不純物原子をイオン注入して5×1017cm−3以上5×1019cm−3以下の不純物濃度を有するエミッタ領域を形成する工程と
を備える半導体装置の製造方法。
Preparing a semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer of a first conductivity type formed of silicon carbide on the semiconductor substrate;
Forming a second conductive layer of a first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the first conductive layer on the first conductive layer and made of silicon carbide;
Forming a base region in a partial region of the second conductive layer by ion-implanting impurity atoms of a second conductivity type different from the first conductivity type while gradually changing acceleration energy; When,
The surface is coplanar with the surface of the base region, and the impurity ions of the first conductivity type are ion-implanted into the partial region of the base region while changing the acceleration energy stepwise to 5 × 10 17. forming an emitter region having an impurity concentration of cm −3 or more and 5 × 10 19 cm −3 or less.
JP2009035824A 2009-02-18 2009-02-18 Semiconductor device and method of manufacturing the same Pending JP2010192710A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009035824A JP2010192710A (en) 2009-02-18 2009-02-18 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009035824A JP2010192710A (en) 2009-02-18 2009-02-18 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010192710A true JP2010192710A (en) 2010-09-02

Family

ID=42818413

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009035824A Pending JP2010192710A (en) 2009-02-18 2009-02-18 Semiconductor device and method of manufacturing the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010192710A (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448637A (en) * 1990-06-14 1992-02-18 Toyota Autom Loom Works Ltd Semiconductor device
JPH0541385A (en) * 1991-05-24 1993-02-19 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JP2000200791A (en) * 1999-01-05 2000-07-18 Kansai Electric Power Co Inc:The Voltage driven bipolar semiconductor device
JP2004247545A (en) * 2003-02-14 2004-09-02 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device and its fabrication process

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0448637A (en) * 1990-06-14 1992-02-18 Toyota Autom Loom Works Ltd Semiconductor device
JPH0541385A (en) * 1991-05-24 1993-02-19 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor device and manufacture thereof
JP2000200791A (en) * 1999-01-05 2000-07-18 Kansai Electric Power Co Inc:The Voltage driven bipolar semiconductor device
JP2004247545A (en) * 2003-02-14 2004-09-02 Nissan Motor Co Ltd Semiconductor device and its fabrication process

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7605441B2 (en) Semiconductor device
JP5565895B2 (en) Semiconductor device
WO2018010545A1 (en) Silicon carbide power device employing heterojunction termination, and manufacturing method thereof
JP6219045B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP5665912B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6219044B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
JP6271309B2 (en) Semiconductor substrate manufacturing method, semiconductor substrate, and semiconductor device
JP2005518672A (en) Power SiC device with raised guard ring
US8093599B2 (en) Silicon carbide Zener diode
JP6444718B2 (en) Semiconductor device
US10707306B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
US8823140B2 (en) GaN vertical bipolar transistor
WO2010047281A1 (en) Bipolar transistor
JP2007059719A (en) Nitride semiconductor
CN108231911B (en) High-voltage-resistant GaN-based JBS diode based on gradual change drift region and manufacturing method thereof
JP4613682B2 (en) Silicon carbide semiconductor device and manufacturing method thereof
CN108231912B (en) GaN-based JBS and super junction mixed structure diode and manufacturing method thereof
JP2010206014A (en) Semiconductor device
JP5269015B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
CN104937699A (en) Epitaxial wafer and switch element and light-emitting element using same
JP2010192710A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2019186429A (en) Nitride semiconductor device and manufacturing method thereof
CN111194477A (en) Method for producing a P-doped grid in an N-doped SIC layer
JP2010199341A (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP5204794B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20110325

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Effective date: 20130111

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

A131 Notification of reasons for refusal

Effective date: 20130122

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

A02 Decision of refusal

Effective date: 20130611

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02