JP2013254826A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置および半導体装置の製造方法に関し、特に炭化珪素を主材料とする電力用半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device, and more particularly to a power semiconductor device mainly composed of silicon carbide.
インバータ等のパワーエレクトロニクス機器の省エネルギーのためには、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ(Insulated Gate Bipolar Transistor:IGBT)や金属―酸化膜―半導体電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:MOSFET)のような半導体スイッチング素子の損失が低減される必要がある。 In order to save energy of power electronics devices such as inverters, semiconductors such as insulated gate bipolar transistors (IGBT) and metal-oxide-semiconductor field effect transistors (MOSFETs) are used. The loss of the switching element needs to be reduced.
当該損失は素子のON抵抗に起因するため、ON抵抗を低減させるため炭化珪素(SiC)や窒化ガリウム(GaN)等のワイドバンドギャップ半導体材料を用いた素子の開発が進められている。このようなワイドバンドギャップ半導体材料は絶縁破壊電界が高いため、半導体の内部電界が高くなるような設計が可能であり、MOSFETのようなユニポーラ型のデバイスでも高耐圧の半導体素子を実現することができる。 Since the loss is caused by the ON resistance of the element, development of an element using a wide band gap semiconductor material such as silicon carbide (SiC) or gallium nitride (GaN) is underway in order to reduce the ON resistance. Since such a wide band gap semiconductor material has a high dielectric breakdown electric field, it can be designed such that the internal electric field of the semiconductor is high, and a high-breakdown-voltage semiconductor element can be realized even in a unipolar device such as a MOSFET. it can.
その一方でドレイン側に高電圧が印加された場合、MOSFETのゲート酸化膜は高電界のストレスにさらされ、素子の破壊が懸念される。その部分に例えば貫通転位のような結晶欠陥が存在すると、素子の信頼性はさらに低下することが懸念される。 On the other hand, when a high voltage is applied to the drain side, the gate oxide film of the MOSFET is exposed to a high electric field stress, and there is a concern about the destruction of the element. If crystal defects such as threading dislocations exist in that portion, there is a concern that the reliability of the device further decreases.
これに対し、例えば特許文献1では、炭化珪素を用いた半導体装置において結晶欠陥が存在する部分に選択的にイオン注入することで、不活性化して歩留まりを向上させる方法が開示されている。 On the other hand, for example, Patent Document 1 discloses a method in which a semiconductor device using silicon carbide is selectively ion-implanted into a portion where a crystal defect exists to thereby inactivate and improve the yield.
特許文献1における半導体装置の製造方法は、炭化珪素基板上にn型のドリフト層を形成する工程と、ドリフト層の漏れ電流源となる欠陥位置を特定する工程と、欠陥位置に不純物イオンを注入しp型の不純物層を形成する工程と、ドリフト層上に電極パッドを形成する工程とを有している。このような製造方法を用いることで半導体装置の歩留まりを向上させることができる。 The method of manufacturing a semiconductor device in Patent Document 1 includes a step of forming an n-type drift layer on a silicon carbide substrate, a step of specifying a defect position that becomes a leakage current source of the drift layer, and implanting impurity ions at the defect position And a step of forming a p-type impurity layer and a step of forming an electrode pad on the drift layer. By using such a manufacturing method, the yield of the semiconductor device can be improved.
特許文献1における半導体装置(炭化珪素ショットキーバリアダイオード)の製造方法について述べる。 A method of manufacturing a semiconductor device (silicon carbide Schottky barrier diode) in Patent Document 1 will be described.
まず、n型の炭化珪素基板を用意する。次に、n型の炭化珪素基板の上に、エピタキシャル成長によりn型エピタキシャル層を形成する。 First, an n-type silicon carbide substrate is prepared. Next, an n-type epitaxial layer is formed on the n-type silicon carbide substrate by epitaxial growth.
次に、導電性原子間力顕微鏡を用いて、n型エピタキシャル層のリーク電流源となる欠陥位置を特定する。例えば、n型エピタキシャル層の表面を、導電性原子間力顕微鏡の探針を操作してn型エピタキシャル成長層との容量をモニタし、異常箇所を素子形成後に漏れ電流源となる欠陥位置として特定する。これにより、欠陥マッピングデータが形成される。 Next, using a conductive atomic force microscope, a defect position that becomes a leak current source of the n-type epitaxial layer is specified. For example, the surface of the n-type epitaxial layer is monitored by operating a probe of a conductive atomic force microscope to monitor the capacitance with the n-type epitaxial growth layer, and an abnormal portion is specified as a defect position that becomes a leakage current source after the element is formed. . Thereby, defect mapping data is formed.
次に、シリコン酸化膜をCVD(Chemical Vapor Deposition)法により堆積し、その上にレジストを公知のフォトリソグラフィ技術を用いてパターン形成する。このパターンは、ショットキーバリアダイオードの終端領域のp型不純物層のパターンとなる。 Next, a silicon oxide film is deposited by a CVD (Chemical Vapor Deposition) method, and a resist is patterned thereon using a known photolithography technique. This pattern is a pattern of the p-type impurity layer in the termination region of the Schottky barrier diode.
次に、レジストを除去し、欠陥マッピングデータに基づきレジストパターンを形成する。このパターンは、ショットキーバリアダイオードの漏れ電流源となる欠陥位置にp型不純物層を形成し、この部分を不活性化させるためのパターンとなる。 Next, the resist is removed, and a resist pattern is formed based on the defect mapping data. This pattern is a pattern for forming a p-type impurity layer at a defect position serving as a leakage current source of the Schottky barrier diode and inactivating this portion.
次に、フォトレジストをマスクにして、シリコン酸化膜を例えばRIE法によりエッチングする。 Next, the silicon oxide film is etched by, for example, the RIE method using the photoresist as a mask.
次に、シリコン酸化膜をマスクに例えばアルミニウムをイオン注入することで、ショットキーバリアダイオードの終端領域のp型不純物層と欠陥位置を不活性化するためのp型の不純物層とを形成する。 Next, for example, aluminum is ion-implanted using the silicon oxide film as a mask, thereby forming a p-type impurity layer in a termination region of the Schottky barrier diode and a p-type impurity layer for inactivating a defect position.
最後に、n型エピタキシャル層上にショットキー電極および電極パッドを形成し、裏面にオーミック電極を形成することで、特許文献1に記載の炭化珪素ショットキーバリアダイオードが完成する。 Finally, a Schottky electrode and an electrode pad are formed on the n-type epitaxial layer, and an ohmic electrode is formed on the back surface, whereby the silicon carbide Schottky barrier diode described in Patent Document 1 is completed.
しかし、このような半導体装置の製造方法では、欠陥マッピングデータの形成の際ウエハ全面に導電性原子間力顕微鏡を用いる必要があり、非常に長時間を要する。よってスループットの低下が懸念されるという問題があった。 However, in such a method of manufacturing a semiconductor device, it is necessary to use a conductive atomic force microscope on the entire surface of the wafer when forming defect mapping data, which requires a very long time. Therefore, there is a problem that there is a concern about a decrease in throughput.
炭化珪素基板のウエハ径が大きくなればスループットはさらに低下し、マッピングデータの容量も多大なものとなる。 As the wafer diameter of the silicon carbide substrate increases, the throughput further decreases and the capacity of mapping data also increases.
本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、結晶欠陥を有する炭化珪素を用いた半導体装置であって、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる半導体装置、および、その製造方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is a semiconductor device using silicon carbide having crystal defects, which can efficiently improve the yield of the semiconductor device. And it aims at provision of the manufacturing method.
本発明の一態様に関する半導体装置は、第1導電型の炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型の炭化珪素のドリフト層と、前記ドリフト層の結晶欠陥に対応して、前記ドリフト層表面に形成された窪み形状と、前記窪み形状に付随して形成された、電界緩和層とを備えることを特徴とする。 A semiconductor device according to one embodiment of the present invention includes a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate, a first conductivity type silicon carbide drift layer formed over the silicon carbide semiconductor substrate, and crystal defects in the drift layer. Correspondingly, the present invention is characterized by comprising a hollow shape formed on the surface of the drift layer and an electric field relaxation layer formed accompanying the hollow shape.
本発明の一態様に関する半導体装置の製造方法は、(a)第1導電型の炭化珪素半導体基板上に、第1導電型の炭化珪素のドリフト層を形成する工程と、(b)前記ドリフト層の結晶欠陥に対応する窪み形状を、前記ドリフト層表面に形成する工程と、(c)前記窪み形状に付随した、電界緩和層を形成する工程とを備えることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to an aspect of the present invention includes: (a) a step of forming a drift layer of first conductivity type silicon carbide on a first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate; and (b) the drift layer. And a step of forming a recess shape corresponding to the crystal defect on the surface of the drift layer, and (c) forming an electric field relaxation layer associated with the recess shape.
本発明の上記態様によれば、第1導電型の炭化珪素半導体基板と、前記炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型の炭化珪素のドリフト層と、前記ドリフト層の結晶欠陥に対応して、前記ドリフト層表面に形成された窪み形状と、前記窪み形状に付随して形成された、電界緩和層とを備えることにより、結晶欠陥を有する炭化珪素を用いた半導体装置であって、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。 According to the above aspect of the present invention, the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate, the first conductivity type silicon carbide drift layer formed on the silicon carbide semiconductor substrate, and the crystal defects of the drift layer are dealt with. Then, a semiconductor device using silicon carbide having crystal defects by including a recess shape formed on the surface of the drift layer and an electric field relaxation layer formed accompanying the recess shape, The yield of semiconductor devices can be improved efficiently.
以下、添付の図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
<第1実施形態>
<構成>
図1は、本発明の第1実施形態における半導体装置、具体的にはnチャネル型のSiC−MOSFETの断面図である。本発明に関する半導体装置においては結晶欠陥が存在する部分が重要であるので、SiC−MOSFET中に結晶欠陥が存在する部分が抽出されて示されている。図1における結晶欠陥の種類は貫通転位であるが、その他の種類の結晶欠陥であってもよい。また、結晶欠陥が形成されている炭化珪素基板の結晶面としては(0001)面と想定するが、他の面方位でも適用可能である。
<First Embodiment>
<Configuration>
FIG. 1 is a cross-sectional view of a semiconductor device, specifically, an n-channel SiC-MOSFET in the first embodiment of the present invention. In the semiconductor device according to the present invention, since the portion where the crystal defect exists is important, the portion where the crystal defect exists in the SiC-MOSFET is extracted and shown. The type of crystal defects in FIG. 1 is threading dislocations, but other types of crystal defects may be used. In addition, the crystal plane of the silicon carbide substrate on which crystal defects are formed is assumed to be the (0001) plane, but other plane orientations are also applicable.
図1に示されるように半導体装置101は、n型の炭化珪素基板11上にn型のドリフト層12が形成されている。ドリフト層12表面の複数の箇所にはp型のウェル領域13が形成されている。
As shown in FIG. 1,
ウェル領域13の内部にはn型のソース領域14が形成されており、さらにその一部にp型のウェルコンタクト領域15が形成されている。ウェルコンタクト領域15は、ソース領域14とウェル領域13との電位を同一にすることで、寄生トランジスタの動作を抑えることができる。さらに、ウェル領域13上およびドリフト層12上に亘ってn型のチャネルドープ領域16が形成されている。
An n-
ここで、炭化珪素基板11表面からドリフト層12表面に向かって、ドリフト層12の結晶欠陥に起因する貫通転位31が存在している。その貫通転位31が存在する部分の周囲のドリフト層12表面は、ピット形状(窪み形状)になっている(図1におけるピット32)。チャネルドープ領域16は、貫通転位31を避けるように形成されている。
Here, threading
また、ソース領域14上の一部からチャネルドープ領域16上、さらにドリフト層12上に亘って絶縁性のゲート酸化膜21を介してゲート電極22が形成されている。電界緩和層としてのゲート酸化膜21は、ピット32内にも充填されている。ゲート電極22上にゲートとソースとを分離するための層間絶縁膜23が形成され、その上にソース領域14とウェルコンタクト領域15とにコンタクトされたソース電極24が形成されている。一方で、炭化珪素基板11下部にはドレイン電極25が形成されている。
A
<動作>
次に、この半導体装置101の動作について説明する。
<Operation>
Next, the operation of the
半導体装置101において、ゲート電極22に正の電圧を印加すると、ウェル領域13上のチャネルドープ領域16に電流の経路が形成される。この状態でドレイン電極25に正の電圧を印加すると、ドレイン電極25から炭化珪素基板11、ドリフト層12、チャネルドープ領域16、ソース領域14を経てソース電極24に電流が流れる。
In the
チャネルドープ領域16は、半導体装置101のチャネル抵抗を低減する効果を有する。チャネルドープ領域16の第1導電型(n型)の不純物濃度はドリフト層12よりも高く設定される。特に炭化珪素のようなワイドバンドギャップ半導体材料を用いた素子においては、ドリフト層12はキャリアの高濃度化や薄膜化が可能であり低抵抗であるので、チャネル抵抗を低減させることは素子の導通損失を低減させるために非常に有効である。
The
一方、ゲート電極22の正の電圧を除去する、もしくは負の電圧を印加するとウェル領域13上のチャネルドープ領域16が空乏化される。これによってドレイン電極25に高電圧を印加してもドレインーソース間の電流を遮断することができる。
On the other hand, when the positive voltage of the
このとき、ゲート酸化膜21が高電界にさらされる。特に貫通転位31上のゲート酸化膜21は、表面形状による電界集中や貫通転位31上のゲート酸化膜21の性質の影響で、素子の信頼性の低下する可能性がある。
At this time, the
本発明における半導体装置によると、貫通転位31が存在する部分にはチャネルドープ領域16が形成されていないため、最も素子破壊が懸念される部分の電界集中が緩和され、素子の信頼性の向上を実現することができる。
According to the semiconductor device of the present invention, since the
特に炭化珪素を半導体材料として用いた素子の場合は、炭化珪素の絶縁破壊電界が大きいため炭化珪素に高電界が印加されるよう設計することが多く、その分ゲート酸化膜21にかかる電界強度も大きくなる。よって、電界集中を緩和する本発明のような構造を半導体装置に用いることは非常に有効である。
In particular, in the case of an element using silicon carbide as a semiconductor material, since the breakdown electric field of silicon carbide is large, it is often designed to apply a high electric field to silicon carbide, and the electric field strength applied to the
上述のように本発明における半導体装置では、低損失と高信頼性を両立することができる。 As described above, the semiconductor device according to the present invention can achieve both low loss and high reliability.
<製造方法>
次に、本発明の第1実施形態における半導体装置の製造方法について、図2〜図6を参照しつつ説明する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず図2に示されるように、n型で低抵抗の炭化珪素基板11を用意し、炭化珪素基板11上にエピタキシャル成長によりn型のドリフト層12を形成する。図2に示されるようにドリフト層12内には、少なくとも1箇所に例えば貫通転位31のような結晶欠陥を含まれている。
First, as shown in FIG. 2, an n-type and low-resistance
本実施形態では、ドリフト層12のn型の不純物濃度は1×1013cm−3〜1×1018cm−3であり、厚さは4μm〜200μmとする。
In the present embodiment, the
次に、図3に示されるように、ドリフト層12上に熱酸化法によってシリコン酸化膜41の形成を行う。シリコン酸化膜41は例えば水蒸気を含む雰囲気下で、1000〜1200℃、数十分〜2時間程度の熱処理によって形成される。
Next, as shown in FIG. 3, a
このような比較的低温、かつ、ウェット雰囲気で熱酸化を行うと、酸化速度に面方位依存性があるため、図3に示されるように貫通転位31が存在する部分のドリフト層12表面が増速酸化され、増速酸化膜42が形成される。
When thermal oxidation is performed at such a relatively low temperature and in a wet atmosphere, the oxidation rate depends on the plane orientation, so that the surface of the
シリコン酸化膜41の膜厚は例えば10〜70nm程度であり、増速酸化膜42の膜厚はシリコン酸化膜41の膜厚の2〜4倍程度で20〜300nmである。増速酸化膜42が形成された箇所は、窪み形状となる。
The film thickness of the
次に、図4に示されるように、シリコン酸化膜41および増速酸化膜42上から例えばNイオンを注入することでn型のチャネルドープ領域16を形成する。チャネルドープ領域16の不純物濃度は、ドリフト層12の不純物濃度よりも大きく例えば2×1013cm−3〜5×1018cm−3程度である。またチャネルドープ領域16の注入深さは、貫通転位31が存在する部分には形成されないような深さ、すなわち、窪み形状の深さよりは浅い深さとなるように設定する。Nイオンを数keV〜数百keVの比較的低エネルギーで注入することで、このようなチャネルドープ領域16の形成を実現することができる。
Next, as shown in FIG. 4, for example, N ions are implanted from above the
次に、シリコン酸化膜41および増速酸化膜42を除去してから、図5に示されるように、ドリフト層12表面において互いに離間したp型のウェル領域13、ウェル領域13表面におけるn型のソース領域14、ウェル領域13表面におけるp型のウェルコンタクト領域15をそれぞれ形成する。それぞれの領域はフォトリソグラフィによって加工されたレジストまたは酸化膜等をマスクとして、例えばp型領域はAlイオン、n型領域はNイオンを注入して形成する。
Next, after removing the
ウェル領域13は、例えばその不純物濃度が1×1015cm−3〜1×1018cm−3程度、その注入深さが0.3μm〜2.0μmになるように形成する。ソース領域14は、その底面がウェル領域13の底面より深くならないように形成し、その不純物濃度がウェル領域13の不純物濃度より高く、かつ、1×1017cm−3〜1×1021cm−3程度となるように形成する。ウェルコンタクト領域15は、その不純物濃度がウェル領域13の不純物濃度より高くなるように形成する。ウェルコンタクト領域15の形成は、150℃以上の基板温度で行うことが望ましい。
The
なおこのとき、増速酸化膜42が形成されていた部分はピット形状(窪み形状)になっている(図5におけるピット32)。
At this time, the portion where the accelerating
次に、熱処理装置によって、Arガスなどの不活性ガス雰囲気中でアニールを行う。アニールは、例えば1300℃〜1900℃の温度で、30秒〜1時間程度行う。このアニールによって、イオン注入されたN等のn型不純物、および、Al等のp型不純物を活性化させる。 Next, annealing is performed in an inert gas atmosphere such as Ar gas by a heat treatment apparatus. The annealing is performed at a temperature of 1300 ° C. to 1900 ° C. for about 30 seconds to 1 hour, for example. By this annealing, ion-implanted n-type impurities such as N and p-type impurities such as Al are activated.
次に、図6に示されるように、電界緩和層としてのゲート酸化膜21、および、ゲート電極22の形成を行う。ゲート酸化膜21は、例えば1150℃以上のドライ熱酸化法で形成される。このように比較的高温、かつ、ドライ雰囲気で熱酸化を行うと、酸化速度の面方位依存性がほとんど見られないため、貫通転位31の部分が増速酸化されてピット32がさらに大きくなることを抑制することができる。
Next, as shown in FIG. 6, a
また、ゲート酸化膜21は堆積法で形成されてもよい。ゲート酸化膜21形成後に窒素やアンモニア雰囲気中における熱処理を行ってもよい。
The
ゲート電極22は、例えばポリシリコンをCVD法により堆積し、フォトリソグラフィにより加工されたレジストをマスクとしてエッチングを行って形成する。ポリシリコンには、燐や硼素のような不純物が含まれていてもよい。不純物が含まれることで低シート抵抗を実現することができる。
The
最後に、層間絶縁膜23の形成を行ってからソース電極24、および、ドレイン電極25の形成を行うことで、図1に示されるようなSiC−MOSFETが完成する。
Finally, by forming the
層間絶縁膜23は、例えばCVD法などによって堆積して、ゲートとソースを分離して取り出すためにソース領域14、ウェルコンタクト領域15、ゲート電極22の少なくとも一部を露出させるようにエッチングを行う。なおゲート電極22は、図示しないが、MOSFETの外周部で露出させて、ソース電極24とゲート電極22とを分離した形で同時に形成できるようにする。その後、エッチングによって露出したソース領域14とウェルコンタクト領域15とソース電極24とをオーミック接触させるために、例えば基板全面にNiを成膜して600〜1000℃で熱処理を行うことでシリサイドを形成する(図示せず)。
The
層間絶縁膜23に残留したNiはウェットエッチングで除去する。同様に裏面にもシリサイドを形成する。これによって炭化珪素基板11とドレイン電極25との良好なオーミックコンタクトを実現することができる。
Ni remaining in the
ゲート電極22を取り出す配線と、ソース電極24はAl、Cu、Ti、Ni、Mo、W、Taやそれらの窒化物やそれらの積層膜やそれらの合金層からなる金属をスパッタリング法や蒸着法によって堆積し、パターニングを行うことで形成する。ドレイン電極25はTi、Ni、Ag、Auなどの金属膜をスパッタ法や蒸着法で形成する。
The wiring for taking out the
<変形例1>
図7は、第1実施形態における半導体装置の変形例(半導体装置102)を示した図である。図7では、チャネルドープ領域17がドリフト層12表面から埋め込まれた領域に形成されている点で図1と異なる。それ以外の構成については、図1と同様であるので同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Modification 1>
FIG. 7 is a view showing a modification (semiconductor device 102) of the semiconductor device according to the first embodiment. 7 is different from FIG. 1 in that the channel dope region 17 is formed in a region embedded from the surface of the
このように、チャネルドープ領域17がドリフト層12表面に埋め込まれて形成されることで、貫通転位31上のゲート酸化膜21部分だけでなく、ピット32近傍のゲートコーナー部33での電界集中を抑制することができ、信頼性をさらに向上させることができる。
As described above, the channel dope region 17 is formed so as to be embedded in the surface of the
<変形例2>
図8は、第1実施形態における半導体装置の他の変形例(半導体装置103)を示した図である。図8では、チャネルドープ領域が、n型の不純物の濃度が比較的低い低濃度領域18と、低濃度領域18に比べてn型の不純物の濃度が高い高濃度領域19とに分かれており、ドリフト層12表面は低濃度な低濃度領域18であり、その下に高濃度領域19が形成されている。それ以外の構成については、図1と同様であるので同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Modification 2>
FIG. 8 is a view showing another modified example (semiconductor device 103) of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 8, the channel dope region is divided into a
このように、不純物層のうちの上層が、その下層よりも低不純物濃度となるように形成されることで、貫通転位31上のゲート酸化膜21部分だけでなく、ピット32近傍のゲートコーナー部33での電界集中を抑制することができ、信頼性をさらに向上させることができる。
In this way, the upper layer of the impurity layer is formed so as to have a lower impurity concentration than the lower layer thereof, so that not only the
また、この変形例ではチャネルドープ領域が2層に分かれて示されているが、3層以上に分かれて形成されていてもよい。さらに、1層のチャネルドープ領域が深さ方向に濃度勾配を有し、表層部分のn型不純物濃度が相対的に低濃度になるように形成されていてもよい。また、図7の変形例と図8の変形例とを組み合わせて、ドリフト層12表面よりも深い領域に複数の層もしくは勾配を有するチャネルドープ領域が形成されていてもよい。
In this modification, the channel dope region is shown as being divided into two layers, but may be formed as being divided into three or more layers. Furthermore, the channel doped region of one layer may have a concentration gradient in the depth direction, and the n-type impurity concentration in the surface layer portion may be formed to be relatively low. Further, by combining the modification example of FIG. 7 and the modification example of FIG. 8, a channel dope region having a plurality of layers or gradients may be formed in a region deeper than the surface of the
また、後述する実施形態における、チャネルドープ領域16、n型ドープ領域53、n型ドープ領域73についても同様に、深さ方向に濃度勾配を有してもよいし、ドリフト層の表面から埋め込まれて形成されていてもよい。
Similarly, the channel doped
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、半導体装置は、第1導電型(n型)の炭化珪素基板11と、炭化珪素基板11上に形成された第1導電型の炭化珪素のドリフト層12と、ドリフト層12の結晶欠陥に対応して、ドリフト層12表面に形成された窪み形状であるピット32と、ピット32に付随して形成された、電界緩和層としてのゲート酸化膜21とを備える。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, a semiconductor device includes a first conductivity type (n-type)
このような構成によれば、結晶欠陥を有する炭化珪素を用いた半導体装置において、結晶欠陥の位置に対応して形成されたピット32に電界緩和層としてのゲート酸化膜21が形成されることによって、結晶欠陥に起因して電界集中が生じる箇所に電界緩和層が効果的に形成される。よって、ゲート酸化膜21の信頼性を向上させ、リーク電流を低減させることができ、スループットの低下を抑制し効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a configuration, in the semiconductor device using silicon carbide having crystal defects, the
また、本発明に関する実施形態によれば、窪み形状であるピット32が形成された領域を除くドリフト層12表面に形成された、ドリフト層12よりも不純物濃度が高い第1導電型(n型)の不純物層であるチャネルドープ領域16を備える。
Further, according to the embodiment of the present invention, the first conductivity type (n-type) having a higher impurity concentration than the
このような構成によれば、ピット32が形成された領域にはチャネルドープ領域16が形成されないため、ドレイン側に高電圧が印加されたときに結晶欠陥上のゲート酸化膜21に高電界が印加されることを抑制することができ、ゲート酸化膜21の信頼性を向上させることができる。よって、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a configuration, since the
また、本発明に関する実施形態によれば、不純物層のうちの上層である低濃度領域18が、その下層である高濃度領域19より低不純物濃度である。
Further, according to the embodiment of the present invention, the
このような構成によれば、ゲートコーナー部33の電界集中を効果的に抑制することができる。よって、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a configuration, electric field concentration at the
また、本発明に関する実施形態によれば、ピット32が形成された領域を除くドリフト層12表面に埋め込まれて形成された、ドリフト層12よりも不純物濃度が高い第1導電型(n型)の不純物層であるチャネルドープ領域17を備える。
In addition, according to the embodiment of the present invention, the first conductivity type (n-type) having a higher impurity concentration than that of the
このような構成によれば、ゲートコーナー部33の電界集中を効果的に抑制することができる。よって、半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a configuration, electric field concentration at the
また、本発明に関する実施形態によれば、(a)第1導電型の炭化珪素基板11上に、第1導電型(n型)の炭化珪素のドリフト層12を形成する工程と、(b)ドリフト層12の結晶欠陥に対応する窪み形状であるピット32を、ドリフト層12表面に形成する工程と、(c)ピット32に付随した、電界緩和層であるゲート酸化膜21を形成する工程とを備える。
According to the embodiment of the present invention, (a) a step of forming a
このような方法によれば、結晶欠陥を有する炭化珪素を用いた半導体装置において、結晶欠陥の位置に対応してセルフアライン的に形成されたピット32に電界緩和層としてのゲート酸化膜21が形成されることによって、結晶欠陥に起因して電界集中が生じる箇所には電界緩和層が形成されることになる。よって、ゲート酸化膜21の信頼性を向上させ、リーク電流を低減させることができ、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a method, in the semiconductor device using silicon carbide having crystal defects, the
また、本発明に関する実施形態によれば、(b)ドリフト層12の結晶欠陥に対応する窪み形状であるピット32を、ドリフト層12表面に形成する工程が、水蒸気雰囲気中で行われるウェット酸化工程である。
In addition, according to the embodiment of the present invention, (b) the wet oxidation step in which the step of forming the
このように、比較的低温、かつ、ウェット雰囲気で熱酸化を行うと、酸化速度に面方位依存性があるため貫通転位31が存在する部分のドリフト層12表面が増速酸化され、増速酸化膜42が形成される。よって、貫通転位31が存在する部分のドリフト層12表面をセルフアライン的に見つけることができ、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
Thus, when thermal oxidation is performed at a relatively low temperature and in a wet atmosphere, the surface of the
また、本発明に関する実施形態によれば、(d)ピット32をドリフト層12表面に形成する工程の後、ゲート酸化膜21を形成する工程の前に、ドリフト層12表面に形成された酸化膜であるシリコン酸化膜41および増速酸化膜42上から第1導電型(n型)の不純物を注入し、ドリフト層12よりも不純物濃度が高い第1導電型(n型)の不純物層であるチャネルドープ領域16を形成する工程を備える。
In addition, according to the embodiment of the present invention, (d) the oxide film formed on the surface of the
このような方法によれば、貫通転位31が存在する部分のドリフト層12表面が増速酸化によってピット32が形成されているため、その部分の増速酸化膜42越しに行うイオン注入では、それ以外の部分のシリコン酸化膜41越しに行うイオン注入での場合とは異なり、チャネルドープ領域16が形成されない。よって、貫通転位31が存在する部分のドリフト層12表面にチャネルドープ領域16が形成されることをセルフアライン的に避けることができる。
According to such a method, since the
<第2実施形態>
<構成>
図9は、本発明の第2実施形態における半導体装置の断面図である。本発明に関する半導体装置においては結晶欠陥が存在する部分が重要であるので、SiC−MOSFET中に結晶欠陥が存在する部分を抽出されて示されている。
Second Embodiment
<Configuration>
FIG. 9 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In the semiconductor device according to the present invention, the portion where the crystal defect exists is important, so the portion where the crystal defect exists in the SiC-MOSFET is extracted and shown.
図9に示されるように半導体装置104は、n型の炭化珪素基板11上に形成されたドリフト層12の表面において、例えば貫通転位31のような結晶欠陥が存在する領域(ピット32)には電界を緩和するためのp型層20が拡散されている点で第1実施形態と異なる。それ以外の構成については、図1と同様であるので同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
As shown in FIG. 9, the
本実施形態における半導体装置104においては、ドレイン電極25に高電圧が印加されたとき、信頼性の低下が懸念される貫通転位31が存在する領域(ピット32)にp型層20が形成されているため、最も破壊が懸念される部分の電界集中がより積極的に緩和され、さらなる信頼性の向上を実現することができる。
In the
特に炭化珪素を半導体材料として用いた素子の場合は、炭化珪素の絶縁破壊電界が大きいため炭化珪素に高電界が印加されるよう設計することが多く、その分ゲート酸化膜21にかかる電界強度も大きくなる。よって、電界集中を緩和する本発明のような構造を半導体装置に用いることは非常に有効である。
In particular, in the case of an element using silicon carbide as a semiconductor material, since the breakdown electric field of silicon carbide is large, it is often designed to apply a high electric field to silicon carbide, and the electric field strength applied to the
<製造方法>
次に、本発明の第2実施形態における半導体装置の製造方法について述べる。図4に示されるチャネルドープ領域16形成プロセスまでは第1実施形態と同様であるので、その詳細な説明を省略する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention will be described. Since the process up to the formation of the
チャネルドープ領域16を形成後、シリコン酸化膜41および増速酸化膜42を除去してから、図10に示されるように、例えばAlイオンを注入することでドリフト層12表面の貫通転位31が存在する領域(ピット32)にp型層20を拡散形成する。
After the
p型層20の不純物濃度は、ドリフト層12の不純物濃度よりも大きくチャネルドープ領域16の不純物濃度と同様もしくはそれよりも小さくなるような条件であり、p型層20の形成深さは、チャネルドープ領域16と同様かそれよりも浅くなるようにする。
The impurity concentration of the p-
このような条件でイオン注入を行うと、チャネルドープ領域16や貫通転位31が存在しない領域のドリフト層12にはp型領域は形成されず、貫通転位31が存在するドリフト層12表面には、セルフアライン的にp型層20が形成されることになる。以降、第1実施形態と同様の工程を経ることで、図9に示されるようなSiC−MOSFETが完成する。
When ion implantation is performed under such conditions, the p-type region is not formed in the
<変形例1>
図11は、第2実施形態における半導体装置の変形例(半導体装置105)を示した図である。図11では、貫通転位31が存在するドリフト層12表面が平坦化されゲート酸化膜21の裏面が平坦となっている点、および、チャネルドープ領域が存在しない点で図9と異なる。それ以外の構成については、図9と同様であるので同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Modification 1>
FIG. 11 is a view showing a modification (semiconductor device 105) of the semiconductor device according to the second embodiment. 11 differs from FIG. 9 in that the surface of the
このように、ゲート酸化膜21が形成される領域がp型層20を一部残して平坦化されていることで、ドレイン電極25に高電界が印加されたときのゲート酸化膜21の信頼性はさらに向上する。また、チャネルドープ領域がないため閾値電圧を高くすることが可能である。
As described above, the region where the
図11の半導体装置105は、図10に示されたp型層20形成工程後に、平坦化処理を行ってから以降の工程を経ることで製造することができる。平坦化処理は、例えば化学機械研磨(CMP:Chemical Mechanical Polishing)もしくはエッチバック法で行うことができる。平坦化処理を行う場合、ドリフト層12の膜厚がその処理によって減少することを想定して、数十nm〜数μm程度厚く設計するとよい。またチャネルドープ領域16とp型層20も同様に深く形成するとよい。
The
<変形例2>
図12は、第2実施形態における半導体装置の他の変形例(半導体装置106)を示した図である。図12に示された構造は、キャロット欠陥34のような比較的大きな欠陥を有する部分に、第2実施形態における半導体装置の製造方法を採用した場合の構造である。図9と同様の構成については同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Modification 2>
FIG. 12 is a view showing another modified example (semiconductor device 106) of the semiconductor device according to the second embodiment. The structure shown in FIG. 12 is a structure when the semiconductor device manufacturing method according to the second embodiment is adopted in a portion having a relatively large defect such as the
キャロット欠陥34の表面には、プリズム面積層欠陥が存在しており、その部分が増速酸化されて図12に示されるような、比較的広い凹み形状が形成される。
A prism area layer defect exists on the surface of the
キャロット欠陥34は数百μm程度の大きさを有しており、通常その部分にMOSFETを作製するとドレインリーク等の不良の原因になるが、本実施形態における半導体装置の製造方法を用いる場合には、その部分がp型層20で保護されて不活性化されるため、このような不良を抑制することができる。
The
本実施形態ではセルピッチを5μm〜20μmとしており、キャロット欠陥34は複数のセルにまたがる。そのため、p型層20は、ソースと同電位に設定されるため、MOSFETの安定したスイッチング動作を実現することができる。
In this embodiment, the cell pitch is 5 μm to 20 μm, and the
このように結晶欠陥が表面に渡って形成されているような構造になっていれば、欠陥の種類によらず熱酸化により増速酸化されるので本発明を適用可能である。 Thus, if the structure is such that crystal defects are formed over the surface, the present invention can be applied because accelerated oxidation is performed by thermal oxidation regardless of the type of defects.
なお、図12における変形例に対して、図11に示すような平坦化処理を組み合わせて半導体装置を形成してもよい。 Note that a semiconductor device may be formed by combining the modification in FIG. 12 with a planarization process as shown in FIG.
<効果>
本発明に関する実施形態によれば、電界緩和層を形成する工程が、窪み形状であるピット32表面に、第2導電型(p型)の層であるp型層20を拡散する工程である。
<Effect>
According to the embodiment of the present invention, the step of forming the electric field relaxation layer is a step of diffusing the p-
このような方法によれば、結晶欠陥を有する炭化珪素を用いた半導体装置において、結晶欠陥の位置に対応してセルフアライン的に形成されたピット32に電界緩和層としてのp型層20が形成されることによって、結晶欠陥に起因して電界集中が生じる箇所には電界緩和層が形成される。よって、リーク電流を低減させることができ、効率的に半導体装置の歩留まりを向上させることができる。
According to such a method, in the semiconductor device using silicon carbide having crystal defects, the p-
また、本発明に関する実施形態によれば、(e)ピット32表面に拡散したp型層20が残存するようにピット32を含むドリフト層12表面を削り、平坦化させる工程を備える。
In addition, according to the embodiment of the present invention, (e) the step of cutting and planarizing the surface of the
このような方法によれば、ドレイン電極25に高電界が印加されたとき、結晶欠陥上のゲート酸化膜21に高電界が印加されることを抑制することができ、ゲート酸化膜21の信頼性はさらに向上する。また、チャネルドープ領域が形成されてないため閾値電圧を高くすることが可能である。
According to such a method, when a high electric field is applied to the
<第3実施形態>
<構成>
図13は、本発明の第3実施形態における半導体装置、具体的にはn型の炭化珪素ショットキーバリアダイオード(SiC−SBD)の断面図である。
<Third Embodiment>
<Configuration>
FIG. 13 is a cross-sectional view of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, specifically, an n-type silicon carbide Schottky barrier diode (SiC-SBD).
図13に示されるように半導体装置107は、n型の炭化珪素基板51の上にn型のドリフト層52が形成されている。ドリフト層52表面にはn型ドープ領域53が形成されている。
As shown in FIG. 13, in
ここで、炭化珪素基板51表面からドリフト層52の表面に向かって、貫通転位35が存在している。その貫通転位35が存在する領域の周囲のドリフト層52表面は、ピット形状(窪み形状)になっている(図13におけるピット36)。貫通転位35が存在するドリフト層52表面(ピット36)には、電界を緩和するためp型層54が拡散されている。ドリフト層52上にショットキー電極61を介してアノード電極62が形成されている。一方で、炭化珪素基板51下部にはカソード電極63が形成されている。
Here, threading
ピット36を覆う金属層であるショットキー電極61と、ドリフト層52との界面に貫通転位35などの結晶欠陥が存在すると、逆バイアス時にリーク電流の増大や電界集中による破壊が懸念されるが、本発明における半導体装置ではその部分にp型層54を形成することで、リーク電流低減や長期信頼性の向上を実現することができる。
If crystal defects such as threading
<製造方法>
次に、本発明の第3実施形態における半導体装置の製造方法について、図14〜図17を参照しつつ説明する。
<Manufacturing method>
Next, a method for manufacturing a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
まず図14に示されるように、n型で低抵抗の炭化珪素基板51を用意し、エピタキシャル成長によりn型のドリフト層52を形成する。図14に示されるようにドリフト層52内には、少なくとも1箇所に例えば貫通転位35のような結晶欠陥を含まれている。
First, as shown in FIG. 14, an n-type low-resistance
本実施形態では、ドリフト層52におけるn型の不純物濃度は1×1013cm−3〜1×1018cm−3であり、厚さは4μm〜200μmである。
In the present embodiment, the n-type impurity concentration in the
次に、図15に示されるように、ドリフト層52上に熱酸化法によってシリコン酸化膜43の形成を行う。シリコン酸化膜43は例えば水蒸気を含む雰囲気下で、1000〜1200℃、数十分〜2時間程度の熱処理によって形成される。
Next, as shown in FIG. 15, a
このような比較的低温、かつ、ウェット雰囲気で熱酸化を行うと、酸化速度に面方位依存性があるため、図15に示されるように貫通転位34が存在する部分が増速酸化され、増速酸化膜44が形成される。
When thermal oxidation is performed at such a relatively low temperature and in a wet atmosphere, the oxidation rate is dependent on the plane orientation. Therefore, as shown in FIG. A
シリコン酸化膜43の膜厚は例えば10〜70nm程度であり、増速酸化膜44の膜厚はシリコン酸化膜43の膜厚の2〜4倍程度で20〜300nmである。
The film thickness of the
次に、図16に示されるように、シリコン酸化膜43および増速酸化膜44を介して例えばNイオンを注入することでn型ドープ領域53を形成する。n型ドープ領域53の不純物濃度は、ドリフト層52の不純物濃度よりも大きく例えば2×1013cm−3〜5×1018cm−3程度である。また、n型ドープ領域53の注入深さは、貫通転位35が存在する部分には形成されないような深さ、すなわち、窪み形状の深さよりは浅い深さとなるように設定する。Nイオンを数keV〜数百keVの比較的低エネルギーで注入することで、このようなn型ドープ領域53の形成を実現することができる。
Next, as shown in FIG. 16, an n-type doped
n型ドープ領域53を形成後、シリコン酸化膜43および増速酸化膜44を除去してから、図17に示されるように、例えばAlイオンを注入することでドリフト層52表面の貫通転位35が存在する領域(ピット36)にp型層54を形成する。
After the n-type doped
p型層54の不純物濃度は、ドリフト層52の不純物濃度よりも大きくn型ドープ領域53の不純物濃度と同様もしくはそれよりも小さくなるような条件であり、p型層54の形成深さは、n型ドープ領域53と同様かそれよりも浅くなるようにする。
The impurity concentration of the p-
このような条件でイオン注入を行うと、n型ドープ領域53や貫通転位35が存在しない領域のドリフト層52にはp型領域が形成されず、貫通転位35が存在するドリフト層52表面には、セルフアライン的にp型層54が形成されることにできる。
When ion implantation is performed under such conditions, the p-type region is not formed in the
次に、ドリフト層52内にショットキー電極61の端部に発生する電界を緩和するための終端領域を形成する(図示せず)。終端領域は、例えばAlイオンを注入することで形成され、その不純物濃度はドリフト層52の不純物濃度よりも大きく例えば2×1013cm−3〜5×1018cm−3程度となるように形成される。
Next, a termination region for relaxing an electric field generated at the end of
次に、熱処理装置によって、Arガスなどの不活性ガス雰囲気中でアニールを行う。アニールは、例えば1300℃〜1900℃の温度で、30秒〜1時間程度行う。このアニールによって、イオン注入されたN等のn型不純物、および、Al等のp型不純物を活性化させる。 Next, annealing is performed in an inert gas atmosphere such as Ar gas by a heat treatment apparatus. The annealing is performed at a temperature of 1300 ° C. to 1900 ° C. for about 30 seconds to 1 hour, for example. By this annealing, ion-implanted n-type impurities such as N and p-type impurities such as Al are activated.
最後に、裏面のショットキー電極61、アノード電極62、カソード電極63の形成を行うことで、図13に示されるようなSiC−SBDが完成する。
Finally, by forming the
炭化珪素基板51とカソード電極63とをオーミック接触させるために、カソード電極63の形成前に、例えば基板全面にNiを成膜して600〜1000℃で熱処理を行うことでシリサイドを形成する(図示せず)。
In order to make ohmic contact between the
ショットキー電極61は、例えばTi、Ni、Mo、Wなどをスパッタリング法や蒸着法によって堆積し、数百〜700℃程度でアニールすることによって形成する。
The
アノード電極62は、Al、Cu、Ti、Ni、Mo、W、Taやそれらの窒化物やそれらの積層膜やそれらの合金層からなる金属をスパッタリング法や蒸着法によって堆積し、パターニングを行うことで形成する。
The
カソード電極63は、Ti、Ni、Ag、Auなどの金属膜をスパッタ法や蒸着法で形成する。
The
<変形例>
図18は、第3実施形態における半導体装置の変形例(半導体装置108)を示した図である。図18では、貫通転位35が存在するドリフト層52表面が平坦化されショットキー電極61の裏面が平坦となっている点、および、n型ドープ領域53が存在しない点で図13と異なる。それ以外の構成については、図13と同様であるので同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。
<Modification>
FIG. 18 is a view showing a modification (semiconductor device 108) of the semiconductor device according to the third embodiment. 18 differs from FIG. 13 in that the surface of the
このように、ドリフト層52表面がp型層54を一部残して平坦化され、ショットキー電極61の裏面が平坦となることで、逆バイアス時のリーク電流低減をさらに低減することができる。また、逆バイアス時の電界集中をさらに抑制することができ、長期信頼性を向上させることができる。
As described above, the surface of the
図18に示された半導体装置108は、図17に示されたp型層54の形成工程後に、平坦化処理を行ってから以降の工程を経ることで製造することができる。平坦化処理は、例えば化学機械研磨(CMP)もしくはエッチバック法で行うことができる。
The
平坦化処理を行う場合、ドリフト層52の膜厚がその処理によって減少することを想定して、数十nm〜数μm程度厚く設計するとよい。またn型ドープ領域とp型層も同様に深く形成するとよい。
In the case of performing the planarization process, it is preferable that the thickness of the
本実施形態は、例えばキャロット欠陥のように表面に渡って形成されているような構造になっていれば、欠陥の種類によらず熱酸化により増速酸化されるので本発明を適用可能であり、貫通転位のみに限られない。 In the present embodiment, for example, if the structure is formed over the surface like a carrot defect, the present invention can be applied because the oxidation is accelerated by thermal oxidation regardless of the type of defect. It is not limited to threading dislocations.
<第4実施形態>
<構成>
上記の第1実施形態〜第3実施形態では、熱酸化膜を介してイオン注入を行うことにより選択的にn型のドープ領域を形成していたが、炭化珪素を用いたデバイスプロセスにおいて、例えばエピタキシャル成長や犠牲酸化等で欠陥部分にピット形状(窪み形状)が形成されるため、その形状を利用して熱酸化を行わずに選択イオン注入が可能である。
<Fourth embodiment>
<Configuration>
In the first to third embodiments, the n-type doped region is selectively formed by performing ion implantation through the thermal oxide film. In the device process using silicon carbide, for example, Since the pit shape (recessed shape) is formed in the defective portion by epitaxial growth, sacrificial oxidation, or the like, selective ion implantation is possible without performing thermal oxidation using the shape.
<製造方法>
図19は、本発明の第4実施形態における半導体装置の製造方法、具体的には、第1実施形態および第2実施形態におけるチャネルドープ領域形成工程や、第3実施形態におけるn型ドープ領域形成工程に相当する製造工程を示す図である。
<Manufacturing method>
FIG. 19 shows a method of manufacturing a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention, specifically, a channel dope region forming step in the first and second embodiments, and an n-type doped region forming in the third embodiment. It is a figure which shows the manufacturing process corresponded to a process.
炭化珪素基板71上に形成されたドリフト層72の表面は、貫通転位37が存在しピット形状(窪み形状)になっている。その上に電界を緩和できるマスク材45が平坦に形成されている。マスク材45を介して例えばNイオンを注入することにより、貫通転位37が存在する領域(ピット38)を除く領域にn型ドープ領域73を形成する。
The surface of drift layer 72 formed on
Nイオンを数keV〜数百keVの比較的低エネルギーで注入することで、このようなn型ドープ領域73の形成を実現することができる。 Formation of such an n-type doped region 73 can be realized by implanting N ions with a relatively low energy of several keV to several hundred keV.
マスク材45は、例えばレジスト材料やスピンオングラス膜をスピンコート法で形成することにより平坦に形成することができる。また、例えばシリコン酸化膜をCVD法で形成後に平坦化処理を行うことでこのようなマスク材を形成可能である。
The
本実施形態による半導体装置の製造方法は、上述の第1実施形態〜第3実施形態のすべてに適用可能である。また貫通転位によらず、プロセス中に窪み形状が形成されるような構造であれば、欠陥の種類によらず本実施形態を適用可能である。 The manufacturing method of the semiconductor device according to the present embodiment is applicable to all of the first to third embodiments described above. In addition, the present embodiment can be applied regardless of the type of defect as long as it has a structure in which a recess shape is formed during the process regardless of threading dislocations.
本発明の実施形態では、各構成要素の材質、材料、実施の条件等についても記載しているが、これらは例示であって記載したものに限られるものではない。 In the embodiment of the present invention, the material of each component, material, conditions for implementation, and the like are also described, but these are examples and are not limited to those described.
なお本発明は、その発明の範囲内において、各実施形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In addition, within the scope of the present invention, the present invention can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment.
11,51,71 炭化珪素基板、12,52,72 ドリフト層、13 ウェル領域、14 ソース領域、15 ウェルコンタクト領域、16,17 チャネルドープ領域、18 低濃度領域、19 高濃度領域、20,54 p型層、21 ゲート酸化膜、22 ゲート電極、23 層間絶縁膜、24 ソース電極、25 ドレイン電極、31,34,35,37 貫通転位、32,36,38 ピット、33 ゲートコーナー部、34 キャロット欠陥、41,43 シリコン酸化膜、42,44 増速酸化膜、45 マスク材、53,73 n型ドープ領域、61 ショットキー電極、62 アノード電極、63 カソード電極、101,102,103,104,105,106,107,108 半導体装置。 11, 51, 71 Silicon carbide substrate, 12, 52, 72 drift layer, 13 well region, 14 source region, 15 well contact region, 16, 17 channel doped region, 18 low concentration region, 19 high concentration region, 20, 54 p-type layer, 21 gate oxide film, 22 gate electrode, 23 interlayer insulating film, 24 source electrode, 25 drain electrode, 31, 34, 35, 37 threading dislocation, 32, 36, 38 pit, 33 gate corner, 34 carrot Defects, 41, 43 Silicon oxide film, 42, 44 Speed-up oxide film, 45 Mask material, 53, 73 N-type doped region, 61 Schottky electrode, 62 Anode electrode, 63 Cathode electrode, 101, 102, 103, 104, 105, 106, 107, 108 Semiconductor device.
Claims (21)
前記炭化珪素半導体基板上に形成された第1導電型の炭化珪素のドリフト層と、
前記ドリフト層の結晶欠陥に対応して、前記ドリフト層表面に形成された窪み形状と、
前記窪み形状に付随して形成された、電界緩和層とを備えることを特徴とする、
半導体装置。 A first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
A first conductivity type silicon carbide drift layer formed on the silicon carbide semiconductor substrate;
Corresponding to the crystal defects of the drift layer, a hollow shape formed on the surface of the drift layer,
An electric field relaxation layer formed in association with the hollow shape,
Semiconductor device.
請求項1に記載の半導体装置。 The electric field relaxation layer is an insulating layer,
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1または2に記載の半導体装置。 The electric field relaxation layer is filled in the hollow shape,
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1に記載の半導体装置。 The electric field relaxation layer is a layer of a second conductivity type,
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1または4に記載の半導体装置。 The electric field relaxation layer is diffused on the depression-shaped surface,
The semiconductor device according to claim 1 or 4.
請求項4または5に記載の半導体装置。 Further comprising an insulating layer formed to cover the hollow shape,
The semiconductor device according to claim 4 or 5.
請求項6に記載の半導体装置。 The insulating layer back surface is flat,
The semiconductor device according to claim 6.
請求項4または5に記載の半導体装置。 Further comprising a metal layer formed to cover the hollow shape,
The semiconductor device according to claim 4 or 5.
請求項8に記載の半導体装置。 The metal layer back surface is flat,
The semiconductor device according to claim 8.
請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置。 It further comprises a first conductivity type impurity layer formed on the surface of the drift layer excluding the region where the hollow shape is formed and having an impurity concentration higher than that of the drift layer.
The semiconductor device according to claim 1.
請求項10に記載の半導体装置。 The upper layer of the impurity layer has a lower impurity concentration than the lower layer,
The semiconductor device according to claim 10.
請求項1〜9のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device further comprises an impurity layer of a first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the drift layer, which is embedded in the surface of the drift layer excluding the region where the hollow shape is formed,
The semiconductor device according to claim 1.
請求項1〜12のいずれかに記載の半導体装置。 The crystal plane on which the hollow shape is formed is a (0001) plane,
The semiconductor device according to claim 1.
(b)前記ドリフト層の結晶欠陥に対応する窪み形状を、前記ドリフト層表面に形成する工程と、
(c)前記窪み形状に付随した、電界緩和層を形成する工程とを備えることを特徴とする、
半導体装置の製造方法。 (A) forming a drift layer of the first conductivity type silicon carbide on the first conductivity type silicon carbide semiconductor substrate;
(B) forming a recess shape corresponding to a crystal defect of the drift layer on the surface of the drift layer;
(C) including a step of forming an electric field relaxation layer associated with the hollow shape,
A method for manufacturing a semiconductor device.
請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The step (b) is a step of oxidizing the drift layer surface to form the depression shape,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14.
請求項15に記載の半導体装置の製造方法。 The step (b) is a step performed in a steam atmosphere,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15.
前記工程(c)が、前記酸化膜を除去してから、前記電界緩和層を形成する工程であることを特徴とする、
請求項15または16に記載の半導体装置の製造方法。 (D) After the step (b) and before the step (c), the first conductivity type impurity is implanted from above the oxide film formed on the drift layer surface in the step (b), and the drift Forming a first conductivity type impurity layer having an impurity concentration higher than that of the layer;
The step (c) is a step of forming the electric field relaxation layer after removing the oxide film,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15 or 16.
前記工程(b)が、前記工程(a)ととも行われ、前記エピタキシャル成長とともに前記窪み形状を前記ドリフト層表面に形成する工程であることを特徴とする、
請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 The step (a) is a step of forming the drift layer by epitaxially growing the drift layer;
The step (b) is performed together with the step (a), and is a step of forming the depression shape on the surface of the drift layer together with the epitaxial growth.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14.
請求項14〜18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step (c) is a step of filling an insulating layer in the hollow shape,
The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 14-18.
請求項14〜18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The step (c) is a step of diffusing a layer of the second conductivity type on the depression-shaped surface,
The manufacturing method of the semiconductor device in any one of Claims 14-18.
請求項20に記載の半導体装置の製造方法。 (E) further comprising a step of shaving and flattening the surface of the drift layer including the recess shape so that the layer of the second conductivity type diffused on the surface of the recess shape remains.
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 20.
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