JP2016058656A - Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method - Google Patents

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保幸 星
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Yuichi Harada
祐一 原田
明将 木下
Akimasa Kinoshita
明将 木下
大西 泰彦
Yasuhiko Onishi
泰彦 大西
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve breakdown voltage of a semiconductor device; and suppress an increase in a forward voltage drop (Vf) of a parasitic diode in a semiconductor device.SOLUTION: A semiconductor device has on an n-type silicon carbide substrate composed of silicon carbide, an n-type silicon carbide layer 2, a p-type region 3, an n-type source region 4, a p-type contact region 5, a gate insulation film, a gate electrode 7 and a source electrode 8. The semiconductor device has a drain electrode on a rear face. A surface region of the n-type silicon carbide layer 2 is surrounded by the n-type source region 4, and the p-type contact region 5 is provided around the n-type source region 4 except a portion under a wiring part 7a for connecting the gate electrode 7 and the gate electrode 7 which are adjacent to each other.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、半導体装置およ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.

図7は、従来の半導体装置の第1の例を示す断面図である。図7に示すように、半導体装置は、n型炭化珪素基板101のおもて面上にn型炭化珪素層102を有する。n型炭化珪素層102の表面領域に複数のp型領域103が設けられている。p型領域103の表面領域にn型ソース領域104及びp型コンタクト領域105が設けられている。n型ソース領域104とn型炭化珪素層102との間のp型領域103の上にゲート絶縁膜106を介してゲート電極107が設けられている。n型ソース領域104及びp型コンタクト領域105にソース電極108が接している。n型炭化珪素基板101の裏面にはドレイン電極109が設けられている(例えば、特許文献1参照)。   FIG. 7 is a cross-sectional view showing a first example of a conventional semiconductor device. As shown in FIG. 7, the semiconductor device has n-type silicon carbide layer 102 on the front surface of n-type silicon carbide substrate 101. A plurality of p-type regions 103 are provided in the surface region of n-type silicon carbide layer 102. An n-type source region 104 and a p-type contact region 105 are provided in the surface region of the p-type region 103. A gate electrode 107 is provided on a p-type region 103 between the n-type source region 104 and the n-type silicon carbide layer 102 with a gate insulating film 106 interposed therebetween. A source electrode 108 is in contact with the n-type source region 104 and the p-type contact region 105. A drain electrode 109 is provided on the back surface of the n-type silicon carbide substrate 101 (see, for example, Patent Document 1).

図8は、従来の半導体装置の第2の例を示す断面図である。図8に示すように、半導体装置は、n型炭化珪素基板201のおもて面上にn型炭化珪素層202を有する。n型炭化珪素層202の表面領域に複数のp型ベース領域210が設けられている。p型ベース領域210及びn型炭化珪素層202の上にp型炭化珪素層211が設けられている。p型炭化珪素層211において、隣り合うp型ベース領域210とp型ベース領域210との間のn型炭化珪素層202の上には、n型領域212が設けられている。p型炭化珪素層211において、各p型ベース領域210の上には、p型領域203、n型ソース領域204及びp型コンタクト領域205が設けられている。n型ソース領域204とn型領域212との間のp型領域203の上にゲート絶縁膜206を介してゲート電極207が設けられている。n型ソース領域204及びp型コンタクト領域205にソース電極208が接している。n型炭化珪素基板201の裏面にはドレイン電極209が設けられている(例えば、特許文献2参照)。   FIG. 8 is a cross-sectional view showing a second example of a conventional semiconductor device. As shown in FIG. 8, the semiconductor device has n-type silicon carbide layer 202 on the front surface of n-type silicon carbide substrate 201. A plurality of p-type base regions 210 are provided in the surface region of n-type silicon carbide layer 202. A p-type silicon carbide layer 211 is provided on p-type base region 210 and n-type silicon carbide layer 202. In p-type silicon carbide layer 211, n-type region 212 is provided on n-type silicon carbide layer 202 between adjacent p-type base region 210 and p-type base region 210. In p-type silicon carbide layer 211, p-type region 203, n-type source region 204, and p-type contact region 205 are provided on each p-type base region 210. A gate electrode 207 is provided on the p-type region 203 between the n-type source region 204 and the n-type region 212 with a gate insulating film 206 interposed therebetween. A source electrode 208 is in contact with the n-type source region 204 and the p-type contact region 205. A drain electrode 209 is provided on the back surface of the n-type silicon carbide substrate 201 (see, for example, Patent Document 2).

特開2013−187302号公報JP 2013-187302 A 特開2013−102106号公報JP 2013-102106 A

しかしながら、上述した従来の半導体装置には、図7または図8に示すように、寄生NPNトランジスタ300及び寄生ダイオード301が内蔵されている。MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field−Effect Transistor、絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)のオン動作時にp型領域103,210に電流が集中し易いため、大電流が流れるとp型領域103,210の電位が上昇してしまう。それによって、寄生NPNトランジスタ300が動作するため、素子の破壊に至るという問題点がある。また、素子面積に対するp型領域103,210の占有面積が小さいと、p型炭化珪素半導体に対する電極のコンタクト抵抗が高いため、寄生ダイオード301の順方向電圧降下(Vf)の増加を招くという問題点がある。   However, the conventional semiconductor device described above incorporates a parasitic NPN transistor 300 and a parasitic diode 301 as shown in FIG. When a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor) is turned on, the current tends to concentrate on the p-type regions 103 and 210, so that the potential of the p-type regions 103 and 210 increases when a large current flows. Resulting in. As a result, the parasitic NPN transistor 300 operates, leading to a problem that the element is destroyed. Further, if the area occupied by p-type regions 103 and 210 with respect to the element area is small, the contact resistance of the electrode with respect to the p-type silicon carbide semiconductor is high, leading to an increase in the forward voltage drop (Vf) of parasitic diode 301. There is.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、破壊耐量を向上させることができることを目的とする。また、この発明は、寄生ダイオードの順方向電圧降下(Vf)の増加を抑制することができることを目的とする。   An object of the present invention is to improve the breakdown tolerance in order to solve the above-mentioned problems caused by the prior art. Another object of the present invention is to suppress an increase in the forward voltage drop (Vf) of the parasitic diode.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた第1導電型ソース領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた、前記第2導電型領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型領域の、前記第1導電型炭化珪素層と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備え、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域は、前記第1導電型ソース領域に囲まれており、前記第2導電型コンタクト領域は、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に設けられていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a semiconductor device according to the present invention includes a first conductivity type silicon carbide substrate and the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface. A first conductivity type silicon carbide layer having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type silicon carbide substrate; a second conductivity type region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer; A first conductivity type source region provided in the surface region of the conductivity type region, and a second conductivity type contact region having a higher impurity concentration than the second conductivity type region, provided in the surface region of the second conductivity type region. A source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region, and the first conductivity type silicon carbide layer and the first conductivity type source region of the second conductivity type region. Gate insulating film provided on the surface of the region A surface region of the first conductivity type silicon carbide layer, comprising: a gate electrode provided on the gate insulating film; and a drain electrode provided on the second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. Is surrounded by the first conductivity type source region, and the second conductivity type contact region is provided around the first conductivity type source region except under the wiring portion that connects the adjacent gate electrodes. It is characterized by being.

また、この発明にかかる半導体装置は、第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型ベース領域と、前記第1導電型炭化珪素層の表面上に設けられた第2導電型炭化珪素層と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第1導電型炭化珪素層に接するように設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型領域と、前記第2導電型炭化珪素層の表面領域に前記第1導電型領域から離れて設けられた、前記第1導電型領域よりも不純物濃度の高い第1導電型ソース領域と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第2導電型ベース領域に接するように設けられた、前記第2導電型ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型炭化珪素層の、前記第1導電型領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備え、前記第1導電型領域は、前記第1導電型ソース領域に囲まれており、前記第2導電型コンタクト領域は、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に設けられていることを特徴とする。   The semiconductor device according to the present invention has a first conductivity type silicon carbide substrate and an impurity concentration higher than that of the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. A first conductivity type silicon carbide layer having a low thickness, a second conductivity type base region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer, and a surface provided on the surface of the first conductivity type silicon carbide layer. The second conductivity type silicon carbide layer, and the second conductivity type silicon carbide layer provided so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and contact the first conductivity type silicon carbide layer. A first conductivity type region having an impurity concentration lower than that of the one conductivity type silicon carbide substrate, and the first conductivity type region provided in a surface region of the second conductivity type silicon carbide layer apart from the first conductivity type region; A first conductivity type source region having a higher impurity concentration and the second conductivity type A second conductivity type contact region having a higher impurity concentration than the second conductivity type base region, provided in the silicon nitride layer so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and contact the second conductivity type base region; And the source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region, and the second conductivity type silicon carbide layer sandwiched between the first conductivity type region and the first conductivity type source region. A gate insulating film provided on the surface of the region, a gate electrode provided on the gate insulating film, a drain electrode provided on the second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate, The first conductivity type region is surrounded by the first conductivity type source region, and the second conductivity type contact region is excluded except under the wiring portion that connects the adjacent gate electrodes. First conductivity type source region Characterized in that provided around.

また、前記第2導電型コンタクト領域は、前記ゲート電極、及び隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部から0.5μm以上離れていることを特徴とする。   Further, the second conductivity type contact region is separated from the gate electrode and a wiring part connecting the adjacent gate electrodes by 0.5 μm or more.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた第1導電型ソース領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた、前記第2導電型領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型領域の、前記第1導電型炭化珪素層と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備えた半導体装置の製造方法において、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域を、前記第1導電型ソース領域で囲むように形成する工程と、前記第2導電型コンタクト領域を、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に形成する工程と、を含むことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a first conductivity type silicon carbide substrate; and the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. A first conductivity type silicon carbide layer having a low impurity concentration, a second conductivity type region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer, and a surface region of the second conductivity type region. A first conductivity type source region, a second conductivity type contact region having an impurity concentration higher than that of the second conductivity type region provided in a surface region of the second conductivity type region, and the first conductivity type source. A source electrode in contact with the region and the second conductivity type contact region; and a surface of the second conductivity type region between the first conductivity type silicon carbide layer and the first conductivity type source region. And a gate insulating film formed on the gate insulating film. And a drain electrode provided on the second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate, wherein a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer is formed on the surface region of the first conductivity type silicon carbide layer. And surrounding the first conductivity type source region excluding the step of forming the second conductivity type contact region so as to be surrounded by the first conductivity type source region and under the wiring portion connecting the adjacent gate electrodes. And a step of forming.

また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型ベース領域と、前記第1導電型炭化珪素層の表面上に設けられた第2導電型炭化珪素層と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第1導電型炭化珪素層に接するように設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型領域と、前記第2導電型炭化珪素層の表面領域に前記第1導電型領域から離れて設けられた、前記第1導電型領域よりも不純物濃度の高い第1導電型ソース領域と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第2導電型ベース領域に接するように設けられた、前記第2導電型ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型炭化珪素層の、前記第1導電型領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備えた半導体装置の製造方法において、前記第1導電型領域を、前記第1導電型ソース領域で囲むように形成する工程と、前記第2導電型コンタクト領域を、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に形成する工程と、を含むことを特徴とする。   According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device manufacturing method comprising: a first conductivity type silicon carbide substrate; and the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. A first conductivity type silicon carbide layer having a low impurity concentration, a second conductivity type base region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer, and a surface of the first conductivity type silicon carbide layer. A second conductive type silicon carbide layer provided on the first conductive type silicon carbide layer, and the second conductive type silicon carbide layer provided so as to penetrate the second conductive type silicon carbide layer and contact the first conductive type silicon carbide layer; The first conductivity type region having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type silicon carbide substrate and the surface region of the second conductivity type silicon carbide layer provided apart from the first conductivity type region. A first conductivity type source region having a higher impurity concentration than the conductivity type region; Second conductivity type having a higher impurity concentration than the second conductivity type base region provided in the two conductivity type silicon carbide layer so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and to be in contact with the second conductivity type base region Type contact region, source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region, and the first conductivity type region and the first conductivity type source region of the second conductivity type silicon carbide layer A gate insulating film provided on the surface of the region sandwiched between the gate insulating film, a gate electrode provided on the gate insulating film, and a second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. In a method of manufacturing a semiconductor device comprising a drain electrode, the step of forming the first conductivity type region so as to be surrounded by the first conductivity type source region, and the second conductivity type contact region are adjacent to each other. Gate electrode Characterized in that it comprises the steps of forming around the first conductivity type source region excluding the lower wiring portions connecting the Judges, the.

この発明によれば、ゲート電極を囲むように第2導電型領域が配置されることによって、第2導電型領域の面積が増え、ドレイン電極に高電圧が印加された場合のアバランシェキャリアを引き抜く面積が増えるため、大電流でも十分な遮断能力を確保できる。また、ゲート電極を囲むように第2導電型領域が配置されることによって、第2導電型コンタクト領域の面積が増えるため、内蔵の寄生ダイオードの実効面積が増加し、第2導電型領域からのキャリアの注入量が増える。また、ゲート絶縁膜を熱酸化で形成する場合、高濃度のp型コンタクト領域上のゲート絶縁膜が薄くなるのを防ぐことができるため、ゲート絶縁膜の信頼性が向上する。   According to the present invention, the second conductivity type region is disposed so as to surround the gate electrode, whereby the area of the second conductivity type region is increased, and the area where the avalanche carrier is extracted when a high voltage is applied to the drain electrode. Therefore, sufficient interruption capability can be secured even with a large current. Moreover, since the area of the second conductivity type contact region is increased by arranging the second conductivity type region so as to surround the gate electrode, the effective area of the built-in parasitic diode is increased. The amount of carrier injection increases. In addition, when the gate insulating film is formed by thermal oxidation, the gate insulating film on the high-concentration p-type contact region can be prevented from being thinned, so that the reliability of the gate insulating film is improved.

本発明によれば、破壊耐量を向上させることができる。また、本発明によれば、寄生ダイオードの順方向電圧降下(Vf)の増加を抑制することができる。   According to the present invention, the breakdown tolerance can be improved. Further, according to the present invention, an increase in the forward voltage drop (Vf) of the parasitic diode can be suppressed.

本発明の実施の形態にかかる半導体装置のレイアウトの一例を示す平面図である。It is a top view which shows an example of the layout of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 図1の切断線A−Aにおける断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-section in the cutting line AA of FIG. 図1の切断線B−Bにおける断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the cross-section in the cutting line BB of FIG. 図1の切断線A−Aにおける断面構造の別の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the cross-sectional structure in the cutting line AA of FIG. 図1の切断線B−Bにおける断面構造の別の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows another example of the cross-sectional structure in the cutting line BB of FIG. 本発明の実施の形態にかかる半導体装置のレイアウトの別の例を示す平面図である。It is a top view which shows another example of the layout of the semiconductor device concerning embodiment of this invention. 従来の半導体装置の第1の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 1st example of the conventional semiconductor device. 従来の半導体装置の第2の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the 2nd example of the conventional semiconductor device.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書及び添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+及び−は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度及び低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明及び添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Exemplary embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that electrons or holes are majority carriers in layers and regions with n or p, respectively. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region not attached thereto. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same components, and duplicate descriptions are omitted.

・半導体装置の一例
図1は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置のレイアウトの一例を示す平面図である。図2は、図1の切断線A−Aにおける断面構造の一例を示す断面図である。図3は、図1の切断線B−Bにおける断面構造の一例を示す断面図である。切断線B−Bは、隣り合うゲート電極同士を繋ぐ配線部を通り、切断線A−Aは、切断線B−Bに直交し、隣り合うゲート電極同士を繋ぐ配線部を通らない。
Example of Semiconductor Device FIG. 1 is a plan view showing an example of a layout of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure taken along a cutting line AA in FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure taken along a cutting line BB in FIG. The cutting line BB passes through a wiring portion that connects adjacent gate electrodes, and the cutting line AA is orthogonal to the cutting line BB and does not pass through a wiring portion that connects adjacent gate electrodes.

図1〜図3に示すように、半導体装置は、n型の炭化珪素でできたn炭化珪素基板1、及びn型の炭化珪素でできたn-炭化珪素層2を備えている。n炭化珪素基板1は、例えば炭化珪素にn型不純物がドーピングされた炭化珪素単結晶基板であってもよい。n炭化珪素基板1は、例えばドレイン領域となる。本実施の形態の説明において、n炭化珪素基板1のおもて面は第1主面であり、裏面は第2主面であるとする。 As shown in FIGS. 1 to 3, the semiconductor device includes an n silicon carbide substrate 1 made of n-type silicon carbide and an n silicon carbide layer 2 made of n-type silicon carbide. N silicon carbide substrate 1 may be, for example, a silicon carbide single crystal substrate obtained by doping silicon carbide with an n-type impurity. The n silicon carbide substrate 1 becomes a drain region, for example. In the description of the present embodiment, it is assumed that the front surface of n silicon carbide substrate 1 is the first main surface and the back surface is the second main surface.

-炭化珪素層2は、n炭化珪素基板1の第1主面上に設けられている。n-炭化珪素層2の不純物濃度は、n炭化珪素基板1よりも低い。n-炭化珪素層2は、例えば炭化珪素にn型不純物がドーピングされた半導体層であってもよい。n-炭化珪素層2は、例えばn型のドリフト層となる。 N silicon carbide layer 2 is provided on the first main surface of n silicon carbide substrate 1. The impurity concentration of n silicon carbide layer 2 is lower than that of n silicon carbide substrate 1. The n silicon carbide layer 2 may be, for example, a semiconductor layer in which silicon carbide is doped with an n-type impurity. The n silicon carbide layer 2 becomes an n-type drift layer, for example.

半導体装置は、n炭化珪素基板1の第1主面側に、MOS構造として、例えばp領域3、nソース領域4、p+コンタクト領域5、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7及びソース電極8を備えている。半導体装置は、n炭化珪素基板1の第2主面側に、例えばドレイン電極9となる裏面電極を備えている。なお、図1には、n-炭化珪素層2、p領域3、nソース領域4、p+コンタクト領域5、ゲート電極7及びソース電極8の平面レイアウトが示されている。図1では、n-炭化珪素層2、p領域3、nソース領域4及びp+コンタクト領域5の平面レイアウトを見やすくするため、左下のセルにおいてゲート電極7及びソース電極8の一部が破断されている。 The semiconductor device includes, for example, a p region 3, an n source region 4, a p + contact region 5, a gate insulating film 6, a gate electrode 7 and a source electrode 8 as a MOS structure on the first main surface side of the n silicon carbide substrate 1. I have. The semiconductor device is provided with a back electrode serving as the drain electrode 9 on the second main surface side of the n silicon carbide substrate 1, for example. FIG. 1 shows a planar layout of n silicon carbide layer 2, p region 3, n source region 4, p + contact region 5, gate electrode 7 and source electrode 8. In FIG. 1, in order to make the planar layout of the n silicon carbide layer 2, the p region 3, the n source region 4 and the p + contact region 5 easier to see, a part of the gate electrode 7 and the source electrode 8 is broken in the lower left cell. ing.

p領域3は、n-炭化珪素層2の表面領域の一部に設けられている。p領域3は、n-炭化珪素層2の表面領域の別の一部を囲むように設けられている。p領域3は、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下にも設けられている。p領域3は、例えば炭化珪素にp型不純物がドーピングされた半導体領域であってもよい。 P region 3 is provided in part of the surface region of n silicon carbide layer 2. P region 3 is provided so as to surround another part of the surface region of n silicon carbide layer 2. The p region 3 is also provided under the wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrodes 7 to each other. The p region 3 may be a semiconductor region in which silicon carbide is doped with a p-type impurity, for example.

nソース領域4は、p領域3の表面領域に設けられている。nソース領域4は、n-炭化珪素層2の、p領域3に囲まれる表面領域から離れて設けられている。nソース領域4は、p領域3の、n-炭化珪素層2の表面領域を囲む部分を囲むように設けられている。nソース領域4の不純物濃度は、n-炭化珪素層2よりも高い。 The n source region 4 is provided in the surface region of the p region 3. N source region 4 is provided away from the surface region of n silicon carbide layer 2 surrounded by p region 3. N source region 4 is provided to surround a portion of p region 3 surrounding the surface region of n silicon carbide layer 2. The impurity concentration of n source region 4 is higher than that of n silicon carbide layer 2.

+コンタクト領域5は、p領域3の表面領域において、n-炭化珪素層2の、p領域3に囲まれる表面領域から離れて設けられている。p+コンタクト領域5は、p領域3及びnソース領域4に接する。p+コンタクト領域5は、nソース領域4の周囲に設けられている。p+コンタクト領域5は、ゲート電極7の下、及び隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下には設けられていない。p+コンタクト領域5は、ゲート電極7、及び隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aから0.5μm以上離れていてもよい。p+コンタクト領域5の不純物濃度は、p領域3よりも高い。 p + contact region 5 is provided in the surface region of p region 3 away from the surface region of n silicon carbide layer 2 surrounded by p region 3. The p + contact region 5 is in contact with the p region 3 and the n source region 4. The p + contact region 5 is provided around the n source region 4. The p + contact region 5 is not provided under the gate electrode 7 and under the wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7. The p + contact region 5 may be separated by 0.5 μm or more from the gate electrode 7 and the wiring portion 7 a connecting the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7. The impurity concentration of p + contact region 5 is higher than that of p region 3.

ゲート絶縁膜6は、n-炭化珪素層2の、p領域3に囲まれる領域とnソース領域4とに挟まれたp領域3の表面上に設けられている。 Gate insulating film 6 is provided on the surface of p region 3 of n silicon carbide layer 2 sandwiched between a region surrounded by p region 3 and n source region 4.

ゲート電極7は、ゲート絶縁膜6の表面上に島状に設けられている。隣り合うゲート電極7とゲート電極7とは、配線部7aによって接続されている。   The gate electrode 7 is provided in an island shape on the surface of the gate insulating film 6. Adjacent gate electrode 7 and gate electrode 7 are connected by a wiring portion 7a.

ソース電極8は、nソース領域4及びp+コンタクト領域5の表面に、nソース領域4及びp+コンタクト領域5に接して設けられている。ソース電極8は、nソース領域4及びp+コンタクト領域5に電気的に接続されている。ソース電極8は、図示しない層間絶縁膜によって、ゲート電極7から絶縁されている。 The source electrode 8, the surface of the n source region 4 and the p + contact region 5 is provided in contact with the n source region 4 and the p + contact region 5. Source electrode 8 is electrically connected to n source region 4 and p + contact region 5. The source electrode 8 is insulated from the gate electrode 7 by an interlayer insulating film (not shown).

ドレイン電極9は、n炭化珪素基板1の第2主面上に設けられている。ドレイン電極9は、n炭化珪素基板1にオーミック接合している。   Drain electrode 9 is provided on the second main surface of n silicon carbide substrate 1. Drain electrode 9 is in ohmic contact with n silicon carbide substrate 1.

・図1〜図3に示す半導体装置の製造手順の一例
まず、n型の炭化珪素でできたn炭化珪素基板1を用意する。このn炭化珪素基板1の第1主面上に、例えばn型不純物をドーピングしながら炭化珪素でできたn-炭化珪素層2をエピタキシャル成長させる。
-Example of manufacturing procedure of semiconductor device shown in FIGS. 1 to 3 First, an n-silicon carbide substrate 1 made of n-type silicon carbide is prepared. On the first main surface of this n silicon carbide substrate 1, for example, an n silicon carbide layer 2 made of silicon carbide is epitaxially grown while doping an n-type impurity.

次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、n-炭化珪素層2の表面領域の、p領域3となる領域に、p型不純物をイオン注入する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、p領域3となるイオン注入領域の、nソース領域4となる領域に、n型不純物をイオン注入する。 Next, a p-type impurity is ion-implanted into a region to be the p region 3 in the surface region of the n silicon carbide layer 2 by a photolithography technique and an ion implantation method. Next, an n-type impurity is ion-implanted into a region to be the n source region 4 in the ion implantation region to be the p region 3 by a photolithography technique and an ion implantation method.

次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、p領域3となるイオン注入領域の、p+コンタクト領域5となる領域に、p型不純物をイオン注入する。なお、p領域3を設けるためのイオン注入、nソース領域4を設けるためのイオン注入、及びp+コンタクト領域5を設けるためのイオン注入の順序は、上述した順序に限らず、種々変更可能である。 Next, a p-type impurity is ion-implanted into the region to be the p + contact region 5 in the ion implantation region to be the p region 3 by photolithography and ion implantation. The order of ion implantation for providing the p region 3, ion implantation for providing the n source region 4, and ion implantation for providing the p + contact region 5 is not limited to the order described above, and can be variously changed. is there.

次いで、熱処理(アニール)を行って、例えばp領域3、nソース領域4及びp+コンタクト領域5となる各イオン注入領域を活性化させる。それによって、p領域3、nソース領域4及びp+コンタクト領域5ができる。なお、上述したように1回の熱処理によって各イオン注入領域をまとめて活性化させてもよいし、イオン注入を行うたびに熱処理を行って活性化させてもよい。 Next, heat treatment (annealing) is performed to activate each ion implantation region that becomes, for example, the p region 3, the n source region 4, and the p + contact region 5. Thereby, the p region 3, the n source region 4, and the p + contact region 5 are formed. As described above, the respective ion implantation regions may be activated collectively by one heat treatment, or may be activated by performing heat treatment every time ion implantation is performed.

次いで、p領域3、nソース領域4及びp+コンタクト領域5が設けられた側の面を熱酸化して、この面全体にゲート絶縁膜6を設ける。次いで、ゲート絶縁膜6の上にゲート電極7を設ける。ゲート電極7とともに、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aも設ける。 Next, the surface on which the p region 3, the n source region 4 and the p + contact region 5 are provided is thermally oxidized, and the gate insulating film 6 is provided on the entire surface. Next, a gate electrode 7 is provided on the gate insulating film 6. In addition to the gate electrode 7, a wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrodes 7 to each other is also provided.

次いで、nソース領域4及びp+コンタクト領域5に接するように、ソース電極8を設ける。次いで、n炭化珪素基板1の第2主面上に、ドレイン電極9を設ける。そして、熱処理を行って、n炭化珪素基板1とドレイン電極9とをオーミック接合する。以上のようにして、図1〜図3に示す半導体装置が完成する。 Next, a source electrode 8 is provided so as to be in contact with the n source region 4 and the p + contact region 5. Next, drain electrode 9 is provided on the second main surface of n silicon carbide substrate 1. Then, heat treatment is performed to make ohmic contact between n-silicon carbide substrate 1 and drain electrode 9. As described above, the semiconductor device shown in FIGS. 1 to 3 is completed.

・半導体装置の別の例
図4は、図1の切断線A−Aにおける断面構造の別の例を示す断面図である。図5は、図1の切断線B−Bにおける断面構造の別の例を示す断面図である。
Another Example of Semiconductor Device FIG. 4 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure taken along section line AA in FIG. FIG. 5 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure taken along the cutting line BB in FIG.

図4及び図5に示すように、半導体装置は、n炭化珪素基板1及びn-炭化珪素層2を備えている。n炭化珪素基板1及びn-炭化珪素層2については、図2及び図3に示す例と同様であるため、重複する説明を省略する。 As shown in FIGS. 4 and 5, the semiconductor device includes an n silicon carbide substrate 1 and an n silicon carbide layer 2. Since n silicon carbide substrate 1 and n silicon carbide layer 2 are the same as those shown in FIGS. 2 and 3, redundant description is omitted.

半導体装置は、n炭化珪素基板1の第1主面側に、MOS構造として、例えばp領域3、nソース領域4、p+コンタクト領域5、ゲート絶縁膜6、ゲート電極7、ソース電極8、pベース領域10、p炭化珪素層11及びn-領域12を備えている。半導体装置は、n炭化珪素基板1の第2主面側に、例えばドレイン電極9となる裏面電極を備えている。なお、図4及び図5に示す例では、図1に示すn-炭化珪素層2がn-領域12に置き換わる。 The semiconductor device has, for example, a p region 3, an n source region 4, a p + contact region 5, a gate insulating film 6, a gate electrode 7, a source electrode 8 on the first main surface side of the n silicon carbide substrate 1. A p base region 10, a p silicon carbide layer 11, and an n region 12 are provided. The semiconductor device is provided with a back electrode serving as the drain electrode 9 on the second main surface side of the n silicon carbide substrate 1, for example. In the example shown in FIGS. 4 and 5, n silicon carbide layer 2 shown in FIG. 1 is replaced with n region 12.

pベース領域10は、n-炭化珪素層2の表面領域の一部に設けられている。pベース領域10は、n-炭化珪素層2の表面領域の別の一部を囲むように設けられている。pベース領域10は、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下にも設けられている。pベース領域10は、例えば炭化珪素にp型不純物がドーピングされた半導体領域であってもよい。 P base region 10 is provided in part of the surface region of n silicon carbide layer 2. P base region 10 is provided so as to surround another part of the surface region of n silicon carbide layer 2. The p base region 10 is also provided under the wiring portion 7 a that connects the gate electrodes 7 adjacent to each other. The p base region 10 may be a semiconductor region in which silicon carbide is doped with a p-type impurity, for example.

p炭化珪素層11は、n-炭化珪素層2の表面上に設けられている。p炭化珪素層11は、例えば炭化珪素にp型不純物がドーピングされた半導体層であってもよい。 p silicon carbide layer 11 is provided on the surface of n silicon carbide layer 2. The p silicon carbide layer 11 may be, for example, a semiconductor layer obtained by doping silicon carbide with a p-type impurity.

-領域12は、n-炭化珪素層2の、隣り合うpベース領域10とpベース領域10との間の領域の表面上に、設けられている。n-領域12は、p炭化珪素層11を貫通して、n-炭化珪素層2の、隣り合うpベース領域10とpベース領域10との間の領域に接する。n-領域12の不純物濃度は、n炭化珪素基板1よりも低い。n-領域12は、例えばp炭化珪素層11の一部の導電型を、n型不純物のイオン注入及び熱処理によって反転させた領域であってもよい。n-領域12は、例えばn-炭化珪素層2とともにn型のドリフト領域となる。 N region 12 is provided on the surface of the region between adjacent p base regions 10 and 10 of n silicon carbide layer 2. N region 12 penetrates p silicon carbide layer 11 and is in contact with the region between adjacent p base region 10 and p base region 10 of n silicon carbide layer 2. The impurity concentration of n region 12 is lower than that of n silicon carbide substrate 1. For example, n region 12 may be a region obtained by inverting the conductivity type of a part of p silicon carbide layer 11 by ion implantation of n-type impurities and heat treatment. For example, n region 12 becomes an n-type drift region together with n silicon carbide layer 2.

p領域3は、p炭化珪素層11の一部であり、pベース領域10の表面上に設けられている。p領域3は、n-領域12を囲むように設けられている。p領域3は、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下にも設けられている。 P region 3 is a part of p silicon carbide layer 11 and is provided on the surface of p base region 10. The p region 3 is provided so as to surround the n region 12. The p region 3 is also provided under the wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrodes 7 to each other.

nソース領域4は、pベース領域10の上のp領域3の表面領域に設けられている。nソース領域4は、n-領域12から離れて設けられている。nソース領域4は、p領域3の、n-領域12を囲む部分を囲むように設けられている。nソース領域4の不純物濃度は、n-領域12よりも高い。 The n source region 4 is provided in the surface region of the p region 3 on the p base region 10. N source region 4 is provided apart from n region 12. The n source region 4 is provided so as to surround a portion of the p region 3 surrounding the n region 12. The impurity concentration of n source region 4 is higher than that of n region 12.

+コンタクト領域5は、p炭化珪素層11において、p炭化珪素層11を貫通してpベース領域10に接する。p+コンタクト領域5は、n-領域12から離れており、nソース領域4を挟んでn-領域12の反対側に設けられている。p+コンタクト領域5は、p領域3及びnソース領域4に接する。p+コンタクト領域5は、nソース領域4の周囲に設けられている。p+コンタクト領域5は、ゲート電極7の下、及び隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下には設けられていない。p+コンタクト領域5は、ゲート電極7、及び隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aから0.5μm以上離れていてもよい。p+コンタクト領域5の不純物濃度は、p炭化珪素層11よりも高い。 p + contact region 5 in p silicon carbide layer 11 penetrates p silicon carbide layer 11 and contacts p base region 10. p + contact region 5, n - and away from the region 12, across the n source region 4 n - is provided on the opposite side of the region 12. The p + contact region 5 is in contact with the p region 3 and the n source region 4. The p + contact region 5 is provided around the n source region 4. The p + contact region 5 is not provided under the gate electrode 7 and under the wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7. The p + contact region 5 may be separated by 0.5 μm or more from the gate electrode 7 and the wiring portion 7 a connecting the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7. The impurity concentration of p + contact region 5 is higher than that of p silicon carbide layer 11.

ゲート絶縁膜6は、p炭化珪素層11において、p領域3の、n-領域12とnソース領域4とに挟まれた領域の表面上に設けられている。 Gate insulating film 6 is provided on the surface of p silicon carbide layer 11 in a region sandwiched between n region 12 and n source region 4 in p region 3.

ゲート電極7、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7a、ソース電極8及びドレイン電極9については、図2及び図3に示す例と同様であるため、重複する説明を省略する。   The gate electrode 7, the wiring part 7a connecting the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7, the source electrode 8 and the drain electrode 9 are the same as the example shown in FIGS. .

・図1、図4及び図5に示す半導体装置の製造手順の一例
まず、n型の炭化珪素でできたn炭化珪素基板1を用意する。このn炭化珪素基板1の第1主面上に、n型不純物をドーピングしながら炭化珪素でできたn-炭化珪素層2をエピタキシャル成長させる。
Example of Manufacturing Procedure of Semiconductor Device shown in FIGS. 1, 4 and 5 First, an n silicon carbide substrate 1 made of n-type silicon carbide is prepared. An n silicon carbide layer 2 made of silicon carbide is epitaxially grown on the first main surface of n silicon carbide substrate 1 while doping an n-type impurity.

次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、n-炭化珪素層2の表面領域の、pベース領域10となる領域に、p型不純物をイオン注入する。次いで、n-炭化珪素層2の表面上に、p型不純物をドーピングしながら炭化珪素でできたp炭化珪素層11をエピタキシャル成長させる。 Next, a p-type impurity is ion-implanted into a region to be the p base region 10 in the surface region of the n silicon carbide layer 2 by a photolithography technique and an ion implantation method. Next, a p silicon carbide layer 11 made of silicon carbide is epitaxially grown on the surface of n silicon carbide layer 2 while doping a p-type impurity.

次いで、例えば、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、p炭化珪素層11の、n-領域12となる領域に、n型不純物をイオン注入する。次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、p炭化珪素層11の、nソース領域4となる領域に、n型不純物をイオン注入する。 Next, an n-type impurity is ion-implanted into a region to be the n region 12 of the p silicon carbide layer 11 by, for example, a photolithography technique and an ion implantation method. Next, n-type impurities are ion-implanted into the region to be the n source region 4 of the p silicon carbide layer 11 by photolithography and ion implantation.

次いで、フォトリソグラフィ技術及びイオン注入法によって、p炭化珪素層11の、p+コンタクト領域5となる領域に、p型不純物をイオン注入する。なお、n-領域12を設けるためのイオン注入、nソース領域4を設けるためのイオン注入、及びp+コンタクト領域5を設けるためのイオン注入の順序は、上述した順序に限らず、種々変更可能である。 Next, a p-type impurity is ion-implanted into a region to be the p + contact region 5 of the p-silicon carbide layer 11 by a photolithography technique and an ion implantation method. The order of ion implantation for providing the n region 12, ion implantation for providing the n source region 4, and ion implantation for providing the p + contact region 5 is not limited to the order described above, and can be variously changed. It is.

次いで、熱処理(アニール)を行って、例えばpベース領域10、n-領域12、nソース領域4及びp+コンタクト領域5となる各イオン注入領域を活性化させる。それによって、pベース領域10、n-領域12、nソース領域4及びp+コンタクト領域5ができる。なお、上述したように1回の熱処理によって各イオン注入領域をまとめて活性化させてもよいし、イオン注入を行うたびに熱処理を行って活性化させてもよい。 Next, heat treatment (annealing) is performed to activate each ion implantation region that becomes, for example, the p base region 10, the n region 12, the n source region 4, and the p + contact region 5. Thereby, a p base region 10, an n region 12, an n source region 4 and a p + contact region 5 are formed. As described above, the respective ion implantation regions may be activated collectively by one heat treatment, or may be activated by performing heat treatment every time ion implantation is performed.

次いで、p領域3、nソース領域4、p+コンタクト領域5及びn-領域12が設けられた側の面を熱酸化して、この面全体にゲート絶縁膜6を設ける。次いで、ゲート絶縁膜6の上にゲート電極7を設ける。ゲート電極7とともに、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aも設ける。 Next, the surface on which the p region 3, the n source region 4, the p + contact region 5 and the n region 12 are provided is thermally oxidized, and the gate insulating film 6 is provided on the entire surface. Next, a gate electrode 7 is provided on the gate insulating film 6. In addition to the gate electrode 7, a wiring portion 7 a that connects the adjacent gate electrode 7 and the gate electrode 7 is also provided.

次いで、nソース領域4及びp+コンタクト領域5に接するように、ソース電極8を設ける。次いで、n炭化珪素基板1の第2主面上に、ドレイン電極9を設け、熱処理を行って、n炭化珪素基板1とドレイン電極9とをオーミック接合する。以上のようにして、図1、図4及び図5に示す半導体装置が完成する。 Next, a source electrode 8 is provided so as to be in contact with the n source region 4 and the p + contact region 5. Next, drain electrode 9 is provided on the second main surface of n silicon carbide substrate 1, and heat treatment is performed, so that n silicon carbide substrate 1 and drain electrode 9 are in ohmic contact. As described above, the semiconductor device shown in FIGS. 1, 4 and 5 is completed.

図1〜図5に示す例において、ソース電極8に対してドレイン電極9に正の電圧が印可された状態で、ゲート電極7にしきい値電圧Vth未満の電圧が印可されるとする。この場合、図2及び図3に示す例では、p領域3とn-炭化珪素層2との間のPN接合、図4及び図5に示す例では、p領域3とn-領域12との間のPN接合が、それぞれ逆バイアスされた状態となるため、半導体装置には電流が流れない。 In the example shown in FIGS. 1 to 5, it is assumed that a voltage lower than the threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 7 in a state where a positive voltage is applied to the drain electrode 9 with respect to the source electrode 8. In this case, in the example shown in FIGS. 2 and 3, the PN junction between the p region 3 and the n silicon carbide layer 2, and in the example shown in FIGS. 4 and 5, the p region 3 and the n region 12. Since the PN junctions between them are reversely biased, no current flows through the semiconductor device.

一方、図1〜図5に示す例において、ソース電極8に対してドレイン電極9に正の電圧が印可された状態で、ゲート電極7にしきい値電圧Vth以上の電圧が印可されるとする。この場合、ゲート電極7の下のp領域3に反転層が形成されるため、半導体装置には電流が流れる。このように、ゲート電極7に印加する電圧によって、半導体装置のスイッチング動作を行うことができる。   On the other hand, in the example shown in FIGS. 1 to 5, it is assumed that a voltage higher than the threshold voltage Vth is applied to the gate electrode 7 while a positive voltage is applied to the drain electrode 9 with respect to the source electrode 8. In this case, since an inversion layer is formed in the p region 3 under the gate electrode 7, a current flows through the semiconductor device. Thus, the switching operation of the semiconductor device can be performed by the voltage applied to the gate electrode 7.

・平面レイアウトの別の例
図6は、本発明の実施の形態にかかる半導体装置のレイアウトの別の例を示す平面図である。図6に示すように、図2及び図3に示す例では、p+コンタクト領域5は、nソース領域4に囲まれている。nソース領域4は、p領域3の、nソース領域4とn-炭化珪素層2の表面領域との間の領域に囲まれている。p領域3の、nソース領域4とn-炭化珪素層2の表面領域との間の領域は、n-炭化珪素層2の、隣り合うセルのp領域3とp領域3との間の領域に囲まれている。なお、図4及び図5に示す例では、図6に示すn-炭化珪素層2がn-領域12に置き換わる。
FIG. 6 is a plan view showing another example of the layout of the semiconductor device according to the embodiment of the present invention. As shown in FIG. 6, in the example shown in FIGS. 2 and 3, the p + contact region 5 is surrounded by the n source region 4. N source region 4 is surrounded by a region of p region 3 between n source region 4 and the surface region of n silicon carbide layer 2. the p region 3, n source regions 4 and the n - region between the silicon carbide layer 2 of the surface area, n - region between the p region 3 and the p region 3 of the silicon carbide layer 2, adjacent cells Surrounded by In the example shown in FIGS. 4 and 5, n silicon carbide layer 2 shown in FIG. 6 is replaced with n region 12.

図6に示すレイアウトでは、図1に示すレイアウトに比べて、p+コンタクト領域5の面積が小さいため、ドレイン電極9に高電圧が印加された場合のアバランシェキャリアを引き抜く面積が小さい。従って、図6に示すレイアウトでは、図1に示すレイアウトに比べて、大電流が流れるときの遮断能力が低くなるため、破壊耐量が低い。また、図6に示すレイアウトでは、図1に示すレイアウトに比べて、p+コンタクト領域5の面積が小さいため、内蔵の寄生ダイオードの実効面積が小さい。従って、図6に示すレイアウトでは、図1に示すレイアウトに比べて、p領域3またはpベース領域10からのホールの注入量が少なくなるため、寄生ダイオードの順方向電圧降下(Vf)が大きい。 In the layout shown in FIG. 6, the area of the p + contact region 5 is smaller than that in the layout shown in FIG. 1, so that the area for extracting the avalanche carrier when a high voltage is applied to the drain electrode 9 is small. Therefore, the layout shown in FIG. 6 has a lower breakdown capability because the interruption capability when a large current flows is lower than the layout shown in FIG. In the layout shown in FIG. 6, since the area of the p + contact region 5 is smaller than that in the layout shown in FIG. 1, the effective area of the built-in parasitic diode is small. Therefore, in the layout shown in FIG. 6, since the amount of holes injected from the p region 3 or the p base region 10 is smaller than in the layout shown in FIG. 1, the forward voltage drop (Vf) of the parasitic diode is large.

実施の形態によれば、ゲート電極7を囲むようにp+コンタクト領域5が配置されることによって、p+コンタクト領域5の面積が増える。それによって、ドレイン電極9に高電圧が印加された場合のアバランシェキャリアを引き抜く面積が増え、大電流でも十分な遮断能力を確保できるため、破壊耐量を向上させることができる。また、内蔵の寄生ダイオードの実効面積が増加し、p領域3またはpベース領域10からのホールの注入量が増えるため、寄生ダイオードの順方向電圧降下(Vf)の増加を抑制することができる。また、隣り合うゲート電極7とゲート電極7とを繋ぐ配線部7aの下にp+コンタクト領域5を設けないことによって、ゲート絶縁膜6の耐圧低下や信頼性低下を抑制することができる。また、p+コンタクト領域5がゲート電極7及び配線部7aから0.5μm以上離れていることによって、ゲート絶縁膜6を熱酸化で形成する場合に高濃度のp+コンタクト領域5上でゲート絶縁膜6が薄くなるのを防ぐことができる。従って、ゲート絶縁膜6の信頼性が向上する。 According to the embodiment, the p + contact region 5 is arranged so as to surround the gate electrode 7, thereby increasing the area of the p + contact region 5. As a result, the area for extracting avalanche carriers when a high voltage is applied to the drain electrode 9 is increased, and a sufficient blocking capability can be secured even with a large current, so that the breakdown resistance can be improved. Further, since the effective area of the built-in parasitic diode increases and the amount of holes injected from the p region 3 or the p base region 10 increases, an increase in the forward voltage drop (Vf) of the parasitic diode can be suppressed. Further, by not providing the p + contact region 5 under the wiring portion 7a that connects the adjacent gate electrodes 7 and 7, it is possible to suppress a decrease in breakdown voltage and reliability of the gate insulating film 6. Further, since the p + contact region 5 is separated from the gate electrode 7 and the wiring part 7a by 0.5 μm or more, the gate insulation is formed on the high concentration p + contact region 5 when the gate insulating film 6 is formed by thermal oxidation. It is possible to prevent the film 6 from being thinned. Therefore, the reliability of the gate insulating film 6 is improved.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、種々変更可能である。例えば、実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。また、例えば、実施の形態ではセルの形状を四角形としたが、セルの形状は、四角形以外の多角形や円形であってもよい。   As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made. For example, in the embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is similarly established when the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. . In addition, for example, in the embodiment, the shape of the cell is a square, but the shape of the cell may be a polygon or a circle other than the rectangle.

以上のように、本発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、例えば炭化珪素基板上に形成されたスイッチングデバイスとして用いることができる半導体装置に有用であり、特に、炭化珪素でできた縦型のMOSFETなどの半導体装置に適している。   As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention are useful for a semiconductor device that can be used, for example, as a switching device formed on a silicon carbide substrate, and in particular, a vertical device made of silicon carbide. Suitable for semiconductor devices such as type MOSFETs.

1 n炭化珪素基板
2 n-炭化珪素層
3 p領域
4 nソース領域
5 p+コンタクト領域
6 ゲート絶縁膜
7 ゲート電極
7a 配線部
8 ソース電極
9 ドレイン電極
10 pベース領域
11 p炭化珪素層
12 n-領域
1 n silicon carbide substrate 2 n - 3 carbide layer p region 4 n source region 5 p + contact region 6 the gate insulating film 7 a gate electrode 7a wiring section 8 source electrode 9 drain electrode 10 p base region 11 p silicon carbide layer 12 n - area

Claims (5)

第1導電型炭化珪素基板と、
前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、
前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型領域と、
前記第2導電型領域の表面領域に設けられた第1導電型ソース領域と、
前記第2導電型領域の表面領域に設けられた、前記第2導電型領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、
前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、
前記第2導電型領域の、前記第1導電型炭化珪素層と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、
前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備え、
前記第1導電型炭化珪素層の表面領域は、前記第1導電型ソース領域に囲まれており、
前記第2導電型コンタクト領域は、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type silicon carbide substrate;
A first conductivity type silicon carbide layer having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate;
A second conductivity type region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer;
A first conductivity type source region provided in a surface region of the second conductivity type region;
A second conductivity type contact region provided in a surface region of the second conductivity type region and having a higher impurity concentration than the second conductivity type region;
A source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region;
A gate insulating film provided on a surface of a region of the second conductivity type region sandwiched between the first conductivity type silicon carbide layer and the first conductivity type source region;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
A drain electrode provided on the second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate,
A surface region of the first conductivity type silicon carbide layer is surrounded by the first conductivity type source region;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type contact region is provided around the first conductivity type source region except under a wiring portion that connects the adjacent gate electrodes.
第1導電型炭化珪素基板と、
前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、
前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型ベース領域と、
前記第1導電型炭化珪素層の表面上に設けられた第2導電型炭化珪素層と、
前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第1導電型炭化珪素層に接するように設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型領域と、
前記第2導電型炭化珪素層の表面領域に前記第1導電型領域から離れて設けられた、前記第1導電型領域よりも不純物濃度の高い第1導電型ソース領域と、
前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第2導電型ベース領域に接するように設けられた、前記第2導電型ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、
前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、
前記第2導電型炭化珪素層の、前記第1導電型領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、
前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備え、
前記第1導電型領域は、前記第1導電型ソース領域に囲まれており、
前記第2導電型コンタクト領域は、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に設けられていることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type silicon carbide substrate;
A first conductivity type silicon carbide layer having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate;
A second conductivity type base region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer;
A second conductivity type silicon carbide layer provided on a surface of the first conductivity type silicon carbide layer;
The second conductivity type silicon carbide layer has an impurity concentration higher than that of the first conductivity type silicon carbide substrate provided so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and contact the first conductivity type silicon carbide layer. A low first conductivity type region;
A first conductivity type source region having an impurity concentration higher than that of the first conductivity type region provided in a surface region of the second conductivity type silicon carbide layer apart from the first conductivity type region;
The second conductivity type silicon carbide layer has a higher impurity concentration than the second conductivity type base region provided so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and to be in contact with the second conductivity type base region. Two conductivity type contact regions;
A source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region;
A gate insulating film provided on a surface of a region sandwiched between the first conductivity type region and the first conductivity type source region of the second conductivity type silicon carbide layer;
A gate electrode provided on the gate insulating film;
A drain electrode provided on the second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate,
The first conductivity type region is surrounded by the first conductivity type source region;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type contact region is provided around the first conductivity type source region except under a wiring portion that connects the adjacent gate electrodes.
前記第2導電型コンタクト領域は、前記ゲート電極、及び隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部から0.5μm以上離れていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。   3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the second conductivity type contact region is separated by 0.5 μm or more from the gate electrode and a wiring portion that connects the adjacent gate electrodes. 第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた第1導電型ソース領域と、前記第2導電型領域の表面領域に設けられた、前記第2導電型領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型領域の、前記第1導電型炭化珪素層と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備えた半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型炭化珪素層の表面領域を、前記第1導電型ソース領域で囲むように形成する工程と、
前記第2導電型コンタクト領域を、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type silicon carbide substrate; and a first conductivity type silicon carbide layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate; , A second conductivity type region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer, a first conductivity type source region provided in a surface region of the second conductivity type region, and the second A second conductivity type contact region having a higher impurity concentration than the second conductivity type region, and a source electrode in contact with the first conductivity type source region and the second conductivity type contact region, provided in a surface region of the conductivity type region; A gate insulating film provided on a surface of the second conductivity type region sandwiched between the first conductivity type silicon carbide layer and the first conductivity type source region; and on the gate insulation film And a gate electrode provided on the first conductivity type silicon carbide group A drain electrode provided on the second major surface of a method of manufacturing a semiconductor device including a
Forming a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer so as to surround the first conductivity type source region;
Forming the second conductivity type contact region around the first conductivity type source region except under the wiring portion connecting the adjacent gate electrodes;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
第1導電型炭化珪素基板と、前記第1導電型炭化珪素基板の第1主面上に設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型炭化珪素層と、前記第1導電型炭化珪素層の表面領域の一部に設けられた第2導電型ベース領域と、前記第1導電型炭化珪素層の表面上に設けられた第2導電型炭化珪素層と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第1導電型炭化珪素層に接するように設けられた、前記第1導電型炭化珪素基板よりも不純物濃度の低い第1導電型領域と、前記第2導電型炭化珪素層の表面領域に前記第1導電型領域から離れて設けられた、前記第1導電型領域よりも不純物濃度の高い第1導電型ソース領域と、前記第2導電型炭化珪素層において前記第2導電型炭化珪素層を貫通して前記第2導電型ベース領域に接するように設けられた、前記第2導電型ベース領域よりも不純物濃度の高い第2導電型コンタクト領域と、前記第1導電型ソース領域及び前記第2導電型コンタクト領域に接するソース電極と、前記第2導電型炭化珪素層の、前記第1導電型領域と前記第1導電型ソース領域とに挟まれた領域の表面上に設けられたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に設けられたゲート電極と、前記第1導電型炭化珪素基板の第2主面上に設けられたドレイン電極と、を備えた半導体装置の製造方法において、
前記第1導電型領域を、前記第1導電型ソース領域で囲むように形成する工程と、
前記第2導電型コンタクト領域を、隣り合う前記ゲート電極同士を繋ぐ配線部の下を除いた前記第1導電型ソース領域の周囲に形成する工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
A first conductivity type silicon carbide substrate; and a first conductivity type silicon carbide layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type silicon carbide substrate provided on the first main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate; A second conductivity type base region provided in a part of a surface region of the first conductivity type silicon carbide layer; a second conductivity type silicon carbide layer provided on the surface of the first conductivity type silicon carbide layer; In the second conductivity type silicon carbide layer, the impurity concentration is higher than that of the first conductivity type silicon carbide substrate provided so as to penetrate the second conductivity type silicon carbide layer and to be in contact with the first conductivity type silicon carbide layer. A first conductivity type region having a lower impurity concentration and a first conductivity type having a higher impurity concentration than the first conductivity type region provided in a surface region of the second conductivity type silicon carbide layer apart from the first conductivity type region The second conductivity type carbonization in the source region and the second conductivity type silicon carbide layer A second conductivity type contact region having an impurity concentration higher than that of the second conductivity type base region, the first conductivity type source region; Provided on the surface of the region sandwiched between the first conductivity type region and the first conductivity type source region of the source electrode in contact with the second conductivity type contact region and the second conductivity type silicon carbide layer In a method for manufacturing a semiconductor device, comprising: a gate insulating film; a gate electrode provided on the gate insulating film; and a drain electrode provided on a second main surface of the first conductivity type silicon carbide substrate. ,
Forming the first conductivity type region so as to be surrounded by the first conductivity type source region;
Forming the second conductivity type contact region around the first conductivity type source region except under the wiring portion connecting the adjacent gate electrodes;
A method for manufacturing a semiconductor device, comprising:
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