JP2017152732A - 半導体装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】炭化珪素基板基体の表面層には、p+型領域3,4およびp型領域5が選択的に設けられている。p+型領域3は、活性領域101を囲む耐圧構造部102に設けられる。p+型領域4は、活性領域101に設けられ、JBS構造を構成する。p型領域5は、p+型領域3を囲み接合終端(JTE)構造を構成する。ショットキー電極9は、n型炭化珪素エピタキシャル層2とショットキー接合を形成する。また、ショットキー電極9は、p+型領域3の一部およびp型領域5を覆う層間絶縁膜6上に張り出しており、この張り出した部分はフィールドプレートとして機能する。
【選択図】図1
Description
本発明にかかる半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成される。実施の形態1においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、接合障壁ショットキー(JBS:Junction Barrier Shottky)構造のダイオードを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(ワイドバンドギャップ半導体基板)1の主面上にn型炭化珪素エピタキシャル層(ワイドバンドギャップ半導体堆積層)2が堆積されている。
図5は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構成を示す断面図である。実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と異なる点は、ダイオードの素子構造に代えて、MOSFETの素子構成を形成した点である。実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置については、縦型プレーナーゲート構造のMOSFETを例に説明する。実施の形態2においては、n+型炭化珪素基板1、n型炭化珪素エピタキシャル層2および後述するpベース層13を併せて炭化珪素半導体基体とする。
次に、フィールドプレートの有無による炭化珪素半導体装置の耐圧特性について検証した。図6−1は、実施例にかかる炭化珪素半導体装置の耐圧構造部の構成を示す断面図である。図6−2は、比較例の炭化珪素半導体装置の耐圧構造部の構成を示す断面図である。まず、実施の形態1にしたがい、JBS構造のダイオードを作製した。具体的には、図6−1に示すように、耐圧構造部102の層間絶縁膜6上にショットキー電極9を張り出させて、ショットキー電極9の層間絶縁膜6上の部分をフィールドプレートとして機能させたダイオードを作成した(符号Aで示す部分、以下、フィールドプレート有とする)。
2 n型炭化珪素エピタキシャル層
3 活性領域の周辺部に設けられたp+型領域
4 JBS構造用のp+型領域
5 JTE構造用のp型領域
6 層間絶縁膜
7 裏面電極
8 オーミック接合
9 ショットキー電極
10 電極パッド
11 保護膜
101 活性領域
102 耐圧構造部
Claims (13)
- 第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板の表面に堆積された、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板よりも不純物濃度の低い第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第1の第2導電型半導体領域と、
少なくとも、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層上において金属−半導体接合を形成する1層構造の第1金属膜と、前記第1の第2導電型半導体領域とで構成された素子構造と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられ、前記素子構造の周辺部を囲む第2の第2導電型半導体領域と、
前記第2の第2導電型半導体領域の周辺部を囲み接合終端構造を構成する、前記第2の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度の低い第3の第2導電型半導体領域と、
前記第3の第2導電型半導体領域を覆う層間絶縁膜と、
前記第1金属膜上に設けられた1層構造の第2金属膜と、
を備え、
前記第1金属膜は、チタンからなり、前記層間絶縁膜上に、前記層間絶縁膜を介して前記第3の第2導電型半導体領域の一部を覆う位置まで延出されており、
前記第2金属膜は、アルミニウムを主成分とする材料からなり、前記第1金属膜を介して前記層間絶縁膜を覆う位置まで延出し、端部が前記第1金属膜上で前記第1金属膜の端部よりも内側に位置しており、
前記第2金属膜の厚さは、前記第1金属膜の厚さよりも厚いことを特徴とする半導体装置。 - 前記第1金属膜は、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層とショットキー接合を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層上に選択的に堆積された第2導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層をさらに備え、
前記第1金属膜は、前記第2導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層とオーミック接合を形成することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記素子構造は、
前記第1の第2導電型半導体領域を覆う、前記第1の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度の低い前記第2導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層からなる第2導電型ベース領域と、
前記第2導電型ベース領域の内部に選択的に設けられた第1導電型ソース領域と、
前記第2導電型ベース領域を深さ方向に貫通し前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層に達する第1導電型ウェル領域と、
前記第2導電型ベース領域の、前記第1導電型ソース領域と前記第1導電型ウェル領域とに挟まれた部分の表面にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第2導電型ベース領域および前記第1導電型ソース領域に接する前記第1金属膜からなるソース電極と、
で構成されていることを特徴とする請求項3に記載の半導体装置。 - 前記第3の第2導電型半導体領域の周辺部を囲み、前記第3の第2導電型半導体領域と接合終端構造を構成する、前記第3の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度の低い第4の第2導電型半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記層間絶縁膜上に張り出した前記第1金属膜の端部は、前記第3の第2導電型半導体領域上で終端していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第2の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、1.0×1018cm-3〜1.0×1020cm-3であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第3の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、1.0×1017cm-3〜1.0×1018cm-3であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第4の第2導電型半導体領域の不純物濃度は、前記第3の第2導電型半導体領域の不純物濃度の0.4〜0.7倍であることを特徴とする請求項5に記載の半導体装置。
- ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素であることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。
- ワイドバンドギャップ半導体は、窒化ガリウムであることを特徴とする請求項1〜9のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第1の第2導電型半導体領域は、接合障壁ショットキー構造を構成することを特徴とする請求項1、2、5〜11のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板の表面に、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体基板よりも不純物濃度の低い第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層を堆積する工程と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の表面層に、第1の第2導電型半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の表面層に、前記第1の第2導電型半導体領域の周辺部を囲むように、第2の第2導電型半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の表面層に、前記第2の第2導電型半導体領域の周辺部を囲み接合終端構造を構成する、前記第2の第2導電型半導体領域よりも不純物濃度の低い第3の第2導電型半導体領域を選択的に形成する工程と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層の表面に、前記第3の第2導電型半導体領域を覆う層間絶縁膜を選択的に形成する工程と、
前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層および前記層間絶縁膜の表面に、前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層または前記第1導電型ワイドバンドギャップ半導体堆積層上に堆積される半導体層と金属−半導体接合を形成する1層構造の第1金属膜を形成する工程と、
前記第1金属膜を選択的に除去し、前記金属−半導体接合が形成された側から前記層間絶縁膜上に張り出すように、かつ、前記層間絶縁膜を介して前記第3の第2導電型半導体領域の一部を覆うように前記第1金属膜を残す工程と、
前記第1金属膜を選択的に除去した後、チタンからなる前記第1金属膜の表面に、アルミニウムを主成分とし、かつ前記第1金属膜の厚さよりも厚い1層構造の第2金属膜を形成する工程と、
前記第2金属膜を選択的に除去し、前記金属−半導体接合が形成された側から前記第1金属膜を介して前記層間絶縁膜を覆う位置まで延出し、かつ端部が前記第1金属膜上で前記第1金属膜の端部よりも内側に位置するように前記第2金属膜を残す工程と、
を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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