JP2018049928A5 - - Google Patents
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Description
しかしながら、特許文献1のSiC半導体装置では、より低飽和電流として高い耐量が得られるように、p型ベース領域のうちのJFET部分の不純物濃度を濃くしたり、JFET部分において隣り合うp型ベース領域の間隔を狭くすると、JFET抵抗が増大する。このため、低オン抵抗値と低飽和電流を両立することができなくなる。 However, in the SiC semiconductor device of Patent Document 1, the impurity concentration of the JFET portion in the p-type base region is increased or the adjacent p-type base region in the JFET portion so as to obtain a high withstand amount as a lower saturation current. When narrowing the interval, JFET resistance increases. For this reason, it becomes impossible to achieve both a low on-resistance value and a low saturation current.
同様に、上記各実施形態で説明したSiC半導体装置を構成する各部の寸法や不純物濃度については一例を示したに過ぎない。各部の寸法や不純物濃度については、高濃度n型層20や低濃度p型層30およびJFET部2aのピンチオフ条件等に基づいて、適宜設定すれば良い。 Similarly, the dimensions and impurity concentrations of the respective parts constituting the SiC semiconductor device described in the above embodiments are merely examples. The dimensions and impurity concentration of each part may be appropriately set based on the pinch-off conditions of the high-concentration n-type layer 20, the low-concentration p-type layer 30, and the JFET portion 2a.
Claims (18)
前記基板の上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の半導体からなるドリフト層(2)と、
前記ドリフト層の上に形成された第2導電型の半導体からなる第2導電型領域(3、5、6、8、71)と、
前記ドリフト層上に形成され、前記第2導電型領域に挟まれて配置されたJFET部(2a)と、
前記第2導電型領域の上に形成され、前記ドリフト層よりも高濃度の第1導電型の半導体からなるソース領域(7)と、
前記第2導電型領域の一部をチャネル領域として、該チャネル領域上に形成されたゲート絶縁膜(10)と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極(11)と、
前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜(12)と、
前記コンタクトホールを通じて、前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極(13)と、
前記基板の裏面側に形成されたドレイン電極(14)とを有し、
前記ゲート電極に対してゲート電圧を印加すると共に前記ドレイン電極に対して印加するドレイン電圧として通常作動時の電圧を印加することで前記チャネル領域を形成し、前記ソース領域および前記JFET部を介して、前記ソース電極および前記ドレイン電極の間に電流を流す反転型の半導体素子を備え、
前記JFET部と前記第2導電型領域との間には、前記ドレイン電圧として前記通常作動時の電圧が印加されているときには前記第2導電型領域から前記JFET部に伸びる空乏層の伸び量を抑制しつつ前記JFET部を通じて電流を流し、前記ドレイン電圧として前記通常作動時の電圧よりも高い電圧が印加されると前記空乏層によって前記JFET部をピンチオフさせる空乏層調整層(20、30)が形成されており、
前記第2導電型領域は、
前記ドリフト層の上に形成されたディープ層(3)と、
前記ディープ層に対して連結されていると共に前記ソース電極に接続され、前記チャネル領域が形成されるベース領域(6)と、を有し、
前記ディープ層は、前記ベース領域よりも前記ゲート電極の中心線側に張り出しており、
前記JFET部は、前記ディープ層に挟まれており、
前記空乏層調整層は、前記JFET部と前記ディープ層との間に形成されている半導体装置。 A first or second conductivity type substrate (1) made of a semiconductor;
A drift layer (2) made of a first conductivity type semiconductor formed on the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
A second conductivity type region (3, 5, 6, 8, 71) made of a second conductivity type semiconductor formed on the drift layer;
A JFET portion (2a) formed on the drift layer and disposed between the second conductivity type regions;
A source region (7) formed on the second conductivity type region and made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift layer;
A part of the second conductivity type region as a channel region, a gate insulating film (10) formed on the channel region;
A gate electrode (11) formed on the gate insulating film;
An interlayer insulating film (12) covering the gate electrode and the gate insulating film and having contact holes formed therein;
A source electrode (13) electrically connected to the source region through the contact hole;
A drain electrode (14) formed on the back side of the substrate;
The channel region is formed by applying a gate voltage to the gate electrode and applying a normal operation voltage as a drain voltage to be applied to the drain electrode, and through the source region and the JFET portion. , Comprising an inversion type semiconductor element for passing a current between the source electrode and the drain electrode,
A depletion layer extending from the second conductivity type region to the JFET portion when the normal operation voltage is applied as the drain voltage between the JFET portion and the second conductivity type region. A depletion layer adjusting layer (20, 30) that causes the depletion layer to pinch off the JFET portion when a current is passed through the JFET portion while being suppressed and a voltage higher than the normal operation voltage is applied as the drain voltage. Formed ,
The second conductivity type region is
A deep layer (3) formed on the drift layer;
A base region (6) connected to the deep layer and connected to the source electrode and forming the channel region;
The deep layer protrudes from the base region to the center line side of the gate electrode,
The JFET part is sandwiched between the deep layers,
The depletion layer adjustment layer is a semiconductor device formed between the JFET portion and the deep layer .
前記ゲート絶縁膜および前記ゲート電極が前記ゲートトレンチ内に形成されることでトレンチゲート構造が構成されている請求項10に記載の半導体装置。 A gate trench (9) penetrating the source region and the base region and reaching the current spreading layer is formed;
The semiconductor device according to claim 10 , wherein a trench gate structure is configured by forming the gate insulating film and the gate electrode in the gate trench.
前記JFET部は、前記トレンチゲート構造に対して交差する方向を長手方向として、複数本が延設されている請求項11に記載の半導体装置。 The trench gate structure is formed in a stripe shape by extending a plurality of trench gates with one direction as a longitudinal direction,
The semiconductor device according to claim 11 , wherein a plurality of the JFET portions are extended with a direction intersecting the trench gate structure as a longitudinal direction.
前記基板の上に、前記基板よりも低不純物濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト層(2)を形成することと、
前記ドリフト層の上に、第2導電型の半導体からなるディープ層(3)を形成することと、
前記ディープ層の一部を除去してトレンチ(3a)を形成したのち、該トレンチを半導体からなる空乏層調整層(20、30)および第1導電型の半導体からなるJFET部(2a)によって埋め込むことで、前記ディープ層の側面に前記空乏層調整層を形成しつつ、前記ディープ層に挟まれる前記JFET部を形成することと、
前記ディープ層と前記空乏層調整層および前記JFET部の上に、前記JFET部よりも幅が広く前記JFET部に連結される第1導電型の半導体からなる電流分散層(4)を形成すると共に、前記ディープ層の上に、該ディープ層に連結される第2導電型の半導体からなる連結層(5)を形成することと、
前記電流分散層および前記連結層の上に、前記連結層に連結される第2導電型の半導体からなるベース領域(6)を形成することと、
前記ベース領域の上に、前記ドリフト層よりも高濃度の第1導電型の半導体からなるソース領域(7)を形成することと、
前記ベース領域の一部をチャネル領域として、該チャネル領域上にゲート絶縁膜(10)を形成することと、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極(11)を形成することと、
前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜(12)を形成することと、
前記コンタクトホールを通じて、前記ソース領域に電気的に接続されたソース電極(13)を形成することと、
前記基板の裏面側にドレイン電極(14)を形成することとを含む、反転型の半導体素子を備えた半導体装置の製造方法。 Providing a first or second conductivity type substrate (1) made of a semiconductor;
Forming a drift layer (2) made of a first conductivity type semiconductor having a lower impurity concentration than the substrate on the substrate;
Forming a deep layer (3) made of a second conductivity type semiconductor on the drift layer;
After removing a part of the deep layer to form a trench (3a), the trench is filled with a depletion layer adjusting layer (20, 30) made of a semiconductor and a JFET portion (2a) made of a first conductivity type semiconductor. By forming the JFET portion sandwiched between the deep layers while forming the depletion layer adjustment layer on the side of the deep layer,
On the deep layer, the depletion layer adjustment layer, and the JFET portion, a current spreading layer (4) made of a first conductivity type semiconductor that is wider than the JFET portion and connected to the JFET portion is formed Forming a connection layer (5) made of a second conductivity type semiconductor connected to the deep layer on the deep layer;
Forming a base region (6) made of a second conductivity type semiconductor coupled to the coupling layer on the current spreading layer and the coupling layer;
Forming a source region (7) made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift layer on the base region;
Forming a part of the base region as a channel region and forming a gate insulating film (10) on the channel region;
Forming a gate electrode (11) on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film (12) covering the gate electrode and the gate insulating film and having a contact hole formed;
Forming a source electrode (13) electrically connected to the source region through the contact hole;
Forming a drain electrode (14) on the back side of the substrate; and a method of manufacturing a semiconductor device including an inversion semiconductor element.
前記ディープ層の上に前記空乏層調整層を形成するための半導体層(60)を形成することと、
前記半導体層と共に前記ディープ層に前記トレンチを形成することと、
アニール処理によって前記半導体層を流動させて前記トレンチ内における少なくとも前記ディープ層の側面に前記空乏層調整層を形成することと、
前記空乏層調整層と共に前記JFET部によって前記トレンチ内を埋め込むことと、を含んでいる請求項14に記載の半導体装置の製造方法。 Forming the depletion layer adjustment layer and the JFET portion,
Forming a semiconductor layer (60) for forming the depletion layer adjusting layer on the deep layer;
Forming the trench in the deep layer together with the semiconductor layer;
Forming the depletion layer adjusting layer on at least a side surface of the deep layer in the trench by flowing the semiconductor layer by annealing;
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 14 , further comprising: embedding the trench by the JFET portion together with the depletion layer adjustment layer.
前記平坦化を行ったのちに、前記電流分散層および前記連結層を形成する請求項14または15に記載の半導体装置の製造方法。 Flattening the surfaces of the deep layer, the depletion layer adjustment layer, and the JFET portion after forming the depletion layer adjustment layer and the JFET portion,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 14 , wherein the current spreading layer and the coupling layer are formed after the planarization.
前記電流分散層をエピタキシャル成長によって形成することと、
前記電流分散層のうち前記JFET部および前記空乏層調整層から離れた位置に、第2導電型不純物をイオン注入することで前記連結層を形成することと、を含んでいる請求項14ないし16のいずれか1つに記載の半導体装置の製造方法。 Forming the current spreading layer and the coupling layer includes:
Forming the current spreading layer by epitaxial growth;
Wherein a position away from the JFET portion and the depletion adjusting layer of the current spreading layer, a second conductivity type impurity to claims 14 and includes a forming, the said connecting layer by ion implantation 16 The manufacturing method of the semiconductor device as described in any one of these.
前記基板の上に、前記基板よりも低不純物濃度の第1導電型の半導体からなるドリフト層(2)を形成することと、
前記ドリフト層の上に、第2導電型の半導体からなるディープ層(3)を形成することと、
前記ディープ層の一部を除去して第1トレンチ(3a)を形成したのち、該第1トレンチを半導体からなる空乏層調整層(20、30)および第1導電型の半導体からなるJFET部(2a)によって埋め込むことで、前記ディープ層の側面に前記空乏層調整層を形成しつつ、前記ディープ層に挟まれる前記JFET部を形成することと、
前記ディープ層と前記空乏層調整層および前記JFET部の上に、前記JFET部に連結される第1導電型の半導体からなる電流分散層(4)を形成することと、
前記電流分散層の上に、第2導電型の半導体からなるベース領域(6)を形成することと、
前記ベース領域の上に、前記ドリフト層よりも高濃度の第1導電型の半導体からなるソース領域(7)を形成することと、
前記ソース領域と前記ベース領域および前記電流分散層を貫通して前記ディープ層に達する第2トレンチ(70)を形成することと、
前記第2トレンチ内に、前記ディープ層と連結された第2導電型層(71)を形成することと、
前記ベース領域の一部をチャネル領域として、該チャネル領域上にゲート絶縁膜(10)を形成することと、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極(11)を形成することと、
前記ゲート電極および前記ゲート絶縁膜を覆うと共にコンタクトホールが形成された層間絶縁膜(12)を形成することと、
前記コンタクトホールを通じて、前記ソース領域および前記第2導電型層に電気的に接続されたソース電極(13)を形成することと、
前記基板の裏面側にドレイン電極(14)を形成することとを含む、反転型の半導体素子を備えた半導体装置の製造方法。 Providing a first or second conductivity type substrate (1) made of a semiconductor;
Forming a drift layer (2) made of a first conductivity type semiconductor having a lower impurity concentration than the substrate on the substrate;
Forming a deep layer (3) made of a second conductivity type semiconductor on the drift layer;
After removing a part of the deep layer to form the first trench (3a), the first trench is formed into a depletion layer adjusting layer (20, 30) made of a semiconductor and a JFET portion made of a first conductivity type semiconductor ( 2a), forming the JFET portion sandwiched between the deep layers while forming the depletion layer adjustment layer on the side surfaces of the deep layer;
Forming a current spreading layer (4) made of a first conductivity type semiconductor connected to the JFET portion on the deep layer, the depletion layer adjusting layer, and the JFET portion;
Forming a base region (6) made of a second conductivity type semiconductor on the current spreading layer;
Forming a source region (7) made of a first conductivity type semiconductor having a higher concentration than the drift layer on the base region;
Forming a second trench (70) penetrating the source region, the base region and the current spreading layer to reach the deep layer;
Forming a second conductivity type layer (71) connected to the deep layer in the second trench;
Forming a part of the base region as a channel region and forming a gate insulating film (10) on the channel region;
Forming a gate electrode (11) on the gate insulating film;
Forming an interlayer insulating film (12) covering the gate electrode and the gate insulating film and having a contact hole formed;
Forming a source electrode (13) electrically connected to the source region and the second conductivity type layer through the contact hole;
Forming a drain electrode (14) on the back side of the substrate; and a method of manufacturing a semiconductor device including an inversion semiconductor element.
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