JP2020098872A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP2020098872A
JP2020098872A JP2018236822A JP2018236822A JP2020098872A JP 2020098872 A JP2020098872 A JP 2020098872A JP 2018236822 A JP2018236822 A JP 2018236822A JP 2018236822 A JP2018236822 A JP 2018236822A JP 2020098872 A JP2020098872 A JP 2020098872A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
gate
semiconductor
silicon carbide
region
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2018236822A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7243173B2 (en
Inventor
熊田 恵志郎
Keishiro Kumada
恵志郎 熊田
保幸 星
Yasuyuki Hoshi
保幸 星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2018236822A priority Critical patent/JP7243173B2/en
Publication of JP2020098872A publication Critical patent/JP2020098872A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7243173B2 publication Critical patent/JP7243173B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

To provide a semiconductor device that has a gate resistance built in an element and can prevent a source electrode and the gate resistance from short-circuiting, and a method of manufacturing the semiconductor device.SOLUTION: A silicon carbide semiconductor device comprises: a first semiconductor layer 2 of a first conductivity type provided on a top surface of a semiconductor substrate 1 of the first conductivity type; a second semiconductor layer 3 of a second conductivity type; a first semiconductor region 7 of the first conductivity type; a gate electrode 10 provided across a gate insulation film 9; and an inter-layer insulation film 11 provided on the gate electrode 10. The silicon carbide semiconductor device further comprises: a first electrode 13 provided on top surfaces of the second semiconductor layer 3 and first semiconductor region 7; a plating film 16 provided selectively on the first electrode 13; a solder film 17 provided on the plating film 16; gate wiring 33 electrically connecting with the gate electrode 10, and surrounding a circumference of an active region 40 where a main current flows in an ON state; a gate electrode pad 22 to which a gate signal is input; and a gate resistance 34 provided at a part, opposed to the solder film 17, of a region sandwiched between the gate electrode pad 22 and gate wiring 33.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 semiconductor device manufacturing method.

従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。パワー半導体装置は、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ)など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。 Conventionally, silicon (Si) has been used as a constituent material of a power semiconductor device that controls a high voltage and a large current. There are a plurality of types of power semiconductor devices such as a bipolar transistor, an IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor), a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), etc. Has been.

例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーMOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。 For example, a bipolar transistor or an IGBT has a higher current density and a larger current than a MOSFET, but cannot switch at high speed. Specifically, the bipolar transistor has a limit of use at a switching frequency of about several kHz, and the IGBT has a limit of use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, the power MOSFET has a lower current density than that of the bipolar transistor and the IGBT, and it is difficult to increase the current, but it can perform high-speed switching operation up to several MHz.

しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやパワーMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。 However, in the market, there is a strong demand for a power semiconductor device having both a large current and a high speed, and efforts are being made to improve the IGBT and the power MOSFET, and at present, the development is progressing to a point near the material limit. .. From the viewpoint of a power semiconductor device, a semiconductor material replacing silicon is being studied, and silicon carbide (SiC) is a semiconductor material capable of producing (manufacturing) a next-generation power semiconductor device excellent in low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. Is attracting attention.

炭化珪素は、化学的に非常に安定した半導体材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用することができる。また、炭化珪素は、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいため、オン抵抗を十分に小さくすることができる半導体材料として期待される。このような炭化珪素の特長は、他のシリコンよりバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体である、例えば窒化ガリウム(GaN)にもあてはまる。このため、ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、半導体装置の高耐圧化を図ることができる。 Silicon carbide is a chemically very stable semiconductor material, has a wide band gap of 3 eV, and can be used very stably as a semiconductor even at high temperatures. Further, since silicon carbide has a maximum electric field strength higher than that of silicon by one digit or more, it is expected as a semiconductor material capable of sufficiently reducing the on-resistance. Such characteristics of silicon carbide also apply to a wide bandgap semiconductor having a wider bandgap than other silicon, for example, gallium nitride (GaN). Therefore, by using the wide band gap semiconductor, the breakdown voltage of the semiconductor device can be increased.

このような炭化珪素を用いた高耐圧半導体装置ではオンオフ動作時に発生するスイッチング損失が少なくなった分、インバータで使われる際、キャリア周波数を従来のシリコンを用いた半導体装置よりも1桁高い周波数で適用される。半導体装置を高い周波数で適用するとチップへの発熱温度が高くなり、半導体装置への信頼性に影響する。特に、基板おもて面側のおもて面電極には、おもて面電極の電位を外部に取り出す配線材としてボンディングワイヤが接合されており、半導体装置を例えば、200℃以上の高温度で使用すると、おもて面電極とボンディングワイヤとの密着が低下し信頼性に影響を及ぼす。 In such a high breakdown voltage semiconductor device using silicon carbide, the switching loss generated during the on/off operation is reduced, so that when used in an inverter, the carrier frequency is one digit higher than that of a conventional semiconductor device using silicon. Applied. When the semiconductor device is applied at a high frequency, the heat generation temperature of the chip becomes high, which affects the reliability of the semiconductor device. In particular, a bonding wire is bonded to the front surface electrode on the front surface side of the substrate as a wiring material for extracting the electric potential of the front surface electrode to the outside. When used in, the adhesion between the front surface electrode and the bonding wire is reduced and reliability is affected.

炭化珪素半導体装置は、230℃以上の高温度で使用することがあるため、ボンディングワイヤの代わりにピン状の外部端子電極をおもて面電極にはんだで接合する場合がある。これにより、おもて面電極と外部端子電極との密着性が低下することを防止できる。 Since the silicon carbide semiconductor device may be used at a high temperature of 230° C. or higher, a pin-shaped external terminal electrode may be bonded to the front surface electrode by soldering instead of the bonding wire. This can prevent the adhesion between the front surface electrode and the external terminal electrode from decreasing.

図14は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。図14に示すように、半導体チップ150は、主電流が流れる活性領域140の外周部に、活性領域140の周囲を囲んで耐圧を保持するエッジ終端領域141が設けられている。活性領域140には、ゲートポリシリコン電極133を介してゲート電極と電気的に接続するゲート電極パッド122と、ソース電極と電気的に接続するソース電極パッド115と、ゲート抵抗1
34と、が設けられている。
FIG. 14 is a top view showing a structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 14, in the semiconductor chip 150, an edge termination region 141 that surrounds the periphery of the active region 140 and holds the breakdown voltage is provided on the outer periphery of the active region 140 through which the main current flows. In the active region 140, the gate electrode pad 122 electrically connected to the gate electrode through the gate polysilicon electrode 133, the source electrode pad 115 electrically connected to the source electrode, and the gate resistor 1
34 and are provided.

ソース電極パッド115には、第1保護膜121が設けられ、第1保護膜121内のめっき膜116上で、はんだ(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。同様に、ゲート電極パッド122には、第1保護膜121が設けられ、第1保護膜121内のめっき膜116上で、はんだ(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。 A first protective film 121 is provided on the source electrode pad 115, and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plated film 116 in the first protective film 121 via a solder (not shown). Similarly, a first protective film 121 is provided on the gate electrode pad 122, and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plated film 116 in the first protective film 121 via a solder (not shown). ..

炭化珪素半導体装置が用いられる装置の大電流化に伴い、炭化珪素半導体素子の電流容量を向上させるため、炭化珪素半導体素子を並列に接続して用いることが行われている。並列接続を行うと、炭化珪素半導体素子間で特性にバラツキがあると素子の均一動作が難しくなる。例えば、スイッチング時に素子間のアンバランスが発生して、電流と電圧の発振が発生する場合がある。このため、外付けチップ抵抗を接続して、炭化珪素半導体素子の均一動作を図る方法が知られている。 With the increase in current of devices using silicon carbide semiconductor devices, silicon carbide semiconductor devices are used in parallel connection in order to improve the current capacity of the silicon carbide semiconductor devices. If they are connected in parallel, uniform operation of the elements becomes difficult if there are variations in characteristics among the silicon carbide semiconductor elements. For example, an imbalance between elements may occur during switching, resulting in oscillation of current and voltage. Therefore, a method is known in which an external chip resistor is connected to achieve uniform operation of the silicon carbide semiconductor element.

しかしながら、並列接続される炭化珪素半導体素子数が増えると、各炭化珪素半導体素子に接続される外付けチップ抵抗の数も増えるため、製造プロセスの複雑化やコストが上昇する。このため、外付けチップ抵抗と同等の効果を有するゲート抵抗134を、半導体素子に内蔵させている。 However, as the number of silicon carbide semiconductor elements connected in parallel increases, the number of external chip resistors connected to each silicon carbide semiconductor element also increases, which complicates the manufacturing process and increases costs. Therefore, the gate resistor 134 having the same effect as the external chip resistor is built in the semiconductor element.

内蔵ゲート抵抗に大電流が流れた場合の発熱を抑制するため、内蔵ゲート抵抗をフィールド絶縁膜の上面に形成し、層間絶縁膜が内蔵ゲート抵抗を覆い、層間絶縁膜の厚さを、ゲートコンタクトホールとゲートコンタクトホールとの間の領域の少なくとも一部で、他の領域よりも薄くする技術が公知である(例えば、下記特許文献1参照)。 In order to suppress heat generation when a large current flows through the built-in gate resistor, the built-in gate resistor is formed on the upper surface of the field insulating film, the interlayer insulating film covers the built-in gate resistor, and the thickness of the interlayer insulating film is changed to the gate contact. A technique is known in which at least a part of a region between a hole and a gate contact hole is made thinner than other regions (for example, refer to Patent Document 1 below).

特開2016−58466号公報JP, 2016-58466, A

従来のゲート抵抗134は、図14に示すように、ゲート電極パッド122の一部に隣接して、活性領域140の内部に埋め込む形で、ソース電極パッド115とゲート電極パッド122との間に設けられる。ゲート抵抗134は、ゲートポリシリコン電極133の一部を延在させ(不図示)、ゲートポリシリコン電極133とゲート電極パッド122との間の抵抗となるように設けられる。 As shown in FIG. 14, the conventional gate resistor 134 is provided between the source electrode pad 115 and the gate electrode pad 122 so as to be adjacent to a part of the gate electrode pad 122 and embedded in the active region 140. To be The gate resistance 134 is provided so as to extend a part of the gate polysilicon electrode 133 (not shown) and serve as a resistance between the gate polysilicon electrode 133 and the gate electrode pad 122.

しかしながら、上記の構造では、ソース電極パッド115に外部端子電極を固定する際に、はんだが、ソース電極パッド115の第1保護膜121とソース電極との間に回り込み、このはんだによりソース電極とゲート抵抗134とが短絡(ショート)し、炭化珪素半導体装置が劣化する場合がある。また、ソース電極とゲート抵抗134とが短絡しないようにするためには、はんだ工程での工程の難易度が高くなる。さらに、ゲート抵抗134をソース電極パッド115とゲート電極パッド112との間に設けることにより、活性領域140の面積が減少し、オン抵抗が増加する。 However, in the above structure, when the external terminal electrode is fixed to the source electrode pad 115, the solder wraps around between the first protective film 121 of the source electrode pad 115 and the source electrode, and the solder causes the source electrode and the gate electrode. The resistor 134 may be short-circuited and the silicon carbide semiconductor device may be deteriorated. Further, in order to prevent the source electrode and the gate resistor 134 from being short-circuited, the difficulty of the soldering process increases. Further, by providing the gate resistance 134 between the source electrode pad 115 and the gate electrode pad 112, the area of the active region 140 is reduced and the on-resistance is increased.

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、ゲート抵抗を素子内に内蔵し、ソース電極とゲート抵抗との短絡を防止できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, the present invention provides a semiconductor device in which a gate resistor is built in the element and a short circuit between the source electrode and the gate resistor can be prevented, and a method of manufacturing the semiconductor device. And

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層が設けられる。前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に選択的に第2導電型の第2半導体層が設けられる。前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜が設けられる。前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極が設けられる。前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に第1電極が設けられる。前記第1電極上に、選択的にめっき膜が設けられる。前記めっき膜上に、選択的にはんだ膜が設けられる。前記半導体基板の裏面に第2電極が設けられる。前記ゲート電極と電気的に接続する、オン状態の時に主電流が流れる活性領域の周囲を囲むゲート配線が設けられる。ゲート信号が入力されるゲート電極パッドが設けられる。前記ゲート電極パッドと前記ゲート配線とに挟まれる領域の、前記はんだ膜と対向する部分にゲート抵抗が設けられる。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, the semiconductor device according to the present invention has the following features. A first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than that of the semiconductor substrate is provided on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate. A second conductive type second semiconductor layer is selectively provided on a surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side. A first semiconductor region of the first conductivity type is selectively provided in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side. A gate insulating film is provided in contact with the second semiconductor layer. A gate electrode is provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer. A first electrode is provided on the surfaces of the second semiconductor layer and the first semiconductor region. A plating film is selectively provided on the first electrode. A solder film is selectively provided on the plating film. A second electrode is provided on the back surface of the semiconductor substrate. A gate wiring is provided that is electrically connected to the gate electrode and surrounds an active region in which a main current flows in the ON state. A gate electrode pad to which a gate signal is input is provided. A gate resistance is provided in a portion facing the solder film in a region sandwiched between the gate electrode pad and the gate wiring.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記第1半導体領域および前記第2半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられることを特徴とする。 In the semiconductor device according to the present invention according to the above-mentioned invention, the semiconductor device further includes a trench that penetrates the first semiconductor region and the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer, and the gate electrode is a trench of the trench. It is characterized in that it is provided inside through the gate insulating film.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記ゲート抵抗を評価するための、前記ゲート配線と電気的に接続するゲート抵抗パッドをさらに備えることを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the semiconductor device further includes a gate resistance pad for electrically evaluating the gate resistance and electrically connected to the gate wiring.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記ゲート抵抗は前記第1電極と隣接していることを特徴とする。 The semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-mentioned invention, the gate resistance is adjacent to the first electrode.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。まず、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程を行う。次に、前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に選択的に第2導電型の第2半導体層を形成する第2工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第3工程を行う。次に、前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜を形成する第4工程を行う。次に、前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極を形成する第5工程を行う。次に、前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第6工程を行う。次に、前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に第1電極を形成する第7工程を行う。次に、前記第1電極上に、選択的にめっき膜を形成する第8工程を行う。次に、前記めっき膜上に、選択的にはんだ膜を形成する第9工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面に第2電極を形成する第10工程を行う。次に、前記ゲート電極と電気的に接続する、オン状態の時に主電流が流れる活性領域の周囲を囲むゲート配線を形成する第11工程を行う。次に、ゲート信号が入力されるゲート電極パッドを形成する第12工程を行う。次に、前記ゲート電極パッドと前記ゲート配線とに挟まれる領域の、前記はんだ膜と対向する部分にゲート抵抗を形成する第13工程を行う。 In order to solve the problems described above and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has the following features. First, a first step of forming a first conductive type first semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate is performed on the front surface of the first conductive type semiconductor substrate. Then, a second step of selectively forming a second conductive type second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side is performed. Next, a third step of selectively forming a first semiconductor region of the first conductivity type on a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side is performed. Next, a fourth step of forming a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer is performed. Next, a fifth step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer is performed. Next, a sixth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode is performed. Next, a seventh step of forming a first electrode on the surfaces of the second semiconductor layer and the first semiconductor region is performed. Next, an eighth step of selectively forming a plating film on the first electrode is performed. Next, a ninth step of selectively forming a solder film on the plating film is performed. Next, a tenth step of forming a second electrode on the back surface of the semiconductor substrate is performed. Next, an eleventh step of forming a gate wiring that is electrically connected to the gate electrode and surrounds an active region in which a main current flows in the ON state is performed. Next, a twelfth step of forming a gate electrode pad to which a gate signal is input is performed. Next, a thirteenth step of forming a gate resistor in a portion facing the solder film in a region sandwiched between the gate electrode pad and the gate wiring is performed.

上述した発明によれば、ゲート電極パッドとエッジ終端領域とに挟まれたゲートポリシリコン電極の部分にゲート抵抗が設けられる。これにより、ソース電極とゲート抵抗とが短絡することを防止できる。また、活性領域内にゲート抵抗を設けていないため、活性領域の面積が減少せず、ゲート抵抗によりオン抵抗が減少することがない。 According to the invention described above, the gate resistance is provided in the portion of the gate polysilicon electrode sandwiched between the gate electrode pad and the edge termination region. This can prevent the source electrode and the gate resistance from being short-circuited. Further, since the gate resistance is not provided in the active region, the area of the active region does not decrease, and the on-resistance does not decrease due to the gate resistance.

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によれば、ゲート抵抗を素子内に内蔵し、ソース電極とゲート抵抗との短絡を防止できるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device of the present invention, the effect that the gate resistance is built in the element and the short circuit between the source electrode and the gate resistance can be prevented.

実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the silicon carbide semiconductor device concerning embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のA−A’部分の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the portion along the line A-A′ in FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のB−B’部分の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a B-B′ portion in FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のC−C’部分の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structure of a C-C′ portion of FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のD−D’部分の構造を示す断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the portion along the line D-D′ of FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置と従来の炭化珪素半導体装置のGSショート率を示すグラフである。7 is a graph showing GS short-circuit rates of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment and a conventional silicon carbide semiconductor device. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その1)。FIG. 3 is a cross-sectional view (1) schematically showing a state in which the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is being manufactured. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その2)。FIG. 3 is a cross-sectional view (2) schematically showing a state in which the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is being manufactured. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その3)。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in the process of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 3). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その4)。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in the process of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 4). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その5)。FIG. 7 is a cross-sectional view (5) schematically showing a state in which the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is being manufactured. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その6)。FIG. 6 is a cross sectional view schematically showing a state in the process of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 6). 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その7)。FIG. 7 is a cross sectional view schematically showing a state in the process of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 7). 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the conventional silicon carbide 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。本明細書およ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+および−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および低不純物濃度であることを意味する。+および−を含めたnやpの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同等とは限らない。なお、以下の実施の形態の説明およ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。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“−”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“−”を付けることで負の指数をあらわしている。 Preferred embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, in a layer or region prefixed with n or p, it means that electrons or holes are majority carriers. Further, + and − attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and the impurity concentration is lower than that of the layer or region to which it is not attached, respectively. The same notation for n and p including + and − indicates that the concentrations are close to each other, and the concentrations are not necessarily equal. Note that, in the following description of the embodiments and the accompanying drawings, the same reference numerals are given to the same configurations, and duplicate description will be omitted. Further, in the present specification, in the Miller index notation, "-" means a bar attached to the index immediately after it, and "-" is added before the index to represent a negative index.

(実施の形態)
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、MOSFETを例に説明する。
(Embodiment)
The semiconductor device according to the present invention is configured by using a wide band gap semiconductor. In the embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured by using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide band gap semiconductor will be described by taking a MOSFET as an example.

図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。図1に示すように、炭化珪素半導体素子は、主電流が流れる活性領域40の外周部に、活性領域40の周囲を囲んで耐圧を保持するエッジ終端領域41が設けられている。 FIG. 1 is a top view showing a structure of a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment. As shown in FIG. 1, in the silicon carbide semiconductor device, an edge termination region 41 that surrounds the periphery of active region 40 and holds a breakdown voltage is provided on the outer periphery of active region 40 in which a main current flows.

活性領域40には、ゲートポリシリコン電極(ゲート配線)33を介してゲート電極と電気的に接続するゲート電極パッド22と、ソース電極と電気的に接続するソース電極パッド15と、ゲート抵抗34と、が設けられている。 In the active region 40, the gate electrode pad 22 electrically connected to the gate electrode via the gate polysilicon electrode (gate wiring) 33, the source electrode pad 15 electrically connected to the source electrode, and the gate resistor 34. , Are provided.

ソース電極パッド15には、第1保護膜21が設けられ、第1保護膜21内のめっき膜16上で、はんだ(はんだ膜)(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。同様に、ゲート電極パッド22には、第1保護膜21が設けられ、第1保護膜21内のめっき膜16上で、はんだ(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。 A first protective film 21 is provided on the source electrode pad 15, and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plating film 16 in the first protective film 21 via a solder (solder film) (not shown). To be Similarly, the gate electrode pad 22 is provided with a first protective film 21, and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plating film 16 in the first protective film 21 via a solder (not shown). ..

また、活性領域40には、ゲート抵抗34の抵抗値を測定するための電極パッドであるゲート抵抗パッド35を設けてもよい。ゲート抵抗パッド35は、ゲート電極パッド22と電気的に接続されている。したがって、ゲート抵抗パッド35は、ゲート抵抗34を介してゲート電極パッド22と電気的に接続されている。 Further, the active region 40 may be provided with a gate resistance pad 35 which is an electrode pad for measuring the resistance value of the gate resistance 34. The gate resistance pad 35 is electrically connected to the gate electrode pad 22. Therefore, the gate resistance pad 35 is electrically connected to the gate electrode pad 22 via the gate resistance 34.

エッジ終端領域41は、活性領域40と半導体チップ50側面との間の領域であり、半導体チップ50のおもて面側の電界を緩和して耐圧(耐電圧)を保持するための領域である。エッジ終端領域41には、例えばガードリングや接合終端(JTE:Junction Termination Extension)構造を構成するp型領域(不図示)や、フィールドプレート、リサーフ等の耐圧構造(不図示)が配置される。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。 The edge termination region 41 is a region between the active region 40 and the side surface of the semiconductor chip 50, and is a region for relaxing the electric field on the front surface side of the semiconductor chip 50 and maintaining the breakdown voltage (withstand voltage). .. In the edge termination region 41, for example, a p-type region (not shown) forming a guard ring or a junction termination (JTE: Junction Termination Extension) structure, and a pressure resistant structure (not shown) such as a field plate and a RESURF are arranged. The breakdown voltage is a limit voltage at which the device does not malfunction or break down.

実施の形態では、ゲート電極パッド22とエッジ終端領域41とに挟まれた領域の、はんだと対向する部分のゲートポリシリコン電極33の部分に電気的に接続したゲート抵抗34が設けられる。これにより、ソース電極パッド15を形成し、ソース電極パッド15に外部端子電極をはんだで固定する際に、はんだ(はんだ膜)17が、第1保護膜21とめっき膜16との間に回り込んだとしても、ゲート抵抗34が、ソース電極パッド15と反対側、つまりソース電極が設けられていない領域に設けられているため、このはんだによりソース電極とゲート抵抗34とが短絡することがない。また、活性領域40内の、有効領域(MOSゲートとして機能する領域)1aにゲート抵抗34を設けていないため、活性領域40の面積が減少せず、ゲート抵抗34によりオン抵抗が減少することがない。また、ゲート抵抗34がゲート電極パッド22とゲートポリシリコン電極33との間に配置されるため、ゲート抵抗34に接続するゲートポリシリコン電極33を形成する必要が無くなり、形成工数を減少させることができる。なお、ゲート電極パッド22とエッジ終端領域41とに挟まれた領域であって、ゲート抵抗34が設けられていない領域には、有効領域1aと同様のMOSゲート構造が設けられている。すなわち、ゲート抵抗34の両側にはソース電極パッド15が隣接して設けられている。 In the embodiment, the gate resistor 34 electrically connected to the portion of the gate polysilicon electrode 33 facing the solder in the region sandwiched between the gate electrode pad 22 and the edge termination region 41 is provided. Thereby, when the source electrode pad 15 is formed and the external terminal electrode is fixed to the source electrode pad 15 with solder, the solder (solder film) 17 wraps around between the first protective film 21 and the plating film 16. Even so, since the gate resistance 34 is provided on the side opposite to the source electrode pad 15, that is, in the region where the source electrode is not provided, the solder does not short-circuit the source electrode and the gate resistance 34. In addition, since the gate resistance 34 is not provided in the effective area (area that functions as a MOS gate) 1a in the active area 40, the area of the active area 40 does not decrease, and the on resistance may decrease due to the gate resistance 34. Absent. Further, since the gate resistor 34 is arranged between the gate electrode pad 22 and the gate polysilicon electrode 33, it is not necessary to form the gate polysilicon electrode 33 connected to the gate resistor 34, and the number of forming steps can be reduced. it can. In the region sandwiched between the gate electrode pad 22 and the edge termination region 41, where the gate resistor 34 is not provided, a MOS gate structure similar to that of the effective region 1a is provided. That is, the source electrode pads 15 are provided adjacent to both sides of the gate resistor 34.

図2は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のA−A’部分の構造を示す断面図である。図2は、ソース電極パッド15の下の炭化珪素半導体装置の構造を示す。図2に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層(第1導電型の第1半導体層)2が堆積されている。 FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the AA′ portion in FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 2 shows the structure of the silicon carbide semiconductor device below the source electrode pad 15. As shown in FIG. 2, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment has a first main surface (front surface) of an n + type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1, for example, (0001). An n-type silicon carbide epitaxial layer (first conductivity type first semiconductor layer) 2 is deposited on the surface (Si surface).

+型炭化珪素基板1は、例えば窒素(N)がドーピングされた炭化珪素単結晶基板である。n型炭化珪素エピタキシャル層2は、n+型炭化珪素基板1よりも低い不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされている低濃度n型ドリフト層である。n型炭化珪素エピタキシャル層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面には、n型高濃度領域6が形成されている。n型高濃度領域6は、n+型炭化珪素基板1よりも低くn型炭化珪素エピタキシャル層2よりも高い不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされている高濃度n型ドリフト層である。n型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側には、p型炭化珪素エピタキシャル層3が設けられている。以下、n+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2と型炭化珪素エピタキシャル層(第2導電型の第2半導体層)3とを併せて炭化珪素半導体基体とする。 The n + type silicon carbide substrate 1 is, for example, a silicon carbide single crystal substrate doped with nitrogen (N). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is a low-concentration n-type drift layer having a lower impurity concentration than the n + -type silicon carbide substrate 1 and doped with, for example, nitrogen. An n-type high concentration region 6 is formed on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side. The n-type high-concentration region 6 is a high-concentration n-type drift layer doped with, for example, nitrogen with an impurity concentration lower than that of the n + -type silicon carbide substrate 1 and higher than that of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. A p-type silicon carbide epitaxial layer 3 is provided on the base body first main surface side of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. Hereinafter, the n + type silicon carbide substrate 1, the n type silicon carbide epitaxial layer 2, and the type silicon carbide epitaxial layer (second semiconductor layer of the second conductivity type) 3 are collectively referred to as a silicon carbide semiconductor substrate.

図2に示すように、n+型炭化珪素基板1の第2主面(裏面、すなわち炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極14が設けられている。裏面電極14は、ドレイン電極を構成する。裏面電極14の表面には、ドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 As shown in FIG. 2, a back electrode 14 is provided on the second main surface (back surface, that is, the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate) of n + type silicon carbide substrate 1. The back surface electrode 14 constitutes a drain electrode. A drain electrode pad (not shown) is provided on the surface of the back electrode 14.

炭化珪素半導体基体の第1主面側(p型炭化珪素エピタキシャル層3側)には、ストライプ状のトレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ18は、p型炭化珪素エピタキシャル層3のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面からp型炭化珪素エピタキシャル層3を貫通してn型高濃度領域6に達する。トレンチ18の内壁に沿って、トレンチ18の底部および側壁にゲート絶縁膜9が形成されており、トレンチ18内のゲート絶縁膜9の内側にストライプ状のゲート電極10が形成されている。ゲート絶縁膜9によりゲート電極10が、n型高濃度領域6およびp型炭化珪素エピタキシャル層3と絶縁されている。ゲート電極10の一部は、トレンチ18の上方(ソース電極パッド15側)からソース電極パッド15側に突出している。 A stripe-shaped trench structure is formed on the first main surface side (p-type silicon carbide epitaxial layer 3 side) of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, trench 18 is formed from the surface of p type silicon carbide epitaxial layer 3 opposite to the side of n + type silicon carbide substrate 1 (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate) to p type silicon carbide epitaxial layer. The n-type high concentration region 6 is reached through the layer 3. A gate insulating film 9 is formed on the bottom and side walls of the trench 18 along the inner wall of the trench 18, and a striped gate electrode 10 is formed inside the gate insulating film 9 in the trench 18. Gate electrode 10 is insulated by gate insulating film 9 from n-type high concentration region 6 and p-type silicon carbide epitaxial layer 3. A part of the gate electrode 10 projects from above the trench 18 (source electrode pad 15 side) to the source electrode pad 15 side.

n型高濃度領域6のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面層には、第1p+型ベース領域4が選択的に設けられている。第2p+型ベース領域5はトレンチ18の下に形成されており、第2p+型ベース領域5の幅はトレンチ18の幅よりも広い。第1p+型ベース領域4と第2p+型ベース領域5は、例えばアルミニウムがドーピングされている。 A first p + type base region 4 is selectively provided in the surface layer of the n type high concentration region 6 on the side opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). Has been. The second p + type base region 5 is formed below the trench 18, and the width of the second p + type base region 5 is wider than the width of the trench 18. The first p + type base region 4 and the second p + type base region 5 are doped with, for example, aluminum.

第1p+型ベース領域4の一部をトレンチ18側に延在させることで第2p+型ベース領域5に接続した構造となっていてもよい。この場合、第1p+型ベース領域4の一部は、第1p+型ベース領域4と第2p+型ベース領域5とが並ぶ方向(以下、第1方向とする)yと直交する方向(以下、第2方向とする)xに、n型高濃度領域6と交互に繰り返し配置された平面レイアウトを有していてもよい。例えば、第1p+型ベース領域4の一部を第1方向xの両側のトレンチ18側に延在し、第2p+型ベース領域5の一部と接続する構造を第2方向xに周期的に配置してもよい。その理由は、第2p+型ベース領域5とn型炭化珪素エピタキシャル層2の接合部分でアバランシェ降伏が起こったときに発生するホールを効率よくソース電極13に退避させることでゲート絶縁膜9への負担を軽減し信頼性をあげるためである。 The structure may be such that a part of the first p + type base region 4 is extended to the trench 18 side to be connected to the second p + type base region 5. In this case, a portion of the first 1p + -type base region 4, and the 1p + -type base region 4 a 2p + -type base region 5 and is arranged direction (hereinafter, referred to as a first direction) direction perpendicular to the y (hereinafter , And the second direction) x may have a planar layout in which the n-type high-concentration regions 6 are alternately and repeatedly arranged. For example, a structure in which a part of the first p + type base region 4 extends to the trench 18 side on both sides in the first direction x and is connected to a part of the second p + type base region 5 is periodically formed in the second direction x. It may be arranged at. The reason is that the holes generated when avalanche breakdown occurs at the junction between the second p + type base region 5 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 are efficiently saved in the source electrode 13 so that the gate insulating film 9 is exposed. This is to reduce the burden and increase reliability.

p型炭化珪素エピタキシャル層3の内部には、基体第1主面側にn+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)7およびp++型コンタクト領域8が選択的に設けられている。n+型ソース領域7はトレンチ18に接している。また、n+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8は互いに接する。また、n型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側の表面層の第1p+型ベース領域4と第2p+型ベース領域5に挟まれた領域と、p型炭化珪素エピタキシャル層3と第2p+型ベース領域5に挟まれた領域にn型高濃度領域6が設けられている。 Inside the p-type silicon carbide epitaxial layer 3, an n + type source region (first semiconductor region of the first conductivity type) 7 and a p ++ type contact region 8 are selectively provided on the first main surface side of the substrate. ing. The n + type source region 7 is in contact with the trench 18. The n + type source region 7 and the p ++ type contact region 8 are in contact with each other. Further, a region between the first p + type base region 4 and the second p + type base region 5 of the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the side of the first main surface of the substrate, and the p-type silicon carbide epitaxial layer 3 An n-type high concentration region 6 is provided in a region sandwiched by the second p + type base regions 5.

図2では、2つのトレンチMOS構造のみを図示しているが、さらに多くのトレンチ構造のMOSゲート(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造が並列に配置されていてもよい。 In FIG. 2, only two trench MOS structures are shown, but more MOS gates having a trench structure (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) structure may be arranged in parallel.

層間絶縁膜11は、炭化珪素半導体基体の第1主面側の全面に、トレンチ18に埋め込まれたゲート電極10を覆うように設けられている。ソース電極13は、層間絶縁膜11に開口されたコンタクトホールを介して、n+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8に接する。ソース電極13は、例えば、NiSi膜からなる。層間絶縁膜11に開口されるコンタクトホールは、ゲート電極10の形状に対応してストライプ状となっている。ソース電極13は、層間絶縁膜11によって、ゲート電極10と電気的に絶縁されている。ソース電極13上には、ソース電極パッド15が設けられている。ソース電極パッド15は、例えば、第1TiN膜25、第1Ti膜26、第2TiN膜27、第2Ti膜28およびAl合金膜29を積層してなる。ソース電極13と層間絶縁膜11との間に、例えばソース電極13からゲート電極10側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル(不図示)が設けられていてもよい。 Interlayer insulating film 11 is provided on the entire surface of the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate so as to cover gate electrode 10 buried in trench 18. The source electrode 13 is in contact with the n + type source region 7 and the p ++ type contact region 8 through a contact hole opened in the interlayer insulating film 11. The source electrode 13 is made of, for example, a NiSi film. The contact hole opened in the interlayer insulating film 11 has a stripe shape corresponding to the shape of the gate electrode 10. The source electrode 13 is electrically insulated from the gate electrode 10 by the interlayer insulating film 11. A source electrode pad 15 is provided on the source electrode 13. The source electrode pad 15 is formed by stacking, for example, a first TiN film 25, a first Ti film 26, a second TiN film 27, a second Ti film 28 and an Al alloy film 29. A barrier metal (not shown) that prevents diffusion of metal atoms from the source electrode 13 to the gate electrode 10 side may be provided between the source electrode 13 and the interlayer insulating film 11.

ソース電極パッド15の上部には、めっき膜16が選択的に設けられ、めっき膜16の表面側にはんだ17が選択的に設けられる。はんだ17には、ソース電極13の電位を外部に取り出す配線材である外部端子電極19が設けられる。外部端子電極19は、針状のピン形状を有し、ソース電極パッド15に直立した状態で接合される。 The plating film 16 is selectively provided on the source electrode pad 15, and the solder 17 is selectively provided on the surface side of the plating film 16. The solder 17 is provided with an external terminal electrode 19 which is a wiring material for extracting the potential of the source electrode 13 to the outside. The external terminal electrode 19 has a needle pin shape and is joined to the source electrode pad 15 in an upright state.

ソース電極パッド15の表面のめっき膜16以外の部分は、第1保護膜21で覆われている。具体的には、ソース電極パッド15を覆うように第1保護膜21が設けられており、第1保護膜21の開口部にめっき膜16およびはんだ膜17を介して外部端子電極19が接合されている。めっき膜16と第1保護膜21との境界は、第2保護膜23で覆われている。第1保護膜21、第2保護膜23は、例えばポリイミド膜である。 A portion of the surface of the source electrode pad 15 other than the plating film 16 is covered with the first protective film 21. Specifically, the first protective film 21 is provided so as to cover the source electrode pad 15, and the external terminal electrode 19 is bonded to the opening of the first protective film 21 via the plating film 16 and the solder film 17. ing. The boundary between the plating film 16 and the first protective film 21 is covered with the second protective film 23. The first protective film 21 and the second protective film 23 are, for example, polyimide films.

図3は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のB−B’部分の構造を示す断面図である。図3は、ゲート電極パッド22下の炭化珪素半導体装置の構造を示す。図3に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積されている。 FIG. 3 is a cross-sectional view showing the structure of the portion BB′ of FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 3 shows the structure of the silicon carbide semiconductor device below the gate electrode pad 22. As shown in FIG. 3, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment has a first main surface (front surface) of an n + type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1, for example, (0001). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on the surface (Si surface).

n型炭化珪素エピタキシャル層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面には、n型高濃度領域6が設けられている。n型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側には、p型炭化珪素エピタキシャル層3が設けられている。n型高濃度領域6とp型炭化珪素エピタキシャル層3との間に第1p+型ベース領域4が設けられている。 An n-type high concentration region 6 is provided on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side. A p-type silicon carbide epitaxial layer 3 is provided on the base body first main surface side of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. First p + type base region 4 is provided between n type high concentration region 6 and p type silicon carbide epitaxial layer 3.

図3に示すように、n+型炭化珪素基板1の第2主面(裏面、すなわち炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極14が設けられている。裏面電極14の表面には、ドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 As shown in FIG. 3, back electrode 14 is provided on the second main surface (back surface, that is, back surface of the silicon carbide semiconductor substrate) of n + type silicon carbide substrate 1. A drain electrode pad (not shown) is provided on the surface of the back electrode 14.

p型炭化珪素エピタキシャル層3の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面には、ソースの電位とゲート電極10を絶縁するためのゲート絶縁膜9が設けられている。ゲート絶縁膜9上の層間絶縁膜11のコンタクトホール内には、ゲート電極10と電気的に接続するゲートポリシリコン電極33が設けられ、ゲートポリシリコン電極33上にゲート電極パッド22が設けられている。 On the surface of p type silicon carbide epitaxial layer 3 opposite to the side of n + type silicon carbide substrate 1, a gate insulating film 9 for insulating the potential of the source from gate electrode 10 is provided. A gate polysilicon electrode 33 electrically connected to the gate electrode 10 is provided in the contact hole of the interlayer insulating film 11 on the gate insulating film 9, and a gate electrode pad 22 is provided on the gate polysilicon electrode 33. There is.

ゲート電極パッド22の上部には、めっき膜16が選択的に設けられ、めっき膜16の表面側にはんだ17が選択的に設けられる。はんだ17には、ゲート電極10の電位を外部に取り出す配線材である外部端子電極19が設けられる。外部端子電極19は、針状のピン形状を有し、ゲート電極パッド22に直立した状態で接合される。 The plating film 16 is selectively provided on the gate electrode pad 22, and the solder 17 is selectively provided on the surface side of the plating film 16. The solder 17 is provided with an external terminal electrode 19 which is a wiring material for extracting the potential of the gate electrode 10 to the outside. The external terminal electrode 19 has a needle pin shape and is joined to the gate electrode pad 22 in an upright state.

ゲート電極パッド22の表面のめっき膜16以外の部分は、第1保護膜21で覆われている。具体的には、ゲート電極パッド22を覆うように第1保護膜21が設けられており、第1保護膜21の開口部にめっき膜16およびはんだ膜17を介して外部端子電極19が接合されている。めっき膜16と第1保護膜21との境界は、第2保護膜23で覆われている。第1保護膜21、第2保護膜23は、例えばポリイミド膜である。 The portion of the surface of the gate electrode pad 22 other than the plating film 16 is covered with the first protective film 21. Specifically, the first protective film 21 is provided so as to cover the gate electrode pad 22, and the external terminal electrode 19 is bonded to the opening of the first protective film 21 via the plating film 16 and the solder film 17. ing. The boundary between the plating film 16 and the first protective film 21 is covered with the second protective film 23. The first protective film 21 and the second protective film 23 are, for example, polyimide films.

図4は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のC−C’部分の構造を示す断面図である。図4は、ゲート抵抗34下の炭化珪素半導体装置の構造を示す。図4に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積されている。 FIG. 4 is a cross-sectional view showing the structure of the CC′ portion of FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 4 shows the structure of the silicon carbide semiconductor device below the gate resistor 34. As shown in FIG. 4, the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment has a first main surface (front surface) of an n + -type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1, for example, (0001). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on the surface (Si surface).

n型炭化珪素エピタキシャル層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面には、n型高濃度領域6が設けられている。n型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側には、p型炭化珪素エピタキシャル層3が設けられている。n型高濃度領域6とp型炭化珪素エピタキシャル層3との間に第1p+型ベース領域4が設けられている。 An n-type high concentration region 6 is provided on the surface of n-type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side. A p-type silicon carbide epitaxial layer 3 is provided on the base body first main surface side of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. First p + type base region 4 is provided between n type high concentration region 6 and p type silicon carbide epitaxial layer 3.

図4に示すように、n+型炭化珪素基板1の第2主面(裏面、すなわち炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極14が設けられている。裏面電極14の表面には、ドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 As shown in FIG. 4, back electrode 14 is provided on the second main surface (back surface, that is, back surface of silicon carbide semiconductor substrate) of n + type silicon carbide substrate 1. A drain electrode pad (not shown) is provided on the surface of the back electrode 14.

p型炭化珪素エピタキシャル層3の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面には、ソース電位とゲート電極10を絶縁するためのゲート絶縁膜9が設けられている。ゲート絶縁膜9上の層間絶縁膜11内に、ゲート抵抗34が設けられている。層間絶縁膜11の上部には、第1保護膜21、めっき膜16が設けられている。 A gate insulating film 9 for insulating the gate electrode 10 from the source potential is provided on the surface of p type silicon carbide epitaxial layer 3 opposite to the side of n + type silicon carbide substrate 1. A gate resistor 34 is provided in the interlayer insulating film 11 on the gate insulating film 9. A first protective film 21 and a plating film 16 are provided on the interlayer insulating film 11.

図5は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のD−D’部分の構造を示す断面図である。図5は、ゲート抵抗34下の炭化珪素半導体装置の構造を図4と異なる方向で示す。裏面電極14からゲート絶縁膜9まで形状は図4と同様の形状である。 FIG. 5 is a cross-sectional view showing the structure of the portion D-D′ of FIG. 1 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment. FIG. 5 shows the structure of the silicon carbide semiconductor device below gate resistance 34 in a direction different from that of FIG. The shape from the back surface electrode 14 to the gate insulating film 9 is the same as that in FIG.

図5に示すように、ゲート絶縁膜9上にゲートポリシリコン電極33とゲート抵抗34とが離されて設けられている。これらの間にゲート電極パッド22を設けることで、ゲートポリシリコン電極33とゲート抵抗34とが電気的に接続されている。ゲート電極パッド22とゲート抵抗34上に第1保護膜21が設けられ、第1保護膜21上にめっき膜が設けられている。 As shown in FIG. 5, a gate polysilicon electrode 33 and a gate resistor 34 are provided on the gate insulating film 9 so as to be separated from each other. By providing the gate electrode pad 22 between them, the gate polysilicon electrode 33 and the gate resistor 34 are electrically connected. A first protective film 21 is provided on the gate electrode pad 22 and the gate resistor 34, and a plating film is provided on the first protective film 21.

図6は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置と従来の炭化珪素半導体装置のGSショート率を示すグラフである。GSショート率とは、製造した炭化珪素半導体装置の中で、ゲート電極10とソース電極13とが短絡した炭化珪素半導体装置の割合を示す。ゲート電極10とソース電極13との短絡の中には、はんだ17によるソース電極13とゲート抵抗34との短絡が含まれる。 FIG. 6 is a graph showing the GS short-circuit rates of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment and the conventional silicon carbide semiconductor device. The GS short-circuit rate refers to the proportion of silicon carbide semiconductor devices in which the gate electrode 10 and the source electrode 13 are short-circuited in the manufactured silicon carbide semiconductor device. The short circuit between the gate electrode 10 and the source electrode 13 includes a short circuit between the source electrode 13 and the gate resistor 34 due to the solder 17.

図6に示すように、GSショート率は、従来の炭化珪素半導体装置では40%程度であるのに対して、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置では、0%となり、ゲート抵抗を素子内に内蔵する場合でも、ソース電極とゲート抵抗との短絡を防止できていることがわかる。 As shown in FIG. 6, the GS short-circuit rate is about 40% in the conventional silicon carbide semiconductor device, while it is 0% in the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment, and the gate resistance is within the element. It can be seen that the short circuit between the source electrode and the gate resistance can be prevented even when it is built in.

(実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
次に、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図7〜図13は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。
(Method of Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment)
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment will be described. 7 to 13 are cross-sectional views schematically showing a state in which the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is being manufactured.

まず、n型の炭化珪素でできたn+型炭化珪素基板1を用意する。そして、このn+型炭化珪素基板1の第1主面上に、n型の不純物、例えば窒素原子をドーピングしながら炭化珪素でできた第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aを、例えば30μm程度の厚さまでエピタキシャル成長させる。この第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aは、後述するようにn型炭化珪素エピタキシャル層2となる。ここまでの状態が図7に示されている。 First, an n + type silicon carbide substrate 1 made of n type silicon carbide is prepared. Then, a first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a made of silicon carbide is doped on the first main surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 while being doped with n-type impurities, for example, nitrogen atoms, and has a thickness of, for example, about 30 μm. Until then, epitaxially grow. This first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a becomes n-type silicon carbide epitaxial layer 2 as described later. The state thus far is shown in FIG.

次に、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面上に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のp型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ0.5μm程度の下部第1p+型ベース領域4aを形成する。下部第1p+型ベース領域4aと同時に、トレンチ18の底部となる第2p+型ベース領域5を形成してもよい。隣り合う下部第1p+型ベース領域4aと第2p+型ベース領域5との距離が1.5μm程度となるよう形成する。下部第1p+型ベース領域4aおよび第2p+型ベース領域5の不純物濃度を例えば5×1018/cm3程度に設定する。ここまでの状態が図8に示されている。 Then, on the surface of the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by a photolithography technique. Then, a p-type impurity such as aluminum is injected into the opening of the oxide film to form the lower first p + -type base region 4a having a depth of about 0.5 μm. The second p + -type base region 5 to be the bottom of the trench 18 may be formed simultaneously with the lower first p + -type base region 4a. The first lower p + type base region 4a and the second lower p + type base region 5 adjacent to each other are formed to have a distance of about 1.5 μm. The impurity concentration of the lower first p + type base region 4a and the second p + type base region 5 is set to, for example, about 5×10 18 /cm 3 . The state thus far is shown in FIG.

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のn型の不純物をイオン注入し、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面領域の一部に、例えば深さ0.5μm程度の下部n型高濃度領域6aを設ける。下部n型高濃度領域6aの不純物濃度を例えば1×1017/cm3程度に設定する。 Next, a part of the ion implantation mask is removed, and an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the opening, and a part of the surface region of the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a has a depth of, for example, 0. A lower n-type high concentration region 6a of about 5 μm is provided. The impurity concentration of the lower n-type high concentration region 6a is set to, for example, about 1×10 17 /cm 3 .

次に、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面上に、窒素等のn型の不純物をドーピングした第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bを、0.5μm程度の厚さで形成する。第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bの不純物濃度が3×1015/cm3程度となるように設定する。以降、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aと第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bを合わせて、n型炭化珪素エピタキシャル層2となる。 Next, a second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b doped with an n-type impurity such as nitrogen is formed on the surface of the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a to a thickness of about 0.5 μm. The impurity concentration of the second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b is set to be about 3×10 15 /cm 3 . Thereafter, the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a and the second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b are combined to form the n-type silicon carbide epitaxial layer 2.

次に、第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bの表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のp型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ0.5μm程度の上部第1p+型ベース領域4bを、下部第1p+型ベース領域4aに重なるように形成する。下部第1p+型ベース領域4aと上部第1p+型ベース領域4bは連続した領域を形成し、第1p+型ベース領域4となる。上部第1p+型ベース領域4bの不純物濃度を例えば5×1018/cm3程度となるように設定する。 Next, on the surface of the second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed by photolithography using, for example, an oxide film. Then, a p-type impurity such as aluminum is injected into the opening of the oxide film to form an upper first p + -type base region 4b having a depth of about 0.5 μm so as to overlap the lower first p + -type base region 4a. To do. The lower first p + -type base region 4a and the upper first p + -type base region 4b form a continuous region and become the first p + -type base region 4. The impurity concentration of the upper first p + type base region 4b is set to be, for example, about 5×10 18 /cm 3 .

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のn型の不純物をイオン注入し、第2炭化珪素エピタキシャル層2bの表面領域の一部に、例えば深さ0.5μm程度の上部n型高濃度領域6bを設ける。上部n型高濃度領域6bの不純物濃度を例えば1×1017/cm3程度に設定する。この上部n型高濃度領域6bと下部n型高濃度領域6aは少なくとも一部が接するように形成され、n型高濃度領域6を形成する。ただし、このn型高濃度領域6が基板全面に形成される場合と、形成されない場合がある。ここまでの状態が図9に示されている。 Next, a part of the ion implantation mask is removed, and an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the opening to form a part of the surface region of the second silicon carbide epitaxial layer 2b at a depth of 0.5 μm, for example. The upper n-type high-concentration region 6b is provided to some extent. The impurity concentration of the upper n-type high concentration region 6b is set to, for example, about 1×10 17 /cm 3 . The upper n-type high-concentration region 6b and the lower n-type high-concentration region 6a are formed so that at least a part thereof is in contact with each other to form the n-type high-concentration region 6. However, this n-type high concentration region 6 may or may not be formed on the entire surface of the substrate. The state thus far is shown in FIG.

次に、n型炭化珪素エピタキシャル層2の表面上に、アルミニウム等のp型不純物をドーピングしたp型炭化珪素エピタキシャル層3を1.3μm程度の厚さで形成する。p型炭化珪素エピタキシャル層3の不純物濃度は4×1017/cm3程度に設定する。ここまでの状態が図10に示されている。 Next, on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2, a p-type silicon carbide epitaxial layer 3 doped with a p-type impurity such as aluminum is formed with a thickness of about 1.3 μm. The impurity concentration of the p-type silicon carbide epitaxial layer 3 is set to about 4×10 17 /cm 3 . The state thus far is shown in FIG.

次に、p型炭化珪素エピタキシャル層3および露出したn型炭化珪素エピタキシャル層2の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。この開口部にリン(P)等のn型の不純物をイオン注入し、p型炭化珪素エピタキシャル層3の表面の一部にn+型ソース領域7を形成する。n+型ソース領域7の不純物濃度は、p型炭化珪素エピタキシャル層3の不純物濃度より高くなるように設定する。次に、n+型ソース領域7の形成に用いたイオン注入用マスクを除去し、同様の方法で、所定の開口部を有するイオン注入用マスクを形成し、p型炭化珪素エピタキシャル層3の表面の一部にアルミニウム等のp型の不純物をイオン注入し、p++型コンタクト領域8を設ける。p++型コンタクト領域8の不純物濃度は、p型炭化珪素エピタキシャル層3の不純物濃度より高くなるように設定する。ここまでの状態が図11に示されている。 Next, on the surfaces of p-type silicon carbide epitaxial layer 3 and exposed n-type silicon carbide epitaxial layer 2, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed by photolithography, for example, an oxide film. An n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into this opening to form an n + -type source region 7 on a part of the surface of the p-type silicon carbide epitaxial layer 3. The impurity concentration of n + type source region 7 is set to be higher than the impurity concentration of p type silicon carbide epitaxial layer 3. Next, the ion implantation mask used for forming the n + type source region 7 is removed, and an ion implantation mask having a predetermined opening is formed by the same method, and the surface of the p-type silicon carbide epitaxial layer 3 is removed. A p + -type contact region 8 is provided by ion-implanting a p-type impurity such as aluminum into a part of the. The impurity concentration of p + + type contact region 8 is set to be higher than the impurity concentration of p type silicon carbide epitaxial layer 3. The state up to this point is shown in FIG.

次に、1700℃程度の不活性ガス雰囲気で熱処理(アニール)を行い、第1p+型ベース領域4、第2p+型ベース領域5、n+型ソース領域7、p++型コンタクト領域8の活性化処理を実施する。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 in an inert gas atmosphere at about 1700° C. to remove the first p + type base region 4, the second p + type base region 5, the n + type source region 7, and the p + + type contact region 8. Perform activation processing. As described above, the ion implantation regions may be collectively activated by one heat treatment, or the heat treatment may be performed and activated each time ion implantation is performed.

次に、p型炭化珪素エピタキシャル層3の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するトレンチ形成用マスクを例えば酸化膜で形成する。次に、ドライエッチングによってp型炭化珪素エピタキシャル層3を貫通し、n型高濃度領域6に達するトレンチ18を形成する。トレンチ18の底部はn型高濃度領域6に形成された第1p+型ベース領域4に達してもよい。次に、トレンチ形成用マスクを除去する。ここまでの状態が図12に示されている。 Next, on the surface of the p-type silicon carbide epitaxial layer 3, a mask for forming a trench having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by photolithography. Next, a trench 18 penetrating the p-type silicon carbide epitaxial layer 3 and reaching the n-type high concentration region 6 is formed by dry etching. The bottom of the trench 18 may reach the first p + type base region 4 formed in the n type high concentration region 6. Then, the trench forming mask is removed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n+型ソース領域7の表面と、トレンチ18の底部および側壁と、に沿ってゲート絶縁膜9を形成する。このゲート絶縁膜9は、酸素雰囲気中において1000℃程度の温度の熱酸化によって形成してもよい。また、このゲート絶縁膜9は高温酸化(High Temperature Oxide:HTO)等のような化学反応によって堆積する方法で形成してもよい。 Next, the gate insulating film 9 is formed along the surface of the n + type source region 7 and the bottom and side walls of the trench 18. The gate insulating film 9 may be formed by thermal oxidation at a temperature of about 1000° C. in an oxygen atmosphere. Further, the gate insulating film 9 may be formed by a method of depositing by a chemical reaction such as high temperature oxidation (HTO).

次に、ゲート絶縁膜9上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ18内を埋めるように形成してもよい。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィによりパターニングし、トレンチ18内部に残すことによって、ゲート電極10を形成する。 Next, a polycrystalline silicon layer doped with, for example, phosphorus atoms is provided on the gate insulating film 9. The polycrystalline silicon layer may be formed so as to fill the trench 18. The gate electrode 10 is formed by patterning this polycrystalline silicon layer by photolithography and leaving it inside the trench 18.

次に、ゲート絶縁膜9およびゲート電極10を覆うように、例えばリンガラスを1μm程度の厚さで成膜し、層間絶縁膜11を形成する。次に、層間絶縁膜11を覆うように、チタン(Ti)または窒化チタン(TiN)からなるバリアメタル(不図示)を形成してもよい。層間絶縁膜11およびゲート絶縁膜9をフォトリソグラフィによりパターニングしn+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8を露出させたコンタクトホールを形成する。その後、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜11を平坦化する。ここまでの状態が図13に示されている。 Next, for example, phosphorous glass is formed to a thickness of about 1 μm so as to cover the gate insulating film 9 and the gate electrode 10 to form an interlayer insulating film 11. Next, a barrier metal (not shown) made of titanium (Ti) or titanium nitride (TiN) may be formed so as to cover the interlayer insulating film 11. The interlayer insulating film 11 and the gate insulating film 9 are patterned by photolithography to form contact holes exposing the n + type source regions 7 and the p ++ type contact regions 8. Then, heat treatment (reflow) is performed to planarize the interlayer insulating film 11. The state so far is shown in FIG.

次に、コンタクトホール内および層間絶縁膜11上にソース電極13となる導電性の膜を設ける。この導電性の膜を選択的に除去してコンタクトホール内にのみソース電極13を残し、n+型ソース領域7およびp+型コンタクト領域8とソース電極13とを接触させる。次に、コンタクトホール以外のソース電極13を選択的に除去する。 Next, a conductive film to be the source electrode 13 is provided in the contact hole and on the interlayer insulating film 11. This conductive film is selectively removed to leave the source electrode 13 only in the contact hole, and the n + type source region 7 and the p + type contact region 8 are brought into contact with the source electrode 13. Next, the source electrode 13 other than the contact holes is selectively removed.

次に、多結晶シリコン膜を成膜してパターニングして、活性領域40の外周部にゲートポリシリコン電極33を形成する。この際、ゲートポリシリコン電極33の所定の領域(ゲート電極パッド22とエッジ終端領域41とに挟まれた領域)にゲート抵抗34を形成する。 Next, a polycrystalline silicon film is formed and patterned to form a gate polysilicon electrode 33 on the outer peripheral portion of the active region 40. At this time, the gate resistor 34 is formed in a predetermined region of the gate polysilicon electrode 33 (a region sandwiched between the gate electrode pad 22 and the edge termination region 41).

次に、例えばスパッタ法によって、炭化珪素半導体基体のおもて面のソース電極13上および層間絶縁膜11の開口部に、ゲート電極パッド22およびソース電極パッド15となる電極パッドを堆積する。例えば、スパッタ法により、第1TiN膜25、第1Ti膜26、第2TiN膜27、第2Ti膜28を積層し、さらにAl合金膜29を、厚さが例えば、5μm程度になるように形成する。Al合金膜29はAl膜であってもよい。Al合金膜29は、例えば、Al−Si膜またはAl−Si−Cu膜である。この導電性の膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、素子全体の活性領域40に残すことによってソース電極パッド15およびゲート電極パッド22を形成する。電極パッドの層間絶縁膜11上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。電極パッドは、例えば、1%の割合でシリコンを含んだアルミニウム(Al−Si)で形成してもよい。次に、ゲート電極パッド22およびソース電極パッド15を選択的に除去する。 Next, by, for example, a sputtering method, electrode pads to be the gate electrode pad 22 and the source electrode pad 15 are deposited on the source electrode 13 on the front surface of the silicon carbide semiconductor substrate and on the opening of the interlayer insulating film 11. For example, the first TiN film 25, the first Ti film 26, the second TiN film 27, and the second Ti film 28 are stacked by a sputtering method, and the Al alloy film 29 is formed to have a thickness of, for example, about 5 μm. The Al alloy film 29 may be an Al film. The Al alloy film 29 is, for example, an Al-Si film or an Al-Si-Cu film. This conductive film is patterned by photolithography and left in the active region 40 of the entire device to form the source electrode pad 15 and the gate electrode pad 22. The thickness of the portion of the electrode pad on the interlayer insulating film 11 may be, for example, 5 μm. The electrode pad may be formed of aluminum (Al-Si) containing silicon at a rate of 1%, for example. Next, the gate electrode pad 22 and the source electrode pad 15 are selectively removed.

次に、ゲート電極パッド22およびソース電極パッド15を覆うようにポリイミド膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより当該ポリイミド膜を選択的に除去して、ゲート電極パッド22およびソース電極パッド15をそれぞれ覆う第1保護膜21を形成するとともに、これら第1保護膜21を開口する。 Next, a polyimide film is formed so as to cover the gate electrode pad 22 and the source electrode pad 15. Next, the polyimide film is selectively removed by photolithography and etching to form a first protective film 21 that covers the gate electrode pad 22 and the source electrode pad 15, and the first protective film 21 is opened. ..

次に、ゲート電極パッド22およびソース電極パッド15の上部に、めっき膜16を選択的に形成し、めっき膜16と第1保護膜21との各境界を覆う第2保護膜23を形成する。次に、めっき膜16にはんだ17を介して外部端子電極19を形成する。 Next, the plating film 16 is selectively formed on the gate electrode pad 22 and the source electrode pad 15, and the second protective film 23 that covers each boundary between the plating film 16 and the first protective film 21 is formed. Next, the external terminal electrode 19 is formed on the plating film 16 via the solder 17.

次に、n+型炭化珪素半導体基板1の第2主面上に、ニッケル等の裏面電極14を設ける。この後、1000℃程度の不活性ガス雰囲気で熱処理を行って、n+型ソース領域7、p++型コンタクト領域8およびn+型炭化珪素半導体基板1とオーミック接合する裏面電極14を形成する。以上のようにして、図1〜図4に示す炭化珪素半導体装置が完成する。 Next, back electrode 14 made of nickel or the like is provided on the second main surface of n + type silicon carbide semiconductor substrate 1. Then, heat treatment is performed in an inert gas atmosphere at about 1000° C. to form the n + type source region 7, the p ++ type contact region 8 and the back surface electrode 14 which makes ohmic contact with the n + type silicon carbide semiconductor substrate 1. .. As described above, the silicon carbide semiconductor device shown in FIGS. 1 to 4 is completed.

以上、説明したように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置によれば、ゲート電極パッドとエッジ終端領域とに挟まれたゲートポリシリコン電極の部分にゲート抵抗が設けられる。これにより、ソース電極とゲート抵抗とが短絡することを防止できる。また、活性領域内にゲート抵抗を設けていないため、活性領域の面積が減少せず、ゲート抵抗によりオン抵抗が減少することがない。 As described above, according to the silicon carbide semiconductor device of the embodiment, the gate resistance is provided at the portion of the gate polysilicon electrode sandwiched between the gate electrode pad and the edge termination region. This can prevent the source electrode and the gate resistance from being short-circuited. Further, since the gate resistance is not provided in the active region, the area of the active region does not decrease, and the on-resistance does not decrease due to the gate resistance.

以上において本発明では、炭化珪素でできた炭化珪素基板の主面を(0001)面とし当該(0001)面上にMOSを構成した場合を例に説明したが、これに限らず、ワイドバンドギャップ半導体、基板主面の面方位などを種々変更可能である。 In the above description of the present invention, the case where the main surface of the silicon carbide substrate made of silicon carbide is the (0001) plane and the MOS is formed on the (0001) plane has been described as an example, but the invention is not limited to this. It is possible to variously change the plane orientation of the semiconductor and the main surface of the substrate.

また、本発明の実施の形態では、トレンチ型MOSFETを例に説明したが、これに限らず、プレーナ型MOSFET、IGBTなどのMOS型半導体装置など様々な構成の半導体装置に適用可能である。また、上述した各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明したが、窒化ガリウム(GaN)など炭化珪素以外のワイドバンドギャップ半導体を用いた場合においても同様の効果が得られる。また、各実施の形態では第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。 Further, although the trench type MOSFET has been described as an example in the embodiment of the present invention, the present invention is not limited to this, and can be applied to semiconductor devices of various configurations such as a planar type MOSFET and a MOS type semiconductor device such as an IGBT. Further, in each of the above-described embodiments, the case where silicon carbide is used as the wide band gap semiconductor has been described as an example, but the same applies when a wide band gap semiconductor other than silicon carbide such as gallium nitride (GaN) is used. The effect is obtained. Further, in each of the embodiments, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. However, the present invention is the same even if the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. It holds.

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、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置に有用である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention are useful for a high breakdown voltage semiconductor device used for a power converter and a power supply device for various industrial machines.

1 n+型炭化珪素基板
2 n型炭化珪素エピタキシャル層
2a 第1n型炭化珪素エピタキシャル層
2b 第2n型炭化珪素エピタキシャル層
3 p型炭化珪素エピタキシャル層(ベース層)
4 第1p+型ベース領域
4a 下部第1p+型ベース領域
4b 上部第1p+型ベース領域
5 第2p+型ベース領域
6 n型高濃度領域
6a 下部n型高濃度領域
6b 上部n型高濃度領域
7 n+型ソース領域
8 p++型コンタクト領域
9 ゲート絶縁膜
10 ゲート電極
11 層間絶縁膜
12 絶縁膜
13 ソース電極
14 裏面電極
15、115 ソース電極パッド
16、116 めっき膜
17 はんだ
18 トレンチ
19 外部端子電極
21、121 第1保護膜
22、122 ゲート電極パッド
23 第2保護膜
25 第1TiN膜
26 第1Ti膜
27 第2TiN膜
28 第2Ti膜
29 Al合金膜
33、133 ゲートポリシリコン電極
34、134 ゲート抵抗
35 ゲート抵抗パッド
40、140 活性領域
41、141 エッジ終端領域
50、150 半導体チップ
1 n + type silicon carbide substrate 2 n type silicon carbide epitaxial layer 2a first n type silicon carbide epitaxial layer 2b second n type silicon carbide epitaxial layer 3 p type silicon carbide epitaxial layer (base layer)
4 first p + type base region 4a lower first p + type base region 4b upper first p + type base region 5 second p + type base region 6 n-type high concentration region 6a lower n-type high concentration region 6b upper n-type high concentration region 7 n + type source region 8 p ++ type contact region 9 gate insulating film 10 gate electrode 11 interlayer insulating film 12 insulating film 13 source electrode 14 back electrode 15, 115 source electrode pad 16, 116 plating film 17 solder 18 trench 19 external Terminal electrodes 21, 121 First protective films 22, 122 Gate electrode pad 23 Second protective film 25 First TiN film 26 First Ti film 27 Second TiN film 28 Second Ti film 29 Al alloy films 33, 133 Gate polysilicon electrodes 34, 134 Gate resistance 35 Gate resistance pads 40, 140 Active regions 41, 141 Edge termination regions 50, 150 Semiconductor chip

Claims (5)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の、前記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導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、
前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に設けられた第1電極と、
前記第1電極上に、選択的に設けられためっき膜と、
前記めっき膜上に、選択的に設けられたはんだ膜と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
前記ゲート電極と電気的に接続する、オン状態の時に主電流が流れる活性領域の周囲を囲むゲート配線と、
ゲート信号が入力されるゲート電極パッドと、
前記ゲート電極パッドと前記ゲート配線とに挟まれる領域の、前記はんだ膜と対向する部分に設けられたゲート抵抗と、
を備えることを特徴とする半導体装置。
A first conductivity type semiconductor substrate;
A first conductive type first semiconductor layer provided on a front surface of the semiconductor substrate and having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
A second semiconductor layer of a second conductivity type selectively provided on a surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side;
A first semiconductor region of a first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side;
A gate insulating film in contact with the second semiconductor layer;
A gate electrode provided on a surface of the gate insulating film opposite to a surface in contact with the second semiconductor layer;
A first electrode provided on the surfaces of the second semiconductor layer and the first semiconductor region;
A plating film selectively provided on the first electrode,
A solder film selectively provided on the plating film,
A second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate;
A gate wiring that is electrically connected to the gate electrode and surrounds an active region in which a main current flows when in an ON state,
A gate electrode pad to which a gate signal is input,
A gate resistance provided in a portion facing the solder film in a region sandwiched between the gate electrode pad and the gate wiring,
A semiconductor device comprising:
前記第1半導体領域および前記第2半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに備え、
前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A trench penetrating the first semiconductor region and the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer,
The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is provided inside the trench via the gate insulating film.
前記ゲート抵抗を評価するための、前記ゲート配線と電気的に接続するゲート抵抗パッドをさらに備え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。 The semiconductor device according to claim 1, further comprising a gate resistance pad electrically connected to the gate wiring for evaluating the gate resistance. 前記ゲート抵抗は前記第1電極と隣接し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。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate resistor is adjacent to the first electrode. 第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に選択的に第2導電型の第2半導体層を形成する第2工程と、
前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第3工程と、
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜を形成する第4工程と、
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極を形成する第5工程と、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第6工程と、
前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に第1電極を形成する第7工程と、
前記第1電極上に、選択的にめっき膜を形成する第8工程と、
前記めっき膜上に、選択的にはんだ膜を形成する第9工程と、
前記半導体基板の裏面に第2電極を形成する第10工程と、
前記ゲート電極と電気的に接続する、オン状態の時に主電流が流れる活性領域の周囲を囲むゲート配線を形成する第11工程と、
ゲート信号が入力されるゲート電極パッドを形成する第12工程と、
前記ゲート電極パッドと前記ゲート配線とに挟まれる領域の、前記はんだ膜と対向する部分にゲート抵抗を形成する第13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 step of forming, on the front surface of the first conductivity type semiconductor substrate, a first conductivity type first semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
A second step of selectively forming a second semiconductor layer of the second conductivity type on a surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side;
A third step of selectively forming a first conductive type first semiconductor region on a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate side;
A fourth step of forming a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer,
A fifth step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer;
A sixth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode,
A seventh step of forming a first electrode on the surfaces of the second semiconductor layer and the first semiconductor region;
An eighth step of selectively forming a plating film on the first electrode,
A ninth step of selectively forming a solder film on the plating film,
A tenth step of forming a second electrode on the back surface of the semiconductor substrate;
An eleventh step of forming a gate wiring which is electrically connected to the gate electrode and surrounds an active region in which a main current flows in an ON state;
A twelfth step of forming a gate electrode pad to which a gate signal is input;
A thirteenth step of forming a gate resistor in a portion facing the solder film in a region sandwiched between the gate electrode pad and the gate wiring;
A method of manufacturing a semiconductor device, comprising:
JP2018236822A 2018-12-18 2018-12-18 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device Active JP7243173B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018236822A JP7243173B2 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018236822A JP7243173B2 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020098872A true JP2020098872A (en) 2020-06-25
JP7243173B2 JP7243173B2 (en) 2023-03-22

Family

ID=71106613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2018236822A Active JP7243173B2 (en) 2018-12-18 2018-12-18 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7243173B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021191387A (en) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社平和 Game machine
JP2021191386A (en) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社平和 Game machine

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017011007A (en) * 2015-06-18 2017-01-12 三菱電機株式会社 Semiconductor device for power, and manufacturing method of semiconductor device for power
WO2017208735A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 富士電機株式会社 Semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017011007A (en) * 2015-06-18 2017-01-12 三菱電機株式会社 Semiconductor device for power, and manufacturing method of semiconductor device for power
WO2017208735A1 (en) * 2016-06-03 2017-12-07 富士電機株式会社 Semiconductor device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021191387A (en) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社平和 Game machine
JP2021191386A (en) * 2020-06-05 2021-12-16 株式会社平和 Game machine

Also Published As

Publication number Publication date
JP7243173B2 (en) 2023-03-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2013232564A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP6863464B2 (en) Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device
CN109427902B (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018206873A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2018082055A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US11489047B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2017059720A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP7467918B2 (en) Semiconductor Device
JP2024019464A (en) semiconductor equipment
JP7383917B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
US20200258991A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
WO2017208735A1 (en) Semiconductor device
JP2017152732A (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP7243173B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP6919713B2 (en) Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device
JP2020150137A (en) Semiconductor device
JP7103435B2 (en) Semiconductor devices and manufacturing methods for semiconductor devices
CN112466923A (en) Semiconductor device with a plurality of semiconductor chips
JP6350760B2 (en) Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device
JP7318226B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP7451981B2 (en) semiconductor equipment
JP7400487B2 (en) semiconductor equipment
JP2020047672A (en) Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device
JP2021057542A (en) Semiconductor device
JP2020107702A (en) Semiconductor device and manufacturing method therefor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20211115

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20221018

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20221209

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230207

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230220

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7243173

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150