JP2020205295A - 炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明者は、p型領域を、SiC基板のイオン注入面から所定深さまでのドーパント(アクセプタ)濃度を一定に保ったBOX(矩形)型のドーパント濃度分布にしなくても、活性化アニール時に当該p型領域中のp型不純物のドーズ量の減少を抑制して、当該p型領域中のp型不純物のドーズ量を設計範囲内に維持することで、炭化珪素半導体装置の設計条件からの特性変動(例えば耐圧低下)を抑制することができることを見出した。本発明は、後述する実験1,2による知見と理論考察に基づいてなされたものである。
実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法によって作製(製造)される炭化珪素半導体装置の構造の一例について説明する。図1は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図2は、図1の切断線A−A’における断面構造を示す断面図である。図2には、活性領域10に配置された複数の単位セル(素子の構成単位)のうちの最も外側(チップ端部側)の単位セルからチップ端部までを示す。
次に、JTE構造30を構成するp型領域中のp型不純物のドーズ量とエッジ終端領域20の耐圧との関係について検証した。図5は、実施例のp型領域中のp型不純物のドーズ量と耐圧との関係を示す特性図である。図5の横軸は上述した実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置(以下、実施例とする)のJTE構造30を構成するp型領域中のp型不純物のドーズ量の設計値であり、縦軸は実施例のエッジ終端領域20の耐圧である。
次に、活性化アニールによるSiC中のp型不純物の移動量について検証した。図6は、従来例のp型領域のドーパント濃度分布を示す特性図である。p型領域100で構成された一般的なJTE構造を備えた従来の炭化珪素半導体装置(以下、従来例とする)を作製した。従来例のp型領域100は、複数段のイオン注入および活性化アニールにより、BOX型のドーパント濃度分布となるように形成した。従来例の、活性化アニール後のp型領域100のドーパント濃度分布101以外の構成は、上述した実施例と同様である。
2 n-型ドリフト領域
3 n型電流拡散領域
4 p型ベース領域
5 n+型ソース領域
6 p++型コンタクト領域
7,7a トレンチ
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 活性領域
11,11a,12,13 p+型領域
14 層間絶縁膜
15 ソース電極
16 ドレイン電極
20 エッジ終端領域
21 SiC基板のおもて面の段差
22 フィールド酸化膜
30 JTE構造
31,32 JTE構造を構成するp型領域(第1,2JTE領域)
33 n+型ストッパ領域
40 SiC基板
40a〜40c SiC基板のおもて面の第1〜3面
41 n+型出発基板
42 n-型炭化珪素層
43 p型炭化珪素層
50 炭化珪素半導体装置
60 p型不純物の活性化アニール前の総ドーピング濃度分布
60a,60b p型不純物の活性化アニール前の総ドーピング濃度分布の一部分
61,62 イオン注入ごとのp型不純物の活性化アニール前のドーピング濃度分布
100 従来例のp型領域
101 従来例の活性化アニール後のp型領域の、SIMS分析で測定されたドーパント濃度分布
101a 従来例の活性化アニール後のp型領域のドーパント濃度分布の、SiC基板のイオン注入面付近から0.1μm以下の深さまでの部分
101b 従来例の活性化アニール後のp型領域のドーパント濃度分布の、SiC基板のイオン注入面から0.1μmを超える部分
101c 従来例の活性化アニール後のp型領域のドーパント濃度分布のピーク濃度の深さ位置の範囲
101d 従来例の活性化アニール後のp型領域のドーパント濃度分布のピーク深さ
110 従来例のp型不純物の活性化アニール前の総ドーピング濃度分布
111〜115 従来例の、イオン注入ごとのp型不純物の活性化アニール前のドーピング濃度分布
Claims (5)
- 炭化珪素からなる第1導電型炭化珪素層と、
前記第1導電型炭化珪素層の表面から所定深さに達する、第2導電型ドーパントを所定ドーズ量で含む第2導電型領域と、
を備え、
前記第2導電型ドーパントはアルミニウムであり、
前記第2導電型領域の第2導電型ドーパント濃度分布は、前記第1導電型炭化珪素層の前記表面から0.18μm以上0.35μm未満の深さ位置でドーパント濃度の最大値を示し、
前記第2導電型領域の、前記第1導電型炭化珪素層の前記表面から0.1μm以下の部分に存在する前記第2導電型ドーパントのドーズ量は、前記第2導電型領域の中の前記第2導電型ドーパントの総ドーズ量の10%未満であることを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記第2導電型領域の第2導電型ドーパント濃度の最大値は、1×1017/cm3以上であることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第1導電型炭化珪素層の第1導電ドーパント濃度は、1×1016/cm3以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第1導電型炭化珪素層の前記表面は(0001)面であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
- 半導体基板に設けられた、素子の主電流が流れる活性領域と、
前記半導体基板に設けられ、前記活性領域の周囲を囲む終端領域と、
前記半導体基板を構成し、前記終端領域において前記半導体基板のおもて面を前記表面で形成する前記第1導電型炭化珪素層と、
前記終端領域において、前記第1導電型炭化珪素層に設けられた、外側に配置されるほど第2導電型ドーパント濃度を低くした複数の前記第2導電型領域を隣接して配置した耐圧構造と、
を備えることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
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