JP2021002652A - Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device - Google Patents
Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2021002652A JP2021002652A JP2020098042A JP2020098042A JP2021002652A JP 2021002652 A JP2021002652 A JP 2021002652A JP 2020098042 A JP2020098042 A JP 2020098042A JP 2020098042 A JP2020098042 A JP 2020098042A JP 2021002652 A JP2021002652 A JP 2021002652A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor
- region
- semiconductor region
- layer
- trench
- 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.)
- Pending
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims abstract description 357
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 35
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims abstract description 217
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 71
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims abstract description 31
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims description 43
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 claims description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 22
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 20
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 20
- 230000005684 electric field Effects 0.000 abstract description 53
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 abstract description 15
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 174
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 172
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 40
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 13
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 description 12
- 238000000206 photolithography Methods 0.000 description 12
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 8
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 8
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 7
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 7
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 4
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000012141 concentrate Substances 0.000 description 4
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 4
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 4
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000003892 spreading Methods 0.000 description 3
- 229910018125 Al-Si Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910018520 Al—Si Inorganic materials 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 2
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 2
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 2
- 230000005669 field effect Effects 0.000 description 2
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 2
- 230000020169 heat generation Effects 0.000 description 2
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 2
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 2
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011574 phosphorus Substances 0.000 description 2
- 239000005360 phosphosilicate glass Substances 0.000 description 2
- 230000006798 recombination Effects 0.000 description 2
- 238000005215 recombination Methods 0.000 description 2
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 2
- ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N Boron Chemical compound [B] ZOXJGFHDIHLPTG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 229910052796 boron Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000470 constituent Substances 0.000 description 1
- 239000002019 doping agent Substances 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 1
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 1
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 1
- 230000002250 progressing effect Effects 0.000 description 1
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 1
- 230000002040 relaxant effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Electrodes Of Semiconductors (AREA)
Abstract
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 semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices.
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 or a large current. There are multiple types of power semiconductor devices, such as bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors: Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors: Insulated Gate Field Effect Transistors), which can be used according to the application. Has been done.
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, bipolar transistors and IGBTs have a higher current density than MOSFETs and can increase the current, but they cannot be switched at high speed. Specifically, the bipolar transistor is limited to use at a switching frequency of about several kHz, and the IGBT is limited to use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, the power MOSFET has a lower current density than the bipolar transistor and the IGBT, and it is difficult to increase the current, but high-speed switching operation up to about several MHz is possible.
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, there is a strong demand in the market for power semiconductor devices that have both large current and high speed, and efforts have been made to improve IGBTs and power MOSFETs, and development is now progressing to near the material limit. .. Silicon carbide (SiC) is being studied as a semiconductor material that can replace silicon from the viewpoint of power semiconductor devices, and can manufacture (manufacture) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. Is attracting attention.
その背景には、SiCは化学的に非常に安定な材料であり、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できる点が挙げられる。また、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいからである。SiCはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されている。高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC−MOSFETが期待できる。 The background to this is that SiC is a chemically stable material, has a wide bandgap of 3 eV, and can be used extremely stably as a semiconductor even at high temperatures. This is also because the maximum electric field strength is one order of magnitude higher than that of silicon. Since SiC has a high possibility of exceeding the material limit of silicon, future growth is expected in power semiconductor applications, especially MOSFETs. In particular, it is expected that the on-resistance is small. A vertical SiC-MOSFET having a lower on-resistance while maintaining high withstand voltage characteristics can be expected.
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型MOSFETを例に説明する。図26は、従来のプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図26に示すように、縦型MOSFET150は、n+型炭化珪素基板101のおもて面にn-型炭化珪素エピタキシャル層103が堆積され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103の表面にp+型ベース層104が選択的に設けられる。また、p+型ベース層104の表面層にn+型ソース領域108、p+型コンタクト領域107が選択的に設けられる。
The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described by taking a vertical MOSFET as an example. FIG. 26 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional planar type silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 26, the vertical MOSFET150 is, n on the front surface of the n + -type silicon carbide substrate 101 - -type silicon
また、p+型ベース層104の、n-型炭化珪素エピタキシャル層103上の部分には、深さ方向にp+型ベース層104を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層103に達するn型のJFET(Junction FET)領域114が設けられている。p+型ベース層104およびn+型ソース領域108の表面に、ゲート絶縁膜105を介してゲート電極106が設けられている。また、n-型炭化珪素エピタキシャル層103、p+型コンタクト領域107およびn+型ソース領域108の表面に、ソース電極110が設けられている。また、n+型炭化珪素基板101の裏面には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。
Further, the p + -
また、縦型MOSFETの電界強度およびエネルギー損失を低減するため、トレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置(TED(Trench−Etched Double−diffused)MOSFET)が知られている(下記、特許文献1〜3参照)。 Further, in order to reduce the electric field strength and energy loss of the vertical MOSFET, a planar type silicon carbide semiconductor device (TED (Trench-Etched Double-diffused) MOSFET) using a trench structure is known (the following, patent documents). See 1-3).
図27は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す斜視図である。図28は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す図27のA−A’断面図である。図29は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す図27のB−B’断面図である。図27では、以下で説明するゲート絶縁膜105から以下で説明するソース電極110までの構造を省略している。
FIG. 27 is a perspective view showing the structure of a planar type silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. FIG. 28 is a cross-sectional view taken along the line AA'of FIG. 27 showing the structure of a planar type silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. FIG. 29 is a cross-sectional view taken along the line BB'of FIG. 27 showing the structure of a planar type silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. In FIG. 27, the structure from the
図27〜図29に示すように、縦型MOSFET151は、n+型炭化珪素基板101のおもて面にn-型炭化珪素エピタキシャル層103が堆積され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103の表面にp+型ベース層104が選択的に設けられる。また、p+型ベース層104の表面層にn+型ソース領域108、p+型コンタクト領域107、n+型電流拡散層112が選択的に設けられる。
As shown in FIGS. 27 to 29, the vertical MOSFET151 is, n on the front surface of the n + -type silicon carbide substrate 101 - -type silicon
また、p+型ベース層104の、n-型炭化珪素エピタキシャル層103上の部分には、深さ方向にp+型ベース層104を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層103に達するn型のJFET領域114が設けられ、JFET領域114上にp-型電界緩和層113が設けられている。p-型電界緩和層113がJFET領域114の全体を覆うことにより、オフ時にかかるゲート絶縁膜電界を低減することが可能である。
Further, the p + -
また、n+型電流拡散層112よりも浅く、底面がp+型ベース層104に接しているトレンチ111が選択的に設けられている。図28は、トレンチ111が設けられていない部分の断面図であり、図29は、トレンチ111が設けられている部分の断面図である。トレンチ111の内壁、n+型電流拡散層112、p+型ベース層104およびn+型ソース領域108の表面に、ゲート絶縁膜105を介してゲート電極106が設けられ、層間絶縁膜109が、ゲート電極106を覆うように設けられている。また、p+型コンタクト領域107およびn+型ソース領域108の表面に、ソース電極110が設けられている。また、n+型炭化珪素基板101の裏面には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。
Further, a
このような構造ではトレンチ111側面がチャネル領域となるため、プレーナ型の炭化珪素半導体装置(図26参照)のチャネル領域と比較して高いチャネル移動度が実現できる。また、トレンチ111を形成することによりチャネル幅が大きくなり、プレーナ型の炭化珪素半導体装置より高い電流密度が実現できる。
In such a structure, since the side surface of the
しかしながら、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置では、ゲート絶縁膜電界を低減するためのp-型電界緩和層113が抵抗成分になり、JFET抵抗(JFET領域114の抵抗)が高くなり、オン抵抗が高くなるという課題がある。
However, in the planar type silicon carbide semiconductor device using the conventional trench structure, the p - type electric
また、縦型MOSFET150、151は、n-型炭化珪素エピタキシャル層103とp+型ベース層104とから構成される寄生pnダイオードを有している。寄生pnダイオードに電流が流れた場合、p+型ベース層104からホールが注入され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103またはn+型炭化珪素基板101中で電子およびホールの再結合が発生する。このときに発生するバンドギャップ相当の再結合エネルギー(3eV)により、炭化珪素基板に存在する結晶欠陥の一種である基底面転位が移動し、2つの基底面転位に挟まれる積層欠陥が拡張する。積層欠陥が拡張すると、積層欠陥は電流を流しにくいため、縦型MOSFET150、151のオン抵抗および寄生pnダイオードの順方向電圧が上昇するという課題がある。また、寄生pnダイオードは、バイポーラデバイスであるため、スイッチング時の損失(Qrr)が大きいという課題がある。
Further, the
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、ゲート絶縁膜電界を低減し、寄生pnダイオードの通電を減少させ、オン抵抗を削減したトレンチ構造を用いたプレーナ型の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。 In order to solve the problems caused by the above-mentioned prior art, the present invention is a planar semiconductor device and a semiconductor using a trench structure in which the gate insulating film electric field is reduced, the energization of a parasitic pn diode is reduced, and the on-resistance is reduced. It is an object of the present invention to provide a method for manufacturing an apparatus.
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上に、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第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、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層が設けられる。前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチが設けられる。前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけて設けられ、および、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜が設けられる。前記ゲート絶縁膜上にゲート電極が設けられる。前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接する第2導電型の第4半導体領域が設けられる。前記ゲート電極上に層間絶縁膜が設けられる。前記ゲート電極は、前記第1半導体領域上の領域で分離されている。 In order to solve the above-mentioned 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 the semiconductor substrate is provided on the first conductive type semiconductor substrate. A second conductive type second semiconductor layer is provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate. A first conductive type first semiconductor region is provided that penetrates the second semiconductor layer from the surface of the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer. The surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer is selectively provided with a first conductive type second semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate. A first conductive type third semiconductor that is selectively separated from the second semiconductor region and is in contact with the first semiconductor region on the surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer. An area is provided. From the surface of the second semiconductor layer, a trench is provided which is sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and does not reach the first semiconductor layer. It is provided from the first semiconductor region to the second semiconductor region, and a gate insulating film is provided on the inner wall of the trench. A gate electrode is provided on the gate insulating film. A second conductive type fourth semiconductor region in contact with the inner wall of the trench is provided between the third semiconductor region and the gate electrode. An interlayer insulating film is provided on the gate electrode. The gate electrode is separated in a region on the first semiconductor region.
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、前記分離された領域の幅は、前記層間絶縁膜の厚さよりも広いことを特徴とする。 Further, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that, in the above-described invention, the width of the separated region is wider than the thickness of the interlayer 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、前記第1半導体領域は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深い下部第1半導体領域と、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より浅い上部第1半導体領域とからなり、前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region includes a lower first semiconductor region deeper than the surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side and the third semiconductor region. It is composed of an upper first semiconductor region shallower than the surface on the semiconductor substrate side, and the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region and a higher impurity concentration than the lower first semiconductor region. It is a feature.
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半導体領域は、前記第1半導体層上に設けられた下部第1半導体領域と、前記下部第1半導体領域上に設けられた上部第1半導体領域とからなり、前記下部第1半導体領域と前記上部第1半導体領域との界面は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深く、前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region is provided on the lower first semiconductor region provided on the first semiconductor layer and the lower first semiconductor region. It is composed of an upper first semiconductor region, the interface between the lower first semiconductor region and the upper first semiconductor region is deeper than the surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side, and the upper first semiconductor region is The impurity concentration is the same as that of the third semiconductor region, and the impurity concentration is higher than that of the lower first semiconductor region.
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半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であ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-described invention, the first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region.
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上に、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第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、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層を形成し、前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域を形成する第2工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域を形成する第3工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記第3半導体領域の表面層に第2導電型の第4半導体領域を形成する第5工程を行う。次に、前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチを形成する第6工程を行う。次に、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけてゲート絶縁膜を形成し、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する第7工程を行う。次に、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第8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9工程を行う。前記第5工程では、前記第4半導体領域を前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接するように形成する。前記第8工程では、前記ゲート電極を前記第1半導体領域上の領域で除去する工程を含む。 In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, the 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 a lower impurity concentration than the semiconductor substrate is performed on the first conductive type semiconductor substrate. Next, a second conductive type second semiconductor layer is formed on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate, and the second semiconductor layer is penetrated from the surface of the second semiconductor layer. The second step of forming the first conductive type first semiconductor region reaching the first semiconductor layer is performed. Next, a third conductive type second semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate is selectively formed on the surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer. Perform the process. Next, the first conductive type of the second semiconductor layer, which is selectively separated from the second semiconductor region and is in contact with the first semiconductor region, on the surface layer opposite to the first semiconductor layer. The fourth step of forming the third semiconductor region is performed. Next, a fifth step of forming the second conductive type fourth semiconductor region on the surface layer of the third semiconductor region is performed. Next, a sixth step is performed from the surface of the second semiconductor layer to form a trench sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and not reaching the first semiconductor layer. Next, a seventh step is performed in which a gate insulating film is formed from the first semiconductor region to the second semiconductor region, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the trench. Next, the eighth step of forming the gate electrode on the gate insulating film is performed. Next, a ninth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode is performed. In the fifth step, the fourth semiconductor region is formed between the third semiconductor region and the gate electrode so as to be in contact with the inner wall of the trench. The eighth step includes a step of removing the gate electrode in a region on the first semiconductor region.
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2半導体層および前記第2半導体領域の表面側に設けられた第1電極を備え、前記ゲート電極が分離された前記領域で前記層間絶縁膜が開口され、開口部にショットキーメタルが配置され、前記第1電極は、前記第1半導体領域とショットキー接続されていることを特徴とする。 Further, in the above-described invention, the semiconductor device according to the present invention includes the second semiconductor layer and the first electrode provided on the surface side of the second semiconductor region, and the region in which the gate electrode is separated is described. An interlayer insulating film is opened, a Schottky metal is arranged in the opening, and the first electrode is Schottky connected to the first semiconductor region.
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、前記ゲート電極が分離された前記領域に、前記第4半導体領域の表面から設けられ、前記第1半導体領域に達する第2トレンチを備え、前記第2トレンチの側壁および底部にショットキーメタルが配置され、前記第1電極は、前記第1半導体領域とショットキー接続されていることを特徴とする。 Further, in the above-described invention, the semiconductor device according to the present invention includes a second trench provided from the surface of the fourth semiconductor region in the region where the gate electrode is separated and reaches the first semiconductor region. A Schottky metal is arranged on the side wall and the bottom of the second trench, and the first electrode is Schottky-connected to the first semiconductor region.
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、前記トレンチは、平面視で矩形状であり、前記第2トレンチは、平面視でストライプ形状であることを特徴とする。 Further, in the above-described invention, the semiconductor device according to the present invention is characterized in that the trench has a rectangular shape in a plan view and the second trench has a striped shape in a plan view.
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、前記トレンチは、平面視で矩形状であり、前記第2トレンチは、平面視で矩形状であ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-described invention, the trench is rectangular in plan view and the second trench is rectangular in plan view.
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、前記トレンチと前記第2トレンチとは、前記第2半導体層と前記第1半導体領域とが並ぶ方向の断面で、同一断面に設けられていないことを特徴とする。 Further, in the above-described invention, the semiconductor device according to the present invention is provided with the trench and the second trench having the same cross section in the direction in which the second semiconductor layer and the first semiconductor region are aligned. It is characterized by the absence.
上述した発明によれば、ゲート電極は、JFET領域上の領域で除去されている。このように、電界が集中しやすいJFET領域上のゲート電極を除去することで、ゲート絶縁膜にかかる電界を緩和することができる。電界を緩和した分、JFET領域の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。 According to the invention described above, the gate electrode is removed in the region on the JFET region. In this way, by removing the gate electrode on the JFET region where the electric field tends to concentrate, the electric field applied to the gate insulating film can be relaxed. As the electric field is relaxed, the impurity concentration in the JFET region can be increased and the on-resistance can be reduced.
また、層間絶縁膜をJFET領域上で開口して、開口部にショットキーメタルを配置して、SBDを内蔵している。これにより、転流時に、SBDに電流が流れることになり、寄生pnダイオードに電流が流れることが削減される。このため、縦型MOSFETのオン抵抗が上昇することをなくすことができる。また、SBDは、ユニポーラ動作になるため、バイポーラ動作の寄生pnダイオードよりQrrが減り、スイッチングロスを減少させることができる。 Further, an interlayer insulating film is opened on the JFET region, a Schottky metal is arranged in the opening, and an SBD is built in. As a result, a current flows through the SBD at the time of commutation, and the current flows through the parasitic pn diode is reduced. Therefore, it is possible to prevent the on-resistance of the vertical MOSFET from increasing. Further, since the SBD has a unipolar operation, the Qrr is reduced as compared with the parasitic pn diode in the bipolar operation, and the switching loss can be reduced.
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、ゲート絶縁膜電界を低減し、寄生pnダイオードの通電を減少させ、オン抵抗を削減したトレンチ構造を用いたプレーナ型の半導体装置を提供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 according to the present invention, there is provided a planar type semiconductor device using a trench structure in which the gate insulating film electric field is reduced, the energization of a parasitic pn diode is reduced, and the on-resistance is reduced. It has the effect of being able to do it.
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。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。そして、同じまたは同等との記載は製造におけるばらつきを考慮して5%以内まで含むとするのがよい。 Hereinafter, preferred embodiments of the semiconductor device and the method for manufacturing the semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the present specification and the accompanying drawings, it means that the electrons or holes are a large number of carriers in the layers and regions marked with n or p, respectively. 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. In the following description of the embodiment 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 notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after that, and "-" is added before the index to represent a negative index. The description of the same or equivalent should be included up to 5% in consideration of variations in production.
(実施の形態1)
本発明にかかる半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成される。実施の形態1においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFET50を例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す斜視図である。図2は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す図1のA−A’断面図である。図3は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す図1のB−B’断面図である。図1では、以下で説明するゲート絶縁膜5から以下で説明するソース電極10までの構造を省略している。
(Embodiment 1)
The semiconductor device according to the present invention is configured by using a wide bandgap semiconductor. In the first embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured by using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described by taking the
図1〜図3に示すように、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置は、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の主面(おもて面)上に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)3が堆積されている。 As shown in FIGS. 1 to 3, the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment is n on the main surface (front surface) of the n + type silicon carbide substrate (first conductive type semiconductor substrate) 1. - type silicon carbide epitaxial layer (first conductivity type first semiconductor layer of) 3 is deposited.
n+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3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なる低濃度n型ドリフト層である。以下、n+型炭化珪素基板1単体、またはn+型炭化珪素基板1とn-型炭化珪素エピタキシャル層3を併せて炭化珪素半導体基体とする。
The n + type
また、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置は、ドレイン領域となるn+型炭化珪素基板1のn-型炭化珪素エピタキシャル層3側に対して反対側の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。また、外部装置と接続するためのドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。
Further, the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment has a surface opposite to the n - type silicon
炭化珪素半導体基体のおもて面側には、MOS(金属−酸化膜−半導体からなる絶縁ゲート)構造(素子構造)が形成されている。具体的には、n-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おもて面側)の表面層には、p+型ベース層(第2導電型の第2半導体層)4が選択的に設けられている。p+型ベース層4は、例えばアルミニウム(Al)がドーピングされている。
A MOS (insulated gate made of metal-oxide film-semiconductor) structure (element structure) is formed on the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, n - the surface layer opposite to the mold n + -type
p+型ベース層4の表面層には、n+型ソース領域(第1導電型の第2半導体領域)8が設けられている。また、p+型コンタクト領域7が設けられていてもよい。また、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7は互いに接する。n+型ソース領域8は、p+型コンタクト領域7より、以下で説明するJFET領域14側に配置されている。
The surface layer of the p +
また、n-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層のうちp+型ベース層4が設けられていない部分の表面には、深さ方向(後述するソース電極(第1電極)10からn+型炭化珪素基板1への方向)にp+型ベース層4の表面からp+型ベース層4を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層3に達するn型のJFET(Junction FET)領域(第1導電型の第1半導体領域)14が設けられている。JFET領域14は、n-型炭化珪素エピタキシャル層3とともにドリフト領域を構成する。また、p+型ベース層4の表面層に、n+型ソース領域8と離して、JFET領域14と接するn+型電流拡散層(第1導電型の第3半導体領域)12が設けられている。n+型電流拡散層12は、キャリアの広がり抵抗を低減させる、いわゆる電流拡散層(Current Spreading Layer:CSL)である。
Further, on the surface of the surface layer of the n - type silicon
炭化珪素半導体基体の第1主面側(p+型ベース層4側)には、トレンチ構造が選択的に設けられている。具体的には、トレンチ11は、p+型ベース層4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n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しない深さに設けられている。また、トレンチ11は、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置までに設けられていることが好ましい。トレンチ11がn+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より深い位置に達すると、トレンチ11の底にチャネルが形成されなくなるためである。図2は、トレンチ構造が設けられていない部分の断面図であり、図3は、トレンチ構造が設けられている部分の断面図である。
A trench structure is selectively provided on the first main surface side (p +
トレンチ11の内壁に沿って、トレンチ11の底部および側壁にゲート絶縁膜5が設けられ、トレンチ11内のゲート絶縁膜5の内側にゲート電極6が設けられている。p+型ベース層4の、n+型ソース領域8とJFET領域14とに挟まれた部分の表面にも、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が設けられている。ゲート電極6は、ゲート絶縁膜5および後述するp-型電界緩和層13を介して、n+型電流拡散層12の表面に設けられていてもよい。ゲート絶縁膜5によりゲート電極6が、JFET領域14およびp+型ベース層4と絶縁されている。
A
図2および図3に示すように、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で設けられていない。このため、断面図では、ゲート電極6は2つの領域に分断されている。ゲート電極6は、少なくともn+型ソース領域8とp+型ベース層4とが接する面からn+型電流拡散層12とJFET領域14とが接する面までの領域に設けられていればよく、JFET領域14上のすべての領域で除去されていてもよい。このように、電界が集中しやすいJFET領域14上のゲート電極6を除去することで、ゲート絶縁膜5にかかる電界を緩和することができる。ここで、電界を緩和した分、JFET領域14の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
また、除去された分離領域の幅、つまり2つの領域に分断されたゲート電極6の間隔wは、層間絶縁膜9の高さhよりも広いことが好ましい(w>h)。高さhよりも狭くなると、電界緩和の効果が低くなるためである。
Further, the width of the removed separation region, that is, the distance w between the
図4は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置のゲート電極の構造を示す上面図である。ゲート電極6は、断面図では、2つの領域に分断されているが、例えば、エッジ終端領域30において、分散されているゲート電極6が接続して、同電位となっていることが好ましい。図4では、同一セル内のゲート電極6が接続しているが、他のセルのゲート電極6が接続している形態でもかまわない。エッジ終端領域30は、オン時に電流の流れる活性領域40の周囲を囲み、活性領域40の端部での電界集中を緩和して所定の耐圧(耐電圧)を保持する機能を有する。
FIG. 4 is a top view showing the structure of the gate electrode of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. The
また、n+型電流拡散層12とゲート電極6との間にトレンチ11の内壁に接するp-型電界緩和層(第2導電型の第4半導体領域)13が設けられている。p-型電界緩和層13は、JFET領域14とゲート絶縁膜5との間に設けられていてもよい。p-型電界緩和層13により、JFET領域14とゲート電極6とが接することなく、ゲート電極6とn-型炭化珪素エピタキシャル層3との間の電気的な容量を減らすことが可能となる。
Further, a p - type electric field relaxation layer (second conductive type fourth semiconductor region) 13 in contact with the inner wall of the
図1では、1つのMOS構造のみを図示しているが、複数のMOS構造が並列に配置されていてもよい。 Although only one MOS structure is shown in FIG. 1, a plurality of MOS structures may be arranged in parallel.
層間絶縁膜9は、炭化珪素半導体基体のおもて面側の全面に、ゲート電極6を覆うように設けられている。ソース電極10は、層間絶縁膜9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8およびp+型ベース層4に接する。p+型コンタクト領域7が設けられている場合は、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7に接する。ソース電極10は、層間絶縁膜9によって、ゲート電極6と電気的に絶縁されている。ソース電極10上には、電極パッド(不図示)が設けられている。
The
(実施の形態1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1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5〜9は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、例えば、2×1019/cm3程度の不純物濃度で窒素がドーピングされたn+型炭化珪素基板1を用意する。n+型炭化珪素基板1は、主面が例えば、<11−20>方向に4度程度のオフ角を有する(000−1)面であってもよい。次に、n+型炭化珪素基板1の(000−1)面上に、1.0×1016/cm3の不純物濃度で窒素がドーピングされた厚さ10μm程度のn-型炭化珪素エピタキシャル層3を成長させる。ここで、図5に示される構造となる。
(Manufacturing method of silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment)
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. 5 to 9 are cross-sectional views showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, for example, an n + type
次に、フォトリソグラフィおよびエッチングによりイオン注入用の酸化膜マスクを形成し、イオン注入によってn-型炭化珪素エピタキシャル層3の表面層に、p+型ベース層4を選択的に形成する。p+型ベース層4に挟まれたn-型炭化珪素エピタキシャル層3の領域がJFET領域14となる。このイオン注入では、例えば、ドーパントをアルミニウムとし、p+型ベース層4の不純物濃度が2.0×1016/cm3となるようにドーズ量を設定してもよい。ここで、図6に示される構造となる。
Next, an oxide film mask for ion implantation is formed by photolithography and etching, and a p +
次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型ソース領域8を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、p+型コンタクト領域7を選択的に形成してもよい。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、n+型電流拡散層12およびJFET領域14の表面層に、p-型電界緩和層13を選択的に形成する。ここで、図7に示される構造となる。
Next, the n +
p+型ベース層4、n+型ソース領域8、p+型コンタクト領域7、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13を活性化させるための熱処理(アニール)を行う。このときの熱処理温度および熱処理時間は、それぞれ1620℃および10分間であってもよい。
Heat treatment (annealing) is performed to activate the p +
p+型ベース層4、n+型ソース領域8、p+型コンタクト領域7、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13を形成する順序は種々変更可能である。なお、p-型電界緩和層13は、エピタキシャル成長により形成することも可能である。
The order in which the p +
次に、p+型ベース層4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+型ベース層4の表面から、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置まで、n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しないトレンチ11を選択的に形成する。
Next, on the surface of the p +
次に、炭化珪素半導体基体のおもて面側を熱酸化し、ゲート絶縁膜5を100nmの厚さで形成する。この熱酸化は、酸素(O2)と水素(H2)の混合雰囲気中において1000℃程度の温度の熱処理によって行ってもよい。これにより、p+型ベース層4の表面に形成された各領域と、p-型電界緩和層13の表面と、トレンチ11の底部および側壁と、がゲート絶縁膜5で覆われる。ここで、図8に示される構造となる。図8は、トレンチ11が形成された図1のB−B’断面図を示す。以下の図9も同様である。
Next, the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate is thermally oxidized to form the
次に、ゲート絶縁膜5上に、ゲート電極6として、例えばリン(P)かボロン(B)がドープされた多結晶シリコン層(ポリシリコン(poly−Si)層)を形成する。次に、多結晶シリコン層をパターニングして選択的に除去し、トレンチ11内のゲート絶縁膜5の内側、および、p+型ベース層4の、n+型ソース領域8とJFET領域14とに挟まれた部分上に多結晶シリコン層を残す。このとき、JFET領域14上に多結晶シリコン層を残さないようにする。ここで、図9に示される構造となる。
Next, a polycrystalline silicon layer (polysilicon (poly-Si) layer) doped with phosphorus (P) or boron (B), for example, is formed on the
次に、ゲート絶縁膜5を覆うように、層間絶縁膜9として例えばリンガラス(PSG:Phospho Silicate Glass)を成膜する。層間絶縁膜9の厚さは1.0μmであってもよい。次に、層間絶縁膜9およびゲート絶縁膜5をパターニングして選択的に除去してコンタクトホールを形成し、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7を露出させる。次に、層間絶縁膜9を平坦化するための熱処理(リフロー)を行う。
Next, for example, phosphorus glass (PSG: Phospho Silicate Glass) is formed as the
次に、層間絶縁膜9の表面に、ソース電極10を成膜する。このとき、コンタクトホール内にもソース電極10を埋め込み、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7とソース電極10とを接触させる。ソース電極10の層間絶縁膜9上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。ソース電極10は、例えば1wt%のシリコンを含んだアルミニウム(Al−Si)で形成してもよい。
Next, the
次に、n+型炭化珪素基板1の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)に、ドレイン電極(不図示)として例えばニッケル膜を成膜する。そして、例えば970℃の温度で熱処理し、n+型炭化珪素基板1とドレイン電極とのオーミック接合を形成する。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全面にソース電極10および層間絶縁膜9を覆うように、電極パッドを堆積する。電極パッドの層間絶縁膜上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。電極パッドは、例えば、1wt%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、電極パッドを選択的に除去する。
Next, for example, a nickel film is formed on the surface of the n + type silicon carbide substrate 1 (the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate) as a drain electrode (not shown). Then, for example, heat treatment is performed at a temperature of 970 ° C. to form an ohmic contact between the n + type
次に、ドレイン電極の表面に、ドレイン電極パッドとして例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)および金(Au)をこの順に成膜する。次に、保護膜を表面に形成してもよい。これにより、図1〜図3に示すMOSFET50が完成する。
Next, for example, titanium (Ti), nickel (Ni) and gold (Au) are formed on the surface of the drain electrode in this order as drain electrode pads. Next, a protective film may be formed on the surface. As a result, the
以上、説明したように、実施の形態1によれば、ゲート電極は、JFET領域上の領域で除去されている。このように、電界が集中しやすいJFET領域上のゲート電極を除去することで、ゲート絶縁膜にかかる電界を緩和することができる。電界を緩和した分、JFET領域の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。 As described above, according to the first embodiment, the gate electrode is removed in the region on the JFET region. In this way, by removing the gate electrode on the JFET region where the electric field tends to concentrate, the electric field applied to the gate insulating film can be relaxed. As the electric field is relaxed, the impurity concentration in the JFET region can be increased and the on-resistance can be reduced.
(実施の形態2)
図10および図11は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図10は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図11は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 2)
10 and 11 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 10 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 11 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 3 of the first embodiment.
実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、JFET領域14が、下部JFET領域(下部第1半導体領域)14aと上部JFET領域(上部第1半導体領域)14bとからなることである。図10および図11に示すように、下部JFET領域14aは、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深い領域(当該面よりn+型炭化珪素基板1に近い領域)に設けられ、上部JFET領域14bは、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より浅い領域(当該面よりソース電極10に近い領域)に設けられている。
The silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is different from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that the
また、下部JFET領域14aは、n-型炭化珪素エピタキシャル層3と同程度の不純物濃度であり、上部JFET領域14bは、n-型炭化珪素エピタキシャル層3より高不純物濃度で、n+型電流拡散層12と同程度の不純物濃度である。このように、高不純物濃度の上部JFET領域14bを設けることで、JFET抵抗を実施の形態1よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態2でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。
Further, the
(実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成する際に、JFET領域14の表面層に上部JFET領域14bを形成することで、製造することが可能である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 2)
The silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is an n + type current diffusion to the surface layer of the p +
以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態2では、n+型電流拡散層のn+型炭化珪素基板側の面より浅い領域に、n+型電流拡散層と同程度の不純物濃度の上部JFET領域が設けられている。これにより、JFET抵抗を実施の形態1よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。 As described above, according to the second embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the second embodiment, an upper JFET region having an impurity concentration similar to that of the n + type current diffusion layer is provided in a region shallower than the surface of the n + type current diffusion layer on the n + type silicon carbide substrate side. .. As a result, the JFET resistance can be lowered as compared with the first embodiment, and the on-resistance can be further reduced.
(実施の形態3)
図12および図13は、実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図12は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図13は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 3)
12 and 13 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment. FIG. 12 is a cross-sectional view of a portion of the first embodiment corresponding to FIG. 2, and FIG. 13 is a cross-sectional view of the portion of the first embodiment corresponding to FIG.
実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとの界面が、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深いことである。つまり、上部JFET領域14bの膜厚が、実施の形態2よりも厚くなっている。
Such differs from the silicon carbide semiconductor device in a silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment according to the third embodiment, the interface between the
また、下部JFET領域14aおよび上部JFET領域14bの不純物濃度は、実施の形態2と同様である。このように、実施の形態2より膜厚が厚い上部JFET領域14bを設けることで、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態3でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。
Further, the impurity concentrations in the
(実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成した後に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、JFET領域14の表面層に上部JFET領域14bを形成することで、製造することが可能である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 3)
The silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment is an n + type current diffusion to the surface layer of the p +
以上、説明したように、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態3では、上部JFET領域の膜厚が、実施の形態2よりも厚くなっている。これにより、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。 As described above, according to the third embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the third embodiment, the film thickness of the upper JFET region is thicker than that of the second embodiment. As a result, the JFET resistance can be lowered as compared with the second embodiment, and the on-resistance can be further reduced.
(実施の形態4)
図14および図15は、実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図14は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図15は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 4)
14 and 15 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment. FIG. 14 is a cross-sectional view of a portion of the first embodiment corresponding to FIG. 2, and FIG. 15 is a cross-sectional view of the portion of the first embodiment corresponding to FIG.
実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、JFET領域14がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっていることである。JFET領域14を、実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域14bで置き換えた形態となっている。以下においても同じ不純物濃度とは、例えば、同時に形成しての製造ばらつきを含む不純物濃度、即ち実質同じを意味する。
The silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment is different from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that the
実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域14bより膜厚が厚く、n+型電流拡散層12と同じ不純物濃度のJFET領域14を設けることで、JFET抵抗を実施の形態2および実施の形態3よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態4でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。
By providing the
(実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成した後に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、JFET領域14の不純物濃度をn+型電流拡散層12の不純物濃度と同じにすることで、製造することが可能である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 4)
The silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment is an n + type current diffusion to the surface layer of the p +
以上、説明したように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態4では、JFET領域がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっており、当該JFET領域は実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域よりも膜厚が厚くなっている。これにより、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。
As described above, according to the fourth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the fourth embodiment, the JFET region has the same impurity concentration as the n + type
実施の形態1〜4において、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13は他の形状を取ることも可能である。図16および図17は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す他の断面図である。図16および図17では、実施の形態1のJFET領域14での、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13の構造を示すが、実施の形態2〜4のJFET領域14でも同形状のn+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13とすることも可能である。
In the first to fourth embodiments, the n + type
例えば、図16に示すように、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状でもよい。この形状でも電界集中を緩和することができ、p-型電界緩和層13側の幅とn+型炭化珪素基板1側の幅とが同程度である場合に比べ、高不純物濃度のn+型電流拡散層12の領域を狭くすることができる。このため、オン抵抗とゲート絶縁膜電界のトレードオフを改善することができ、低オン抵抗で、ゲート絶縁膜電界を低減することができる。
For example, as shown in FIG. 16, n + -type
また、図17に示すように、p-型電界緩和層13は、ゲート電極6が設けられていない領域で除去されていてもよい。このため、p-型電界緩和層13間の間隔w’は、ゲート電極6の間隔wと同等またはより狭くなっている(w’≦w)。p-型電界緩和層13は、オフ時にかかるゲート絶縁膜電界を低減するために設けられているため、ゲート電極6が設けられていない領域では、無くてもよいためである。
Further, as shown in FIG. 17, the p - type electric
また、図16と図17とを組み合わせて、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状として、p-型電界緩和層13は、ゲート電極6が設けられていない領域で除去されていてもよい。
Further, by combining FIGS. 16 and 17, the n + type
(実施の形態5)
図18および図19は、実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図18は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図19は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 5)
18 and 19 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment. FIG. 18 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 3 of the first embodiment.
実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、層間絶縁膜9をJFET領域14上で開口して、開口部にショットキーメタル15を配置して、SBD(Schottky Barrier Diode)を内蔵している点である。
The silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment is different from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that the
ゲート電極6が分離された領域で、層間絶縁膜9が、JFET領域14の表面まで開口され、SiCとショットキー接続する金属、例えば、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)等を開口部に埋め込むことで、ソース電極10とJFET領域14とのショットキー接続が形成される。
In the region where the
SBDは、寄生pnダイオードより、順方向電圧Vfが低いため、寄生pnダイオードより低電圧でオン状態になる。これにより、転流時には、SBDに電流が流れることになり、寄生pnダイオードに電流が流れることが削減される。このため、縦型MOSFETのオン抵抗が上昇することをなくすことができる。また、SBDは、ユニポーラ動作になるため、バイポーラ動作の寄生pnダイオードよりQrrが減り、スイッチングロスを減少させることができる。 Since the forward voltage Vf of the SBD is lower than that of the parasitic pn diode, the SBD is turned on at a lower voltage than the parasitic pn diode. As a result, at the time of commutation, a current flows through the SBD, and the current flows through the parasitic pn diode is reduced. Therefore, it is possible to prevent the on-resistance of the vertical MOSFET from increasing. Further, since the SBD has a unipolar operation, the Qrr is reduced as compared with the parasitic pn diode in the bipolar operation, and the switching loss can be reduced.
また、ショットキーメタル15の幅は、層間絶縁膜9の開口部の幅より狭く、p-型電界緩和層13が開口部よりも突き出ていることが好ましい。JFET領域14の端は、リークが起こりやすい箇所であるため、p-型電界緩和層13を設けて、ショットキー界面での電界を緩和してリーク電流を減少させることができる。
Further, it is preferable that the width of the
(実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、以下の処理を追加することで製造することができる。まず、層間絶縁膜9を、ゲート電極6が分離された領域で、JFET領域14の表面まで開口する。なお、p-型電界緩和層13を形成する際、JFET領域14の開口部上に形成しないでおく。次に、開口部のJFET領域14の表面に沿って金属膜を、例えばTiやMoで形成する。次に、例えば500℃以下程度の温度の窒素(N2)雰囲気で熱処理(アニール)することで、JFET領域14の表面に金属膜と半導体領域とのショットキー接続を形成する。これ以外は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法と同様にして、製造することが可能である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 5)
The silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment can be manufactured by adding the following processing to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, the
以上、説明したように、実施の形態5によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態5では、層間絶縁膜をJFET領域上で開口して、開口部にショットキーメタルを配置して、SBDを内蔵している。これにより、転流時に、SBDに電流が流れることになり、寄生pnダイオードに電流が流れることが削減される。このため、縦型MOSFETのオン抵抗が上昇することをなくすことができる。また、SBDは、ユニポーラ動作になるため、バイポーラ動作の寄生pnダイオードよりQrrが減り、スイッチングロスを減少させることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, the same effect as that of the first embodiment can be obtained. Further, in the fifth embodiment, the interlayer insulating film is opened on the JFET region, the Schottky metal is arranged in the opening, and the SBD is built in. As a result, a current flows through the SBD at the time of commutation, and the current flows through the parasitic pn diode is reduced. Therefore, it is possible to prevent the on-resistance of the vertical MOSFET from increasing. Further, since the SBD has a unipolar operation, the Qrr is reduced as compared with the parasitic pn diode in the bipolar operation, and the switching loss can be reduced.
(実施の形態6)
図20および図21は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図20は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図21は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 6)
20 and 21 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment. FIG. 20 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 21 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 3 of the first embodiment.
実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、層間絶縁膜9をJFET領域14上で開口して、JFET領域14上にショットキートレンチ(第2トレンチ)16を設け、ショットキートレンチ16の底部および側壁にショットキーメタル15を配置して、SBDを内蔵している点である。
The silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment is different from the silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment in that the
ショットキートレンチ16の底部および側壁に、SiCとショットキー接続する金属、例えば、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)等を埋め込むことで、ソース電極10とJFET領域14とのショットキー接続が形成される。実施の形態6では、ショットキートレンチ16の底部および側壁でショットキー接続が形成されるため、実施の形態5よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。
A Schottky connection between the
ここで、ショットキートレンチ16は、開口部の幅が、底部の幅よりも広いテーパー形状であることが好ましい。ショットキートレンチ16の側壁と底部とのなす角度θが90°以上の逆テーパー形状では、ショットキートレンチ16の側壁と底部との角部に電界が集中してしまうためである。
Here, the
また、上記角度θが大きいほど側壁の面積が大きくなり、ショットキー接続の面積を増やすことができる。一方、上記角度θが大きいほどショットキートレンチ16の幅を狭くすることが難しくなる。このため、ショットキートレンチ16の側壁と底部とのなす角度θは、82°以上90°未満であることが好ましく、85°以上88°以下であることがより好ましい。
Further, the larger the angle θ, the larger the area of the side wall, and the area of the Schottky connection can be increased. On the other hand, the larger the angle θ, the more difficult it is to narrow the width of the
また、ショットキートレンチ16は、トレンチ11を形成する際にセルフアラインで同時に形成することができる。このため、ショットキートレンチ16は、トレンチ11と同じ深さである。また、トレンチ11およびショットキートレンチ16は、どちらも深い方が好ましいが、深くなるとトレンチ11およびショットキートレンチ16の底に電界が集中する。トレンチ11は、底部にp+型ベース層4が設けられ、底部がp+型ベース層4で保護されているため、ショットキートレンチ16より、底部に電界が集中しにくい。このため、トレンチ11をショットキートレンチ16よりも深くしてもよい。
Further, the
図22は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す平面図である。図22のA−A’断面は、図20の断面であり、図22のB−B’断面は、図21の断面である。また、図22は、図20および図21のC−C’断面での平面図である。図22に示すように、トレンチ11は、平面視(縦型MOSFET50をソース電極10側からn+型炭化珪素基板1側に向かって見た方向)で矩形状であり、ショットキートレンチ16は、平面視でストライプ形状である。
FIG. 22 is a plan view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment. The AA'cross section of FIG. 22 is the cross section of FIG. 20, and the BB' cross section of FIG. 22 is the cross section of FIG. 22 is a plan view taken along the line CC'of FIGS. 20 and 21. As shown in FIG. 22, the
この場合、トレンチ11の幅w1は、ショットキートレンチ16の幅w2より広いことが好ましい。幅が広い方が、トレンチの深さが深くなりやすい。このため、ショットキートレンチ16を、トレンチ11より細くして、トレンチ11よりも浅くする。
In this case, the width w1 of the
(実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、以下の処理を追加することで製造することができる。まず、層間絶縁膜9を、ゲート電極6が分離された領域で、p-型電界緩和層13の表面まで開口する。次に、p+型ベース層4およびJFET領域14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+型ベース層4の表面から、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置まで、n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しないトレンチ11と、p-型電界緩和層13の表面から、JFET領域14に達するショットキートレンチ16とを選択的に形成する。次に、ショットキートレンチ16の側壁と底部に沿って金属膜を、例えばTiやMoで形成する。次に、例えば500℃以下程度の温度の窒素(N2)雰囲気で熱処理(アニール)することで、ショットキートレンチ16の側壁と底部に金属膜と半導体領域とのショットキー接続を形成する。これ以外は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法と同様にして、製造することが可能である。このように、ショットキートレンチ16は、トレンチ11と同時に形成することができ、プロセスを追加する必要がない。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 6)
The silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment can be manufactured by adding the following processing to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, the
以上、説明したように、実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態6では、ショットキートレンチを設け、ショットキートレンチの底部および側壁にショットキーメタルを配置して、SBDを内蔵している。このため、実施の形態6は実施の形態5よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。 As described above, according to the sixth embodiment, the same effect as that of the fifth embodiment can be obtained. Further, in the sixth embodiment, a Schottky trench is provided, a Schottky metal is arranged on the bottom and side walls of the Schottky trench, and an SBD is built in. Therefore, the sixth embodiment can increase the area of the Schottkey connection as compared with the fifth embodiment.
(実施の形態7)
図23および図24は、実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図23は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図24は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。図25は、実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す平面図である。図25のA−A’断面は、図23の断面であり、図25のB−B’断面は、図24の断面である。また、図25は、図23および図24のC−C’断面での平面図である。
(Embodiment 7)
23 and 24 are cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment. FIG. 23 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 24 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. FIG. 25 is a plan view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment. The AA'cross section of FIG. 25 is the cross section of FIG. 23, and the BB' cross section of FIG. 25 is the cross section of FIG. 24. Further, FIG. 25 is a plan view taken along the line CC'of FIGS. 23 and 24.
実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、ショットキートレンチ16が矩形状である点である。このため、実施の形態7では、ショットキートレンチ16を細かくすることにより、ショットキートレンチ16の側壁の部分を増やし、実施の形態6よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。ショットキートレンチ16を細かくすることとは、矩形の長さl(図25参照)を短くすることである。短くすることにより、矩形が並ぶ方向(図25のA−A’と直交する方向)の側壁の部分を増やすことができる。
The silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment is different from the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment in that the
ショットキートレンチ16の形状は、矩形の角部を丸めたり、円形の形状にすることも可能である。この場合、矩形の角部に電界が集中することを削減できる。また、円形の形状は、矩形の形状よりも作成が容易である。
The shape of the
また、図25に示すように、トレンチ11とショットキートレンチ16とは互い違いになっていることが好ましい。つまり、トレンチ11とショットキートレンチ16とは、p+型ベース層4とJFET領域14とが並ぶ方向(図25のA−A’と平行な方向)の断面で、同一断面に設けられていない。これにより、トレンチ11とショットキートレンチ16とを離すことができ、局所的な発熱を抑えることができ、さらに、微細化が容易になる。
Further, as shown in FIG. 25, it is preferable that the
(実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、ショットキートレンチ16の形状を矩形状に形成することで、製造することが可能である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Embodiment 7)
The silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment can be manufactured by forming the
以上、説明したように、実施の形態7によれば、実施の形態6と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態7では、ショットキートレンチを細かくすることにより、実施の形態6よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。また、トレンチとショットキートレンチとを互い違いにすることにより、トレンチとショットキートレンチとを離すことができ、局所的な発熱を抑えることができ、さらに、微細化が容易になる。 As described above, according to the seventh embodiment, the same effect as that of the sixth embodiment can be obtained. Further, in the seventh embodiment, the area of the Schottky connection can be increased as compared with the sixth embodiment by making the Schottky trench finer. Further, by staggering the trench and the Schottky trench, the trench and the Schottky trench can be separated from each other, local heat generation can be suppressed, and further miniaturization becomes easy.
以上、実施の形態5〜7では、図1〜図3に記載の実施の形態1にSBDを追加した場合を例に説明したが、実施の形態2〜4にもSBDを追加することが可能である。つまり、JFET領域14が、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとからなる実施の形態2にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。また、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとの界面が、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深い実施の形態3にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。また、JFET領域14がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっている実施の形態4にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。
As described above, in the fifth to seventh embodiments, the case where the SBD is added to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 has been described as an example, but the SBD can also be added to the second to fourth embodiments. Is. That is, the
さらに、実施の形態5〜7において、n+型電流拡散層12の形状を、図16に示す形状にすることも可能である。つまり、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状としてもよい。
Further, in the fifth to seventh embodiments, the shape of the n + type
以上、実施の形態として、MOSFETを例に説明してきたが、炭化珪素半導体基体の裏面側にp型の領域を設けたIGBTにも適用可能である。この場合、炭化珪素半導体基体の表面がIE効果(Injection Enhancement Effect)で抵抗を下げられ、高耐圧のIGBTが可能になる。 Although the MOSFET has been described as an example of the embodiment, it can also be applied to an IGBT in which a p-type region is provided on the back surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. In this case, the resistance of the surface of the silicon carbide semiconductor substrate is lowered by the IE effect (Injection Enhancement Effect), and a high withstand voltage IGBT becomes possible.
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。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ているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等のワイドバンドギャップ半導体以外の半導体にも適用可能である。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。 In the above, the present invention can be variously modified without departing from the spirit of the present invention, and in each of the above-described embodiments, for example, the dimensions of each part, the impurity concentration, and the like are set in various ways according to the required specifications and the like. Further, in each of the above-described embodiments, the case where silicon carbide is used as the wide bandgap semiconductor is described as an example, but it can also be applied to a widebandgap semiconductor such as gallium nitride (GaN) other than silicon carbide. Is. It is also applicable to semiconductors other than wide bandgap semiconductors such as silicon (Si) and germanium (Ge). Further, in each embodiment, the first conductive type is n-type and the second conductive type is p-type, but in the present invention, the first conductive type is p-type and the second conductive type is n-type. It holds.
以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。 As described above, the silicon carbide semiconductor device and the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention are power semiconductors used in power conversion devices such as inverters, power supply devices such as various industrial machines, and igniters of automobiles. Useful for equipment.
1、101 n+型炭化珪素基板
3、103 n-型炭化珪素エピタキシャル層
4、104 p+型ベース層
5、105 ゲート絶縁膜
6、106 ゲート電極
7、107 p+型コンタクト領域
8、108 n+型ソース領域
9、109 層間絶縁膜
10、110 ソース電極
11、111 トレンチ
12、112 n+型電流拡散層
13、113 p-型電界緩和層
14、114 JFET領域
14a 下部JFET領域
14b 上部JFET領域
15 ショットキーメタル
16 ショットキートレンチ
30 エッジ終端領域
40 活性領域
50、150、151 縦型MOSFET
1,101 n + type
Claims (11)
前記半導体基板上に設けられた、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板に対して反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体層の表面から設けられ、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチと、
前記第1半導体領域から前記第2半導体領域とにかけて設けられ、および、前記トレンチの内壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に設けられ、前記トレンチの内壁に接する第2導電型の第4半導体領域と、
前記ゲート電極上に設けられた層間絶縁膜と、
を備え、
前記ゲート電極は、前記第1半導体領域上の領域で分離されていることを特徴とする半導体装置。 The first conductive type semiconductor substrate and
A first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate provided on the semiconductor substrate,
A second conductive type second semiconductor layer of the first semiconductor layer provided on the opposite side of the semiconductor substrate,
A first conductive type first semiconductor region that penetrates the second semiconductor layer from the surface of the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer.
A first conductive type second semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate, which is selectively provided on the surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer,
A first conductive type of the second semiconductor layer, which is selectively provided on the surface layer opposite to the first semiconductor layer and is in contact with the first semiconductor region at a distance from the second semiconductor region. Third semiconductor area and
A trench provided from the surface of the second semiconductor layer, sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region, and does not reach the first semiconductor layer.
A gate insulating film provided from the first semiconductor region to the second semiconductor region and provided on the inner wall of the trench.
The gate electrode provided on the gate insulating film and
A second conductive type fourth semiconductor region provided between the third semiconductor region and the gate electrode and in contact with the inner wall of the trench,
An interlayer insulating film provided on the gate electrode and
With
A semiconductor device characterized in that the gate electrodes are separated in a region on the first semiconductor region.
前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であ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 first semiconductor region includes a lower first semiconductor region deeper than the surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side and an upper first semiconductor region shallower than the surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side. ,
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region, and has a higher impurity concentration than the lower first semiconductor region.
前記下部第1半導体領域と前記上部第1半導体領域との界面は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深く、
前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であ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 first semiconductor region includes a lower first semiconductor region provided on the first semiconductor layer and an upper first semiconductor region provided on the lower first semiconductor region.
The interface between the lower first semiconductor region and the upper first semiconductor region is deeper than the surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side.
The semiconductor device according to claim 1 or 2, wherein the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region, and has a higher impurity concentration than the lower first semiconductor region.
前記第1半導体層の、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層を形成し、前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域を形成する第2工程と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域を形成する第3工程と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域を形成する第4工程と、
前記第3半導体領域の表面層に第2導電型の第4半導体領域を形成する第5工程と、
前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチを形成する第6工程と、
前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけてゲート絶縁膜を形成し、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する第7工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第8工程と、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第9工程と、
を含み、
前記第5工程では、前記第4半導体領域を前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接するように形成し、
前記第8工程では、前記ゲート電極を前記第1半導体領域上の領域で除去する工程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 a first conductive type first semiconductor layer having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate on the first conductive type semiconductor substrate.
A second conductive type second semiconductor layer is formed on the side of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate, and the first semiconductor layer is penetrated from the surface of the second semiconductor layer. The second step of forming the first conductive type first semiconductor region reaching the semiconductor layer, and
A third step of selectively forming a first conductive type second semiconductor region having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate on the surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer.
A first conductive type third semiconductor that is selectively separated from the second semiconductor region and is in contact with the first semiconductor region on the surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer. The fourth step of forming the region and
The fifth step of forming the second conductive type fourth semiconductor region on the surface layer of the third semiconductor region, and
A sixth step of forming a trench that is sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and does not reach the first semiconductor layer from the surface of the second semiconductor layer.
A seventh step of forming a gate insulating film from the first semiconductor region to the second semiconductor region and forming a gate insulating film on the inner wall of the trench.
The eighth step of forming the gate electrode on the gate insulating film and
The ninth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode and
Including
In the fifth step, the fourth semiconductor region is formed between the third semiconductor region and the gate electrode so as to be in contact with the inner wall of the trench.
The eighth step is a method for manufacturing a semiconductor device, which comprises a step of removing the gate electrode in a region on the first semiconductor region.
前記ゲート電極が分離された前記領域で前記層間絶縁膜が開口され、開口部にショットキーメタルが配置され、前記第1電極は、前記第1半導体領域とショットキー接続されていることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一つに記載の半導体装置。 The second semiconductor layer and the first electrode provided on the surface side of the second semiconductor region are provided.
The interlayer insulating film is opened in the region where the gate electrode is separated, a Schottky metal is arranged in the opening, and the first electrode is Schottky connected to the first semiconductor region. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5.
前記第2トレンチの側壁および底部にショットキーメタルが配置され、前記第1電極は、前記第1半導体領域とショットキー接続されていることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。 A second trench provided from the surface of the fourth semiconductor region and reaching the first semiconductor region is provided in the region where the gate electrode is separated.
The semiconductor device according to claim 7, wherein Schottky metal is arranged on the side wall and the bottom of the second trench, and the first electrode is Schottky connected to the first semiconductor region.
前記第2トレンチは、平面視でストライプ形状であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 The trench is rectangular in plan view and has a rectangular shape.
The semiconductor device according to claim 8, wherein the second trench has a striped shape in a plan view.
前記第2トレンチは、平面視で矩形状であることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 The trench is rectangular in plan view and has a rectangular shape.
The semiconductor device according to claim 8, wherein the second trench has a rectangular shape in a plan view.
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019115772 | 2019-06-21 | ||
JP2019115772 | 2019-06-21 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2021002652A true JP2021002652A (en) | 2021-01-07 |
Family
ID=73995518
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020098042A Pending JP2021002652A (en) | 2019-06-21 | 2020-06-04 | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2021002652A (en) |
-
2020
- 2020-06-04 JP JP2020098042A patent/JP2021002652A/en active Pending
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6996082B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
US9793392B2 (en) | Semiconductor device | |
US10276666B2 (en) | Semiconductor device | |
JP7087280B2 (en) | Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device | |
JP2018133377A (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
JP6194779B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
JPWO2020110514A1 (en) | Manufacturing method of super-junction silicon carbide semiconductor device and super-junction silicon carbide semiconductor device | |
US10096703B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP2011023675A (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
JP6802454B2 (en) | Semiconductor devices and their manufacturing methods | |
JP2018060923A (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
JP2020150182A (en) | Super bonded silicon carbide semiconductor device and manufacturing method of super bonded silicon carbide semiconductor device | |
JP6919713B2 (en) | Silicon Carbide Semiconductor Device and Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device | |
JP7310184B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing silicon carbide semiconductor device | |
JP2018082056A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
JP2018064047A (en) | Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method | |
JP5059989B1 (en) | Semiconductor device and manufacturing method thereof | |
WO2018135146A1 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP7074173B2 (en) | Semiconductor devices and methods for manufacturing semiconductor devices | |
JP6651801B2 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
JP7379880B2 (en) | semiconductor equipment | |
JP7106882B2 (en) | Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device | |
JP2021002652A (en) | Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device | |
WO2019077878A1 (en) | Silicon carbide semiconductor device, and manufacturing method of silicon carbide semiconductor device | |
JP7371426B2 (en) | semiconductor equipment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20230515 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20240221 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20240227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20240415 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20240702 |