JP2021040042A - 超接合半導体装置および超接合半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明にかかる超接合半導体装置は、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(製造)された炭化珪素半導体装置について、超接合MOSFETを例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる超接合半導体装置の構造を示す図3のA−B断面図である。また、図2は、実施の形態1にかかる超接合半導体装置の構造を示す図3のC−D断面図である。また、図3は、実施の形態1にかかる超接合半導体装置の構造を示す平面図である。図1には、2つの単位セル(素子の機能単位)のみを示し、これらに隣接する他の単位セルを図示省略する。図1に示す超接合半導体装置40は、炭化珪素からなる半導体基体(炭化珪素基体:半導体チップ)のおもて面(p型ベース領域6側の面)側にMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートを備えた超接合MOSFETである。以下の図中において、n1,n2,n3,n4,n5等は、層や領域がn型であることを意味し、不純物濃度はn1≦n2≦n3≦n4≦n5となっている。p1,p2,p3,p4,p5等も、同様に層や領域がp型であることを意味し、不純物濃度はp1≦p2≦p3≦p4≦p5となっている。
n1×Wn1≒p1×Wp1
が成り立つ。この際、p型ピラー領域3の不純物濃度p1をわずかに大きくして、p型の不純物をわずかに多くすることが好ましい。
次に、実施の形態1にかかる超接合半導体装置40の製造方法について説明する。図4〜図8は、実施の形態1にかかる超接合半導体装置の製造途中の状態を示す断面図である。まず、炭化珪素からなるn++型半導体基板1を用意する。次に、n++型半導体基板1のおもて面に、n++型半導体基板1より不純物濃度の低い低濃度n型ドリフト層21をエピタキシャル成長させる。このとき、例えば、低濃度n型ドリフト層21の不純物濃度n4が2.5×1015/cm3、膜厚tn4が40μmとなるようにn型不純物をドーピングさせてエピタキシャル成長させてもよい。
次に、実施の形態2にかかる超接合半導体装置41について説明する。図9は、実施の形態2にかかる超接合半導体装置の構造を示す図13のA−B断面図である。また、図10は、実施の形態2にかかる超接合半導体装置の構造を示す図13のC−D断面図である。また、図11は、実施の形態2にかかる超接合半導体装置の構造を示す図13のE−F断面図である。また、図12は、実施の形態2にかかる超接合半導体装置の構造を示す図13のG−H断面図である。また、図13は、実施の形態2にかかる超接合半導体装置の構造を示す平面図である。
n1×Wn1≒p1×Wp1
が成り立つ。この際、p型ピラー領域3の不純物濃度p1をわずかに大きくして、p型の不純物をわずかに多くすることが好ましい。
実施の形態2にかかる超接合半導体装置41の製造方法は、実施の形態1にかかる超接合半導体装置41の製造方法において、p型ピラー領域3が形成される第2トレンチ31を、p型ベース領域6が形成される第1トレンチ30と直交させることで形成される。
次に、実施の形態3にかかる超接合半導体装置42について説明する。実施の形態3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(製造)された炭化珪素半導体装置について、超接合MOSFETを例に説明する。図14は、実施の形態3にかかる超接合半導体装置の構造を示す図16のA−B断面図である。また、図15は、実施の形態3にかかる超接合半導体装置の構造を示す図16のC−D断面図である。また、図16は、実施の形態3にかかる超接合半導体装置の構造を示す平面図である。図14には、2つの単位セル(素子の機能単位)を内蔵する超接合半導体装置を示しているが、実際の超接合半導体装置で2つより多くの単位セルを内蔵している。図14に示す超接合半導体装置42は、炭化珪素からなる半導体基体(炭化珪素基体:半導体チップ)のおもて面(p型ベース領域6側の面)側にMOS(Metal Oxide Semiconductor)ゲートを備えた超接合MOSFETである。
n1×Wn1≒p1×Wp1
が成り立つ。この際、p型ピラー領域3の不純物濃度p1をわずかに大きくして、p型の不純物をわずかに多くすることが好ましい。
次に、実施の形態3にかかる超接合半導体装置42の製造方法について説明する。まず、炭化珪素からなるn++型半導体基板1を用意する。次に、n++型半導体基板1のおもて面に、n++型半導体基板1より不純物濃度の低い低濃度n型ドリフト層21をエピタキシャル成長させる。このとき、例えば、低濃度n型ドリフト層21の不純物濃度n4が2.5×1015/cm3、膜厚tn4が40μmとなるようにn型不純物をドーピングさせてエピタキシャル成長させてもよい。
次に、実施の形態4にかかる超接合半導体装置43について説明する。図17は、実施の形態4にかかる超接合半導体装置の構造を示す図21のA−B断面図である。また、図18は、実施の形態4にかかる超接合半導体装置の構造を示す図21のC−D断面図である。また、図19は、実施の形態4にかかる超接合半導体装置の構造を示す図21のE−F断面図である。また、図20は、実施の形態4にかかる超接合半導体装置の構造を示す図21のG−H断面図である。また、図21は、実施の形態4にかかる超接合半導体装置の構造を示す平面図である。
n1×Wn1≒p1×Wp1
が成り立つ。この際、p型ピラー領域3の不純物濃度p1をわずかに大きくして、p型の不純物をわずかに多くすることが好ましい。
実施の形態4にかかる超接合半導体装置43の製造方法は、実施の形態3にかかる超接合半導体装置42の製造方法において、p型ピラー領域3が形成される第2トレンチ31を、ゲートトレンチ18と直交させることで形成される。
2、102 n型ドリフト層
21 低濃度n型ドリフト層
22 中濃度n型ドリフト層
23 高濃度n型ドリフト層
3、103 p型ピラー領域
4、104 n型ピラー領域
6、106 p型ベース領域
7、107 n+型ソース領域
8 p+型コンタクト領域
9、109 ゲート絶縁膜
10、110 ゲート電極
12、112 ソース電極
13、113 裏面電極
18 ゲートトレンチ
19、119 並列pn領域
30 第1トレンチ
31 第2トレンチ
40、41、42、43、140 超接合半導体装置
Claims (9)
- 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半導体層に設けられた第1トレンチと、
底面が前記第1トレンチの開口部に連続し、前記第1半導体層のおもて面において開口し、前記第1トレンチより幅が広い第2トレンチと、
前記第1トレンチの内側に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記第2トレンチの内側に設けられた第2導電型の第3半導体領域と、
前記第3半導体領域の表面に設けられた、前記第1半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第5半導体領域と、
前記第3半導体領域および前記第5半導体領域を貫通して前記第1半導体層に達するゲートトレンチと、
前記ゲートトレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第5半導体領域と前記第3半導体領域の表面に設けられた第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
を備えることを特徴とする超接合半導体装置。 - 前記第2半導体領域および前記ゲートトレンチは、ストライプ形状を有し、
前記第2半導体領域の長手方向と前記ゲートトレンチの奥行き方向は平行であることを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置。 - 前記第2半導体領域および前記ゲートトレンチは、ストライプ形状を有し、
前記第2半導体領域の長手方向と前記ゲートトレンチの奥行き方向は直交することを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置。 - 前記第2半導体領域および前記第3半導体領域は、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチに埋め込まれたエピタキシャル成長層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超接合半導体装置。
- 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半導体層に第1トレンチと、底面が前記第1トレンチの開口部に連続し、前記第1半導体層のおもて面において開口し、前記第1トレンチより幅が広い第2トレンチを形成する第2工程と、
前記第1トレンチの内側と前記第2トレンチの内側にエピタキシャル成長により、第2導電型の第2半導体領域と第2導電型の第3半導体領域を形成する第3工程と、
前記第3半導体領域の表面に前記第1半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第5半導体領域を形成する第5工程と、
前記第3半導体領域および前記第5半導体領域を貫通して前記第1半導体層に達するゲートトレンチを形成する第6工程と、
前記ゲートトレンチの内部にゲート絶縁膜を介してゲート電極を形成する第7工程と、
前記第5半導体領域と前記第3半導体領域の表面に第1電極を形成する第8工程と、
前記半導体基板の裏面に第2電極を形成する第9工程と、
を含むことを特徴とする超接合半導体装置の製造方法。 - 前記第2トレンチの端部は、前記第2半導体領域上に位置していることを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置。
- 前記第2トレンチの端部は、前記超接合半導体装置の最も外側に設けられた前記第1トレンチの外側の辺上に位置していることを特徴とする請求項1に記載の超接合半導体装置。
- 前記第2工程では、前記第2トレンチの端部を、前記第2半導体領域上に位置するように形成することを特徴とする請求項5に記載の超接合半導体装置の製造方法。
- 前記第2工程では、前記第2トレンチの端部を、前記超接合半導体装置の最も外側に設けられた前記第1トレンチの外側の辺上に位置するように形成することを特徴とする請求項5に記載の超接合半導体装置の製造方法。
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