JP2022082113A - Semiconductor device and manufacturing method for the same - Google Patents

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俊治 丸井
Toshiharu Marui
哲也 林
Tetsuya Hayashi
啓一郎 沼倉
Keiichiro Numakura
威 倪
Akira Gei
亮太 田中
Ryota Tanaka
裕一 岩▲崎▼
Yuichi Iwasaki
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Abstract

To provide a semiconductor device in which the integration effect can be increased in a case where diodes are disposed on the same chip, and a manufacturing method for the same.SOLUTION: A semiconductor device 100 according to the present invention includes an insulating substrate 3, an N-type drift region 5 formed on the insulating substrate 3, a P-type drift region 7 formed adjacent to the N-type drift region 5, an anode electrode 9 electrically connected to the N-type drift region 5 while forming an energy barrier, a cathode electrode 11 electrically connected to the P-type drift region 7 while forming the energy barrier, and a connection electrode 13 formed at a position where the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are adjacent to each other and disposed in ohmic junction with each of the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、半導体装置及びその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method for manufacturing the same.

従来では、上下アームからなる複数のチャネルを有する半導体装置として特許文献1が開示されている。この特許文献1に開示された半導体装置では、高耐圧デバイスの正電位側のダイオードと接地電位側のダイオードがそれぞれ溝で囲まれ、互いに分離されていた。 Conventionally, Patent Document 1 is disclosed as a semiconductor device having a plurality of channels including upper and lower arms. In the semiconductor device disclosed in Patent Document 1, the diode on the positive potential side and the diode on the ground potential side of the high withstand voltage device are each surrounded by a groove and separated from each other.

特開2010-80803号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2010-80803

しかしながら、上述した従来の半導体装置では、正電位側のダイオードと接地電位側のダイオードが完全に分離されていたので、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果が低くなってしまうという問題点があった。 However, in the above-mentioned conventional semiconductor device, since the diode on the positive potential side and the diode on the ground potential side are completely separated, there is a problem that the integration effect becomes low when the diode is arranged on the same chip. was there.

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて成されたものであり、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果を高めることのできる半導体装置及びその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of enhancing the integration effect when a diode is arranged on the same chip and a method for manufacturing the same.

本発明の一態様に係る半導体装置は、絶縁基板上に第1導電型ドリフト領域と第2導電型ドリフト領域を隣接して形成する。そして、第1導電型ドリフト領域とエネルギー障壁を形成して電気的に接続された第1電極と、第2導電型ドリフト領域とエネルギー障壁を形成して電気的に接続された第2電極とを有する。さらに、第1導電型ドリフト領域と第2導電型ドリフト領域が隣接した位置に第3電極を形成し、この第3電極は第1導電型ドリフト領域と第2導電型ドリフト領域にそれぞれオーミック接合されている。 The semiconductor device according to one aspect of the present invention forms a first conductive type drift region and a second conductive type drift region adjacent to each other on an insulating substrate. Then, the first electrode that forms an energy barrier with the first conductive type drift region and is electrically connected to each other, and the second electrode that forms an energy barrier and is electrically connected to the second conductive type drift region are connected to each other. Have. Further, a third electrode is formed at a position where the first conductive type drift region and the second conductive type drift region are adjacent to each other, and the third electrode is ohmic-bonded to the first conductive type drift region and the second conductive type drift region, respectively. ing.

本発明によれば、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果を高めることができる。 According to the present invention, the integration effect can be enhanced when the diodes are arranged on the same chip.

図1は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面斜視図である。FIG. 1 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. 図2Aは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その1)。FIG. 2A is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 1). 図2Bは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その2)。FIG. 2B is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 2). 図2Cは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その3)。FIG. 2C is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 3). 図2Dは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その4)。FIG. 2D is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 4). 図2Eは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その5)。FIG. 2E is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 5). 図2Fは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その6)。FIG. 2F is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 6). 図2Gは、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を説明するための模式的な工程図である(その7)。FIG. 2G is a schematic process diagram for explaining a method for manufacturing a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention (No. 7). 図3は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面斜視図である。FIG. 3 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. 図4は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の構造を示す断面斜視図である。FIG. 4 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. 図5は、本発明の第3実施形態の変形例に係る半導体装置の構造を示す断面斜視図である。FIG. 5 is a cross-sectional perspective view showing the structure of the semiconductor device according to the modified example of the third embodiment of the present invention.

以下に、図面を参照して実施形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率などは現実のものとは異なる部分を含んでいる。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている。 Hereinafter, embodiments will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. However, the drawings are schematic, and the relationship between the thickness and the plane dimensions, the ratio of the thickness of each layer, etc. include parts that are different from the actual ones. In addition, there are parts where the relationships and ratios of the dimensions of the drawings are different from each other.

また、本明細書等において、「電気的に接続」とは、「何らかの電気的作用を有するもの」を介して接続されている場合が含まれる。ここで、「何らかの電気的作用を有するもの」は、接続対象間での電気信号の授受を可能とするものであれば、特に限定されない。例えば、「何らかの電気的作用を有するもの」には、電極、配線、スイッチング素子、抵抗素子、インダクタ、容量素子、その他の各種機能を有する素子などが含まれる。 Further, in the present specification and the like, "electrically connected" includes the case where they are connected via "something having some kind of electrical action". Here, the "thing having some kind of electrical action" is not particularly limited as long as it enables the exchange of electric signals between the connection targets. For example, "things having some kind of electrical action" include electrodes, wirings, switching elements, resistance elements, inductors, capacitive elements, and other elements having various functions.

[第1実施形態]
[半導体装置の構造]
図1は、本実施形態に係る半導体装置の構造を示す図である。図1に示すように、本実施形態に係る半導体装置100は、第1ダイオード1Aと、第2ダイオード1Bとを備えている。この半導体装置100は、絶縁基板3と、第1導電型ドリフト領域5と、第2導電型ドリフト領域7と、アノード電極(第1電極)9と、カソード電極(第2電極)11と、接続電極(第3電極)13とを有する。第1ダイオード1Aと第2ダイオード1Bは接続電極13によって接続され、半導体装置100は全体として2つのダイオードが直列接続されたものとして機能する。
[First Embodiment]
[Structure of semiconductor device]
FIG. 1 is a diagram showing a structure of a semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor device 100 according to the present embodiment includes a first diode 1A and a second diode 1B. The semiconductor device 100 is connected to an insulating substrate 3, a first conductive type drift region 5, a second conductive type drift region 7, an anode electrode (first electrode) 9, and a cathode electrode (second electrode) 11. It has an electrode (third electrode) 13. The first diode 1A and the second diode 1B are connected by a connection electrode 13, and the semiconductor device 100 functions as a whole as if two diodes are connected in series.

尚、第1導電型と第2導電型は互いに異なる導電型である。すなわち、第1導電型がP型であれば、第2導電型はN型であり、第1導電型がN型であれば、第2導電型はP型である。本実施形態では、第1導電型がN型、第2導電型がP型の場合について説明するので、以下では、第1導電型ドリフト領域5をN型ドリフト領域5として説明し、第2導電型ドリフト領域7をP型ドリフト領域7として説明する。 The first conductive type and the second conductive type are different conductive types from each other. That is, if the first conductive type is P type, the second conductive type is N type, and if the first conductive type is N type, the second conductive type is P type. In the present embodiment, the case where the first conductive type is N type and the second conductive type is P type will be described. Therefore, in the following, the first conductive type drift region 5 will be described as the N type drift region 5, and the second conductive type will be described. The type drift region 7 will be described as a P type drift region 7.

絶縁基板3は、絶縁性半導体基板である。これにより、同一の絶縁基板3に複数の半導体装置を集積する際の素子分離プロセスを簡略化することができる。また、冷却器に半導体装置を実装する場合に、絶縁基板3と冷却器の間に設置する絶縁性基板を省略することが可能である。ここで、絶縁性基板とは、基板の抵抗率が数kΩ・cm以上のことをいう。 The insulating substrate 3 is an insulating semiconductor substrate. This makes it possible to simplify the element separation process when integrating a plurality of semiconductor devices on the same insulating substrate 3. Further, when mounting the semiconductor device on the cooler, it is possible to omit the insulating board installed between the insulating board 3 and the cooler. Here, the insulating substrate means that the resistivity of the substrate is several kΩ · cm or more.

例えば、絶縁基板3として炭化珪素基板(SiC基板)を用いることができる。SiCはワイドバンドギャップ半導体であり真性キャリヤ数が少ないため、高い絶縁性を得やすく、耐圧の高い半導体装置を実現できる。SiCにはいくつかのポリタイプ(結晶多形)が存在するが、代表的な4HのSiC基板を絶縁基板3として用いることができる。絶縁基板3にSiC基板を用いることにより、絶縁基板3の絶縁性を高く、かつ、熱伝導率を高くできる。このため、絶縁基板3の裏面を冷却機構に直接取り付けて、半導体装置を効率よく冷却することができる。この構造によれば、SiC基板の熱伝導率が大きいため、半導体装置がオン状態のときの主電流による発熱を効率よく発散させることができる。 For example, a silicon carbide substrate (SiC substrate) can be used as the insulating substrate 3. Since SiC is a wide bandgap semiconductor and has a small number of intrinsic carriers, it is easy to obtain high insulation and a semiconductor device having high withstand voltage can be realized. Although there are several polymorphs (polymorphs of crystals) in SiC, a typical 4H SiC substrate can be used as the insulating substrate 3. By using a SiC substrate for the insulating substrate 3, the insulating property of the insulating substrate 3 can be made high and the thermal conductivity can be made high. Therefore, the back surface of the insulating substrate 3 can be directly attached to the cooling mechanism to efficiently cool the semiconductor device. According to this structure, since the thermal conductivity of the SiC substrate is large, heat generation due to the main current when the semiconductor device is on can be efficiently dissipated.

また、絶縁基板3は、SiC基板に限らず、バンドギャップの広い半導体材料からなる半導体基板を使用してもよい。バンドギャップの広い半導体材料には、例えばGaN、ダイヤモンド、ZnO、AlGaNなどが挙げられる。 Further, the insulating substrate 3 is not limited to the SiC substrate, and a semiconductor substrate made of a semiconductor material having a wide bandgap may be used. Examples of the semiconductor material having a wide bandgap include GaN, diamond, ZnO, AlGaN and the like.

N型ドリフト領域5は、絶縁基板3上に形成され、P型ドリフト領域7に隣接して形成されている。本実施形態では、N型ドリフト領域5は、P型ドリフト領域7と接している。N型ドリフト領域5の不純物濃度は、例えば、1×1015/cm~1×1019/cm程度である。尚、低いオン抵抗と高い絶縁破壊電界を両立させることができるので、N型ドリフト領域5はワイドバンドギャップ半導体で形成することが好ましい。また、絶縁基板3とN型ドリフト領域5を同一の材料から形成すれば、異なる材料を用いた場合に生じる格子不整合等の性能劣化を防止することができる。 The N-type drift region 5 is formed on the insulating substrate 3 and is formed adjacent to the P-type drift region 7. In the present embodiment, the N-type drift region 5 is in contact with the P-type drift region 7. The impurity concentration in the N-type drift region 5 is, for example, about 1 × 10 15 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . Since it is possible to achieve both a low on-resistance and a high dielectric breakdown electric field, it is preferable that the N-type drift region 5 is formed of a wide bandgap semiconductor. Further, if the insulating substrate 3 and the N-type drift region 5 are formed of the same material, it is possible to prevent performance deterioration such as lattice mismatch that occurs when different materials are used.

さらに、N型ドリフト領域5の一部には、N型カソード領域15が形成されている。このN型カソード領域15の不純物濃度はN型ドリフト領域5よりも高濃度であり、例えば、1×1018/cm~1×1021/cm程度である。N型カソード領域15の表面には接続電極13がオーミック接合され、N型ドリフト領域5の表面にはアノード電極9が接合されている。 Further, an N-type cathode region 15 is formed in a part of the N-type drift region 5. The impurity concentration of the N-type cathode region 15 is higher than that of the N-type drift region 5, and is, for example, about 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 . The connection electrode 13 is ohmic-bonded to the surface of the N-type cathode region 15, and the anode electrode 9 is bonded to the surface of the N-type drift region 5.

P型ドリフト領域7は、絶縁基板3上に形成され、N型ドリフト領域5に隣接して形成されている。本実施形態では、P型ドリフト領域7は、N型ドリフト領域5と接している。P型ドリフト領域7の不純物濃度は、例えば、1×1015/cm~1×1019/cm程度である。尚、低いオン抵抗と高い絶縁破壊電界を両立させることができるので、P型ドリフト領域7はワイドバンドギャップ半導体で形成することが好ましい。また、絶縁基板3とP型ドリフト領域7を同一の材料から形成すれば、異なる材料を用いた場合に生じる格子不整合等の性能劣化を防止することができる。 The P-type drift region 7 is formed on the insulating substrate 3 and is formed adjacent to the N-type drift region 5. In the present embodiment, the P-type drift region 7 is in contact with the N-type drift region 5. The impurity concentration in the P-type drift region 7 is, for example, about 1 × 10 15 / cm 3 to 1 × 10 19 / cm 3 . Since it is possible to achieve both a low on-resistance and a high dielectric breakdown electric field, it is preferable that the P-type drift region 7 is formed of a wide bandgap semiconductor. Further, if the insulating substrate 3 and the P-type drift region 7 are formed of the same material, it is possible to prevent performance deterioration such as lattice mismatch that occurs when different materials are used.

さらに、P型ドリフト領域7の一部には、P型アノード領域17が形成されている。このP型アノード領域17の不純物濃度はP型ドリフト領域7よりも高濃度であり、例えば、1×1018/cm~1×1021/cm程度である。P型アノード領域17の表面には接続電極13がオーミック接合され、P型ドリフト領域7の表面にはカソード電極11が接合されている。 Further, a P-type anode region 17 is formed in a part of the P-type drift region 7. The impurity concentration of the P-type anode region 17 is higher than that of the P-type drift region 7, and is, for example, about 1 × 10 18 / cm 3 to 1 × 10 21 / cm 3 . The connection electrode 13 is ohmic-bonded to the surface of the P-type anode region 17, and the cathode electrode 11 is bonded to the surface of the P-type drift region 7.

アノード電極9は、N型ドリフト領域5とエネルギー障壁を形成して電気的に接続されている。例えば、アノード電極9は、N型ドリフト領域5とショットキー障壁を形成する金属で形成されていてもよいし、N型ドリフト領域5とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成されていてもよい。このように形成されたアノード電極9は、第1ダイオード1Aのアノード電極として機能するとともに、半導体装置100のアノード電極としても機能する。 The anode electrode 9 is electrically connected to the N-type drift region 5 by forming an energy barrier. For example, the anode electrode 9 may be formed of a metal that forms a Schottky barrier with the N-type drift region 5, or may be formed of a polysilicon material that forms a heterojunction with the N-type drift region 5. .. The anode electrode 9 thus formed functions as an anode electrode of the first diode 1A and also functions as an anode electrode of the semiconductor device 100.

カソード電極11は、P型ドリフト領域7とエネルギー障壁を形成して電気的に接続されている。例えば、カソード電極11は、P型ドリフト領域7とショットキー障壁を形成する金属で形成されていてもよいし、P型ドリフト領域7とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成されていてもよい。このように形成されたカソード電極11は、第2ダイオード1Bのカソード電極として機能するとともに、半導体装置100のカソード電極としても機能する。 The cathode electrode 11 is electrically connected to the P-shaped drift region 7 by forming an energy barrier. For example, the cathode electrode 11 may be formed of a metal that forms a Schottky barrier with the P-type drift region 7, or may be formed of a polysilicon material that forms a heterojunction with the P-type drift region 7. .. The cathode electrode 11 thus formed functions as a cathode electrode of the second diode 1B and also functions as a cathode electrode of the semiconductor device 100.

接続電極13は、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7が隣接した位置に形成されており、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7にそれぞれオーミック接合されている。特に、接続電極13は、N型ドリフト領域5の一部に形成されたN型カソード領域15にオーミック接合され、P型ドリフト領域7の一部に形成されたP型アノード領域17にオーミック接合されている。 The connection electrode 13 is formed at a position where the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are adjacent to each other, and is ohmic-bonded to the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7, respectively. In particular, the connection electrode 13 is ohmic-bonded to the N-type cathode region 15 formed in a part of the N-type drift region 5 and to the P-type anode region 17 formed in a part of the P-type drift region 7. ing.

尚、接続電極13は、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7にそれぞれ別々に接合されている。そのため、接続電極13は、図1に示すように、N型カソード領域15に接合された電極部分13aと、P型アノード領域17に接合された電極部分13bがそれぞれ別々に形成され、電極部分13a、13bが上部の接続部分13cで接続された構造をしている。 The connection electrode 13 is separately bonded to the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7. Therefore, as shown in FIG. 1, in the connection electrode 13, the electrode portion 13a bonded to the N-type cathode region 15 and the electrode portion 13b bonded to the P-type anode region 17 are separately formed, and the electrode portion 13a is formed. , 13b have a structure connected by the upper connecting portion 13c.

このような構造の接続電極13は、第1ダイオード1Aと第2ダイオード1Bを接続しており、第1ダイオード1Aのカソード電極として機能するとともに、第2ダイオード1Bのアノード電極としても機能する。 The connection electrode 13 having such a structure connects the first diode 1A and the second diode 1B, and functions as a cathode electrode of the first diode 1A and also as an anode electrode of the second diode 1B.

[半導体装置の動作]
次に、本実施形態に係る半導体装置100における基本的な動作の一例を説明する。
[Operation of semiconductor devices]
Next, an example of the basic operation of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described.

図1に示す構成の半導体装置100の第1ダイオード1Aでは、アノード電極9を基準電位として接続電極13に低い電圧(順方向電圧)が印加されると、アノード電極9とN型ドリフト領域5との間のバリア高さが低くなる。その結果、N型ドリフト領域5からアノード電極9へ電子が流れ込むようになり、アノード電極9から接続電極13へ電流(順方向電流)が流れる。 In the first diode 1A of the semiconductor device 100 having the configuration shown in FIG. 1, when a low voltage (forward voltage) is applied to the connection electrode 13 with the anode electrode 9 as a reference potential, the anode electrode 9 and the N-type drift region 5 are formed. The barrier height between them is lowered. As a result, electrons flow from the N-type drift region 5 to the anode electrode 9, and a current (forward current) flows from the anode electrode 9 to the connection electrode 13.

一方、アノード電極9を基準電位として接続電極13に高い電圧(逆方向電圧)が印加されると、アノード電極9とN型ドリフト領域5との間のバリア高さが高くなり、アノード電極9からN型ドリフト領域5の内部に空乏層が広がる。その結果、N型ドリフト領域5からアノード電極9へ電子が流れなくなり、アノード電極9から接続電極13への電流は流れなくなる。 On the other hand, when a high voltage (reverse voltage) is applied to the connection electrode 13 with the anode electrode 9 as a reference potential, the barrier height between the anode electrode 9 and the N-type drift region 5 becomes high, and the barrier height is increased from the anode electrode 9. The empty layer spreads inside the N-type drift region 5. As a result, electrons do not flow from the N-type drift region 5 to the anode electrode 9, and no current flows from the anode electrode 9 to the connection electrode 13.

また、第2ダイオード1Bでは、カソード電極11を基準電位として接続電極13に高い電圧(順方向電圧)が印加されると、カソード電極11とP型ドリフト領域7との間のバリア高さが低くなる。その結果、P型ドリフト領域7からカソード電極11へホールが流れ込むようになり、接続電極13からカソード電極11へ電流(順方向電流)が流れる。 Further, in the second diode 1B, when a high voltage (forward voltage) is applied to the connection electrode 13 with the cathode electrode 11 as a reference potential, the barrier height between the cathode electrode 11 and the P-type drift region 7 is low. Become. As a result, holes flow from the P-type drift region 7 to the cathode electrode 11, and a current (forward current) flows from the connection electrode 13 to the cathode electrode 11.

一方、カソード電極11を基準電位として接続電極13に低い電圧(逆方向電圧)が印加されると、カソード電極11とP型ドリフト領域7との間のバリア高さが高くなり、カソード電極11からP型ドリフト領域7の内部に空乏層が広がる。その結果、P型ドリフト領域7からカソード電極11へホールが流れなくなり、接続電極13からカソード電極11への電流は流れなくなる。 On the other hand, when a low voltage (reverse voltage) is applied to the connection electrode 13 with the cathode electrode 11 as a reference potential, the barrier height between the cathode electrode 11 and the P-type drift region 7 increases, and the cathode electrode 11 A depleted layer spreads inside the P-type drift region 7. As a result, the hole does not flow from the P-type drift region 7 to the cathode electrode 11, and the current from the connection electrode 13 to the cathode electrode 11 does not flow.

[半導体装置の製造方法]
次に、図2A~図2Gを参照して、本実施形態に係る半導体装置100の製造方法の一例を説明する。
[Manufacturing method of semiconductor devices]
Next, an example of the manufacturing method of the semiconductor device 100 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 2A to 2G.

まず、不純物が添加されていない絶縁基板3を用意する。次に、図2Aに示すように、絶縁基板3上に形成したマスク材31をパターニングして、N型ドリフト領域5を形成する領域を露出させる。そして、マスク材31をマスクとして絶縁基板3にN型の不純物を選択的に添加するイオン注入を行ってN型ドリフト領域5を形成する。 First, the insulating substrate 3 to which impurities are not added is prepared. Next, as shown in FIG. 2A, the mask material 31 formed on the insulating substrate 3 is patterned to expose the region forming the N-type drift region 5. Then, using the mask material 31 as a mask, ion implantation is performed to selectively add N-type impurities to the insulating substrate 3 to form the N-type drift region 5.

一般的なマスク材としては、シリコン酸化膜を用いることができ、堆積方法としては熱CVD法やプラズマCVD法を用いることができる。パターニングの方法としては、フォトリソグラフィ法を用いることができる。即ち、パターニングされたフォトレジスト膜をマスクにしてマスク材をエッチングする。エッチング方法としては、フッ酸を用いたウェットエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを用いることができる。マスク材をエッチングした後、フォトレジスト膜を酸素プラズマや硫酸などで除去する。このようにして、マスク材31がパターニングされる。 As a general mask material, a silicon oxide film can be used, and as a deposition method, a thermal CVD method or a plasma CVD method can be used. As a patterning method, a photolithography method can be used. That is, the mask material is etched using the patterned photoresist film as a mask. As the etching method, dry etching such as wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching can be used. After etching the mask material, the photoresist film is removed with oxygen plasma, sulfuric acid, or the like. In this way, the mask material 31 is patterned.

次に、図2Bに示すように、絶縁基板3及びN型ドリフト領域5の上に形成されたマスク材33をパターニングして、P型ドリフト領域7を形成する領域を露出させる。そして、マスク材33をマスクとして絶縁基板3にP型の不純物を選択的に添加するイオン注入を行ってP型ドリフト領域7を形成する。 Next, as shown in FIG. 2B, the mask material 33 formed on the insulating substrate 3 and the N-type drift region 5 is patterned to expose the region forming the P-type drift region 7. Then, using the mask material 33 as a mask, ion implantation is performed to selectively add P-type impurities to the insulating substrate 3 to form the P-type drift region 7.

次に、図2Cに示すように、絶縁基板3、N型ドリフト領域5、P型ドリフト領域7の上に形成されたマスク材35をパターニングして、N型カソード領域15を形成する領域を露出させる。そして、マスク材35をマスクとしてN型ドリフト領域5にN型の不純物を選択的に添加するイオン注入を行って、高濃度のN型カソード領域15を形成する。 Next, as shown in FIG. 2C, the mask material 35 formed on the insulating substrate 3, the N-type drift region 5, and the P-type drift region 7 is patterned to expose the region forming the N-type cathode region 15. Let me. Then, using the mask material 35 as a mask, ion implantation is performed to selectively add N-type impurities to the N-type drift region 5 to form a high-concentration N-type cathode region 15.

次に、図2Dに示すように、絶縁基板3、N型ドリフト領域5、P型ドリフト領域7、N型カソード領域15の上に形成されたマスク材37をパターニングして、P型アノード領域17を形成する領域を露出させる。そして、マスク材37をマスクとしてP型ドリフト領域7にP型の不純物を選択的に添加するイオン注入を行って、高濃度のP型アノード領域17を形成する。 Next, as shown in FIG. 2D, the mask material 37 formed on the insulating substrate 3, the N-type drift region 5, the P-type drift region 7, and the N-type cathode region 15 is patterned, and the P-type anode region 17 is formed. The area that forms the Then, using the mask material 37 as a mask, ion implantation is performed in which P-type impurities are selectively added to the P-type drift region 7, to form a high-concentration P-type anode region 17.

尚、本実施形態におけるN型の不純物としては、例えば、窒素(N)を用いることができ、P型の不純物としては、例えば、アルミニウム(Al)やボロン(B)を用いることができる。また、基板の温度を600℃程度に加熱した状態でイオン注入することにより、イオン注入した領域に結晶欠陥が生じることを抑制することができる。 As the N-type impurity in this embodiment, for example, nitrogen (N) can be used, and as the P-type impurity, for example, aluminum (Al) or boron (B) can be used. Further, by implanting ions in a state where the temperature of the substrate is heated to about 600 ° C., it is possible to suppress the occurrence of crystal defects in the ion-implanted region.

さらに、上述の各工程においてイオン注入した不純物は、熱処理することで活性化させることができる。例えば、アルゴン雰囲気中や窒素雰囲気中で、1700℃程度の熱処理を行う。 Further, the impurities ion-implanted in each of the above steps can be activated by heat treatment. For example, heat treatment at about 1700 ° C. is performed in an argon atmosphere or a nitrogen atmosphere.

また、高い注入エネルギーで不純物を添加して高濃度不純物領域を形成するイオン注入条件と、低い注入エネルギーで不純物を添加して低濃度不純物領域を形成するイオン注入条件とを適宜切り替えるようにしてもよい。これにより、1回の連続したイオン注入で高濃度不純物領域と低濃度不純物領域を連続して形成することができる。例えば、低濃度不純物領域であるN型ドリフト領域5及びP型ドリフト領域7と、高濃度不純物領域であるN型カソード領域15及びP型アノード領域17を連続的に形成することができる。 Further, even if the ion implantation condition of adding impurities with high injection energy to form a high-concentration impurity region and the ion implantation condition of adding impurities with low injection energy to form a low-concentration impurity region are appropriately switched. good. As a result, a high-concentration impurity region and a low-concentration impurity region can be continuously formed by one continuous ion implantation. For example, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7, which are low-concentration impurity regions, and the N-type cathode region 15 and the P-type anode region 17, which are high-concentration impurity regions, can be continuously formed.

上記のようにイオン注入の途中でイオン注入条件を切り替えて深さ方向の不純物濃度を変化させながら、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7を形成することにより、深さ方向の不純物濃度を自由に設計できる。これにより、電界の集中を緩和し、半導体装置の最大印加電圧を向上させることができる。 By forming the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 while changing the ion implantation conditions in the middle of ion implantation to change the impurity concentration in the depth direction as described above, the impurity concentration in the depth direction can be increased. Can be designed freely. As a result, the concentration of the electric field can be relaxed and the maximum applied voltage of the semiconductor device can be improved.

尚、本実施形態では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をイオン注入によって形成する場合について具体的に説明したが、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をエピタキシャル成長によって形成してもよい。 In the present embodiment, the case where the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed by ion implantation has been specifically described, but the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed by epitaxial growth. May be good.

次に、図2Eに示すように、層間絶縁膜39を形成する。層間絶縁膜39は、例えば、シリコン酸化膜を用いることができる。シリコン酸化膜の堆積方法としては、熱CVD法やプラズマCVD法を用いることができる。また、層間絶縁膜39にシリコン窒化膜を用いてもよい。 Next, as shown in FIG. 2E, the interlayer insulating film 39 is formed. As the interlayer insulating film 39, for example, a silicon oxide film can be used. As a method for depositing the silicon oxide film, a thermal CVD method or a plasma CVD method can be used. Further, a silicon nitride film may be used for the interlayer insulating film 39.

その後、パターニングしたフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして層間絶縁膜39を選択的にエッチングし、N型ドリフト領域5の上面が露出するようにコンタクトホールを形成する。エッチング方法としては、例えば、フッ酸を用いたウェットエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを用いる。 Then, the interlayer insulating film 39 is selectively etched using the patterned photoresist film (not shown) as a mask to form a contact hole so that the upper surface of the N-type drift region 5 is exposed. As the etching method, for example, dry etching such as wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching is used.

次に、コンタクトホールを埋め込むように成膜した電極膜をパターニングしてアノード電極9を形成する。アノード電極9の材料には、N型半導体とショットキー接合を形成するニッケル(Ni)、モリブデン(Mo)などの金属材料を好適に用いることができる。また、ニッケル/銀(Ni/Ag)などの積層膜をアノード電極9に用いてもよい。アノード電極9の形成は、スパッタ法や電子ビーム(EB)蒸着法などにより全面に金属材料を堆積した後、金属材料をエッチングして形成する。また、メッキプロセスによってコンタクトホールを金属材料で埋め込んで、アノード電極9を形成してもよい。さらに、アノード電極9は、N型半導体とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料を用いて形成しても良い。 Next, the electrode film formed so as to embed the contact hole is patterned to form the anode electrode 9. As the material of the anode electrode 9, a metal material such as nickel (Ni) or molybdenum (Mo) that forms a Schottky junction with the N-type semiconductor can be preferably used. Further, a laminated film such as nickel / silver (Ni / Ag) may be used for the anode electrode 9. The anode electrode 9 is formed by depositing a metal material on the entire surface by a sputtering method, an electron beam (EB) vapor deposition method, or the like, and then etching the metal material. Further, the contact hole may be embedded with a metal material by a plating process to form the anode electrode 9. Further, the anode electrode 9 may be formed by using a polysilicon material that forms a heterojunction with the N-type semiconductor.

次に、図2Fに示すように、パターニングしたフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして層間絶縁膜39を選択的にエッチングし、P型ドリフト領域7の上面が露出するようにコンタクトホールを形成する。エッチング方法としては、例えば、フッ酸を用いたウェットエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを用いる。 Next, as shown in FIG. 2F, the interlayer insulating film 39 is selectively etched using the patterned photoresist film (not shown) as a mask, and a contact hole is formed so that the upper surface of the P-type drift region 7 is exposed. Form. As the etching method, for example, dry etching such as wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching is used.

次に、コンタクトホールを埋め込むように成膜した電極膜をパターニングしてカソード電極11を形成する。カソード電極11の材料には、P型半導体とショットキー接合を形成するチタン(Ti)などの金属材料を好適に用いることができる。また、チタン/銀(Ti/Ag)などの積層膜をカソード電極11に用いてもよい。カソード電極11の形成は、スパッタ法や電子ビーム(EB)蒸着法などにより全面に金属材料を堆積した後、金属材料をエッチングして形成する。また、メッキプロセスによってコンタクトホールを金属材料で埋め込んで、カソード電極11を形成してもよい。さらに、カソード電極11は、P型半導体とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料を用いて形成しても良い。 Next, the electrode film formed so as to embed the contact hole is patterned to form the cathode electrode 11. As the material of the cathode electrode 11, a metal material such as titanium (Ti) forming a Schottky junction with the P-type semiconductor can be preferably used. Further, a laminated film such as titanium / silver (Ti / Ag) may be used for the cathode electrode 11. The cathode electrode 11 is formed by depositing a metal material on the entire surface by a sputtering method, an electron beam (EB) vapor deposition method, or the like, and then etching the metal material. Further, the contact hole may be embedded with a metal material by a plating process to form the cathode electrode 11. Further, the cathode electrode 11 may be formed by using a polysilicon material that forms a heterojunction with the P-type semiconductor.

次に、図2Gに示すように、パターニングしたフォトレジスト膜(図示せず)をマスクにして層間絶縁膜39を選択的にエッチングし、N型カソード領域15及びP型アノード領域17の上面が露出するようにコンタクトホールを形成する。エッチング方法としては、例えば、フッ酸を用いたウェットエッチングや反応性イオンエッチングなどのドライエッチングを用いる。 Next, as shown in FIG. 2G, the interlayer insulating film 39 is selectively etched using the patterned photoresist film (not shown) as a mask, and the upper surfaces of the N-type cathode region 15 and the P-type anode region 17 are exposed. A contact hole is formed so as to be. As the etching method, for example, dry etching such as wet etching using hydrofluoric acid or reactive ion etching is used.

次に、コンタクトホールを埋め込むように成膜した電極膜をパターニングして接続電極13を形成する。接続電極13の材料には、高濃度N型及びP型半導体とオーミック接合を形成するニッケル(Ni)などの金属材料を好適に用いることができる。接続電極13の形成は、スパッタ法や電子ビーム(EB)蒸着法などにより全面に金属材料を堆積した後、金属材料をエッチングして形成する。また、メッキプロセスによってコンタクトホールを金属材料で埋め込んで、接続電極13を形成してもよい。こうして、接続電極13が形成されると、本実施形態に係る半導体装置100が完成する。 Next, the electrode film formed so as to embed the contact hole is patterned to form the connection electrode 13. As the material of the connection electrode 13, a metal material such as nickel (Ni) that forms an ohmic contact with high-concentration N-type and P-type semiconductors can be preferably used. The connection electrode 13 is formed by depositing a metal material on the entire surface by a sputtering method, an electron beam (EB) vapor deposition method, or the like, and then etching the metal material. Further, the contact hole may be embedded with a metal material by a plating process to form the connection electrode 13. When the connection electrode 13 is formed in this way, the semiconductor device 100 according to the present embodiment is completed.

[第1実施形態の効果]
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る半導体装置100は、N型ドリフト領域5とエネルギー障壁を形成して電気的に接続されたアノード電極9と、P型ドリフト領域7とエネルギー障壁を形成して電気的に接続されたカソード電極11とを有する。さらに、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7が隣接した位置に接続電極13を形成し、接続電極13はN型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7にそれぞれオーミック接合されている。これにより、隣接して形成されたN型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をそれぞれダイオードとして利用することができるので、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果を高めることができる。特に、上アームと下アームを有するインバータ回路では、上アームのために形成された半導体領域と下アームのために形成された半導体領域を利用して、集積化されたフリーホイールダイオードを形成することができる。
[Effect of the first embodiment]
As described in detail above, the semiconductor device 100 according to the present embodiment has an anode electrode 9 electrically connected to the N-type drift region 5 by forming an energy barrier, and a P-type drift region 7 and an energy barrier. It has a cathode electrode 11 which is electrically connected to form the above. Further, the connection electrode 13 is formed at a position where the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are adjacent to each other, and the connection electrode 13 is ohmic-bonded to the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7, respectively. As a result, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 formed adjacent to each other can be used as diodes, so that the integration effect can be enhanced when the diodes are arranged on the same chip. In particular, in an inverter circuit having an upper arm and a lower arm, an integrated freewheel diode is formed by utilizing a semiconductor region formed for the upper arm and a semiconductor region formed for the lower arm. Can be done.

また、本実施形態に係る半導体装置100では、アノード電極9がN型ドリフト領域5とショットキー障壁を形成する金属で形成され、カソード電極11がP型ドリフト領域7とショットキー障壁を形成する金属で形成されている。これにより、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をショットキーバリアダイオードとして利用することができるので、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果を高めることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the anode electrode 9 is formed of the metal forming the N-type drift region 5 and the Schottky barrier, and the cathode electrode 11 is formed of the metal forming the P-type drift region 7 and the Schottky barrier. Is formed of. As a result, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 can be used as Schottky barrier diodes, so that the integration effect can be enhanced when the diodes are arranged on the same chip.

さらに、本実施形態に係る半導体装置100では、アノード電極9がN型ドリフト領域5とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成され、カソード電極11がP型ドリフト領域7とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成されている。これにより、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をヘテロジャンクションダイオードとして利用することができるので、同一チップ上にダイオードを配置する場合に集積効果を高めることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the anode electrode 9 is formed of a polysilicon material that forms a heterojunction with the N-type drift region 5, and the cathode electrode 11 is a poly that forms a heterojunction with the P-type drift region 7. It is made of a silicon material. As a result, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 can be used as the heterojunction diode, so that the integration effect can be enhanced when the diodes are arranged on the same chip.

また、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7がワイドバンドギャップ半導体から形成されている。これにより、低いオン抵抗と高い絶縁破壊電界を両立させることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed of a wide bandgap semiconductor. This makes it possible to achieve both a low on-resistance and a high dielectric breakdown electric field.

さらに、本実施形態に係る半導体装置100では、絶縁基板3とN型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7が同一の材料から形成されている。これにより、異なる材料を用いた場合に生じる格子不整合等の性能劣化を防止することができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the insulating substrate 3, the N-type drift region 5, and the P-type drift region 7 are formed of the same material. This makes it possible to prevent performance deterioration such as lattice mismatch that occurs when different materials are used.

また、本実施形態に係る半導体装置100では、絶縁基板3が炭化珪素で形成されている。これにより、炭化珪素の高い熱伝導率特性を利用して冷却性能を高くすることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the insulating substrate 3 is made of silicon carbide. As a result, the cooling performance can be improved by utilizing the high thermal conductivity characteristics of silicon carbide.

さらに、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、イオン注入により、絶縁基板3に不純物を添加して、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7を形成する。これにより、エピタキシャル成長で形成した場合と比較して製造コストを大きく削減することができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, impurities are added to the insulating substrate 3 by ion implantation to form an N-type drift region 5 and a P-type drift region 7. As a result, the manufacturing cost can be significantly reduced as compared with the case of forming by epitaxial growth.

また、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7を、イオン注入のときに深さ方向の不純物濃度を変化させて形成する。これにより、深さ方向のドープ濃度を自由に設計して、最大印加電圧をより向上させることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed by changing the impurity concentration in the depth direction at the time of ion implantation. This makes it possible to freely design the dope concentration in the depth direction and further improve the maximum applied voltage.

さらに、本実施形態に係る半導体装置の製造方法では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をエピタキシャル成長によって形成する。これにより、ダイオードの特性を向上させることができる。 Further, in the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment, the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed by epitaxial growth. This makes it possible to improve the characteristics of the diode.

[第2実施形態]
以下、本発明を適用した第2実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Second Embodiment]
Hereinafter, a second embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

[半導体装置の構造]
図3は、本実施形態に係る半導体装置の構造を示す図である。図3に示すように、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7との間に絶縁領域19を形成したことが第1実施形態と相違している。
[Structure of semiconductor device]
FIG. 3 is a diagram showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 3, the semiconductor device 100 according to the present embodiment is different from the first embodiment in that the insulating region 19 is formed between the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7.

絶縁領域19は、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7をイオン注入で形成するときに、N型ドリフト領域5が形成される領域とP型ドリフト領域7が形成される領域の間にマスク材を設けて、不純物が添加されないようにすることで形成することができる。したがって、絶縁領域19は、絶縁基板3の深さまで形成され、絶縁基板3と同一の材料で形成されている。また、絶縁領域19は、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7に接している。 The insulating region 19 is masked between the region where the N-type drift region 5 is formed and the region where the P-type drift region 7 is formed when the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7 are formed by ion implantation. It can be formed by providing a material so that impurities are not added. Therefore, the insulating region 19 is formed to the depth of the insulating substrate 3 and is made of the same material as the insulating substrate 3. Further, the insulating region 19 is in contact with the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7.

[第2実施形態の効果]
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7との間に絶縁領域19が形成されている。これにより、第1ダイオード1Aの動作時に、P型アノード領域17から第1ダイオード1Aへホールが注入されることを抑制することができる。また、第2ダイオード1Bの動作時に、N型カソード領域15から第2ダイオード1Bへ電子が注入されることを抑制することができる。さらに、第1及び第2ダイオード1A、1Bがターンオフする際の回復電流を抑制することもできる。
[Effect of the second embodiment]
As described above in detail, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the insulating region 19 is formed between the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7. As a result, it is possible to suppress the injection of holes from the P-type anode region 17 into the first diode 1A during the operation of the first diode 1A. Further, it is possible to suppress the injection of electrons from the N-type cathode region 15 into the second diode 1B during the operation of the second diode 1B. Further, it is possible to suppress the recovery current when the first and second diodes 1A and 1B turn off.

[第3実施形態]
以下、本発明を適用した第3実施形態について図面を参照して説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付して説明を省略する。
[Third Embodiment]
Hereinafter, a third embodiment to which the present invention is applied will be described with reference to the drawings. In the description of the drawings, the same parts are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

[半導体装置の構造]
図4は、本実施形態に係る半導体装置の構造を示す図である。図4に示すように、本実施形態に係る半導体装置100では、アノード電極9がP型半導体領域21を介してN型ドリフト領域5に接続され、カソード電極11がN型半導体領域23を介してP型ドリフト領域7に接続されていることが第2実施形態と相違している。尚、図4では、第2実施形態の半導体装置100にP型半導体領域21とN型半導体領域23を形成した場合を一例として示しているが、第1実施形態の半導体装置100にP型半導体領域21とN型半導体領域23を形成することも可能である。
[Structure of semiconductor device]
FIG. 4 is a diagram showing the structure of the semiconductor device according to the present embodiment. As shown in FIG. 4, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the anode electrode 9 is connected to the N-type drift region 5 via the P-type semiconductor region 21, and the cathode electrode 11 is connected to the N-type drift region 5 via the N-type semiconductor region 23. It is different from the second embodiment that it is connected to the P-type drift region 7. Although FIG. 4 shows an example in which the P-type semiconductor region 21 and the N-type semiconductor region 23 are formed in the semiconductor device 100 of the second embodiment, the P-type semiconductor is shown in the semiconductor device 100 of the first embodiment. It is also possible to form the region 21 and the N-type semiconductor region 23.

P型半導体領域21は、絶縁基板3上に形成され、N型ドリフト領域5に接している。P型半導体領域21の表面には、アノード電極9がオーミック接合されている。したがって、P型半導体領域21とN型ドリフト領域5はPN接合を形成し、第1ダイオード1Aとして機能する。 The P-type semiconductor region 21 is formed on the insulating substrate 3 and is in contact with the N-type drift region 5. An anode electrode 9 is ohmic-bonded to the surface of the P-type semiconductor region 21. Therefore, the P-type semiconductor region 21 and the N-type drift region 5 form a PN junction and function as the first diode 1A.

P型半導体領域21は、P型ドリフト領域7をイオン注入で形成するときに、同時に形成すればよい。すなわち、マスク材をパターニングするときに、P型ドリフト領域7が形成される領域を露出させるとともに、P型半導体領域21が形成される領域も露出させてイオン注入を行えば、P型ドリフト領域7とP型半導体領域21を同時に形成することができる。また、アノード電極9は、P型半導体とオーミック接合を形成するニッケル(Ni)などの金属材料を用いて形成すればよい。 The P-type semiconductor region 21 may be formed at the same time when the P-type drift region 7 is formed by ion implantation. That is, when the mask material is patterned, if the region where the P-type drift region 7 is formed is exposed and the region where the P-type semiconductor region 21 is formed is also exposed and ion implantation is performed, the P-type drift region 7 is exposed. And the P-type semiconductor region 21 can be formed at the same time. Further, the anode electrode 9 may be formed by using a metal material such as nickel (Ni) that forms an ohmic contact with the P-type semiconductor.

N型半導体領域23は、絶縁基板3上に形成され、P型ドリフト領域7に接している。N型半導体領域23の表面には、カソード電極11がオーミック接合されている。したがって、N型半導体領域23とP型ドリフト領域7はPN接合を形成し、第2ダイオード1Bとして機能する。 The N-type semiconductor region 23 is formed on the insulating substrate 3 and is in contact with the P-type drift region 7. A cathode electrode 11 is ohmic-bonded to the surface of the N-type semiconductor region 23. Therefore, the N-type semiconductor region 23 and the P-type drift region 7 form a PN junction and function as the second diode 1B.

N型半導体領域23は、N型ドリフト領域5をイオン注入で形成するときに、同時に形成すればよい。すなわち、マスク材をパターニングするときに、N型ドリフト領域5が形成される領域を露出させるとともに、N型半導体領域23が形成される領域も露出させてイオン注入を行えば、N型ドリフト領域5とN型半導体領域23を同時に形成することができる。また、カソード電極11は、N型半導体とオーミック接合を形成するニッケル(Ni)などの金属材料を用いて形成すればよい。 The N-type semiconductor region 23 may be formed at the same time when the N-type drift region 5 is formed by ion implantation. That is, when the mask material is patterned, if the region where the N-type drift region 5 is formed is exposed and the region where the N-type semiconductor region 23 is formed is also exposed and ion implantation is performed, the N-type drift region 5 is performed. And the N-type semiconductor region 23 can be formed at the same time. Further, the cathode electrode 11 may be formed by using a metal material such as nickel (Ni) that forms an ohmic contact with the N-type semiconductor.

さらに、本実施形態では、N型ドリフト領域5とP型ドリフト領域7の一部にそれぞれコラム領域を設けてスーパージャンクション構造としてもよい。図5に示すように、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5の一部にP型コラム領域25を形成し、P型ドリフト領域7の一部にN型コラム領域27を形成して、スーパージャンクション構造を形成している。 Further, in the present embodiment, a column region may be provided in a part of the N-type drift region 5 and the P-type drift region 7, respectively, to form a super junction structure. As shown in FIG. 5, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the P-type column region 25 is formed in a part of the N-type drift region 5, and the N-type column region 27 is formed in a part of the P-type drift region 7. Formed to form a superjunction structure.

P型コラム領域25は、絶縁基板3上に形成され、N型ドリフト領域5、P型半導体領域21、N型カソード領域15に接している。P型コラム領域25は、イオン注入で形成することができ、マスク材をパターニングしてP型コラム領域25が形成される領域を露出させてイオン注入を行えばよい。 The P-type column region 25 is formed on the insulating substrate 3 and is in contact with the N-type drift region 5, the P-type semiconductor region 21, and the N-type cathode region 15. The P-type column region 25 can be formed by ion implantation, and the mask material may be patterned to expose the region where the P-type column region 25 is formed and ion implantation may be performed.

N型コラム領域27は、絶縁基板3上に形成され、P型ドリフト領域7、N型半導体領域23、P型アノード領域17に接している。N型コラム領域27は、イオン注入で形成することができ、マスク材をパターニングしてN型コラム領域27が形成される領域を露出させてイオン注入を行えばよい。 The N-type column region 27 is formed on the insulating substrate 3 and is in contact with the P-type drift region 7, the N-type semiconductor region 23, and the P-type anode region 17. The N-type column region 27 can be formed by ion implantation, and the mask material may be patterned to expose the region where the N-type column region 27 is formed and ion implantation may be performed.

[第3実施形態の効果]
以上、詳細に説明したように、本実施形態に係る半導体装置100では、アノード電極9がP型半導体領域21を介してN型ドリフト領域5に接続され、カソード電極11がN型半導体領域23を介してP型ドリフト領域7に接続されている。これにより、P型半導体領域21とN型ドリフト領域5及びN型半導体領域23とP型ドリフト領域7が、それぞれPN接合ダイオードとして機能することができ、耐圧を高くすることができる。
[Effect of the third embodiment]
As described in detail above, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the anode electrode 9 is connected to the N-type drift region 5 via the P-type semiconductor region 21, and the cathode electrode 11 connects the N-type semiconductor region 23. It is connected to the P-type drift region 7 via. As a result, the P-type semiconductor region 21, the N-type drift region 5, the N-type semiconductor region 23, and the P-type drift region 7 can each function as a PN junction diode, and the withstand voltage can be increased.

また、本実施形態に係る半導体装置100では、N型ドリフト領域5の一部にP型コラム領域25を形成し、P型ドリフト領域7の一部にN型コラム領域27を形成してスーパージャンクション構造を形成する。これにより、高耐圧で低オン抵抗の性能を得ることができる。 Further, in the semiconductor device 100 according to the present embodiment, the P-type column region 25 is formed in a part of the N-type drift region 5, and the N-type column region 27 is formed in a part of the P-type drift region 7. Form a structure. As a result, it is possible to obtain high withstand voltage and low on-resistance performance.

なお、上述の実施形態は本発明の一例である。このため、本発明は、上述の実施形態に限定されることはなく、この実施形態以外の形態であっても、本発明に係る技術的思想を逸脱しない範囲であれば、設計などに応じて種々の変更が可能であることは勿論である。 The above embodiment is an example of the present invention. Therefore, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and even if the embodiment is other than this embodiment, as long as it does not deviate from the technical idea of the present invention, it depends on the design and the like. Of course, various changes are possible.

1A 第1ダイオード
1B 第2ダイオード
3 絶縁基板
5 N型ドリフト領域
7 P型ドリフト領域
9 アノード電極
11 カソード電極
13 接続電極
15 N型カソード領域
17 P型アノード領域
19 絶縁領域
21 P型半導体領域
23 N型半導体領域
25 P型コラム領域
27 N型コラム領域
31、33、35、37 マスク材
39 層間絶縁膜
100 半導体装置
1A 1st diode 1B 2nd diode 3 Insulated substrate 5 N-type drift region 7 P-type drift region 9 Anode electrode 11 cathode electrode 13 Connection electrode 15 N-type cathode region 17 P-type anode region 19 Insulation region 21 P-type semiconductor region 23 N Type semiconductor area 25 P-type column area 27 N-type column area 31, 33, 35, 37 Mask material 39 Interlayer insulating film 100 Semiconductor device

Claims (12)

絶縁基板と、
前記絶縁基板上に形成された第1導電型ドリフト領域と、
前記絶縁基板上に形成され、前記第1導電型ドリフト領域に隣接して形成された第2導電型ドリフト領域と、
前記第1導電型ドリフト領域とエネルギー障壁を形成して電気的に接続された第1電極と、
前記第2導電型ドリフト領域とエネルギー障壁を形成して電気的に接続された第2電極と、
前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域が隣接した位置に形成され、前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域にそれぞれオーミック接合された第3電極と
を有することを特徴とする半導体装置。
Insulated board and
The first conductive type drift region formed on the insulating substrate and
A second conductive drift region formed on the insulating substrate and adjacent to the first conductive drift region, and a second conductive drift region.
The first electrode, which forms an energy barrier and is electrically connected to the first conductive drift region,
The second electrode, which forms an energy barrier and is electrically connected to the second conductive drift region,
The first conductive type drift region and the second conductive type drift region are formed at adjacent positions, and have a third electrode ohmic-bonded to the first conductive type drift region and the second conductive type drift region, respectively. A semiconductor device characterized by this.
前記第1電極は、前記第1導電型ドリフト領域とショットキー障壁を形成する金属で形成され、
前記第2電極は、前記第2導電型ドリフト領域とショットキー障壁を形成する金属で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The first electrode is formed of a metal forming a Schottky barrier with the first conductive drift region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode is formed of a metal forming a Schottky barrier with the second conductive drift region.
前記第1電極は、前記第1導電型ドリフト領域とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成され、
前記第2電極は、前記第2導電型ドリフト領域とヘテロ接合を形成するポリシリコン材料で形成されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The first electrode is formed of a polysilicon material that forms a heterojunction with the first conductive drift region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode is made of a polysilicon material that forms a heterojunction with the second conductive drift region.
前記絶縁基板上に形成され、前記第1導電型ドリフト領域に接する第2導電型半導体領域と、
前記絶縁基板上に形成され、前記第2導電型ドリフト領域に接する第1導電型半導体領域をさらに有し、
前記第1電極は、前記第2導電型半導体領域を介して前記第1導電型ドリフト領域に接続され、
前記第2電極は、前記第1導電型半導体領域を介して前記第2導電型ドリフト領域に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
A second conductive semiconductor region formed on the insulating substrate and in contact with the first conductive drift region,
It further has a first conductive semiconductor region formed on the insulating substrate and in contact with the second conductive drift region.
The first electrode is connected to the first conductive drift region via the second conductive semiconductor region.
The semiconductor device according to claim 1, wherein the second electrode is connected to the second conductive drift region via the first conductive semiconductor region.
前記第1導電型ドリフト領域の一部に第2導電型コラム領域を形成し、前記第2導電型ドリフト領域の一部に第1導電型コラム領域を形成して、スーパージャンクション構造を形成することを特徴とする請求項4に記載の半導体装置。 A second conductive column region is formed in a part of the first conductive drift region, and a first conductive column region is formed in a part of the second conductive drift region to form a super junction structure. The semiconductor device according to claim 4. 前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域との間に絶縁領域が形成されていることを特徴とする請求項1~5のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 5, wherein an insulating region is formed between the first conductive type drift region and the second conductive type drift region. 前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域は、ワイドバンドギャップ半導体からなることを特徴とする請求項1~6のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, wherein the first conductive type drift region and the second conductive type drift region are made of a wide bandgap semiconductor. 前記絶縁基板と前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域は、同一の材料からなることを特徴とする請求項1~7のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 7, wherein the insulating substrate, the first conductive type drift region, and the second conductive type drift region are made of the same material. 前記絶縁基板は、炭化珪素からなることを特徴とする請求項1~8のいずれか1項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the insulating substrate is made of silicon carbide. 請求項1~9のいずれか1項に記載された半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
イオン注入により、前記絶縁基板に不純物を添加して、前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域を形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the semiconductor device is manufactured.
A method for manufacturing a semiconductor device, which comprises adding impurities to the insulating substrate by ion implantation to form the first conductive type drift region and the second conductive type drift region.
前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域は、前記イオン注入のときに深さ方向の不純物濃度を変化させて形成されることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 The semiconductor device according to claim 10, wherein the first conductive type drift region and the second conductive type drift region are formed by changing the impurity concentration in the depth direction at the time of ion implantation. Production method. 請求項1~9のいずれか1項に記載された半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
前記第1導電型ドリフト領域と前記第2導電型ドリフト領域をエピタキシャル成長によって形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
The method for manufacturing a semiconductor device according to any one of claims 1 to 9, wherein the semiconductor device is manufactured.
A method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that the first conductive type drift region and the second conductive type drift region are formed by epitaxial growth.
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