JP2023101772A - Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ワイドバンドギャップ半導体縦型MOSFET等の半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device such as a wide bandgap semiconductor vertical MOSFET and a method for manufacturing the semiconductor device.
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 power semiconductor devices that control high voltages and large currents. There are multiple types of power semiconductor devices, such as bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), which are used according to the application.
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 higher current densities than MOSFETs and can handle large currents, but cannot be switched at high speed. Specifically, bipolar transistors are limited to use at a switching frequency of about several kHz, and IGBTs are limited to use at a switching frequency of about several tens of kHz. On the other hand, a power MOSFET has a lower current density than a bipolar transistor or an IGBT, making it difficult to increase the current, but it is capable of high-speed switching operation up to several MHz.
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。 There is a strong demand in the market for power semiconductor devices that combine large current and high speed, and efforts have been made to improve IGBTs and power MOSFETs. From the viewpoint of power semiconductor devices, semiconductor materials to replace silicon are being investigated, and silicon carbide (SiC) is attracting attention as a semiconductor material capable of producing (manufacturing) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics.
炭化珪素は、化学的に非常に安定した半導体材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用することができる。また、炭化珪素は、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいため、オン抵抗を十分に小さくすることができる半導体材料として期待される。このような炭化珪素の特長は、炭化珪素以外の、シリコンよりもバンドギャップが広い半導体(以下、ワイドバンドギャップ半導体とする)である例えば窒化ガリウム(GaN)にもあてはまる。このため、ワイドバンドギャップ半導体を用いることにより、半導体装置の低抵抗化および高耐圧化を図ることができる。 Silicon carbide is a chemically very stable semiconductor material, has a wide bandgap of 3 eV, and can be extremely stably used as a semiconductor even at high temperatures. In addition, since silicon carbide has a maximum electric field strength that is one order of magnitude higher than that of silicon, silicon carbide is expected as a semiconductor material capable of sufficiently reducing the on-resistance. Such features of silicon carbide also apply to, for example, gallium nitride (GaN), which is a semiconductor having a wider bandgap than silicon (hereinafter referred to as a wide bandgap semiconductor) other than silicon carbide. Therefore, by using a wide bandgap semiconductor, it is possible to reduce the resistance and increase the withstand voltage of the semiconductor device.
ワイドバンドギャップ半導体を用いたパワー半導体装置において、オフ状態で耐圧を保持するために素子外周部に終端構造部に耐圧構造を設ける必要がある。代表的な例としてメサ部に接合終端構造(JTE:Junction Termination Extension)を形成する方法がある(例えば、下記非特許文献1、2参照)。なお終端構造部領域は横幅が短いほど素子面積を小さくできるため好ましい。
In a power semiconductor device using a wide bandgap semiconductor, it is necessary to provide a breakdown voltage structure in the termination structure portion at the periphery of the element in order to maintain the breakdown voltage in the off state. As a typical example, there is a method of forming a junction termination structure (JTE: Junction Termination Extension) in the mesa portion (see, for example, Non-Patent
図17は、従来の半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。従来の終端構造部101においてメサ部のように活性領域(活性部)102と高さが異なる領域でパターニングを実施する際に、フォトリソグラフィの焦点深度が異なるためにプロセス難易度が向上してしまう。このため、終端構造部101は活性部102と同じ高さにする方が好ましい。図17の半導体装置は、n+型炭化珪素基板2上に形成されたn-型炭化珪素エピタキシャル層1のおもて面側に形成されたp+型ベース層3、n+型チャネルストッパ領域4、層間絶縁膜5、第1JTE領域(p型層)6、第2JTE領域(p-型層)7を有している。
FIG. 17 is a cross-sectional view showing the structure of a termination structure of a conventional semiconductor device. In the
図18は、従来のメサ部を形成しない場合の半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。終端構造部101と活性部102を同じ高さにした場合、活性部102端に形成されるp+型ベース層3のコーナー部に電界集中が生じて耐圧低下を招いてしまう。
FIG. 18 is a cross-sectional view showing the configuration of a termination structure portion of a semiconductor device in which a conventional mesa portion is not formed. If the
図19は、従来の終端構造部のシミュレーションによる耐圧計算結果を示す図である。図19(a)は、1200V耐圧クラスの図17の終端構造部101の耐圧、図19(b)は、1200V耐圧クラスの図18の終端構造部101の耐圧を示す。図17の構造よりも図18の構造の方が耐圧低下していることがわかる。
FIG. 19 is a diagram showing breakdown voltage calculation results by simulation of a conventional termination structure. 19A shows the breakdown voltage of the
また、終端構造部101を短くする目的においては、縦方向のp型層6,7ドーズ量を活性部102の端から素子端部に向けて濃度が低くなるように次第にグラデーションを設けることが好ましい。しかしながら、従来の終端構造部101で横方向グラデーションを実現する例として、空間変調構造を用いるとパターニング精度の関係でプロセスバラつきが生じやすくプロセス難易度が高くなる問題が生じる。
Also, for the purpose of shortening 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、簡単な構造で耐圧を向上させることができ、かつ終端構造部の長さを短縮できる半導体装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device that can improve the withstand voltage with a simple structure and shorten the length of the termination structure in order to solve the above-described problems of the prior art.
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、電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され耐圧構造が形成された終端構造部と、を含み、各半導体層が半導体基体に形成された半導体装置であって、前記半導体層としての第1導電型のドリフト層と、前記終端構造部よりも内側において前記半導体基体のおもて面と前記ドリフト層との間に設けられ、前記終端構造部に接する、前記半導体層としての第2導電型のベース層と、前記活性領域から前記終端構造部にわたって前記半導体基体のおもて面に重畳する層間絶縁膜と、を備える。前記終端構造部は、前記ベース層から連続する第2導電型の第1半導体層と、前記ドリフト層に連続し、かつ前記第1半導体層と接してpn接合を形成する第1導電型の第2半導体層と、前記第1半導体層よりも外側に、前記第1半導体層と離れて設けられたチャネルストッパ層と、を有する。前記第1半導体層の外側の先端は、前記半導体基体のおもて面から離れた深さに位置して前記層間絶縁膜とは接触せず、かつ、深さ方向における当該先端と前記層間絶縁膜との間の距離に対して、前記半導体基体のおもて面に平行な方向における当該先端と前記チャネルストッパ層との間の距離が長いことを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the objects of the present invention, a semiconductor device according to the present invention includes an active region through which a current flows, a termination structure disposed outside the active region and having a breakdown voltage structure formed thereon, wherein each semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate, a drift layer of a first conductivity type as the semiconductor layer, and a second conductive drift layer as the semiconductor layer provided between the front surface of the semiconductor substrate and the drift layer inside the termination structure and in contact with the termination structure. and an interlayer insulating film overlying the front surface of the semiconductor substrate from the active region to the termination structure. The termination structure portion includes a second conductivity type first semiconductor layer continuous from the base layer, a first conductivity type second semiconductor layer continuous to the drift layer and forming a pn junction in contact with the first semiconductor layer, and a channel stopper layer provided outside the first semiconductor layer and separated from the first semiconductor layer. The outer tip of the first semiconductor layer is located at a depth away from the front surface of the semiconductor substrate and does not contact the interlayer insulating film, and the distance between the tip and the channel stopper layer in the direction parallel to the front surface of the semiconductor substrate is longer than the distance between the tip and the interlayer insulating film in the depth direction.
また、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、電流が流れる活性領域と、前記活性領域の外側に配置され耐圧構造が形成された終端構造部と、を含み、各半導体層が半導体基体に形成され、前記活性領域にゲート電極が埋め込まれたトレンチを含むMOSゲート構造を有する半導体装置の製造方法であって、前記半導体層としての第1導電型のドリフト層を形成する工程を行う。前記ドリフト層の上に、前記MOSゲート構造と前記終端構造部との間に配置されて前記終端構造部に接する前記半導体層としての第2導電型のベース層の少なくとも一部と、前記トレンチの底部に接する前記半導体層としての第2導電型のトレンチ底半導体層と、を同時に形成する工程を行う。前記活性領域内に、前記MOSゲート構造の第2導電型のチャネル領域を形成する工程を行う。前記終端構造部における前記ドリフト層の上に、前記半導体層としての第2導電型の第1半導体層を形成する工程を行う。前記チャネル領域の上に、前記ベース層に電気的に接続して、前記チャネル領域よりも高不純物濃度の前記半導体層としての第2導電型の高濃度半導体層を形成する工程を行う。前記高濃度半導体層を形成する工程を、前記第1半導体層を形成する工程よりも後に実施し、前記第1半導体層の表面の位置を、深さ方向において、前記高濃度半導体層の表面の位置よりも前記半導体基体内の深い位置にすることを特徴とする。 A method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes an active region through which a current flows, a termination structure disposed outside the active region and having a breakdown voltage structure formed thereon, each semiconductor layer being formed on a semiconductor substrate, and a method of manufacturing a semiconductor device having a MOS gate structure including a trench in which a gate electrode is embedded in the active region, wherein the step of forming a drift layer of a first conductivity type as the semiconductor layer is performed. A step of simultaneously forming, on the drift layer, at least part of a base layer of a second conductivity type as the semiconductor layer disposed between the MOS gate structure and the termination structure and in contact with the termination structure, and a trench bottom semiconductor layer of the second conductivity type as the semiconductor layer in contact with the bottom of the trench. forming a second conductivity type channel region of the MOS gate structure in the active region; A step of forming a first semiconductor layer of a second conductivity type as the semiconductor layer on the drift layer in the termination structure is performed. A step of forming a high-concentration semiconductor layer of a second conductivity type as the semiconductor layer having an impurity concentration higher than that of the channel region and electrically connected to the base layer is performed on the channel region. The step of forming the high-concentration semiconductor layer is performed after the step of forming the first semiconductor layer, and the position of the surface of the first semiconductor layer is set deeper in the semiconductor base than the position of the surface of the high-concentration semiconductor layer in the depth direction.
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、メサ部を設けない終端構造部の耐圧を向上させることができ、かつ終端構造部の横方向長さを短くできる効果を有する。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to improve the withstand voltage of the termination structure without the mesa and shorten the lateral length of the termination structure.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。+および-を含めたnやpの表記が同じ場合は近い濃度であることを示し濃度が同等とは限らない。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、本明細書では、ミラー指数の表記において、“-”はその直後の指数につくバーを意味しており、指数の前に“-”を付けることで負の指数をあらわしている。 Preferred embodiments of a semiconductor device and a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, layers and regions prefixed with n or p mean that electrons or holes are majority carriers, respectively. Also, + and - attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region not attached, respectively. When the notations of n and p including + and - are the same, it indicates that the concentrations are close, and the concentrations are not necessarily the same. In the following description of the embodiments and accompanying drawings, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted. Also, in this specification, in the notation of the Miller index, "-" means a bar attached to the index immediately after it, and adding "-" before the index indicates a negative index.
(実施の形態1)
本実施形態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、MOSFETを例に説明する。また、第1導電型をn型とし、第2導電型をp型とした例について説明する。
(Embodiment 1)
The semiconductor device according to this embodiment is configured using a wide bandgap semiconductor. In
図1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。n+型炭化珪素基板(ワイドバンドギャップ半導体基板)2の第1主面、例えば(0001)面(Si面)、にn-型炭化珪素エピタキシャル層(ワイドバンドギャップ半導体堆積層)1が堆積されている。 FIG. 1 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. An n − -type silicon carbide epitaxial layer (wide bandgap semiconductor deposited layer) 1 is deposited on a first main surface, eg, the (0001) plane (Si plane) of an n + -type silicon carbide substrate (wide bandgap semiconductor substrate) 2 .
n+型炭化珪素基板2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1は、n+型炭化珪素基板2よりも低い不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされている低濃度n型ドリフト層(ドリフト層)である。以下、n+型炭化珪素基板2単体、またはn+型炭化珪素基板2とn-型炭化珪素エピタキシャル層1を併せて炭化珪素半導体基板とする。
The n + -type
そして、n-型炭化珪素エピタキシャル層1のおもて面側には、活性領域(活性部)102にp+型ベース層(p+層)3が形成され、終端構造部101には、p+型ベース層3に接する第1JTE領域6、第2JTE領域7(p型層6,p-型層7:第1半導体層)が形成され、終端構造部101の端部にはn+型チャネルストッパ領域(チャネルストッパ層)4が形成される。そして、活性部102端のp+層3の下部とJTE領域であるp型層6、p-型層7の下部の高さを±0.3μm以内に配置する。p型層6、p-型層7は、p+層3の高さ(深さ)方向でみて底部がp+層3と同じ位置であり、p+層3よりも高さが低い。
A p + -type base layer (p + layer) 3 is formed in an active region (active portion) 102 on the front surface side of the n − -type silicon
図2は、実施の形態1の終端構造部のシミュレーションによる耐圧計算結果を示す図である。図1に示した終端構造部101の構造によれば、活性部102端のp+層3のコーナー部に集中する電界を緩和することができ耐圧が向上できる。なお、JTE領域であるp型層6の方がp-型層7よりも不純物濃度が濃い方が好ましい。
FIG. 2 is a diagram showing a withstand voltage calculation result by simulation of the termination structure according to the first embodiment. According to the structure of the
図3は、実施の形態1にかかる半導体装置の活性部の構造例を示す断面図である。n-型炭化珪素エピタキシャル層1の第1主面側には濃いn層(第1n型CSL領域)15aが形成されており、濃いn型領域15aはn+型炭化珪素基板2よりも低くn型炭化珪素エピタキシャル層1よりも高い不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされている。
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a structural example of an active portion of the semiconductor device according to the first embodiment. A dense n - layer (first n-type CSL region) 15a is formed on the first main surface side of the n − -type silicon
n+型炭化珪素基板2のn-型炭化珪素エピタキシャル層1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、裏面電極が設けられドレイン電極を構成する。炭化珪素基板表面にフォトリソグラフィによるパターニングと窒素をイオン注入することで終端構造部101には形成されないようにn層15aを形成する。
A back surface electrode is provided on the surface of n + -type
n層15a部分には、パターニングとアルミニウムをイオン注入により複数のp+層(トレンチ底半導体層)3aが形成されている。p+層3aの活性化不純物濃度は、1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。そして、窒素を添加したエピタキシャル成長によりn-層1と同等の濃度の炭化珪素を0.1~1.5μm堆積してIIの領域を形成する。
A plurality of p + layers (trench bottom semiconductor layers) 3a are formed in the
また、フォトリソグラフィによるパターニングと窒素をイオン注入することで、終端構造部101には形成されないように、第2n型CSL領域(n層)15bがn層15a上に形成されている。この際、n層15bは、n-層1と同じ程度の濃度領域ができないように形成されている。
A second n-type CSL region (n-layer) 15b is formed on the n-
また、パターニングとアルミニウムをイオン注入することでp+層3aと電気的に接続されるようにp+層3bが形成されている。p+層3bの活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.2~2.0μm程度が好ましい。窒素、もしくはアルミニウムを添加したエピタキシャル成長により炭化珪素を0.1~1.5μm堆積してIIIの領域を形成する。 Further, p + layer 3b is formed so as to be electrically connected to p + layer 3a by patterning and aluminum ion implantation. The p + layer 3b preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 17 to 1.0×10 19 cm −3 and a depth of about 0.2 to 2.0 μm. A region III is formed by depositing silicon carbide to a thickness of 0.1 to 1.5 μm by epitaxial growth with addition of nitrogen or aluminum.
そして、フォトリソグラフィによるパターニングとアルミニウムをイオン注入することで終端構造部101には形成させないようにp型チャネル領域(p層)16が形成されている。p層16の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1019cm-3程度、深さは0.3~1.5μm程度が好ましい。また、フォトリソグラフィによるパターニングとリン、もしくは砒素、もしくは窒素をイオン注入することでn型ソース領域(n+層)17が形成されている。n+層17の活性化不純物濃度は1.0×1018~1.0×1020cm-3程度、深さは0.05~0.5μm程度が好ましい。
A p-type channel region (p layer) 16 is formed by patterning by photolithography and ion implantation of aluminum so as not to be formed in the
また、フォトリソグラフィによるパターニングとアルミニウムをイオン注入することでp+層3bに電気的に接続されるようにp型領域(p+層:高濃度半導体層)18が形成されている。p+層18の活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1020cm-3程度、深さは0.2~2.0μm程度が好ましい。 A p-type region (p + layer: high-concentration semiconductor layer) 18 is formed so as to be electrically connected to the p + layer 3b by patterning by photolithography and ion-implanting aluminum. The p + layer 18 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 17 to 1.0×10 20 cm -3 and a depth of about 0.2 to 2.0 μm.
また、カーボン膜を0.01~5.0μm程度堆積させた後にアニールを1500℃~1900℃で実施し、イオン注入した不純物を活性化する。フォトリソグラフィによるパターニングとドライエッチングによりトレンチ19をp+層3aを貫かないように形成されている。トレンチ19は幅0.1~1.5μm、深さ0.2~2.0μm程度が好ましい。トレンチ19内を覆うようにポリシリコンの絶縁膜が堆積され、絶縁膜は例えば減圧CVD法により600~900℃程度の高温で成膜するHTO(High Temperature Oxide)膜を厚さ30nm~200nmで形成されている。
After depositing a carbon film of about 0.01 to 5.0 μm, annealing is performed at 1500° C. to 1900° C. to activate the implanted impurity ions. By patterning by photolithography and dry etching,
トレンチ19内を埋めるように絶縁膜を堆積した後、トレンチ19内の少なくとも2/3の深さのポリシリコンを残すようにエッチングしてゲート電極20が形成されている。また、酸化膜を厚さ0.1~3.0μm程度堆積した後にパターニングとエッチングにより層間絶縁膜21が形成されている。
After depositing an insulating film to fill the
また、蒸着もしくはスパッタ法によりチタン、ニッケル、タングステン、アルミニウムのいずれか一種類以上を総厚さ0.5~8.0μm程度堆積し、パターニングとエッチングによりソース電極22が形成されている。以上により、実施の形態1に示される活性部が構成されている。
Also, one or more of titanium, nickel, tungsten, and aluminum is deposited by vapor deposition or sputtering to a total thickness of about 0.5 to 8.0 μm, and the
図3では、3つのトレンチ構造のみを図示しているが、さらに多くのトレンチMOS構造が並列に配置されていてもよい。なお、活性部102内のp+層18、もしくはソース電極22は、終端構造部101の半導体層3と接する。
Although only three trench structures are shown in FIG. 3, more trench MOS structures may be arranged in parallel. Note that the p + layer 18 in the
図1に示した炭化珪素半導体装置の終端構造部101のp+層3は図3に示した活性部102のp+層3aと同じものを想定しているが、異なっていても構わない。
Although p + layer 3 of
図4~図8は、実施の形態1にかかる半導体装置の終端構造部の製造工程を示す断面図である。これらの図を用いて終端構造部の製造工程を順に説明する。 4 to 8 are cross-sectional views showing manufacturing steps of the termination structure of the semiconductor device according to the first embodiment. The manufacturing process of the termination structure will be described in order using these figures.
はじめに、図4に示すように、n+型炭化珪素基板2に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1a(ドリフト層、第2半導体層)を形成する。n-層1aの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度、厚さ4μm~100μm程度が好ましい。n+型炭化珪素基板2側の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極が設けられドレイン電極を構成する。
First, as shown in FIG. 4, an n − layer 1a (drift layer, second semiconductor layer) is formed by an epitaxial growth method in which nitrogen is added to an n + type
つぎに、図5に示すように、炭化珪素半導体基体の第1主面側にパターニングとアルミニウムをイオン注入することでp+型ベース層(p+層)3aを形成する。p+層3aの活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。また、p+層3aの側部の位置にパターニングとアルミニウムをイオン注入することでp-層6を形成する。p-層6の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。さらに、p-層6の側部にパターニングとアルミニウムをイオン注入することでp-層6よりも活性化不純物濃度が低くなるようにp-層7を形成する。p-層7の活性化不純物濃度は8.0×1015~8.0×1017cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。 Next, as shown in FIG. 5, p + -type base layer (p + layer) 3a is formed by patterning and ion-implanting aluminum on the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. The p + layer 3a preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 17 to 1.0×10 19 cm −3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm. Further, the p − layer 6 is formed by patterning and ion-implanting aluminum at the side portion of the p + layer 3a. The p - layer 6 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 16 to 1.0×10 18 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm. Further, the p − layer 7 is formed so that the activated impurity concentration is lower than that of the p − layer 6 by patterning and ion-implanting aluminum into the side portion of the p − layer 6 . The p - layer 7 preferably has an activation impurity concentration of about 8.0×10 15 to 8.0×10 17 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm.
つぎに、図6に示すように、炭化珪素基板1側のおもて面側に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1bを形成することでIIの領域(第2半導体層)を形成する。n-層1bの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度でn-層1aと同等の濃度、厚さ0.1μm~1.5μm程度が好ましい。そして、p+層3a上の位置には、パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp+層3aと電気的に接続されるようにp+層3bを形成する。p+層3bの活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.2~2.0μm程度が好ましい。
Next, as shown in FIG. 6, a region II (second semiconductor layer) is formed by forming an n − layer 1b on the front surface side of the
つぎに、図7に示すように、炭化珪素基板1側のおもて面側に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1cを形成することでIIIの領域を形成する。n-層1cの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度でn-層1aと同等の濃度、厚さ0.1μm~1.5μm程度が好ましい。そして、p+層3b上の位置には、パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp+層3a,3bと電気的に接続されるようにp+層3cを形成する。p+層3cの活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1020cm-3程度、深さは0.2~2.0μm程度が好ましい。なお、p+層3cは、活性部102のp+層18と同時に形成しても構わない。
Next, as shown in FIG. 7, a region III is formed by forming n − layer 1c on the front surface side of
この後、フォトリソグラフィによるパターニングとリン、もしくは砒素、もしくは窒素をイオン注入することでn-層1cの端部にn+型チャネルストッパ領域(n+層)4を形成する。n+層4の活性化不純物濃度は1.0×1018~1.0×1020cm-3程度、深さは0.05~0.5μm程度が好ましい。なお、n+層4は、活性部のn+層17と同時に形成しても構わない。そして、カーボン膜を0.01~5.0μm程度堆積させた後にアニールを1500℃~1900℃で実施し、イオン注入した不純物を活性化する。 Thereafter, patterning by photolithography and ion implantation of phosphorus, arsenic, or nitrogen are performed to form an n + type channel stopper region (n + layer) 4 at the end of the n - layer 1c. The n + layer 4 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 18 to 1.0×10 20 cm −3 and a depth of about 0.05 to 0.5 μm. The n + layer 4 may be formed simultaneously with the n + layer 17 of the active portion. After depositing a carbon film of about 0.01 to 5.0 μm, annealing is performed at 1500° C. to 1900° C. to activate the implanted impurity ions.
つぎに、図8に示すように酸化膜を厚さ0.1~3.0μm程度堆積し層間絶縁膜5を形成する。なお、層間絶縁膜5は、活性部の層間絶縁膜21と同時に形成しても構わない。以上説明した工程により実施の形態1の終端構造部101を形成できる。
Next, as shown in FIG. 8, an oxide film is deposited to a thickness of about 0.1 to 3.0 μm to form an
(実施の形態2)
本実施形態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2においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。
(Embodiment 2)
The semiconductor device according to this embodiment is configured using a wide bandgap semiconductor. In the second embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example.
図9は、実施の形態2にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態2においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
FIG. 9 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the second embodiment. In the second embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法について、実施の形態1で説明したp+層3a形成までの工程(図4および図5の一部)と同様である。
Also, the method of manufacturing the
図9に示すように、p+層3aの底部の位置を同じとし、パターニングとアルミニウムをイオン注入することで端部の方向に複数のp型ガードリング領域(p+層:ガードリング)8を形成する。p+層8の活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。なお、p+層8はp+層3aと同時に形成しても構わない。 As shown in FIG. 9, the bottom of p + layer 3a is kept at the same position, and patterning and aluminum ion implantation are performed to form a plurality of p-type guard ring regions (p + layer: guard ring) 8 in the direction of the edge. The p + layer 8 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 17 to 1.0×10 19 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm. Note that p + layer 8 may be formed at the same time as p + layer 3a.
この後、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1bを形成することでIIの領域を形成する。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態2の終端構造部101を形成できる。
After that, n − layer 1b is formed by an epitaxial growth method in which nitrogen is added to the surface on the
図9に示すように、活性部102端のp+層3と離してp+層8が炭化珪素基板1に埋め込まれ複数配置され、p+層3とp+層8の下部の高さは±0.3μm以内である。p+層8はガードリング構造として機能し、p+層8のコーナー部の電界集中を緩和することで耐圧向上できる。なお、p+層8の濃度はp+層3と同じ濃度であれば1回のイオン注入で形成できるため好ましい。p+層8の間の横方向間隔は狭い方が好ましく、最も活性部102の端に近い箇所は0.01μm~1.0μm程度がよい。また、活性部102の端から離れるにつれて間隔を段階的に広くすることがより好ましい。
As shown in FIG. 9, a plurality of p + layers 8 are embedded in
(実施の形態3)
図10は、実施の形態3にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。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)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態3においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 3)
FIG. 10 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the third embodiment. In the third embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. In the third embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は、実施の形態1で説明したp-層6形成までの工程(図4および図5)と同様である。つぎに、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1b(図6参照)を形成する。n-層1bの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度でn-層1aと同等の濃度、厚さ0.1μm~1.5μm程度が好ましい。つぎに、p+層3aの位置にパターニングとアルミニウムをイオン注入によりp+層3aと電気的に接続されるようにp+層3bを形成する(図6参照)。
Also, the method of fabricating
つぎに、図10に示すように、パターニングとアルミニウムをイオン注入により第3JTE領域(p-層:第1半導体層)9を少なくとも一部がp-層6の上部に位置するように形成する。p-層9の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。 Next, as shown in FIG. 10, a third JTE region (p − layer: first semiconductor layer) 9 is formed by patterning and aluminum ion implantation so that at least a portion thereof is positioned above the p − layer 6 . The p - layer 9 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 16 to 1.0×10 18 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm.
そして、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1c(図7参照)を形成する。n-層1cの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度でn-層1aと同等の濃度、厚さ0.1μm~1.5μm程度が好ましい。つぎに、図10に示すように、パターニングとアルミニウムをイオン注入により第4JTE領域(p-層)10を少なくとも一部がp-層6の上部に位置するように形成する。p-層9の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態2の終端構造部101を形成できる。
Then, n − layer 1c (see FIG. 7) is formed by an epitaxial growth method in which nitrogen is added to the surface on the
図10に示す構造によれば、実施の形態1(図1)と同様の効果が得られる。図10では、実施の形態1(図1)と異なり終端構造部101内で横方向にp-濃度を変えずに高さ方向に濃度勾配をつけて耐圧保持できる構造である。p-層6は活性部端のp+層3の下部の高さと±0.3μm以内に配置する。なお、p-層のドーズ量で示される高さ方向のアクセプタ濃度の積分値は、図中のa線ドーズ量>b線ドーズ量>c線ドーズ量、とすることで終端構造部101の横方向にグラデーションが形成され、実施の形態1(図1)と同様の耐圧が得られる。
According to the structure shown in FIG. 10, effects similar to those of the first embodiment (FIG. 1) are obtained. In FIG. 10, unlike the first embodiment (FIG. 1), a structure is provided in which a concentration gradient is provided in the height direction without changing the p − concentration in the lateral direction within the
(実施の形態4)
図11は、実施の形態4にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態4においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態4においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 4)
FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the fourth embodiment. In the fourth embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. Also in the fourth embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は、実施の形態1で説明したp+層3b形成までの工程(図4~図6)と同様である。つぎに、図11に示すように、パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp-層9を少なくとも一部がp-層6の上部に位置するように形成する。p-層9の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。つぎに、パターニングとアルミニウムをイオン注入により第5JTE領域(p-層)12を少なくとも一部がp-層7の上部に位置しp-層9と連結するように形成する。p-層12の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。
Also, the method of manufacturing the
つぎに、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1cを形成する(図7参照)。n-層1cの濃度は1.0×1014~1.0×1017cm-3程度でn-層1aと同等の濃度、厚さ0.1μm~1.5μm程度が好ましい。パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp+層3aと電気的に接続されるようにp+層3cを形成する(図7参照)。p+層3cの活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1020cm-3程度、深さは0.2~2.0μm程度が好ましい。なお、p+層3cは、活性部102のp+層18と同時に形成しても構わない。
Next, n − layer 1c is formed on the surface on the
この後、パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp-層10を少なくとも一部がp-層9の上部に位置するように形成する。p-層10の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。つぎに、パターニングとアルミニウムをイオン注入により第6JTE領域(p-層)14を少なくとも一部がp-層12の上部に位置しp-層10と連結するように形成する。p-層14の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態4の終端構造部101を形成できる。
Thereafter, patterning and aluminum ion implantation are performed to form p − layer 10 so that at least a portion thereof is positioned above p − layer 9 . The p - layer 10 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 16 to 1.0×10 18 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm. Next, a sixth JTE region (p − layer) 14 is formed by patterning and aluminum ion implantation such that at least a portion thereof is positioned above p − layer 12 and connected to p − layer 10 . The p - layer 14 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 16 to 1.0×10 18 cm -3 and a depth of about 0.1 to 1.5 μm. After that, the manufacturing process is similar to that of the first embodiment. The
図11に示す終端構造部101の例では、p-層7のおもて面側はp-層9,12に接している。また、p-層12のおもて面側はp-層10,14に接している。
In the example of
図11に示す終端構造部101によれば、実施の形態1(図4)に示した構造に加えてp-層6,7よりもおもて面側にp-層9,10,12,14を形成している。なお、p-層のドーズ量で示される高さ方向のアクセプタ濃度の積分値は、図11に示すa線ドーズ量>b線ドーズ量>c線ドーズ量>d線ドーズ量>e線ドーズ量>f線ドーズ量、となるようにp-層6,7,9,12,10,14を形成することで、ドーズ量が活性部102の端から離れるほど低くなるために好ましい。
11, p - layers 9, 10, 12 and 14 are formed on the front surface side of p - layers 6 and 7 in addition to the structure shown in the first embodiment (FIG. 4). Note that the integrated value of the acceptor concentration in the height direction, which is indicated by the dose of the p − layer, is preferable because the dose decreases as the distance from the end of the
例えば、p-層6よりもp-層9を活性部102の端から離す、p-層9よりもp-層10を活性部102の端から離す、p-層7よりもp-層12を活性部102の端から離す、p-層12よりもp-層14を活性部102の端から離すように形成することが好ましい。また、高さ方向領域に少なくとも2段以上の濃度勾配を持つことで耐圧保持の効果が得られる。このような実施の形態4によれば、実施の形態1(図1)よりも終端構造部101の横方向の長さを短くできる。
For example, it is preferable to form the p - layer 9 farther from the edge of the active part 102 than the p - layer 6, the p - layer 10 farther from the edge of the
(実施の形態5)
図12は、実施の形態5にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態5においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態5においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 5)
FIG. 12 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the fifth embodiment. In the fifth embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. In the fifth embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は、実施の形態1で説明したp+層3b形成までの工程(図4~図6)と同様である。つぎに、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1cを形成する(図7参照)。その後、実施の形態4と同様にp-層10と、p-層14を形成する。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態5の終端構造部101を形成できる。
Also, the method of manufacturing the
図12の構造によれば、終端構造部101の高さ方向領域の濃度勾配を最小の2段として、構造及び製造を簡単に行え、かつ耐圧を保持できる。
According to the structure of FIG. 12, the concentration gradient in the height direction region of the
(実施の形態6)
図13は、実施の形態6にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態6においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態6においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 6)
FIG. 13 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the sixth embodiment. In the sixth embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. In the sixth embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は実施の形態1で説明したp+層3c形成までの工程(図4~図6)と同様である。つぎに、パターニングとアルミニウムをイオン注入によりp-層10を形成する。p-層10の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態6の終端構造部101を形成できる。
Also, the method of fabricating the
図13の終端構造部101の構造によれば、実施の形態(図1)に加えて、横方向に単一の濃度のp-層10を設けるのみであり、横方向にグラデーションを設けなくても同様に耐圧保持の効果が得られる。
According to the structure of the
(実施の形態7)
図14は、実施の形態7にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態7においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態7においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 7)
FIG. 14 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the seventh embodiment. In the seventh embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. In the seventh embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は実施の形態1で説明したp+層3c形成までの工程(図4~図6)と同様である。つぎに、炭化珪素基板1側の表面に窒素を添加したエピタキシャル成長法によりn-層1cを形成する(図7参照)。その後は実施の形態1と同様の工程で作成する。以上説明した工程により実施の形態6の終端構造部101を形成できる。
Also, the method of fabricating the
図14の終端構造部101の構造に示すように、実施の形態1(図1)に対し、p-層層の上下の位置関係が入れ変わった場合でも、同様に耐圧保持でき横方向の長さを短くできる効果が得られる。
As shown in the structure of the
(実施の形態8)
図15は、実施の形態8にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態8においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態8においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 8)
FIG. 15 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the eighth embodiment. In the eighth embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. Also in the eighth embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は実施の形態2のp+層3bの形成までの工程(図9)と同様である。この後、p+層3bのおもて面側にパターニングとアルミニウムをイオン注入によりp-層9を形成する。p-層9の活性化不純物濃度は1.0×1016~1.0×1018cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。その後は実施の形態3と同様に作成する(図10参照、p-層9のおもて面側にp-層10などを作成)。以上説明した工程により実施の形態8の終端構造部101を形成できる。
Also, the method of manufacturing the
図15に示した終端構造部101の構造では、p+層8にp-層9が接し、p-層9にp-層10が接し、p-層9よりもp-層10の方が端部位置まで伸びて形成されている。
In the structure of the
図15に示した終端構造部101の構造によれば、実施の形態2(図9)に比して横方向の長さを短くできる。すなわち、p+層8よりもおもて面側に配置されたp-層9,10により下部のp+層8で緩和する電界を調整することができるために終端構造部101の横方向長さを短くすることができる。
According to the structure of the
(実施の形態9)
図16は、実施の形態9にかかる半導体装置の終端構造部の構成を示す断面図である。実施の形態9においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFETを例に説明する。実施の形態9においても活性部102の構造例は、実施の形態1(図3)と同様であり、活性部102の作製方法についても実施の形態1と同様である。
(Embodiment 9)
FIG. 16 is a cross-sectional view showing the configuration of the termination structure portion of the semiconductor device according to the ninth embodiment. In the ninth embodiment, a silicon carbide semiconductor device manufactured using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET as an example. In the ninth embodiment, the structural example of the
また、終端構造部101の作製方法は実施の形態3のp+層3cの形成までの工程(図10)と同様である。この後、p-層9のおもて面側パターニングとアルミニウムをイオン注入することで複数のp+層8を形成する。p+層8の活性化不純物濃度は1.0×1017~1.0×1019cm-3程度、深さは0.1~1.5μm程度が好ましい。なお、p+層8はp+層3c、もしくは活性部102のp+層18と同時に形成しても構わない。
Also, the method of manufacturing the
この後、フォトリソグラフィによるパターニングとリン、もしくは砒素、もしくは窒素をイオン注入することでn+層4を形成する。n+層4の活性化不純物濃度は1.0×1018~1.0×1020cm-3程度、深さは0.05~0.5μm程度が好ましい。なお、n+層4は、活性部102のn+層17と同時に形成しても構わない。その後は実施の形態1と同様の工程で作製する。以上説明した工程により実施の形態9の終端構造部101を形成できる。
Thereafter, the n + layer 4 is formed by patterning by photolithography and ion implantation of phosphorus, arsenic, or nitrogen. The n + layer 4 preferably has an activation impurity concentration of about 1.0×10 18 to 1.0×10 20 cm −3 and a depth of about 0.05 to 0.5 μm. Note that the n + layer 4 may be formed simultaneously with the n + layer 17 of the
図16に示した終端構造部101の構造では、下層からみてp-層6のおもて面側にp-層9が接し、p-層6よりもp-層9の方が端部位置まで伸びて形成されている。また、p-層9のおもて面側に複数のp+層8が接して形成されている。p+層8は、p+層3に接していない。
In the structure of the
図16に示した終端構造部101の構造によれば、実施の形態2(図9)と比べてp+層8とp-層9の上下の位置関係が入れ変わった場合でも、同様に耐圧保持でき横方向の長さを短くできる効果が得られる。
According to the structure of the
以上において本実施形態では、炭化珪素でできた炭化珪素基板の主面を(0001)面とし当該(0001)面上にMOSを構成した場合を例に説明したが、これに限らず、ワイドバンドギャップ半導体、基板主面の面方位などを種々変更可能である。 As described above, in the present embodiment, the main surface of the silicon carbide substrate made of silicon carbide is the (0001) plane, and the MOS is formed on the (0001) plane.
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、本実施形態は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 Further, in each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type, but this embodiment can be similarly applied to the first conductivity type as p-type and the second conductivity type as n-type.
以上のように、本実施形態にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法は、電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置などに使用される高耐圧半導体装置に有用である。 As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present embodiment are useful for high-voltage semiconductor devices used in power converters and power supply devices for various industrial machines.
1(1a,1b、1c) n-型炭化珪素エピタキシャル層(n-層)
2 n+型炭化珪素基板
3(3a,3b、3c) p+ベース層(p+層)
4 n+型チャネルストッパ領域(n+層)
5 層間絶縁膜
6 第1JTE領域(p型層)
7 第2JTE領域(p-型層)
8 p型ガードリング領域(p+層)
9 第3JTE領域(p-層)
10 第4JTE領域(p-層)
12 第5JTE領域(p-層)
14 第6JTE領域(p-層)
15a,15b n型CSL領域(n層)
16 p型チャネル領域(p層)
17 n型ソース領域(n+層)
18 p型領域(p+層)
19 トレンチ
20 ゲート電極
21 層間絶縁膜
22 ソース電極
1 (1a, 1b, 1c) n - type silicon carbide epitaxial layer (n - layer)
2 n + type silicon carbide substrate 3 (3a, 3b, 3c) p + base layer (p + layer)
4 n + type channel stopper region (n + layer)
5
7 Second JTE region (p - type layer)
8 p-type guard ring region (p + layer)
9 3rd JTE region (p - layer)
10 4th JTE region (p - layer)
12 5th JTE region (p - layer)
14 6th JTE region (p - layer)
15a, 15b n-type CSL region (n-layer)
16 p-type channel region (p layer)
17 n-type source region (n + layer)
18 p-type region (p + layer)
19
Claims (16)
前記半導体層としての第1導電型のドリフト層と、
前記終端構造部よりも内側において前記半導体基体のおもて面と前記ドリフト層との間に設けられ、前記終端構造部に接する、前記半導体層としての第2導電型のベース層と、
前記活性領域から前記終端構造部にわたって前記半導体基体のおもて面に重畳する層間絶縁膜と、
を備え、
前記終端構造部は、
前記ベース層から連続する第2導電型の第1半導体層と、
前記ドリフト層に連続し、かつ前記第1半導体層と接してpn接合を形成する第1導電型の第2半導体層と、
前記第1半導体層よりも外側に、前記第1半導体層と離れて設けられたチャネルストッパ層と、を有し、
前記第1半導体層の外側の先端は、前記半導体基体のおもて面から離れた深さに位置して前記層間絶縁膜とは接触せず、かつ、深さ方向における当該先端と前記層間絶縁膜との間の距離に対して、前記半導体基体のおもて面に平行な方向における当該先端と前記チャネルストッパ層との間の距離が長いことを特徴とする半導体装置。 A semiconductor device including an active region through which a current flows and a termination structure formed outside the active region and formed with a breakdown voltage structure, wherein each semiconductor layer is formed on a semiconductor substrate,
a first conductivity type drift layer as the semiconductor layer;
a base layer of a second conductivity type as the semiconductor layer provided between the front surface of the semiconductor substrate and the drift layer inside the termination structure and in contact with the termination structure;
an interlayer insulating film overlapping the front surface of the semiconductor substrate from the active region to the termination structure;
with
The termination structure is
a second conductivity type first semiconductor layer continuous from the base layer;
a second semiconductor layer of a first conductivity type that is continuous with the drift layer and forms a pn junction in contact with the first semiconductor layer;
a channel stopper layer provided outside the first semiconductor layer and separated from the first semiconductor layer;
A semiconductor device according to claim 1, wherein an outer tip of said first semiconductor layer is located at a depth away from a front surface of said semiconductor substrate and does not contact said interlayer insulating film, and a distance between said tip and said channel stopper layer in a direction parallel to said front surface of said semiconductor substrate is longer than a distance between said tip and said interlayer insulating film in a depth direction.
前記第1半導体層の外側の前記先端の前記pn接合によって形成される空乏層が前記層間絶縁膜側へも拡がることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載の半導体装置。 The second semiconductor layer surrounds the tip outside the first semiconductor layer,
4. The semiconductor device according to claim 1, wherein a depletion layer formed by said pn junction at said tip outside said first semiconductor layer also extends toward said interlayer insulating film.
前記半導体層としての第1導電型のドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層の上に、前記MOSゲート構造と前記終端構造部との間に配置されて前記終端構造部に接する前記半導体層としての第2導電型のベース層の少なくとも一部と、前記トレンチの底部に接する前記半導体層としての第2導電型のトレンチ底半導体層と、を同時に形成する工程と、
前記活性領域内に、前記MOSゲート構造の第2導電型のチャネル領域を形成する工程と、
前記終端構造部における前記ドリフト層の上に、前記半導体層としての第2導電型の第1半導体層を形成する工程と、
前記チャネル領域の上に、前記ベース層に電気的に接続して、前記チャネル領域よりも高不純物濃度の前記半導体層としての第2導電型の高濃度半導体層を形成する工程と、
を含み、
前記高濃度半導体層を形成する工程を、前記第1半導体層を形成する工程よりも後に実施し、
前記第1半導体層の表面の位置を、深さ方向において、前記高濃度半導体層の表面の位置よりも前記半導体基体内の深い位置にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。 A method for manufacturing a semiconductor device having a MOS gate structure including an active region through which a current flows and a termination structure disposed outside the active region and formed with a breakdown voltage structure, each semiconductor layer being formed on a semiconductor substrate, and including a trench in which a gate electrode is embedded in the active region,
forming a first conductivity type drift layer as the semiconductor layer;
simultaneously forming, on the drift layer, at least part of a base layer of a second conductivity type as the semiconductor layer disposed between the MOS gate structure and the termination structure and in contact with the termination structure, and a trench bottom semiconductor layer of the second conductivity type as the semiconductor layer in contact with the bottom of the trench;
forming a second conductivity type channel region of the MOS gate structure in the active region;
forming a first semiconductor layer of a second conductivity type as the semiconductor layer on the drift layer in the termination structure;
forming a high-concentration semiconductor layer of a second conductivity type on the channel region, electrically connected to the base layer and having a higher impurity concentration than the channel region as the semiconductor layer;
including
performing the step of forming the high-concentration semiconductor layer after the step of forming the first semiconductor layer;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the position of the surface of the first semiconductor layer is positioned deeper in the semiconductor substrate than the position of the surface of the high-concentration semiconductor layer in the depth direction.
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