JP6961088B2 - 半導体装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態1に係る半導体装置が、半導体材料としてSiCを含む、プレーナゲート型のSiC−RC−IGBTである例について説明する。
次に、本実施の形態1に係る半導体装置A1、つまりプレーナゲート型SiC−RC−IGBTの製造方法について説明する。
本実施の形態1に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、pn接合部(FS層5bとコレクタ領域2aとの界面)の近傍には注入欠陥が生成されない。このため、半導体装置のオン時における少数キャリア注入の阻害を抑制することができるので、伝導度変調効果が促進され、低オン電圧なSiC−RC−IGBTを実現できる。さらに本実施の形態1では、カソード領域3の厚みがコレクタ領域2aの厚みよりも厚い。このため、FS層5bとカソード領域3との間における第2半導体形成層32aの残存、ひいてはデバイス不良を抑制することができるので、製造コストが安価なSiC−RC−IGBTを実現できる。
実施の形態1では、カソード領域3をイオン注入法(カウンタードーピング)で形成する場合を説明したが、ここでは、変形例として、カソード領域3をエピタキシャル成長法で形成する場合を説明する。
図11は、本発明の実施の形態2に係る半導体装置A2の構成を示す断面図である。本実施の形態2に係る半導体装置A2は、実施の形態1と同様に、プレーナゲート型のSiC−RC−IGBTである。以下、本実施の形態2に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
次に、本実施の形態2に係る半導体装置A2の製造方法について説明する。本実施の形態2に係る半導体装置A2の製造方法は、実施の形態1に係る半導体装置A1の製造方法と構成が類似している。したがって以下では、本実施の形態2に係る半導体装置A2の製造方法のうち、実施の形態1に係る半導体装置A1の製造方法と異なる部分について説明する。
本実施の形態2に係る半導体装置及び半導体装置の製造方法によれば、コレクタ領域2aよりも不純物濃度の高いキャリア供給領域2bが配設されている。このような構成によれば、実施の形態1に係る半導体装置に比べて、少数キャリア注入効率が向上し、さらに低オン電圧なSiC−RC−IGBTを実現できる。
図13は、本発明の実施の形態3に係る半導体装置A3の構成を示す断面図である。本実施の形態3に係る半導体装置A3は、実施の形態1,2と同様に、プレーナゲート型のSiC−RC−IGBTである。以下、本実施の形態3に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
図14は、本発明の実施の形態4に係る半導体装置A4の構成を示す断面図である。実施の形態1〜3に係る半導体装置A1〜A3は、プレーナゲート型(半導体装置の厚み方向に対してチャネルが垂直に形成される構造)のSiC−RC−IGBTであった。これに対して、本実施の形態4に係る半導体装置A4は、トレンチゲート型(半導体装置の厚み方向に対してチャネルが水平に形成される構造)のSiC−RC−IGBTである。ただし、この点を除けば、本実施の形態4に係る半導体装置A4は、実施の形態1〜3の半導体装置A1〜A3と類似する。以下、本実施の形態4に係る構成要素のうち、上述の構成要素と同じまたは類似する構成要素については同じ参照符号を付し、異なる構成要素について主に説明する。
Claims (13)
- IGBTとして機能するIGBT領域と、FWDとして機能するFWD領域とが規定された、SiCを含む半導体装置であって、
第1導電型のドリフト層を含む半導体層と、
前記IGBT領域において前記半導体層と第1方向に隣接して配設された、第2導電型のコレクタ領域を含む半導体領域と、
前記FWD領域において前記半導体層と前記第1方向に隣接して配設された、第1導電型のカソード領域と、
前記半導体領域及び前記カソード領域に接続されたコレクタ電極と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ドリフト層の前記第1方向と逆方向である第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベース領域と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベースコンタクト領域と、
前記IGBT領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に前記ベースコンタクト領域と隣接して配設された、第1導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域にチャネルを形成可能なゲート電極と、
前記エミッタ領域及び前記ベースコンタクト領域に接続されたエミッタ電極と
を備え、
前記コレクタ領域は、エピタキシャル成長層であり、
前記カソード領域の厚みが、前記コレクタ領域の厚みよりも大きく、
前記半導体層は、
前記IGBT領域において前記ドリフト層と前記半導体領域との間に隣接して配設され、かつ、前記FWD領域において前記ドリフト層と前記カソード領域との間に隣接して配設された、第1導電型のフィールドストップ層をさらに含み、
前記半導体領域は、
前記コレクタ領域と前記コレクタ電極との間に隣接して配設され、かつ、前記コレクタ領域よりも不純物濃度が高い、第2導電型のキャリア供給領域をさらに含む、半導体装置。 - IGBTとして機能するIGBT領域と、FWDとして機能するFWD領域とが規定された、SiCを含む半導体装置であって、
第1導電型のドリフト層を含む半導体層と、
前記IGBT領域において前記半導体層と第1方向に隣接して配設された、第2導電型のコレクタ領域を含む半導体領域と、
前記FWD領域において前記半導体層と前記第1方向に隣接して配設された、第1導電型のカソード領域と、
前記半導体領域及び前記カソード領域に接続されたコレクタ電極と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ドリフト層の前記第1方向と逆方向である第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベース領域と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベースコンタクト領域と、
前記IGBT領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に前記ベースコンタクト領域と隣接して配設された、第1導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域にチャネルを形成可能なゲート電極と、
前記エミッタ領域及び前記ベースコンタクト領域に接続されたエミッタ電極と
を備え、
前記コレクタ領域は、エピタキシャル成長層であり、
前記カソード領域の厚みが、前記コレクタ領域の厚みよりも大きく、
前記半導体層は、
前記IGBT領域において前記ドリフト層と前記半導体領域との間に隣接して配設され、かつ、前記FWD領域において前記ドリフト層と前記カソード領域との間に隣接して配設された、第1導電型のフィールドストップ層をさらに含み、
前記ドリフト層のZ 1/2 センター密度が、1×10 10 cm −3 以上5×10 11 cm −3 以下である、半導体装置。 - 請求項2に記載の半導体装置であって、
前記半導体領域は、
前記コレクタ領域と前記コレクタ電極との間に隣接して配設され、かつ、前記コレクタ領域よりも不純物濃度が高い、第2導電型のキャリア供給領域をさらに含む、半導体装置。 - 請求項1または請求項3に記載の半導体装置であって、
複数の前記キャリア供給領域が、前記コレクタ領域の前記第1方向側の表面内に選択的に配設されている、半導体装置。 - 請求項1または請求項3に記載の半導体装置であって、
前記キャリア供給領域の不純物濃度が、1×1019cm−3以上である、半導体装置。 - 請求項1または請求項3に記載の半導体装置であって、
前記キャリア供給領域の厚みをTAとし、前記キャリア供給領域の前記第1方向側の表面から前記コレクタ領域の前記第2方向側の表面までの厚みをTBとした場合に、TB>4×TAが成り立つ、半導体装置。 - 請求項1から請求項6のうちのいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記コレクタ領域の不純物濃度が、5×1018cm−3以下である、半導体装置。 - 請求項1から請求項7のうちのいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記コレクタ領域の厚みが、0.5μm以上3μm以下である、半導体装置。 - 請求項1から請求項8のうちのいずれか1項に記載の半導体装置であって、
前記ドリフト層のキャリア寿命が、3μs以上50μs以下である、半導体装置。 - IGBTとして機能するIGBT領域と、FWDとして機能するFWD領域とが規定された、SiCを含む半導体装置の製造方法であって、
前記半導体装置は、
第1導電型のドリフト層を含む半導体層と、
前記IGBT領域において前記半導体層と第1方向に隣接して配設された、第2導電型のコレクタ領域を含む半導体領域と、
前記FWD領域において前記半導体層と前記第1方向に隣接して配設された、第1導電型のカソード領域と、
前記半導体領域及び前記カソード領域に接続されたコレクタ電極と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ドリフト層の前記第1方向と逆方向である第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベース領域と、
前記IGBT領域及び前記FWD領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に選択的に配設された、第2導電型のベースコンタクト領域と、
前記IGBT領域において、前記ベース領域の前記第2方向側の表面内に前記ベースコンタクト領域と隣接して配設された、第1導電型のエミッタ領域と、
前記ベース領域にチャネルを形成可能なゲート電極と、
前記エミッタ領域及び前記ベースコンタクト領域に接続されたエミッタ電極と
を備え、
前記コレクタ領域は、エピタキシャル成長層であり、
前記カソード領域の厚みが、前記コレクタ領域の厚みよりも大きく、
前記半導体層は、
前記IGBT領域において前記ドリフト層と前記半導体領域との間に隣接して配設され、かつ、前記FWD領域において前記ドリフト層と前記カソード領域との間に隣接して配設された、第1導電型のフィールドストップ層をさらに含み、
前記製造方法は、
(a)SiC基板の主面上に、第1導電型の第1半導体形成層をエピタキシャル成長法で形成する工程と、
(b)前記SiC基板を除去する工程と、
(c)前記工程(b)の後、前記第1半導体形成層の前記第1方向側の表面及び第2方向側の表面の少なくともいずれか一方に格子間炭素誘起イオンを導入し、前記第1半導体形成層内に格子間炭素を拡散する熱処理によって前記ドリフト層を形成する工程と、
(d)前記ドリフト層の前記第1方向側の表面上に、前記フィールドストップ層と、第2導電型の第2半導体形成層とをこの順に形成する工程と、
(e)前記第2半導体形成層の前記FWD領域側の露出している表面から前記フィールドストップ層の前記第1方向側の部分までの領域に前記カソード領域を形成し、残りの前記第2半導体形成層を前記コレクタ領域として形成する工程と
を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項1,3,4,5または6のうちのいずれか1項に記載の半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
(a)SiC基板の主面上に、第1導電型の第1半導体形成層をエピタキシャル成長法で形成する工程と、
(b)前記SiC基板を除去する工程と、
(c)前記SiC基板が除去された前記第1半導体形成層の前記第1方向側の表面及び第2方向側の表面の少なくともいずれか一方に格子間炭素誘起イオンを導入し、前記第1半導体形成層内に格子間炭素を拡散する熱処理によって前記ドリフト層を形成する工程と、
(d)前記ドリフト層の前記第1方向側の表面上に、前記フィールドストップ層と、第2導電型の第2半導体形成層とをこの順に形成する工程と、
(e)前記第2半導体形成層の前記IGBT領域側の露出している表面から第2導電型のイオン注入を行うことによって、前記第2半導体形成層よりも不純物濃度が高い不純物領域を形成する工程と、
(f)前記第2半導体形成層の前記FWD領域側の露出している表面から前記フィールドストップ層の前記第1方向側の部分までの領域に前記カソード領域を形成し、残りの前記第2半導体形成層及び残りの前記不純物領域をそれぞれ前記コレクタ領域及び前記キャリア供給領域として形成する工程と
を備える、半導体装置の製造方法。 - 請求項10または請求項11に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記格子間炭素誘起イオンは、炭素、珪素、水素及びヘリウムの少なくともいずれか1つのイオンを含む、半導体装置の製造方法。 - 請求項10から請求項12のうちのいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記カソード領域は、第1導電型のイオン注入を行うことによって形成される、半導体装置の製造方法。
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