JP7318226B2 - Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device - Google Patents

Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device Download PDF

Info

Publication number
JP7318226B2
JP7318226B2 JP2019022123A JP2019022123A JP7318226B2 JP 7318226 B2 JP7318226 B2 JP 7318226B2 JP 2019022123 A JP2019022123 A JP 2019022123A JP 2019022123 A JP2019022123 A JP 2019022123A JP 7318226 B2 JP7318226 B2 JP 7318226B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
region
semiconductor
semiconductor layer
type
silicon carbide
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2019022123A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2020129623A (en
Inventor
保幸 星
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fuji Electric Co Ltd filed Critical Fuji Electric Co Ltd
Priority to JP2019022123A priority Critical patent/JP7318226B2/en
Publication of JP2020129623A publication Critical patent/JP2020129623A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7318226B2 publication Critical patent/JP7318226B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Electrodes Of Semiconductors (AREA)

Description

この発明は、半導体装置および半導体装置の製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a method of manufacturing a 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, including bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors). It is

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.

しかしながら、市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやパワーMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。 However, there is a strong demand in the market for power semiconductor devices that 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 that can replace silicon are being investigated, and silicon carbide (SiC) is a semiconductor material that can be used to fabricate (manufacture) next-generation power semiconductor devices with excellent low on-voltage, high-speed characteristics, and high-temperature characteristics. is attracting attention.

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、他のシリコンよりバンドギャップが広いワイドバンドギャップ半導体である、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 wide bandgap semiconductors such as gallium nitride (GaN), which have a wider bandgap than other types of silicon. Therefore, by using a wide bandgap semiconductor, it is possible to increase the breakdown voltage of the semiconductor device.

このような炭化珪素を用いた高耐圧半導体装置では、オンオフ動作時に発生するスイッチング損失が少なくなった分、インバータで使われる際、キャリア周波数を従来のシリコンを用いた半導体装置よりも1桁高い周波数で適用される。半導体装置を高い周波数で適用するとチップへの発熱温度が高くなり、半導体装置への信頼性に影響する。特に、基板おもて面側のおもて面電極には、おもて面電極の電位を外部に取り出す配線材としてボンディングワイヤが接合されており、半導体装置を例えば、200℃以上の高温度で使用すると、おもて面電極とボンディングワイヤとの密着が低下し信頼性に影響を及ぼす。 In such a high-voltage semiconductor device using silicon carbide, the switching loss that occurs during on-off operation is reduced, so when used in an inverter, the carrier frequency is one order of magnitude higher than that of conventional semiconductor devices using silicon. applied in When a semiconductor device is applied at a high frequency, the temperature of heat generated in the chip increases, which affects the reliability of the semiconductor device. In particular, a bonding wire is joined to the front surface electrode on the front surface side of the substrate as a wiring material for extracting the potential of the front surface electrode to the outside. If used in , the adhesion between the front electrode and the bonding wire will decrease, affecting reliability.

炭化珪素半導体装置は、230℃以上の高温度で使用することがあるため、ボンディングワイヤの代わりにピン状の外部端子電極をおもて面電極にはんだで接合する場合がある。これにより、おもて面電極と外部端子電極との密着性が低下することを防止できる。 Since the silicon carbide semiconductor device may be used at a high temperature of 230° C. or more, pin-shaped external terminal electrodes may be soldered to the front surface electrodes instead of bonding wires. This can prevent the adhesion between the front electrode and the external terminal electrode from deteriorating.

図15は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。図15に示すように、半導体チップ150は、主電流が流れる活性領域140の外周部に、活性領域140の周囲を囲んで耐圧を保持するエッジ終端領域141が設けられている。活性領域140には、ゲートポリシリコン電極133を介してゲート電極と電気的に接続するゲート電極パッド122と、ソース電極と電気的に接続するソース電極パッド115とが設けられている。 FIG. 15 is a top view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. As shown in FIG. 15, a semiconductor chip 150 is provided with an edge termination region 141 that surrounds the active region 140 and retains the breakdown voltage at the outer periphery of the active region 140 through which the main current flows. The active region 140 is provided with a gate electrode pad 122 electrically connected to the gate electrode through the gate polysilicon electrode 133 and a source electrode pad 115 electrically connected to the source electrode.

ソース電極パッド115には、第1保護膜121が設けられ、第1保護膜121内のめっき膜116上で、はんだ(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。同様に、ゲート電極パッド122にも、第1保護膜(不図示)およびめっき膜(不図示)が設けられめっき膜上で、はんだ(不図示)を介して外部端子電極(不図示)が設けられる。 A first protective film 121 is provided on the source electrode pad 115, and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plated film 116 in the first protective film 121 via solder (not shown). Similarly, the gate electrode pad 122 is also provided with a first protective film (not shown) and a plating film (not shown), and an external terminal electrode (not shown) is provided on the plating film via solder (not shown). be done.

図16は、従来の炭化珪素半導体装置の図15のA-A’部分の構造を示す断面図である。図16に示すように、従来の炭化珪素半導体装置としてトレンチ型MOSFET150を示す。トレンチ型MOSFET150では、n+型炭化珪素基板101のおもて面にn型炭化珪素エピタキシャル層102が堆積される。n型炭化珪素エピタキシャル層102のn+型炭化珪素基板101側に対して反対側の表面側は、n型高濃度領域106が設けられている。また、n型高濃度領域106には、トレンチ118の底面全体を覆うように第2p+型ベース領域105が選択的に設けられている。n型高濃度領域106のn+型炭化珪素基板101側に対して反対側の表面層には、第1p+型ベース領域104が選択的に設けられている。 FIG. 16 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device taken along line AA' in FIG. As shown in FIG. 16, a trench MOSFET 150 is shown as a conventional silicon carbide semiconductor device. In trench MOSFET 150 , n type silicon carbide epitaxial layer 102 is deposited on the front surface of n + type silicon carbide substrate 101 . An n-type high concentration region 106 is provided on the surface side of the n-type silicon carbide epitaxial layer 102 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 101 side. A second p + -type base region 105 is selectively provided in the n-type high-concentration region 106 so as to cover the entire bottom surface of the trench 118 . A first p + -type base region 104 is selectively provided in the surface layer of the n-type high-concentration region 106 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 101 side.

また、従来のトレンチ型MOSFET150には、さらにp型ベース層103、n+型ソース領域107、p++型コンタクト領域108、ゲート絶縁膜109、ゲート電極110、層間絶縁膜111、ソース電極113、裏面電極114、ソース電極パッド115およびドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 Further, the conventional trench MOSFET 150 further includes a p-type base layer 103, an n + -type source region 107, a p ++- type contact region 108, a gate insulating film 109, a gate electrode 110, an interlayer insulating film 111, a source electrode 113, A back electrode 114, a source electrode pad 115 and a drain electrode pad (not shown) are provided.

ソース電極パッド115は、例えば、第1TiN膜125、第1Ti膜126、第2TiN膜127、第2Ti膜128およびAl合金膜129を積層してなる。また、ソース電極パッド115上部には、めっき膜116、はんだ117、外部端子電極119、第1保護膜121および第2保護膜123が設けられる。 The source electrode pad 115 is formed by laminating a first TiN film 125, a first Ti film 126, a second TiN film 127, a second Ti film 128 and an Al alloy film 129, for example. A plating film 116 , solder 117 , external terminal electrodes 119 , a first protective film 121 and a second protective film 123 are provided above the source electrode pad 115 .

また、ゲート電極パッド部には、層間絶縁膜111によりp++型コンタクト領域108と絶縁され、ゲート電極110と電気的に接続されたゲート電極パッド122が設けられている。 In addition, the gate electrode pad portion is provided with a gate electrode pad 122 electrically connected to the gate electrode 110 while being insulated from the p ++ -type contact region 108 by the interlayer insulating film 111 .

ゲート電極パッド部において、ゲート電極パッドと深さ方向に対向する炭化珪素半導体基体の領域を、他の領域よりキャリアの再結合率を低くすることで、MOSFETのしきい値電圧Vthと内蔵PNダイオードの順方向電圧Vfの変動を抑え、半導体装置の信頼性を保つ技術が公知である(例えば、下記特許文献1参照)。 In the gate electrode pad portion, a region of the silicon carbide semiconductor substrate facing the gate electrode pad in the depth direction has a lower recombination rate of carriers than other regions, thereby reducing the threshold voltage Vth of the MOSFET and the built-in PN diode. A technique for suppressing fluctuations in the forward voltage Vf of the semiconductor device and maintaining the reliability of the semiconductor device is known (see, for example, Patent Document 1 below).

国際公開第2018/135147号WO2018/135147

従来構造の縦型MOSFETは、ソース-ドレイン間にボディーダイオードとしてp型ベース層103とn型高濃度領域106とn型炭化珪素エピタキシャル層102とで形成される内蔵pnダイオードを内蔵する。この内蔵pnダイオードは、ソース電極113に高電位を印加することで動作させることができ、p++型コンタクト領域108からp型ベース層103とn型高濃度領域106とn型炭化珪素エピタキシャル層102とを経由してn+型炭化珪素基板101への方向に電流が流れる。 A vertical MOSFET having a conventional structure incorporates a built-in pn diode formed of a p-type base layer 103, an n-type heavily doped region 106, and an n-type silicon carbide epitaxial layer 102 as a body diode between a source and a drain. This built-in pn diode can be operated by applying a high potential to the source electrode 113, and the p ++ -type contact region 108, the p-type base layer 103, the n-type heavily doped region 106, and the n-type silicon carbide epitaxial layer are separated from each other. A current flows in the direction toward n + -type silicon carbide substrate 101 via 102 .

ゲート電極パッド部においても、n型半導体基板とp型半導体領域で構成された内蔵ダイオードが形成され、ダイオードとして機能し、電流が通電される。内蔵ダイオードがオンオフする際にゲート電極パッド部のp型半導体領域の周辺部(例えば、図16の領域S)にキャリアが集中してスイッチング時での遮断電流の低下を招くという問題点がある。 Also in the gate electrode pad portion, a built-in diode composed of an n-type semiconductor substrate and a p-type semiconductor region is formed, functions as a diode, and conducts current. There is a problem that when the built-in diode is turned on and off, carriers are concentrated in the peripheral portion of the p-type semiconductor region of the gate electrode pad portion (for example, region S in FIG. 16), resulting in a decrease in cut-off current during switching.

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、半導体装置に内蔵されているPNダイオードの遮断電流の低下を防止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 prevent a reduction in cut-off current of a PN diode incorporated in the semiconductor device, 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、次の特徴を有する。半導体装置は、オン状態の時に主電流が流れる活性領域とゲート電極パッド部とを備える。活性領域は、第1導電型の半導体基板と、前記半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第2導電型の第2半導体層と、前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に設けられた第1電極と、前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、を有するMOS構造により構成される。ゲート電極パッド部は、前記半導体基板と、前記第1半導体層と、前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第2導電型の第3半導体層と、前記第3半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に層間絶縁膜を介して選択的に設けられた、前記ゲート電極と電気的に接続するゲート電極パッドと、を有する。前記第3半導体層は矩形の平面形状を有し、低ライフタイム領域が、前記第3半導体層の4隅のみに設けられている。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features. A semiconductor device includes an active region through which a main current flows in an ON state and a gate electrode pad portion. The active region includes a semiconductor substrate of a first conductivity type, a first semiconductor layer of the first conductivity type provided on a front surface of the semiconductor substrate and having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate, and the first semiconductor layer. a second conductive type second semiconductor layer provided on the surface opposite to the semiconductor substrate side, and a surface layer of the second semiconductor layer on the opposite side to the semiconductor substrate side. a first semiconductor region of a first conductivity type provided in the second semiconductor layer; a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer; a first electrode provided on the surface of the second semiconductor layer and the first semiconductor region; and a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate. The gate electrode pad portion includes the semiconductor substrate, the first semiconductor layer, and a third semiconductor layer of a second conductivity type provided on a surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate. and a gate electrode pad electrically connected to the gate electrode, selectively provided via an interlayer insulating film on the surface of the third semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate. The third semiconductor layer has a rectangular planar shape , and low lifetime regions are provided only at four corners of the third semiconductor layer .

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記低ライフタイム領域には、ヘリウムが注入されていることを特徴とする。 Further, according to the semiconductor device of the present invention, in the above invention, helium is implanted into the low lifetime region.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記低ライフタイム領域は、前記第3半導体層と前記第1半導体層との深さ方向の界面に設けられていることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above invention, the low lifetime region is provided at an interface in the depth direction between the third semiconductor layer and the first semiconductor layer. .

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記MOS構造により構成され、前記半導体基板および前記第1半導体層を前記活性領域と共通とした電流検出領域と、前記半導体基板および前記第1半導体層を前記活性領域と共通とした温度検出領域と、をさらに備え、前記電流検出領域および前記温度検出領域では、前記第2半導体層を、前記活性領域の前記第2半導体層と所定間隔離間して配置し、前記電流検出領域および前記温度検出領域の前記第2半導体層は平面形状を有し、前記電流検出領域および前記温度検出領域の前記第2半導体層の4隅には、低ライフタイム領域が設けられていることを特徴とする。
Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the semiconductor device includes a current detection region having the semiconductor substrate and the first semiconductor layer in common with the active region; a temperature detection region having one semiconductor layer in common with the active region; The second semiconductor layers of the current detection region and the temperature detection region are spaced apart from each other , and the second semiconductor layers of the current detection region and the temperature detection region have a planar shape. A lifetime area is provided.

また、この発明にかかる半導体装置は、上述した発明において、前記MOS構造は、前記第1半導体領域および前記第2半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに有し、前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられることを特徴とする。 Further, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the MOS structure further has a trench penetrating the first semiconductor region and the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer; An electrode is provided inside the trench via the gate insulating film.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置の製造方法は、次の特徴を有する。オン状態の時に主電流が流れるMOS構造を有する活性領域とゲート電極パッド部を有する半導体装置の製造方法において、まず、第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程を行う。次に、前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に第2導電型の第2半導体層を形成する第2工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第3工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記ゲート電極パッド部の前記第2半導体層の4隅のみに、低ライフタイム領域を形成する第5工程を行う。次に、前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜を形成する第6工程を行う。次に、前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極を形成する第7工程を行う。次に、前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に第1電極を形成する第8工程を行う。次に、前記半導体基板の裏面に第2電極を形成する第9工程を行う。前記第1工程では、前記ゲート電極パッド部の半導体基板および前記ゲート電極パッド部の第1半導体層を前記活性領域の半導体基板および前記活性領域の第1半導体層と共通に形成する。前記第工程では、前記第3半導体層を矩形の平面形状に形成する。
In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention has the following features. In a method of manufacturing a semiconductor device having an active region having a MOS structure through which a main current flows when in an ON state and a gate electrode pad portion, first, on the front surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, impurities lower than those of the semiconductor substrate are formed. A first step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type with a high concentration is performed. Next, a second step of forming a second conductivity type second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate is performed. Next, a third step of selectively forming a first semiconductor region of the first conductivity type in the surface layer of the second semiconductor layer on the side opposite to the semiconductor substrate is performed. Next, a fourth step of selectively forming a first semiconductor region of the first conductivity type in the surface layer of the second semiconductor layer on the side opposite to the semiconductor substrate is performed. Next, a fifth step of forming low lifetime regions only at four corners of the second semiconductor layer of the gate electrode pad portion is performed. Next, a sixth step of forming a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer is performed. Next, a seventh step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer is performed. Next, an eighth step of forming a first electrode on the surfaces of the second semiconductor layer and the first semiconductor region is performed. Next, a ninth step of forming a second electrode on the back surface of the semiconductor substrate is performed. In the first step, the semiconductor substrate of the gate electrode pad portion and the first semiconductor layer of the gate electrode pad portion are formed in common with the semiconductor substrate of the active region and the first semiconductor layer of the active region. In the fourth step, the third semiconductor layer is formed into a rectangular planar shape.

上述した発明によれば、ゲート電極パッド部のp型ベース層(第2導電型の第2半導体層)の4隅には、低ライフタイム領域が設けられている。これにより、p型ベース層の4隅にキャリアが集中することを抑制でき、遮断電流を増加させることができる。 According to the invention described above, the low lifetime regions are provided at the four corners of the p-type base layer (second conductivity type second semiconductor layer) of the gate electrode pad portion. As a result, concentration of carriers in the four corners of the p-type base layer can be suppressed, and the cut-off current can be increased.

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、半導体装置に内蔵されているPNダイオードの遮断電流の低下を防止できるという効果を奏する。 According to the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention, it is possible to prevent a reduction in cut-off current of a PN diode built in the semiconductor device.

実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。1 is a top view showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to a first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の図1のA-A’部分の構造を示す断面図である。2 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device along line A-A' in FIG. 1 of the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing another structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と従来の炭化珪素半導体装置の遮断電流の相対値を示すグラフである。5 is a graph showing relative values of breaking currents of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment and a conventional silicon carbide semiconductor device; 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その1)。1 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to an embodiment (No. 1); FIG. 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その2)。FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 2); 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その3)。FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 3); 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その4)。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 4); 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その5)。FIG. 5 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 5); 実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である(その6)。FIG. 6 is a cross-sectional view schematically showing a state in the middle of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment (No. 6); 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。FIG. 10 is a top view showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to a second embodiment; 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の図11のA-A’部分の構造を示す断面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view showing the structure of the A-A' portion of FIG. 11 of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment; 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の図11のB-B’部分の構造を示す断面図である。12 is a cross-sectional view showing the structure of the B-B' portion of FIG. 11 of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment; FIG. 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す上面図である。FIG. 11 is a top view showing another structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment; 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。It is a top view which shows the structure of the conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置の図15のA-A’部分の構造を示す断面図である。16 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device taken along line A-A' in FIG. 15; FIG.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置の製造方法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 silicon carbide semiconductor device and a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the present invention will be described below in detail 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)
本発明にかかる半導体装置は、ワイドバンドギャップ半導体を用いて構成される。実施の形態においては、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 1)
A semiconductor device according to the present invention is configured using a wide bandgap semiconductor. In the embodiments, 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1は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。図1に示すように、半導体チップ50は、主電流が流れる活性領域40の外周部に、活性領域40の周囲を囲んで耐圧を保持するエッジ終端領域41が設けられている。 FIG. 1 is a top view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the semiconductor chip 50 is provided with an edge termination region 41 that surrounds the active region 40 and retains the breakdown voltage at the outer periphery of the active region 40 through which the main current flows.

図1に示すように半導体チップ50は、炭化珪素からなる同一の半導体基板に、メイン半導体素子15aと、ゲート電極パッド部22aと、を有する。メイン半導体素子15aは、オン状態で縦方向(半導体基板の深さ方向z)にドリフト電流が流れる縦型MOSFETであり、隣接して配置された複数の単位セル(機能単位:不図示)で構成され、主動作を行う。 As shown in FIG. 1, a semiconductor chip 50 has a main semiconductor element 15a and a gate electrode pad portion 22a on the same semiconductor substrate made of silicon carbide. The main semiconductor element 15a is a vertical MOSFET in which a drift current flows in the vertical direction (the depth direction z of the semiconductor substrate) in the ON state, and is composed of a plurality of unit cells (functional units: not shown) arranged adjacently. and perform the main action.

メイン半導体素子15aは、活性領域40の有効領域(MOSゲートとして機能する領域)1aに設けられている。活性領域40の有効領域1aは、メイン半導体素子15aのオン時に主電流が流れる領域であり、周囲をエッジ終端領域41に囲まれている。活性領域40の有効領域1aにおいて、半導体基板のおもて面上には、メイン半導体素子15aのソース電極パッド15が設けられている。ソース電極パッド15は、例えば矩形状の平面形状を有し、例えば活性領域1の有効領域1aの略全面を覆う。 The main semiconductor element 15a is provided in an effective region (region functioning as a MOS gate) 1a of the active region 40. As shown in FIG. The effective region 1 a of the active region 40 is a region through which the main current flows when the main semiconductor element 15 a is turned on, and is surrounded by the edge termination region 41 . In the effective region 1a of the active region 40, the source electrode pad 15 of the main semiconductor element 15a is provided on the front surface of the semiconductor substrate. The source electrode pad 15 has, for example, a rectangular planar shape, and covers substantially the entire effective region 1a of the active region 1, for example.

エッジ終端領域41は、活性領域40とチップ側面との間の領域であり、半導体基板のおもて面側の電界を緩和して耐圧(耐電圧)を保持するための領域である。エッジ終端領域41には、例えばガードリングや接合終端(JTE:Junction Termination Extension)構造を構成するp型領域や、フィールドプレート、リサーフ等の耐圧構造(不図示)が配置される。耐圧とは、素子が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。 The edge termination region 41 is a region between the active region 40 and the side surface of the chip, and is a region for alleviating the electric field on the front surface side of the semiconductor substrate to maintain the breakdown voltage (withstand voltage). The edge termination region 41 is provided with, for example, a p-type region forming a guard ring or a junction termination extension (JTE) structure, a field plate, a breakdown voltage structure (not shown) such as RESURF. The withstand voltage is the limit voltage at which the element does not malfunction or break down.

また、ゲート電極パッド部22aには、ゲート電極パッド22が設けられている。ゲート電極パッド22は例えば略矩形状の平面形状を有する。ゲート電極パッド22は、以下で説明するp型ベース層3g上に設けられている(図2参照)。p型ベース層3gの下部全面に、p型ベース層3gと同じ大きさの第1p+型ベース領域4gが設けられている。ゲート電極パッド22のp型ベース層3gおよび第1p+型ベース領域4gは例えば略矩形状の平面形状を有する。 A gate electrode pad 22 is provided in the gate electrode pad portion 22a. The gate electrode pad 22 has, for example, a substantially rectangular planar shape. Gate electrode pad 22 is provided on p-type base layer 3g described below (see FIG. 2). A first p + -type base region 4g having the same size as the p-type base layer 3g is provided on the entire lower surface of the p - type base layer 3g. The p-type base layer 3g and the first p + -type base region 4g of the gate electrode pad 22 have, for example, a substantially rectangular planar shape.

図1に示すように、ゲート電極パッド部22aの底部4隅となる第1p+型ベース領域4gの4隅には、低ライフタイム領域60が設けられている。図1では、低ライフタイム領域60、p型ベース層3gおよびゲート電極パッド22の平面での位置関係を示し、断面での位置関係は、以下の図2で示す。低ライフタイム領域60は、例えばヘリウム(He)を照射することにより形成される。低ライフタイム領域60により、第1p+型ベース領域4gの底部4隅にキャリアが集中することを抑制できる。この構造でスイッチングを行うことにより、遮断電流を増加させることができる。 As shown in FIG. 1, low lifetime regions 60 are provided at the four corners of the first p + -type base region 4g, which are the four corners of the bottom of the gate electrode pad portion 22a. FIG. 1 shows the planar positional relationship among the low lifetime region 60, the p-type base layer 3g and the gate electrode pad 22, and the sectional positional relationship is shown in FIG. 2 below. The low lifetime region 60 is formed by, for example, helium (He) irradiation. The low lifetime region 60 can prevent carriers from concentrating on the four corners of the bottom of the first p + -type base region 4g. By switching with this structure, the breaking current can be increased.

また、低ライフタイム領域60は、第1p+型ベース領域4gの4隅のみに設けられている。このため、低ライフタイム領域60が設けられていないPN接合の領域では、内蔵ダイオードの特性は変化せず、内蔵ダイオードの特性の悪化が少なくなっている。 Also, the low lifetime regions 60 are provided only at the four corners of the first p + -type base region 4g. Therefore, in the PN junction region where the low lifetime region 60 is not provided, the characteristics of the built-in diode do not change, and deterioration of the characteristics of the built-in diode is reduced.

また、低ライフタイム領域60は、第1p+型ベース領域4gの4隅を覆う形状であれば、他の形状でもかまわない。例えば、円形、L字のような形状でもかまわない。また、低ライフタイム領域60は、ゲート電極パッド22の4辺を覆う形状も可能である。この場合、低ライフタイム領域60の面積が多くなることにより、RonAが増加するため、低ライフタイム領域60の面積がより少ない方が好ましい。 Also, the low lifetime region 60 may have another shape as long as it covers the four corners of the first p + -type base region 4g. For example, it may be circular or L-shaped. Also, the low lifetime region 60 may have a shape covering the four sides of the gate electrode pad 22 . In this case, since RonA increases as the area of the low lifetime region 60 increases, it is preferable that the area of the low lifetime region 60 is as small as possible.

図2は、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の図1のA-A’部分の構造を示す断面図である。図2には、図1の活性領域40の有効領域1aの一部から、ゲート電極パッド部22aを通過して、有効領域1aの他の一部に至る切断線A-A’における断面構造を示す。 FIG. 2 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device along line A-A' in FIG. 1 according to the embodiment. FIG. 2 shows a cross-sectional structure along a cutting line AA' extending from a part of the effective region 1a of the active region 40 of FIG. 1 through the gate electrode pad portion 22a to another part of the effective region 1a. show.

図2に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の半導体チップ50は、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層(第1導電型の第1半導体層)2が堆積されている。 As shown in FIG. 2, a semiconductor chip 50 of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment includes a first main surface (front surface) of an n + -type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1, For example, an n-type silicon carbide epitaxial layer (first conductivity type first semiconductor layer) 2 is deposited on the (0001) plane (Si plane).

+型炭化珪素基板1は、例えば窒素(N)がドーピングされた炭化珪素単結晶基板である。n型炭化珪素エピタキシャル層2は、n+型炭化珪素基板1よりも低い不純物濃度で、例えば窒素がドーピングされている低濃度n型ドリフト層である。n型炭化珪素エピタキシャル層2の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面は、n型高濃度領域6が設けられていてもよい。n型高濃度領域6は、n+型炭化珪素基板1よりも低くn型炭化珪素エピタキシャル層2よりも高い不純物濃度の高濃度n型ドリフト層である。 The n + -type silicon carbide substrate 1 is, for example, a silicon carbide single crystal substrate doped with nitrogen (N). The n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is a low-concentration n-type drift layer doped with, for example, nitrogen at an impurity concentration lower than that of the n + -type silicon carbide substrate 1 . An n-type high-concentration region 6 may be provided on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side. N-type high-concentration region 6 is a high-concentration n-type drift layer having an impurity concentration lower than n + -type silicon carbide substrate 1 and higher than n-type silicon carbide epitaxial layer 2 .

n型高濃度領域6(n型高濃度領域6が設けられていない場合はn型炭化珪素エピタキシャル層2、以下(2)と省略する)の、n+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面側には、p型ベース層(第2導電型の第2半導体層)3が設けられている。以下、n+型炭化珪素基板1とn型炭化珪素エピタキシャル層2とp型ベース層3とを併せて炭化珪素半導体基体とする。 n-type high-concentration region 6 (n-type silicon carbide epitaxial layer 2 if n-type high-concentration region 6 is not provided, hereinafter abbreviated as (2)) opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 side A p-type base layer (second conductivity type second semiconductor layer) 3 is provided on the surface side of the side. Hereinafter, the n + -type silicon carbide substrate 1, the n-type silicon carbide epitaxial layer 2, and the p-type base layer 3 are collectively referred to as a silicon carbide semiconductor substrate.

図2に示すように、n+型炭化珪素基板1の第2主面(裏面、すなわち炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極14が設けられている。裏面電極14は、ドレイン電極を構成する。裏面電極14の表面には、ドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 As shown in FIG. 2 , a back surface electrode 14 is provided on the second main surface of n + -type silicon carbide substrate 1 (the back surface, that is, the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate). The back electrode 14 constitutes a drain electrode. A drain electrode pad (not shown) is provided on the surface of the back electrode 14 .

炭化珪素半導体基体の第1主面側(p型ベース層3側)には、ストライプ状のトレンチ構造が形成されている。具体的には、トレンチ18は、p型ベース層3のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面からp型ベース層3を貫通してn型高濃度領域6(2)に達する。トレンチ18の内壁に沿って、トレンチ18の底部および側壁にゲート絶縁膜9が形成されており、トレンチ18内のゲート絶縁膜9の内側にストライプ状のゲート電極10が形成されている。ゲート絶縁膜9によりゲート電極10が、n型高濃度領域6(2)およびp型ベース層3と絶縁されている。ゲート電極10の一部は、トレンチ18の上方から後述するソース電極パッド15側に突出している。 A striped trench structure is formed on the first main surface side (p-type base layer 3 side) of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, trench 18 penetrates p-type base layer 3 from the surface of p-type base layer 3 opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). and reaches the n-type high-concentration region 6(2). A gate insulating film 9 is formed on the bottom and sidewalls of the trench 18 along the inner wall of the trench 18 , and a striped gate electrode 10 is formed inside the gate insulating film 9 in the trench 18 . Gate electrode 10 is insulated from n-type high-concentration region 6 ( 2 ) and p-type base layer 3 by gate insulating film 9 . A part of the gate electrode 10 protrudes from above the trench 18 toward a source electrode pad 15, which will be described later.

n型高濃度領域6(2)のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側(炭化珪素半導体基体の第1主面側)の表面層には、第1p+型ベース領域4が選択的に設けられている。トレンチ18の下に第2p+型ベース領域5が形成されており、第2p+型ベース領域5の幅はトレンチ18の幅よりも広い。第1p+型ベース領域4と第2p+型ベース領域5は、例えばアルミニウムがドーピングされている。 A first p + -type base region 4 is selected for the surface layer of the n-type high-concentration region 6 (2) on the side opposite to the n + -type silicon carbide substrate 1 side (the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). is provided A second p + -type base region 5 is formed under the trench 18 , and the width of the second p + -type base region 5 is wider than the width of the trench 18 . The first p + -type base region 4 and the second p + -type base region 5 are doped with aluminum, for example.

第1p+型ベース領域4の一部をトレンチ18側に延在させることで第2p+型ベース領域5に接続した構造となっていてもよい。この場合、第1p+型ベース領域4の一部は、第1p+型ベース領域2と第2p+型ベース領域5とが並ぶ方向(以下、第1方向とする)xと直交する方向(以下、第2方向とする)yに、n型高濃度領域6(2)と交互に繰り返し配置された平面レイアウトを有していてもよい。例えば、第1p+型ベース領域4の一部を第1方向xの両側のトレンチ18側に延在し、第2p+型ベース領域5の一部と接続する構造を第2方向yに周期的に配置してもよい。その理由は、第2p+型ベース領域5とn型炭化珪素エピタキシャル層2の接合部分でアバランシェ降伏が起こったときに発生するホールを効率よくソース電極13に退避させることでゲート絶縁膜9への負担を軽減し信頼性をあげるためである。 A structure in which a part of the first p + -type base region 4 is extended to the trench 18 side and connected to the second p + -type base region 5 may be employed. In this case, a part of the first p + -type base region 4 is oriented in a direction (hereinafter referred to as a first direction) orthogonal to x in which the first p + -type base region 2 and the second p + -type base region 5 are arranged. , and the second direction) y, the n-type high-concentration regions 6(2) may be alternately and repeatedly arranged in a planar layout. For example, a structure in which part of the first p + -type base region 4 extends to the trench 18 sides on both sides in the first direction x and is connected to part of the second p + -type base region 5 is periodically arranged in the second direction y. can be placed in The reason for this is that the holes generated when the avalanche breakdown occurs at the junction of the second p + -type base region 5 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 are efficiently evacuated to the source electrode 13 , so that they are transferred to the gate insulating film 9 . This is for reducing the burden and increasing the reliability.

p型ベース層3の内部には、基体第1主面側にn+型ソース領域(第1導電型の第1半導体領域)7が選択的に設けられている。また、p++型コンタクト領域8が設けられてもよい。n+型ソース領域7はトレンチ18に接している。また、n+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8は互いに接する。 Inside the p-type base layer 3, an n + -type source region (first conductivity type first semiconductor region) 7 is selectively provided on the substrate first main surface side. A p ++ type contact region 8 may also be provided. The n + -type source region 7 is in contact with the trench 18 . Also, the n + -type source region 7 and the p ++ -type contact region 8 are in contact with each other.

また、n型高濃度領域6(2)はn型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側の表面層の第1p+型ベース領域4と第2p+型ベース領域5に挟まれた領域と、p型ベース層3と第2p+型ベース領域5に挟まれた領域に設けられている。 Further, the n-type high-concentration region 6 (2) is a region sandwiched between the first p + -type base region 4 and the second p + -type base region 5 of the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 on the substrate first main surface side. and the region sandwiched between the p-type base layer 3 and the second p + -type base region 5 .

層間絶縁膜11は、炭化珪素半導体基体の第1主面側の全面に、トレンチ18に埋め込まれたゲート電極10を覆うように設けられている。ソース電極13は、層間絶縁膜11に開口されたコンタクトホールを介して、p++型コンタクト領域8が設けられていない場合はn+型ソース領域7およびp型ベース層3に接する。p++型コンタクト領域8が設けられている場合は、n+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8に接する。ソース電極13は、例えば、NiSi膜からなる。層間絶縁膜11に開口されるコンタクトホールは、ゲート電極10の形状に対応してストライプ状となっている。ソース電極13は、層間絶縁膜11によって、ゲート電極10と電気的に絶縁されている。ソース電極13上には、ソース電極パッド15が設けられている。ソース電極パッド15は、例えば、第1TiN膜25、第1Ti膜26、第2TiN膜27、第2Ti膜28およびAl合金膜29を積層してなる。ソース電極13と層間絶縁膜11との間に、例えばソース電極13からゲート電極10側への金属原子の拡散を防止するバリアメタル(不図示)が設けられていてもよい。 Interlayer insulating film 11 is provided all over the first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate so as to cover gate electrode 10 embedded in trench 18 . Source electrode 13 is in contact with n + -type source region 7 and p-type base layer 3 through a contact hole opened in interlayer insulating film 11 when p ++ -type contact region 8 is not provided. If the p ++ -type contact region 8 is provided, it contacts the n + -type source region 7 and the p ++ -type contact region 8 . The source electrode 13 is made of, for example, a NiSi film. A contact hole opened in the interlayer insulating film 11 has a stripe shape corresponding to the shape of the gate electrode 10 . Source electrode 13 is electrically insulated from gate electrode 10 by interlayer insulating film 11 . A source electrode pad 15 is provided on the source electrode 13 . The source electrode pad 15 is formed by laminating a first TiN film 25, a first Ti film 26, a second TiN film 27, a second Ti film 28 and an Al alloy film 29, for example. A barrier metal (not shown) may be provided between the source electrode 13 and the interlayer insulating film 11 to prevent diffusion of metal atoms from the source electrode 13 to the gate electrode 10 side, for example.

ソース電極パッド15の上部には、めっき膜16が選択的に設けられ、めっき膜16の表面側にはんだ17が選択的に設けられる。はんだ17には、ソース電極13の電位を外部に取り出す配線材である外部端子電極19が設けられる。外部端子電極19は、針状のピン形状を有し、ソース電極パッド15に直立した状態で接合される。 A plated film 16 is selectively provided on the upper portion of the source electrode pad 15 , and solder 17 is selectively provided on the surface side of the plated film 16 . The solder 17 is provided with an external terminal electrode 19 which is a wiring material for extracting the potential of the source electrode 13 to the outside. The external terminal electrode 19 has a needle-like pin shape and is joined to the source electrode pad 15 in an upright state.

ソース電極パッド15の表面のめっき膜16以外の部分は、第1保護膜21で覆われている。具体的には、ソース電極パッド15を覆うように第1保護膜21が設けられており、第1保護膜21の開口部にめっき膜16およびはんだ17を介して外部端子電極19が接合されている。めっき膜16と第1保護膜21との境界は、第2保護膜23で覆われている。第1保護膜21、第2保護膜23は、例えばポリイミド膜である。 A portion of the surface of the source electrode pad 15 other than the plated film 16 is covered with a first protective film 21 . Specifically, first protective film 21 is provided to cover source electrode pad 15 , and external terminal electrode 19 is joined to the opening of first protective film 21 via plating film 16 and solder 17 . there is A boundary between the plated film 16 and the first protective film 21 is covered with a second protective film 23 . The first protective film 21 and the second protective film 23 are polyimide films, for example.

また、図2に示すように、実施の形態にかかる炭化珪素半導体装置の炭化珪素半導体装置のゲート電極パッド部22aは、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積されn型炭化珪素エピタキシャル層2の表面層にp型ベース層3gが設けられている。また、p++型コンタクト領域8が設けられていてもよい。p++型コンタクト領域8は基体第1主面側に設けられている。またp型ベース層3gの下部全面には、p型ベース層3gと同じ大きさの第1p+型ベース領域4gが設けられている。つまり、ゲート電極パッド部22aのp型領域の深さはメイン半導体素子15aの第1p+型ベース領域4と同じ深さとしている。この構成では、ゲート電極パッド部22aの第1p+型ベース領域4gやp型ベース層3gをメイン半導体素子15aと同時に形成できるので、製造工程を簡略化できる。しかしながらこの構成に限られない。例えば、第1p+型ベース領域4gとp型ベース層3gとを合わせた領域に均一な濃度のp型領域を形成してもよい。また、ゲート電極パッド部22aのp型領域の深さを、メイン半導体素子15aの第1p+型ベース領域4よりも浅くしてもよい。これにより内臓ダイオードの抵抗値が大きくなるので、ゲート電極パッド部22aのダイオード電流をさらに減らすことができる。ゲート電極パッド部22aのp型領域の深さをメイン半導体素子15aよりも浅くするためには、例えばゲート電極パッド部22aには第1p+型ベース領域4gを形成しなければよい。 Further, as shown in FIG. 2, the gate electrode pad portion 22a of the silicon carbide semiconductor device of the silicon carbide semiconductor device according to the embodiment is formed in the first electrode pad portion 22a of the n + -type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1. An n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on a main surface (front surface), for example, the (0001) plane (Si surface), and a p-type base layer 3g is provided on the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. there is A p ++ -type contact region 8 may also be provided. The p ++ type contact region 8 is provided on the first main surface side of the substrate. A first p + -type base region 4g having the same size as the p-type base layer 3g is provided on the entire lower surface of the p - type base layer 3g. That is, the depth of the p-type region of the gate electrode pad portion 22a is the same as that of the first p + -type base region 4 of the main semiconductor element 15a. In this configuration, the first p + -type base region 4g and the p-type base layer 3g of the gate electrode pad portion 22a can be formed simultaneously with the main semiconductor element 15a, thereby simplifying the manufacturing process. However, it is not limited to this configuration. For example, a p-type region having a uniform concentration may be formed in a combined region of the first p + -type base region 4g and the p-type base layer 3g. Further, the depth of the p-type region of the gate electrode pad portion 22a may be made shallower than the first p + -type base region 4 of the main semiconductor element 15a. As a result, the resistance value of the built-in diode increases, so that the diode current in the gate electrode pad portion 22a can be further reduced. In order to make the depth of the p-type region of the gate electrode pad portion 22a shallower than that of the main semiconductor element 15a, for example, the first p + -type base region 4g should not be formed in the gate electrode pad portion 22a.

また、p++型コンタクト領域8(p++型コンタクト領域8が設けられていない場合にはp型ベース層3、以下(3)と省略する)上に層間絶縁膜11が設けられ、層間絶縁膜11上にソース電極パッド15とゲート電極パッド22とが互いに離して、設けられる。ソース電極パッド15は、層間絶縁膜11の開口部を介して、p++型コンタクト領域8(3)と電気的に接続している。ゲート電極パッド22は、ゲート電極10と電気的に接続している。 An interlayer insulating film 11 is provided on the p ++- type contact region 8 (the p - type base layer 3 when the p++-type contact region 8 is not provided, hereinafter abbreviated as (3)). A source electrode pad 15 and a gate electrode pad 22 are provided apart from each other on insulating film 11 . The source electrode pad 15 is electrically connected to the p ++ -type contact region 8 (3) through the opening of the interlayer insulating film 11 . Gate electrode pad 22 is electrically connected to gate electrode 10 .

第1p+型ベース領域4gの底部4隅で、第1p+型ベース領域4gとn型炭化珪素エピタキシャル層2との深さ方向(ソース電極13からドレイン電極14への方向)の界面近傍に低ライフタイム領域60が設けられている。また、低ライフタイム領域60は、p++型コンタクト領域8(3)に達しないことが好ましい。第1p+型ベース領域4gが形成されておらず、p型ベース層3gの底部がn型炭化珪素エピタキシャル層2と接する場合、p型ベース層3gの4隅に低ライフタイム領域60が設けられる。 At four corners of the bottom of the first p + -type base region 4g, a low level is formed near the interface between the first p + -type base region 4g and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 in the depth direction (direction from the source electrode 13 to the drain electrode 14). A lifetime region 60 is provided. Also, the low lifetime region 60 preferably does not reach the p ++ type contact region 8(3). When first p + -type base region 4g is not formed and the bottom of p-type base layer 3g is in contact with n-type silicon carbide epitaxial layer 2, low lifetime regions 60 are provided at the four corners of p-type base layer 3g. .

図3は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す上面図である。図3では、低ライフタイム領域60、p型ベース層3gおよびゲート電極パッド22の平面での位置関係を示し、断面での位置関係は、図2と同様になっている。図3に示すように、ゲート電極パッド22とゲートポリシリコン電極33との間にゲート抵抗34が設けられている。ゲート抵抗34により、外付けチップ抵抗を接続することなく、炭化珪素半導体素子を並列に接続して用いる際に、炭化珪素半導体素子間で特性にバラツキがあっても素子の均一動作を図ることができる。 FIG. 3 is a top view showing another structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 shows the positional relationship on the plane of the low lifetime region 60, the p-type base layer 3g and the gate electrode pad 22, and the positional relationship on the cross section is the same as in FIG. As shown in FIG. 3, gate resistor 34 is provided between gate electrode pad 22 and gate polysilicon electrode 33 . When the silicon carbide semiconductor elements are connected in parallel and used without connecting an external chip resistor, the gate resistor 34 enables uniform operation of the elements even if there are variations in characteristics among the silicon carbide semiconductor elements. can.

図4は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と従来の炭化珪素半導体装置の遮断電流の相対値を示すグラフである。図4において、縦軸は遮断電流の相対値を示しており、図4に示すように、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置は、従来の炭化珪素半導体装置よりも遮断電流が増加していることがわかる。 FIG. 4 is a graph showing relative values of breaking currents of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment and a conventional silicon carbide semiconductor device. In FIG. 4, the vertical axis indicates the relative value of the breaking current, and as shown in FIG. 4, the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment has a higher breaking current than the conventional silicon carbide semiconductor device. I know there is.

(実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
次に、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法について説明する。図5~図10は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造途中の状態を模式的に示す断面図である。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to First Embodiment)
Next, a method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. 5 to 10 are cross-sectional views schematically showing states in the process of manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment.

まず、n型の炭化珪素でできたn+型炭化珪素基板1を用意する。そして、このn+型炭化珪素基板1の第1主面上に、n型の不純物、例えば窒素原子をドーピングしながら炭化珪素でできた第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aを、例えば30μm程度の厚さまでエピタキシャル成長させる。この第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aはn型炭化珪素エピタキシャル層2となる。ここまでの状態が図5に示されている。 First, an n + -type silicon carbide substrate 1 made of n-type silicon carbide is prepared. Then, on the first main surface of this n + -type silicon carbide substrate 1, a first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a made of silicon carbide while being doped with n-type impurities such as nitrogen atoms is formed to a thickness of, for example, about 30 μm. epitaxially grown up to This first n-type silicon carbide epitaxial layer 2 a becomes n-type silicon carbide epitaxial layer 2 . The state up to this point is shown in FIG.

次に、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面上に、フォトリソグラフィ技術によって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のp型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ0.5μm程度の下部第1p+型ベース領域4aを形成する。下部第1p+型ベース領域4aと同時に、トレンチ18の底部となる第2p+型ベース領域5を形成してもよい。隣り合う下部第1p+型ベース領域4aと第2p+型ベース領域5との距離が1.5μm程度となるよう形成する。下部第1p+型ベース領域4aおよび第2p+型ベース領域5の不純物濃度を例えば5×1018/cm3程度に設定する。 Next, on the surface of first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by photolithography. Then, a p-type impurity such as aluminum is implanted into the opening of the oxide film to form a lower first p + -type base region 4a having a depth of about 0.5 μm. A second p + -type base region 5 that forms the bottom of the trench 18 may be formed at the same time as the lower first p + -type base region 4a. The adjacent lower first p + -type base region 4a and the second p + -type base region 5 are formed so that the distance therebetween is about 1.5 μm. The impurity concentration of the lower first p + -type base region 4a and the second p + -type base region 5 is set to about 5×10 18 /cm 3 , for example.

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のn型の不純物をイオン注入し、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面領域の一部に、例えば深さ0.5μm程度の下部n型高濃度領域6aを設ける。下部n型高濃度領域6aの不純物濃度を例えば1×1017/cm3程度に設定する。ここまでの状態が図6に示されている。 Next, a portion of the ion implantation mask is removed, and an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the opening to implant a portion of the surface region of the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a to a depth of, for example, 0.5 mm. A lower n-type high concentration region 6a having a thickness of about 5 μm is provided. The impurity concentration of the lower n-type high concentration region 6a is set to about 1×10 17 /cm 3 , for example. The state up to this point is shown in FIG.

次に、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aの表面上に、窒素等のn型の不純物をドーピングした第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bを、0.5μm程度の厚さで形成する。第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bの不純物濃度が3×1015/cm3程度となるように設定する。以降、第1n型炭化珪素エピタキシャル層2aと第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bを合わせてn型炭化珪素エピタキシャル層2となる。 Next, a second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b doped with an n-type impurity such as nitrogen is formed on the surface of first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a to a thickness of about 0.5 μm. The impurity concentration of second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b is set to about 3×10 15 /cm 3 . Thereafter, the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is formed by combining the first n-type silicon carbide epitaxial layer 2a and the second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b.

次に、第2n型炭化珪素エピタキシャル層2bの表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。そして、アルミニウム等のp型の不純物を、酸化膜の開口部に注入し、深さ0.5μm程度の上部第1p+型ベース領域4bを、下部第1p+型ベース領域4aに重なるように形成する。下部第1p+型ベース領域4aと上部第1p+型ベース領域4bは連続した領域を形成し、第1p+型ベース領域4となる。上部第1p+型ベース領域4bの不純物濃度を例えば5×1018/cm3程度となるように設定する。 Next, on the surface of second n-type silicon carbide epitaxial layer 2b, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by photolithography. Then, a p-type impurity such as aluminum is implanted into the opening of the oxide film to form an upper first p + -type base region 4b having a depth of about 0.5 μm so as to overlap the lower first p + -type base region 4a. do. The lower first p + -type base region 4 a and the upper first p + -type base region 4 b form a continuous region to become the first p + -type base region 4 . The impurity concentration of the upper first p + -type base region 4b is set to about 5×10 18 /cm 3 , for example.

次に、イオン注入用マスクの一部を除去し、開口部に窒素等のn型の不純物をイオン注入し、第2炭化珪素エピタキシャル層2bの表面領域の一部に、例えば深さ0.5μm程度の上部n型高濃度領域6bを設ける。上部n型高濃度領域6bの不純物濃度を例えば1×1017/cm3程度に設定する。この上部n型高濃度領域6bと下部n型高濃度領域6aは少なくとも一部が接するように形成され、n型高濃度領域6を形成する。ただし、このn型高濃度領域6が基板全面に形成される場合と、形成されない場合がある。ここまでの状態が図7に示されている。 Next, a portion of the ion implantation mask is removed, and an n-type impurity such as nitrogen is ion-implanted into the opening to implant a portion of the surface region of the second silicon carbide epitaxial layer 2b to a depth of, for example, 0.5 μm. An upper n-type high-concentration region 6b is provided. The impurity concentration of the upper n-type high concentration region 6b is set to about 1×10 17 /cm 3 , for example. The upper n-type high concentration region 6b and the lower n-type high concentration region 6a are formed so as to be in contact with each other at least partially to form the n-type high concentration region 6. As shown in FIG. However, this n-type high-concentration region 6 may or may not be formed over the entire surface of the substrate. The state up to this point is shown in FIG.

次にn型炭化珪素エピタキシャル層2の表面上に、アルミニウム等のp型不純物をドーピングしたp型ベース層3を1.3μm程度の厚さで形成する。p型ベース層3の不純物濃度は4×1017/cm3程度に設定する。 Next, a p-type base layer 3 doped with a p-type impurity such as aluminum is formed on the surface of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 to a thickness of about 1.3 μm. The impurity concentration of p-type base layer 3 is set to about 4×10 17 /cm 3 .

次に、p型ベース層3の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するイオン注入用マスクを例えば酸化膜で形成する。この開口部にリン(P)等のn型の不純物をイオン注入し、p型ベース層3の表面の一部にn+型ソース領域7を形成する。n+型ソース領域7の不純物濃度は、p型ベース層3の不純物濃度より高くなるように設定する。次に、n+型ソース領域7の形成に用いたイオン注入用マスクを除去し、同様の方法で、所定の開口部を有するイオン注入用マスクを形成し、p型ベース層3の表面の一部にアルミニウム等のp型の不純物をイオン注入し、p++型コンタクト領域8を形成してもよい。p++型コンタクト領域8の不純物濃度は、p型ベース層3の不純物濃度より高くなるように設定する。ここまでの状態が図8に示されている。 Next, on the surface of the p-type base layer 3, an ion implantation mask having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by photolithography. An n-type impurity such as phosphorus (P) is ion-implanted into this opening to form an n + -type source region 7 in a portion of the surface of the p-type base layer 3 . The impurity concentration of the n + -type source region 7 is set higher than that of the p-type base layer 3 . Next, the ion implantation mask used for forming the n + -type source region 7 is removed, and an ion implantation mask having a predetermined opening is formed by the same method. A p ++ type contact region 8 may be formed by ion-implanting a p-type impurity such as aluminum into the region. The impurity concentration of the p ++ -type contact region 8 is set higher than that of the p-type base layer 3 . The state up to this point is shown in FIG.

ここまでの工程で、ゲート電極パッド部22aにn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積されn型炭化珪素エピタキシャル層2の内部にp型ベース層3およびp++型コンタクト領域8が形成される。 Through the steps up to this point, n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on gate electrode pad portion 22 a , and p-type base layer 3 and p ++ -type contact region 8 are formed inside n-type silicon carbide epitaxial layer 2 .

次に、1700℃程度の不活性ガス雰囲気で熱処理(アニール)を行い、第1p+型ベース領域4、第2p+型ベース領域5、n+型ソース領域7、p++型コンタクト領域8の活性化処理を実施する。なお、上述したように1回の熱処理によって各イオン注入領域をまとめて活性化させてもよいし、イオン注入を行うたびに熱処理を行って活性化させてもよい。 Next, heat treatment (annealing) is performed in an inert gas atmosphere at about 1700° C. to form the first p + -type base region 4 , the second p + -type base region 5 , the n + -type source region 7 and the p ++ -type contact region 8 . Perform activation processing. As described above, the ion-implanted regions may be activated collectively by one heat treatment, or may be activated by heat treatment each time ion implantation is performed.

次に、p型ベース層3の表面上に、フォトリソグラフィによって所定の開口部を有するトレンチ形成用マスクを例えば酸化膜で形成する。次に、ドライエッチングによってp型ベース層3を貫通し、n型高濃度領域6(2)に達するトレンチ18を形成する。トレンチ18の底部はn型高濃度領域6(2)に形成された第2p+型ベース領域5に達してもよい。次に、トレンチ形成用マスクを除去する。ここまでの状態が図9に示されている。 Next, on the surface of the p-type base layer 3, a trench forming mask having a predetermined opening is formed of, for example, an oxide film by photolithography. Next, dry etching is performed to form a trench 18 that penetrates the p-type base layer 3 and reaches the n-type high concentration region 6 (2). The bottom of the trench 18 may reach the second p + -type base region 5 formed in the n-type heavily doped region 6(2). Next, the trench formation mask is removed. The state up to this point is shown in FIG.

次に、n+型ソース領域7の表面と、トレンチ18の底部および側壁と、に沿ってゲート絶縁膜9を形成する。このゲート絶縁膜9は、酸素雰囲気中において1000℃程度の温度の熱酸化によって形成してもよい。また、このゲート絶縁膜9は高温酸化(High Temperature Oxide:HTO)等のような化学反応によって堆積する方法で形成してもよい。 Next, gate insulating film 9 is formed along the surface of n + -type source region 7 and along the bottom and side walls of trench 18 . This gate insulating film 9 may be formed by thermal oxidation at a temperature of about 1000° C. in an oxygen atmosphere. Also, the gate insulating film 9 may be formed by a method of depositing by a chemical reaction such as high temperature oxide (HTO).

次に、ゲート絶縁膜9上に、例えばリン原子がドーピングされた多結晶シリコン層を設ける。この多結晶シリコン層はトレンチ18内を埋めるように形成してもよい。この多結晶シリコン層をフォトリソグラフィによりパターニングし、トレンチ18内部に残すことによって、ゲート電極10を形成する。 Next, a polycrystalline silicon layer doped with, for example, phosphorus atoms is provided on the gate insulating film 9 . This polycrystalline silicon layer may be formed so as to fill the trench 18 . The gate electrode 10 is formed by patterning this polycrystalline silicon layer by photolithography and leaving it inside the trench 18 .

次に、ゲート絶縁膜9およびゲート電極10を覆うように、例えばリンガラスを1μm程度の厚さで成膜し、層間絶縁膜11を形成する。次に、層間絶縁膜11を覆うように、チタン(Ti)または窒化チタン(TiN)からなるバリアメタル(不図示)を形成してもよい。層間絶縁膜11およびゲート絶縁膜9をフォトリソグラフィによりパターニングしn+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8を露出させたコンタクトホールを形成する。その後、熱処理(リフロー)を行って層間絶縁膜11を平坦化する。ここまでの状態が図10に示されている。 Next, an interlayer insulating film 11 is formed by depositing, for example, phosphorous glass to a thickness of about 1 μm so as to cover the gate insulating film 9 and the gate electrode 10 . Next, a barrier metal (not shown) made of titanium (Ti) or titanium nitride (TiN) may be formed to cover the interlayer insulating film 11 . Interlayer insulating film 11 and gate insulating film 9 are patterned by photolithography to form contact holes exposing n + -type source region 7 and p ++ -type contact region 8 . Thereafter, heat treatment (reflow) is performed to planarize the interlayer insulating film 11 . The state up to this point is shown in FIG.

層間膜絶縁膜11を選択的に除去して炭化珪素半導体基体の表面に、ニッケル(Ni)かTiの膜を成膜する。次に、表面を保護してn+型炭化珪素基板1の裏面側にNiかTiの膜を成膜する。次に1000℃程度の熱処理を行い炭化珪素半導体基体の表面側とn+型炭化珪素基板1の裏面の表面側にオーミック電極性を形成する。 Interlayer insulating film 11 is selectively removed to form a film of nickel (Ni) or Ti on the surface of the silicon carbide semiconductor substrate. Next, a film of Ni or Ti is formed on the back side of the n + -type silicon carbide substrate 1 while protecting the surface. Next, heat treatment is performed at about 1000° C. to form ohmic conductivity on the surface side of the silicon carbide semiconductor substrate and the surface side of the back surface of n + -type silicon carbide substrate 1 .

次に、上記コンタクトホール内に形成したオーミック電極部分に接触するように、および層間絶縁膜11上にソース電極13となる導電性の膜を設ける。この導電性の膜を選択的に除去してコンタクトホール内にのみソース電極13を残し、n+型ソース領域7およびp++型コンタクト領域8とソース電極13とを接触させる。次に、コンタクトホール以外のソース電極13を選択的に除去する。 Next, a conductive film to be the source electrode 13 is provided on the interlayer insulating film 11 so as to be in contact with the ohmic electrode portion formed in the contact hole. This conductive film is selectively removed to leave the source electrode 13 only in the contact hole, and the n + -type source region 7 and the p ++ -type contact region 8 are brought into contact with the source electrode 13 . Next, the source electrode 13 other than the contact holes is selectively removed.

次に、例えばスパッタ法によって、炭化珪素半導体基体のおもて面のソース電極13上および層間絶縁膜11の開口部に、ソース電極パッド15となる電極パッドを堆積する。例えば、スパッタ法により、第1TiN膜25、第1Ti膜26、第2TiN膜27、第2Ti膜28を積層し、さらにAl合金膜29を、厚さが例えば、5μm程度になるように形成する。Al合金膜29はAl膜であってもよい。Al合金膜29は、例えば、Al-Si膜またはAl-Si-Cu膜である。この導電性の膜をフォトリソグラフィによりパターニングし、素子全体の活性領域40に残すことによってソース電極パッド15を形成する。電極パッドの層間絶縁膜11上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。電極パッドは、例えば、1%の割合でシリコンを含んだアルミニウム(Al-Si)で形成してもよい。次に、ソース電極パッド15を選択的に除去する。 Next, an electrode pad that will become source electrode pad 15 is deposited on source electrode 13 on the front surface of the silicon carbide semiconductor substrate and in the opening of interlayer insulating film 11 by, for example, a sputtering method. For example, a first TiN film 25, a first Ti film 26, a second TiN film 27, and a second Ti film 28 are laminated by sputtering, and an Al alloy film 29 is formed to a thickness of about 5 μm, for example. The Al alloy film 29 may be an Al film. The Al alloy film 29 is, for example, an Al--Si film or an Al--Si--Cu film. A source electrode pad 15 is formed by patterning this conductive film by photolithography and leaving it in the active region 40 of the entire device. The thickness of the portion of the electrode pad on the interlayer insulating film 11 may be, for example, 5 μm. The electrode pads may be made of, for example, aluminum containing 1% silicon (Al--Si). Next, the source electrode pads 15 are selectively removed.

次に、ゲート電極パッド部22aのn型炭化珪素エピタキシャル層2と第1p+型ベース領域4gとの界面で、第1p+型ベース領域4gの4隅の領域近傍にライフタイムキラーを注入し、低ライフタイム領域60を形成する。例えば、フォトリソグラフィおよびエッチングによりイオン注入用の酸化膜マスクを形成し、炭化珪素半導体基体の裏面側からヘリウムをイオン注入することにより、低ライフタイム領域60を形成する。この低ライフタイム領域60の形成は、ドレイン電極14を形成するより前に行うことが好ましい。また、ライフタイムキラーの注入は、炭化珪素半導体基体のおもて面側から形成してもよい。また、ライフタイムキラーは例えばプロトンなどでもよい。 Next, at the interface between the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 of the gate electrode pad portion 22a and the first p + -type base region 4g, a lifetime killer is implanted in the vicinity of the four corner regions of the first p + -type base region 4g, A low lifetime region 60 is formed. For example, an oxide film mask for ion implantation is formed by photolithography and etching, and low lifetime region 60 is formed by ion-implanting helium from the back side of the silicon carbide semiconductor substrate. It is preferable to form the low lifetime region 60 before forming the drain electrode 14 . Also, the lifetime killer may be implanted from the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. Also, the lifetime killer may be, for example, proton.

次に、ドレイン電極14の表面に、ドレイン電極パッドとして例えばチタン(Ti)、ニッケル(Ni)および金(Au)をこの順に成膜する。 Next, films of titanium (Ti), nickel (Ni) and gold (Au), for example, are formed in this order on the surface of the drain electrode 14 as a drain electrode pad.

次に、ソース電極パッド15を覆うようにポリイミド膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより当該ポリイミド膜を選択的に除去して、ソース電極パッド15をそれぞれ覆う第1保護膜21を形成するとともに、これら第1保護膜21を開口する。 Next, a polyimide film is formed to cover the source electrode pad 15 . Next, the polyimide film is selectively removed by photolithography and etching to form the first protective films 21 covering the source electrode pads 15, and the first protective films 21 are opened.

次に、ソース電極パッド15の上部に、めっき膜16を選択的に形成し、めっき膜16と第1保護膜21との各境界を覆う第2保護膜23を形成する。次に、めっき膜16にはんだ17を介して外部端子電極19を形成する。 Next, the plated film 16 is selectively formed on the source electrode pad 15, and the second protective film 23 covering each boundary between the plated film 16 and the first protective film 21 is formed. Next, external terminal electrodes 19 are formed on the plated film 16 with solder 17 interposed therebetween.

以上、説明したように、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置によれば、ゲート電極パッド部のp型ベース層の4隅には、低ライフタイム領域が設けられている。これにより、p型ベース層の4隅にキャリアが集中することを抑制でき、遮断電流を増加させることができる。 As described above, according to the silicon carbide semiconductor device of the first embodiment, the low lifetime regions are provided at the four corners of the p-type base layer of the gate electrode pad portion. As a result, concentration of carriers in the four corners of the p-type base layer can be suppressed, and the cut-off current can be increased.

(実施の形態2)
図11は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す上面図である。実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置と異なるところは、活性領域40に、エッジ終端領域41に隣接して、高機能領域3aが設けられているところである。高機能領域3aは、例えば略矩形状の平面形状を有する。高機能領域3aには、電流センス部37a、温度センス部35a、過電圧保護部(不図示)および演算回路部(不図示)等の高機能部が設けられている。図11には、高機能部として電流センス部37aおよび温度センス部35aを図示するが、高機能領域3aに電流センス部37aおよび温度センス部35a以外の他の高機能部が配置されていてもよい。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a top view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. The silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that highly functional region 3 a is provided in active region 40 adjacent to edge termination region 41 . be. The highly functional region 3a has, for example, a substantially rectangular planar shape. The high-performance area 3a is provided with high-performance sections such as a current sensing section 37a, a temperature sensing section 35a, an overvoltage protection section (not shown), and an arithmetic circuit section (not shown). In FIG. 11, the current sensing section 37a and the temperature sensing section 35a are illustrated as the high-performance section. good.

電流センス部37aは、メイン半導体素子15aに流れる過電流(OC:Over Current)を検出する機能を有する。電流センス部37aは、メイン半導体素子15aと同一構成の単位セルを数個程度備えた縦型MOSFETである。温度センス部35aは、ダイオードの温度特性を利用してメイン半導体素子15aの温度を検出する機能を有する。過電圧保護部は、例えばサージ等の過電圧(OV:Over Voltage)からメイン半導体素子15aを保護するダイオードである。 The current sensing section 37a has a function of detecting an overcurrent (OC: Over Current) flowing through the main semiconductor element 15a. The current sensing portion 37a is a vertical MOSFET including several unit cells having the same configuration as the main semiconductor element 15a. The temperature sensing section 35a has a function of detecting the temperature of the main semiconductor element 15a using the temperature characteristics of the diode. The overvoltage protector is a diode that protects the main semiconductor element 15a from overvoltage (OV: Over Voltage) such as surge.

また、高機能領域3aにおいて、半導体基板のおもて面上には、活性領域40とエッジ終端領域41との境界に沿って、かつソース電極パッド15およびエッジ終端領域41と離して、電流センス部37aのOCパッド37、温度センス部35aのアノード電極パッド35、カソード電極パッド36、ゲート電極パッド部22aのゲート電極パッド22が設けられている。これら電極パッドは例えば略矩形状の平面形状を有する。また、これら電極パッドは、互いに離して設けられてもよい。 In the highly functional region 3 a , current sensing electrodes are formed on the front surface of the semiconductor substrate along the boundary between the active region 40 and the edge termination region 41 and apart from the source electrode pad 15 and the edge termination region 41 . The OC pad 37 of the portion 37a, the anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36 of the temperature sensing portion 35a, and the gate electrode pad 22 of the gate electrode pad portion 22a are provided. These electrode pads have, for example, a substantially rectangular planar shape. Also, these electrode pads may be provided apart from each other.

図11には図示していないが、電流センス部37aおよび温度センス部35a等の高機能部も、半導体基体の構造はゲート電極パッド部22aと同様の構造を有している(図13参照)。このため、ゲート電極パッド部22aと同様に高機能部のp型ベース層3の4隅には、低ライフタイム領域60が設けられている(図13参照)。低ライフタイム領域60により、p型ベース層3の4隅にキャリアが集中することを抑制できる。この構造でスイッチングを行うことにより、遮断電流を増加させることができる。 Although not shown in FIG. 11, the highly functional portions such as the current sensing portion 37a and the temperature sensing portion 35a also have the same semiconductor substrate structure as the gate electrode pad portion 22a (see FIG. 13). . For this reason, low lifetime regions 60 are provided at the four corners of the p-type base layer 3 of the highly functional portion, similarly to the gate electrode pad portion 22a (see FIG. 13). The low lifetime region 60 can prevent carriers from concentrating on the four corners of the p-type base layer 3 . By switching with this structure, the breaking current can be increased.

図12は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の図11のA-A’部分の構造を示す断面図である。活性領域40の構造は実施の形態1と同様のため、説明を省略する。また、電流センス部37aの構造は活性領域40の構造と同様のため、説明を省略する。 12 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device along line A-A' in FIG. 11 according to the second embodiment. Since the structure of the active region 40 is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. Further, since the structure of the current sensing portion 37a is similar to that of the active region 40, the description thereof will be omitted.

図12に示すように、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の温度センス部35aは、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の第1主面(おもて面)、例えば(0001)面(Si面)、にn型炭化珪素エピタキシャル層2が堆積されn型炭化珪素エピタキシャル層2の基体第1主面側に第2p+型ベース領域5およびp型ベース層3が設けられている。p型ベース層3の内部には、基体第1主面側にp++型コンタクト領域8が設けられていてもよい。 As shown in FIG. 12, the temperature sensing portion 35a of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment has a first main surface (front surface) of an n + -type silicon carbide substrate (first conductivity type semiconductor substrate) 1. ), for example, the (0001) plane (Si plane), the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 is deposited on the substrate first main surface side of the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 to form a second p + -type base region 5 and a p-type base layer. 3 is provided. Inside the p-type base layer 3, a p ++ -type contact region 8 may be provided on the substrate first main surface side.

また、p++型コンタクト領域8(3)上にフィールド絶縁膜80が設けられ、p型ポリシリコン層81およびn型ポリシリコン層82が、フィールド絶縁膜80上に設けられている。p型ポリシリコン層81とn型ポリシリコン層82とは、pn接合で形成されたポリシリコンダイオードである。p型ポリシリコン層81およびn型ポリシリコン層82に代えて、p型拡散領域とn型拡散領域とのpn接合で形成された拡散ダイオードを温度センス部35aとしてもよい。この場合、例えば第2p+型ベース領域5の内部に選択的に形成されたn型分離領域(不図示)の内部に、拡散ダイオードを構成するp型拡散領域およびn型拡散領域をそれぞれ選択的に形成すればよい。 A field insulating film 80 is provided on the p ++ -type contact region 8 ( 3 ), and a p-type polysilicon layer 81 and an n-type polysilicon layer 82 are provided on the field insulating film 80 . The p-type polysilicon layer 81 and the n-type polysilicon layer 82 are polysilicon diodes formed by pn junctions. Instead of p-type polysilicon layer 81 and n-type polysilicon layer 82, a diffusion diode formed by a pn junction between a p-type diffusion region and an n-type diffusion region may be used as temperature sensing portion 35a. In this case, for example, inside an n-type isolation region (not shown) selectively formed inside the second p + -type base region 5, a p-type diffusion region and an n-type diffusion region forming a diffusion diode are selectively formed. should be formed to

アノード電極パッド35は、アノード電極84を介してp型ポリシリコン層81に電気的に接続されている。カソード電極パッド36は、カソード電極85を介してn型ポリシリコン層82に電気的に接続されている。アノード電極パッド35およびカソード電極パッド36には、メイン半導体素子15aのソース電極パッド22と同様に、それぞれめっき膜16およびはんだ17を介して外部端子電極19が接合され、第1保護膜21および第2保護膜23で保護されている。 Anode electrode pad 35 is electrically connected to p-type polysilicon layer 81 through anode electrode 84 . Cathode electrode pad 36 is electrically connected to n-type polysilicon layer 82 via cathode electrode 85 . An external terminal electrode 19 is joined to the anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36 via the plating film 16 and the solder 17, respectively, similarly to the source electrode pad 22 of the main semiconductor element 15a. 2 is protected by a protective film 23 .

図12に示すように、n+型炭化珪素基板1の第2主面(裏面、すなわち炭化珪素半導体基体の裏面)には、裏面電極14が設けられている。裏面電極14は、ドレイン電極を構成する。裏面電極14の表面には、ドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 As shown in FIG. 12 , a back surface electrode 14 is provided on the second main surface of n + -type silicon carbide substrate 1 (the back surface, that is, the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate). The back electrode 14 constitutes a drain electrode. A drain electrode pad (not shown) is provided on the surface of the back electrode 14 .

図13は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の図11のB-B’部分の構造を示す断面図である。図13では、p++型コンタクト領域8(3)より上側(z軸の正方向)の構造を省略している。図13に示すように、ゲート電極パッド部22a、温度センス部35aおよび電流センス部37aではn型炭化珪素エピタキシャル層2内に、p型ベース層3が設けられている。ゲート電極パッド部22a、温度センス部35aおよび電流センス部37aのp型ベース層3は、メイン半導体素子15aのp型ベース層3と共通になっており、電流センス部37aでは、電流センス部の活性領域37bがp型ベース層3の間に設けられている。 FIG. 13 is a cross-sectional view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device taken along line BB′ of FIG. 11 according to the second embodiment. In FIG. 13, the structure above (in the positive direction of the z-axis) above the p ++ -type contact region 8(3) is omitted. As shown in FIG. 13, p-type base layer 3 is provided in n-type silicon carbide epitaxial layer 2 in gate electrode pad portion 22a, temperature sensing portion 35a and current sensing portion 37a. The p-type base layer 3 of the gate electrode pad portion 22a, the temperature sensing portion 35a, and the current sensing portion 37a is shared with the p-type base layer 3 of the main semiconductor element 15a. An active region 37 b is provided between p-type base layers 3 .

図13に示すように、ゲート電極パッド部22a、温度センス部35aおよび電流センス部37aのp型ベース層3は、メイン半導体素子15aのp型ベース層3と所定間隔離間してもよい。このようにすることで、ゲート電極パッド部22a、温度センス部35aおよび電流センス部37aのp型ベース層3とn型炭化珪素エピタキシャル層2とで構成される内蔵ダイオードが動作しなくなり、隣接する部分に電流センス部37があった場合に、少数キャリアが電流センス部37に回り込むことを防止するためである。 As shown in FIG. 13, the p-type base layer 3 of the gate electrode pad portion 22a, the temperature sensing portion 35a and the current sensing portion 37a may be separated from the p-type base layer 3 of the main semiconductor element 15a by a predetermined distance. By doing so, the built-in diode composed of the p-type base layer 3 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2 of the gate electrode pad portion 22a, the temperature sensing portion 35a and the current sensing portion 37a does not operate. This is to prevent minority carriers from entering the current sensing section 37 when the current sensing section 37 is present in the portion.

また、温度センス部35aおよび電流センス部37aのp型ベース層3を連結してもよい。電流センス部の活性領域37bに、隣接部分のp型領域とn型領域で形成される内蔵ダイオードの少数キャリアが回り込んでくると、スイッチング時の実質的な電流密度が増加して半導体装置が破壊されやすくなるためである。 Also, the p-type base layers 3 of the temperature sensing portion 35a and the current sensing portion 37a may be connected. When minority carriers of a built-in diode formed by adjacent p-type and n-type regions enter into the active region 37b of the current sensing portion, the substantial current density at the time of switching increases and the semiconductor device is damaged. This is because they are easily destroyed.

図13に示すように、高機能領域3aに含まれる電流センス部37a、温度センス部35aおよびゲート電極パッド部22aでは、p型ベース層3とn型炭化珪素エピタキシャル層2と界面近傍に低ライフタイム領域60が設けられている。また、低ライフタイム領域60は、p++型コンタクト領域8に達しないことが好ましい。 As shown in FIG. 13, in the current sensing portion 37a, the temperature sensing portion 35a and the gate electrode pad portion 22a included in the highly functional region 3a, there is a low life in the vicinity of the interface between the p-type base layer 3 and the n-type silicon carbide epitaxial layer 2. A time field 60 is provided. Also, the low lifetime region 60 preferably does not reach the p ++ -type contact region 8 .

図14は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の他の構造を示す上面図である。図14に示すように、ゲート電極パッド22とゲートポリシリコン電極33との間にゲート抵抗34が設けられている。図14に示す構造でも、図12と同様に、高機能領域3aに含まれる温度センス部35aおよびゲート電極パッド部22aでは、p型ベース層3とn型炭化珪素エピタキシャル層2と界面近傍に低ライフタイム領域60が設けられている。 FIG. 14 is a top view showing another structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment. As shown in FIG. 14, gate resistor 34 is provided between gate electrode pad 22 and gate polysilicon electrode 33 . Also in the structure shown in FIG. 14, similarly to FIG. A lifetime region 60 is provided.

(実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態2において、活性領域40の製造方法は実施の形態1と同様のため、説明を省略する。また、電流センス部37aの製造方法は活性領域40の製造方法と同様のため、説明を省略する。
(Method for Manufacturing Silicon Carbide Semiconductor Device According to Second Embodiment)
In the second embodiment, the manufacturing method of the active region 40 is the same as that of the first embodiment, so the description is omitted. Further, since the manufacturing method of the current sensing portion 37a is the same as the manufacturing method of the active region 40, the description thereof will be omitted.

温度センス部35aは、以下のように形成される。電極パッドの形成前に、温度センス部35aにおいてフィールド絶縁膜80上に、一般的な方法によりp型ポリシリコン層81、n型ポリシリコン層82、層間絶縁層83、アノード電極84およびカソード電極85を形成する。 The temperature sensing portion 35a is formed as follows. Prior to forming the electrode pads, a p-type polysilicon layer 81, an n-type polysilicon layer 82, an interlayer insulating layer 83, an anode electrode 84 and a cathode electrode 85 are formed on the field insulating film 80 in the temperature sensing portion 35a by a general method. to form

また、温度センス部35aのp型ポリシリコン層81およびn型ポリシリコン層82は、例えば、メイン半導体素子15aおよび電流センス部37aのゲート電極10と同時に形成してもよい。フィールド絶縁膜80は、メイン半導体素子15aおよび電流センス部37aの層間絶縁膜11の一部であってもよい。この場合、温度センス部35aのp型ポリシリコン層81およびn型ポリシリコン層82は、メイン半導体素子15aおよび電流センス部37aの層間絶縁膜10の形成後に形成される。 Further, the p-type polysilicon layer 81 and the n-type polysilicon layer 82 of the temperature sensing section 35a may be formed at the same time as the main semiconductor element 15a and the gate electrode 10 of the current sensing section 37a, for example. The field insulating film 80 may be part of the interlayer insulating film 11 of the main semiconductor element 15a and the current sensing portion 37a. In this case, the p-type polysilicon layer 81 and the n-type polysilicon layer 82 of the temperature sensing portion 35a are formed after forming the interlayer insulating film 10 of the main semiconductor element 15a and the current sensing portion 37a.

次に、アノード電極84およびカソード電極85にそれぞれ接するアノード電極パッド35およびカソード電極パッド36を形成する。アノード電極パッド35およびカソード電極パッド36は、ソース電極パッド15とともに形成して、ソース電極パッド15と同じ積層構造としてもよい。 Next, an anode electrode pad 35 and a cathode electrode pad 36 are formed in contact with the anode electrode 84 and the cathode electrode 85, respectively. The anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36 may be formed together with the source electrode pad 15 to have the same laminated structure as the source electrode pad 15 .

次に、アノード電極パッド35およびカソード電極パッド36を覆うようにポリイミド膜を形成する。次に、フォトリソグラフィおよびエッチングにより当該ポリイミド膜を選択的に除去して、アノード電極パッド35およびカソード電極パッド36をそれぞれ覆う第1保護膜21を形成するとともに、これら第1保護膜21を開口する。 Next, a polyimide film is formed to cover the anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36 . Next, the polyimide film is selectively removed by photolithography and etching to form the first protective film 21 covering the anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36, respectively, and the first protective film 21 is opened. .

次に、アノード電極パッド35およびカソード電極パッド36の上部に、めっき膜16を選択的に形成し、めっき膜16と第1保護膜21との各境界を覆う第2保護膜23を形成する。次に、めっき膜16にはんだ17を介して外部端子電極19を形成する。以上のようにして、温度センス部35aが形成される。 Next, the plated film 16 is selectively formed on the anode electrode pad 35 and the cathode electrode pad 36 to form the second protective film 23 covering each boundary between the plated film 16 and the first protective film 21 . Next, external terminal electrodes 19 are formed on the plated film 16 with solder 17 interposed therebetween. As described above, the temperature sensing portion 35a is formed.

以上、説明したように、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置によれば、ゲート電極パッド部、温度センス部および電流センス部のp型ベース層の4隅には、低ライフタイム領域が設けられている。これにより、p型ベース層の4隅にキャリアが集中することを抑制でき、遮断電流を増加させることができる。 As described above, according to the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, the low lifetime regions are provided at the four corners of the p-type base layer of the gate electrode pad portion, the temperature sensing portion, and the current sensing portion. It is As a result, concentration of carriers in the four corners of the p-type base layer can be suppressed, and the cut-off current can be increased.

以上において本発明では、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。 In the above description of the present invention, 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. Various changes can be made to the semiconductor, the plane orientation of the main surface of the substrate, and the like.

また、本発明の実施の形態では、トレンチ型MOSFETを例に説明したが、これに限らず、プレーナ型MOSFET、IGBTなどのMOS型半導体装置など様々な構成の半導体装置に適用可能である。また、上述した各実施の形態では、ワイドバンドギャップ半導体として炭化珪素を用いた場合を例に説明したが、窒化ガリウム(GaN)など炭化珪素以外のワイドバンドギャップ半導体を用いた場合においても同様の効果が得られる。また、各実施の形態では第1導電型をn型とし、第2導電型をp型としたが、本発明は第1導電型をp型とし、第2導電型をn型としても同様に成り立つ。 Further, in the embodiments of the present invention, a trench type MOSFET has been described as an example, but the present invention is not limited to this, and can be applied to semiconductor devices of various configurations such as planar type MOSFETs and MOS type semiconductor devices such as IGBTs. Further, in each of the above-described embodiments, the case of using silicon carbide as a wide bandgap semiconductor has been described as an example. effect is obtained. In each embodiment, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type. It holds.

以上のように、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。 INDUSTRIAL APPLICABILITY As described above, the semiconductor device and the method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention are useful for high-voltage semiconductor devices used in power converters, power supply devices for various industrial machines, and the like.

1、101 n+型炭化珪素基板
1a 有効領域
2、102 n型炭化珪素エピタキシャル層
2a 第1n型炭化珪素エピタキシャル層
2b 第2n型炭化珪素エピタキシャル層
3、3g、103 p型ベース層
3a 高機能領域
4、4g、104 第1p+型ベース領域
4a 下部第1p+型ベース領域
4b 上部第1p+型ベース領域
5、105 第2p+型ベース領域
6、106 n型高濃度領域
6a 下部n型高濃度領域
6b 上部n型高濃度領域
7、107 n+型ソース領域
8、108 p++型コンタクト領域
9、109 ゲート絶縁膜
10、110 ゲート電極
11、111 層間絶縁膜
12、112 絶縁膜
13、113 ソース電極
14、114 裏面電極
15、115 ソース電極パッド
15a メイン半導体素子
16、116 めっき膜
17、117 はんだ
18、118 トレンチ
19、119 外部端子電極
21、121 第1保護膜
22、122 ゲート電極パッド
22a ゲート電極パッド部
23、123 第2保護膜
25、125 第1TiN膜
26、126 第1Ti膜
27、127 第2TiN膜
28、128 第2Ti膜
29、129 Al合金膜
33、133 ゲートポリシリコン電極
34 ゲート抵抗
35 アノード電極パッド
35a 温度センス部
36 カソード電極パッド
37 OCパッド
37a 電流センス部
37b 電流センス部の活性領域
40、140 活性領域
41、141 エッジ終端領域
50、150 半導体チップ
60 低ライフタイム領域
80 フィールド絶縁膜
81 p型ポリシリコン層
82 n型ポリシリコン層
84 アノード電極
85 カソード電極
Reference Signs List 1, 101 n + -type silicon carbide substrate 1a effective region 2, 102 n-type silicon carbide epitaxial layer 2a first n-type silicon carbide epitaxial layer 2b second n-type silicon carbide epitaxial layer 3, 3g, 103 p-type base layer 3a highly functional region 4, 4g, 104 first p + -type base region 4a lower first p + -type base region 4b upper first p + -type base region 5, 105 second p + -type base region 6, 106 n-type high concentration region 6a lower n-type high concentration Region 6b Upper n-type high-concentration region 7, 107 n + -type source region 8, 108 p ++ -type contact region 9, 109 Gate insulating films 10, 110 Gate electrodes 11, 111 Interlayer insulating films 12, 112 Insulating films 13, 113 Source electrodes 14, 114 Rear electrodes 15, 115 Source electrode pads 15a Main semiconductor elements 16, 116 Plated films 17, 117 Solders 18, 118 Trench 19, 119 External terminal electrodes 21, 121 First protective films 22, 122 Gate electrode pads 22a Gate electrode pad portions 23, 123 Second protective films 25, 125 First TiN films 26, 126 First Ti films 27, 127 Second TiN films 28, 128 Second Ti films 29, 129 Al alloy films 33, 133 Gate polysilicon electrode 34 Gate resistor 35 anode electrode pad 35a temperature sensing portion 36 cathode electrode pad 37 OC pad 37a current sensing portion 37b current sensing portion active regions 40, 140 active regions 41, 141 edge termination regions 50, 150 semiconductor chip 60 low lifetime region 80 field Insulating film 81 p-type polysilicon layer 82 n-type polysilicon layer 84 anode electrode 85 cathode electrode

Claims (6)

第1導電型の半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面に設けられた、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面に設けられたゲート電極と、
前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に設けられた第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
を有するMOS構造により構成され、オン状態の時に主電流が流れる活性領域と、ゲート電極パッド部と、
を備え、
前記ゲート電極パッド部は、
前記半導体基板と、
前記第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第2導電型の第3半導体層と、
前記第3半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に層間絶縁膜を介して選択的に設けられた、前記ゲート電極と電気的に接続するゲート電極パッドとを有し、
前記第3半導体層は矩形の平面形状を有し、低ライフタイム領域が、前記第3半導体層の4隅のみに設けられていることを特徴とする半導体装置。
a first conductivity type semiconductor substrate;
a first semiconductor layer of a first conductivity type provided on the front surface of the semiconductor substrate and having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
a second conductivity type second semiconductor layer provided on the surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
a first conductivity type first semiconductor region selectively provided in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer;
a gate electrode provided on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer;
a first electrode provided on the surface of the second semiconductor layer and the first semiconductor region;
a second electrode provided on the back surface of the semiconductor substrate;
and an active region through which a main current flows in an ON state, a gate electrode pad portion,
with
The gate electrode pad portion is
the semiconductor substrate;
the first semiconductor layer;
a third semiconductor layer of a second conductivity type provided on a surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
a gate electrode pad electrically connected to the gate electrode selectively provided via an interlayer insulating film on the surface of the third semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
The semiconductor device according to claim 1 , wherein the third semiconductor layer has a rectangular planar shape , and the low lifetime regions are provided only at four corners of the third semiconductor layer .
前記低ライフタイム領域には、ヘリウムが注入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。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein helium is implanted into said low lifetime region. 前記低ライフタイム領域は、前記第3半導体層と前記第1半導体層との深さ方向の界面に設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the low lifetime region is provided at an interface in a depth direction between the third semiconductor layer and the first semiconductor layer. 前記MOS構造により構成され、前記半導体基板および前記第1半導体層を前記活性領域と共通とした電流検出領域と、
前記半導体基板および前記第1半導体層を前記活性領域と共通とした温度検出領域と、
をさらに備え、
前記電流検出領域および前記温度検出領域では、前記第2半導体層を、前記活性領域の前記第2半導体層と所定間隔離間して配置し、
前記電流検出領域および前記温度検出領域の前記第2半導体層は平面形状を有し、前記電流検出領域および前記温度検出領域の前記第2半導体層の4隅には、低ライフタイム領域が設けられていることを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに半導体装置。
a current detection region having the MOS structure and having the semiconductor substrate and the first semiconductor layer in common with the active region;
a temperature detection region in which the semiconductor substrate and the first semiconductor layer are shared with the active region;
further comprising
In the current detection region and the temperature detection region, the second semiconductor layer is arranged at a predetermined distance from the second semiconductor layer in the active region,
The second semiconductor layer in the current detection region and the temperature detection region has a planar shape, and low lifetime regions are provided at four corners of the second semiconductor layer in the current detection region and the temperature detection region. 4. The semiconductor device according to any one of claims 1 to 3, characterized in that:
前記MOS構造は、前記第1半導体領域および前記第2半導体層を貫通し、前記第1半導体層に達するトレンチをさらに有し、
前記ゲート電極は、前記トレンチの内部に前記ゲート絶縁膜を介して設けられることを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の半導体装置。
the MOS structure further having a trench penetrating through the first semiconductor region and the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer;
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said gate electrode is provided inside said trench via said gate insulating film.
オン状態の時に主電流が流れるMOS構造を有する活性領域とゲート電極パッド部を有する半導体装置の製造方法において、
第1導電型の半導体基板のおもて面に、前記半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層を形成する第1工程と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に第2導電型の第2半導体層を形成する第2工程と、
前記第2半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に第1導電型の第1半導体領域を形成する第3工程と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面に設けられた第2導電型の第3半導体層を形成する第4工程と、
前記第3半導体層の4隅のみに、低ライフタイム領域を形成する第5工程と、
前記第2半導体層に接触するゲート絶縁膜を形成する第6工程と、
前記ゲート絶縁膜の前記第2半導体層と接触する面と反対側の表面にゲート電極を形成する第7工程と、
前記第2半導体層および前記第1半導体領域の表面に第1電極を形成する第8工程と、
前記半導体基板の裏面に第2電極を形成する第9工程と
を含み、
前記第1工程では、前記ゲート電極パッド部の半導体基板および前記ゲート電極パッド部の第1半導体層を前記活性領域の半導体基板および前記活性領域の第1半導体層と共通に形成し、
前記第工程では、前記第3半導体層を矩形の平面形状に形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
In a method for manufacturing a semiconductor device having an active region having a MOS structure through which a main current flows in an ON state and a gate electrode pad portion,
a first step of forming, on a front surface of a semiconductor substrate of a first conductivity type, a first semiconductor layer of a first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
a second step of forming a second conductivity type second semiconductor layer on the surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
a third step of selectively forming a first semiconductor region of a first conductivity type in a surface layer of the second semiconductor layer on the side opposite to the semiconductor substrate;
a fourth step of forming a third semiconductor layer of a second conductivity type provided on the surface of the first semiconductor layer opposite to the semiconductor substrate;
a fifth step of forming low lifetime regions only at four corners of the third semiconductor layer;
a sixth step of forming a gate insulating film in contact with the second semiconductor layer;
a seventh step of forming a gate electrode on the surface of the gate insulating film opposite to the surface in contact with the second semiconductor layer;
an eighth step of forming a first electrode on the surface of the second semiconductor layer and the first semiconductor region;
and a ninth step of forming a second electrode on the back surface of the semiconductor substrate,
In the first step, the semiconductor substrate of the gate electrode pad portion and the first semiconductor layer of the gate electrode pad portion are formed in common with the semiconductor substrate of the active region and the first semiconductor layer of the active region;
A method of manufacturing a semiconductor device, wherein in the fourth step, the third semiconductor layer is formed into a rectangular planar shape.
JP2019022123A 2019-02-08 2019-02-08 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device Active JP7318226B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019022123A JP7318226B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2019022123A JP7318226B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2020129623A JP2020129623A (en) 2020-08-27
JP7318226B2 true JP7318226B2 (en) 2023-08-01

Family

ID=72174834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2019022123A Active JP7318226B2 (en) 2019-02-08 2019-02-08 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP7318226B2 (en)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016039071A1 (en) 2014-09-08 2016-03-17 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2018135147A1 (en) 2017-01-17 2018-07-26 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016039071A1 (en) 2014-09-08 2016-03-17 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing same
WO2018135147A1 (en) 2017-01-17 2018-07-26 富士電機株式会社 Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2020129623A (en) 2020-08-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11121248B2 (en) Semiconductor device
JP6729003B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
US11876131B2 (en) Semiconductor device
JP7383917B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP6795032B2 (en) Semiconductor device
JP7172216B2 (en) Semiconductor devices and semiconductor circuit devices
US11133300B2 (en) Semiconductor device
JP7467918B2 (en) Semiconductor Device
US11133385B2 (en) Semiconductor device
JP2024019464A (en) Semiconductor device
US20200258991A1 (en) Semiconductor device and method of manufacturing semiconductor device
CN111697076B (en) Semiconductor device with a semiconductor device having a plurality of semiconductor chips
JP7243173B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP7302285B2 (en) semiconductor equipment
US11245031B2 (en) Semiconductor device
JP7400487B2 (en) semiconductor equipment
JP7310343B2 (en) semiconductor equipment
JP7318226B2 (en) Semiconductor device and method for manufacturing semiconductor device
JP2022042526A (en) Semiconductor device
JP2021044274A (en) Semiconductor device
JP7103435B2 (en) Semiconductor devices and manufacturing methods for semiconductor devices
JP7306060B2 (en) semiconductor equipment
US11437509B2 (en) Semiconductor device
JP7415413B2 (en) semiconductor equipment
US11121221B2 (en) Semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220114

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20221227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230124

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20230228

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20230620

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20230703

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7318226

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150