JP7486483B2 - パワー半導体デバイスおよびそのようなデバイスを製造するためのシャドーマスクフリー方法 - Google Patents
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Description
たとえば、パワーダイオードなどのパワー半導体デバイスは典型的に、ウエハの主面のうちの一方に隣接するp型導電性のアノード層と、アノード層と直接接触してpn接合を形成するn型導電性のベース層と、ウエハの他方の主面に隣接し、ベース層よりも高いドーピング濃度を有するn型導電性のカソード層とを含むウエハを備える。アノード層およびカソード層は典型的に、ドーパントのn型半導体基板への注入およびそれに続く拡散によって形成される。カソード層およびアノード層は、外側は、半導体デバイスに電気的に接触するために電極を形成する金属層で覆われている。カソード層およびカソード電極は通常、デバイスの物理的なエッジまで延在する。他方で、アノード層は、逆バイアスがかけられると電界をサポートできるように、エッジからいくらか距離をあけて終端されなければならない。これは通常、p型アノード層をデバイスの中央部分に制限することによって行われる。アノード電極とカソード電極との間の領域は通常、半導体デバイスの活性領域と定義されており、終端領域と通常定義される周縁領域によって、横方向に取囲まれる。
上記を考慮して、本発明の目的は、電気特性が改善されたパワー半導体デバイス、およびそのようなデバイスを製造するためのシャドーマスクフリー方法を提供することである。特に、本発明の目的は、同時にスイッチオフ特性を満たしつつ電気阻止能力が改善された、パワーダイオードなどのパワー半導体デバイスを提供することである。
例示的な実施形態では、厚肉部の最小厚さは、薄肉部の最大厚さの少なくとも2倍である。
例示的な実施形態では、保護層を形成するステップは、終端領域の外側部分を覆う、第1の厚さを有する第1の保護層を形成するステップと、終端領域の外側部分も覆う第1の保護層に第2の厚さを有する第2の保護層を形成するステップとを含む。これによって、第1の保護層と第2の保護層とのうちの一方が外側部分に隣接する終端領域の少なくとも内側部分を覆い、かつ、第1の保護層と第2の保護層とのうちの他方が内側部分を覆わないように、形成される。保護層は、第1の保護層と第2の保護層とによって形成される。たとえば、第1の保護層は、終端領域の内側部分と外側部分との両方を覆う薄い層でもよく、すなわち、終端領域全体を覆ってもよく、第2の保護層は、終端領域の外側部分を覆うが終端領域の内側部分を覆わない第1の層の外側部分のみに形成される厚い層でもよい。第1の保護層の厚さ(第1の厚さ)は、保護層の薄肉部の厚さと第1の保護層の組合わせ厚さ(第1の厚さおよび第2の厚さ)とに対応してもよく、第2の保護層は、保護層の厚肉部の厚さに対応してもよい。このアプローチによって、鋭い角を有する実質的に直線のエッジを有する厚肉部の内側端部が生じ得る。代替的に、第1の保護層は、終端領域の外側部分のみを覆う厚い層でもよく、第2の保護層は、第1の保護層と終端領域TRの内側部分との両方を覆う薄い層でもよい。このアプローチによって、より丸みを帯びた角を有するエッジを有する厚肉部の内側端部が生じ得る。
図1は、本発明の態様を示すパワー半導体デバイス1の断面を示す。半導体デバイス1は、パワーダイオードである。
b)上述の実施形態のうちの1つに係る、アノード電極71を第1の主側面22に、およびカソード電極72を第2の主側面21に形成するステップ(図4Bを参照)。
実施形態の上記の説明に添付された図面では、保護層6は、アノード電極71を覆っていない。しかしながら、保護層6は、アノード電極71の一部を覆ってもよい。
2 半導体ウエハ
21 第2の主側面
22 第1の主側面
23 第1の半導体層;p型アノード層
231 第1の半導体層の周縁端部
24 第2の半導体層;n型ドリフト層
25 ウエハの周縁端部
26 第3の半導体層;高ドープn型基板
3 イオン照射ビーム
5 寿命制御領域
6 保護層
61 保護層の薄肉部
62 保護層の厚肉部
63 保護層の中間部
621 厚肉部の内側端部
622 厚肉部の外側端部
623 厚肉部の角
71 第1の金属層;アノード電極
72 第2の金属層;カソード電極
8 電界制限接合終端部
81 フローティングフィールドリング
82 隣接するフローティングフィールドリングを分離する第2の層の部分
9 接合終端拡張(JTE)
91 JTEリング
d1 薄肉部の厚さ
d2 厚肉部の厚さ
d3 中間部の厚さ
Claims (15)
- パワー半導体デバイス(1)であって、
第1の主側面(22)および前記第1の主側面(22)と反対側の第2の主側面(21)を有し、横方向に延在するウエハ(2)を備え、前記ウエハ(2)は、活性領域(AR)、前記活性領域(AR)を横方向に取囲む終端領域(TR)、および前記第1の主側面(22)に隣接した前記終端領域(TR)内の複数のフローティングフィールドリング(81)を含み、前記第1の主側面(22)から前記第2の主側面(21)への順に、
第1の導電型の第1の半導体層(23)、および
前記第1の導電型と異なる第2の導電型であり、前記第1の半導体層(23)と直接接触して第1のpn接合を形成する第2の半導体層(24)を含み、前記パワー半導体デバイスはさらに、
前記第1の主側面(22)に設けられて、前記第1の半導体層(23)と第1の接触部を形成する第1の電極(71)と、
前記第2の主側面(21)に設けられて、第2の接触部を形成する第2の電極(72)と、
前記第1の主側面(22)に設けられ、前記終端領域(TR)を覆う保護層(6)とを備え、前記保護層(6)は、薄肉部(61)および前記薄肉部(61)を横方向に取囲む厚肉部(62)を含み、前記厚肉部(62)は、内側端部(621)および前記内側端部(621)を横方向に取囲む外側端部(622)を有し、前記厚肉部(62)は、前記薄肉部(61)の最大厚さ(d1)より大きな最小厚さ(d2)を有し、前記パワー半導体デバイスはさらに、
キャリア寿命を減少させる欠陥を含む寿命制御領域(5)を備え、前記寿命制御領域(5)は、前記活性領域(AR)にわたって、および、前記保護層(6)の前記薄肉部(61)によって覆われる部分にわたる前記終端領域(TR)において、横方向に延在し、前記保護層(6)の前記厚肉部(62)によって覆われる部分において、横方向に延在せず、
前記複数のフローティングフィールドリング(81)は、前記保護層(6)の前記厚肉部(62)の下方に形成され、前記複数のフローティングフィールドリング(81)の各々は、前記第1の導電型のリング状半導体領域であり、前記リング状半導体領域は、前記活性領域(AR)および前記第1の半導体層(23)を横方向に取囲み、前記第2の半導体層(24)との第2のpn接合を形成し、前記複数のフローティングフィールドリング(81)は、前記横方向に互いに間隔を置いて配置され、前記第2の半導体層(24)によって互いに分離され、
前記活性領域(AR)は、前記ウエハ(2)の前記第1の主側面(22)および前記第2の主側面(21)に垂直な方向に沿って、前記第1のおよび前記第2の接触部の間に位置する、パワー半導体デバイス。 - 前記厚肉部(62)の前記最小厚さ(d2)は、前記薄肉部(61)の前記最大厚さ(d1)の少なくとも2倍である、請求項1に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記厚肉部(62)の前記最小厚さ(d2)は、少なくとも10μm/α、または少なくとも12μm/α、または少なくとも15μm/αであり、前記薄肉部(61)の前記最大厚さ(d1)は、5μm/α未満、または1μm/α~5μm/αであり、αは1~3の係数である、請求項1に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記保護層(6)の前記薄肉部(61)によって覆われる前記終端領域(TR)の部分における前記第1の主側面(22)の下方の所定深さで、キャリア寿命を減少させる欠陥の密度は、前記所定深さで前記保護層(6)の前記厚肉部(62)によって覆われる前記終端領域(TR)の部分におけるそのような欠陥の密度の少なくとも1000倍、または少なくとも100万倍である、請求項1~3のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記厚肉部(62)の前記内側端部(621)は、前記第1の半導体層(23)の周縁端部が前記第1の電極(71)の周縁部分から離れている距離と、前記第1の電極(71)の前記周縁端部から横方向に少なくとも同じ距離だけ離れている、請求項1~4のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記厚肉部(62)の前記内側端部(621)は、前記活性領域(AR)に面する側と、前記ウエハ(2)と反対側との間にエッジを形成する、請求項1~5のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記エッジは垂直である、請求項6に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記寿命制御領域(5)内の半導体材料は、水素イオンまたはヘリウムイオンまたはヘリウムイオンと異なる不活性ガスイオンを含む、請求項1~7のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記保護層(6)はポリマー材料を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 前記保護層(6)は、誘電材料を含む、請求項1~8のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス(1)。
- 前記保護層(6)は前記終端領域全体を覆う、請求項1~10のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイス。
- 請求項1~11のいずれか1項に記載のパワー半導体デバイスを製造するための方法であって、
第1の主側面(22)および前記第1の主側面(22)と反対側の第2の主側面(21)を有し、横方向に延在するウエハ(2)を設けるステップを備え、前記ウエハ(2)は、活性領域(AR)および前記活性領域(AR)を横方向に取囲む終端領域(TR)を含み、さらに、前記第1の主側面(22)から前記第2の主側面(21)への順に、
第1の導電型の第1の半導体層(23)、および
前記第1の導電型と異なる第2の導電型であり、前記第1の半導体層(23)と直接接触して第1のpn接合部を形成する第2の半導体層(24)を含み、前記方法はさらに、
前記第1の主側面(22)に第1の電極(71)を形成して、前記第1の半導体層(23)との第1の接触部を形成するステップと、
前記第2の主側面(21)に第2の電極(72)を形成して、第2の接触部を形成するステップと、
前記終端領域(TR)を覆い、かつ、薄肉部(61)および前記薄肉部(61)を横方向に取囲む厚肉部(62)を含むように、保護層(6)を前記第1の主側面(22)に形成するステップとを備え、前記厚肉部は、内側端部(621)および前記内側端部(621)を横方向に取囲む外側端部(622)を有し、前記厚肉部(62)は、前記薄肉部(61)の最大厚さ(d1)より大きな最小厚さ(d2)を有し、前記方法はさらに、
その後、前記保護層(6)を照射マスクとして用いて、前記ウエハ(2)をイオンで照射することによって、前記ウエハ(2)内に寿命制御領域(5)を形成して、キャリア寿命を減少させる欠陥を、前記活性領域(AR)において、および、前記保護層(6)の前記薄肉部(61)によって覆われる前記終端領域(TR)の部分において、所定の深さで形成し、前記所定の深さで前記保護層(6)の前記厚肉部(62)によって覆われる前記終端領域(TR)の部分には形成しないステップを備え、
前記活性領域(AR)は、前記ウエハ(2)の前記第1の主側面(22)および前記第2の主側面(21)に垂直な方向に沿って、前記第1のおよび前記第2の接触部間に位置する前記ウエハ(2)の部分である、方法。 - 前記保護層(6)を形成するステップは、
前記終端領域(TR)の外側部分を覆う、第1の厚さを有する第1の保護層を形成するステップと、
前記終端領域(TR)の前記外側部分を覆い、前記第1の保護層と同じ材料で構成される、第2の厚さを有する第2の保護層を、前記第1の保護層に形成して、前記第1のおよび前記第2の保護層を含む前記保護層(6)を形成するステップとを含み、
前記第1の保護層と前記第2の保護層とのうちの一方は少なくとも、前記終端領域(TR)の前記外側部分に隣接する前記終端領域(TR)の内側部分を覆い、前記第1の保護層と前記第2の保護層とのうちの他方は、前記保護層の前記内側部分を覆わない、請求項12に記載の方法。 - 前記保護層(6)を形成するステップは、
前記終端領域(TR)全体を覆う均一な保護層を形成するステップと、
前記均一な保護層にマスクを設けるステップとを含み、前記マスクは、前記均一な保護層の外側部分を、前記均一な保護層の内側部分と異なる光量で露光するように構成され、さらに、
前記マスクを介して前記均一な保護層を露光するステップと、
前記均一な保護層の前記内側部分の少なくとも一部を化学的に除去して、前記保護層(6)を形成するステップとを含む、請求項12に記載の方法。 - 前記寿命制御領域(5)を形成するステップは、前記第1の電極(71)を形成するステップの後に行われる、請求項12~14のいずれか1項に記載の方法。
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