JP7731660B2 - Semiconductor device and method for manufacturing the same - Google Patents
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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。 This invention relates to a semiconductor device and a method for 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。 Traditionally, silicon (Si) has been used as a constituent material for power semiconductor devices that control high voltages and large currents. There are several types of power semiconductor devices, including bipolar transistors, IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors), and MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors), and these are used according to their intended application.
例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETに比べて電流密度は高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、パワーMOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。 For example, bipolar transistors and IGBTs have higher current densities and can handle larger currents than MOSFETs, but they cannot switch at high speeds. Specifically, bipolar transistors are limited to switching frequencies of around a few kHz, while IGBTs are limited to switching frequencies of around several tens of kHz. On the other hand, power MOSFETs have lower current densities than bipolar transistors and IGBTs, making it difficult to handle larger currents, but they are capable of high-speed switching operations of up to a few 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 strong market demand for power semiconductor devices that combine high current and high speed, and efforts have been made to improve IGBTs and power MOSFETs, with development currently approaching the material limits. From the perspective of power semiconductor devices, semiconductor materials to replace silicon are being considered, and silicon carbide (SiC) is attracting attention as a semiconductor material that can be used to create (manufacture) next-generation power semiconductor devices with low on-state voltage, high-speed characteristics, and excellent high-temperature properties.
その背景には、SiCは化学的に非常に安定な材料であり、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できる点が挙げられる。また、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいからである。SiCはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されている。高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC-MOSFETが期待できる。 The reason behind this is that SiC is a very chemically stable material with a wide band gap of 3 eV, allowing it to be used extremely stably as a semiconductor even at high temperatures. Its maximum electric field strength is also more than an order of magnitude greater than that of silicon. Because SiC has the potential to exceed the material limits of silicon, it is expected to see great growth in future applications for power semiconductors, particularly MOSFETs. Its low on-resistance is particularly promising. It is anticipated that vertical SiC-MOSFETs will have even lower on-resistance while maintaining their high breakdown voltage characteristics.
従来の炭化珪素半導体装置の構造について、縦型MOSFETを例に説明する。図26は、従来のプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図26に示すように、縦型MOSFET150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103が堆積され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103の表面にp+型ベース層104が選択的に設けられる。また、p+型ベース層104の表面層にn+型ソース領域108、p+型コンタクト領域107が選択的に設けられる。 The structure of a conventional silicon carbide semiconductor device will be described using a vertical MOSFET as an example. Fig. 26 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional planar silicon carbide semiconductor device. As shown in Fig. 26, vertical MOSFET 150 has n - type silicon carbide epitaxial layer 103 deposited on the front surface of n + type silicon carbide substrate 101, and p + type base layer 104 selectively provided on the surface of n - type silicon carbide epitaxial layer 103. Furthermore, n + type source region 108 and p + type contact region 107 are selectively provided in the surface layer of p + type base layer 104.
また、p+型ベース層104の、n-型炭化珪素エピタキシャル層103上の部分には、深さ方向にp+型ベース層104を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層103に達するn型のJFET(Junction FET)領域114が設けられている。p+型ベース層104およびn+型ソース領域108の表面に、ゲート絶縁膜105を介してゲート電極106が設けられている。また、n-型炭化珪素エピタキシャル層103、p+型コンタクト領域107およびn+型ソース領域108の表面に、ソース電極110が設けられている。また、n+型炭化珪素基板101の裏面には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。 An n - type JFET (Junction FET) region 114 is provided in a portion of the p + -type base layer 104 above the n -type silicon carbide epitaxial layer 103, penetrating the p + -type base layer 104 in the depth direction and reaching the n -type silicon carbide epitaxial layer 103. A gate electrode 106 is provided on the surfaces of the p + -type base layer 104 and the n + -type source region 108 via a gate insulating film 105. A source electrode 110 is provided on the surfaces of the n -type silicon carbide epitaxial layer 103, the p + -type contact region 107, and the n + -type source region 108. A drain electrode (not shown) is provided on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 101.
また、縦型MOSFETの電界強度およびエネルギー損失を低減するため、トレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置(TED(Trench-Etched Double-diffused)MOSFET)が知られている(下記、特許文献1~3参照)。 In addition, to reduce the electric field strength and energy loss of vertical MOSFETs, planar silicon carbide semiconductor devices using a trench structure (TED (Trench-Etched Double-Diffused) MOSFET) are known (see Patent Documents 1 to 3 below).
図27は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す斜視図である。図28は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す図27のA-A’断面図である。図29は、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置の構造を示す図27のB-B’断面図である。図27では、以下で説明するゲート絶縁膜105から以下で説明するソース電極110までの構造を省略している。 Figure 27 is a perspective view showing the structure of a planar silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. Figure 28 is a cross-sectional view taken along A-A' in Figure 27, showing the structure of a planar silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. Figure 29 is a cross-sectional view taken along B-B' in Figure 27, showing the structure of a planar silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure. Figure 27 omits the structure from the gate insulating film 105 (described below) to the source electrode 110 (described below).
図27~図29に示すように、縦型MOSFET151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103が堆積され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103の表面にp+型ベース層104が選択的に設けられる。また、p+型ベース層104の表面層にn+型ソース領域108、p+型コンタクト領域107、n+型電流拡散層112が選択的に設けられる。 27 to 29 , in vertical MOSFET 151, n − type silicon carbide epitaxial layer 103 is deposited on the front surface of n + type silicon carbide substrate 101, and p + type base layer 104 is selectively provided on the surface of n − type silicon carbide epitaxial layer 103. Furthermore, n + type source region 108, p + type contact region 107, and n + type current diffusion layer 112 are selectively provided in the surface layer of p + type base layer 104.
また、p+型ベース層104の、n-型炭化珪素エピタキシャル層103上の部分には、深さ方向にp+型ベース層104を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層103に達するn型のJFET領域114が設けられ、JFET領域114上にp-型電界緩和層113が設けられている。p-型電界緩和層113がJFET領域114の全体を覆うことにより、オフ時にかかるゲート絶縁膜電界を低減することが可能である。 Furthermore, an n - type JFET region 114 is provided in the portion of p + -type base layer 104 above n -type silicon carbide epitaxial layer 103, penetrating p + -type base layer 104 in the depth direction and reaching n -type silicon carbide epitaxial layer 103, and p -type electric field relaxation layer 113 is provided on JFET region 114. By covering the entire JFET region 114 with p -type electric field relaxation layer 113, it is possible to reduce the electric field of the gate insulating film applied when the device is off.
また、n+型電流拡散層112よりも浅く、底面がp+型ベース層104に接しているトレンチ111が選択的に設けられている。図28は、トレンチ111が設けられていない部分の断面図であり、図29は、トレンチ111が設けられている部分の断面図である。トレンチ111の内壁、n+型電流拡散層112、p+型ベース層104およびn+型ソース領域108の表面に、ゲート絶縁膜105を介してゲート電極106が設けられ、層間絶縁膜109が、ゲート電極106を覆うように設けられている。また、p+型コンタクト領域107およびn+型ソース領域108の表面に、ソース電極110が設けられている。また、n+型炭化珪素基板101の裏面には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。 Further, trenches 111 are selectively provided, each shallower than the n + -type current diffusion layer 112, with its bottom surface in contact with the p + -type base layer 104. FIG. 28 is a cross-sectional view of a portion where the trench 111 is not provided, and FIG. 29 is a cross-sectional view of a portion where the trench 111 is provided. A gate electrode 106 is provided on the inner wall of the trench 111, the n + -type current diffusion layer 112, the p + -type base layer 104, and the surface of the n + -type source region 108, with a gate insulating film 105 interposed therebetween, and an interlayer insulating film 109 is provided so as to cover the gate electrode 106. A source electrode 110 is provided on the surfaces of the p + -type contact region 107 and the n + -type source region 108. A drain electrode (not shown) is provided on the back surface of the n + -type silicon carbide substrate 101.
このような構造ではトレンチ111側面がチャネル領域となるため、プレーナ型の炭化珪素半導体装置(図26参照)のチャネル領域と比較して高いチャネル移動度が実現できる。また、トレンチ111を形成することによりチャネル幅が大きくなり、プレーナ型の炭化珪素半導体装置より高い電流密度が実現できる。 In this structure, the side surfaces of the trench 111 form the channel region, achieving higher channel mobility than the channel region of a planar silicon carbide semiconductor device (see Figure 26). Furthermore, forming the trench 111 increases the channel width, enabling a higher current density to be achieved than in a planar silicon carbide semiconductor device.
しかしながら、従来のトレンチ構造を用いたプレーナ型の炭化珪素半導体装置では、ゲート絶縁膜電界を低減するためのp-型電界緩和層113が抵抗成分になり、JFET抵抗(JFET領域114の抵抗)が高くなり、オン抵抗が高くなるという課題がある。 However, in a planar silicon carbide semiconductor device using a conventional trench structure, the p - type electric field reduction layer 113 for reducing the electric field of the gate insulating film becomes a resistance component, which increases the JFET resistance (resistance of the JFET region 114) and the on-resistance, which is a problem.
また、縦型MOSFET150、151は、n-型炭化珪素エピタキシャル層103とp+型ベース層104とから構成される寄生pnダイオードを有している。寄生pnダイオードに電流が流れた場合、p+型ベース層104からホールが注入され、n-型炭化珪素エピタキシャル層103またはn+型炭化珪素基板101中で電子およびホールの再結合が発生する。このときに発生するバンドギャップ相当の再結合エネルギー(3eV)により、炭化珪素基板に存在する結晶欠陥の一種である基底面転位が移動し、2つの基底面転位に挟まれる積層欠陥が拡張する。積層欠陥が拡張すると、積層欠陥は電流を流しにくいため、縦型MOSFET150、151のオン抵抗および寄生pnダイオードの順方向電圧が上昇するという課題がある。また、寄生pnダイオードは、バイポーラデバイスであるため、スイッチング時の損失(Qrr)が大きいという課題がある。 Furthermore, the vertical MOSFETs 150 and 151 have a parasitic pn diode composed of an n − -type silicon carbide epitaxial layer 103 and a p + -type base layer 104. When a current flows through the parasitic pn diode, holes are injected from the p + -type base layer 104, and electrons and holes recombine in the n − -type silicon carbide epitaxial layer 103 or the n + -type silicon carbide substrate 101. The recombination energy (3 eV) generated at this time, equivalent to the band gap, moves basal plane dislocations, a type of crystal defect present in the silicon carbide substrate, and stacking faults sandwiched between two basal plane dislocations expand. When the stacking faults expand, the stacking faults make it difficult for current to flow, which raises the problem of increasing the on-resistance of the vertical MOSFETs 150 and 151 and the forward voltage of the parasitic pn diode. Furthermore, because the parasitic pn diode is a bipolar device, it also raises the problem of large switching losses (Qrr).
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、ゲート絶縁膜電界を低減し、寄生pnダイオードの通電を減少させ、オン抵抗を削減したトレンチ構造を用いたプレーナ型の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。 The purpose of this invention is to provide a planar semiconductor device using a trench structure that reduces the gate insulating film electric field, decreases current flow through the parasitic pn diode, and reduces on-resistance in order to resolve the problems associated with the prior art described above, as well as a method for manufacturing the semiconductor device.
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。第1導電型の半導体基板上に、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層が設けられる。前記第1半導体層の、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層が設けられる。前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域が設けられる。前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチが設けられる。前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけて設けられ、および、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜が設けられる。前記ゲート絶縁膜上にゲート電極が設けられる。前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接する第2導電型の第4半導体領域が設けられる。前記第4半導体領域が前記第1半導体領域を覆う。前記ゲート電極上に層間絶縁膜が設けられる。前記ゲート電極は、前記第1半導体領域上の領域で分離されている。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features: a first semiconductor layer of a first conductivity type, which has an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate, is provided on a semiconductor substrate of a first conductivity type; a second semiconductor layer of a second conductivity type is provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate; a first semiconductor region of the first conductivity type is provided from the surface of the second semiconductor layer, penetrating the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer; a second semiconductor region of the first conductivity type, which has an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate, is selectively provided in the surface layer of the second semiconductor layer on the opposite side of the first semiconductor layer; a third semiconductor region of the first conductivity type, which is spaced apart from the second semiconductor region and in contact with the first semiconductor region, is selectively provided in the surface layer of the second semiconductor layer on the opposite side of the first semiconductor layer; and a trench is provided from the surface of the second semiconductor layer, which is sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and does not reach the first semiconductor layer. A gate insulating film is provided from the first semiconductor region to the second semiconductor region and on the inner wall of the trench. A gate electrode is provided on the gate insulating film. A fourth semiconductor region of a second conductivity type is provided between the third semiconductor region and the gate electrode, contacting the inner wall of the trench. The fourth semiconductor region covers the first semiconductor region. An interlayer insulating film is provided on the gate electrode. The gate electrodes are separated by a region on the first semiconductor 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、前記分離された領域の幅は、前記層間絶縁膜の厚さよりも広いことを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, the width of the isolated region is wider than the thickness of the interlayer insulating film.
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、前記第1半導体領域は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深い下部第1半導体領域と、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より浅い上部第1半導体領域とからなり、前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region comprises a lower first semiconductor region that is deeper than the surface of the third semiconductor region facing the semiconductor substrate, and an upper first semiconductor region that is shallower than the surface of the third semiconductor region facing the semiconductor substrate, and the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region but a higher impurity concentration than the lower first semiconductor 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、前記第1半導体領域は、前記第1半導体層上に設けられた下部第1半導体領域と、前記下部第1半導体領域上に設けられた上部第1半導体領域とからなり、前記下部第1半導体領域と前記上部第1半導体領域との界面は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深く、前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, in the above-described invention, the first semiconductor region comprises a lower first semiconductor region provided on the first semiconductor layer and an upper first semiconductor region provided on the lower first semiconductor region, the interface between the lower first semiconductor region and the upper first semiconductor region is deeper than the surface of the third semiconductor region facing the semiconductor substrate, and the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region but a higher impurity concentration than the lower first semiconductor 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、前記第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であることを特徴とする。 Furthermore, in the semiconductor device according to the present invention, the first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region.
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。まず、第1導電型の半導体基板上に、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第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、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層を形成し、前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域を形成する第2工程を行う。次に、前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2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、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域を形成する第4工程を行う。次に、前記第3半導体領域の表面層に第2導電型の第4半導体領域を形成する第5工程を行う。次に、前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチを形成する第6工程を行う。次に、前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけてゲート絶縁膜を形成し、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する第7工程を行う。次に、前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第8工程を行う。次に、前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第9工程を行う。前記第5工程では、前記第4半導体領域を前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接し、前記第4半導体領域が前記第1半導体領域を覆うように形成する。前記第8工程では、前記ゲート電極を前記第1半導体領域上の領域で除去する工程を含む。
In order to solve the above-mentioned problems and achieve the object of the present invention, a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention has the following features: First, a first step is performed in which a first semiconductor layer of a first conductivity type having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate is formed on a semiconductor substrate of a first conductivity type. Next, a second step is performed in which a second semiconductor layer of a second conductivity type is formed on the side of the first semiconductor layer opposite the semiconductor substrate, and a first semiconductor region of the first conductivity type is formed from the surface of the second semiconductor layer, penetrating the second semiconductor layer and reaching the first semiconductor layer. Next, a third step is performed in which a second semiconductor region of the first conductivity type having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate is selectively formed in a surface layer of the second semiconductor layer opposite the first semiconductor layer. Next, a fourth step is performed in which a third semiconductor region of the first conductivity type is selectively formed in a surface layer of the second semiconductor layer opposite the first semiconductor layer, spaced apart from the second semiconductor region and in contact with the first semiconductor region. Next, a fifth step is performed in which a fourth semiconductor region of the second conductivity type is formed in a surface layer of the third semiconductor region opposite the first semiconductor layer. Next, a sixth step is performed in which a trench is formed from the surface of the second semiconductor layer, the trench being sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and not reaching the first semiconductor layer. Next, a seventh step is performed in which a gate insulating film is formed from the first semiconductor region to the second semiconductor region, and a gate insulating film is formed on the inner wall of the trench. Next, an eighth step is performed in which a gate electrode is formed on the gate insulating film. Next, a ninth step is performed in which an interlayer insulating film is formed on the gate electrode. In the fifth step, the fourth semiconductor region is formed between the third semiconductor region and the gate electrode, in contact with the inner wall of the trench, and the fourth semiconductor region covers the first semiconductor region . The eighth step includes a step of removing the gate electrode in a region above the first semiconductor region.
上述した発明によれば、ゲート電極は、JFET領域上の領域で除去されている。このように、電界が集中しやすいJFET領域上のゲート電極を除去することで、ゲート絶縁膜にかかる電界を緩和することができる。電界を緩和した分、JFET領域の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。 According to the above-mentioned invention, the gate electrode is removed in the region above the JFET region. In this way, by removing the gate electrode above the JFET region where the electric field tends to concentrate, the electric field applied to the gate insulating film can be alleviated. The reduced electric field allows the impurity concentration in the JFET region to be increased, thereby reducing the on-resistance.
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、ゲート絶縁膜電界を低減し、寄生pnダイオードの通電を減少させ、オン抵抗を削減したトレンチ構造を用いたプレーナ型の半導体装置を提供できるという効果を奏する。 The semiconductor device and semiconductor device manufacturing method of the present invention have the advantage of providing a planar semiconductor device using a trench structure that reduces the electric field in the gate insulating film, reduces current flow through the parasitic pn diode, and reduces on-resistance.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。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。そして、同じまたは同等との記載は製造におけるばらつきを考慮して5%以内まで含むとするのがよい。 Preferred embodiments of a semiconductor device and a method for manufacturing a semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, layers and regions prefixed with n or p indicate that electrons or holes are the majority carriers, respectively. The + and - symbols attached to n or p indicate higher and lower impurity concentrations than layers and regions without these symbols, respectively. In the following description of the embodiments and the accompanying drawings, similar components are designated by the same reference symbols, and redundant explanations will be omitted. In this specification, in Miller indices, a "-" symbol represents a bar attached to the index immediately following it, and a "-" symbol before an index indicates a negative index. It is recommended that terms such as "same" or "equivalent" be used to include variations within 5%, taking into account variations in manufacturing.
(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1においては、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いて作製された炭化珪素半導体装置について、MOSFET50を例に説明する。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斜視図である。図2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図1のA-A’断面図である。図3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図1のB-B’断面図である。図1では、以下で説明するゲート絶縁膜5から以下で説明するソース電極10までの構造を省略している。
(Embodiment 1)
A semiconductor device according to the present invention is configured using a wide bandgap semiconductor. In a first embodiment, a silicon carbide semiconductor device fabricated using, for example, silicon carbide (SiC) as a wide bandgap semiconductor will be described using a MOSFET 50 as an example. FIG. 1 is a perspective view showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG. 1 showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line B-B' in FIG. 1 showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 1, the structure from a gate insulating film 5 to a source electrode 10, which will be described below, is omitted.
図1~図3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、n+型炭化珪素基板(第1導電型の半導体基板)1の主面(おもて面)上に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)3が堆積されている。 As shown in Figures 1 to 3, the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment has an n - type silicon carbide epitaxial layer (first semiconductor layer of first conductivity type) 3 deposited on a main surface (front surface) of an n + type silicon carbide substrate (semiconductor substrate of first conductivity type) 1.
n+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3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なる低濃度n型ドリフト層である。以下、n+型炭化珪素基板1単体、またはn+型炭化珪素基板1とn-型炭化珪素エピタキシャル層3を併せて炭化珪素半導体基体とする。 The n + type silicon carbide substrate 1 is a silicon carbide single crystal substrate doped with, for example, nitrogen (N). The n - type silicon carbide epitaxial layer 3 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. Hereinafter, the n + type silicon carbide substrate 1 alone, or the n + type silicon carbide substrate 1 and the n - type silicon carbide epitaxial layer 3 together, will be referred to as a silicon carbide semiconductor base.
また、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置は、ドレイン領域となるn+型炭化珪素基板1のn-型炭化珪素エピタキシャル層3側に対して反対側の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)には、ドレイン電極(不図示)が設けられている。また、外部装置と接続するためのドレイン電極パッド(不図示)が設けられている。 In the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, a drain electrode (not shown) is provided on the surface (back surface of the silicon carbide semiconductor base) opposite to the n − type silicon carbide epitaxial layer 3 side of the n + type silicon carbide substrate 1, which serves as the drain region, and a drain electrode pad (not shown) for connection to an external device is also provided.
炭化珪素半導体基体のおもて面側には、MOS(金属-酸化膜-半導体からなる絶縁ゲート)構造(素子構造)が形成されている。具体的には、n-型炭化珪素エピタキシャル層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おもて面側)の表面層には、p+型ベース層(第2導電型の第2半導体層)4が選択的に設けられている。p+型ベース層4は、例えばアルミニウム(Al)がドーピングされている。 A MOS (metal-oxide-semiconductor insulated gate) structure (device structure) is formed on the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, a p + type base layer (second semiconductor layer of a second conductivity type) 4 is selectively provided on the surface layer of the n- type silicon carbide epitaxial layer 3 on the side opposite to the n + type silicon carbide substrate 1 side (the front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate). The p + type base layer 4 is doped with, for example, aluminum (Al).
p+型ベース層4の表面層には、n+型ソース領域(第1導電型の第2半導体領域)8が設けられている。また、p+型コンタクト領域7が設けられていてもよい。また、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7は互いに接する。n+型ソース領域8は、p+型コンタクト領域7より、以下で説明するJFET領域14側に配置されている。 An n + -type source region (first conductivity type second semiconductor region) 8 is provided in the surface layer of the p + -type base layer 4. A p + -type contact region 7 may also be provided. The n + -type source region 8 and the p + -type contact region 7 are in contact with each other. The n + -type source region 8 is located closer to a JFET region 14 (described below) than the p + -type contact region 7.
また、n-型炭化珪素エピタキシャル層3のn+型炭化珪素基板1側に対して反対側の表面層のうちp+型ベース層4が設けられていない部分の表面には、深さ方向(後述するソース電極(第1電極)10からn+型炭化珪素基板1への方向)にp+型ベース層4の表面からp+型ベース層4を貫通しn-型炭化珪素エピタキシャル層3に達するn型のJFET(Junction FET)領域(第1導電型の第1半導体領域)14が設けられている。JFET領域14は、n-型炭化珪素エピタキシャル層3とともにドリフト領域を構成する。また、p+型ベース層4の表面層に、n+型ソース領域8と離して、JFET領域14と接するn+型電流拡散層(第1導電型の第3半導体領域)12が設けられている。n+型電流拡散層12は、キャリアの広がり抵抗を低減させる、いわゆる電流拡散層(Current Spreading Layer:CSL)である。 Furthermore, an n - type JFET (Junction FET) region (first semiconductor region of first conductivity type) 14 is provided on the surface of a portion of the surface layer of the n-type silicon carbide epitaxial layer 3 opposite the n + type silicon carbide substrate 1 side where the p + type base layer 4 is not provided. The n - type JFET region 14 penetrates the p + type base layer 4 from the surface of the p + type base layer 4 in the depth direction (the direction from a source electrode (first electrode) 10 described later toward the n + type silicon carbide substrate 1) and reaches the n-type silicon carbide epitaxial layer 3. The JFET region 14 constitutes a drift region together with the n - type silicon carbide epitaxial layer 3. An n + type current diffusion layer (third semiconductor region of first conductivity type) 12 is provided in the surface layer of the p + type base layer 4, spaced apart from the n + type source region 8, and in contact with the JFET region 14. The n + -type current spreading layer 12 is a so-called current spreading layer (CSL) that reduces the spreading resistance of carriers.
炭化珪素半導体基体の第1主面側(p+型ベース層4側)には、トレンチ構造が選択的に設けられている。具体的には、トレンチ11は、p+型ベース層4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n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しない深さに設けられている。また、トレンチ11は、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置までに設けられていることが好ましい。トレンチ11がn+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より深い位置に達すると、トレンチ11の底にチャネルが形成されなくなるためである。図2は、トレンチ構造が設けられていない部分の断面図であり、図3は、トレンチ構造が設けられている部分の断面図である。 A trench structure is selectively provided on the first main surface side (p + -type base layer 4 side) of the silicon carbide semiconductor substrate. Specifically, trench 11 is provided from the surface of p + -type base layer 4 opposite to n + -type silicon carbide substrate 1 side (first main surface side of the silicon carbide semiconductor substrate) to a depth not reaching n − -type silicon carbide epitaxial layer 3. Furthermore, trench 11 is preferably provided to a position shallower than the interface between n + -type current diffusion layer 12 and p + -type base layer 4. This is because if trench 11 reaches a position deeper than the interface between n + -type current diffusion layer 12 and p + -type base layer 4, a channel will not be formed at the bottom of trench 11. FIG. 2 is a cross-sectional view of a portion without a trench structure, and FIG. 3 is a cross-sectional view of a portion with a trench structure.
トレンチ11の内壁に沿って、トレンチ11の底部および側壁にゲート絶縁膜5が設けられ、トレンチ11内のゲート絶縁膜5の内側にゲート電極6が設けられている。p+型ベース層4の、n+型ソース領域8とJFET領域14とに挟まれた部分の表面にも、ゲート絶縁膜5を介してゲート電極6が設けられている。ゲート電極6は、ゲート絶縁膜5および後述するp-型電界緩和層13を介して、n+型電流拡散層12の表面に設けられていてもよい。ゲート絶縁膜5によりゲート電極6が、JFET領域14およびp+型ベース層4と絶縁されている。 A gate insulating film 5 is provided along the inner wall of the trench 11, on the bottom and side walls of the trench 11, and a gate electrode 6 is provided inside the gate insulating film 5 within the trench 11. The gate electrode 6 is also provided via the gate insulating film 5 on the surface of a portion of the p + type base layer 4 that is sandwiched between the n + type source region 8 and the JFET region 14. The gate electrode 6 may be provided on the surface of the n + type current diffusion layer 12 via the gate insulating film 5 and a p - type field relaxation layer 13, which will be described later. The gate electrode 6 is insulated from the JFET region 14 and the p + type base layer 4 by the gate insulating film 5.
図2および図3に示すように、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で設けられていない。このため、断面図では、ゲート電極6は2つの領域に分断されている。ゲート電極6は、少なくともn+型ソース領域8とp+型ベース層4とが接する面からn+型電流拡散層12とJFET領域14とが接する面までの領域に設けられていればよく、JFET領域14上のすべての領域で除去されていてもよい。このように、電界が集中しやすいJFET領域14上のゲート電極6を除去することで、ゲート絶縁膜5にかかる電界を緩和することができる。ここで、電界を緩和した分、JFET領域14の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。 As shown in FIGS. 2 and 3 , the gate electrode 6 is not provided in the region above the JFET region 14. Therefore, in the cross-sectional view, the gate electrode 6 is divided into two regions. The gate electrode 6 only needs to be provided in the region from the surface where the n + -type source region 8 and the p + -type base layer 4 contact to the surface where the n + -type current diffusion layer 12 contacts the JFET region 14, and may be removed from the entire region above the JFET region 14. In this way, by removing the gate electrode 6 above the JFET region 14 where an electric field is likely to concentrate, the electric field applied to the gate insulating film 5 can be alleviated. Here, the impurity concentration in the JFET region 14 can be increased by the amount of the alleviated electric field, thereby reducing the on-resistance.
また、除去された分離領域の幅、つまり2つの領域に分断されたゲート電極6の間隔wは、層間絶縁膜9の高さhよりも広いことが好ましい(w>h)。高さhよりも狭くなると、電界緩和の効果が低くなるためである。 Furthermore, the width of the removed isolation region, i.e., the distance w between the gate electrode 6 divided into two regions, is preferably wider than the height h of the interlayer insulating film 9 (w>h). This is because if it is narrower than the height h, the effect of alleviating the electric field will be reduced.
図4は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置のゲート電極の構造を示す上面図である。ゲート電極6は、断面図では、2つの領域に分断されているが、例えば、エッジ終端領域30において、分散されているゲート電極6が接続して、同電位となっていることが好ましい。図4では、同一セル内のゲート電極6が接続しているが、他のセルのゲート電極6が接続している形態でもかまわない。エッジ終端領域30は、オン時に電流の流れる活性領域40の周囲を囲み、活性領域40の端部での電界集中を緩和して所定の耐圧(耐電圧)を保持する機能を有する。 Figure 4 is a top view showing the structure of a gate electrode of a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. While the gate electrode 6 is divided into two regions in the cross-sectional view, it is preferable that the distributed gate electrodes 6 are connected, for example, in the edge termination region 30, to be at the same potential. While Figure 4 shows gate electrodes 6 within the same cell connected, it is also acceptable for gate electrodes 6 from other cells to be connected. The edge termination region 30 surrounds the active region 40, through which current flows when the device is on, and has the function of alleviating electric field concentration at the edge of the active region 40 and maintaining a predetermined breakdown voltage (withstand voltage).
また、n+型電流拡散層12とゲート電極6との間にトレンチ11の内壁に接するp-型電界緩和層(第2導電型の第4半導体領域)13が設けられている。p-型電界緩和層13は、JFET領域14とゲート絶縁膜5との間に設けられていてもよい。p-型電界緩和層13により、JFET領域14とゲート電極6とが接することなく、ゲート電極6とn-型炭化珪素エピタキシャル層3との間の電気的な容量を減らすことが可能となる。 Furthermore, a p - type electric field relaxation layer (fourth semiconductor region of the second conductivity type) 13 is provided between the n + type current diffusion layer 12 and the gate electrode 6, in contact with the inner wall of the trench 11. The p- type electric field relaxation layer 13 may be provided between the JFET region 14 and the gate insulating film 5. The p - type electric field relaxation layer 13 prevents the JFET region 14 from contacting the gate electrode 6, and makes it possible to reduce the electrical capacitance between the gate electrode 6 and the n - type silicon carbide epitaxial layer 3.
図1では、1つのMOS構造のみを図示しているが、複数のMOS構造が並列に配置されていてもよい。 Although Figure 1 shows only one MOS structure, multiple MOS structures may be arranged in parallel.
層間絶縁膜9は、炭化珪素半導体基体のおもて面側の全面に、ゲート電極6を覆うように設けられている。ソース電極10は、層間絶縁膜9に開口されたコンタクトホールを介して、n+型ソース領域8およびp+型ベース層4に接する。p+型コンタクト領域7が設けられている場合は、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7に接する。ソース電極10は、層間絶縁膜9によって、ゲート電極6と電気的に絶縁されている。ソース電極10上には、電極パッド(不図示)が設けられている。 An interlayer insulating film 9 is provided on the entire front surface side of the silicon carbide semiconductor substrate so as to cover the gate electrode 6. The source electrode 10 is in contact with the n + -type source region 8 and the p + -type base layer 4 via contact holes opened in the interlayer insulating film 9. When the p + -type contact region 7 is provided, the source electrode 10 is in contact with the n + -type source region 8 and the p + -type contact region 7. The source electrode 10 is electrically insulated from the gate electrode 6 by the interlayer insulating film 9. An electrode pad (not shown) is provided on the source electrode 10.
(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5~9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示す断面図である。まず、例えば、2×1019/cm3程度の不純物濃度で窒素がドーピングされたn+型炭化珪素基板1を用意する。n+型炭化珪素基板1は、主面が例えば、<11-20>方向に4度程度のオフ角を有する(000-1)面であってもよい。次に、n+型炭化珪素基板1の(000-1)面上に、1.0×1016/cm3の不純物濃度で窒素がドーピングされた厚さ10μm程度のn-型炭化珪素エピタキシャル層3を成長させる。ここで、図5に示される構造となる。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to first embodiment)
Next, a method for manufacturing a silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. FIGS. 5 to 9 are cross-sectional views showing states during the manufacturing process of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, an n + -type silicon carbide substrate 1 doped with nitrogen at an impurity concentration of about 2×10 19 /cm 3 is prepared. The n + -type silicon carbide substrate 1 may have a (000-1) plane whose main surface has an off-angle of about 4 degrees in the <11-20> direction. Next, an n − -type silicon carbide epitaxial layer 3 doped with nitrogen at an impurity concentration of 1.0×10 16 /cm 3 and having a thickness of about 10 μm is grown on the (000-1) plane of the n + -type silicon carbide substrate 1. This results in the structure shown in FIG. 5 .
次に、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、イオン注入によってn-型炭化珪素エピタキシャル層3の表面層に、p+型ベース層4を選択的に形成する。p+型ベース層4に挟まれたn-型炭化珪素エピタキシャル層3の領域がJFET領域14となる。このイオン注入では、例えば、ドーパントをアルミニウムとし、p+型ベース層4の不純物濃度が2.0×1016/cm3となるようにドーズ量を設定してもよい。ここで、図6に示される構造となる。 Next, an oxide film mask for ion implantation is formed by photolithography and etching, and p + type base layer 4 is selectively formed by ion implantation on the surface layer of n- type silicon carbide epitaxial layer 3. The region of n- type silicon carbide epitaxial layer 3 sandwiched between p + type base layers 4 becomes JFET region 14. In this ion implantation, for example, aluminum may be used as the dopant, and the dose may be set so that the impurity concentration of p + type base layer 4 is 2.0 × 1016 /cm3. At this point, the structure shown in FIG. 6 is obtained.
次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型ソース領域8を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、p+型コンタクト領域7を選択的に形成してもよい。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成する。次に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、n+型電流拡散層12およびJFET領域14の表面層に、p-型電界緩和層13を選択的に形成する。ここで、図7に示される構造となる。 Next, n + type source regions 8 are selectively formed in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation. Next, p + type contact regions 7 may be selectively formed in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation. Next, n + type current diffusion layers 12 are selectively formed in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation. Next, p- type field relaxation layers 13 are selectively formed in the surface layers of the n + type current diffusion layers 12 and the JFET region 14 by photolithography and ion implantation. This results in the structure shown in FIG. 7.
p+型ベース層4、n+型ソース領域8、p+型コンタクト領域7、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13を活性化させるための熱処理(アニール)を行う。このときの熱処理温度および熱処理時間は、それぞれ1620℃および10分間であってもよい。 A heat treatment (annealing) is performed to activate the p + -type base layer 4, the n + -type source region 8, the p + -type contact region 7, the n + -type current diffusion layer 12, and the p − -type field relaxation layer 13. The heat treatment temperature and the heat treatment time may be 1620° C. and 10 minutes, respectively.
p+型ベース層4、n+型ソース領域8、p+型コンタクト領域7、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13を形成する順序は種々変更可能である。なお、p-型電界緩和層13は、エピタキシャル成長により形成することも可能である。 The order in which the p + type base layer 4, the n + type source region 8, the p + type contact region 7, the n + type current diffusion layer 12, and the p- type electric field buffer layer 13 are formed can be changed in various ways. The p- type electric field buffer layer 13 can also be formed by epitaxial growth.
次に、p+型ベース層4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4の表面から、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置まで、n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しないトレンチ11を選択的に形成する。 Next, a trench forming mask having a predetermined opening is formed by photolithography on the surface of the p + type base layer 4. Next, trenches 11 are selectively formed by dry etching from the surface of the p + type base layer 4 to a position shallower than the interface between the n + type current diffusion layer 12 and the p + type base layer 4, but do not reach the n - type silicon carbide epitaxial layer 3.
次に、炭化珪素半導体基体のおもて面側を熱酸化し、ゲート絶縁膜5を100nmの厚さで形成する。この熱酸化は、酸素(O2)と水素(H2)の混合雰囲気中において1000℃程度の温度の熱処理によって行ってもよい。これにより、p+型ベース層4の表面に形成された各領域と、p-型電界緩和層13の表面と、トレンチ11の底部および側壁と、がゲート絶縁膜5で覆われる。ここで、図8に示される構造となる。図8は、トレンチ11が形成された図1のB-B’断面図を示す。以下の図9も同様である。 Next, the front surface of the silicon carbide semiconductor substrate is thermally oxidized to form a gate insulating film 5 with a thickness of 100 nm. This thermal oxidation may be performed by heat treatment at a temperature of about 1000°C in a mixed atmosphere of oxygen (O 2 ) and hydrogen (H 2 ). As a result, each region formed on the surface of the p + -type base layer 4, the surface of the p - -type field reduction layer 13, and the bottom and sidewalls of the trench 11 are covered with the gate insulating film 5. This results in the structure shown in FIG. 8 . FIG. 8 shows a cross-sectional view taken along line B-B' of FIG. 1 in which the trench 11 has been formed. The same applies to the following FIG. 9 .
次に、ゲート絶縁膜5上に、ゲート電極6として、例えばリン(P)かボロン(B)がドープされた多結晶シリコン層(ポリシリコン(poly-Si)層)を形成する。次に、多結晶シリコン層をパターニングして選択的に除去し、トレンチ11内のゲート絶縁膜5の内側、および、p+型ベース層4の、n+型ソース領域8とJFET領域14とに挟まれた部分上に多結晶シリコン層を残す。このとき、JFET領域14上に多結晶シリコン層を残さないようにする。ここで、図9に示される構造となる。 Next, a polycrystalline silicon layer (polysilicon (poly-Si) layer) doped with, for example, phosphorus (P) or boron (B) is formed on the gate insulating film 5 as the gate electrode 6. Next, the polycrystalline silicon layer is patterned and selectively removed, leaving the polycrystalline silicon layer inside the gate insulating film 5 in the trench 11 and on the portion of the p + type base layer 4 sandwiched between the n + type source region 8 and the JFET region 14. At this time, the polycrystalline silicon layer is not left on the JFET region 14. At this point, the structure shown in FIG. 9 is obtained.
次に、ゲート絶縁膜5を覆うように、層間絶縁膜9として例えばリンガラス(PSG:Phospho Silicate Glass)を成膜する。層間絶縁膜9の厚さは1.0μmであってもよい。次に、層間絶縁膜9およびゲート絶縁膜5をパターニングして選択的に除去してコンタクトホールを形成し、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7を露出させる。次に、層間絶縁膜9を平坦化するための熱処理(リフロー)を行う。 Next, for example, phosphosilicate glass (PSG) is deposited as an interlayer insulating film 9 so as to cover the gate insulating film 5. The thickness of the interlayer insulating film 9 may be 1.0 μm. Next, the interlayer insulating film 9 and the gate insulating film 5 are patterned and selectively removed to form contact holes, thereby exposing the n + -type source region 8 and the p + -type contact region 7. Next, a heat treatment (reflow) is performed to planarize the interlayer insulating film 9.
次に、層間絶縁膜9の表面に、ソース電極10を成膜する。このとき、コンタクトホール内にもソース電極10を埋め込み、n+型ソース領域8およびp+型コンタクト領域7とソース電極10とを接触させる。ソース電極10の層間絶縁膜9上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。ソース電極10は、例えば1wt%のシリコンを含んだアルミニウム(Al-Si)で形成してもよい。 Next, the source electrode 10 is formed on the surface of the interlayer insulating film 9. At this time, the source electrode 10 is also embedded in the contact hole, and the n + -type source region 8 and the p + -type contact region 7 are brought into contact with the source electrode 10. The thickness of the portion of the source electrode 10 on the interlayer insulating film 9 may be, for example, 5 μm. The source electrode 10 may be formed of, for example, aluminum containing 1 wt % silicon (Al—Si).
次に、n+型炭化珪素基板1の表面(炭化珪素半導体基体の裏面)に、ドレイン電極(不図示)として例えばニッケル膜を成膜する。そして、例えば970℃の温度で熱処理し、n+型炭化珪素基板1とドレイン電極とのオーミック接合を形成する。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全面にソース電極10および層間絶縁膜9を覆うように、電極パッドを堆積する。電極パッドの層間絶縁膜上の部分の厚さは、例えば5μmであってもよい。電極パッドは、例えば、1wt%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、電極パッドを選択的に除去する。 Next, a nickel film, for example, is formed as a drain electrode (not shown) on the surface of the n + -type silicon carbide substrate 1 (the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate). Then, a heat treatment is performed at a temperature of, for example, 970°C to form an ohmic junction between the n + -type silicon carbide substrate 1 and the drain electrode. Next, an electrode pad is deposited by, for example, sputtering, over the entire front surface of the silicon carbide semiconductor substrate, covering the source electrode 10 and the interlayer insulating film 9. The thickness of the portion of the electrode pad on the interlayer insulating film may be, for example, 5 μm. The electrode pad may be formed of, for example, aluminum containing 1 wt % silicon (Al—Si). Next, the electrode pad is selectively removed.
次に、ドレイン電極の表面に、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。次に、保護膜を表面に形成してもよい。これにより、図1~図3に示すMOSFET50が完成する。 Next, a drain electrode pad is formed on the surface of the drain electrode, using, for example, titanium (Ti), nickel (Ni), and gold (Au) in this order. A protective film may then be formed on the surface. This completes the MOSFET 50 shown in Figures 1 to 3.
以上、説明したように、実施の形態1によれば、ゲート電極は、JFET領域上の領域で除去されている。このように、電界が集中しやすいJFET領域上のゲート電極を除去することで、ゲート絶縁膜にかかる電界を緩和することができる。電界を緩和した分、JFET領域の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗を削減することができる。 As explained above, according to the first embodiment, the gate electrode is removed in the region above the JFET region. In this way, by removing the gate electrode above the JFET region where the electric field tends to concentrate, the electric field applied to the gate insulating film can be alleviated. By alleviating the electric field, the impurity concentration in the JFET region can be increased, thereby reducing the on-resistance.
(実施の形態2)
図10および図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断面図である。図10は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図11は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 2)
10 and 11 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to embodiment 2. Fig. 10 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 2 of embodiment 1, and Fig. 11 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 3 of embodiment 1.
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のは、JFET領域14が、下部JFET領域(下部第1半導体領域)14aと上部JFET領域(上部第1半導体領域)14bとからなることである。図10および図11に示すように、下部JFET領域14aは、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深い領域(当該面よりn+型炭化珪素基板1に近い領域)に設けられ、上部JFET領域14bは、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より浅い領域(当該面よりソース電極10に近い領域)に設けられている。 10 and 11 , the lower JFET region 14 a is provided in a region deeper than the surface of the n + type current diffusion layer 12 facing the n + type silicon carbide substrate 1 (a region closer to the n + type silicon carbide substrate 1 than that surface), and the upper JFET region 14 b is provided in a region shallower than the surface of the n + type current diffusion layer 12 facing the n + type silicon carbide substrate 1 (a region closer to the source electrode 10 than that surface).
また、下部JFET領域14aは、n-型炭化珪素エピタキシャル層3と同程度の不純物濃度であり、上部JFET領域14bは、n-型炭化珪素エピタキシャル層3より高不純物濃度で、n+型電流拡散層12と同程度の不純物濃度である。このように、高不純物濃度の上部JFET領域14bを設けることで、JFET抵抗を実施の形態1よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態2でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。 Furthermore, the lower JFET region 14a has an impurity concentration similar to that of the n − type silicon carbide epitaxial layer 3, while the upper JFET region 14b has an impurity concentration higher than that of the n − type silicon carbide epitaxial layer 3 and similar to that of the n + type current diffusion layer 12. By providing the upper JFET region 14b with a high impurity concentration in this manner, the JFET resistance can be made lower than that of the first embodiment, and the on-resistance can be further reduced. Furthermore, in the second embodiment, as in the first embodiment, the gate electrode 6 is removed in the region above the JFET region 14. Therefore, the same effects as those of the first embodiment are obtained.
(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にかかる炭化珪素半導体装置は、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おいて、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成する際に、JFET領域14の表面層に上部JFET領域14bを形成することで、製造することが可能である。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to second embodiment)
The silicon carbide semiconductor device of embodiment 2 can be manufactured by forming an upper JFET region 14b in the surface layer of the JFET region 14 when selectively forming an n + type current diffusion layer 12 in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of embodiment 1.
以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態2では、n+型電流拡散層のn+型炭化珪素基板側の面より浅い領域に、n+型電流拡散層と同程度の不純物濃度の上部JFET領域が設けられている。これにより、JFET抵抗を実施の形態1よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。 As described above, according to the second embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment. Furthermore, in the second embodiment, an upper JFET region having an impurity concentration similar to that of the n + type current diffusion layer is provided in a region shallower than the surface of the n + type current diffusion layer on the n + type silicon carbide substrate side. This makes it possible to reduce the JFET resistance more than in the first embodiment, and to further reduce the on-resistance.
(実施の形態3)
図12および図13は、実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図12は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図13は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 3)
12 and 13 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to embodiment 3. Fig. 12 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 2 of embodiment 1, and Fig. 13 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 3 of embodiment 1.
実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとの界面が、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深いことである。つまり、上部JFET領域14bの膜厚が、実施の形態2よりも厚くなっている。 The silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment in that the interface between the lower JFET region 14 a and the upper JFET region 14 b is deeper than the surface of the n + -type current spreading layer 12 on the side of the n + -type silicon carbide substrate 1. In other words, the film thickness of the upper JFET region 14 b is thicker than that of the second embodiment.
また、下部JFET領域14aおよび上部JFET領域14bの不純物濃度は、実施の形態2と同様である。このように、実施の形態2より膜厚が厚い上部JFET領域14bを設けることで、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態3でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。 The impurity concentrations of the lower JFET region 14a and the upper JFET region 14b are the same as in embodiment 2. In this way, by providing an upper JFET region 14b that is thicker than in embodiment 2, the JFET resistance can be lowered compared to embodiment 2, making it possible to further reduce the on-resistance. Also, in embodiment 3, as in embodiment 1, the gate electrode 6 is removed in the region above the JFET region 14. Therefore, the same effects as in embodiment 1 are achieved.
(実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置は、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おいて、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成した後に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、JFET領域14の表面層に上部JFET領域14bを形成することで、製造することが可能である。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to third embodiment)
The silicon carbide semiconductor device of embodiment 3 can be manufactured by selectively forming an n + type current diffusion layer 12 in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of embodiment 1, and then forming an upper JFET region 14b in the surface layer of the JFET region 14 by photolithography and ion implantation.
以上、説明したように、実施の形態3によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態3では、上部JFET領域の膜厚が、実施の形態2よりも厚くなっている。これにより、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。 As explained above, according to the third embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the third embodiment, the film thickness of the upper JFET region is thicker than in the second embodiment. This allows the JFET resistance to be lower than in the second embodiment, making it possible to further reduce the on-resistance.
(実施の形態4)
図14および図15は、実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図14は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図15は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Fourth embodiment)
14 and 15 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to embodiment 4. Fig. 14 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 2 of embodiment 1, and Fig. 15 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 3 of embodiment 1.
実施の形態4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のは、JFET領域14がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっていることである。JFET領域14を、実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域14bで置き換えた形態となっている。以下においても同じ不純物濃度とは、例えば、同時に形成しての製造ばらつきを含む不純物濃度、即ち実質同じを意味する。 The silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that the JFET region 14 has the same impurity concentration as the n + -type current diffusion layer 12. The JFET region 14 is replaced with the upper JFET region 14b of the second and third embodiments. Hereinafter, the same impurity concentration means, for example, an impurity concentration including manufacturing variations when formed simultaneously, that is, substantially the same.
実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域14bより膜厚が厚く、n+型電流拡散層12と同じ不純物濃度のJFET領域14を設けることで、JFET抵抗を実施の形態2および実施の形態3よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。また、実施の形態4でも実施の形態1と同様に、ゲート電極6は、JFET領域14上の領域で除去されている。このため、実施の形態1と同様な効果を有している。 By providing a JFET region 14 that is thicker than the upper JFET region 14b in the second and third embodiments and has the same impurity concentration as the n + type current diffusion layer 12, the JFET resistance can be made lower than in the second and third embodiments, and the on-resistance can be further reduced. Also, in the fourth embodiment, as in the first embodiment, the gate electrode 6 is removed in the region above the JFET region 14. Therefore, the same effect as in the first embodiment is obtained.
(実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置は、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おいて、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、p+型ベース層4の表面層に、n+型電流拡散層12を選択的に形成した後に、フォトリソグラフィおよびイオン注入によって、JFET領域14の不純物濃度をn+型電流拡散層12の不純物濃度と同じにすることで、製造することが可能である。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to fourth embodiment)
The silicon carbide semiconductor device of embodiment 4 can be manufactured by selectively forming an n + type current diffusion layer 12 in the surface layer of the p + type base layer 4 by photolithography and ion implantation in the manufacturing method of the silicon carbide semiconductor device of embodiment 1, and then making the impurity concentration of the JFET region 14 the same as the impurity concentration of the n + type current diffusion layer 12 by photolithography and ion implantation.
以上、説明したように、実施の形態4によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態4では、JFET領域がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっており、当該JFET領域は実施の形態2および実施の形態3の上部JFET領域よりも膜厚が厚くなっている。これにより、JFET抵抗を実施の形態2よりも下げることができ、オン抵抗をより低減することが可能になる。 As described above, according to the fourth embodiment, it is possible to obtain the same effects as those of the first embodiment. Furthermore, in the fourth embodiment, the JFET region has the same impurity concentration as the n + -type current diffusion layer 12, and the JFET region has a thickness greater than that of the upper JFET region in the second and third embodiments. This makes it possible to reduce the JFET resistance more than in the second embodiment, and to further reduce the on-resistance.
実施の形態1~4において、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13は他の形状を取ることも可能である。図16および図17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他の断面図である。図16および図17では、実施の形態1のJFET領域14での、n+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13の構造を示すが、実施の形態2~4のJFET領域14でも同形状のn+型電流拡散層12およびp-型電界緩和層13とすることも可能である。 In the first to fourth embodiments, the n + -type current spreading layer 12 and the p − -type field relaxation layer 13 may have other shapes. Figures 16 and 17 are other cross-sectional views showing the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. Figures 16 and 17 show the structure of the n + -type current spreading layer 12 and the p − -type field relaxation layer 13 in the JFET region 14 of the first embodiment, but the n + -type current spreading layer 12 and the p − -type field relaxation layer 13 may have the same shapes in the JFET region 14 of the second to fourth embodiments.
例えば、図16に示すように、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状でもよい。この形状でも電界集中を緩和することができ、p-型電界緩和層13側の幅とn+型炭化珪素基板1側の幅とが同程度である場合に比べ、高不純物濃度のn+型電流拡散層12の領域を狭くすることができる。このため、オン抵抗とゲート絶縁膜電界のトレードオフを改善することができ、低オン抵抗で、ゲート絶縁膜電界を低減することができる。 16, the n + type current diffusion layer 12 may have a shape in which the width on the p- type field relaxation layer 13 side is wide and the width on the n + type silicon carbide substrate 1 side is narrow. This shape also alleviates electric field concentration, and the region of the n + type current diffusion layer 12 with a high impurity concentration can be narrowed compared to when the width on the p- type field relaxation layer 13 side and the width on the n + type silicon carbide substrate 1 side are approximately the same. This makes it possible to improve the trade-off between on-resistance and the electric field of the gate insulating film, and to reduce the electric field of the gate insulating film with a low on-resistance.
また、図17に示すように、p-型電界緩和層13は、ゲート電極6が設けられていない領域で除去されていてもよい。このため、p-型電界緩和層13間の間隔w’は、ゲート電極6の間隔wと同等またはより狭くなっている(w’≦w)。p-型電界緩和層13は、オフ時にかかるゲート絶縁膜電界を低減するために設けられているため、ゲート電極6が設けられていない領域では、無くてもよいためである。 17, the p - type electric field buffer layer 13 may be removed in the region where the gate electrode 6 is not provided. Therefore, the distance w' between the p - type electric field buffer layers 13 is equal to or narrower than the distance w between the gate electrodes 6 (w'≦w). The p - type electric field buffer layer 13 is provided to reduce the electric field of the gate insulating film applied during the off state, and therefore may not be required in the region where the gate electrode 6 is not provided.
また、図16と図17とを組み合わせて、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状として、p-型電界緩和層13は、ゲート電極6が設けられていない領域で除去されていてもよい。 Furthermore, by combining Figures 16 and 17, the n + type current diffusion layer 12 may have a shape that is wider on the p- type electric field relaxation layer 13 side and narrower on the n + type silicon carbide substrate 1 side, and the p- type electric field relaxation layer 13 may be removed in the area where the gate electrode 6 is not provided.
(実施の形態5)
図18および図19は、実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図18は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図19は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
Fifth Embodiment
18 and 19 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to embodiment 5. Fig. 18 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 2 of embodiment 1, and Fig. 19 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 3 of embodiment 1.
実施の形態5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のは、層間絶縁膜9をJFET領域14上で開口して、開口部にショットキーメタル15を配置して、SBD(Schottky Barrier Diode)を内蔵している点である。 The silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment in that the interlayer insulating film 9 has an opening above the JFET region 14, a Schottky metal 15 is disposed in the opening, and an SBD (Schottky Barrier Diode) is built in.
ゲート電極6が分離された領域で、層間絶縁膜9が、JFET領域14の表面まで開口され、SiCとショットキー接続する金属、例えば、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)等を開口部に埋め込むことで、ソース電極10とJFET領域14とのショットキー接続が形成される。 In the region where the gate electrode 6 is isolated, the interlayer insulating film 9 is opened down to the surface of the JFET region 14, and a metal that forms a Schottky contact with SiC, such as Ti (titanium) or Mo (molybdenum), is embedded in the opening, forming a Schottky contact between the source electrode 10 and the JFET region 14.
SBDは、寄生pnダイオードより、順方向電圧Vfが低いため、寄生pnダイオードより低電圧でオン状態になる。これにより、転流時には、SBDに電流が流れることになり、寄生pnダイオードに電流が流れることが削減される。このため、縦型MOSFETのオン抵抗が上昇することをなくすことができる。また、SBDは、ユニポーラ動作になるため、バイポーラ動作の寄生pnダイオードよりQrrが減り、スイッチングロスを減少させることができる。 The SBD has a lower forward voltage Vf than the parasitic pn diode, so it turns on at a lower voltage than the parasitic pn diode. As a result, during commutation, current flows through the SBD, reducing the current flow through the parasitic pn diode. This prevents the on-resistance of the vertical MOSFET from increasing. Furthermore, because the SBD operates in unipolar mode, Qrr is smaller than that of a parasitic pn diode in bipolar operation, reducing switching loss.
また、ショットキーメタル15の幅は、層間絶縁膜9の開口部の幅より狭く、p-型電界緩和層13が開口部よりも突き出ていることが好ましい。JFET領域14の端は、リークが起こりやすい箇所であるため、p-型電界緩和層13を設けて、ショットキー界面での電界を緩和してリーク電流を減少させることができる。 Furthermore, it is preferable that the width of the Schottky metal 15 is narrower than the width of the opening in the interlayer insulating film 9, and that the p - type electric field relaxation layer 13 protrudes beyond the opening. Since the edge of the JFET region 14 is a location where leakage is likely to occur, the provision of the p - type electric field relaxation layer 13 can relax the electric field at the Schottky interface and reduce the leakage current.
(実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置は、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おいて、以下の処理を追加することで製造することができる。まず、層間絶縁膜9を、ゲート電極6が分離された領域で、JFET領域14の表面まで開口する。なお、p-型電界緩和層13を形成する際、JFET領域14の開口部上に形成しないでおく。次に、開口部のJFET領域14の表面に沿って金属膜を、例えばTiやMoで形成する。次に、例えば500℃以下程度の温度の窒素(N2)雰囲気で熱処理(アニール)することで、JFET領域14の表面に金属膜と半導体領域とのショットキー接続を形成する。これ以外は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法と同様にして、製造することが可能である。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to fifth embodiment)
The silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment can be manufactured by adding the following process to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, the interlayer insulating film 9 is opened up to the surface of the JFET region 14 in the region where the gate electrode 6 is isolated. Note that when forming the p - type field reduction layer 13, it is not formed on the opening of the JFET region 14. Next, a metal film made of, for example, Ti or Mo is formed along the surface of the JFET region 14 in the opening. Next, a heat treatment (annealing) is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of, for example, 500° C. or less to form a Schottky junction between the metal film and the semiconductor region on the surface of the JFET region 14. Except for this, the silicon carbide semiconductor device can be manufactured in the same manner as the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment.
以上、説明したように、実施の形態5によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態5では、層間絶縁膜をJFET領域上で開口して、開口部にショットキーメタルを配置して、SBDを内蔵している。これにより、転流時に、SBDに電流が流れることになり、寄生pnダイオードに電流が流れることが削減される。このため、縦型MOSFETのオン抵抗が上昇することをなくすことができる。また、SBDは、ユニポーラ動作になるため、バイポーラ動作の寄生pnダイオードよりQrrが減り、スイッチングロスを減少させることができる。 As explained above, according to the fifth embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Furthermore, in the fifth embodiment, an opening is made in the interlayer insulating film above the JFET region, and a Schottky metal is placed in the opening to embed the SBD. As a result, during commutation, current flows through the SBD, reducing the current flow through the parasitic pn diode. This prevents the on-resistance of the vertical MOSFET from increasing. Furthermore, because the SBD operates in unipolar mode, Qrr is reduced compared to a parasitic pn diode operating in bipolar mode, allowing for reduced switching loss.
(実施の形態6)
図20および図21は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図20は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図21は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。
(Embodiment 6)
20 and 21 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to embodiment 6. Fig. 20 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 2 of embodiment 1, and Fig. 21 is a cross-sectional view of a portion corresponding to Fig. 3 of embodiment 1.
実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、層間絶縁膜9をJFET領域14上で開口して、JFET領域14上にショットキートレンチ(第2トレンチ)16を設け、ショットキートレンチ16の底部および側壁にショットキーメタル15を配置して、SBDを内蔵している点である。 The silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment in that the interlayer insulating film 9 is opened above the JFET region 14, a Schottky trench (second trench) 16 is formed above the JFET region 14, and a Schottky metal 15 is disposed on the bottom and sidewalls of the Schottky trench 16, thereby incorporating an SBD.
ショットキートレンチ16の底部および側壁に、SiCとショットキー接続する金属、例えば、Ti(チタン)、Mo(モリブデン)等を埋め込むことで、ソース電極10とJFET領域14とのショットキー接続が形成される。実施の形態6では、ショットキートレンチ16の底部および側壁でショットキー接続が形成されるため、実施の形態5よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。 A Schottky connection between the source electrode 10 and the JFET region 14 is formed by embedding a metal that forms a Schottky connection with SiC, such as Ti (titanium) or Mo (molybdenum), in the bottom and sidewalls of the Schottky trench 16. In the sixth embodiment, a Schottky connection is formed at the bottom and sidewalls of the Schottky trench 16, so the area of the Schottky connection can be increased compared to the fifth embodiment.
ここで、ショットキートレンチ16は、開口部の幅が、底部の幅よりも広いテーパー形状であることが好ましい。ショットキートレンチ16の側壁と底部とのなす角度θが90°以上の逆テーパー形状では、ショットキートレンチ16の側壁と底部との角部に電界が集中してしまうためである。 Here, it is preferable that the Schottky trench 16 has a tapered shape in which the width of the opening is wider than the width of the bottom. This is because if the Schottky trench 16 has an inverse tapered shape in which the angle θ between the sidewall and bottom is 90° or more, the electric field will concentrate at the corner between the sidewall and bottom of the Schottky trench 16.
また、上記角度θが大きいほど側壁の面積が大きくなり、ショットキー接続の面積を増やすことができる。一方、上記角度θが大きいほどショットキートレンチ16の幅を狭くすることが難しくなる。このため、ショットキートレンチ16の側壁と底部とのなす角度θは、82°以上90°未満であることが好ましく、85°以上88°以下であることがより好ましい。 Furthermore, the larger the angle θ, the larger the area of the sidewall, allowing for an increased area for the Schottky junction. On the other hand, the larger the angle θ, the more difficult it becomes to narrow the width of the Schottky trench 16. For this reason, the angle θ between the sidewall and bottom of the Schottky trench 16 is preferably 82° or greater and less than 90°, and more preferably 85° or greater and 88° or less.
また、ショットキートレンチ16は、トレンチ11を形成する際にセルフアラインで同時に形成することができる。このため、ショットキートレンチ16は、トレンチ11と同じ深さである。また、トレンチ11およびショットキートレンチ16は、どちらも深い方が好ましいが、深くなるとトレンチ11およびショットキートレンチ16の底に電界が集中する。トレンチ11は、底部にp+型ベース層4が設けられ、底部がp+型ベース層4で保護されているため、ショットキートレンチ16より、底部に電界が集中しにくい。このため、トレンチ11をショットキートレンチ16よりも深くしてもよい。 Furthermore, the Schottky trench 16 can be formed simultaneously in a self-aligned manner when the trench 11 is formed. Therefore, the Schottky trench 16 has the same depth as the trench 11. Furthermore, it is preferable that both the trench 11 and the Schottky trench 16 are deep, but as they become deeper, an electric field concentrates at the bottom of the trench 11 and the Schottky trench 16. The trench 11 has a p + -type base layer 4 at its bottom, and the bottom is protected by the p + -type base layer 4, so that the electric field is less likely to concentrate at the bottom than in the Schottky trench 16. Therefore, the trench 11 may be deeper than the Schottky trench 16.
図22は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す平面図である。図22のA-A’断面は、図20の断面であり、図22のB-B’断面は、図21の断面である。また、図22は、図20および図21のC-C’断面での平面図である。図22に示すように、トレンチ11は、平面視(縦型MOSFET50をソース電極10側からn+型炭化珪素基板1側に向かって見た方向)で矩形状であり、ショットキートレンチ16は、平面視でストライプ形状である。 Figure 22 is a plan view showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment. The A-A' cross section in Figure 22 corresponds to the cross section in Figure 20, and the B-B' cross section in Figure 22 corresponds to the cross section in Figure 21. Figure 22 is also a plan view of the CC' cross section in Figures 20 and 21. As shown in Figure 22, trench 11 has a rectangular shape in plan view (when vertical MOSFET 50 is viewed from the source electrode 10 side toward the n + type silicon carbide substrate 1 side), and Schottky trench 16 has a stripe shape in plan view.
この場合、トレンチ11の幅w1は、ショットキートレンチ16の幅w2より広いことが好ましい。幅が広い方が、トレンチの深さが深くなりやすい。このため、ショットキートレンチ16を、トレンチ11より細くして、トレンチ11よりも浅くする。 In this case, it is preferable that the width w1 of trench 11 is wider than the width w2 of Schottky trench 16. The wider the width, the deeper the trench tends to be. For this reason, Schottky trench 16 is made narrower and shallower than trench 11.
(実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置は、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おいて、以下の処理を追加することで製造することができる。まず、層間絶縁膜9を、ゲート電極6が分離された領域で、p-型電界緩和層13の表面まで開口する。次に、p+型ベース層4およびJFET領域14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4の表面から、n+型電流拡散層12とp+型ベース層4との界面より浅い位置まで、n-型炭化珪素エピタキシャル層3に達しないトレンチ11と、p-型電界緩和層13の表面から、JFET領域14に達するショットキートレンチ16とを選択的に形成する。次に、ショットキートレンチ16の側壁と底部に沿って金属膜を、例えばTiやMoで形成する。次に、例えば500℃以下程度の温度の窒素(N2)雰囲気で熱処理(アニール)することで、ショットキートレンチ16の側壁と底部に金属膜と半導体領域とのショットキー接続を形成する。これ以外は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法と同様にして、製造することが可能である。このように、ショットキートレンチ16は、トレンチ11と同時に形成することができ、プロセスを追加する必要がない。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to sixth embodiment)
The silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment can be manufactured by adding the following process to the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment. First, the interlayer insulating film 9 is opened down to the surface of the p − type field buffer layer 13 in the region where the gate electrode 6 is isolated. Next, a trench forming mask having a predetermined opening is formed by photolithography on the surfaces of the p + type base layer 4 and the JFET region 14, using, for example, an oxide film. Next, by dry etching, a trench 11 is selectively formed from the surface of the p + type base layer 4 to a position shallower than the interface between the n + type current diffusion layer 12 and the p + type base layer 4, the trench 11 not reaching the n − type silicon carbide epitaxial layer 3, and a Schottky trench 16 from the surface of the p − type field buffer layer 13 to the JFET region 14. Next, a metal film is formed along the sidewalls and bottom of the Schottky trench 16, using, for example, Ti or Mo. Next, a heat treatment (annealing) is performed in a nitrogen (N 2 ) atmosphere at a temperature of, for example, about 500° C. or less, thereby forming a Schottky junction between the metal film and the semiconductor region on the sidewalls and bottom of Schottky trench 16. Except for this, the manufacturing method can be the same as that for the silicon carbide semiconductor device according to embodiment 1. In this way, Schottky trench 16 can be formed simultaneously with trench 11, and no additional process is required.
以上、説明したように、実施の形態6によれば、実施の形態5と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態6では、ショットキートレンチを設け、ショットキートレンチの底部および側壁にショットキーメタルを配置して、SBDを内蔵している。このため、実施の形態6は実施の形態5よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。 As described above, according to the sixth embodiment, the same effects as those of the fifth embodiment can be obtained. Furthermore, in the sixth embodiment, a Schottky trench is provided, and a Schottky metal is disposed on the bottom and sidewalls of the Schottky trench to incorporate an SBD. Therefore, the sixth embodiment can increase the area of the Schottky connection more than the fifth embodiment.
(実施の形態7)
図23および図24は、実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図23は、実施の形態1の図2に対応する部分の断面図であり、図24は、実施の形態1の図3に対応する部分の断面図である。図25は、実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の構造を示す平面図である。図25のA-A’断面は、図23の断面であり、図25のB-B’断面は、図24の断面である。また、図25は、図23および図24のC-C’断面での平面図である。
Seventh Embodiment
23 and 24 are cross-sectional views showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment. FIG. 23 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 2 of the first embodiment, and FIG. 24 is a cross-sectional view of a portion corresponding to FIG. 3 of the first embodiment. FIG. 25 is a plan view showing the structure of a silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment. The A-A' cross section of FIG. 25 is the cross section of FIG. 23, and the B-B' cross section of FIG. 25 is the cross section of FIG. 24. FIG. 25 is a plan view of the C-C' cross section of FIGS. 23 and 24.
実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置が実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置と異なるのは、ショットキートレンチ16が矩形状である点である。このため、実施の形態7では、ショットキートレンチ16を細かくすることにより、ショットキートレンチ16の側壁の部分を増やし、実施の形態6よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。ショットキートレンチ16を細かくすることとは、矩形の長さl(図25参照)を短くすることである。短くすることにより、矩形が並ぶ方向(図25のA-A’と直交する方向)の側壁の部分を増やすことができる。 The silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment in that the Schottky trench 16 is rectangular. Therefore, in the seventh embodiment, by making the Schottky trench 16 finer, the sidewall portion of the Schottky trench 16 can be increased, and the area of the Schottky junction can be increased more than in the sixth embodiment. Making the Schottky trench 16 finer means shortening the length l of the rectangle (see FIG. 25). By shortening it, the sidewall portion in the direction in which the rectangles are arranged (the direction perpendicular to A-A' in FIG. 25) can be increased.
ショットキートレンチ16の形状は、矩形の角部を丸めたり、円形の形状にすることも可能である。この場合、矩形の角部に電界が集中することを削減できる。また、円形の形状は、矩形の形状よりも作成が容易である。 The shape of the Schottky trench 16 can be rectangular with rounded corners or circular. In this case, the concentration of the electric field at the corners of the rectangle can be reduced. Also, circular shapes are easier to create than rectangular shapes.
また、図25に示すように、トレンチ11とショットキートレンチ16とは互い違いになっていることが好ましい。つまり、トレンチ11とショットキートレンチ16とは、p+型ベース層4とJFET領域14とが並ぶ方向(図25のA-A’と平行な方向)の断面で、同一断面に設けられていない。これにより、トレンチ11とショットキートレンチ16とを離すことができ、局所的な発熱を抑えることができ、さらに、微細化が容易になる。 25, the trenches 11 and the Schottky trenches 16 are preferably staggered. In other words, the trenches 11 and the Schottky trenches 16 are not provided on the same cross section in the direction in which the p + -type base layer 4 and the JFET region 14 are aligned (the direction parallel to A-A' in FIG. 25). This allows the trenches 11 and the Schottky trenches 16 to be spaced apart, suppressing localized heat generation and facilitating miniaturization.
(実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法)
実施の形態7にかかる炭化珪素半導体装置は、実施の形態6にかかる炭化珪素半導体装置の製造方法において、ショットキートレンチ16の形状を矩形状に形成することで、製造することが可能である。
(Method for manufacturing silicon carbide semiconductor device according to seventh embodiment)
The silicon carbide semiconductor device according to the seventh embodiment can be manufactured by using the method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the sixth embodiment, but by forming Schottky trench 16 in a rectangular shape.
以上、説明したように、実施の形態7によれば、実施の形態6と同様の効果を得ることができる。さらに、実施の形態7では、ショットキートレンチを細かくすることにより、実施の形態6よりもショットキー接続の面積を増やすことができる。また、トレンチとショットキートレンチとを互い違いにすることにより、トレンチとショットキートレンチとを離すことができ、局所的な発熱を抑えることができ、さらに、微細化が容易になる。 As explained above, according to the seventh embodiment, the same effects as those of the sixth embodiment can be obtained. Furthermore, in the seventh embodiment, by making the Schottky trenches finer, the area of the Schottky junction can be increased more than in the sixth embodiment. Furthermore, by staggering the trenches and Schottky trenches, the trenches and Schottky trenches can be separated, which can suppress localized heat generation and further facilitates miniaturization.
以上、実施の形態5~7では、図1~図3に記載の実施の形態1にSBDを追加した場合を例に説明したが、実施の形態2~4にもSBDを追加することが可能である。つまり、JFET領域14が、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとからなる実施の形態2にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。また、下部JFET領域14aと上部JFET領域14bとの界面が、n+型電流拡散層12のn+型炭化珪素基板1側の面より深い実施の形態3にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。また、JFET領域14がn+型電流拡散層12と同じ不純物濃度となっている実施の形態4にも、JFET領域14の表面にショットキーメタル15を配置することが可能である。 While the fifth to seventh embodiments have been described above with reference to the first embodiment shown in FIGS. 1 to 3 , an SBD can also be added to the second to fourth embodiments. That is, the Schottky metal 15 can also be disposed on the surface of the JFET region 14 in the second embodiment, in which the JFET region 14 is composed of the lower JFET region 14 a and the upper JFET region 14 b. The Schottky metal 15 can also be disposed on the surface of the JFET region 14 in the third embodiment, in which the interface between the lower JFET region 14 a and the upper JFET region 14 b is deeper than the surface of the n + -type current diffusion layer 12 on the n + -type silicon carbide substrate 1 side. The Schottky metal 15 can also be disposed on the surface of the JFET region 14 in the fourth embodiment, in which the JFET region 14 has the same impurity concentration as the n + -type current diffusion layer 12.
さらに、実施の形態5~7において、n+型電流拡散層12の形状を、図16に示す形状にすることも可能である。つまり、n+型電流拡散層12は、p-型電界緩和層13側の幅が広く、n+型炭化珪素基板1側の幅が狭い形状としてもよい。 Furthermore, in the fifth to seventh embodiments, the shape of n + -type current diffusion layer 12 may be the shape shown in Fig. 16. That is, n + -type current diffusion layer 12 may have a wide width on the p -type electric field buffer layer 13 side and a narrow width on the n + -type silicon carbide substrate 1 side.
以上、実施の形態として、MOSFETを例に説明してきたが、炭化珪素半導体基体の裏面側にp型の領域を設けたIGBTにも適用可能である。この場合、炭化珪素半導体基体の表面がIE効果(Injection Enhancement Effect)で抵抗を下げられ、高耐圧のIGBTが可能になる。 The above embodiments have been described using MOSFETs as an example, but they can also be applied to IGBTs in which a p-type region is provided on the back side of the silicon carbide semiconductor substrate. In this case, the resistance of the surface of the silicon carbide semiconductor substrate is reduced by the IE effect (Injection Enhancement Effect), making it possible to create an IGBT with high breakdown voltage.
以上において本発明は本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であり、上述した各実施の形態において、例えば各部の寸法や不純物濃度等は要求される仕様等に応じて種々設定される。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ているが、炭化珪素以外の例えば窒化ガリウム(GaN)などのワイドバンドギャップ半導体にも適用可能である。また、シリコン(Si)、ゲルマニウム(Ge)等のワイドバンドギャップ半導体以外の半導体にも適用可能である。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。 The present invention can be modified in various ways without departing from the spirit of the present invention. In each of the above-described embodiments, the dimensions of each component and the impurity concentration, for example, are set in various ways according to the required specifications. Furthermore, while each of the above-described embodiments uses silicon carbide as the wide bandgap semiconductor, the present invention can also be applied to wide bandgap semiconductors other than silicon carbide, such as gallium nitride (GaN). It can also be applied to semiconductors other than wide bandgap semiconductors, such as silicon (Si) and germanium (Ge). Furthermore, while each of the embodiments describes the first conductivity type as n-type and the second conductivity type as p-type, the present invention is equally valid even if the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.
以上のように、本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は、インバータなどの電力変換装置や種々の産業用機械などの電源装置や自動車のイグナイタなどに使用されるパワー半導体装置に有用である。 As described above, the silicon carbide semiconductor device and method for manufacturing the silicon carbide semiconductor device according to the present invention are useful for power semiconductor devices used in power conversion devices such as inverters, power supply devices for various industrial machines, and automotive igniters.
1、101 n+型炭化珪素基板
3、103 n-型炭化珪素エピタキシャル層
4、104 p+型ベース層
5、105 ゲート絶縁膜
6、106 ゲート電極
7、107 p+型コンタクト領域
8、108 n+型ソース領域
9、109 層間絶縁膜
10、110 ソース電極
11、111 トレンチ
12、112 n+型電流拡散層
13、113 p-型電界緩和層
14、114 JFET領域
14a 下部JFET領域
14b 上部JFET領域
15 ショットキーメタル
16 ショットキートレンチ
30 エッジ終端領域
40 活性領域
50、150、151 縦型MOSFET
1, 101 n + type silicon carbide substrate 3, 103 n - type silicon carbide epitaxial layer 4, 104 p + type base layer 5, 105 gate insulating film 6, 106 gate electrode 7, 107 p + type contact region 8, 108 n + type source region 9, 109 interlayer insulating film 10, 110 source electrode 11, 111 trench 12, 112 n + type current diffusion layer 13, 113 p - type field relaxation layer 14, 114 JFET region 14a lower JFET region 14b upper JFET region 15 Schottky metal 16 Schottky trench 30 edge termination region 40 active region 50, 150, 151 vertical MOSFET
Claims (6)
前記半導体基板上に設けられた、前記半導体基板よりも低不純物濃度の第1導電型の第
1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板に対して反対側に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体層の表面から設けられ、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチと、
前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけて設けられ、および、前記トレンチの内壁に設けられたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に設けられたゲート電極と、
前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に設けられ、前記トレンチの内壁に接する第2導電型の第4半導体領域と、
前記ゲート電極上に設けられた層間絶縁膜と、
を備え、
前記第4半導体領域が前記第1半導体領域を覆い、前記ゲート電極は、前記第1半導体領域上の領域で分離されていることを特徴とする半導体装置。 a semiconductor substrate of a first conductivity type;
a first semiconductor layer of a first conductivity type provided on the semiconductor substrate and having a lower impurity concentration than the semiconductor substrate;
a second semiconductor layer of a second conductivity type provided on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate;
a first semiconductor region of a first conductivity type extending from a surface of the second semiconductor layer through the second semiconductor layer to reach the first semiconductor layer;
a second semiconductor region of the first conductivity type selectively provided in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer and having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate;
a third semiconductor region of the first conductivity type selectively provided on a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer, the third semiconductor region being spaced apart from the second semiconductor region and in contact with the first semiconductor region;
a trench provided from the surface of the second semiconductor layer, sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region, and not reaching the first semiconductor layer;
a gate insulating film provided from the first semiconductor region to the second semiconductor region and on an inner wall of the trench;
a gate electrode provided on the gate insulating film;
a fourth semiconductor region of the second conductivity type provided between the third semiconductor region and the gate electrode and in contact with an inner wall of the trench;
an interlayer insulating film provided on the gate electrode;
Equipped with
a fourth semiconductor region covering the first semiconductor region, and a gate electrode separated by a region above the first semiconductor region;
1に記載の半導体装置。 2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the width of the isolated region is greater than the thickness of the interlayer insulating film.
前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であ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。 the first semiconductor region comprises a lower first semiconductor region that is deeper than a surface of the third semiconductor region that faces the semiconductor substrate, and an upper first semiconductor region that is shallower than a surface of the third semiconductor region that faces the semiconductor substrate,
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region and a higher impurity concentration than the lower first semiconductor region.
前記下部第1半導体領域と前記上部第1半導体領域との界面は、前記第3半導体領域の前記半導体基板側の面より深く、
前記上部第1半導体領域は、前記第3半導体領域と同じ不純物濃度であり、前記下部第1半導体領域より高不純物濃度であ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。 the first semiconductor region includes a lower first semiconductor region provided on the first semiconductor layer and an upper first semiconductor region provided on the lower first semiconductor region,
an interface between the lower first semiconductor region and the upper first semiconductor region is deeper than a surface of the third semiconductor region on the semiconductor substrate side;
3. The semiconductor device according to claim 1, wherein the upper first semiconductor region has the same impurity concentration as the third semiconductor region and a higher impurity concentration than the lower first semiconductor region.
前記第1半導体層の、前記半導体基板に対して反対側に第2導電型の第2半導体層を形成し、前記第2半導体層の表面から前記第2半導体層を貫通して、前記第1半導体層に達する第1導電型の第1半導体領域を形成する第2工程と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記半導体基板より高不純物濃度の第1導電型の第2半導体領域を形成する第3工程と、
前記第2半導体層の、前記第1半導体層に対して反対側の表面層に選択的に、前記第2半導体領域と離間して、前記第1半導体領域と接する第1導電型の第3半導体領域を形成する第4工程と、
前記第3半導体領域の表面層に第2導電型の第4半導体領域を形成する第5工程と、
前記第2半導体層の表面から、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれ前記第1半導体層に達しないトレンチを形成する第6工程と、
前記第1半導体領域から前記第2半導体領域にかけてゲート絶縁膜を形成し、前記トレンチの内壁にゲート絶縁膜を形成する第7工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する第8工程と、
前記ゲート電極上に層間絶縁膜を形成する第9工程と、
を含み、
前記第5工程では、前記第4半導体領域を前記第3半導体領域と前記ゲート電極との間に、前記トレンチの内壁に接し、前記第4半導体領域が前記第1半導体領域を覆うように形成し、
前記第8工程では、前記ゲート電極を前記第1半導体領域上の領域で除去する工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 a first step of forming a first semiconductor layer of a first conductivity type on a semiconductor substrate of a first conductivity type, the first semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the semiconductor substrate;
a second step of forming a second semiconductor layer of a second conductivity type on the opposite side of the first semiconductor layer with respect to the semiconductor substrate, and forming a first semiconductor region of the first conductivity type that penetrates the second semiconductor layer from a surface of the second semiconductor layer and reaches the first semiconductor layer;
a third step of selectively forming a second semiconductor region of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the semiconductor substrate in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer;
a fourth step of selectively forming a third semiconductor region of the first conductivity type in a surface layer of the second semiconductor layer opposite to the first semiconductor layer, the third semiconductor region being spaced apart from the second semiconductor region and in contact with the first semiconductor region;
a fifth step of forming a fourth semiconductor region of the second conductivity type in a surface layer of the third semiconductor region;
a sixth step of forming a trench from the surface of the second semiconductor layer, the trench being sandwiched between the second semiconductor region and the third semiconductor region and not reaching the first semiconductor layer;
a seventh step of forming a gate insulating film from the first semiconductor region to the second semiconductor region and forming the gate insulating film on an inner wall of the trench;
an eighth step of forming a gate electrode on the gate insulating film;
a ninth step of forming an interlayer insulating film on the gate electrode;
Including,
In the fifth step, the fourth semiconductor region is formed between the third semiconductor region and the gate electrode, in contact with an inner wall of the trench, and the fourth semiconductor region covers the first semiconductor region;
a step of removing the gate electrode from a region above the first semiconductor region;
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