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公開番号2024048252
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-04-08
出願番号2022154184
出願日2022-09-27
発明の名称炭化珪素半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 29/861 20060101AFI20240401BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】低抵抗のオーミック電極を形成することで、低いVf特性を維持しつつ、サージ電流耐量が高くでき、リーク電流を減少できる炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置は、活性領域10と、第1導電型領域12と、終端領域20とを備える。活性領域10に、トレンチ25内部の第1の第2導電型領域13a、第1シリサイド膜33aと、隣り合うトレンチ25間に第2の第2導電型領域13b、第2シリサイド膜33bと、第1電極14とを有し、終端領域20に第3の第2導電型領域21を有する。活性領域10は、第1電極14がシリサイド膜33a、33bとオーミック接合するオーミック領域、第1電極14が第2導電型領域13a、13bと接触する無効領域、第1電極14が第1導電型領域12とショットキー接合するショットキー領域から構成される。オーミック領域、無効領域およびショットキー領域はストライプ形状に設けられる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化珪素からなる半導体基板に設けられた活性領域と、
前記半導体基板に設けられ、前記活性領域の周囲を囲む終端領域と、
前記半導体基板の内部に設けられ、前記半導体基板の第１主面に露出された第１導電型領域と、
前記活性領域において前記第１導電型領域のおもて面から前記第１導電型領域の内部に設けられた第１トレンチと、
前記活性領域において前記第１導電型領域に接して前記第１トレンチの底部に設けられた第１の第２導電型領域と、
前記第１の第２導電型領域にオーミック接合する第１シリサイド膜と、
前記活性領域において前記第１導電型領域に接して、隣り合う前記第１トレンチ間に設けられた第２の第２導電型領域と、
前記第２の第２導電型領域にオーミック接合する第２シリサイド膜と、
前記第１シリサイド膜、前記第１の第２導電型領域、前記第２シリサイド膜、前記第２の第２導電型領域および前記第１導電型領域に接触する第１電極と、
前記半導体基板の第２主面に設けられた第２電極と、
前記終端領域に設けられた、前記活性領域を囲む第３の第２導電型領域と、
を備え、
前記活性領域は、前記第１電極が前記第１シリサイド膜および前記第２シリサイド膜とオーミック接合するオーミック領域と、前記第１電極が前記第１の第２導電型領域および前記第２の第２導電型領域と接触する無効領域と、前記第１電極が前記第１導電型領域とショットキー接合するショットキー領域と、から構成され、
前記オーミック領域、前記無効領域および前記ショットキー領域は、ストライプ形状に設けられることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 1,000 文字）【請求項２】
前記第３の第２導電型領域は、前記半導体基板の表面層に設けられ、
前記第３の第２導電型領域の側壁は、前記終端領域に最も近い前記第１トレンチの側壁を覆い、前記第１の第２導電型領域と接することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記第３の第２導電型領域は、前記半導体基板の表面層に設けられ、
前記第３の第２導電型領域の前記第２主面側の面は、第２の第２導電型領域の前記第２主面側の面よりも深いことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記終端領域に最も近い前記第１トレンチは、他の前記第１トレンチよりも浅いことを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記活性領域を囲み、前記第１トレンチと接続する第２トレンチを有し、
前記第３の第２導電型領域は、前記第２トレンチの底部に設けられることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
、
前記第３の第２導電型領域は、前記第１の第２導電型領域に接続することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記終端領域に第４の第２導電型領域が設けられ、
前記第４の第２導電型領域は、前記第２トレンチの底部に設けられることを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記終端領域に第４の第２導電型領域が設けられ、
前記第４の第２導電型領域は、前記半導体基板の表面層に設けられ、
前記第４の第２導電型領域は、前記第２トレンチの側壁を覆い、前記第３の第２導電型領域に接続することを特徴とする請求項５に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記ショットキー領域は、前記第１トレンチの側壁で前記第１電極が前記第１導電型領域と接触する領域であることを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
前記第１の第２導電型領域は、長手方向で前記第３の第２導電型領域との間に、前記第１シリサイド膜を設けない第２導電型無効領域を有することを特徴とする請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
この発明は、炭化珪素半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
炭化珪素（ＳｉＣ）半導体は、近年、シリコン（Ｓｉ）半導体を用いた半導体装置の限界を超える半導体装置（以下、炭化珪素半導体装置とする）を作製（製造）可能な半導体材料として注目されている。特に、炭化珪素半導体は、シリコン半導体と比べて、絶縁破壊電界強度が大きい、熱伝導率が高いという特長を活かして高耐圧（例えば１７００Ｖ以上）半導体装置への応用が期待されている。
【０００３】
炭化珪素半導体装置がダイオード（以下、炭化珪素ダイオードとする）である場合、ｎ
-
型ドリフト領域を構成するｎ
-
型エピタキシャル層の設計仕様を薄い厚さおよび高い不純物濃度に設定可能であることから、耐圧３３００Ｖクラス程度までの炭化珪素ダイオードはショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ：ＳｃｈｏｔｔｋｙＢａｒｒｉｅｒＤｉｏｄｅ）構造とすることが一般的である。
【０００４】
通常、ＳＢＤ構造では、半導体基板とおもて面電極との接合面での電界強度が高く、逆方向電圧印加時にショットキー障壁を電子がトンネリングすることに起因する逆方向リーク電流増大、または炭化珪素固有の表面欠陥に起因する逆方向リーク電流増大という問題がある。このため、半導体基板のおもて面側にショットキー接合とｐｎ接合とを混在させたＪｕｎｃｔｉｏｎＢａｒｒｉｅｒＳｃｈｏｔｔｋｙ（ＪＢＳ）構造を採用した炭化珪素ダイオードが提案されている。
【０００５】
従来のＳＢＤ構造の炭化珪素ダイオードの構造について、ＪＢＳ構造を採用した炭化珪素ダイオードの構造について説明する。図２７は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。
【０００６】
図２７に示す従来の炭化珪素半導体装置１４０は、活性領域１１０において半導体基板１３０のおもて面側に、ｎ
-
型ドリフト領域１１２とおもて面電極１１４を構成するチタン膜１３１とのショットキー接合によるＳＢＤ構造と、ｐ
+
型領域１１３とｎ
-
型ドリフト領域１１２とのｐｎ接合と、を混在させたＪＢＳ構造の縦型の炭化珪素ダイオードである。また、おもて面電極１１４の最下層としてニッケルシリサイド膜１３３がｐ
+
型領域１１３上に設けられる。
【０００７】
従来の炭化珪素半導体装置１４０のショットキー接合は、半導体基板１３０のおもて面に露出されたｎ
-
型ドリフト領域１１２と、半導体基板１３０のおもて面上に設けられたチタン膜１３１とアルミニウム合金膜１３２で構成されるおもて面電極１１４と、で形成されている。半導体基板１３０は、炭化珪素からなるｎ
+
型出発基板１１１のおもて面上に、ｎ
-
型ドリフト領域１１２となるｎ
-
型エピタキシャル層を積層したエピタキシャル基板である。ｎ
+
型出発基板１１１は、ｎ
+
型カソード領域である。半導体基板１３０の裏面の全面に裏面電極１１９が設けられ、ｎ
+
型出発基板１１１に電気的に接続されている。符号１１５、１２０、１２１、１２２は、それぞれ、フィールド酸化膜、エッジ終端領域、フィールドリミッティングリング（ＦＬＲ：ＦｉｅｌｄＬｉｍｉｔｉｎｇＲｉｎｇ）およびＪＴＥ構造を構成するｐ
-
型領域である。
【０００８】
ｐ
+
型領域１１３は、活性領域１１０において半導体基板１３０のおもて面の表面領域に選択的に設けられている。隣り合うｐ
+
型領域１１３間において半導体基板１３０のおもて面には、ｎ
-
型ドリフト領域１１２が露出されている。ｐ
+
型領域１１３とｎ
-
型ドリフト領域１１２とで半導体基板１３０のおもて面にｐｎ接合が形成されている。隣り合うｐ
+
型領域１１３間のｎ
-
型ドリフト領域１１２は、半導体基板１３０のおもて面上に設けられたおもて面電極１１４の最下層のチタン膜１３１とのショットキー接合を形成する。
【０００９】
図２８は、従来の炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図２８に示すように、活性領域１１０においてｐ
+
型領域１１３およびニッケルシリサイド膜１３３は、ストライプ形状に設けられ、端部で、ｐ
+
型領域１１３はＦＬＲ１２１に接続し、活性領域１１０のニッケルシリサイド膜１３３は、ＦＬＲ１２１上のニッケルシリサイド膜１３３に接続する。
【００１０】
このような構造とすることで、順方向に定格電流が流れる場合、ｐ
+
型領域１１３以外のｎ
-
型ドリフト領域１１２のショットキー接合領域で電流が流れる。さらに、落雷などでサージ電流が流れる場合、ショットキー接合領域だけでは電流を流すことができないため、ｐ
+
型領域１１３がバイポーラ動作を行い、電流が流れるようになる。また、ｐ
+
型領域１１３上に、オーミック領域となるニッケルシリサイド膜１３３を設けることにより、ｐ
+
型領域１１３のみのストライプ構造より、バイポーラ動作が容易になる。
（【００１１】以降は省略されています）

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