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公開番号2024135356
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-04
出願番号2023045991
出願日2023-03-22
発明の名称半導体装置
出願人株式会社東芝,東芝デバイス&ストレージ株式会社
代理人弁理士法人iX
主分類H01L 29/861 20060101AFI20240927BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】安定した特性を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】実施形態は、炭化ケイ素を含む半導体装置である。半導体装置は、半導体基板と、第1半導体層と、第2半導体層と、第3半導体層と、第4半導体層と、を備える。第1～第3半導体層は、第1導電形である、第4半導体層は、第2導電形である。第2半導体層のキャリア濃度は、第1半導体層のキャリア濃度と同じか低い。第2半導体層のキャリア濃度は、第3半導体層のキャリア濃度と同じか高い。第2半導体層の点欠陥密度は、第1半導体層の点欠陥密度と同じか高く、かつ、第3半導体層の点欠陥密度よりも高い。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、炭化ケイ素を含む第１導電形の半導体基板と、
前記第１面上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第２半導体層と、
前記第２半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第３半導体層と、
前記第３半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第２導電形の第４半導体層と、
を備え、
前記第２半導体層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低く、
前記第２半導体層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第３半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高く、
前記第２半導体層の点欠陥密度は、前記第１半導体層の点欠陥密度と同じか高く、かつ、前記第３半導体層の点欠陥密度よりも高い半導体装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
前記第１半導体層と前記第２半導体層との間に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第５半導体層をさらに備え、
前記第２半導体層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第５半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高く、
前記第２半導体層の点欠陥密度は、前記第５半導体層の点欠陥密度よりも高い請求項１記載の半導体装置。
【請求項３】
前記第２半導体層は、前記第１半導体層上に設けられた第１層と、前記第１層上に設けられた第２層と、を含み、
前記第１層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低く、
前記第２層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低く、かつ、前記第３半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高く、
前記第１層の点欠陥密度および前記第２層の点欠陥密度は、前記第１半導体層の点欠陥密度と同じか高く、
前記第３半導体層の点欠陥密度よりも高い請求項１記載の半導体装置。
【請求項４】
第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、炭化ケイ素を含む第１導電形の半導体基板と、
前記第１面上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第１半導体層と、
前記第１半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の複数の第１半導体領域と、
前記第１半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第６半導体層と、
前記第６半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第２導電形の第４半導体層と、
を備え、
前記第１面は、第１方向および前記第１方向に交差する第２方向を含む平面に平行であり、
前記複数の第１半導体領域は、前記第１方向に沿ってそれぞれ伸びており、前記第２方向に沿って間隔をあけて設けられ、
炭化ケイ素の｛０００１｝面は、炭化ケイ素の｛１－１００｝面に直交する［１－１００］軸を中心にして、前記第１面との間で、第１角度を形成しており、
前記第２方向は、［１－１００］軸の延びる方向と平行であり、
前記複数の第１半導体領域の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低く、
前記複数の第１半導体領域の第１導電形のキャリア濃度は、前記第６半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高く、
前記複数の第１半導体領域の点欠陥密度は、第１半導体層の点欠陥密度と同じか高く、かつ、前記第６半導体層の点欠陥密度よりも高い半導体装置。
【請求項５】
前記第６半導体層は、前記第１半導体層上に設けられるとともに、前記第１半導体層と前記複数の第１半導体領域のそれぞれとの間に設けられた請求項４記載の半導体装置。
【請求項６】
前記第１半導体層は、前記複数の第１半導体領域のうちの隣り合う２つの第１半導体領域の間に設けられた請求項４記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第１半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の複数の第２半導体領域をさらに備え、
前記複数の第２半導体領域は、前記第２方向に沿ってそれぞれ延びており、前記第１方向に沿って間隔をあけて設けられ、
前記第６半導体層は、前記第１半導体層上で、前記複数の第１半導体領域のうちの２つの第１半導体領域および前記複数の第２半導体領域のうちの２つの第２半導体領域に囲まれ、
前記複数の第２半導体領域の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低く、
前記複数の第２半導体領域の第１導電形のキャリア濃度は、前記第６半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高く、
前記複数の第２半導体領域の点欠陥密度は、第１半導体層の点欠陥密度と同じか高く、かつ、
前記第６半導体層の点欠陥密度よりも高い請求項４記載の半導体装置。
【請求項８】
前記複数の第１半導体領域のうち隣り合う２つの第１半導体領域の間の距離は、前記複数の第１半導体領域の厚さおよび前記第１角度にもとづいて設定された請求項４記載の半導体装置。
【請求項９】
前記第２半導体層の第１導電形のキャリアは、第１元素を含み、
前記第１元素は、第１元素は、Ｎ、Ｐ、ＡｌおよびＢよりなる群から選択された少なくとも１つを含む請求項１記載の半導体装置。
【請求項１０】
前記第２半導体層は、第２元素を含み、
前記第２元素は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃａ、Ｖ、ＡｕおよびＰｔよりなる群から選択された少なくとも１つを含む請求項１記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体装置に関する。
続きを表示（約 3,400 文字）【背景技術】
【０００２】
たとえば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む基板を用いた半導体装置がある。半導体装置において、安定した特性を有することが望まれる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－３８５９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の実施形態は、安定した特性を有する半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
実施形態に係る半導体装置は、第１面と前記第１面の反対側に位置する第２面とを有し、炭化ケイ素を含む第１導電形の半導体基板と、前記第１面上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第１半導体層と、前記第１半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第２半導体層と、前記第２半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第１導電形の第３半導体層と、前記第３半導体層上に設けられ、炭化ケイ素を含む第２導電形の第４半導体層と、を備える。前記第２半導体層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第１半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか低い。前記第２半導体層の第１導電形のキャリア濃度は、前記第３半導体層の第１導電形のキャリア濃度と同じか高い。前記第２半導体層の点欠陥密度は、第１半導体層の点欠陥密度と同じか高く、かつ、前記第３半導体層の点欠陥密度よりも高い。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の製造方法の他の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
比較例の半導体装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
第１の実施形態の変形例に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の変形例の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の他の変形例に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第１の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
図２０のＢ－Ｂ線における模式的な断面図である。
図２０のＣ部の模式的な拡大図である。
第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態に係る半導体装置の動作を説明する模式的な断面図である。
図２５のＤ－Ｄ線における模式的な断面図である。
比較例に係る半導体装置の動作を説明する模式的な断面図である。
図２７のＥ－Ｅ線における模式的な断面図である。
第２の実施形態の変形例に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
図２９のＦ部の模式的な拡大図である。
第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態の他の変形例に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
図３３のＧ部の模式的な拡大図である。
第２の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第２の実施形態の他の変形例に係る半導体装置の製造方法の一部を例示する模式的な断面図である。
第３の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
図３７のＨ－Ｈ線における模式的な断面図である。
第３の実施形態に係る半導体装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
図３９のＩ－Ｉ線における模式的な断面図である。
比較例に係る半導体装置の動作を説明するための模式的な断面図である。
図４１のＪ－Ｊ線における模式的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下に、本発明の各実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚みと幅との関係、部分間の大きさの比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。同じ部分を表す場合であっても、図面により互いの寸法や比率が異なって表される場合もある。
本願明細書と各図において、既に説明したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。
以下の説明および図面において、ｎ
＋
、ｎ
－
、ｐ
＋
およびｐと表記される場合には、これらは、各不純物濃度の相対的な高低を表す。すなわち、「＋」が付されている表記は、「＋」および「－」のいずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に高く、「－」が付されている表記は、いずれも付されていない表記よりも不純物濃度が相対的に低いことを示す。これらの表記は、それぞれの領域にｐ形不純物とｎ形不純物の両方が含まれている場合には、それらの不純物が補償しあった後の正味の不純物濃度の相対的な高低を表す。キャリア濃度は、実効的な不純物濃度とみなすものとする。
以下で説明する各実施形態について、各半導体領域のｐ形とｎ形を反転させて各実施形態を実施してもよい。
【０００８】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る半導体装置を例示する模式的な断面図である。
図１に示すように、本実施形態に係る半導体装置１は、半導体基板１０と、第１半導体層２０と、第２半導体層３０と、第３半導体層４０と、を備える。半導体装置１は、第４半導体層５０と、第１電極６２と、第２電極６４と、をさらに備える。
【０００９】
第１半導体層２０は、半導体基板１０上に設けられている。第２半導体層３０は、第１半導体層２０上に設けられている。第３半導体層４０は、第２半導体層３０上に設けられている。第４半導体層５０は、第３半導体層４０上に設けられている。第１電極６２は、半導体基板１０の第１半導体層２０が配置された面とは反対側の面に設けられている。第２電極６４は、第４半導体層５０の第３半導体層４０が配置された面とは反対側の面に設けられている。
【００１０】
半導体基板１０、第１半導体層２０、第２半導体層３０、第３半導体層４０および第４半導体層５０は、炭化ケイ素（ＳｉＣ）を含む。
（【００１１】以降は省略されています）

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