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公開番号2025020779
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-13
出願番号2023124359
出願日2023-07-31
発明の名称炭化珪素半導体装置及びその製造方法
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 8/60 20250101AFI20250205BHJP()
要約【課題】信頼性が低下するのが抑制された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1は、炭化珪素からなる半導体基板10と、半導体基板上に設けられ且つ炭化珪素からなるエピタキシャル成長層20と、エピタキシャル成長層上に設けられた第1電極30と、半導体基板下に設けられた第2電極40と、少なくとも半導体基板10の側壁11に設けられた酸化抑制層70と、を備える。
【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と、
前記半導体基板上に設けられ且つ炭化珪素からなるエピタキシャル成長層と、
前記エピタキシャル成長層上に設けられた第１電極と、
前記半導体基板下に設けられた第２電極と、
少なくとも前記半導体基板の側壁に設けられた酸化抑制層と、
を備えた、炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 760 文字）【請求項２】
前記酸化抑制層は、ｎ型の前記エピタキシャル成長層の一部により構成される、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記酸化抑制層を構成する前記エピタキシャル成長層に含まれるアクセプタ不純物濃度は、１×１０
１４
ｃｍ
－３
以下である、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記酸化抑制層を構成する前記エピタキシャル成長層に含まれるアクセプタ不純物濃度は、前記半導体基板に含まれるアクセプタ不純物の濃度より低い、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記酸化抑制層を構成する前記エピタキシャル成長層の膜厚は、前記エピタキシャル成長層の表面側から前記半導体基板側に広がる空乏層の厚みより大きい、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記酸化抑制層を構成する前記エピタキシャル成長層の膜厚は、１μｍ以上である、請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記酸化抑制層は金属材料からなる、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記金属材料の仕事関数は、前記半導体基板の電子親和力より小さい、請求項７に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記金属材料は、マグネシウム又は亜鉛である、請求項８に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
絶縁回路基板と、
前記第２電極と前記絶縁回路基板とを接合するはんだ層と、を更に備え、
前記酸化抑制層は、前記はんだ層の一部である、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】
本開示は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１は、ｎ型のＳｉＣ基板には1×１０
１４
ｃｍ
－３
～1×１０
１６
ｃｍ
－３
の濃度の硼素やアルミニウムが意図せず混入しており、これらはアクセプタ準位を形成して正孔を放出することを開示している。また、非特許文献２は、水分に正孔が関与して酸化シリコンを形成することを開示している。また、非特許文献３は、酸化シリコン膜の酸化速度を開示している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
T. Kimoto, and J. A. Cooper Jr., “Fundamentals of Silicon Carbide Technology”, John Wiley & Sons Singapore Pte. Ltd., p.59, p.91
Gautier et al. Nanoscale Research Letters 2012, 7:367
X.Shen et al., Appl. Phys. A (2016) 122:354 DOI 10.1007/s00339-016-9896-y
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
酸化シリコンが厚く形成されると、炭化珪素半導体装置の信頼性に影響する可能性がある。本開示は、上記課題を鑑み、信頼性が低下するのが抑制された炭化珪素半導体装置及びその製造方法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】
上記目的を達成するために、本開示の一態様による炭化珪素半導体装置は、炭化珪素からなる半導体基板と、半導体基板上に設けられ且つ炭化珪素からなるエピタキシャル成長層と、エピタキシャル成長層上に設けられた第１電極と、半導体基板下に設けられた第２電極と、少なくとも半導体基板の側壁に設けられた酸化抑制層と、を備える。
【０００６】
上記目的を達成するために、本開示の他の一態様による炭化珪素半導体装置の製造方法は、炭化珪素からなる半導体基板上に、炭化珪素からなるエピタキシャル成長層を成長させる工程と、少なくとも半導体基板の側壁に酸化抑制層を形成する工程と、を含む。
【発明の効果】
【０００７】
本開示によれば、信頼性が低下するのが抑制された炭化珪素半導体装置及びその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本開示の第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
本開示の第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置が有する半導体チップの概略構成の一例を示す平面模式図である。
図２のＡ－Ａ切断線に沿った平面で断面視した時の断面構成の一部を拡大して示す縦断面模式図である。
本開示の第１実施形態による炭化珪素半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
図４に引き続く工程断面図である。
図５に引き続く工程断面図である。
図６に引き続く工程断面図である。
本開示の第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
本開示の第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
図９に引き続く工程断面図である。
図１０に引き続く工程断面図である。
図１１に引き続く工程断面図である。
図１２に引き続く工程断面図である。
図１３に引き続く工程断面図である。
マグネシウムと接した場合のｎ型のＳｉＣのバンド図である。
本開示の第２実施形態の変形例１に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
図１６に引き続く工程断面図である。
図１７に引き続く工程断面図である。
本開示の第２実施形態の変形例２に係る炭化珪素半導体装置の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
本開示の第２実施形態の変形例２に係る炭化珪素半導体装置の製造方法を模式的に示す工程断面図である。
本開示の第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
本開示の第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
本開示の第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置の、活性部に構成された単位セル構造の概略構成の一例を示す縦断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本開示の第１～第５実施形態を説明する。図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付し、重複する説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は実際のものとは異なる場合がある。また、図面相互間においても寸法の関係や比率が異なる部分が含まれ得る。また、以下に示す第１～第５実施形態は、本開示の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、本開示の技術的思想は、構成部品の材質、形状、構造、配置等を下記のものに特定するものでない。
【００１０】
本明細書において、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）のソース領域は、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のエミッタ領域として選択可能な「一方の主領域（第１主領域）」である。また、ＭＯＳ制御静電誘導サイリスタ（ＳＩサイリスタ）等のサイリスタにおいては、「一方の主領域」はカソード領域として選択可能である。ＭＯＳＦＥＴのドレイン領域は、ＩＧＢＴにおいてはコレクタ領域を、サイリスタにおいてはアノード領域として選択可能な半導体装置の「他方の主領域（第２主領域）」である。本明細書において単に「主領域」と言うときは、当業者の技術常識から妥当な第１主領域又は第２主領域のいずれかを意味する。
（【００１１】以降は省略されています）

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