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公開番号2025063267
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-04-15
出願番号2025009115,2021554269
出願日2025-01-22,2020-10-09
発明の名称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
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所,住友電気工業株式会社
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H10D 84/80 20250101AFI20250408BHJP()
要約【課題】ダイオード特性の温度変化を抑制する炭化珪素半導体装置及び炭化珪素半導体装置の製造方法を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置200は、炭化珪素基板100と、第1電極61と、第2電極62と、第1主面1と、第2主面2と、第1不純物領域10と、第2不純物領域20と、第3不純物領域30と、を有している。第1電極は、第1主面において第2不純物領域および第3不純物領域の各々に接する。第2電極は、第2主面において第1不純物領域に接する。第2不純物領域は、第1領域21と、第1領域と第2主面との間にあり、かつ、第1領域に接する第2領域22と、を含んでいる。第1領域の不純物濃度は、6×10¹⁶cm^-3以上である。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、前記第１主面の少なくとも一部を構成し前記第１不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第１不純物領域から隔てられるように前記第２不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板と、
前記第１主面において前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々に接する第１電極と、
前記第２主面において前記第１不純物領域に接する第２電極とを備え、
前記第２不純物領域は、第１領域と、前記第１領域と前記第２主面との間にありかつ前記第１領域に接する第２領域とを含み、
前記第１領域の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上であり、
前記第２電極と前記第１電極の間における、ボディダイオードの順方向特性を２５℃から１７５℃の温度条件で測定した場合において、温度が上昇するにつれて、ドレイン電圧に対するドレイン電流密度の傾きが小さくなる、炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 1,200 文字）【請求項２】
前記第２領域の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上である、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
第１主面と、前記第１主面と反対側の第２主面と、前記第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、前記第１主面の少なくとも一部を構成し前記第１不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第１不純物領域から隔てられるように前記第２不純物領域に接して設けられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板と、
前記第１主面において前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々に接する第１電極と、
前記第２主面において前記第１不純物領域に接する第２電極とを備え、
前記第２不純物領域は、第１領域と、前記第１領域と前記第２主面との間にありかつ前記第１領域に接する第２領域とを含み、
前記第１領域の点欠陥密度は、６×１０
12
ｃｍ
-3
以上であり、
前記第２電極と前記第１電極の間における、ボディダイオードの順方向特性を２５℃から１７５℃の温度条件で測定した場合において、温度が上昇するにつれて、ドレイン電圧に対するドレイン電流密度の傾きが小さくなる、炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記第１領域の点欠陥密度は、１×１０
14
ｃｍ
-3
以下である、請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記炭化珪素半導体装置は、プレナー型である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記炭化珪素基板には、トレンチが設けられおり、
前記トレンチは、前記第１不純物領域、前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々と接する側面と、前記側面に連なりかつ前記第１不純物領域に接する底面とを有している、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記第１主面に垂直な断面において、前記トレンチの形状は、Ｕ型である、請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記第１主面に垂直な断面において、前記トレンチの形状は、Ｖ型である、請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記第１主面は、（０００－１）面または（０００－１）面に対して８°以下の角度で傾斜した面である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項１０】
前記第１領域の不純物濃度は、前記第２領域の不純物濃度よりも高い、請求項１から請求項９のいずれか１項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および炭化珪素半導体装置の製造方法に関する。本出願は、２０１９年１０月２９日に出願した日本特許出願である特願２０１９－１９６２５７号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
続きを表示（約 3,200 文字）【背景技術】
【０００２】
高尾和人、外２名、「ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードとＳｉ－ＩＥＧＴのハイブリッドペアによる高周波駆動大電力変換装置」、東芝レビュー、第６６巻、第５号、２０１１年（非特許文献１）には、ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードのＩＶ特性が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
高尾和人、外２名、「ＳｉＣ－ＰｉＮダイオードとＳｉ－ＩＥＧＴのハイブリッドペアによる高周波駆動大電力変換装置」、東芝レビュー、第６６巻、第５号、２０１１年
【発明の概要】
【０００４】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、第１電極と、第２電極とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有している。第１電極は、第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する。第２電極は、第２主面において第１不純物領域に接する。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上である。
【０００５】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、炭化珪素基板と、第１電極と、第２電極とを備えている。炭化珪素基板は、第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有している。第１電極は、第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する。第２電極は、第２主面において第１不純物領域に接する。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の点欠陥密度は、６×１０
12
ｃｍ
-3
以上である。
【０００６】
本開示に係る炭化珪素半導体装置の製造方法は以下の工程を備えている。第１主面と、第１主面と反対側の第２主面と、第２主面の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域と、第１主面の少なくとも一部を構成し第１不純物領域に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域と、第１不純物領域から隔てられるように第２不純物領域に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域とを有する炭化珪素基板が準備される。第１主面において第２不純物領域および第３不純物領域の各々に接する第１電極が形成される。第２主面において第１不純物領域に接する第２電極が形成される。第２不純物領域は、第１領域と、第１領域と第２主面との間にありかつ第１領域に接する第２領域とを含んでいる。第１領域の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上である。第１領域は、イオン注入により形成される。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。
図２は、図１のＩＩ－ＩＩ線に沿った断面模式図である。
図３は、図２の領域ＩＩＩの拡大模式図である。
図４は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。
図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す断面模式図である。
図６は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の概略を示すフローチャートである。
図７は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の炭化珪素基板を準備する工程の概略を示すフローチャートである。
図８は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第１工程を示す断面模式図である。
図９は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第２工程を示す断面模式図である。
図１０は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第３工程を示す断面模式図である。
図１１は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第４工程を示す断面模式図である。
図１２は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第５工程を示す断面模式図である。
図１３は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第６工程を示す断面模式図である。
図１４は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第７工程を示す断面模式図である。
図１５は、本実施形態に係る炭化珪素半導体装置の製造方法の第８工程を示す断面模式図である。
サンプル１に係る炭化珪素半導体装置における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。
サンプル２に係る炭化珪素半導体装置における、ドレイン電流密度と、ドレイン電圧との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、ダイオード特性の温度変化を抑制可能な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を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、ダイオード特性の温度変化を抑制可能な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を提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
【０００９】
（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置２００は、炭化珪素基板１００と、第１電極６１と、第２電極６２とを備えている。炭化珪素基板１００は、第１主面１と、第１主面１と反対側の第２主面２と、第２主面２の少なくとも一部を構成しかつ第１導電型を有する第１不純物領域１０と、第１主面１の少なくとも一部を構成し第１不純物領域１０に接して設けられかつ第１導電型と異なる第２導電型を有する第２不純物領域２０と、第１不純物領域１０から隔てられるように第２不純物領域２０に接して設けられかつ第１導電型を有する第３不純物領域３０とを有している。第１電極６１は、第１主面１において第２不純物領域２０および第３不純物領域３０の各々に接する。第２電極６２は、第２主面２において第１不純物領域１０に接する。第２不純物領域２０は、第１領域２１と、第１領域２１と第２主面２との間にありかつ第１領域２１に接する第２領域２２とを含んでいる。第１領域２１の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上である。
【００１０】
（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置２００によれば、第２領域２２の不純物濃度は、６×１０
16
ｃｍ
-3
以上であってもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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