JP6137955B2 - 炭化ケイ素半導体装置及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、炭化ケイ素を用いた炭化ケイ素半導体装置及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法に関する。
従来から炭化ケイ素（ＳｉＣ）を用いた炭化ケイ素半導体装置が知られている。このような炭化ケイ素半導体装置において、炭化ケイ素半導体基板の厚みを薄くすることは、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減するのに非常に有効である。
この点、従来から半導体装置の基板の下面（裏面）をバックグラインド、メカニカルポリッシュ等によって研削することは知られている。例えば特許文献１では、所定の深さに埋設された複数の埋め込み電極を備えた半導体ウエーハの下面を研削して、全ての埋め込み電極をウエーハの下面に表出させるウエーハの研削方法が開示されている。
しかしながら、炭化ケイ素は硬くて脆く、バックグラインド、メカニカルポリッシュ等の研削によって炭化ケイ素半導体基板１０を薄くすると、炭化ケイ素半導体基板１０の下面の縁に非常に破損しやすいナイフ形状のエッジ（以下「ナイフエッジ」という。）が形成されてしまい（図９参照）、このようなナイフエッジが破損されてしまうことがある。また、炭化ケイ素半導体基板１０全体を薄くすると、炭化ケイ素半導体基板１０の反り量が大きくなってしまう。
本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減しつつ、炭化ケイ素半導体基板の強度を高くし、さらに当該炭化ケイ素半導体基板に反りが発生することも防止することができる炭化ケイ素半導体装置及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法を提供する。
本発明による炭化ケイ素半導体装置は、
炭化ケイ素半導体基板と、
前記炭化ケイ素半導体基板上に形成された炭化ケイ素半導体層と、
前記炭化ケイ素半導体層上に設けられた電極と、
を備え、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方を含む領域に限定して、レーザー光を照射することによって形成された複数の凹部を有する凹部郡が設けられている。
炭化ケイ素半導体基板と、
前記炭化ケイ素半導体基板上に形成された炭化ケイ素半導体層と、
前記炭化ケイ素半導体層上に設けられた電極と、
を備え、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方を含む領域に限定して、レーザー光を照射することによって形成された複数の凹部を有する凹部郡が設けられている。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
複数の凹部郡及び複数の電極が設けられ、
各凹部郡は、各電極の鉛直方向下方に設けられていてもよい。
複数の凹部郡及び複数の電極が設けられ、
各凹部郡は、各電極の鉛直方向下方に設けられていてもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記凹部郡の各凹部は、水平方向において格子状に設けられていてもよい。
前記凹部郡の各凹部は、水平方向において格子状に設けられていてもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記凹部郡の各凹部は、水平方向においてハニカム構造で設けられていてもよい。
前記凹部郡の各凹部は、水平方向においてハニカム構造で設けられていてもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置では、
前記凹部郡において、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きくなってもよい。
前記凹部郡において、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きくなってもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置では、
前記凹部郡において、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きくなってもよい。
前記凹部郡において、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きくなってもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記凹部の縦断面形状はＵ字形状になってもよい。
前記凹部の縦断面形状はＵ字形状になってもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記凹部は、前記炭化ケイ素半導体基板内に形成され、その上端が前記炭化ケイ素半導体層に達していなくてもよい。
前記凹部は、前記炭化ケイ素半導体基板内に形成され、その上端が前記炭化ケイ素半導体層に達していなくてもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記レーザー光のエネルギーは、０．５J／ｃｍ２以上であってもよい。
前記レーザー光のエネルギーは、０．５J／ｃｍ２以上であってもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置において、
前記レーザー光によって、前記凹部の露出面に炭素の導電層が形成されてもよい。
前記レーザー光によって、前記凹部の露出面に炭素の導電層が形成されてもよい。
本発明による炭化ケイ素半導体装置の製造方法は、
炭化ケイ素半導体基板上に炭化ケイ素半導体層を形成する工程と、
前記炭化ケイ素半導体層上に電極を設ける工程と、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方又は前記電極の配置予定箇所の鉛直方向下方を含む領域に限定してレーザー光を照射することで複数の凹部を有する凹部郡を形成する工程と、
を備える。
炭化ケイ素半導体基板上に炭化ケイ素半導体層を形成する工程と、
前記炭化ケイ素半導体層上に電極を設ける工程と、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方又は前記電極の配置予定箇所の鉛直方向下方を含む領域に限定してレーザー光を照射することで複数の凹部を有する凹部郡を形成する工程と、
を備える。
本発明によれば、電極の鉛直方向下方に複数の凹部を有する凹部郡が設けられている。このため、電極の鉛直方向下方における炭化ケイ素半導体基板の厚みを部分的に薄くすることができ、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減することができる。
また、本発明では、凹部郡の凹部がレーザー光を用いて形成されるので、バックグラインド、メカニカルポリッシュ等による研削と異なり、炭化ケイ素半導体基板の下面にナイフエッジが形成されてしまうことがなく、炭化ケイ素半導体基板の強度を高いものにすることができる。さらに、炭化ケイ素半導体基板全体を薄くすることなく電極の鉛直方向下方を含む領域に限定して凹部郡を設けるので、炭化ケイ素半導体基板に反りが発生することも防止することができる。
第１の実施の形態
《構成》
以下、本発明に係る炭化ケイ素半導体装置（ＳｉＣ半導体装置）及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図６は本発明の第１の実施の形態を説明するための図である。本発明の炭化ケイ素半導体装置は特に限定されることはないが、例えばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やＭＯＳＦＥＴ等である。以下では、半導体装置としてショットキーバリアダイオードを用いて説明するが、このショットキーバリアダイオードはあくまでも半導体装置の一例に過ぎない点には留意が必要である。
《構成》
以下、本発明に係る炭化ケイ素半導体装置（ＳｉＣ半導体装置）及び炭化ケイ素半導体装置の製造方法の実施の形態について、図面を参照して説明する。ここで、図１乃至図６は本発明の第１の実施の形態を説明するための図である。本発明の炭化ケイ素半導体装置は特に限定されることはないが、例えばショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）やＭＯＳＦＥＴ等である。以下では、半導体装置としてショットキーバリアダイオードを用いて説明するが、このショットキーバリアダイオードはあくまでも半導体装置の一例に過ぎない点には留意が必要である。
図１に示すように、本実施の形態の炭化ケイ素半導体装置は、炭化ケイ素半導体基板（ＳｉＣ半導体基板）１０と、炭化ケイ素半導体基板１０上に形成された炭化ケイ素半導体層（ＳｉＣ半導体層）２０と、炭化ケイ素半導体層２０上に設けられたショットキー電極（特許請求の範囲で記載された「電極」に対応する。）５０と、を備えている。
より具体的には、本実施の形態の半導体装置は、高濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体基板（第1導電型炭化ケイ素半導体基板）１０と、高濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０上に形成された低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層（第1導電型炭化ケイ素半導体層）２０と、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０内にリング状で形成されたｐ型の炭化ケイ素半導体層（第２導電型炭化ケイ素半導体層）３０と、を備えている。なお、ｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０は、上面（以下「表面」とも言う。）と、当該上面に背向する下面（以下「裏面」とも言う。）とを有しており、ｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０の表面側に上述した低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０が形成されている。また、図２に示すように、ｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０の裏面側には、炭化ケイ素半導体基板１０の裏面の形状に沿ったオーミック電極８０が形成される。図示しないが、このオーミック電極８０には、はんだ、Ａｌ等を介して半導体チップが実装される。なお、図１ではこのオーミック電極８０は示されていない。
図２に示すように、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０及びｐ型の炭化ケイ素半導体層３０の上には、これらに跨がってショットキー電極５０が設けられている。そして、このショットキー電極５０上には引き出し電極５５が設けられている。また、ショットキー電極５０及び引き出し電極５５を取り囲むようにして、リング状で絶縁層６０が設けられている。なお、ショットキー電極５０の材料としては、例えばＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉ等を挙げることができる。引き出し電極５５の材料としては、例えばＡｌ、Ｎｉ、Ａｕ等を挙げることができる。絶縁層６０の材料としては、例えば酸化珪素、窒化珪素、ポリイミド等を挙げることができる。
ｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０のうち後述する凹部１６が形成されている箇所の厚みは例えば約２５０μｍであり、ショットキー電極５０及び引き出し電極５５を含んだ炭化ケイ素半導体装置の厚みは例えば約３５０μｍである。このため、この例で言うと、凹部１６の深さは約１００μｍとなっている。
炭化ケイ素半導体基板１０の下面であってショットキー電極５０の鉛直方向下方を含む領域に限定して、レーザー光Ｌを照射することによって形成された複数の凹部１６を有する凹部郡１５が設けられている。なお、本実施の形態で用いられるレーザー光Ｌのエネルギーは、例えば０．５J／ｃｍ２以上となっている。また、本実施の形態における凹部１６の露出面には、レーザー光Ｌによってケイ素（Ｓｉ）が飛び炭素（Ｃ）の導電層が形成されている。これは、一般にケイ素の方が炭素よりも飛びやすいことに由来している。すなわち、レーザー光Ｌを用いて凹部１６を形成すると、炭素とケイ素が飛んでいくが、最終的に形成される表面ではケイ素が飛んだ後の炭素によって導体層が形成されることとなる。
ちなみに、レーザー光Ｌは例えば５０μｍのスポットで照射され、一つのスポットによって又は各スポットを重なり合わせつつずらすことで、凹部１６が形成される。また、レーザー光Ｌの波長は例えば５５５ｎｍ以下となっている。本願発明者による実験によれば、５５５ｎｍよりもレーザー光Ｌの波長が長いと炭化ケイ素半導体基板１０をレーザー光が透過してしまい炭化ケイ素半導体基板１０に凹部１６を形成することができなかったが、レーザー光Ｌの波長が５５５ｎｍ以下となっている場合には、炭化ケイ素半導体基板１０に凹部１６を形成することができた。なお、このような波長のレーザー光としては、グリーンレーザー（波長は約５３２ｎｍ）やエキシマレーザー等を用いることができる。一般にグリーンレーザー等の波長が長いレーザー光（例えば４００ｎｍ以上の波長のレーザー光）を照射する機械は低額であることから、このようなレーザー光によって凹部１６を形成する場合には低額な機械で処理することができる点で有益である。
凹部郡１５の各凹部１６は様々な配置及び形状で設けることができるが、その一例としては、図４に示すように、各凹部１６が水平方向において格子状に設けられているものを挙げることができる。また、このような態様とは異なり、別の例としては、図５に示すように、凹部郡１５の各凹部１６が水平方向においてハニカム構造（蜂の巣形状）で設けられているものを挙げることができる。
上述したように、炭化ケイ素半導体基板１０の裏面側にはオーミック電極８０が形成されている。そして、このオーミック電極８０の材料としては、例えばＮｉ、Ｍｏ等を挙げることができる。ちなみに、炭化ケイ素は熱伝導性が高く放熱性に優れており、銅等と同程度の熱伝導性を有し、はんだ、Ｎｉ、Ａｌ等よりも高い熱伝導性を有している。
図２に示すように、凹部郡１５の水平方向の幅Ｗ２はショットキー電極５０の水平方向の幅Ｗ１よりも大きくなっている。また、本実施の形態の炭化ケイ素半導体装置には、複数の凹部郡１５及び複数のショットキー電極５０が設けられている（図１参照）。そして、各凹部郡１５は各ショットキー電極５０の鉛直方向下方に設けられており、ショットキー電極５０と凹部郡１５とが一対一の関係で形成されている。なお、本実施の形態の凹部１６は、その縦断面形状がＵ字形状になっている。ちなみに、本実施の形態では、図２に示すように、凹部郡１５において、各凹部１６の水平方向における幅が均一となり、同じ長さとなっている。
図２に示すように、本実施の形態の凹部１６は、炭化ケイ素半導体基板１０内に形成されているが、その上端１６ｔはｎ型の炭化ケイ素半導体層２０に達していない。すなわち、凹部１６の上端１６ｔは、鉛直方向において、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０の下端よりも下方に位置している。
ちなみに、本実施の形態の図面では、各凹部１６が同じ深さとなっており態様を用いているが、これに限られることはなく、凹部１６の深さは異なっていてもよい。一例としては、電極の中心側に位置する凹部１６の深さが、電極の周縁側に位置する凹部１６の深さよりも深くなり、電極の中心側に位置する凹部１６の上端と炭化ケイ素半導体層２０の下端との間の距離が電極の周縁側に位置する凹部１６の上端と炭化ケイ素半導体層２０の下端との間の距離よりも短くなっていてもよい。また、このような態様と異なり、電極の周縁側に位置する凹部１６の深さが、電極の中心側に位置する凹部１６の深さよりも深くなり、電極の周縁側に位置する凹部１６の上端と炭化ケイ素半導体層２０の下端との間の距離が電極の中心側に位置する凹部１６の上端と炭化ケイ素半導体層２０の下端との間の距離よりも短くなっていてもよい。
《製造工程》
次に、上述した構成からなる本実施の形態の半導体装置の製造工程について、主に図３を用いて説明する。
次に、上述した構成からなる本実施の形態の半導体装置の製造工程について、主に図３を用いて説明する。
まず、高濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０を準備する（図３（ａ）参照）。
次に、高濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体基板１０上に、エピタキシャル成長によって低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０を形成する（図３（ａ）参照）。この低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０は、耐圧を確保するのに必要な不純物濃度及び厚さになっている。
次に、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０上に、ＡｌやＢ等をイオン注入し、例えば１５００℃以上の加熱処理を施すことでｐ型の炭化ケイ素半導体層３０を形成する（図３（ｂ）参照）。より具体的には、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０の表面にＳｉＯ２をＣＶＤによって堆積する。次いで、ＳｉＯ２上にフォトレジストを形成し、そのフォトレジストのうちｐ型の炭化ケイ素半導体層３０の形成位置に対応する部分を除去する。この状態でエッチング処理を施すことで、ｐ型の炭化ケイ素半導体層３０の形成位置に対応する部分のＳｉＯ２を除去し、その部分の低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０を露出させる。その後、残りのフォトレジストを除去する。その後、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０の露出部位から例えばＡｌやＢ等をイオン注入する。そして、残りのＳｉＯ２を除去した後で、１５００℃以上の熱処理を施すことで、注入された不純物を活性化する。
次に、低濃度のｎ型の炭化ケイ素半導体層２０及びｐ型の炭化ケイ素半導体層３０の上に、これらに跨がってＴｉ、Ｍｏ、Ｎｉ等からなるショットキー電極５０が、例えばスパッタ法によって設けられる（図３（ｃ）参照）。
次に、ショットキー電極５０上に、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ等からなる引き出し電極５５が設けられる（図３（ｃ）参照）。
次に、ショットキー電極５０及び引き出し電極５５を取り囲むようにして、酸化珪素、窒化珪素、ポリイミド等からなる絶縁層６０が設けられる（図３（ｃ）参照）。
上述のようにして、ショットキー電極５０、引き出し電極５５及び絶縁層６０が設けられた後又は設けられる前に、炭化ケイ素半導体基板１０の下面（すなわち裏面）であってショットキー電極５０の鉛直方向下方又はショットキー電極５０の配置予定箇所の鉛直方向下方を含む領域に限定してレーザー光Ｌを照射することで複数の凹部１６を有する凹部郡１５が形成される（図３（ｄ）参照）。なお、図３に示す態様では、ショットキー電極５０、引き出し電極５５及び絶縁層６０が設けられた後で、炭化ケイ素半導体基板１０の裏面にレーザー光Ｌが照射されて、凹部郡１５が形成されている。また、照射されるレーザー光Ｌのエネルギーは例えば０．５J／ｃｍ２以上となっている。
このようにして形成される凹部郡１５内の凹部１６の配置及び形状の一例としては、各凹部１６が水平方向において格子状に設けられているものを挙げることができ（図４参照）、また別の例としては、凹部郡１５の各凹部１６が水平方向においてハニカム構造（蜂の巣形状）で設けられているものを挙げることができる（図５参照）。
このようにして形成される凹部郡１５の水平方向の幅Ｗ２はショットキー電極５０の水平方向の幅Ｗ１よりも大きくなっている（図２参照）。また、各凹部１６の縦断面形状はＵ字形状になっている。また、凹部１６は、炭化ケイ素半導体基板１０内に形成されており、その上端１６ｔが炭化ケイ素半導体層２０に達していない（図２参照）。
各凹部郡１５は各ショットキー電極５０の鉛直方向下方に対応して形成され、ショットキー電極５０と凹部郡１５とが一対一の関係で形成される（図１参照）。ちなみに、凹部１６の露出面には炭素（Ｃ）の導電層が形成されることとなる。
次に、炭化ケイ素半導体基板１０の下面（裏面）にオーミック電極８０が形成される（図３（ｅ）参照）。より具体的には、Ｎｉ、Ｍｏ等の金属を炭化ケイ素半導体基板１０の下面（裏面）に蒸着させたり、Ｎｉ、Ｍｏ等の金属で炭化ケイ素半導体基板１０の下面（裏面）をメッキしたりし、その後、例えば真空中において１０００度程度の温度で２分間の加熱処理が行われることで、オーミック電極８０が形成される。その後、オーミック電極８０に、はんだ等を介して半導体チップが実装される。
《効果》
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果について説明する。
次に、上述した構成からなる本実施の形態による効果について説明する。
本実施の形態によれば、ショットキー電極（電極）５０の鉛直方向下方に複数の凹部１６を有する凹部郡１５が設けられている（図１及び図２参照）。このため、ショットキー電極（電極）５０の鉛直方向下方における炭化ケイ素半導体基板１０の厚みを部分的に薄くすることができ、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減することができる。
なお、本実施の形態では、ショットキー電極５０の鉛直方向下方に炭化ケイ素半導体基板１０が残っている箇所があるため、このように炭化ケイ素半導体基板１０が残っている箇所ではオーミック電極８０、はんだ等の金属と比較して電気伝導性が小さくなってしまう。しかしながら、炭化ケイ素は熱伝導性が高く放熱性に優れるため、熱を持つことで電気抵抗が上昇することを防止することができる。
このため、本実施の形態では、ショットキー電極５０の鉛直方向下方における炭化ケイ素半導体基板の厚みを部分的に薄くすることと、発生する熱で電気抵抗が上昇することを防止することの組み合わせによって、ＯＮ抵抗を低減することができる。
また、このような凹部郡１５の凹部１６がレーザー光Ｌを用いて形成されるので、バックグラインド、メカニカルポリッシュ等による研削と異なり、炭化ケイ素半導体基板１０の下面にナイフエッジが形成されてしまうことがなく、炭化ケイ素半導体基板１０の強度を高いものにすることができる。さらに、炭化ケイ素半導体基板１０全体を薄くすることなく、ショットキー電極５０の鉛直方向下方を含む領域に限定して凹部郡１５を設けるので、炭化ケイ素半導体基板１０に反りが発生することも防止することができる。
これらの点について説明する。
炭化ケイ素半導体基板１０の厚みを薄くすることは、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減するのに非常に有効である。しかしながら、炭化ケイ素は硬くて脆く、バックグラインド、メカニカルポリッシュ等の研削によって薄くすると、炭化ケイ素半導体基板１０の下面の縁に非常に破損しやすいナイフエッジが形成されてしまい、このようなナイフエッジが破損されてしまうことがある（図９参照）。また、炭化ケイ素半導体基板１０全体を薄くすると、炭化ケイ素半導体基板１０の反り量が大きくなってしまう。
この点、本実施の形態では、ショットキー電極５０の鉛直方向下方を含む領域に限定して炭化ケイ素半導体基板１０の厚みを薄くすることから、炭化ケイ素半導体基板１０に反りが発生することも防止することができる。
また、凹部１６がレーザー光Ｌを用いて形成されるので、炭化ケイ素半導体基板１０の下面にナイフエッジが形成されてしまうことがなく、炭化ケイ素半導体基板１０の強度を高いものにすることができる。ちなみに、レーザー光を用いずに物理的に研鑽する等して凹部を形成した場合には炭化ケイ素半導体基板１０にダメージ層ができてしまうが、本実施の形態では、このようなダメージ層が生成されることを防止することもできる。
本実施の形態では、凹部郡１５の水平方向の幅Ｗ２がショットキー電極５０の水平方向の幅Ｗ１よりも大きくなっている（図２参照）。このため、ショットキー電極５０の鉛直方向下方の全体にわたって断続的に凹部１６を形成し、炭化ケイ素半導体基板１０の厚みを断続的に薄くすることができる。ちなみに、ショットキー電極５０等の電極から炭化ケイ素半導体基板１０の下面（裏面）に向かって流れる電流は一定の広がりを持つことから、凹部郡１５の水平方向の幅Ｗ２がショットキー電極５０の水平方向の幅Ｗ１と等しくなっているのではなく、凹部郡１５の水平方向の幅Ｗ２がショットキー電極５０の水平方向の幅Ｗ１よりも大きくなっている方が好ましい。
また、本実施の形態では、各凹部郡１５が各ショットキー電極５０の鉛直方向下方に設けられており、各ショットキー電極５０に対応して各凹部郡１５が設けられている（図１参照）。このため、ショットキー電極５０の鉛直方向下方において炭化ケイ素半導体基板１０の厚みが断続的に薄くなっていない箇所がなく、各ショットキー電極５０の鉛直方向下方で炭化ケイ素半導体基板１０の厚みが断続的に薄くなっているので、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗をより確実に低減することができる。また、ショットキー電極５０が設けられていない箇所の鉛直下方に凹部１６が設けられていないことから、炭化ケイ素半導体基板１０の厚みが薄くなる箇所を極力少なくすることができ、炭化ケイ素半導体基板１０に反りが発生することを極力防止することができる。
また、本実施の形態では、凹部１６の縦断面形状がＵ字形状になっており、凹部１６が角張った形状となっていない（図１及び図２参照）。この点、凹部が角張った形状となっている場合には、蒸着処理、メッキ処理、ダイボンド処理等を行う際に上端の角に金属がつきにくいこと等で不都合が発生しうるが、本実施の形態のように凹部１６の縦断面形状がＵ字形状になっている場合には、このように金属がつきにくい状況が生じることを防止することができる。
また、本実施の形態では、凹部１６が炭化ケイ素半導体基板１０内に形成され、その上端１６ｔが炭化ケイ素半導体層２０に達していない（図２参照）。このため、耐圧を確保するための炭化ケイ素半導体層２０が薄くなることを防止することができ、ひいては、高い耐圧を維持することができる。
ちなみに、凹部１６内にはＮｉ等の金属でオーミック電極８０が形成された後で、はんだ等が入り込むことになるが、炭化ケイ素は、これらＮｉ及びはんだよりも熱伝導性が高いことから、炭化ケイ素半導体基板１０を介して熱を逃がすことができる。
変形例
上述した実施の形態では、凹部１６の縦断面形状がＵ字形状になっている態様を用いて説明した。しかしながら、この態様はあくまでも一例であり、別の態様も用いることができる。別の態様の一例としては、図６に示すように、凹部１６’の縦断面形状が矩形状になっているものを挙げることができる。ちなみに、図６において「１６’ｔ」は、凹部１６’の上端を示している。
上述した実施の形態では、凹部１６の縦断面形状がＵ字形状になっている態様を用いて説明した。しかしながら、この態様はあくまでも一例であり、別の態様も用いることができる。別の態様の一例としては、図６に示すように、凹部１６’の縦断面形状が矩形状になっているものを挙げることができる。ちなみに、図６において「１６’ｔ」は、凹部１６’の上端を示している。
このような変形例による矩形状の凹部１６’では、ショットキー電極５０（電極）の鉛直方向下方を均一に薄くすることができるので、炭化ケイ素半導体装置のＯＮ抵抗を低減することを期待できる。
第２の実施の形態
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、凹部郡１５において、各凹部１６の水平方向における幅が均一となっている態様であったが、第２の実施の形態では、凹部郡１５において、各凹部１６の水平方向における幅が異なる態様となっている。
第２の実施の形態において、その他の構成は、第１の実施の形態と略同一の態様となっている。第２の実施の形態において、第１の実施の形態と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。
本実施の形態でも、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。第１の実施の形態で詳細に説明したことから、本実施の形態における効果の説明は、本実施の形態において固有な部分についてのみ行う。
本実施の形態の第一の態様としては、図７に示すように、凹部郡１５において、ショットキー電極（電極）５０の中心側に位置する凹部１６ｃの水平方向における幅が、ショットキー電極５０の周縁側に位置する凹部１６ｐの水平方向における幅よりも大きくなっている。より具体的には、ショットキー電極５０の中心部の最も近くに位置する凹部１６ｃの水平方向における幅が、ショットキー電極５０の周縁部の最も近くに位置する凹部１６ｐの水平方向における幅よりも大きくなっている。なお、図７に示した態様では、ショットキー電極５０の中心部から周縁部に向かうにつれて凹部１６の幅が段階的に狭くなっている。
このような態様によれば、凹部１６内に埋設されるオーミック電極８０やはんだ等の金属の量をショットキー電極５０の鉛直下方の中心部側で多くし、ショットキー電極５０の鉛直下方の周縁部側で少なくすることができ、電流を凹部郡１５の中心部側に集中させることができる。
本実施の形態の第二の態様としては、図８に示すように、凹部郡１５において、ショットキー電極５０の周縁側に位置する凹部１６ｐの水平方向における幅が、ショットキー電極５０の中心側に位置する凹部１６ｃの水平方向における幅よりも大きくなっている。より具体的には、ショットキー電極５０の周縁部の最も近くに位置する凹部１６ｐの水平方向における幅が、ショットキー電極５０の中心部の最も近くに位置する凹部１６ｃの水平方向における幅よりも大きくなっている。なお、図８に示した態様では、ショットキー電極５０の中心部から周縁部に向かうにつれて凹部１６の幅が段階的に広くなっている。
このような態様によれば、凹部１６内に埋設されるオーミック電極８０やはんだ等の金属の量をショットキー電極５０の鉛直下方の周縁部側で多くし、ショットキー電極５０の鉛直下方の中心部側で少なくすることができ、電流を凹部郡１５の周縁部側に集中させることができる。
なお、上述した第一の態様と第二の態様のいずれを用いるかは、炭化ケイ素半導体装置の設計次第である。一般に、温度が高くなった状態で電流が集中すると炭化ケイ素半導体装置が壊れてしまうことから、温度が高くなった状態において電流を逃がすことができる構造が好ましい。上述したように、第一の態様によれば、電流を凹部郡１５の中心部側に集中させることができる。他方、第二の態様によれば、電流を凹部郡１５の周縁部側に集中させることができる。この点、温度が高くなった状態で電流を逃がすために、電流を凹部郡１５の中心部側に集中させた方がよいか、又は、電流を凹部郡１５の周縁部側に集中させた方がよいかは炭化ケイ素半導体装置の設計の仕方によって左右されることから、一概に言えない。このため、炭化ケイ素半導体装置の設計内容に応じて、電流を凹部郡１５の中心部側に集中させるか電流を凹部郡１５の周縁部側に集中させることを選択し、適宜、温度が高くなった状態において電流を逃がすことで、炭化ケイ素半導体装置が破壊されることを防止することができる。
最後になったが、上述した各実施の形態の記載、変形例の記載及び図面の開示は、特許請求の範囲に記載された発明を説明するための一例に過ぎず、上述した実施の形態の記載又は図面の開示によって特許請求の範囲に記載された発明が限定されることはない。
１０ 炭化ケイ素半導体基板
１５ 凹部郡
１６ 凹部
１６’ 凹部
１６ｔ 凹部の上端
１６’ｔ 凹部の上端
１６ｐ 周縁側に位置する凹部
１６ｃ 中心側に位置する凹部
２０ ｎ型の炭化ケイ素半導体層
３０ ｐ型の炭化ケイ素半導体層
５０ ショットキー電極（電極）
Ｌ レーザー光
Ｗ１ ショットキー電極の水平方向の幅
Ｗ２ 凹部郡の水平方向の幅
１５ 凹部郡
１６ 凹部
１６’ 凹部
１６ｔ 凹部の上端
１６’ｔ 凹部の上端
１６ｐ 周縁側に位置する凹部
１６ｃ 中心側に位置する凹部
２０ ｎ型の炭化ケイ素半導体層
３０ ｐ型の炭化ケイ素半導体層
５０ ショットキー電極（電極）
Ｌ レーザー光
Ｗ１ ショットキー電極の水平方向の幅
Ｗ２ 凹部郡の水平方向の幅
Claims (10)
- 炭化ケイ素半導体基板と、
前記炭化ケイ素半導体基板上に形成された炭化ケイ素半導体層と、
前記炭化ケイ素半導体層上に設けられた電極と、
を備え、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方に、複数の凹部を有する凹部郡が設けられており、
前記凹部郡において、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きいことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 炭化ケイ素半導体基板と、
前記炭化ケイ素半導体基板上に形成された炭化ケイ素半導体層と、
前記炭化ケイ素半導体層上に設けられた電極と、
を備え、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方に、複数の凹部を有する凹部郡が設けられており、
前記凹部郡において、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きいことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置。 - 複数の凹部郡及び複数の電極が設けられ、
各凹部郡は、各電極の鉛直方向下方に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の炭化ケイ素半導体装置。 - 前記凹部郡の各凹部は、水平方向において格子状に設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記凹部郡の各凹部は、水平方向においてハニカム構造で設けられていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記凹部の縦断面形状はＵ字形状になっていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 前記凹部は、前記炭化ケイ素半導体基板内に形成され、その上端が前記炭化ケイ素半導体層に達していないことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載の炭化ケイ素半導体装置。
- 炭化ケイ素半導体基板上に炭化ケイ素半導体層を形成する工程と、
前記炭化ケイ素半導体層上に電極を設ける工程と、
前記炭化ケイ素半導体基板の下面であって前記電極の鉛直方向下方にレーザー光を照射することで複数の凹部を有する凹部郡を形成する工程と、
を備え、
前記凹部郡において、前記電極の中心側に位置する凹部の水平方向における幅は、前記電極の周縁側に位置する凹部の水平方向における幅よりも大きいことを特徴とする炭化ケイ素半導体装置の製造方法。 - 前記レーザー光のエネルギーは、０．５J／ｃｍ ２ 以上であることを特徴とする請求項８に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
- 前記レーザー光によって、前記凹部の露出面に炭素の導電層が形成されることを特徴とする請求項８又は９に記載の炭化ケイ素半導体装置の製造方法。
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