JP6827433B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
図面は模式的または概念的なものであり、各部分の厚さと幅との関係、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、既出の図に関して前述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。
図1(a)及び図1(b)は、第1実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図1(a)は、図1(b)の一部PAを示している。図1(a)及び図1(b)に示すように、実施形態に係る半導体装置110は、第1素子71を含む。第1素子71は、第1電極51、第2電極52、第1半導体領域11、第2半導体領域12、第3半導体領域13及び第4半導体領域14を含む。
図2(a)は、実施形態に係る半導体装置110に対応する。図2(b)は、参考例の半導体装置119に対応する。半導体装置119においては、第4半導体領域14が設けられない。半導体装置119においては、第3半導体領域13は、第2導電領域52bと接する。
これらの図は、半導体装置における電流密度IFと順電圧VFとの関係の例を示す。これらの図の横軸は、順電圧VF(V)である。縦軸は、電流密度IF(A/cm2)である。これらの図には、異なる温度(第1温度T1及び第2温度T2)における特性が例示されている。これらの図において、第1温度T1は25℃である。図3(a)において、第2温度T2は、175℃である。図3(b)において、第2温度T2は、100℃である。これらの図において、第1温度T1における特性は同じである。これらの図の電流密度IFの範囲は、使用範囲(半導体装置の使用時に想定される電流密度の範囲)である。
図4(a)〜図4(f)は、第1実施形態に係る半導体装置の製造方法を例示する工程順模式的断面図である。
図4(a)に示すように、第1半導体部21の上に、第1半導体領域11を形成する。例えば、エピタキシャル成長により、第1半導体領域11が形成される。第1半導体領域11の上に、第2半導体領域12となる半導体膜12Fを形成する。半導体膜12Fは、例えば、エピタキシャル成長またはイオン注入により生成される。
図5(a)に示すように、第1半導体部21の上に、第1半導体領域11、第2半導体領域12となる半導体膜12F、第3半導体領域13となる半導体膜13F、及び、第4半導体領域14となる半導体膜14Fをこの順で形成する。これらの半導体膜は、例えば、エピタキシャル成長により形成される。
図6に示すように、本実施形態に係る半導体装置210は、第1素子71に加えて、第2素子72、第1接続部材41及び第2接続部材42をさらに含む。
図7は、第2実施形態に係る半導体装置を例示する模式的断面図である。
図7に示すように、実施形態に係る半導体装置120は、第1素子71を含む。第1素子71は、第1電極51、第2電極52、第1半導体領域11、第2半導体領域12、第3半導体領域13及び第4半導体領域14を含む。半導体装置120における第4半導体領域14の構成が、半導体装置110における第4半導体領域14の構成とは異なる。半導体装置120におけるこれ以外の構成は、例えば、半導体装置110の構成と同じである。以下、半導体装置120における第4半導体領域14の例について説明する。
これらの図は、半導体領域におけるPL特性を例示している。横軸は、波長Lm(nm:ナノメートル)である。縦軸は、強度IPL(任意単位)である。図8(a)は、結晶欠陥が多い領域の第1特性PL1に対応する。図8(b)は、結晶欠陥が少ない領域の第2特性PL2に対応する。結晶欠陥が少ない領域は、エピタキシャル成長したSiCである。結晶欠陥が多い領域は、エピタキシャル成長したSiCに第1元素が注入された後の状態に対応する。
図9に示すように、本実施形態に係る半導体装置220は、第1素子71に加えて、第2素子72、第1接続部材41及び第2接続部材42をさらに含む。半導体装置220における第2素子72においては、第8半導体領域18の構成が、半導体装置210における第2素子72の第8半導体領域18の構成とは異なる。半導体装置220におけるこれ以外の構成は、例えば、半導体装置210における構成と同じである。
本実施形態に係る半導体装置における第1素子71も、第1電極51、第2電極52、及び、第1〜第3半導体領域11〜13を含む。これらについては、半導体装置110と同様である。本実施形態に係る半導体装置も、第4半導体領域14(図1などを参照)を含む。第4半導体領域14における第2導電形の不純物の濃度は、第2半導体領域における第2導電形の不純物の濃度よりも高い。第4半導体領域14における第2導電形の不純物の濃度は、第3半導体領域13における第2導電形の不純物の濃度よりも低い。または、第4半導体領域14は、Ar、Kr、Xe、Rn、N、P、Ti及びVよりなる群から選択された少なくとも1つの第1元素を含む。
Claims (19)
- 第1電極と、
第2電極であって、前記第1電極から前記第2電極への方向は第1方向に沿い、前記第2電極は第1導電領域及び第2導電領域を含み、前記第2導電領域から前記第1導電領域への第2方向は前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
前記第1電極と前記第1導電領域との間、及び、前記第1電極と前記第2導電領域との間に設けられ、第1導電形の炭化珪素を含む第1半導体領域と、
第2導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域であって、前記第2半導体領域は、第1部分領域及び第2部分領域を含み、前記第1部分領域は、前記第1半導体領域と前記第1導電領域との間に設けられ、前記第1部分領域は、前記第1半導体領域及び前記第1導電領域と接し、前記第2部分領域は、前記第1半導体領域と前記第2導電領域との間に設けられ、前記第2部分領域は、前記第1半導体領域及び前記第1部分領域と接した、前記第2半導体領域と、
前記第2部分領域と前記第2導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域と、
前記第3半導体領域と前記第2導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域と、
を含む第1素子を備え、
前記第3半導体領域は、前記第2部分領域及び前記第1部分領域と接し、
前記第4半導体領域は、前記第3半導体領域、前記第1部分領域及び前記第2導電領域と接し、
前記第1導電形はn形であり、前記第2導電形はp形であり、
前記第1素子は、第1状態または第2状態を有し、
前記第1状態において、前記第2〜第4半導体領域は前記第1導電形の不純物を含まず、前記第4半導体領域における前記第2導電形の不純物の濃度は、前記第2半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度よりも高く、前記第3半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度の1/2以下であり、
前記第2状態において、前記第2〜第4半導体領域は前記第1導電形の不純物及び前記第2導電形の不純物を含み、前記第4半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第4半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との第1差は、前記第2半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第2半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との差よりも大きく、前記第1差は、前記第3半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第3半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との差の1/2以下である、半導体装置。 - 前記第1導電領域及び前記第2導電領域は、金属元素を含み、
前記第4半導体領域と前記第2導電領域との境界を含む領域は、シリコンと前記金属元素との結合を含み、
前記第1部分領域と前記第1導電領域との境界を含む領域は、前記結合を含まない、または、前記第1部分領域と前記第1導電領域との境界を含む前記領域における前記結合の濃度は、前記第4半導体領域と前記第2導電領域との境界を含む前記領域における前記結合の濃度よりも低い、請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1導電領域は、第1金属元素を含み、
前記第2導電領域は、第2金属元素を含み、
前記第1金属元素の仕事関数は、前記第2金属元素の仕事関数よりも低い、請求項1記載の半導体装置。 - 前記第1導電領域は、Ti、Mo、W、Pt、Ni及びAlよりなる群から選択された少なくとも1つを含み、
前記第2導電領域は、Ni、Ti及びAl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。 - 前記第1部分領域と前記第1導電領域とは、ショットキー接触し、
前記第4半導体領域と前記第2導電領域とは、オーミック接触する、請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第4半導体領域と前記第2導電領域との間のコンタクト抵抗は、1×10−3Ωcm2以上5×10−3Ωcm2以下である、請求項5記載の半導体装置。
- 前記第2半導体領域における前記第2導電形のキャリア濃度は、5×1017cm−3以上5×1018cm−3未満であり、
前記第3半導体領域における前記第2導電形のキャリア濃度は、5×1019cm−3以上1×1021cm−3以下であり、
前記第4半導体領域における前記第2導電形のキャリア濃度は、5×1018cm−3以上5×1020cm−3以下である、請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2部分領域の前記第1方向に沿う長さは、300ナノメートル以上1000ナノメートル以下であり、
前記第3半導体領域の前記第1方向に沿う長さは、50ナノメートル以上1000ナノメートル以下であり、
前記第4半導体領域の前記第1方向に沿う長さは、20ナノメートル以上500ナノメートル以下である、請求項1〜7のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 第2素子と、
第1接続部材と、
第2接続部材と、
をさらに備え、
前記第2素子は、
第3電極と、
第4電極であって、前記第3電極から前記第4電極への方向は第3方向に沿い、前記第4電極は第3導電領域及び第4導電領域を含み、前記第4導電領域から前記第3導電領域への第4方向は前記第3方向と交差した、前記第4電極と、
前記第3電極と前記第3導電領域との間、及び、前記第3電極と前記第4導電領域との間に設けられ、前記第1導電形の炭化珪素を含む第5半導体領域と、
前記第2導電形の炭化珪素を含む第6半導体領域であって、前記第6半導体領域は、第3部分領域及び第4部分領域を含み、前記第3部分領域は、前記第3電極と前記第3導電領域との間に設けられ、前記第4部分領域は、前記第3電極と前記第4導電領域との間に設けられた、前記第6半導体領域と、
前記第4部分領域と前記第4導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第7半導体領域と、
前記第7半導体領域と前記第4導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第8半導体領域と、
を含み、
前記第2素子は、第3状態または第4状態を有し、
前記第3状態において、前記第6〜第8半導体領域は前記第1導電形の不純物を含まず、前記第8半導体領域における前記第2導電形の不純物の濃度は、前記第6半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度よりも高く、前記第7半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度の1/2以下であり、
前記第4状態において、前記第6〜第8半導体領域は前記第1導電形の不純物及び前記第2導電形の不純物を含み、前記第8半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第8半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との第2差は、前記第6半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第6半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との差よりも大きく、前記第2差は、前記第7半導体領域における前記第2導電形の前記不純物の濃度と前記第7半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度との差の1/2以下であり、
前記第1接続部材は、前記第1電極と前記第3電極とを互いに電気的に接続し、
前記第2接続部材は、前記第2電極と前記第4電極とを互いに電気的に接続する、請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第2素子は、前記第1導電形の第2半導体部をさらに含み、
前記第2半導体部は、前記第3電極と前記第5半導体領域との間に設けられ、
前記第2半導体部における前記第1導電形の不純物の濃度は、前記第5半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度よりも高い、請求項9記載の半導体装置。 - 前記第1素子は、前記第1導電形の第1半導体部をさらに含み、
前記第1半導体部は、前記第1電極と前記第1半導体領域との間に設けられ、
前記第1半導体部における前記第1導電形の不純物の濃度は、前記第1半導体領域における前記第1導電形の前記不純物の濃度よりも高い、請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 第1電極と、
第2電極であって、前記第1電極から前記第2電極への方向は第1方向に沿い、前記第2電極は第1導電領域及び第2導電領域を含み、前記第2導電領域から前記第1導電領域への第2方向は前記第1方向と交差した、前記第2電極と、
前記第1電極と前記第1導電領域との間、及び、前記第1電極と前記第2導電領域との間に設けられ、第1導電形の炭化珪素を含む第1半導体領域と、
第2導電形の炭化珪素を含む第2半導体領域であって、前記第2半導体領域は、第1部分領域及び第2部分領域を含み、前記第1部分領域は、前記第1電極と前記第1導電領域との間に設けられ、前記第2部分領域は、前記第1電極と前記第2導電領域との間に設けられた、前記第2半導体領域と、
前記第2部分領域と前記第2導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第3半導体領域と、
前記第3半導体領域と前記第2導電領域との間に設けられ、前記第2導電形の炭化珪素を含む第4半導体領域と、
を含む第1素子を備え、
前記第4半導体領域は、Ar、Kr、Xe、Rn、N、P、Ti及びVよりなる群から選択された少なくとも1つの第1元素を含み、
前記第1部分領域は、前記第1元素を含まない、または、前記第1部分領域における前記第1元素の濃度は、前記第4半導体領域における前記第1元素の濃度よりも低い、半導体装置。 - 前記第4半導体領域における前記第1元素の濃度は、1×1015cm−3以上1×1019cm−3以下である、請求項12記載の半導体装置。
- 前記第1部分領域と前記第1導電領域とは、ショットキー接触する、請求項12または13に記載の半導体装置。
- 前記第4半導体領域のフォトルミネッセンスにおける390ナノメートルの強度に対する前記第4半導体領域の前記フォトルミネッセンスにおける500ナノメートルの強度の比は、前記第1部分領域のフォトルミネッセンスにおける390ナノメートルの強度に対する前記第1部分領域の前記フォトルミネッセンスにおける500ナノメートルの強度の比よりも高い、請求項1〜14いずれか1つに記載の半導体装置。
- 前記第3半導体領域から前記第1部分領域の一部への方向は、前記第2方向に沿い、
前記第4半導体領域から前記第1部分領域の別の一部への方向は、前記第2方向に沿う、請求項1〜15のいずれか1つに記載の半導体装置。 - 前記第3半導体領域の前記第2方向に沿う長さは、前記第1部分領域の前記第2方向に沿う長さよりも短く、
前記第4半導体領域の前記第2方向に沿う長さは、前記第1部分領域の前記第2方向に沿う前記長さよりも短い、請求項16記載の半導体装置。 - 前記第3半導体領域の前記第2方向に沿う長さは、前記第1部分領域の前記第2方向に沿う長さの0.2倍以上0.95倍以下であり、
前記第4半導体領域の前記第2方向に沿う長さは、前記第1部分領域の前記第2方向に沿う前記長さの0.2倍以上0.95倍以下である、請求項17記載の半導体装置。 - 前記半導体装置は、ダイオードである、請求項1〜18のいずれか1つに記載の半導体装置。
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