JP6891739B2 - 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents
半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6891739B2 JP6891739B2 JP2017169539A JP2017169539A JP6891739B2 JP 6891739 B2 JP6891739 B2 JP 6891739B2 JP 2017169539 A JP2017169539 A JP 2017169539A JP 2017169539 A JP2017169539 A JP 2017169539A JP 6891739 B2 JP6891739 B2 JP 6891739B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- semiconductor device
- source region
- region
- recess
- thin
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 title claims description 92
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 38
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims description 25
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 53
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 48
- 238000005468 ion implantation Methods 0.000 claims description 32
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 31
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 15
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 claims description 14
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 8
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 8
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical group [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 3
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 claims description 2
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 239000010432 diamond Substances 0.000 claims description 2
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 2
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 10
- 238000001312 dry etching Methods 0.000 description 9
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 9
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 9
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 9
- 229910021420 polycrystalline silicon Inorganic materials 0.000 description 6
- 229920005591 polysilicon Polymers 0.000 description 6
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 5
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 4
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 4
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 3
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 description 3
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 2
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 2
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 2
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 2
- 238000009432 framing Methods 0.000 description 2
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 2
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/68—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
- H01L29/76—Unipolar devices, e.g. field effect transistors
- H01L29/772—Field effect transistors
- H01L29/78—Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
- H01L29/7801—DMOS transistors, i.e. MISFETs with a channel accommodating body or base region adjoining a drain drift region
- H01L29/7802—Vertical DMOS transistors, i.e. VDMOS transistors
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/08—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/0843—Source or drain regions of field-effect devices
- H01L29/0847—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate
- H01L29/0852—Source or drain regions of field-effect devices of field-effect transistors with insulated gate of DMOS transistors
- H01L29/0856—Source regions
- H01L29/0869—Shape
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
- H01L29/10—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions with semiconductor regions connected to an electrode not carrying current to be rectified, amplified or switched and such electrode being part of a semiconductor device which comprises three or more electrodes
- H01L29/1095—Body region, i.e. base region, of DMOS transistors or IGBTs
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66007—Multistep manufacturing processes
- H01L29/66053—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide
- H01L29/66068—Multistep manufacturing processes of devices having a semiconductor body comprising crystalline silicon carbide the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/12—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed
- H01L29/16—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only elements of Group IV of the Periodic Table
- H01L29/1608—Silicon carbide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Semiconductor Integrated Circuits (AREA)
Description
本発明に係る半導体装置の製造方法では、ソース領域のチャネル領域と隣接する部分とソース電極が接続される部分との間に、周囲よりも厚さが薄い薄肉部が設けられる。薄肉部によりソース領域が高抵抗化する。ソース領域に高抵抗部分を形成するためにエピタキシャル成長等が必要ないため、ソース領域の抵抗値のバラつきを抑制できる。従って、短絡耐量のバラつきを抑制できる。
図1は、実施の形態1に係る半導体装置100の断面図である。半導体装置100は、SiC−MOSFETである。図1には、半導体装置100のユニットセルのうちハーフピッチが示されている。半導体装置100は基板10を備える。基板10は炭化珪素から形成される。
実施の形態2に係る半導体装置100の製造方法について説明する。ウェル形成工程までは、実施の形態1と同様である。次に、ソース形成工程を実施する。図6は、実施の形態2のソース形成工程を説明する断面図である。まず、基板10の上面に第1マスク150を設ける。第1マスク150は、絶縁膜またはポリシリコン膜である。第1マスク150は、CVDにより成膜される。
図10は、実施の形態3に係る半導体装置200の断面図である。本実施の形態ではソース領域216の構造が実施の形態1と異なる。ソース領域216は、薄肉部220を有する。ソース領域216の実効キャリア濃度は、薄肉部220以外の部分よりも薄肉部220において低い。ここで、実効キャリア濃度は、第1型の不純物濃度と第2型の不純物濃度の差分である。
図14は、実施の形態4に係る半導体装置300の断面図である。本実施の形態ではソース領域316の構造が実施の形態1と異なる。ソース領域316は、第1ソース領域316aと第2ソース領域316bとを有する。第1ソース領域316aは、基板10の上面から形成された厚さLaの領域である。第2ソース領域316bは第1ソース領域316aの下に形成された厚さLbの領域である。また、ソース領域316は薄肉部320を有する。
図17は、実施の形態5に係る半導体装置400の断面図である。本実施の形態では、ウェル領域414の構造が実施の形態1と異なる。ウェル領域414は、薄肉部20の直下で基板10の上面と反対側に突出した凸部415を有する。
JFET(Junction Field−Effect Transistor)領域の電界を緩和できる。ここでJFET領域は、ドリフト層12の上面側のうち、ウェル領域14に隣接する部分である。従って、JFET領域の直上のゲート酸化膜24の信頼性を向上できる。
本実施の形態は、上述した実施の形態1〜5にかかる半導体装置を電力変換装置に適用したものである。本実施の形態は特定の電力変換装置に限定されるものではないが、以下、実施の形態6として、三相のインバータに実施の形態1〜5にかかる半導体装置を適用した場合について説明する。
Claims (16)
- 基板と、
前記基板の上面側に設けられた第1導電型のドリフト層と、
前記ドリフト層の上面側に設けられた第2導電型のウェル領域と、
前記ウェル領域の上面側に設けられた前記第1導電型のソース領域と、
前記ウェル領域の一部であり、前記ドリフト層と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域と、
前記ドリフト層の上面から前記チャネル領域の上面に渡って設けられたゲート酸化膜と、
前記ゲート酸化膜を介して、前記ドリフト層の上面から前記チャネル領域の上面に渡って設けられたゲート電極と、
前記ソース領域と接続されたソース電極と、
前記基板の裏面に設けられたドレイン電極と、
を備え、
前記ソース領域には、前記チャネル領域と隣接する部分と、前記ソース電極が接続される部分との間に、周囲よりも厚さが薄い薄肉部が設けられ、
前記薄肉部は、前記ソース領域の上面に凹部が設けられることで形成され、
前記薄肉部のキャリア濃度は、前記凹部の深さバラつきの範囲よりも深い位置で最大となることを特徴とする半導体装置。 - 前記凹部の側面は絶縁層に覆われることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
- 前記絶縁層は前記ゲート酸化膜を備え、
前記凹部の側面は前記ゲート酸化膜に覆われることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 - 前記絶縁層は、前記ゲート電極の上に設けられた層間絶縁膜を備え、
前記凹部は前記層間絶縁膜で埋め込まれることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。 - 前記ソース領域の実効キャリア濃度は、前記薄肉部以外の部分よりも前記薄肉部の方が低いことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記ウェル領域は、前記薄肉部の直下で前記基板の上面と反対側に突出した凸部を有することを特徴とする請求項1〜5の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記半導体装置はワイドバンドギャップ半導体によって形成されていることを特徴とする請求項1〜6の何れか1項に記載の半導体装置。
- 前記ワイドバンドギャップ半導体は、炭化珪素、窒化ガリウム系材料またはダイヤモンドであることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 請求項1〜8の何れか1項に記載の半導体装置を有し、入力される電力を変換して出力する主変換回路と、
前記半導体装置を駆動する駆動信号を前記半導体装置に出力する駆動回路と、
前記駆動回路を制御する制御信号を前記駆動回路に出力する制御回路と、
を備えた電力変換装置。 - 基板の上面側に第1導電型のドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層の上面側に第2導電型のウェル領域を形成するウェル形成工程と、
前記ドリフト層の上面側に前記第1導電型のソース領域を形成するソース形成工程と、
前記ソース領域の上面に凹部を形成することで、前記ソース領域に周囲よりも厚さが薄い薄肉部を設ける凹部形成工程と、
前記ドリフト層の上面から前記ウェル領域の上面に渡ってゲート酸化膜を形成する工程と、
前記ゲート酸化膜の上にゲート電極を形成する工程と、
前記ソース領域の上面にソース電極を接続する工程と、
前記基板の裏面にドレイン電極を形成する工程と、
を備え、
前記ソース領域は、前記ウェル領域の上面側に設けられ、
前記ウェル領域は、前記ゲート電極の直下に、前記ドリフト層と前記ソース領域とに挟まれたチャネル領域を有し、
前記ソース電極は、前記ソース領域のうち前記チャネル領域と隣接する部分と前記薄肉部を挟んで反対側に接続され、
前記ソース形成工程は、
前記基板の上面に第1マスクを設ける工程と、
前記第1マスクに開口を形成し、前記基板を露出させる工程と、
前記開口から前記基板にイオン注入を行い、前記ソース領域を形成する工程と、
を備え、
前記凹部形成工程は、
前記開口の幅を狭める工程と、
前記開口の幅を狭めた状態で、前記第1マスクを用いて前記凹部を形成する工程と、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記凹部形成工程は、
前記開口から前記ソース領域に、前記ソース領域の深さよりも浅くイオン注入を行い、前記ソース領域の上面側にアモルファス化したイオン注入部分を形成する工程と、
前記イオン注入部分を熱酸化させる工程と、
熱酸化した前記イオン注入部分を除去する工程と、
を備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置の製造方法。 - CVDまたは熱酸化により前記開口の幅を狭めることを特徴とする請求項10または11に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記凹部形成工程の後に、前記薄肉部にさらにイオン注入を行うことを特徴とする請求項10〜12の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記薄肉部の厚さを見積もる工程と、
見積もられた前記薄肉部の厚さに基づき、前記薄肉部の抵抗値が目標の抵抗値となる実効キャリア濃度を算出する工程と、
算出された前記実効キャリア濃度に基づき、前記薄肉部にイオン注入を行う工程と、
を備えることを特徴とする請求項13に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記ウェル形成工程は、前記凹部形成工程の後に実施されることを特徴とする請求項10〜14の何れか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ウェル形成工程は、
前記基板の上面にレジストを設ける工程と、
前記凹部を位置基準として前記レジストを写真製版し第2マスクを形成する工程と、
前記第2マスクを用いてイオン注入を行い、前記ウェル領域を形成する工程と、
を備えることを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017169539A JP6891739B2 (ja) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2017169539A JP6891739B2 (ja) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2019046996A JP2019046996A (ja) | 2019-03-22 |
JP6891739B2 true JP6891739B2 (ja) | 2021-06-18 |
Family
ID=65812953
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2017169539A Active JP6891739B2 (ja) | 2017-09-04 | 2017-09-04 | 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6891739B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2024067997A1 (en) * | 2022-09-30 | 2024-04-04 | Hitachi Energy Ltd | Semiconductor device and manufacturing method |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4872217B2 (ja) * | 2005-02-16 | 2012-02-08 | 富士電機株式会社 | 炭化珪素半導体素子の製造方法 |
JP6144674B2 (ja) * | 2012-05-15 | 2017-06-07 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
JP6282088B2 (ja) * | 2013-11-13 | 2018-02-21 | 三菱電機株式会社 | 半導体装置及びその製造方法 |
CN107078160B (zh) * | 2014-10-20 | 2020-07-17 | 三菱电机株式会社 | 半导体装置 |
-
2017
- 2017-09-04 JP JP2017169539A patent/JP6891739B2/ja active Active
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2019046996A (ja) | 2019-03-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN110473903B (zh) | 碳化硅半导体装置、电力变换装置以及碳化硅半导体装置的制造方法 | |
JPWO2018155566A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
WO2021014570A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JPWO2018084020A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP6870119B2 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
US11239350B2 (en) | Semiconductor device, method of manufacturing semiconductor device, power conversion device | |
WO2019171678A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
WO2018163286A1 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
JP7275407B1 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JPWO2020035938A1 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
JP7047981B1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP2021093496A (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP6891739B2 (ja) | 半導体装置、電力変換装置および半導体装置の製造方法 | |
CN113261079B (zh) | 半导体装置以及电力变换装置 | |
JP6715736B2 (ja) | 半導体装置および電力変換装置 | |
JP7370476B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置の製造方法、炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
JP7127748B2 (ja) | 炭化珪素半導体装置、電力変換装置および炭化珪素半導体装置の製造方法 | |
JP7062143B1 (ja) | 半導体装置及び電力変換装置 | |
WO2022264212A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体装置を用いた電力変換装置 | |
WO2022034636A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置および電力変換装置 | |
US20230139229A1 (en) | Semiconductor device and power converter | |
US12051744B2 (en) | Semiconductor device | |
WO2022190269A1 (ja) | 炭化珪素半導体装置とその製造方法、および、電力変換装置 | |
JP2023008566A (ja) | 半導体装置及び電力変換装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20191108 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20200901 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20200831 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20201009 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20210427 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20210510 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6891739 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |