碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及碳化硅半導(dǎo)體裝置。
【背景技術(shù)】
[0002] 肖特基勢(shì)皇二極管（SBD)是單極器件，因此，與通常的雙極二極管相比，能夠降低 開關(guān)損耗，但是現(xiàn)有的以硅（Si)半導(dǎo)體為構(gòu)成材料的SBD在實(shí)際應(yīng)用時(shí)的耐壓僅能達(dá)到小 于或等于50V左右，因此，不適合于高電壓的逆變器等用途。因此，通過取代硅而以碳化硅 (SiC)作為SBD的構(gòu)成材料，從而能夠?qū)崿F(xiàn)幾kV左右的耐壓，因此，近年來(lái)，由碳化硅構(gòu)成的 SBD(SiC-SBD)的開發(fā)得到關(guān)注。
[0003] 已知在SiC-SBD中，為了實(shí)現(xiàn)耐壓的提高，在N型的碳化硅半導(dǎo)體層內(nèi)的所謂的終 端區(qū)域中設(shè)置P型的保護(hù)環(huán)區(qū)域（終端阱區(qū)域），從而利用由碳化硅半導(dǎo)體層和保護(hù)環(huán)區(qū)域 之間的PN結(jié)形成的耗盡層，使施加反向電壓時(shí)的電場(chǎng)緩和（例如專利文獻(xiàn)1。）。
[0004] 另一方面，有時(shí)會(huì)在設(shè)置于碳化硅半導(dǎo)體層的表面上的肖特基電極的外周端形成 蝕刻殘?jiān)?，如果形成蝕刻殘?jiān)瑒t有可能導(dǎo)致碳化硅半導(dǎo)體裝置的故障。因此，已知如下方 案，即，利用設(shè)置于肖特基電極上的表面電極將肖特基電極的外周端覆蓋，由此使得在肖特 基電極的外周端形成的蝕刻殘?jiān)宦冻?，因而抑制碳化硅半?dǎo)體裝置的故障（例如，參照 專利文獻(xiàn)2。）。
[0005] 另外，已知如下方案，S卩，為了實(shí)現(xiàn)耐壓的進(jìn)一步提高，在終端阱區(qū)域內(nèi)設(shè)置P型 的雜質(zhì)濃度更高的高濃度終端阱區(qū)域（例如，參照專利文獻(xiàn)3)。
[0006] 專利文獻(xiàn)1 :日本特開2005-286197號(hào)公報(bào)
[0007] 專利文獻(xiàn)2 :日本特開2013-211503號(hào)公報(bào)
[0008] 專利文獻(xiàn)3 :日本特開2008-251772號(hào)公報(bào)
[0009] 然而，最新發(fā)現(xiàn)，即便是這種碳化硅半導(dǎo)體裝置，在從導(dǎo)通電流流動(dòng)的導(dǎo)通狀態(tài)向 施加反向電壓的阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變的切換時(shí)，也有可能在表面電極的外周端產(chǎn)生電場(chǎng)集中，弓丨 起耐壓故障。推測(cè)認(rèn)為這種切換時(shí)在表面電極的外周端所產(chǎn)生的電場(chǎng)集中是根據(jù)以下所示 的原理產(chǎn)生的。
[0010] 在從導(dǎo)通狀態(tài)向施加反向電壓的阻斷狀態(tài)轉(zhuǎn)變時(shí)，施加于碳化硅半導(dǎo)體裝置的電 壓上升并發(fā)生變動(dòng)，因此，產(chǎn)生對(duì)在終端阱區(qū)域和碳化硅半導(dǎo)體層之間的PN結(jié)部形成的耗 盡層電容進(jìn)行充電的位移電流。位移電流從終端阱區(qū)域內(nèi)向肖特基電極側(cè)流動(dòng)，但是，由于 終端阱區(qū)域具有固有的電阻值，因此，因位移電流流動(dòng)而在終端阱區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生電壓降。于 是，在終端阱區(qū)域內(nèi)的電位和肖特基電極之間產(chǎn)生電位差，因此，產(chǎn)生電場(chǎng)，在肖特基電極 的外周端產(chǎn)生電場(chǎng)集中。
[0011] 這種切換時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)由位移電流的大小和終端阱區(qū)域內(nèi)的電阻值這兩個(gè)值決 定，但是，由于SiC-SBD是單極器件，因此，與相同耐壓的硅二極管相比，能夠以高速進(jìn)行切 換。因此，切換時(shí)的電壓變動(dòng)增大，位移電流的值也增大。并且，碳化硅半導(dǎo)體的受主的能 級(jí)和價(jià)帶的能級(jí)之差較大，因此，終端阱區(qū)域內(nèi)的電阻值比現(xiàn)有的硅半導(dǎo)體高。因此，在 SiC-SBD中，位移電流的值以及終端阱區(qū)域內(nèi)的電阻值均較大，由此引起切換時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng) 格外地變大，因此，在現(xiàn)有的SiC-SBD中，有可能因切換時(shí)的電場(chǎng)集中而產(chǎn)生元件故障。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0012] 本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而提出的，其目的在于提供一種碳化硅半導(dǎo)體 裝置，其能夠使切換時(shí)產(chǎn)生的電場(chǎng)集中緩和。
[0013] 本發(fā)明所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置具備：第一導(dǎo)電型的碳化硅半導(dǎo)體層；場(chǎng)絕緣 膜，其形成于碳化硅半導(dǎo)體層的表面上；肖特基電極，其在碳化硅半導(dǎo)體層的表面上形成為 比場(chǎng)絕緣膜靠?jī)?nèi)周側(cè)，并且該肖特基電極形成為攀升至場(chǎng)絕緣膜；表面電極，其將肖特基電 極覆蓋，越過肖特基電極的外周端而在場(chǎng)絕緣膜上延伸；第二導(dǎo)電型的終端阱區(qū)域，其在碳 化硅半導(dǎo)體層內(nèi)的上部形成為與肖特基電極的一部分相接，在碳化硅半導(dǎo)體層內(nèi)比表面電 極的外周端向外周側(cè)延伸；以及第二導(dǎo)電型的高濃度終端阱區(qū)域，其形成于終端阱區(qū)域內(nèi)， 第二導(dǎo)電型的雜質(zhì)濃度高于終端阱區(qū)域，表面電極的外周端存在于比終端阱區(qū)域的外周端 向內(nèi)側(cè)大于或等于15Iim處。
[0014] 發(fā)明的效果
[0015] 根據(jù)本發(fā)明所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置，使表面電極的外周端存在于比終端阱區(qū) 域的外周端向內(nèi)側(cè)大于或等于15ym處，由此能夠確保電位最高的終端阱區(qū)域的外周端和 表面電極的外周端之間的距離，使在終端阱區(qū)域和表面電極的外周端之間存在的等電位面 的密度緩和，使因切換時(shí)的位移電流而產(chǎn)生的表面電極的外周端處的電場(chǎng)緩和。
【附圖說明】
[0016] 圖1是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的俯視圖以及 剖面圖。
[0017] 圖2是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
[0018] 圖3是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的制造方法的剖面圖。
[0019] 圖4是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。
[0020] 圖5是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的對(duì)比例的結(jié)構(gòu)的剖 面圖。
[0021] 圖6是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬結(jié)果的圖。
[0022] 圖7是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬結(jié)果的圖。
[0023] 圖8是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬模型的剖面圖。
[0024] 圖9是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬結(jié)果的圖。
[0025] 圖10是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬模型的剖面圖。
[0026] 圖11是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的模擬結(jié)果的圖。
[0027] 圖12是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的 剖面圖。
[0028] 圖13是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的 剖面圖。
[0029] 圖14是示意性地表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的 剖面圖。
[0030] 標(biāo)號(hào)的說明
[0031] 1碳化娃襯底、Ia襯底層、Ib碳化娃半導(dǎo)體層、2終端講區(qū)域、2a高濃度終端講區(qū) 域、3場(chǎng)絕緣膜、4肖特基電極、4a蝕刻殘?jiān)?表面電極、6表面保護(hù)膜、7背面電極、8金屬 膜、9抗蝕膜、10FLR區(qū)域、11活性阱區(qū)域、Ila高濃度活性阱區(qū)域、100碳化硅半導(dǎo)體裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0032] 在本說明書中，各區(qū)域的"每單位面積的雜質(zhì)量[cnf2]"表示通過在深度方向上 對(duì)各區(qū)域的雜質(zhì)濃度進(jìn)行積分而計(jì)算出的值。另外，在各區(qū)域的雜質(zhì)濃度具有濃度分布曲 線的情況下，各區(qū)域的"雜質(zhì)濃度[cm_ 3] "表示各區(qū)域的雜質(zhì)濃度的峰值，在各區(qū)域的雜質(zhì) 濃度具有濃度分布曲線的情況下，各區(qū)域的"厚度"是指直至雜質(zhì)濃度達(dá)到該區(qū)域內(nèi)的雜質(zhì) 濃度的峰值的1/10的值以上的區(qū)域?yàn)橹沟暮穸?。其中，在?jì)算各區(qū)域的"每單位面積的雜 質(zhì)量[cm_ 2] "時(shí)所說的"雜質(zhì)濃度"，并非雜質(zhì)濃度的峰值，而是指實(shí)際的雜質(zhì)濃度。
[0033]另外，在本說明書中，在稱為"~上"的情況下，并不妨礙存在其他物質(zhì)夾在構(gòu)成要 素之間。例如，在記作"設(shè)置于A上的B"的情況下，既包含在A和B之間設(shè)置有其他構(gòu)成要 素C的情況，又包含未設(shè)置其他構(gòu)成要素C的情況。
[0034] 實(shí)施方式1.
[0035] 首先，對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)進(jìn)行說明。 以下，例示出將第一導(dǎo)電型設(shè)為N型、且將第二導(dǎo)電型設(shè)為P型的N型SiC-SBD(Silicon CarbideSchottkyBarrierDiode)并進(jìn)行說明，但也可以是將第一導(dǎo)電型設(shè)為P型、且將 第二導(dǎo)電型設(shè)為N型的P型SiC-SBD。
[0036] 圖1是表示實(shí)施方式1所涉及的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)的俯視圖以及剖面 圖。此外，在圖I(b)中，針對(duì)形成于碳化硅半導(dǎo)體裝置100的碳化硅半導(dǎo)體層Ib上的電極、 絕緣膜等，省略圖示。另外，圖1(a)是與圖1(b)的A-A剖面圖相當(dāng)?shù)膱D，在圖1(a)中，還 對(duì)在碳化硅半導(dǎo)體層Ib上形成的電極、絕緣膜等進(jìn)行了圖示。
[0037] 在圖1(a)中，碳化硅半導(dǎo)體裝置100是具備碳化硅襯底1、場(chǎng)絕緣膜3、肖特基電 極4、表面電極5、表面保護(hù)膜6、背面電極7的肖特基勢(shì)