JP2011199306A - Semiconductor device and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は半導体装置およびその製造方法に関し、より特定的には、半導体からなる基板を備えた半導体装置およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor device including a substrate made of a semiconductor and a manufacturing method thereof.
近年の自動車、家電製品等の性能向上にともない、これらに用いられるパワーエレクトロニクス分野の半導体装置に対しては、省電力化や冷却フィンなどの小型化による電源の小型化(動作時の発熱の抑制)などの観点から低損失化が求められている。一方、信頼性向上の観点から耐圧の向上も求められている。 With the recent improvement in performance of automobiles, home appliances, etc., the power electronics field of semiconductor devices used for these devices has been reduced in power consumption and cooling fins, etc. ), Etc., to reduce loss. On the other hand, improvement in breakdown voltage is also required from the viewpoint of improving reliability.
一般に、ダイオード、トランジスタなどの半導体装置において、耐圧を担うドリフト層を構成する材料が同一であれば、所望の耐圧を確保するために必要なドリフト層の厚さおよびキャリア濃度が決定される。その結果、ドリフト層の抵抗も決定される。パワーエレクトロニクス分野の半導体装置においては、高い耐圧が要求されるため、半導体装置の損失に占めるドリフト層の抵抗の割合は大きい。したがって、ドリフト層の抵抗を下げることで、半導体装置の低損失化を図ることができる。ここで、ドリフト層の厚みを薄く、キャリア濃度を高くすることにより、ドリフト層の抵抗を下げることができるが、それに伴い耐圧は低下する。すなわち、ドリフト層の抵抗の低減と耐圧の向上とは相反する要求である。そのため、従来、高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることは困難であった。 In general, in a semiconductor device such as a diode or a transistor, if the material constituting the drift layer that bears the breakdown voltage is the same, the thickness and carrier concentration of the drift layer necessary to ensure a desired breakdown voltage are determined. As a result, the resistance of the drift layer is also determined. Since a semiconductor device in the power electronics field requires a high breakdown voltage, the ratio of the resistance of the drift layer to the loss of the semiconductor device is large. Therefore, the loss of the semiconductor device can be reduced by reducing the resistance of the drift layer. Here, by reducing the thickness of the drift layer and increasing the carrier concentration, the resistance of the drift layer can be lowered, but the breakdown voltage is lowered accordingly. That is, there is a contradictory demand for reducing the resistance of the drift layer and improving the breakdown voltage. Therefore, conventionally, it has been difficult to reduce the loss while ensuring a high breakdown voltage.
これに対し、ドリフト層において薄いp型層(導電型がp型の材料からなる層)と薄いn型層(導電型がn型の材料からなる層)とを交互に配置することにより、pn接合を形成した構造(スーパージャンクション構造;SJ構造)が提案されている。これによれば、上述したpn接合により形成される空乏層のはたらきによってSJ構造を有するドリフト層は高い耐圧を有する。一方、SJ構造中のn型層が電流の流路となって低い抵抗を確保することができる。さらに、ドリフト層の抵抗はp型層およびn型層の数を増やすことで、一層低減することができる。その結果、高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる(たとえば、非特許文献1参照)。 On the other hand, by alternately arranging thin p-type layers (layers made of a p-type material) and thin n-type layers (layers made of an n-type material) in the drift layer, pn A structure having a junction (super junction structure; SJ structure) has been proposed. According to this, the drift layer having the SJ structure has a high breakdown voltage due to the function of the depletion layer formed by the pn junction described above. On the other hand, the n-type layer in the SJ structure can serve as a current flow path to ensure low resistance. Furthermore, the resistance of the drift layer can be further reduced by increasing the number of p-type layers and n-type layers. As a result, it is possible to reduce the loss while ensuring a high breakdown voltage (see, for example, Non-Patent Document 1).
上述のSJ構造を半導体装置、たとえばドリフト層の抵抗の低減に有利な酸化膜電界効果トランジスタ(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor;MOSFET)である縦型MOSFETのドリフト層に適用する場合、基板を含む平面と交差する方向(縦方向)に伸びる薄いp型層およびn型層の繰り返し構造を形成する必要がある。一般に、p型層やn型層は、イオン注入などの方法により不純物を導入した後、アニール処理により不純物を拡散することにより形成される。しかし、上述の薄いp型層およびn型層を形成するためには、不純物の横方向への拡散を抑制しつつ、縦方向に選択的に拡散させる必要があり、実際の製造は非常に困難である。また、複雑な製造工程を採用してSJ構造を含む縦型MOSFETを製造可能としても、製造コストが上昇するという問題を生じる。さらに、上述のようにドリフト層の抵抗を一層低減するためにはp型層およびn型層の数を増やす(集積度を上げる)必要がある。しかし、SJ構造形成後の半導体装置の製造工程において行なわれるエピタキシャル成長、熱酸化などの工程において、SJ構造内の不純物が拡散するため、集積度の上昇には限界がある。 When the above-described SJ structure is applied to a drift layer of a semiconductor device, for example, a vertical MOSFET that is an oxide field effect transistor (MOSFET) that is advantageous in reducing resistance of the drift layer, a plane including the substrate It is necessary to form a thin p-type layer and an n-type layer repeating structure extending in a direction intersecting (longitudinal direction). In general, the p-type layer and the n-type layer are formed by introducing impurities by a method such as ion implantation and then diffusing the impurities by annealing. However, in order to form the above-mentioned thin p-type layer and n-type layer, it is necessary to selectively diffuse in the vertical direction while suppressing the diffusion of impurities in the horizontal direction, and actual manufacture is very difficult. It is. In addition, even if it is possible to manufacture a vertical MOSFET including an SJ structure by employing a complicated manufacturing process, there arises a problem that the manufacturing cost increases. Further, as described above, in order to further reduce the resistance of the drift layer, it is necessary to increase the number of p-type layers and n-type layers (to increase the degree of integration). However, since the impurities in the SJ structure diffuse in processes such as epitaxial growth and thermal oxidation performed in the manufacturing process of the semiconductor device after the SJ structure is formed, there is a limit to the increase in the degree of integration.
そこで、本発明の目的は、製造が容易で、かつ高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる半導体装置を提供すること、およびその半導体装置を製造するための製造方法を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a semiconductor device that is easy to manufacture and that can achieve low loss while ensuring a high breakdown voltage, and to provide a manufacturing method for manufacturing the semiconductor device. It is.
本発明に従った半導体装置は、半導体からなる基板と、基板上に形成されたn型層とを備えている。n型層は基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から第1の面に向けて延びるように形成された溝を有している。溝の底部には絶縁体が配置されており、かつ溝の側壁に接触するように上記n型層とショットキー接触可能な金属膜が形成されている。 A semiconductor device according to the present invention includes a substrate made of a semiconductor and an n-type layer formed on the substrate. The n-type layer has a groove formed so as to extend from the second surface, which is the surface opposite to the first surface, which is the surface on the substrate side, toward the first surface. An insulator is disposed at the bottom of the groove, and a metal film capable of making Schottky contact with the n-type layer is formed so as to be in contact with the side wall of the groove.
本発明者は、製造が容易で、かつ高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる半導体装置について鋭意検討を行なった。その結果、従来のSJ構造におけるpn接合に代えて、ショットキー障壁を利用した構造(Super Schottky Barrier構造;SSB構造)をドリフト層に配置することにより、製造が容易で、かつ高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる半導体装置を提供できることを見出した。具体的には、ドリフト層である基板上のn型層において、n型層とショットキー接触可能な金属膜が側壁に形成された溝を設けた。その結果、本発明の半導体装置によれば、n型層に電流の流れないオフ状態においては、上述したショットキー接触によりn型層における溝の側壁付近に形成される空乏層のはたらきによってSSB構造を有するドリフト層は高い耐圧を確保することができる。一方、n型層に電流が流れるオン状態においては、SSB構造中の電流の流路となるn型層の導電性不純物濃度を高くすることができるので、結果的に電流の流路の抵抗を低くすることができる。 The present inventor has intensively studied a semiconductor device that is easy to manufacture and that can achieve low loss while ensuring a high breakdown voltage. As a result, instead of the pn junction in the conventional SJ structure, a structure using a Schottky barrier (Super Schottky Barrier structure; SSB structure) is arranged in the drift layer, so that manufacturing is easy and high breakdown voltage is secured. However, the present inventors have found that a semiconductor device capable of reducing loss can be provided. Specifically, in the n-type layer on the substrate, which is a drift layer, a groove is provided in which a metal film capable of Schottky contact with the n-type layer is formed on the side wall. As a result, according to the semiconductor device of the present invention, in the off state where no current flows in the n-type layer, the SSB structure is caused by the function of the depletion layer formed near the sidewall of the groove in the n-type layer by the Schottky contact described above. The drift layer having can secure a high breakdown voltage. On the other hand, in the ON state in which current flows through the n-type layer, the conductive impurity concentration of the n-type layer that becomes the current flow path in the SSB structure can be increased, so that the resistance of the current flow path is consequently reduced. Can be lowered.
さらに、溝の底部に絶縁体を配置することで、金属膜と基板に接触して配置される電極とが電気的に短絡状態となることを防止することができる。 Furthermore, by disposing an insulator at the bottom of the groove, it is possible to prevent the metal film and the electrode disposed in contact with the substrate from being electrically short-circuited.
さらに、前述のように、SJ構造においてはpn接合を形成する必要があるため、pn接合を形成する工程の後に熱酸化、エピタキシャル成長などの高温下で行なわれる工程が実施された場合、導入されている不純物がpn接合面を越えて互いに拡散する。SJ構造ではこの制約に起因して、p型層とn型層との繰り返し構造の集積度を上げて、ドリフト層の抵抗を低下させることに対する限界が存在する。これに対し、本発明の半導体装置が備えるSSB構造によれば、SJ構造におけるpn接合に代えてショットキー接触を採用しているため、ショットキー接触を形成するための溝の集積度を上げることに対して上述のような拡散に起因した制約がない。その結果、上述の溝の集積度を上げることにより、ドリフト層の抵抗をさらに低下させることができる。 Further, as described above, since it is necessary to form a pn junction in the SJ structure, it is introduced when a process performed at a high temperature such as thermal oxidation or epitaxial growth is performed after the process of forming the pn junction. Impurities are diffused to each other beyond the pn junction. In the SJ structure, due to this restriction, there is a limit to increasing the integration degree of the repetitive structure of the p-type layer and the n-type layer and reducing the resistance of the drift layer. On the other hand, according to the SSB structure provided in the semiconductor device of the present invention, since the Schottky contact is employed instead of the pn junction in the SJ structure, the degree of integration of the grooves for forming the Schottky contact is increased. On the other hand, there is no restriction due to diffusion as described above. As a result, the resistance of the drift layer can be further reduced by increasing the degree of integration of the grooves.
さらに、前述のように、SJ構造においては、縦型MOSFETのドリフト層に適用する場合のように、基板を含む平面と交差する方向(縦方向)に伸びる薄いp型層およびn型層の繰り返し構造を形成する必要がある場合がある。しかし、一般的にp型層およびn型層の形成において採用される、イオン注入などの方法により不純物を導入した後アニール処理により不純物を拡散する方法では、不純物の横方向への拡散を抑制しつつ、縦方向に選択的に拡散させる必要があり、実際の製造は非常に困難である。また、複雑な製造工程を採用してSJ構造を含む縦型MOSFETを製造可能としても、製造コストが上昇するという問題を生じる。これに対し、本発明の半導体装置が備えるSSB構造によれば、SJ構造におけるpn接合に代えてショットキー接合を採用しており、ショットキー接触を形成するための溝は、RIE(Reactive Ion Etching;反応性イオンエッチング)などの一般的なエッチングで形成することが可能であり、かつ金属膜の形成にはEB(Electron Beam;電子ビーム蒸着法)、CVD(Chemical Vapor Deposition;化学蒸着法)などの一般的な方法を採用することができる。その結果、容易に、かつ製造コストを上昇させること無く、SSB構造を有するドリフト層を備えた半導体装置を製造することができる。さらに、金属膜の材料により障壁高さを自由に設定できるため、半導体装置の構成の自由度が向上する。 Further, as described above, in the SJ structure, as applied to the drift layer of the vertical MOSFET, the thin p-type layer and the n-type layer are repeatedly extended in the direction (vertical direction) intersecting the plane including the substrate. It may be necessary to form a structure. However, in the method generally adopted in the formation of the p-type layer and the n-type layer, the impurity is diffused by annealing after introducing the impurity by a method such as ion implantation, and the lateral diffusion of the impurity is suppressed. However, it is necessary to selectively diffuse in the vertical direction, and actual manufacture is very difficult. In addition, even if it is possible to manufacture a vertical MOSFET including an SJ structure by employing a complicated manufacturing process, there arises a problem that the manufacturing cost increases. On the other hand, according to the SSB structure provided in the semiconductor device of the present invention, a Schottky junction is adopted instead of the pn junction in the SJ structure, and the groove for forming the Schottky contact is formed by RIE (Reactive Ion Etching). It can be formed by general etching such as reactive ion etching, and metal film can be formed by EB (Electron Beam), CVD (Chemical Vapor Deposition), etc. The general method can be adopted. As a result, a semiconductor device including a drift layer having an SSB structure can be manufactured easily and without increasing the manufacturing cost. Furthermore, since the barrier height can be freely set by the material of the metal film, the degree of freedom of the configuration of the semiconductor device is improved.
以上のように、本発明の半導体装置によれば、高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる半導体装置を提供することができる。すなわち、一般的構造を有する半導体装置においてはドリフト層の材料を決定すると、それに伴い耐圧の向上とドリフト層の抵抗の低減とはある限界以上には同時に達成することができない(物理限界)。しかし、SJ構造と同様に、SSB構造をドリフト層に備えることで、物理限界を越えて耐圧を向上させつつドリフト層の抵抗を低減することができる。そして、SSB構造はSJ構造以上に集積度を向上させることが可能であるため、ドリフト層の抵抗をSJ構造よりもさらに低下させることができる。さらに、SSB構造はSJ構造に比べて製造が容易であるため、半導体装置の製造コストをSJ構造よりも低く抑えることができる。 As described above, according to the semiconductor device of the present invention, it is possible to provide a semiconductor device capable of reducing loss while ensuring a high breakdown voltage. That is, in a semiconductor device having a general structure, if the material of the drift layer is determined, the breakdown voltage cannot be improved and the drift layer resistance cannot be simultaneously reduced beyond a certain limit (physical limit). However, like the SJ structure, by providing the drift layer with the SSB structure, the resistance of the drift layer can be reduced while improving the breakdown voltage beyond the physical limit. Since the SSB structure can improve the degree of integration more than that of the SJ structure, the resistance of the drift layer can be further lowered than that of the SJ structure. Furthermore, since the SSB structure is easier to manufacture than the SJ structure, the manufacturing cost of the semiconductor device can be kept lower than that of the SJ structure.
ここで、n型層とは、導電型がn型の材料からなる層をいう。また、金属膜には、溝の幅よりも厚みが薄く、溝の側壁に沿うように形成されたもののみならず、溝を充填するように形成されたものも含まれる。 Here, the n-type layer refers to a layer made of a material whose conductivity type is n-type. Further, the metal film includes not only a film that is thinner than the width of the groove and formed along the side wall of the groove, but also a film that is formed so as to fill the groove.
また、n型層とショットキー接触可能な金属は、n型層における導電型がn型である不純物(n型不純物)の濃度、必要な耐圧、n型層の材料などに応じて適宜選択することができる。たとえば、n型不純物の濃度を1×1016/cm3とする場合、ショットキー障壁は1.06eV以上であることが好ましい。これにより、250℃、1200Vにおける漏れ電流を1000μA以下とすることができる。ここで、たとえば炭化珪素をn型層の材料に採用した場合、n型層とショットキー接触可能な金属としてはコバルト(Co)、ニッケル(Ni)、ゲルマニウム(Ge)、セレン(Se)、テルル(Te)、パラジウム(Pd)、ロジウム(Rh)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。 In addition, the metal capable of Schottky contact with the n-type layer is appropriately selected according to the concentration of an n-type impurity (n-type impurity), the required breakdown voltage, the material of the n-type layer, and the like. be able to. For example, when the n-type impurity concentration is 1 × 10 16 / cm 3 , the Schottky barrier is preferably 1.06 eV or more. Thereby, the leakage current in 250 degreeC and 1200V can be 1000 microamperes or less. Here, for example, when silicon carbide is used as the material of the n-type layer, the metals that can be in Schottky contact with the n-type layer are cobalt (Co), nickel (Ni), germanium (Ge), selenium (Se), and tellurium. (Te), palladium (Pd), rhodium (Rh), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au), and the like.
また、さらにドリフト層の抵抗を低減するために、たとえばn型不純物の濃度を1×1017/cm3とする場合、ショットキー障壁は1.16eV以上であることが好ましい。これにより、250℃、1200Vにおける漏れ電流を100μA以下とすることができる。ここで、たとえば炭化珪素をn型層の材料に採用した場合、n型層とショットキー接触可能な金属としてはニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)、金(Au)などが挙げられる。 Further, in order to further reduce the resistance of the drift layer, for example, when the concentration of the n-type impurity is 1 × 10 17 / cm 3 , the Schottky barrier is preferably 1.16 eV or more. Thereby, the leakage current at 250 ° C. and 1200 V can be set to 100 μA or less. Here, for example, when silicon carbide is employed as the material for the n-type layer, the metals that can be in Schottky contact with the n-type layer are nickel (Ni), palladium (Pd), iridium (Ir), platinum (Pt), gold (Au).
また、さらにドリフト層の抵抗を低減するために、たとえばn型不純物の濃度を1×1018/cm3とする場合、ショットキー障壁は1.27eV以上であることが好ましい。これにより、250℃、1200Vにおける漏れ電流を10μA以下とすることができる。ここで、たとえば炭化珪素をn型層の材料に採用した場合、n型層とショットキー接触可能な金属としてはニッケル(Ni)、パラジウム(Pd)、イリジウム(Ir)、白金(Pt)などが挙げられる。 In order to further reduce the resistance of the drift layer, for example, when the concentration of the n-type impurity is 1 × 10 18 / cm 3 , the Schottky barrier is preferably 1.27 eV or more. Thereby, the leakage current at 250 ° C. and 1200 V can be 10 μA or less. Here, for example, when silicon carbide is used as the material for the n-type layer, the metals that can be in Schottky contact with the n-type layer are nickel (Ni), palladium (Pd), iridium (Ir), platinum (Pt), and the like. Can be mentioned.
上記半導体装置において好ましくは、絶縁体と隣接する位置に形成されたp型領域をさらに備えている。前述のように、本発明の半導体装置においては、溝の底部に絶縁体を配置することで、金属膜と基板に接触して配置される電極とが電気的に短絡状態となることが防止されている。ここで、この絶縁体とn型層との境界付近においては電界が集中する。これに対して、この絶縁体に隣接する位置にp型領域をさらに備えることにより、電界の集中を緩和することができる。なお、p型領域とは導電型がp型の材料からなる領域をいう。 Preferably, the semiconductor device further includes a p-type region formed at a position adjacent to the insulator. As described above, in the semiconductor device of the present invention, by disposing the insulator at the bottom of the groove, it is possible to prevent the metal film and the electrode disposed in contact with the substrate from being electrically short-circuited. ing. Here, the electric field concentrates in the vicinity of the boundary between the insulator and the n-type layer. On the other hand, by further providing a p-type region at a position adjacent to this insulator, the concentration of the electric field can be reduced. Note that the p-type region is a region made of a material whose conductivity type is p-type.
上記半導体装置において好ましくは、n型層において、導電型がn型の不純物の濃度は上記第1の面側から第2の面側に向けて徐々に高くなっている。 In the semiconductor device, preferably, in the n-type layer, the concentration of the n-type impurity is gradually increased from the first surface side to the second surface side.
ドリフト層の抵抗を低減するためには、n型層におけるn型不純物の濃度を高くすることが望ましい。しかし、単にn型不純物の濃度を高くすると、特に高温において、漏れ電流が増加する恐れがある。これに対し、漏れ電流に対する影響の大きい第1の面側においては漏れ電流の低減を重視してn型不純物の濃度を小さくしつつ、漏れ電流に対する影響の比較的小さい第2の面側に向けてドリフト層の抵抗の低減を重視してn型不純物の濃度が徐々に高くなるようにすることで、漏れ電流を抑制しつつドリフト層の抵抗を低減することができる。 In order to reduce the resistance of the drift layer, it is desirable to increase the concentration of the n-type impurity in the n-type layer. However, simply increasing the concentration of the n-type impurity may increase the leakage current, particularly at high temperatures. On the other hand, on the first surface side having a large influence on the leakage current, the reduction of the leakage current is emphasized and the concentration of the n-type impurity is reduced, and the second surface side having a relatively small influence on the leakage current is directed to. Thus, by placing importance on reducing the resistance of the drift layer and gradually increasing the concentration of the n-type impurity, the resistance of the drift layer can be reduced while suppressing the leakage current.
なお、n型不純物の濃度勾配はたとえば第1の面から第2の面に向けて直線的に増加していてもよいが、曲線状、階段状に増加していてもよく、少なくとも第1の面側から厚さ1μm、好ましくは2μm程度の領域が第2の面側から厚さ2μm程度の領域に比べて、n型不純物の濃度が低くなっていればよい。 The concentration gradient of the n-type impurity may increase linearly from the first surface to the second surface, for example, but may increase in a curved shape or a step shape, and at least the first The region having a thickness of about 1 μm, preferably about 2 μm from the surface side, may have a lower n-type impurity concentration than the region having a thickness of about 2 μm from the second surface side.
上記半導体装置において好ましくは、n型層において、金属膜の基板側の端部と第1の面との間の領域には、導電型がn型の不純物について第2の面側の表面層における不純物濃度よりも相対的に低い不純物濃度を有する領域が形成されている。 Preferably, in the semiconductor device, in the n-type layer, the region between the end of the metal film on the substrate side and the first surface has an n-type impurity in the surface layer on the second surface side with respect to the n-type impurity. A region having an impurity concentration relatively lower than the impurity concentration is formed.
これにより、漏れ電流を抑制しつつドリフト層の抵抗を低減することができる。具体的には、漏れ電流に対する影響の大きい金属膜の基板側の端部と第1の面との間の領域に、n型不純物の濃度が第2の面側の表面層での当該濃度よりも低い領域を形成することにより、漏れ電流の増加を抑制するとともに、漏れ電流に対する影響の比較的小さい他の領域におけるn型不純物の濃度を高くすることにより、低いドリフト層の抵抗を確保している。このn型不純物濃度の低い領域は、特に電界の集中の大きい絶縁体とn型層との境界付近に形成することが望ましい。なお、第2の面側の表面層とは、第2の面側の表面から厚さ2μmの領域をいう。 Thereby, the resistance of the drift layer can be reduced while suppressing the leakage current. Specifically, the concentration of the n-type impurity in the region between the substrate side end of the metal film having a large influence on the leakage current and the first surface is higher than the concentration in the surface layer on the second surface side. By forming a low region, the increase in leakage current is suppressed, and by increasing the n-type impurity concentration in other regions that have a relatively small effect on the leakage current, the resistance of the low drift layer is secured. Yes. This region having a low n-type impurity concentration is preferably formed in the vicinity of the boundary between the insulator and the n-type layer where the concentration of the electric field is large. The surface layer on the second surface side refers to a region having a thickness of 2 μm from the surface on the second surface side.
上記半導体装置において好ましくは、基板およびn型層は、ワイドバンドギャップ半導体からなっている。ワイドバンドギャップ半導体は半導体装置に一般的に用いられている珪素(Si)などの半導体に比べて破壊電界強度が高いため、ドリフト層であるn型層を薄くしても耐圧を確保しやすくなる。その結果、ドリフト層を薄くすることでドリフト層の抵抗を低減し、低損失な半導体装置を提供することができる。 In the semiconductor device, the substrate and the n-type layer are preferably made of a wide band gap semiconductor. A wide band gap semiconductor has a higher breakdown field strength than a semiconductor such as silicon (Si) generally used in a semiconductor device, so that it is easy to secure a breakdown voltage even if the n-type layer as a drift layer is thinned. . As a result, by reducing the thickness of the drift layer, the resistance of the drift layer can be reduced, and a low-loss semiconductor device can be provided.
ここで、ワイドバンドギャップ半導体とは、従来から半導体として使用されてきたSiよりもバンドギャップが大きい半導体材料をいい、たとえば炭化珪素(SiC)、窒化ガリウム(GaN)、ダイヤモンドなどが挙げられる。 Here, the wide band gap semiconductor refers to a semiconductor material having a band gap larger than that of Si, which has been conventionally used as a semiconductor, and examples thereof include silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN), and diamond.
本発明に従った半導体装置の製造方法は、半導体からなる基板を準備する工程と、基板上にn型層を形成するn型層形成工程と、n型層に、基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から第1の面に向けて延びる溝をエッチングにより形成する溝形成工程と、溝の底部に絶縁体を形成する工程と、絶縁体が形成された溝の側壁に接触するように、n型層とショットキー接触可能な金属膜を形成する工程とを備えている。本発明の半導体装置の製造方法によれば、前述の優れた特性を有する本発明の半導体装置を容易に製造することができる。 The method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention includes a step of preparing a substrate made of a semiconductor, an n-type layer forming step of forming an n-type layer on the substrate, and a surface on the substrate side of the n-type layer. A groove forming step of etching to form a groove extending from the second surface, which is the surface opposite to the first surface, toward the first surface, a step of forming an insulator at the bottom of the groove, Forming a metal film capable of being in Schottky contact with the n-type layer so as to be in contact with the side wall of the formed groove. According to the method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, the semiconductor device of the present invention having the above-described excellent characteristics can be easily manufactured.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、n型層形成工程は、基板上に第1のn型層を形成する工程と、第1のn型層における基板側とは反対側の面上に開口パターンを有するマスク層を形成する工程と、マスク層をマスクとして用いて、第1のn型層に対してイオン注入を行なうことにより、第1のn型層にp型領域を形成する工程と、マスク層を除去する工程と、マスク層が除去された第1のn型層上に、第2のn型層を形成する工程とを含んでいる。さらに、溝形成工程において形成される溝は、第2のn型層を貫通してp型領域に至るように形成される。 Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the n-type layer forming step includes forming a first n-type layer on the substrate and opening the first n-type layer on a surface opposite to the substrate side. Forming a mask layer having a pattern; and forming a p-type region in the first n-type layer by performing ion implantation on the first n-type layer using the mask layer as a mask. , Removing the mask layer, and forming a second n-type layer on the first n-type layer from which the mask layer has been removed. Further, the groove formed in the groove forming step is formed so as to penetrate the second n-type layer and reach the p-type region.
これにより、絶縁体と隣接する位置に形成されたp型領域を備えることによって、絶縁体とn型層との境界付近における電界の集中を緩和可能な本発明の半導体装置を容易に製造することができる。 Thus, by providing a p-type region formed at a position adjacent to the insulator, it is possible to easily manufacture the semiconductor device of the present invention that can alleviate electric field concentration near the boundary between the insulator and the n-type layer. Can do.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、n型層形成工程において形成されるn型層における導電型がn型である不純物の濃度は、第1の面側から第2の面側に向けて徐々に高くなるようにn型層形成工程が実施される。 Preferably, in the method for manufacturing a semiconductor device, the concentration of the impurity whose conductivity type is n-type in the n-type layer formed in the n-type layer forming step is gradually increased from the first surface side to the second surface side. The n-type layer forming step is performed so as to be higher.
これにより、n型層において、n型不純物の濃度が第1の面側から第2の面側に向けて徐々に高くなっていることによって、漏れ電流を抑制しつつドリフト層の抵抗を低減することが可能な本発明の半導体装置を容易に製造することができる。 Thereby, in the n-type layer, the n-type impurity concentration gradually increases from the first surface side toward the second surface side, thereby reducing the resistance of the drift layer while suppressing the leakage current. The semiconductor device of the present invention capable of being manufactured can be easily manufactured.
なお、上記n型層形成工程は、たとえばn型層形成工程を気相エピタキシャル成長により実施する場合、原料ガスに含まれるn型不純物の濃度を徐々に増加させながら行なうことにより、実施することができる。 Note that the n-type layer forming step can be performed by gradually increasing the concentration of the n-type impurity contained in the source gas when the n-type layer forming step is performed by vapor phase epitaxial growth, for example. .
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、n型層形成工程において形成されるn型層において、金属膜の基板側の端部と第1の面との間の領域には、導電型がn型の不純物について第2の面側の表面層における不純物濃度よりも相対的に低いn型不純物濃度を有する領域が形成されるようにn型層形成工程が実施される。 Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, in the n-type layer formed in the n-type layer forming step, the conductivity type is n-type in a region between the end of the metal film on the substrate side and the first surface. The n-type layer formation step is performed so that a region having an n-type impurity concentration relatively lower than the impurity concentration in the surface layer on the second surface side is formed for the impurities.
これにより、n型層において、金属膜の基板側の端部と第1の面との間の領域に、第2の面側の表面層におけるn型不純物の濃度よりも相対的に低い不純物の濃度を有する領域が形成されていることによって、漏れ電流を抑制しつつドリフト層の抵抗を低減することが可能な本発明の半導体装置を容易に製造することができる。 As a result, in the n-type layer, an impurity relatively lower than the concentration of the n-type impurity in the surface layer on the second surface side is formed in the region between the end of the metal film on the substrate side and the first surface By forming the region having the concentration, the semiconductor device of the present invention capable of reducing the resistance of the drift layer while suppressing the leakage current can be easily manufactured.
なお、上記n型層形成工程は、たとえばn型層形成工程を気相エピタキシャル成長により実施する場合、金属膜の基板側の端部と第1の面との間の領域を形成する期間において、原料ガスに含まれるn型不純物の濃度を低くする期間を設けることにより、実施することができる。 Note that the n-type layer forming step is performed, for example, when a region between the end of the metal film on the substrate side and the first surface is formed when the n-type layer forming step is performed by vapor phase epitaxial growth. This can be implemented by providing a period during which the concentration of the n-type impurity contained in the gas is lowered.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、第1のn型層における導電型がn型である不純物の濃度が、第2のn型層における導電型がn型である不純物の濃度に比べて相対的に低くなるように、第1のn型層を形成する工程および第2のn型層を形成する工程が実施される。 Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, the concentration of the n-type impurity in the first n-type layer is relative to the concentration of the n-type impurity in the second n-type layer. Therefore, the step of forming the first n-type layer and the step of forming the second n-type layer are carried out so as to be low.
より具体的には、第1のn型層を形成する工程および第2のn型層を形成する工程のそれぞれの工程においては一定の条件で第1のn型層および第2のn型層を形成しながら、第1のn型層を形成する際の条件は第2のn型層を形成する際の条件と比べてn型不純物が少なくなるような条件とすることができる。その結果、漏れ電流に対する影響の大きい第1の面側においては漏れ電流の低減を重視してn型不純物の濃度を小さくしつつ、漏れ電流に対する影響の比較的小さい第2の面側においてはドリフト層の抵抗の低減を重視してn型不純物の濃度が高くなるように第1のn型層および第2のn型層を形成できる。したがって、漏れ電流を抑制しつつドリフト層の抵抗を低減することが可能な本発明の半導体装置を容易に製造することができる。 More specifically, the first n-type layer and the second n-type layer are formed under certain conditions in the steps of forming the first n-type layer and forming the second n-type layer. In forming the first n-type layer, the conditions for forming the first n-type layer can be such that the n-type impurities are less than the conditions for forming the second n-type layer. As a result, on the first surface side that has a large influence on the leakage current, the concentration of the n-type impurity is reduced while focusing on the reduction of the leakage current, and on the second surface side that has a relatively small influence on the leakage current The first n-type layer and the second n-type layer can be formed so that the concentration of the n-type impurity is increased with emphasis on reducing the resistance of the layer. Therefore, the semiconductor device of the present invention capable of reducing the resistance of the drift layer while suppressing the leakage current can be easily manufactured.
なお、上記第1のn型層を形成する工程および第2のn型層を形成する工程は、たとえばこれらの工程を気相エピタキシャル成長により実施する場合、第1のn型層を形成する工程における原料ガスに含まれるn型不純物の濃度を第2のn型層を形成する工程よりも低くすることにより、実施することができる。 The step of forming the first n-type layer and the step of forming the second n-type layer are, for example, in the step of forming the first n-type layer when these steps are performed by vapor phase epitaxial growth. This can be implemented by making the concentration of the n-type impurity contained in the source gas lower than the step of forming the second n-type layer.
上記半導体装置の製造方法において好ましくは、半導体からなる基板を準備する工程においてはワイドバンドギャップ半導体からなる基板が準備され、n型層形成工程においてはワイドバンドギャップ半導体からなるn型層が形成される。 Preferably, in the semiconductor device manufacturing method, a substrate made of a wide band gap semiconductor is prepared in the step of preparing a substrate made of semiconductor, and an n type layer made of the wide band gap semiconductor is formed in the n type layer forming step. The
これにより、ワイドバンドギャップ半導体は半導体装置に一般的に用いられているSiなどの半導体に比べて破壊電界強度が高いため、ドリフト層であるn型層を薄くしても耐圧を確保しやすくなる。その結果、n型層形成工程において形成されるドリフト層としてのn型層を薄くすることでドリフト層の抵抗を低減し、低損失な半導体装置を製造することができる。 As a result, the wide band gap semiconductor has a higher breakdown electric field strength than a semiconductor such as Si generally used in a semiconductor device, so that it is easy to ensure a breakdown voltage even if the n-type layer as the drift layer is thinned. . As a result, by reducing the thickness of the n-type layer as the drift layer formed in the n-type layer forming step, the resistance of the drift layer can be reduced, and a low-loss semiconductor device can be manufactured.
以上の説明から明らかなように、本発明の半導体装置およびその製造方法によれば、製造が容易で、かつ高い耐圧を確保しながら低損失化を図ることができる半導体装置およびその半導体装置を容易に製造することができる半導体装置の製造方法を提供することができる。 As is clear from the above description, according to the semiconductor device and the manufacturing method thereof of the present invention, it is easy to manufacture the semiconductor device and the semiconductor device capable of reducing the loss while ensuring a high breakdown voltage. It is possible to provide a method for manufacturing a semiconductor device that can be manufactured easily.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
(実施の形態1)
図1は本発明の一実施の形態である実施の形態1の半導体装置としてのショットキーダイオードの構成を示す概略断面図である。また、図2および図3は、ショットキーダイオードが配列されることにより形成される1チップのショットキーダイオード素子の構成を示す概略平面図である。図1〜図3を参照して、本発明の実施の形態1の半導体装置であるショットキーダイオードの構成を説明する。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a Schottky diode as a semiconductor device according to the first embodiment which is an embodiment of the present invention. 2 and 3 are schematic plan views showing the configuration of a one-chip Schottky diode element formed by arranging Schottky diodes. With reference to FIGS. 1 to 3, the configuration of a Schottky diode which is a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention will be described.
図1を参照して、本発明の実施の形態1の半導体装置であるショットキーダイオード10は、ワイドバンドギャップ半導体からなる基板11と、基板11上に形成されたn型層12とを備えている。n型層12は基板11側の表面である第1の面12Aとは反対側の表面である第2の面12Bから第1の面12Aに向けて延びるように形成された溝13を有している。溝13の内部において、溝13の底部である底壁13Aに接触する位置には絶縁体としての酸化物層14が配置されており、かつ溝13の側壁13Bに接触するようにn型層12とショットキー接触可能な金属膜15が溝13を埋めるように形成されている。さらに、n型層12の第2の面12Bの上にはアノード電極16が配置されている。アノード電極16の端面は溝13の側壁13Bの位置から所定の距離だけ離れた場所に位置する。異なる観点から言えば、アノード電極16の幅は2つの隣接する溝13の間の距離より小さい。そのため、アノード電極16の端面に隣接する領域では、金属膜15がn型層12の上部表面である第2の面12Bと接触している。なお、金属膜15は、溝13の内部からn型層12の上部表面である第2の面12Bおよびアノード電極16上にまで延在するように形成されている。さらに、基板11には基板11に接触するように図示しないカソード電極が配置されている。
Referring to FIG. 1, a
また、図1のショットキーダイオード10は1チップのショットキーダイオード素子における繰り返し構造の1単位分であって、たとえば図2に示すようにショットキーダイオード素子1はショットキーダイオード10のアノード電極16がストライプ状に配列されたものであってもよいし、図3に示すように格子状に配列されたものであってもよい。アノード電極16の平面形状はたとえば多角形形状とすることができる。
Further, the
次に、実施の形態1におけるショットキーダイオード10の動作について説明する。図1を参照して、逆電圧が印加されていく場合(ショットキーダイオードがいわゆるオフ状態となるとき)、すなわちアノード電極に負の電圧が印加されていく場合、溝13の側壁からn型層12に向けて空乏層が広がる。このため、n型層12に電流は流れず、耐圧が確保される。一方、順電圧が印加される場合(ショットキーダイオードがいわゆるオン状態となるとき)、すなわちアノード電極に正の電圧が印加される場合、n型層12には空乏層が広がらないので、n型層12を電流経路として電流が流れる。
Next, the operation of the
なお、酸化物層14は金属膜15とカソード電極との電気的な短絡を防止する機能を有している。酸化物の絶縁破壊電圧は10MV/cm程度であることを考慮すると、耐圧1kVに対して酸化物層14の厚さは1.0μm以上となり、さらに信頼性を考慮して1.5μm以上とすることが好ましい。
The
以上の構成を有することにより、SSB構造を有する本実施の形態の半導体装置としてのショットキーダイオードによれば、高い耐圧を確保しながら、n型層のn型不純物の濃度を上げ、かつ溝の集積度を上げることによりドリフト層の抵抗をさらに低下させて低損失化を図ることができる。 With the above configuration, according to the Schottky diode as the semiconductor device of the present embodiment having the SSB structure, the concentration of the n-type impurity in the n-type layer is increased while ensuring a high breakdown voltage, and the groove By increasing the degree of integration, the resistance of the drift layer can be further reduced to reduce the loss.
次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態として、実施の形態1のショットキーダイオードの製造方法について図に基づいて説明する。図4は、実施の形態1のショットキーダイオード製造工程の概略を示す図である。また、図5〜図10は実施の形態1のショットキーダイオードの製造方法を説明するための概略断面図である。図4〜図10を参照して、実施の形態1のショットキーダイオードの製造方法について説明する。 Next, as an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method for manufacturing a Schottky diode according to Embodiment 1 will be described with reference to the drawings. FIG. 4 is a diagram schematically showing the Schottky diode manufacturing process of the first embodiment. 5 to 10 are schematic cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the Schottky diode of the first embodiment. A manufacturing method of the Schottky diode according to the first embodiment will be described with reference to FIGS.
図4に示すように、まずワイドバンドギャップ半導体からなる基板を準備する工程である基板準備工程が実施された後、基板上にn型層を形成するn型層形成工程が実施される。具体的には、図5に示すように、基板準備工程において準備されたワイドバンドギャップ半導体、たとえば炭化珪素からなる基板11の上にn型層12(たとえばn型不純物を含む炭化珪素層)が形成される。このn型層形成工程は、たとえばn型不純物を含む原料ガスを用いた気相エピタキシャル成長により実施することができる。
As shown in FIG. 4, after a substrate preparation step, which is a step of preparing a substrate made of a wide band gap semiconductor, is first performed, an n-type layer formation step of forming an n-type layer on the substrate is performed. Specifically, as shown in FIG. 5, n-type layer 12 (for example, a silicon carbide layer containing an n-type impurity) is formed on a wide band gap semiconductor prepared in the substrate preparation step, for example,
次に、図4に示すように、n型層に、基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から第1の面に向けて延びる溝をエッチングにより形成する溝形成工程が実施される。溝形成工程はマスク層形成工程、マスクパターン形成工程、エッチング工程の順に実施される。具体的には、図5に示すようにn型層12の基板11側と反対側の面である第2の面12B上にマスク層として、たとえば熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aが形成される工程がマスク層形成工程として実施される。このマスク層形成工程はたとえば第2の面12B側を熱酸化することにより熱酸化膜17Aを形成し、さらにCVDにより酸化膜18Aを形成することにより実施することができる。
Next, as shown in FIG. 4, a groove extending from the second surface, which is the surface opposite to the first surface, which is the substrate-side surface, to the first surface is etched in the n-type layer. A groove forming step to be formed is performed. The groove forming process is performed in the order of a mask layer forming process, a mask pattern forming process, and an etching process. Specifically, as shown in FIG. 5, for example, a thermal oxide film 17 </ b> A and an
さらに、図6に示すように、たとえば酸化膜18Aの上にフォトリソグラフィーにより所望の溝13の形状に応じた開口を有するレジスト膜を形成し、これをマスクとして用いてたとえばRIEにより酸化膜18Aおよび熱酸化膜17Aの一部を除去することにより、マスクパターン形成工程が実施される。その後、レジスト膜を除去する工程が実施される。そして、上記工程により開口パターンが形成された熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aをマスクとして用いて、たとえばRIEにより溝13をn型層12に形成することにより、エッチング工程が実施される。
Further, as shown in FIG. 6, a resist film having an opening corresponding to the shape of the desired
次に、図4に示すように、溝の底部に絶縁体を形成する絶縁体形成工程が実施される。絶縁体形成工程は酸化物層形成工程、エッチング工程の順に実施される。具体的には、図7に示すように、溝13の内周面をたとえば熱酸化により犠牲酸化する。そして、当該犠牲酸化により形成された酸化膜、熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aをエッチングにより除去する。その後、たとえば熱酸化により溝13の内周面上からn型層12の第2の面12B上にまで延在する熱酸化膜17Bを形成する。そして、熱酸化膜17B上に、溝13の内部を充填するとともにn型層12の第2の面12B上にまで延在する酸化膜18BをCVDにより形成する。このようにして、酸化物層形成工程が完了する。さらに、図8に示すように、たとえばRIEにより熱酸化膜17Bおよび酸化膜18Bが減膜されて溝13の底壁13A付近の熱酸化膜17Bおよび酸化膜18B以外の熱酸化膜17Bおよび酸化膜18Bが除去されることによりエッチング工程が完了する。この溝13の底壁13A付近に残存した熱酸化膜17Bおよび酸化膜18Bが絶縁体としての酸化物層14である。その後、熱酸化によりn型層12の第2の面12Bおよび溝13の内周面においてn型層12が露出した面に対して犠牲酸化が実施される。その後、犠牲酸化により形成された熱酸化膜がエッチングにより除去される。
Next, as shown in FIG. 4, an insulator forming step for forming an insulator at the bottom of the groove is performed. The insulator forming step is performed in the order of the oxide layer forming step and the etching step. Specifically, as shown in FIG. 7, the inner peripheral surface of the
次に、図4に示すようにアノード電極形成工程が実施される。具体的には、図9に示すように、たとえば溝13の内部を充填するとともにn型層12の第2の面12B上に延在するようにレジスト膜が塗布される。そして、当該レジスト膜に対してフォトリソグラフィーにより、溝13の幅よりやや広い幅のレジスト膜21を残して、他の部分のレジスト膜は現像処理により除去される。このようにして、溝13の内部を充填するとともにその一部がn型層12の第2の面12B上に延在するレジスト膜21が形成される。そして、アノード電極16を構成するタングステン(W)などの金属をn型層12の第2の面12Bおよび上記レジスト膜21の上部表面を覆うように蒸着する。その後、レジスト膜21を除去することにより、レジスト膜21上に蒸着されていた上記金属をレジスト膜21とともに除去する。この結果、n型層12の第2の面12B上に位置する上記金属膜からなるアノード電極16が形成されるとともに、上記アノード電極16となる部分以外の上述の金属(溝13上に位置していた金属)が除去される(リフトオフ)。また、アノード電極16の溝13側の端面の位置は、溝13の側壁の位置から溝13の外側に向けて離れた場所に配置されている。なお、アノード電極16の上記端面の位置を、溝13の側壁の位置と重なるように(溝13の側壁とアノード電極16の上記端面とが同一平面を構成するように)決定してもよい。
Next, an anode electrode forming step is performed as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 9, for example, a resist film is applied so as to fill the inside of the
次に、図4に示すように、絶縁体としての酸化物層14が形成された溝13の側壁13Bに接触するように、n型層とショットキー接触可能な金属膜を形成する金属膜形成工程が実施される。金属膜形成工程はショットキー金属膜形成工程、ボンディング電極形成工程の順に実施される。具体的には、図10に示すように、まずn型層12とショットキー接触可能なNiなどの金属を溝13底部に位置する酸化物層14の上部表面から、溝13の側壁13B、n型層12の第2の面12Bおよびアノード電極16の上を覆うように蒸着することによりショットキー金属膜22を形成するショットキー金属膜形成工程が実施される。ショットキー金属膜22の厚みは、図10から分かるように溝13の幅より十分小さいので、ショットキー金属膜22によっては溝13の内部は充填されていない。その後、ショットキー金属膜22上に、ボンディングが容易なアルミニウム(Al)などの金属を蒸着することにより、ボンディング電極23を形成するボンディング電極形成工程が実施される。ボンディング電極23は、図10から分かるように溝13の内部を充填するとともに、n型層12の第2の面12B上に延在するように形成されている。このように形成されたボンディング電極23およびショットキー金属膜22により金属膜15が構成される。このように、金属膜15は、溝13の側壁13Bに接触する(n型層12とショットキー接触可能な金属である)ショットキー金属膜22と1層または2層以上の他の金属膜(ボンディング電極23)とからなる多層膜構造であってもよいが、ショットキー金属膜22を構成する金属の種類によっては金属膜15全体がショットキー金属膜22のみにより構成されていてもよい。
Next, as shown in FIG. 4, a metal film is formed to form a metal film capable of being in Schottky contact with the n-type layer so as to be in contact with the
以上の製造方法により、実施の形態1のショットキーダイオード10を製造することができる。本製造方法には、実施の困難な工程が含まれていないため、本製造方法によれば、実施の形態1のショットキーダイオード10を容易に製造することができる。
The
なお、実施の形態1はたとえば以下の条件により実施することができる。図1を参照して、基板11としては4H−SiC(六方晶)を材料とし、(0001)面が主面となるように使用することができる。このとき、基板11はn型不純物として窒素を1×1019/cm3程度含むことにより、n+基板として使用することができる。また、基板11の厚みは0.4mm程度とすることができる。また、n型層12の第1の面12Aから第2の面12Bまでの距離は10μm程度、溝13が形成された部分のn型層12の幅(溝13の側壁13Bから隣り合う溝13の側壁13Bまでの距離)は1.8μm程度、溝13の幅(溝13における両側壁13B、13Bの間の距離)は2μm程度とすることができる。さらに、酸化物層14と基板11との距離は1μm程度、酸化物層14の厚みは1.0μm以上2.0μm以下程度とすることができる。
The first embodiment can be implemented, for example, under the following conditions. With reference to FIG. 1, 4H—SiC (hexagonal crystal) can be used as the
また、製造方法においては、図5を参照して、n型層12はたとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)およびプロパン(C3H8)を使用したSiCの気相ホモエピタキシャル成長により形成することができる。また、n型層12はn型不純物として窒素を1×1017/cm3程度含んでおり、厚みは10μm程度とすることができる。さらに、熱酸化膜17Aは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。また、酸化膜18AはCVDなどにより3μm程度の厚みになるように形成することができる。
In the manufacturing method, referring to FIG. 5, n-
また、図6を参照して、熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aの除去はたとえばテトラフルオロメタン(CF4)系ガスを使用したRIEにより実施することができる。さらに、溝13の形成は6フッ化硫黄(SF6)および酸素(O2)系のガスを使用したRIEにより実施することができる。また、溝13の深さは9μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 6, removal of
また、図7を参照して、熱酸化膜17Bは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。さらに、酸化膜18Bはテトラエトキシシラン(TEOS)を用いたCVDなどにより1.5μm程度の厚みになるように形成することができる。
Referring to FIG. 7,
また、図8を参照して、熱酸化膜17Bおよび酸化膜18Bの減膜は、CF4系ガスを使用したRIEにより溝13の内部における熱酸化膜17Bおよび酸化膜18Bを8μm程度減膜することにより実施することができる。さらに、犠牲酸化による熱酸化膜は加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。
Referring to FIG. 8,
また、図9を参照して、アノード電極16はタングステン(W)、モリブデン(Mo)、チタン(Ti)などの金属を0.1μm程度の厚さになるように蒸着することにより形成することができる。さらに、図10を参照して、ショットキー金属膜22は、Ni、Ptなどの金属を0.2μm程度の厚さになるように蒸着することにより形成することができる。また、ボンディング電極23はAlなどの金属を2μm以上5μm以下の厚さになるように蒸着することにより形成することができる。
Referring to FIG. 9,
(実施の形態2)
図11は本発明の一実施の形態である実施の形態2の半導体装置としてのショットキーダイオードの構成を示す概略断面図である。図11を参照して、本発明の実施の形態2の半導体装置であるショットキーダイオードの構成を説明する。
(Embodiment 2)
FIG. 11 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a Schottky diode as a semiconductor device according to the second embodiment which is an embodiment of the present invention. With reference to FIG. 11, the structure of the Schottky diode which is the semiconductor device of Embodiment 2 of this invention is demonstrated.
図11を参照して、実施の形態2におけるショットキーダイオード10と、上述した図1のショットキーダイオード10とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態2のショットキーダイオード10は絶縁体としての酸化物層14と隣接する位置である溝13の底壁13Aに接触する位置にp型領域19をさらに備えている点で図1のショットキーダイオード10とは異なっている。
Referring to FIG. 11,
なお、図11のショットキーダイオード10は実施の形態1における図1のショットキーダイオード10と同様に、1チップのショットキーダイオード素子における繰り返し構造の1単位分である。そして、図2に示すようにたとえばショットキーダイオード素子1はショットキーダイオード10のアノード電極16がストライプ状に配列されたものであってもよいし、図3に示すように格子状に配列されたものであってもよい。アノード電極16の平面形状はたとえば多角形形状とすることができる。また、p型領域19が配置される位置は溝13の底壁13Aに接触する位置に限られず、たとえば酸化物層14の底部および側部に隣接するように(つまり酸化物層14の底壁および側壁に接触する、あるいは酸化物層14の底壁および/または側壁と間隔を隔てて対向するように)配置されてもよい。また、p型領域19の幅は溝13の幅と同じでもよいが、当該p型領域19の幅は溝13の幅より広いことが好ましい。また、p型領域19は酸化物層14と間隔を隔てて配置されていてもよい。
Note that the
次に、実施の形態2におけるショットキーダイオード10の動作について説明する。実施の形態2のショットキーダイオード10は基本的には実施の形態1のショットキーダイオード10と同様に動作する。しかし、以下の点において相違点を有している。すなわち、ショットキーダイオード10においては、溝13の底部に絶縁体としての酸化物層14を配置することで、金属膜15と基板に接触して配置される図示しないカソード電極とが電気的に短絡状態となることが防止されている。ここで、逆電圧が印加された場合、この酸化物層14とn型層12との境界付近である領域α付近においては電界が集中する。実施の形態2のショットキーダイオード10においては、実施の形態1のショットキーダイオード10とは異なり、この酸化物層14に隣接する位置にp型領域19をさらに備えることにより、上述した電界の集中を緩和することができる。その結果、実施の形態2のショットキーダイオード10においては、耐圧に関する信頼性が一層向上している。
Next, the operation of the
次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態として、実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法について図に基づいて説明する。図12は、実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法の概略を示す図である。また、図13〜図17は実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法を説明するための概略断面図である。図12〜図17を参照して、実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法について説明する。 Next, as an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method for manufacturing a Schottky diode according to Embodiment 2 will be described with reference to the drawings. FIG. 12 is a diagram schematically illustrating a method for manufacturing the Schottky diode according to the second embodiment. 13 to 17 are schematic cross-sectional views for explaining the method for manufacturing the Schottky diode of the second embodiment. A manufacturing method of the Schottky diode according to the second embodiment will be described with reference to FIGS.
実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法は、基本的には実施の形態1のショットキーダイオードの製造方法と同様である。しかし、実施の形態1におけるn型層形成工程において、実施の形態2では前述のp型領域を形成する必要がある点、および実施の形態1における溝形成工程において形成される溝は、前述のp型領域に至るように形成される点において実施の形態1とは異なっている。具体的には、図12を参照して、基板準備工程の後から絶縁体形成工程の前までの工程において、実施の形態2の製造工程は実施の形態1とは異なっている。以下、主にこれらの工程について説明する。 The method for manufacturing the Schottky diode according to the second embodiment is basically the same as the method for manufacturing the Schottky diode according to the first embodiment. However, in the n-type layer forming process in the first embodiment, the above-described p-type region needs to be formed in the second embodiment, and the groove formed in the groove forming process in the first embodiment is the same as that described above. The second embodiment is different from the first embodiment in that the p-type region is formed. Specifically, referring to FIG. 12, the manufacturing process of the second embodiment is different from that of the first embodiment in the processes from the substrate preparation process to the insulator formation process. Hereinafter, these steps will be mainly described.
図12に示すように、実施の形態1と同様に基板準備工程が実施された後、基板上に第1のn型層を形成する第1のn型層形成工程が実施される。具体的には、図13に示すように基板準備工程において準備されたワイドバンドギャップ半導体、たとえば炭化珪素からなる基板11の上に第1のn型層12E(たとえばn型不純物を含む炭化珪素層)が形成される。この第1のn型層形成工程は、たとえばn型不純物を含む原料ガスを用いた気相エピタキシャル成長により実施することができる。
As shown in FIG. 12, after the substrate preparation step is performed as in the first embodiment, a first n-type layer forming step for forming a first n-type layer on the substrate is performed. Specifically, as shown in FIG. 13, first n-
次に、図12に示すように、第1のn型層12Eにp型領域を形成するp型領域形成工程が実施される。具体的には、図14に示すように、たとえば第1のn型層12Eの基板11とは反対側の表面が熱酸化されることにより熱酸化膜17Aが形成され、さらにCVDにより酸化膜18Aが形成される。そして、たとえば酸化膜18Aの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜18Aおよび熱酸化膜17Aが部分的に除去されることにより、第1のn型層12E上に熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aからなり、開口パターンを有するマスク層が形成される工程が実施される。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、第1のn型層12Eにp型領域19が形成される工程が実施される。
Next, as shown in FIG. 12, a p-type region forming step for forming a p-type region in the first n-
次に、図12に示すように、第1のn型層の上に第2のn型層を形成する第2のn型層形成工程が実施される。具体的には、図15に示すように、マスクとして用いた熱酸化膜17Aおよび酸化膜18Aからなるマスク層を除去する工程が実施された上で、活性化アニールが実施される。さらに、第1のn型層12Eは、たとえば熱酸化により犠牲酸化されて熱酸化膜17Bが形成される。その後、図16に示すように熱酸化膜17Bがウエットエッチングなどの手法を用いて除去された上で、第1のn型層12E上に第2のn型層12F(たとえばn型不純物を含む炭化珪素層)を形成する工程が実施される。この第2のn型層を形成する工程は、第1のn型層形成工程と同様にたとえばn型不純物を含む原料ガスを用いた気相エピタキシャル成長により実施することができる。このようにして形成された第2のn型層12Fおよび第1のn型層12Eにより、図11のn型層12が構成される。なお、第2のn型層12Fは図16に示したように1層であってもよいが、2層以上の多層膜としてもよい。
Next, as shown in FIG. 12, a second n-type layer forming step for forming a second n-type layer on the first n-type layer is performed. Specifically, as shown in FIG. 15, activation annealing is performed after a step of removing the mask layer formed of the
次に、図12に示すように、第2のn型層を貫通してp型領域に至るように溝が形成される溝形成工程が実施される。溝形成工程はマスク層形成工程、マスクパターン形成工程、エッチング工程の順に実施される。具体的には、図16に示すように第2のn型層12Fの第2の面12B上にマスク層として、たとえば熱酸化膜17Cおよび酸化膜18Bが形成される工程がマスク層形成工程として実施される。このマスク層形成工程はたとえば第2のn型層12Fの第2の面12Bを熱酸化することにより熱酸化膜17Cを形成し、さらにCVDにより酸化膜18Bを形成することにより実施することができる。
Next, as shown in FIG. 12, a groove forming step is performed in which grooves are formed so as to penetrate the second n-type layer and reach the p-type region. The groove forming process is performed in the order of a mask layer forming process, a mask pattern forming process, and an etching process. Specifically, as shown in FIG. 16, a process of forming, for example, the thermal oxide film 17C and the
さらに、図17に示すように、たとえば酸化膜18Bの上にフォトリソグラフィーにより所望の溝13の形状に応じた開口を有するレジスト膜を形成し、これをマスクとして用いてたとえばRIEにより酸化膜18Bおよび熱酸化膜17Cを部分的に除去することにより、酸化膜18Bおよび熱酸化膜17Cにおいてレジスト膜に形成されていた開口に対応する開口パターンを形成する。その後、レジスト膜を除去する。このようにして、マスクパターン形成工程が実施される。そして、上記工程により開口パターンが形成された熱酸化膜17Cおよび酸化膜18Bをマスクとして用いて、たとえばRIEにより第2のn型層12Fを部分的に除去することにより、第2のn型層12Fを貫通してp型領域に至る溝13を形成する。このようにして、エッチング工程が実施される。
Further, as shown in FIG. 17, for example, a resist film having an opening corresponding to the shape of the desired
次に、図12に示すように絶縁体形成工程、アノード電極形成工程および金属膜成形性工程が実施の形態1の場合と同様に、順次実施される。 Next, as shown in FIG. 12, the insulator forming step, the anode electrode forming step, and the metal film formability step are sequentially performed as in the first embodiment.
以上の製造方法により、実施の形態2のショットキーダイオード10を製造することができる。本製造方法には、実施の困難な工程が含まれていないため、本製造方法によれば、実施の形態2のショットキーダイオード10を容易に製造することができる。
The
なお、実施の形態2を実施するための条件は、基本的には実施の形態1の場合と同様の条件を採用することができるが、実施の形態2を実施するための特有の条件としてはたとえば以下の条件を採用することができる。 The conditions for carrying out the second embodiment can be basically the same as those in the first embodiment, but the specific conditions for carrying out the second embodiment are as follows. For example, the following conditions can be employed.
図11を参照して、p型領域19の厚みは1μm程度とすることができる。また、製造方法においては、図13を参照して、第1のn型層12Eはたとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)およびプロパン(C3H8)を使用したSiCの気相ホモエピタキシャル成長により形成することができる。また、n型不純物として窒素を1×1015/cm3程度含んでおり、厚みは2μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 11, p-
また、図14を参照して、熱酸化膜17Aは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。また、酸化膜18AはCVDなどにより1μm程度の厚みになるように形成することができる。
Referring to FIG. 14,
また、図15を参照して、活性化アニールはたとえば1700℃程度の温度で20分程度実施することができる。また、熱酸化膜17Bは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。
Referring to FIG. 15, activation annealing can be performed at a temperature of about 1700 ° C. for about 20 minutes, for example. The
また、図16を参照して、第2のn型層12Fはたとえば原料ガスとしてSiH4およびC3H8を使用したSiCの気相ホモエピタキシャル成長により形成することができる。また、第2のn型層12Fはn型不純物として窒素を1×1017/cm3程度含んでおり、厚みは9μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 16, second n-
また、図17を参照して、熱酸化膜17Cおよび酸化膜18Bの除去はたとえばCF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。さらに、溝13の形成はSF6およびO2系のガスを使用したRIEにより実施することができ、溝13の深さは8μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 17, removal of thermal oxide film 17C and
なお、上述の条件において第1のn型層12Eはn型不純物として窒素を1×1015/cm3程度含んでいるのに対し、第2のn型層12Fでは1×1017/cm3程度としている理由については後述する実施の形態3において説明する。
Note that the first n-
(実施の形態3)
次に、本発明の一実施の形態である実施の形態3の半導体装置であるショットキーダイオードの構成を説明する。実施の形態3におけるショットキーダイオードと、上述した実施の形態1および実施の形態2のショットキーダイオードとは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態3のショットキーダイオードはn型層において、第1の面側におけるn型不純物の濃度が相対的に低く、第2の面側におけるn型不純物の濃度が相対的に高くなっている点で、実施の形態1および実施の形態2のショットキーダイオードとは異なっている。具体的には、図1および図11を参照して、実施の形態3のショットキーダイオードはn型層において、n型不純物の濃度が第1の面12A側から第2の面12B側に向けて徐々に高くなっている。
(Embodiment 3)
Next, the structure of the Schottky diode which is the semiconductor device of
次に、図1および図11を参照して、実施の形態3におけるショットキーダイオード10の動作について説明する。実施の形態3のショットキーダイオード10は基本的には実施の形態1および実施の形態2のショットキーダイオード10と同様に動作する。しかし、以下の点において相違点を有している。すなわち、ショットキーダイオード10のn型層12において逆電圧が印加された場合に、漏れ電流に対する影響の大きい第1の面12A側においてはn型不純物の濃度が低くなっているため、漏れ電流は低減される。一方、漏れ電流に対する影響の比較的小さい第2の面12B側に向けてn型不純物の濃度が高くなっているため、順電圧が印加された場合の抵抗を低減することができる。
Next, the operation of the
なお、n型不純物の濃度勾配はたとえば第1の面から第2の面に向けて直線的に増加していてもよいが、曲線状、階段状に増加していても、同様の効果が得られる。 The concentration gradient of the n-type impurity may increase linearly from the first surface to the second surface, for example, but the same effect can be obtained even if it increases in a curved or stepped manner. It is done.
また、実施の形態3の変形例のショットキーダイオードでは、n型層12において、n型不純物の濃度が徐々に変化するのではなく、金属膜15の基板11側の端部と第1の面12Aとの間の領域に、第2の面12B側の表面層におけるn型不純物の濃度よりも相対的に低いn型不純物の濃度を有する領域が形成されている。
In the Schottky diode according to the modification of the third embodiment, the n-type impurity concentration in the n-
実施の形態3の変形例によれば、上述のn型不純物の濃度が徐々に変化する実施の形態3の場合と同様に、漏れ電流に対する影響の大きい金属膜15の基板11側の端部と第1の面12Aとの間の領域においてはn型不純物の濃度が低くなっているため、漏れ電流は低減される。一方、漏れ電流に対する影響の比較的小さい他の部分においてはn型不純物の濃度が相対的に高くなっているため、順電圧が印加された場合の抵抗を低減することができる。
According to the modification of the third embodiment, as in the third embodiment where the concentration of the n-type impurity is gradually changed, the end of the
次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態として、実施の形態3のショットキーダイオードの製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing a Schottky diode according to the third embodiment will be described as an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention.
実施の形態3のショットキーダイオードの製造方法は、基本的には実施の形態1および実施の形態2のショットキーダイオードの製造方法と同様である。しかし、実施の形態1および実施の形態2におけるn型層を形成する工程において、実施の形態3ではn型層のn型不純物の濃度を変化させる必要がある点で実施の形態1および実施の形態2とは異なっている。具体的には、基本的な構造が図1に示したショットキーダイオードと同様である実施の形態3のショットキーダイオードの製造方法については、図4および図5を参照して、n型不純物の濃度が第1の面12A側から第2の面12B側に向けて徐々に高くなるようにn型層形成工程を実施することができる。より具体的には、たとえば、n型層12を気相エピタキシャル成長により形成する場合にn型不純物として添加される窒素の量を徐々に増加させ、n型層12におけるn型不純物濃度を第1の面12A側においては5×1016/cm3、第2の面12B側においては5×1017/cm3となるように、n型層形成工程を実施することができる。これにより、実施の形態3のショットキーダイオードを製造することができる。
The manufacturing method of the Schottky diode of the third embodiment is basically the same as the manufacturing method of the Schottky diode of the first and second embodiments. However, in the step of forming the n-type layer in the first embodiment and the second embodiment, the third embodiment needs to change the concentration of the n-type impurity in the n-type layer in the third embodiment. It is different from Form 2. Specifically, with respect to the manufacturing method of the Schottky diode of the third embodiment whose basic structure is the same as that of the Schottky diode shown in FIG. 1, with reference to FIG. 4 and FIG. The n-type layer forming step can be performed so that the concentration gradually increases from the
また、図4および図5を参照して、n型層形成工程おいて形成されるn型層12において、金属膜15の基板11側の端部と第1の面12Aとの間の領域には、第2の面12B側の表面層におけるn型不純物の濃度よりも相対的に低い不純物の濃度を有する領域が形成されるようにn型層形成工程を実施することができる。具体的には、たとえば、n型層12を気相エピタキシャル成長により形成する場合に、n型不純物として添加される窒素の量を、金属膜15の基板11側の端部と第1の面12Aとの間の領域を成長させる過程の一部または全部においてn型層12におけるn型不純物の濃度が1×1015/cm3、その他の成長過程においては1×1017/cm3となるように、n型層形成工程を実施することができる。これにより、実施の形態3の変形例のショットキーダイオードを製造することができる。
4 and 5, in the n-
また、基本的な構造が図11に示したショットキーダイオードと同様である実施の形態3のショットキーダイオードの製造方法については、図12〜図16を参照して、第1のn型層形成工程においてはn型不純物の濃度が小さくなるように第1のn型層12Eを形成し、第2のn型層形成工程においてはn型不純物の濃度が上記第1のn型層12Eにおけるn型不純物の濃度より相対的に大きくなるように第2のn型層12Fを形成してもよい。具体的には、実施の形態2において述べたように、気相エピタキシャル成長により第1のn型層12Eおよび第2のn型層12Fを形成する場合、第1のn型層12Eにおけるn型不純物としての窒素の濃度は1×1015/cm3程度、第2のn型層12Fでは1×1017/cm3程度となるように、n型不純物として添加される窒素の量を変化させることができる。これにより、実施の形態3の変形例のショットキーダイオードを製造することができる。
In addition, with respect to the manufacturing method of the Schottky diode of the third embodiment having the same basic structure as that of the Schottky diode shown in FIG. 11, the first n-type layer formation will be described with reference to FIGS. In the step, the first n-
(実施の形態4)
図18は本発明の一実施の形態である実施の形態4の半導体装置である酸化膜電界効果トランジスタ(MOSFET)の構成を示す概略断面図である。また、図19は、MOSFETが配列されることにより形成される1チップのMOSFET素子の構成を示す概略平面図である。図18および図19を参照して、本発明の実施の形態4の半導体装置であるMOSFETの構成を説明する。
(Embodiment 4)
FIG. 18 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of an oxide film field effect transistor (MOSFET) which is a semiconductor device according to the fourth embodiment which is an embodiment of the present invention. FIG. 19 is a schematic plan view showing the configuration of a one-chip MOSFET element formed by arranging MOSFETs. With reference to FIG. 18 and FIG. 19, the structure of MOSFET which is the semiconductor device of Embodiment 4 of this invention is demonstrated.
図18を参照して、本発明の実施の形態4の半導体装置であるMOSFET30は、ワイドバンドギャップ半導体からなる基板31と、基板31上に形成されたn型層32とを備えている。n型層32は基板31側の表面である第1の面32Aとは反対側の表面である第2の面32Bから第1の面32Aに向けて延びるように形成された溝33を有している。溝33の内部において、溝33の底部である底壁33Aに接触する位置には絶縁体としての酸化物層34が配置されている。さらに、n型層32の第2の面32B付近の溝33の側壁33Bに面する位置には、高濃度の導電型がp型である不純物(p型不純物)を含むp型領域36が形成されている。また、第2の面32B付近におけるp型領域36に隣接するとともに、p型領域36から見て溝33が位置する側と反対側には、高濃度のn型不純物を含むn型領域37が形成されている。さらに、p型領域36およびn型領域37の底部に接するとともに、溝33から離れる方向においてn型領域37よりも溝33から離れた領域にまで延在するように(つまりn型領域37およびp型領域36を取り囲むように)、低濃度のp型不純物を含むp型ウェル35が形成されている。p型ウェル35において、n型領域37より溝33から離れた位置に存在する部分の上部表面は、n型層32の第2の面32Bと同一平面上に位置する。つまり、溝33から見てn型領域37より離れた位置においては、p型ウェル35がn型層32の第2の面32Bと同一平面に露出している。
Referring to FIG. 18,
上記p型ウェル35がn型層32の第2の面32Bに露出している部分上から、溝33から離れる方向に向かって延在するように、ゲート酸化膜39を介してゲート電極38が形成されている。ゲート電極38はその側壁および上部表面もゲート酸化膜39により覆われている。ゲート酸化膜39の側壁の位置は、n型領域37の溝33から遠い側の端部の位置とほぼ等しい。
A
また、溝33の内部において、酸化物層34の上部表面と接触するとともに溝33の内部を充填し、さらにn型層32の上部表面である第2の面32B上にまで延在するようにソース電極41が形成されている。ソース電極41は、p型領域36およびn型領域37の上部表面、さらにゲート酸化膜39の側壁および上部表面に接触するように形成されている。さらに、基板31には基板31に接触するように図示しないドレイン電極が配置されている。
Further, the
また、図18のMOSFET30は1チップのMOSFET素子における繰り返し構造の1単位分であって、たとえば図19に示すようにMOSFET素子3はMOSFET30の溝33が格子状に配列されたものとすることができる。溝33に囲まれた領域の平面形状はたとえば多角形形状とすることができる。また、MOSFET素子3は図19に基づいて説明した上述の配列に代えて、たとえば図19に示す格子に囲まれた領域が溝33となるようにMOSFET30が配列されたものとしてもよい。
18 is one unit of a repetitive structure in a one-chip MOSFET element. For example, as shown in FIG. 19, the
次に、実施の形態4におけるMOSFET30の動作について説明する。図18を参照して、ゲート電極38の電圧が0Vの状態すなわちオフ状態では、ゲート酸化膜39の直下に位置するp型ウェル35とn型層32との間が逆バイアスとなり、非導通状態となる。このとき、n型層32においてソース電極41と接触している部分の周辺には空乏層が広がっており、ソース電極41と基板31に接触するように配置された図示しないドレイン電極との間は電気的に短絡しない(SSB構造)。そのため、n型層32のn型不純物の濃度を高く、n型層32の厚みを薄くすることができる。
Next, the operation of
一方、ゲート電極38に正の電圧を印加していくと、p型ウェル35のゲート酸化膜39と接触する付近において反転層が形成される。その結果、n型領域37とn型層32とが電気的に接続され、電子の流れ47Aに沿って電子が移動することにより電流が流れる。このとき、前述のようにSSB構造を有するMOSFET30は、n型層32のn型不純物の濃度を高く、n型層32の厚みを薄くすることができるため、n型層32の抵抗を小さくすることができる。その結果、MOSFET30は低損失となっている。
On the other hand, when a positive voltage is applied to the
なお、上記n型層32において、前述の実施の形態2のショットキーダイオードと同様に、酸化物層34に隣接する位置にp型領域をさらに備えてもよい。これにより、酸化物層34とn型層32との界面付近における電界の集中を緩和することができる。その結果、実施の形態4のMOSFET30の耐圧に関する信頼性を一層向上させることができる。
Note that the n-
また、前述の実施の形態3のショットキーダイオードと同様に、上記n型層32において、n型不純物の濃度が第1の面32A側から第2の面32B側に向けて徐々に高くなるようにしてもよいし、ソース電極41の基板31側の端部と第1の面32Aとの間の領域に、第2の面32B側の表面層におけるn型不純物の濃度よりも相対的に低いn型不純物の濃度を有する領域が形成されてもよい。これにより、漏れ電流に対する影響の大きい領域においてはn型不純物の濃度が低くなっているため、漏れ電流は低減される。一方、漏れ電流に対する影響の比較的小さい領域においてはn型不純物の濃度が高くなっているため、n型層32の抵抗を低減することができる。
Similarly to the Schottky diode of the third embodiment described above, in the n-
次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態として、実施の形態4のMOSFETの製造方法について図に基づいて説明する。図20は、実施の形態4のMOSFETの製造工程の概略を示す図である。また、図21〜図28は実施の形態4のMOSFETの製造方法を説明するための概略断面図である。図20〜図28を参照して、実施の形態4のMOSFETの製造方法について説明する。 Next, as an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method for manufacturing a MOSFET according to Embodiment 4 will be described with reference to the drawings. FIG. 20 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the MOSFET according to the fourth embodiment. 21 to 28 are schematic cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the MOSFET according to the fourth embodiment. A manufacturing method of the MOSFET according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
図20に示すように、まずワイドバンドギャップ半導体からなる基板を準備する工程である基板準備工程が実施された後、基板上にn型層を形成するn型層形成工程が実施される。具体的には、図21に示すように、基板準備工程において準備されたワイドバンドギャップ半導体、たとえば炭化珪素からなる基板31の上にn型層32(たとえばn型不純物を含む炭化珪素層)が形成される。このn型層形成工程は、たとえばn型不純物を含む原料ガスを用いた気相エピタキシャル成長により実施することができる。
As shown in FIG. 20, after a substrate preparation step, which is a step of preparing a substrate made of a wide band gap semiconductor, is first performed, an n-type layer forming step for forming an n-type layer on the substrate is performed. Specifically, as shown in FIG. 21, n-type layer 32 (for example, a silicon carbide layer containing n-type impurities) is formed on a wide band gap semiconductor prepared in the substrate preparation step, for example,
次に、図20に示すように、n型層形成工程で形成されたn型層にp型ウェルを形成するp型ウェル形成工程が実施される。具体的には、図21に示すように、たとえばn型層32の基板31側の面とは反対側の表面が熱酸化されることにより熱酸化膜42Aが形成される。さらにCVDにより熱酸化膜42A上に酸化膜43Aが形成される。そして、たとえば酸化膜43Aの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。そして、当該レジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜43Aおよび熱酸化膜42Aが部分的に除去されることにより、n型層32上に開口パターンを有する熱酸化膜42Aおよび酸化膜43Aからなるマスク層が形成される。その後、上記レジスト膜をエッチングなどにより除去する。そして、このマスク層をマスクとして用いてn型層32へイオン注入を行なうことにより、n型層32にp型ウェル35が形成される。
Next, as shown in FIG. 20, a p-type well formation step is performed in which a p-type well is formed in the n-type layer formed in the n-type layer formation step. Specifically, as shown in FIG. 21, for example, a surface of the n-
次に、図20に示すように、p型ウェル形成工程で形成されたp型ウェルに高濃度のp型不純物を含むp型領域を形成するp型領域形成工程が実施される。具体的には、図22に示すように、たとえば酸化膜43Aおよび熱酸化膜42Aがすべて除去された後、CVDにより酸化膜43Bが形成される。そして、たとえば酸化膜43Bの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜43Bが部分的に除去されることにより、p型ウェル35上に開口パターンを有する酸化膜43Bからなるマスク層が形成される。その後、上記レジスト膜を除去する。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、p型ウェル35にp型領域36が形成される。
Next, as shown in FIG. 20, a p-type region forming step for forming a p-type region containing a high-concentration p-type impurity in the p-type well formed in the p-type well forming step is performed. Specifically, as shown in FIG. 22, for example, after all of
次に、図20に示すように、p型領域形成工程でp型領域が形成されたp型ウェルに高濃度のn型不純物を含むn型領域を形成するn型領域形成工程が実施される。具体的には、図23に示すように、たとえば酸化膜43Bがすべて除去された後、CVDにより酸化膜43Cが形成される。そして、たとえば酸化膜43Cの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜43Cが部分的に除去されることにより、p型ウェル35およびp型領域36上に開口パターンを有する酸化膜43Cからなるマスク層が形成される。この酸化膜43Cに形成された開口パターンは、p型領域36の端部を露出させる位置に形成されている。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、n型領域37が形成される。
Next, as shown in FIG. 20, an n-type region forming step is performed in which an n-type region containing a high-concentration n-type impurity is formed in the p-type well in which the p-type region is formed in the p-type region forming step. . Specifically, as shown in FIG. 23, for example, after all
次に、図20に示すように、n型層に、基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から第1の面に向けて延びる溝をエッチングにより形成する溝形成工程が実施される。具体的には、図24に示すように、たとえば酸化膜43Cがすべて除去された後、活性化アニールが実施される。その後、CVDにより酸化膜43Dが形成される。そして、たとえば酸化膜43Dの上にフォトリソグラフィーにより所望の溝の形状に応じた開口を有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いてRIEにより開口に応じて酸化膜43Dが部分的に除去される。この結果、開口パターンを有する酸化膜43Dが形成される。その後、上記レジスト膜をエッチングなどにより除去する。さらに、たとえば酸化膜43Dをマスクとして用いてRIEによりn型層32を部分的に除去することにより、n型層32に溝33が形成される。このとき、溝33の側面において、p型領域36およびp型ウェル35の表面が露出するように、溝33の位置は決定されている。
Next, as shown in FIG. 20, a groove extending from the second surface, which is the surface opposite to the first surface, which is the substrate-side surface, to the first surface is etched in the n-type layer. A groove forming step to be formed is performed. Specifically, as shown in FIG. 24, for example, after all
次に、図20に示すように、溝の底部に絶縁体を形成する絶縁体形成工程が実施される。絶縁体形成工程は酸化物層形成工程、エッチング工程の順に実施される。具体的には、図25に示すように、溝33が形成されたn型層32はたとえば熱酸化により溝33の側壁33Bが犠牲酸化される。その後、エッチングにより酸化膜43Dおよび上記犠牲酸化により形成された酸化膜を含むすべての酸化膜が除去される。その後、たとえば熱酸化により溝33の内周面上からp型領域36、n型領域37、p型ウェル35の表面およびn型層32の第2の面32B上にまで延在する熱酸化膜42Bを形成する。そして、熱酸化膜42B上に、溝33の内部を充填するとともにn型層32の第2の面32B上にまで延在する酸化膜43EをCVDにより形成する。このようにして、熱酸化膜42Bおよび酸化膜43Eがそれぞれ形成されることにより酸化物層形成工程が完了する。さらに、たとえばRIEにより熱酸化膜42Bおよび酸化膜43Eが減膜されて溝33の底壁33A付近の熱酸化膜42Bおよび酸化膜43E以外の熱酸化膜42Bおよび酸化膜43Eが除去されることによりエッチング工程が完了する。この溝33の底壁33A付近に残存した熱酸化膜42Bおよび酸化膜43Eが絶縁体としての酸化物層34である。
Next, as shown in FIG. 20, an insulator forming step for forming an insulator at the bottom of the groove is performed. The insulator forming step is performed in the order of the oxide layer forming step and the etching step. Specifically, as shown in FIG. 25, in the n-
次に、図20に示すように、MOSFETのゲートを形成するゲート形成工程が実施される。ゲート形成工程はゲート酸化膜形成工程およびゲート電極形成工程を含んでいる。具体的には、図26に示すように、たとえば熱酸化によりn型層32の第2の面32B、p型領域36、n型領域37、p型ウェル35の表面、および溝13の内周面においてn型層12が露出した面に対して犠牲酸化が実施される。その後、犠牲酸化により形成された熱酸化膜がエッチングにより除去される。その後、たとえば熱酸化により溝33において酸化物層34が形成されていない内周面上から、p型領域36、n型領域37、p型ウェル35の表面、およびn型層32の第2の面32B上にまで延在するように熱酸化膜39Aが形成される。さらに、熱酸化膜39A上にたとえばCVDによりポリシリコン膜38が形成される。そして、たとえばポリシリコン膜38上にフォトリソグラフィーにより所望のゲート電極の形状以外の部分に開口を有するレジスト膜44Aが形成される。当該レジスト膜44Aをマスクとして用いてRIEによりポリシリコン膜38が部分的に除去されることにより、図26に示すようにゲート電極38が形成される(ゲート電極形成工程)。さらに、図27に示すように、たとえばレジスト膜44Aが除去された後、ゲート電極38が形成されたn型層32の第2の面32Bを覆うように、CVDにより酸化膜39Bが形成される。そして、たとえば酸化膜39B上にフォトリソグラフィーにより所望のゲート酸化膜の形状以外の部分に開口を有するレジスト膜44Bが形成される。このレジスト膜44Bをマスクとして用いてRIEにより酸化膜39Bが部分的に除去される。この結果、ゲート電極38を覆うように酸化膜39Bが残存する。このゲート電極38を取り囲むように残存した熱酸化膜39Aおよび酸化膜39Bがゲート酸化膜39である(ゲート酸化膜形成工程)。
Next, as shown in FIG. 20, a gate forming step for forming the gate of the MOSFET is performed. The gate forming process includes a gate oxide film forming process and a gate electrode forming process. Specifically, as shown in FIG. 26, the
次に、図20に示すように、絶縁体としての酸化物層が形成された溝の側壁に接触するように、n型層とショットキー接触可能な金属膜を形成する金属膜形成工程を含むソース電極形成工程が実施される。ソース電極形成工程は金属膜形成工程、ボンディング電極形成工程の順に実施される。具体的には、図28に示すように、たとえばレジスト膜44Bを除去した後、溝33の底部に位置する酸化物層34上から溝33の側壁33B、n型層32の第2の面32B側におけるp型領域36、n型領域37の表面、ゲート酸化膜39の側面および上部表面上に延在するように、n型層32とショットキー接触可能なNiなどの金属を蒸着することにより金属膜45を形成する金属膜形成工程が実施される。金属膜45は、n型層32とショットキー接続し、p型領域36およびn型領域37とは電気的に接続する。金属膜45の厚みは溝33の幅より十分小さいので、金属膜45によっては溝33は充填されていない。その後、ボンディングが容易なAlなどの金属を金属膜45上に蒸着することにより、ボンディング電極46を形成するボンディング電極形成工程が実施される。なお、ボンディング電極46は金属膜45の厚みより厚く形成されており、溝33を充填するように形成されている。この金属膜45およびボンディング電極46がソース電極41となる。なお、金属膜45の厚みを厚くして溝33を充填する(つまり、ソース電極41を金属膜45のみで構成する)ようにしてもよいし、ボンディング電極46を2層以上の多層膜構造としてもよい。
Next, as shown in FIG. 20, a metal film forming step of forming a metal film capable of being in Schottky contact with the n-type layer so as to be in contact with the sidewall of the groove in which the oxide layer as an insulator is formed is included. A source electrode forming step is performed. The source electrode forming step is performed in the order of the metal film forming step and the bonding electrode forming step. Specifically, as shown in FIG. 28, for example, after removing the resist
以上の製造方法により、実施の形態4のMOSFET30を製造することができる。本製造方法には、実施の困難な工程が含まれていないため、本製造方法によれば、実施の形態4のMOSFET30を容易に製造することができる。
The
なお、実施の形態4はたとえば以下の条件により実施することができる。図18を参照して、基板31としては4H−SiC(六方晶)を材料とし、(0001)面が主面となるように使用することができる。このとき、n型不純物として窒素を1×1019/cm3程度含むことにより、n+基板として使用することができる。また、厚みは0.4mm程度とすることができる。また、nドリフト層としてのn型層32の第1の面32Aから第2の面32Bまでの距離は11μm程度、溝33が形成された部分のn型層32の幅(溝33の側壁33Bから隣り合う溝33の側壁33Bまでの距離:ドリフト層幅)は3.2μm程度、溝33の幅(溝33における両側壁33B、33Bの間の距離)は2μm程度とすることができる。さらに、酸化物層34と基板31との距離は1μm程度、酸化物層34の厚みは1μm以上2μm以下程度とすることができる。また、p型ウェル35の厚みは1μm程度とすることができる。
The fourth embodiment can be implemented, for example, under the following conditions. Referring to FIG. 18, 4H—SiC (hexagonal crystal) can be used as the
また、製造方法においては、図21を参照して、n型層32はたとえば原料ガスとしてSiH4およびC3H8を使用したSiCの気相ホモエピタキシャル成長により形成することができる。また、n型層32はn型不純物として窒素を5×1016/cm3程度含んでおり、厚みは11μm程度とすることができる。さらに、熱酸化膜42Aは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。また、酸化膜43AはCVDにより1.5μm程度の厚みになるように形成することができる。さらに、イオン注入はたとえば基板31の加熱温度を500℃程度とした高温イオン注入により、Al、ホウ素(B)などを深さ1μm程度、濃度1×1016/cm3程度注入することができる。
In the manufacturing method, referring to FIG. 21, n-
また、図21および図22を参照して、熱酸化膜42A、酸化膜43Aおよび酸化膜43Bの除去はたとえばCF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。図22を参照して、酸化膜43BはたとえばCVDにより1μm程度の厚みになるように形成することができる。また、イオン注入はたとえば500℃程度の高温イオン注入により、Al、Bなどを深さ0.3μm程度、濃度1×1019/cm3程度注入することができる。
Referring to FIGS. 21 and 22, removal of
また、図23を参照して、酸化膜43CはたとえばCVDにより1μm程度の厚みになるように形成することができる。さらに、イオン注入はたとえば基板31の加熱温度が500℃程度の高温イオン注入により、窒素(N)、リン(P)などを深さ0.3μm程度、濃度1×1019/cm3程度注入することができる。
Referring to FIG. 23,
また、図24を参照して、活性化アニールは加熱温度が1700℃程度で加熱時間が20分程度の条件で実施することができる。さらに、酸化膜43DはたとえばCVDにより3μm程度の厚みになるように形成することができる。また、酸化膜43Dの部分的な除去(パターン形成)は、たとえばCF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。さらに、溝33の形成はSF6およびO2系のガスを使用したRIEにより実施することができ、溝33の深さは10μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 24, activation annealing can be carried out under conditions where the heating temperature is about 1700 ° C. and the heating time is about 20 minutes. Furthermore, the oxide film 43D can be formed to a thickness of about 3 μm by, for example, CVD. The partial removal (pattern formation) of the oxide film 43D can be performed by, for example, RIE using a CF 4 gas. Furthermore, the
また、図25を参照して、犠牲酸化による熱酸化膜および熱酸化膜42Bは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。さらに、酸化膜43EはたとえばCVDにより3μm程度の厚みになるように形成することができる。また、熱酸化膜42Bおよび酸化膜43Eの減膜は、CF4系ガスを使用したRIEにより10μm程度減膜することにより実施することができる。
Referring to FIG. 25, the thermal oxide film by thermal oxidation and
また、図26を参照して、犠牲酸化による熱酸化膜および熱酸化膜39Aは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。さらに、たとえばゲート電極38を形成するためのポリシリコン膜は、低圧化学蒸着(Low Pressure CVD;LPCVD)により0.3μm程度の厚みになるように形成することができる。また、たとえばゲート電極38を形成するためのポリシリコン膜の除去は、CF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。
Referring to FIG. 26, the thermal oxide film by thermal oxidation and the
また、図27を参照して、酸化膜39BはたとえばCVDにより0.4μm程度の厚みになるように形成することができる。さらに、図28を参照して、金属膜45は、Ni、Ptなどの金属を0.1μm程度の厚さになるように蒸着することにより形成することができる。また、ボンディング電極46はAlなどの金属を2〜5μm程度の厚さになるように蒸着することにより形成することができる。
Referring to FIG. 27,
図29は本発明の実施の形態4の半導体装置であるMOSFETにおける変形例の構成を示す概略断面図である。図29を参照して、本発明の実施の形態4の半導体装置であるMOSFETにおける変形例の構成を説明する。 FIG. 29 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a modified example of the MOSFET which is the semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. With reference to FIG. 29, the structure of the modification in MOSFET which is a semiconductor device of Embodiment 4 of this invention is demonstrated.
図29を参照して、実施の形態4の変形例のMOSFET30と、上述した実施の形態4の図18に示されたMOSFET30とは基本的に同様の構成を有している。しかし、実施の形態4のMOSFET30はプレナー構造であるのに対し、変形例のMOSFET30はトレンチ構造を有している点で異なっている。具体的には、ゲート電極およびこれに隣接する構造が異なっている。すなわち、変形例においては、p型領域36およびn型領域37の底部に接するように(つまりn型領域37およびp型領域36の底部において溝33に接する位置からn型領域37まで延在するように)、低濃度のp型不純物を含むp型ウェル35が形成されている。そしてn型層32の第2の面32B付近においてp型ウェル35およびn型領域37と対向するように、ゲート酸化膜39を介してゲート電極38が形成されている。すなわち、n型層32の厚み方向(第2の面32Bから第1の面32Aに向かう方向)において、ゲート電極38の下部表面の位置は、p型ウェル35の下部表面の位置とほぼ同じ位置に配置されている。また、n型層32の厚み方向において、ゲート電極38の上部表面の位置はn型領域37の上部表面の位置とほぼ同じ位置に配置されている。また、異なる観点から言えば、n型層32の厚み方向において、ゲート電極38の下部表面の位置はn型領域37の上部表面の位置より第1の面32A側に位置している。より好ましくは、n型層32の厚み方向において、ゲート電極38の下部表面の位置はp型ウェル35の下部表面の位置と同じか当該下部表面の位置より第1の面32A側に位置する。また、ゲート電極38はその上部表面および下部表面もゲート酸化膜39により覆われている。
Referring to FIG. 29,
また、溝33の内部において、酸化物層34の上部表面と接触するとともに溝33の内部を充填し、さらにn型層32の上部表面である第2の面32B上にまで延在するようにソース電極41が形成されている。ソース電極41は、p型領域36およびn型領域37の上部表面、さらにゲート酸化膜39の側壁および上部表面に接触するように形成されている。なお、ソース電極41は、図28において説明したように金属膜45およびボンディング電極46からなる多層膜構造としても良いし、金属膜45のみで構成してもよい。
Further, the
次に、図29を参照して、実施の形態4の変形例におけるMOSFET30の動作について説明する。実施の形態4の変形例のMOSFET30は基本的には実施の形態4のMOSFET30と同様に動作する。しかし、ゲート電極に正の電圧が印加された場合に反転層が形成される部位において相違している。すなわち、実施の形態4の変形例におけるMOSFET30のゲート電極38に正の電圧を印加していくと、p型ウェル35のゲート酸化膜39と接触する付近において反転層が形成される。その結果、n型領域37とn型層32とが電気的に接続され、電子の流れ47Bに沿って電子が移動することにより電流が流れる。このとき、前述のようにSSB構造を有するMOSFET30は、n型層32のn型不純物の濃度を高く、n型層32の厚みを薄くすることができるため、n型層32の抵抗を小さくすることができる。その結果、MOSFET30は低損失となっている。
Next, with reference to FIG. 29, the operation of
次に、実施の形態4の変形例におけるMOSFETの製造方法について説明する。図29に示すように、実施の形態4の変形例におけるMOSFET30は一般的なトレンチ構造を有するMOSFETのドリフト層にSSB構造を適用した構成となっている。従って、上述した実施の形態4のMOSFETの製造方法におけるSSB構造の作製方法と、一般的なトレンチ構造を有するMOSFETの製造方法とを組み合わせることにより、製造することができる。
Next, a method for manufacturing the MOSFET in the modification of the fourth embodiment will be described. As shown in FIG. 29,
(実施の形態5)
図30は本発明の実施の形態5の半導体装置としての接合型電界効果トランジスタ(Junction Field Effect Transistor;JFET)の構成を示す概略断面図である。図30を参照して、本発明の実施の形態5の半導体装置としてのJFETの構成を説明する。
(Embodiment 5)
FIG. 30 is a schematic cross-sectional view showing a configuration of a junction field effect transistor (JFET) as a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. With reference to FIG. 30, the configuration of a JFET as a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention will be described.
図30を参照して、実施の形態5におけるJFET50と、上述した実施の形態4における図18のMOSFET30とはいずれも同様のSSB構造を有する電界効果型トランジスタである。従って、図30における基板51、下部n型層52および上部n型層62、溝53、絶縁体としての酸化物層54は、図18の基板31、n型層32、溝33、絶縁体としての酸化物層34と基本的に共通の構成を有している。また、図30のJFET50は図18のMOSFET30と同様に1チップのJFET素子における繰り返し構造の1単位分であって、図19に基づいて説明したMOSFET素子3と同様のJFET素子を構成することができる。
Referring to FIG. 30, both JFET 50 in the fifth embodiment and
しかし、実施の形態5のJFETは以下の点において実施の形態4のMOSFETとはとは異なっている。すなわち、基板51上に形成された下部n型層52および下部n型層52の上に形成された上部n型層62を含むn型層において、下部n型層52の基板51とは反対側の表面である境界面52B付近における溝53の側壁53Bに面する位置には、高濃度のp型不純物を含むp型領域56が形成されている。また、境界面52B付近における溝53の側壁53Bに面する位置には、p型領域56の底壁および溝53の側壁53Bを構成する側壁とは反対側の側壁を囲むように低濃度のp型不純物を含む埋め込みp型層55が形成されている。すなわち、埋め込みp型層55は溝の側壁53B、上部n型層62の底面、p型領域56の底面および溝53の側壁53Bとは反対側の側壁に接触して配置されている。
However, the JFET of the fifth embodiment is different from the MOSFET of the fourth embodiment in the following points. That is, in the n-type layer including the lower n-
また、上部n型層62の基板51とは反対側の表面である第2の面62B付近における溝53の側壁53Bに面する位置には、高濃度のn型不純物を含むn型領域57が形成されている。さらに、第2の面62B付近の埋め込みp型層55と対向する位置からn型領域57とは反対側(溝53から遠ざかる方向)に延在するように、ゲート電極58が形成されている。ゲート電極58は中濃度のp型不純物を含む半導体層である。また、上部n型層62の上には第2の面62Bに接触して、かつゲート電極58と対向する位置からn型領域57の方向に延在するように電極間酸化膜59が形成されている。電極間酸化膜59の溝53側の端面は、n型領域57とゲート電極58との間の領域に位置している。つまり、電極間酸化膜59によりゲート電極58の上部表面は完全に覆われている。
An n-
また、溝53の内部において、酸化物層54の上部表面と接触するとともに溝53の内部を充填し、さらに上部n型層62の上部表面である第2の面62Bおよび電極間酸化膜59上にまで延在するようにソース電極61が形成されている。すなわち、ソース電極61は、n型領域57の上部表面、電極間酸化膜59の側壁および上部表面に接触するように形成されている。
In addition, the
次に、実施の形態5におけるJFET50の動作について説明する。JFETの動作の型にはノーマリーオフ型とノーマリーオン型があり、ゲート電極58と埋め込みp型領域55とに挟まれたn型層58(チャネル領域)の不純物濃度と厚みによって変わる。ここでは、JFETとして一般的であるノーマリーオン型について説明を行なう。図30を参照して、ゲート電極58の電圧が0V(ソース電極61と同電位)の状態では、上部n型層において、ゲート電極58と埋め込みp型層55とで挟まれた領域(チャネル領域)は完全には空乏化されておらず、ソース電極61と下部n型層52とは電気的に接続された状態となっている。そのため、電子の流れ68Aに沿って電子が移動することにより電流が流れる。
Next, the operation of JFET 50 in the fifth embodiment will be described. There are two types of JFET operation, normally-off type and normally-on type, depending on the impurity concentration and thickness of the n-type layer 58 (channel region) sandwiched between the
一方、ソース電極61に対してゲート電極58を負の電圧に印加していくと、上述のチャネル領域の空乏化が進行し、ソース電極61と下部n型層52とは電気的に遮断された状態となる。そのため、電子の流れ68Aに沿って電子が移動することができず、電流は流れない。
On the other hand, when the
ここで、下部n型層52においてソース電極61と接触している部分の周辺には空乏層が広がっており、ソース電極61と基板51に接触するように配置された図示しないドレイン電極との間は電気的に接続されない(SSB構造)。そのため、下部n型層52のn型不純物の濃度を高く、下部n型層52の厚みを薄くすることができる。その結果、下部n型層52の抵抗を小さくすることができるため、JFET50は低損失となっている。
Here, in the lower n-
なお、下部n型層52において、前述の実施の形態2のショットキーダイオードと同様に、酸化物層54に隣接する位置にp型領域をさらに備えてもよい。これにより、酸化物層54と下部n型層52との界面付近における電界の集中を緩和することができる。その結果、実施の形態5のJFET50の耐圧に関する信頼性を一層向上させることができる。
Note that the lower n-
また、前述の実施の形態3のショットキーダイオードと同様に、下部n型層52において、n型不純物の濃度が第1の面52A側から境界面52B側に向けて徐々に高くなるようにしてもよいし、ソース電極61の基板51側の端部と第1の面52Aとの間の領域に、境界面52B側の表面層(境界面52Bから2μm程度の範囲)におけるn型不純物の濃度よりも相対的に低いn型不純物の濃度を有する領域が形成されてもよい。これにより、漏れ電流に対する影響の大きい領域においてはn型不純物の濃度が低くなっているため、漏れ電流は低減される。一方、漏れ電流に対する影響の比較的小さい領域においてはn型不純物の濃度が高くなっているため、下部n型層52の抵抗を低減することができる。
Similarly to the Schottky diode of the third embodiment described above, in the lower n-
次に、本発明の半導体装置の製造方法の一実施の形態として、実施の形態5のJFETの製造方法について図に基づいて説明する。図31は、実施の形態5のJFETの製造工程の概略を示す図である。また、図32〜図39は実施の形態5のJFETの製造方法を説明するための概略断面図である。図31〜図39を参照して、実施の形態5のJFETの製造方法について説明する。 Next, as an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device of the present invention, a method for manufacturing a JFET of Embodiment 5 will be described with reference to the drawings. FIG. 31 is a diagram schematically showing the manufacturing process of the JFET of the fifth embodiment. 32 to 39 are schematic cross-sectional views for explaining the method of manufacturing the JFET of the fifth embodiment. A method for manufacturing the JFET of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
図31に示すように、まずワイドバンドギャップ半導体からなる基板を準備する工程である基板準備工程が実施された後、基板上に下部n型層を形成する下部n型層形成工程が実施される。具体的には、実施の形態4のn型層形成工程と同様に、図32に示すように、基板準備工程において準備されたワイドバンドギャップ半導体からなる基板51の上に下部n型層52が形成される。
As shown in FIG. 31, after a substrate preparation step, which is a step of preparing a substrate made of a wide band gap semiconductor, is first performed, a lower n-type layer forming step for forming a lower n-type layer on the substrate is performed. . Specifically, as in the n-type layer forming step of the fourth embodiment, as shown in FIG. 32, a lower n-
次に、図31に示すように、下部n型層形成工程で形成された下部n型層に埋め込みp型層を形成する埋め込みp型層形成工程が実施される。具体的には、実施の形態4のp型ウェル形成工程と同様に、図32に示すように、たとえば下部n型層52の基板51とは反対側の表面に熱酸化膜63Aおよび酸化膜64Aが形成される。そして、たとえばフォトリソグラフィーを用いて酸化膜64A上に所定のパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜をマスクとしてRIEにより熱酸化膜63Aおよび酸化膜64Aを部分的に除去することにより、下部n型層52上に図32に示したような開口パターンを有する熱酸化膜63Aおよび酸化膜64Aからなるマスク層が形成される。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、下部n型層52に埋め込みp型層55が形成される。
Next, as shown in FIG. 31, a buried p-type layer forming step is performed in which a buried p-type layer is formed in the lower n-type layer formed in the lower n-type layer forming step. Specifically, as in the p-type well formation step of the fourth embodiment, as shown in FIG. 32, for example, a
次に、図31に示すように、埋め込みp型層形成工程で形成された埋め込みp型層に高濃度のp型不純物を含むp型領域を形成するp型領域形成工程が実施される。具体的には、実施の形態4のp型領域形成工程と同様に、図33に示すように、たとえば酸化膜64Aおよび熱酸化膜63Aがすべて除去された後、CVDにより下部n型層52の基板51に対向する面と反対側の面(上部表面)上に酸化膜64Bが形成される。そして、たとえばフォトリソグラフィーを用いて酸化膜64B上に所定のパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜をマスクとしてRIEにより熱酸化膜64を部分的に除去することにより埋め込みp型層55上に図33に示したような開口パターンを有する酸化膜64Bからなるマスク層が形成される。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、埋め込みp型層55にp型領域56が形成される。
Next, as shown in FIG. 31, a p-type region forming step for forming a p-type region containing a high-concentration p-type impurity in the buried p-type layer formed in the buried p-type layer forming step is performed. Specifically, as in the p-type region forming step of the fourth embodiment, as shown in FIG. 33, for example, after
次に、図31に示すように、埋め込みp型層55およびp型領域56が形成された下部n型層52上に上部n型層を形成する上部n型層形成工程が実施される。具体的には、図34に示すように、たとえば酸化膜64Bがすべて除去された後、熱酸化により下部n型層52の上部表面が犠牲酸化される。その後、エッチングにより上記犠牲酸化により形成された酸化膜が除去される。そして、下部n型層52上に上部n型層62(たとえばn型不純物を含む炭化珪素層)がたとえば気相エピタキシャル成長により形成される。
Next, as shown in FIG. 31, an upper n-type layer forming step is performed in which an upper n-type layer is formed on the lower n-
次に、図31に示すように、上部n型層62に高濃度のn型不純物を含むn型領域57(図35参照)を形成するn型領域形成工程が実施される。具体的には、図34に示すように、たとえば熱酸化およびCVDにより上部n型層62上に熱酸化膜63Bが、また当該熱酸化膜63B上に酸化膜64Cがそれぞれ形成される。そして、図35に示すように、たとえば酸化膜64Cの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜64Cおよび熱酸化膜63Bが部分的に除去されることにより、上部n型層62上に、所定の開口パターンを有し、熱酸化膜63Bおよび酸化膜64Cからなるマスク層が形成される。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、上部n型層62にn型領域57が形成される。
Next, as shown in FIG. 31, an n-type region forming step for forming an n-type region 57 (see FIG. 35) containing high-concentration n-type impurities in the upper n-
次に、図31に示すように、上部n型層にp型半導体からなるゲート電極を形成するゲート電極形成工程が実施される。具体的には、図36に示すように、たとえば酸化膜64Cおよび熱酸化膜63Bがすべて除去された後、熱酸化およびCVDにより上部n型層62上に熱酸化膜63Cが形成され、当該熱酸化膜63C上に酸化膜64Dが形成される。そして、たとえば酸化膜64Dの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜が形成される。このレジスト膜をマスクとして用いてRIEにより酸化膜64Dおよび熱酸化膜63Cが部分的に除去されることにより、上部n型層62上に熱酸化膜63Cおよび酸化膜64Dからなるマスク層が形成される。このマスク層はn型領域57上を覆うように形成されている。このマスク層をマスクとして用いてイオン注入を行なうことにより、上部n型層62にp型不純物を含むゲート電極58が形成される。
Next, as shown in FIG. 31, a gate electrode formation step is performed in which a gate electrode made of a p-type semiconductor is formed in the upper n-type layer. Specifically, as shown in FIG. 36, for example, after oxide film 64C and
次に、図31に示すように、上部n型層62および下部n型層52に、基板51側の表面とは反対側の表面である上部n型層62の第2の面62Bから下部n型層52の第1の面52Aに向けて延びる溝53をエッチングにより形成する溝形成工程が実施される。具体的には、図37に示すように、実施の形態4の溝形成工程と同様に、たとえば酸化膜64Dおよび熱酸化膜63Cがすべて除去された後、活性化アニールが実施される。その後、CVDにより酸化膜64Eが形成される。そして、たとえばフォトリソグラフィーを用いて酸化膜64E上に所定のパターンを有するレジスト膜を形成する。当該レジスト膜をマスクとしてRIEにより酸化膜64Eを部分的に除去することにより、酸化膜64Eからなるマスク層が形成される。さらに、このマスク層をマスクとして用いてRIEにより上部n型層62および下部n型層52からなるn型層に溝53が形成される。
Next, as shown in FIG. 31, the upper n-
次に、図31に示すように、溝の底部に絶縁体を形成する絶縁体形成工程が実施される。絶縁体形成工程は酸化物層形成工程、エッチング工程の順に実施される。具体的には、図38に示すように、エッチングにより酸化膜64Eを含むすべての酸化膜が除去された後、たとえば熱酸化およびCVDにより、溝53の内周面上から上部n型層62において形成されたゲート電極58上の領域にまで延在するように熱酸化膜63Eが、さらに当該熱酸化膜63E上に酸化膜64Fがそれぞれ形成されることにより酸化物層形成工程が完了する。さらに、たとえばRIEにより熱酸化膜63Eおよび酸化膜64Fが減膜されて溝53の底壁53A付近の熱酸化膜63Eおよび酸化膜64F以外の熱酸化膜63Eおよび酸化膜64Fが除去されることによりエッチング工程が完了する。この溝53の底壁53A付近に残存した熱酸化膜63Eおよび酸化膜64Fが絶縁体としての酸化物層54である。
Next, as shown in FIG. 31, an insulator forming step for forming an insulator at the bottom of the groove is performed. The insulator forming step is performed in the order of the oxide layer forming step and the etching step. Specifically, as shown in FIG. 38, after all the oxide films including
次に、図31に示すように、電極間酸化膜を形成する電極間酸化膜形成工程が実施される。具体的には、図38に示すように、たとえば熱酸化およびCVDにより上部n型層62の第2の面62Bを覆うように熱酸化膜63Fが、また熱酸化膜63F上に酸化膜64Gがそれぞれ形成される。そして、たとえば酸化膜64Gの上にフォトリソグラフィーにより開口を有するレジスト膜65が形成される。このレジスト膜65をマスクとして用いてRIEにより酸化膜64Gおよび熱酸化膜63Fを部分的に除去する。このとき残存した熱酸化膜63Fおよび酸化膜64Gが電極間酸化膜59である。
Next, as shown in FIG. 31, an interelectrode oxide film forming step for forming an interelectrode oxide film is performed. Specifically, as shown in FIG. 38, a
次に、図31に示すように、実施の形態4と同様に、絶縁体としての酸化物層54が形成された溝53の側壁53Bに接触するように、上部および下部n型層62、52とショットキー接触可能な金属膜66を形成する金属膜形成工程を含むソース電極形成工程が実施される。具体的には、図38に示すように、たとえばレジスト膜65を除去した後、図39に示すようにn型層としての下部n型層52および上部n型層62とショットキー接触可能なNiなどの金属を蒸着することにより金属膜66を形成する金属膜形成工程が実施される。図39に示すようにn型層としての下部n型層52および上部n型層62と金属膜66はショットキー接続し、また、p型領域56とn型領域57と金属膜66とは電気的に接続する。その後、ボンディングが容易なAlなどの金属を蒸着することにより、金属膜66上にボンディング電極67を形成するボンディング電極形成工程が実施される。この金属膜66およびボンディング電極67がソース電極61となる。なお、ソース電極61は金属膜66のみで構成してもよいし、金属膜66と1層または複数層からなるボンディング電極67とから構成してもよい。
Next, as shown in FIG. 31, as in the fourth embodiment, the upper and lower n-
以上の製造方法により、実施の形態5のJFET50を製造することができる。本製造方法には、実施の困難な工程が含まれていないため、本製造方法によれば、実施の形態5のJFET50を容易に製造することができる。 The JFET 50 of the fifth embodiment can be manufactured by the above manufacturing method. Since this manufacturing method does not include difficult steps, the JFET 50 of the fifth embodiment can be easily manufactured according to this manufacturing method.
なお、実施の形態5はたとえば以下の条件により実施することができる。図30を参照して、基板51としては実施の形態4と同様のn+基板を使用することができる。また、n型層としての下部n型層52および上部n型層62も、基本的には実施の形態4のn型層と同様の構成とすることができる。ただし、第1の面52Aから境界面52Bまでの距離は11μm程度、境界面52Bから第2の面62Bまでの距離は1μm程度とすることができる。また、上部n型層62はn型不純物として窒素を2×1016/cm3程度含むことができる。さらに、酸化物層54と基板51との距離は1μm程度、酸化物層54の厚みは1μm以上2μm以下程度とすることができる。また、埋め込みp型層55の厚みは1μm程度とすることができる。
Embodiment 5 can be implemented, for example, under the following conditions. Referring to FIG. 30, n + substrate similar to that in the fourth embodiment can be used as
また、製造方法においては、図32を参照して、下部n型層52および埋め込みp型層55は実施の形態4のn型層およびp型ウェルと同様に形成することができる。さらに、図33を参照して、p型領域56は、実施の形態4のp型領域と同様に形成することができる。
In the manufacturing method, referring to FIG. 32, lower n-
また、図34を参照して、上部n型層62は下部n型層52と基本的には同様に形成することができるが、厚みは1μm程度、n型不純物として窒素の濃度は2×1016/cm3程度とすることができる。
Referring to FIG. 34, upper n-
また、図35を参照して、n型領域57は実施の形態4のn型領域と基本的には同様に形成することができるが、厚みは0.5μm程度とすることができる。
Referring to FIG. 35, n-
また、図36を参照して、熱酸化膜63Cは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。また、酸化膜64DはCVDにより1μm程度の厚みになるように形成することができる。さらに、熱酸化膜63Cおよび酸化膜64Dの除去は、たとえばCF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。また、イオン注入はたとえば基板51の加熱温度が500℃程度の高温イオン注入により、Al、Bなどを深さ0.3μm程度、濃度1×1018/cm3程度注入することができる。
Referring to FIG. 36,
また、図37および図38を参照して、溝53および酸化物層54の形成は、実施の形態4の溝および絶縁体の形成と同様に行なうことができる。さらに、図38を参照して、電極間酸化膜59の形成においては、熱酸化膜63Fは加熱温度が1200℃程度の熱酸化により、50nm程度の厚みとなるように形成することができる。また、酸化膜64GはCVDにより0.4μm程度の厚みになるように形成することができる。さらに、熱酸化膜63Fおよび酸化膜64Gの除去はたとえばCF4系ガスを使用したRIEにより実施することができる。また、図39を参照して、ソース電極61は実施の形態4のソース電極と同様に形成することができる。
Referring to FIGS. 37 and 38, formation of
なお、上記においては、ワイドバンドギャップ半導体からなる基板およびn型層を備えた半導体装置およびその製造方法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、Siなどの一般的な半導体からなる基板およびn型層を備えた半導体装置およびその製造方法にも適用することができる。 In the above, the semiconductor device including the substrate made of the wide band gap semiconductor and the n-type layer and the manufacturing method thereof have been described. However, the present invention is not limited to this, and a general semiconductor such as Si is used. The present invention can also be applied to a semiconductor device provided with a substrate and an n-type layer and a manufacturing method thereof.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time is to be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
本発明の半導体装置およびその製造方法は、半導体からなる基板を備えた半導体装置およびその製造方法に特に有利に適用され得る。 The semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention can be particularly advantageously applied to a semiconductor device including a substrate made of a semiconductor and a manufacturing method thereof.
1 ショットキーダイオード素子、3 MOSFET素子、10 ショットキーダイオード、11、31、51 基板、12、32 n型層、12A、32A、52A 第1の面、12B、32B、62B 第2の面、12E 第1のn型層、12F 第2のn型層、13、33、53 溝、13A、33A、53A 底壁、13B、33B、53B 側壁、14、34、54 酸化物層、15 金属膜、16 アノード電極、17A〜17C、39A、42A、42B、63A〜63F 熱酸化膜、18A、18B、39B、43A〜43E、64A〜64G 酸化膜、19、36、56 p型領域、21、44A、44B、65 レジスト膜、22 ショットキー金属膜、23、46、67 ボンディング電極、30 MOSFET、35 p型ウェル、37、57 n型領域、38 ポリシリコン膜(ゲート電極)、39 ゲート酸化膜、41、61 ソース電極、45、66 金属膜、47A、47B、68A 電子の流れ、52 下部n型層、52B 境界面、55 埋め込みp型層、58 ゲート電極、59 電極間酸化膜、62 上部n型層。 1 Schottky diode element, 3 MOSFET element, 10 Schottky diode, 11, 31, 51 substrate, 12, 32 n-type layer, 12A, 32A, 52A first surface, 12B, 32B, 62B second surface, 12E First n-type layer, 12F Second n-type layer, 13, 33, 53 groove, 13A, 33A, 53A Bottom wall, 13B, 33B, 53B Side wall, 14, 34, 54 Oxide layer, 15 Metal film, 16 Anode electrode, 17A-17C, 39A, 42A, 42B, 63A-63F Thermal oxide film, 18A, 18B, 39B, 43A-43E, 64A-64G oxide film, 19, 36, 56 p-type region, 21, 44A, 44B, 65 Resist film, 22 Schottky metal film, 23, 46, 67 Bonding electrode, 30 MOSFET, 35 p-type well, 37, 57 n-type region, 38 polysilicon film (gate electrode), 39 gate oxide film, 41, 61 source electrode, 45, 66 metal film, 47A, 47B, 68A electron flow, 52 lower n-type layer, 52B boundary Surface, 55 buried p-type layer, 58 gate electrode, 59 interelectrode oxide film, 62 upper n-type layer.
Claims (11)
前記基板上に形成され、かつ前記基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から前記第1の面に向けて延びるように形成された溝を有するn型層と、
前記溝の底部に配置された絶縁体と、
前記溝の側壁に接触するように形成された、前記n型層とショットキー接触可能な金属膜とを備えた、半導体装置。 A semiconductor substrate;
N having a groove formed on the substrate and extending from the second surface, which is the surface opposite to the first surface, which is the surface on the substrate side, toward the first surface; Mold layer,
An insulator disposed at the bottom of the groove;
A semiconductor device comprising: the n-type layer and a metal film capable of Schottky contact formed so as to be in contact with a side wall of the groove.
前記基板上にn型層を形成するn型層形成工程と、
前記n型層に、前記基板側の表面である第1の面とは反対側の表面である第2の面から前記第1の面に向けて延びる溝をエッチングにより形成する溝形成工程と、
前記溝の底部に絶縁体を形成する工程と、
前記絶縁体が形成された前記溝の側壁に接触するように、前記n型層とショットキー接触可能な金属膜を形成する工程とを備えた、半導体装置の製造方法。 A step of preparing a semiconductor substrate;
An n-type layer forming step of forming an n-type layer on the substrate;
A groove forming step of forming, in the n-type layer, a groove extending from the second surface, which is a surface opposite to the first surface, which is the surface on the substrate side, toward the first surface by etching;
Forming an insulator at the bottom of the groove;
Forming a metal film capable of being in Schottky contact with the n-type layer so as to be in contact with a side wall of the groove in which the insulator is formed.
前記基板上に第1のn型層を形成する工程と、
前記第1のn型層における前記基板側とは反対側の面上に開口パターンを有するマスク層を形成する工程と、
前記マスク層をマスクとして用いて、前記第1のn型層に対してイオン注入を行なうことにより、前記第1のn型層にp型領域を形成する工程と、
前記マスク層を除去する工程と、
前記マスク層が除去された前記第1のn型層上に、第2のn型層を形成する工程とを含み、
前記溝形成工程において形成される溝は、前記第2のn型層を貫通して前記p型領域に至るように形成される、請求項6に記載の半導体装置の製造方法。 The n-type layer forming step includes
Forming a first n-type layer on the substrate;
Forming a mask layer having an opening pattern on a surface of the first n-type layer opposite to the substrate side;
Forming a p-type region in the first n-type layer by performing ion implantation on the first n-type layer using the mask layer as a mask;
Removing the mask layer;
Forming a second n-type layer on the first n-type layer from which the mask layer has been removed,
The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein the groove formed in the groove forming step is formed so as to penetrate the second n-type layer and reach the p-type region.
前記n型層形成工程においてはワイドバンドギャップ半導体からなるn型層が形成される、請求項6〜10のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 In the step of preparing the substrate made of a semiconductor, a substrate made of a wide band gap semiconductor is prepared,
The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 6, wherein an n-type layer made of a wide band gap semiconductor is formed in the n-type layer forming step.
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