碳化硅半导体装置制造方法及图纸

其目的在于提供一种能够缓和开关时的电场来提高元件耐压的碳化硅半导体装置。碳化硅半导体装置(100)具备：场绝缘膜(3)，形成于碳化硅基板(1)的表面上；第一表面电极(4)，搭载于场绝缘膜(3)而形成；第二表面电极(5)，覆盖第一表面电极(4)并超过第一表面电极(4)的外周端而延伸到场绝缘膜(3)上；以及第二导电类型的终端阱区域(2)，在碳化硅基板(1)内延伸到比第二表面电极(5)的外周端更靠外周侧的位置，第二表面电极(5)的外周端和场绝缘膜(3)的内周端的距离小于对第二表面电极(5)的外周下端施加的电场强度与构成场绝缘膜(3)或者表面保护(6)的绝缘材料的绝缘破坏强度中的较小的绝缘破坏强度相等时的第二表面电极(5)的外周端和场绝缘膜(3)的内周端的距离。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及碳化硅半导体装置。
技术介绍
近年来，作为能够实现高耐压并且低损失的下一代的半导体装置，使用碳化硅(SiC)的半导体装置(以下称为“碳化硅半导体装置”)受到瞩目。相比于在以往的半导体装置中使用的硅(Si)，SiC的绝缘破坏电场强度为约10倍，所以碳化硅半导体装置特别期待向高耐压的电力用半导体装置扩展。在碳化硅半导体装置中，已知为了进一步提高耐压，通过在N型的碳化硅半导体层内的所谓终端区域中设置P型的保护环区域(终端阱区域)，利用由碳化硅半导体层和保护环区域的PN结形成的耗尽层，缓和施加反向电压时的电场(例如专利文献1)。另外，在专利文献1记载的由SiC构成的肖特基势垒二极管(SiC－SBD)中，形成为在终端区域中的碳化硅半导体层上设置场绝缘膜，表面电极的外周端搭载到场绝缘膜上。另一方面，在SiC－SBD中，有时在碳化硅半导体层以及场绝缘膜上设置的肖特基电极(第一表面电极)的外周端形成有蚀刻残渣，如果形成蚀刻残渣，则有可能在蚀刻残渣周边发生电场集中而导致碳化硅半导体装置的不良状况。因此，已知通过利用在肖特基电极上设置的电极焊盘(第2表面电极)覆盖肖特基电极的外周端，在肖特基电极的外周端形成的蚀刻残渣不会露出，所以抑制碳化硅半导体装置的不良状况(参照例如专利文献2)。专利文献1：日本特表2006－516815号公报专利文献2：日本特开2013－211503号公报
技术实现思路
然而，专利技术人们新发现了如果利用电极焊盘覆盖肖特基电极的外周端，则在场绝缘膜上，电极焊盘的外周端向外周侧伸出，如果电极焊盘的伸出幅度变大，则在开关时，电极焊盘的外周端周边的电场增大，发生场绝缘膜、覆盖电极焊盘的外周端的表面保护膜的绝缘破坏，有可能导致元件的不良状况。这样的在开关时在电极焊盘的外周端发生的电场集中被推测为按照如下机理产生。如上所述，在碳化硅半导体装置的截止状态、即被施加了恒定的电压的静态状态下，耗尽层从设置于终端区域的终端阱区域延伸，从而保持电压并实现电场缓和，但在碳化硅半导体装置从导通状态向截止状态切换的开关状态下，高速地施加高电压，所以如果耗尽层从终端阱区域的延伸延迟，则有时无法充分地发挥基于终端阱区域的电场缓和效果。特别是，在碳化硅半导体装置中，相比相同耐压的硅半导体装置能够更高速地开关，并且受主能级比以往的硅半导体深，耗尽层的延伸变慢，所以相对于在开关时高速地施加的电压，耗尽层从终端阱区域的延伸延迟，无法充分地发挥电场缓和。另外，在终端阱区域的外周侧无法充分地保持电压的情况下，等电位线进入至终端阱区域内部，如果在上述情况下电极焊盘的外周端在场绝缘膜上向外周侧伸出，则作为角部的电极焊盘周边的等电位线的密度变高，在表面电极的外周端发生电场集中，有可能导致元件的不良状况。为了防止这样的开关时的基于终端阱区域的电场缓和效果的降低，考虑使终端阱区域中的P型注入量增加来促进耗尽层的延伸，但如果考虑开关时的电场缓和而使终端阱区域的P型注入量最佳化，则有可能静态的截止状态下的电场增大而导致耐压降低。即，在以往的碳化硅半导体装置中，难以同时实现静态的截止状态下的电场缓和与动态的开关时的电场缓和，难以充分地提高元件耐压。本专利技术是为了解决上述那样的问题而完成的，其目的在于提供一种能够在抑制截止状态下的电场增加的同时缓和开关时的电场而提高元件耐压的碳化硅半导体装置。本专利技术涉及一种碳化硅半导体装置，具备：第一导电类型的碳化硅基板；场绝缘膜，形成于碳化硅基板的表面上；第一表面电极，形成于碳化硅基板的表面上且比场绝缘膜更靠内周侧的位置，并且搭载于场绝缘膜而形成；第二表面电极，覆盖第一表面电极，超过第一表面电极的外周端而延伸到场绝缘膜上；第二导电类型的终端阱区域，在碳化硅基板内的上部与第一表面电极的至少一部分相接地形成，在碳化硅基板内延伸到比第二表面电极的外周端更靠外周侧的位置；表面保护膜，以覆盖第二表面电极的外周端的方式形成于场绝缘膜上以及第二表面电极上，并且由绝缘材料构成；以及背面电极，形成于碳化硅基板的背面，相比于对第二表面电极的外周下端施加的电场强度与构成场绝缘膜或者表面保护的绝缘材料的绝缘破坏强度中的较小的绝缘破坏强度相等时的第二表面电极的外周端和场绝缘膜的内周端的距离，第二表面电极的外周端和场绝缘膜的内周端的距离较小。根据本专利技术的碳化硅半导体装置，即使在开关时耗尽层从终端阱区域的延伸延迟，等电位线进入至终端阱区域内部，由于第二表面电极的外周端位于内周侧，以使对第二表面电极的外周下端施加的电场强度比场绝缘膜以及表面保护膜的绝缘破坏强度小，所以也能够在降低第二表面电极的外周端周边的等电位线的密度来抑制截止状态下的电场增加的同时，抑制开关时的第二表面电极的外周端周边的电场。附图说明图1是示出本专利技术的实施方式1的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图2是示出本专利技术的实施方式1的比较例的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图3是示出本专利技术的实施方式1的比较例的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图4是示出本专利技术的实施方式1的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图5是示出本专利技术的实施方式1的仿真结果的图形。图6是示出本专利技术的实施方式1的仿真结果的图形。图7是示出本专利技术的实施方式1的仿真结果的图形。图8是示出本专利技术的实施方式1的仿真结果的图形。图9是示出本专利技术的实施方式2的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图10是示出本专利技术的实施方式2的比较例的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图11是示出本专利技术的实施方式2的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图12是示出本专利技术的实施方式2的碳化硅半导体装置的变形例的结构的剖面图。图13是示出本专利技术的实施方式2的碳化硅半导体装置的变形例的结构的剖面图。图14是示出本专利技术的实施方式2的碳化硅半导体装置的变形例的结构的剖面图。图15是示出本专利技术的实施方式3的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图16是示出本专利技术的实施方式3的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图17是示出本专利技术的实施方式3的变形例的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。图18是示出本专利技术的实施方式3的变形例的碳化硅半导体装置的结构的剖面图。(符号说明)1：碳化硅基板；1a：基板层；1b：碳化硅半导体层；2：终端阱区域；3：场绝缘膜；4：肖特基电极(第一表面电极)；5：电极焊盘(第二表面电极)；5a：锥形部；6：表面保护膜；7：背面电极；8：高浓度终端阱区域；9：有源阱区域；10：高浓度有源阱区域；11：源极区域；12：层间绝缘膜；13：栅极电极；14：栅极绝缘膜；15：源极电极；16：栅极焊盘；100、200、300：碳化硅半导体装置。具体实施方式在本说明书中，各区域的“每单位面积的杂质量[cm-2]”是指通过在深度方向上对各区域中的杂质浓度进行积分而计算的值。另外，在各区域的杂质浓度具有浓度分布的情况下，各区域的“杂质浓度[cm-3]”表示各区域中的杂质浓度的峰值，在各区域的杂质浓度具有浓度分布的情况下，各区域的“厚度”是指直至杂质浓度为该区域中的杂质浓度的峰值的1/10的值以上的区域的厚度。但是，关于在计算各区域中的“注入量[cm-2]”时所称的“杂质浓度”，不是指杂质浓度的峰值，而是指实际的杂质浓度。另外，在本说明书中，在称为“～上”的情况下，并不妨碍在构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：第一导电类型的碳化硅基板；场绝缘膜，形成于所述碳化硅基板的表面上；第一表面电极，形成于所述碳化硅基板的表面上且比所述场绝缘膜更靠内周侧的位置，并且搭载于所述场绝缘膜而形成；第二表面电极，覆盖所述第一表面电极，超过所述第一表面电极的外周端而延伸到所述场绝缘膜上；第二导电类型的终端阱区域，在所述碳化硅基板内的上部与所述第一表面电极的至少一部分相接地形成，在所述碳化硅基板内延伸到比所述第二表面电极的外周端更靠外周侧的位置；表面保护膜，以覆盖所述第二表面电极的外周端的方式形成于所述场绝缘膜上以及所述第二表面电极上，并且由绝缘材料构成；以及背面电极，形成于所述碳化硅基板的背面，所述第二表面电极的外周端和所述场绝缘膜的内周端的距离小于对所述第二表面电极的外周下端施加的电场强度与所述场绝缘膜或者所述表面保护膜的绝缘破坏强度中的最小的绝缘破坏强度相等时的所述第二表面电极的外周端和所述场绝缘膜的内周端的距离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.04.30 JP 2014-0932521.一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：第一导电类型的碳化硅基板；场绝缘膜，形成于所述碳化硅基板的表面上；第一表面电极，形成于所述碳化硅基板的表面上且比所述场绝缘膜更靠内周侧的位置，并且搭载于所述场绝缘膜而形成；第二表面电极，覆盖所述第一表面电极，超过所述第一表面电极的外周端而延伸到所述场绝缘膜上；第二导电类型的终端阱区域，在所述碳化硅基板内的上部与所述第一表面电极的至少一部分相接地形成，在所述碳化硅基板内延伸到比所述第二表面电极的外周端更靠外周侧的位置；表面保护膜，以覆盖所述第二表面电极的外周端的方式形成于所述场绝缘膜上以及所述第二表面电极上，并且由绝缘材料构成；以及背面电极，形成于所述碳化硅基板的背面，所述第二表面电极的外周端和所述场绝缘膜的内周端的距离小于对所述第二表面电极的外周下端施加的电场强度与所述场绝缘膜或者所述表面保护膜的绝缘破坏强度中的最小的绝缘破坏强度相等时的所述第二表面电极的外周端和所述场绝缘膜的内周端的距离。2.一种碳化硅半导体装置，其特征在于，具备：第一导电类型的碳化硅基板；场绝缘膜，形成于所述碳化硅基板的表面上；第一表面电极，形成于所述碳化硅基板的表面上且比所述场绝缘膜更靠内周侧的位置，并且搭载于所述场绝缘膜而形成；第二表面电极，覆盖所述第一表面电极，超过所述第一表面电极的外周端而延伸到所述场绝缘膜上；第二导电类型的终端阱区域，在所述碳化硅基板内的上部与所述第一表面电极的至少一部分相接地形成，在所述碳化硅基板内延伸到比所述第二表面电极的外周端更靠外周侧的位置；表面保护膜，以覆盖所述第二表面电极的外周端的方式形成于所述场绝缘膜上...

【专利技术属性】
技术研发人员：海老原洪平，小山皓洋，纐缬英典，长江明美，川原洸太朗，渡边宽，田口健介，日野史郎，
申请(专利权)人：三菱电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP