[發明專利]半導體元件及其制造方法

有效

• 申請號: 201180051610.9
• 申請日: 2011-10-27
• 公開（公告）號: CN103180959A
• 公開（公告）日: 2013-06-26
• 發明（設計）人: 內田正雄;田中康太郎
• 申請（專利權）人: 松下電器產業株式會社
• 主分類號: H01L29/78
• 分類號: H01L29/78;H01L21/336;H01L29/06;H01L29/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 汪惠民

技術領域

本發明涉及半導體元件及其制造方法。尤其涉及被用于高耐壓、大電流用的碳化硅半導體元件(功率半導體器件)。

背景技術

碳化硅(silicon?carbide：SiC)，與硅(Si)相比是帶隙較大的高硬度的半導體材料，被應用于功率元件、耐環境元件、高溫動作元件、高頻元件等各種半導體裝置。其中，向具有開關切換或整流功能的功率元件的應用備受關注。采用了SiC的功率元件具有與Si功率元件相比可大幅度地降低電力損耗等優點。SiC功率元件有效利用這種特性，與Si功率元件相比較，可以實現更小型的半導體裝置。

在采用了SiC的功率元件之中，典型的半導體元件是金屬-絕緣體-半導體場效應晶體管(Metal-Insulator-Semiconductor?Field-Effect?Transistor：MISFET)。金屬-氧化物-半導體場效應晶體管(Metal-Oxide-Semiconductor?Field-Effect?Transistor：MOSFET)是MISFET的一種。

以下，參照附圖以MISFET為例，對采用了SiC的功率元件的一般性構造進行說明。

圖12(a)是表示半導體元件1000的概略的俯視圖。半導體元件1000主要由碳化硅(SiC)半導體構成。半導體元件1000具有：具有元件功能(晶體管的情況下為開關切換、二極管的情況下為整流性等)的單位單元區域1000ul、和補充元件功能的耐壓的末端區域1000f。在單位單元區域1000ul中排列有多個單位單元。在圖示的例子中，末端區域1000f配置于單位單元區域1000ul的周圍。另外，在構成MISFET的情況下，在單位單元區域1000ul內配置用于將后述的單位單元的源電極及柵電極并聯連接且向半導體元件1000提供電信號的柵極焊盤及用于流過電流的源極焊盤，但在此并未圖示。

圖12(b)是表示配置于單位單元區域1000ul內的單一的單位單元的剖視圖。

單位單元1000u具備：低電阻的n型半導體基板(例如SiC基板)1010；被配置于半導體基板1010的主面上的碳化硅半導體層1020；被配置于碳化硅半導體層1020之上的溝道層1060；隔著柵極絕緣膜1070而設置在溝道層1060的上方的柵電極1080；與碳化硅半導體層1020的表面相接的源電極1090；以及被設置在半導體基板1010的背面的漏電極1100。

碳化硅半導體層1020具有：體區域1030，其具有不同于SiC基板1010的導電型的導電型(在此為p型)；以及漂移區域1020d，其位于碳化硅半導體層1020之中并未配置有體區域1030的部分。漂移區域1020d例如是以比SiC基板1010更低的濃度包含n型雜質的n^-型的碳化硅半導體層。在體區域1030的內部配置有：以高濃度包含n型雜質的n型源極區域1040、及以比體區域1030更高的濃度包含p型雜質的p⁺型的接觸區域1050。

源極區域1040和漂移區域1020d經由溝道層1060而連接。因向柵電極1080施加的電壓，在溝道層1060之中與體區域1030的上表面相接的部分形成溝道。

接觸區域1050及源極區域1040各自與源電極1090形成歐姆接觸。因此，體區域1030經由接觸區域1050而與源電極1090電連接。

單位單元1000u由于在體區域1030與漂移區域1020d之間具有pn結，故在相對于源電極1090而向漏電極1100施加了正的電壓之際，具有幾百V～幾千V(例如600V～10kV左右)的耐壓。但是，在單位單元區域1000ul的周邊產生電場集中，存在無法獲得設計耐壓的擔憂。為此，在一般性的功率元件中，在末端區域1000f設置用于補償耐壓的構造。例如，在末端區域1000f形成FLR(電場緩和環：Field?Limiting?Ring)、JTE(Junction?Termination?Edge或Extension)、RESURF(Reduced?Surface?Field)等構造(專利文獻1～5)。

圖12(c)是作為末端構造而采用了FLR構造時的末端區域1000f的剖視圖，表示圖12(a)所示的俯視圖的沿著E-F線的剖面構造。

在末端區域1000f內，在碳化硅半導體層1020的上部形成有多個p型的電場緩和環(FLR)區域1030f。在圖示的例子中，各環區域1030f將單位單元區域1000ul圍成環狀。由這些多個環區域1030f來緩和單位單元區域1000ul的電場集中，從而可以抑制耐壓下降。