(57)【要約】【課題】半導体装置のターンオフ時に、活性領域と終端領域の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させた半導体装置を提供することを目的とする。【解決手段】炭化珪素基板３０を用いた半導体装置であって、炭化珪素基板３０の一部であり、炭化珪素基板３０内に形成されたｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域１５と、炭化珪素基板３０の一部であり、活性領域１５の周囲に沿って形成された終端領域１６とを備え、活性領域１５内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムよりも長いことを特徴とする。【選択図】      図２
2016100455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化珪素基板を用いた半導体装置であって、
前記炭化珪素基板の一部であり、前記炭化珪素基板内に形成されたｐｎ接合を含み、前記半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域と、
前記炭化珪素基板の一部であり、前記活性領域の周囲に沿って形成されている終端領域と、
を備え、
前記活性領域内の少数キャリアのライフタイムは、前記終端領域内の少数キャリアのライフタイムよりも長いこと、
を特徴とする半導体装置。
【請求項２】
炭化珪素基板を用いた半導体装置であって、
前記炭化珪素基板の一部であり、前記炭化珪素基板内に形成されたｐｎ接合を含み、前記半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域と、
前記炭化珪素基板の一部であり、前記活性領域の周囲に沿って形成されている終端領域と、
を備え、
前記活性領域内の炭素濃度が、前記終端領域内の炭素濃度よりも高いこと、
を特徴とする半導体装置。
【請求項３】
前記炭化珪素基板上であって、かつ前記活性領域と前記終端領域との境界の延長線上に、キャリア抜き取り電極をさらに備えた請求項１又は請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記炭化珪素基板は第１の主面と第２の主面とを有し、
前記炭化珪素基板の内には、
第１の導電型のドリフト領域と、
前記第１の主面側であって前記ドリフト領域の一部に、第２の導電型であるウェル領域と、
前記第１の主面側であって前記ウェル領域の一部に、前記第１の導電型であるソース領域と、
前記第２の主面側であって前記ドリフト領域と接する位置に、前記第１導電型であるバッファ領域と、
前記第２の主面側であって前記バッファ領域と接する位置に、前記第２の導電型であるコレクタ領域と、
を備え、
前記活性領域は、前記ウェル領域と前記ソース領域とのｐｎ接合を含むこと、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項５】
前記バッファ領域のうち、
前記活性領域側よりも前記終端領域側の方が不純物濃度が高いこと、
を特徴とする請求項４に記載の半導体装置。
【請求項６】
前記コレクタ領域のうち、
前記活性領域側よりも前記終端領域側の方が不純物濃度が低いこと、
を特徴とする請求項４又は請求項５に記載の半導体装置。
【請求項７】
前記第２の主面にコレクタ電極を備えた半導体装置であって、
前記コレクタ電極が前記活性領域内では前記コレクタ領域及び前記バッファ領域を介して前記ドリフト領域に接続し、前記終端領域内では前記バッファ領域を介して前記ドリフト領域に接続されていること、
を特徴とする請求項４から請求項６のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項８】
前記炭化珪素基板の内には、
第１の導電型のカソード領域と、
前記カソード領域の一部に、第２の導電型であるアノード領域と、
を備え、
前記活性領域は、前記カソード領域と前記アノード領域とのｐｎ接合を含むこと、
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項９】
請求項１又は請求項２に記載の半導体装置の製造方法であって、
ｐｎ接合を含む活性領域に格子間炭素原子を導入するためのイオン注入工程を備えていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の炭化珪素基板を用いた半導体装置は、格子間炭素原子を導入し熱処理を行うことで、少数キャリアのトラップを減少させ、少数キャリアのライフタイムを長くしている（例えば、特許文献１）。半導体装置は、キャリアのライフタイムが長いほど、すなわち、蓄積されるキャリアが多いほど、伝導度変調効果が大きくなり、オン電圧を低くすることができるからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−４８２４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体装置のうち、特に電力機器向けの半導体装置は、縦方向に電流を流すために表裏に電極を形成している。そして、ｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域と、活性領域の周囲に沿って形成されている終端領域とを素子領域として備えている。
【０００５】
活性領域と終端領域とを有する素子領域を備えている半導体装置において、オン電圧を低くするためには、従来の炭化珪素基板を用いた半導体装置のように、素子領域に格子間炭素原子を導入し熱処理を行い、少数キャリアのトラップを減少させ、少数キャリアのライフタイムを長くすればよい。
【０００６】
しかしながら、従来の素子領域に格子間炭素原子を導入し熱処理を行った炭化珪素基板を用いた半導体装置は、ターンオフ時に、半導体装置が破壊に至る可能性が高いという問題点がある。少数キャリアは終端領域にも蓄積しているため、半導体装置のターンオフ時に、少数キャリアのライフタイムが長いと、活性領域と終端領域の接続部で電流集中による熱破壊が引き起こされるからである。
【０００７】
ここで、活性領域と終端領域の接続部で熱破壊を抑制させるために、少数キャリアのライフタイムを短くすると、蓄積されるキャリアが少ないためにオン電圧が高くなってしまう。すなわち、活性領域と終端領域とを有する素子領域を備えている半導体装置において、オン電圧と、活性領域と終端領域の接続部での電流集中による熱破壊とはトレードオフの関係にある。
【０００８】
本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、オン電圧と、活性領域と終端領域の接続部で引き起こされる熱破壊とのトレードオフの関係を改善する。そして、オン電圧を低くし、かつ半導体装置のターンオフ時に、活性領域と終端領域の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させた半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明にかかる半導体装置は、炭化珪素基板を用いた半導体装置であって、炭化珪素基板の一部であり、炭化珪素基板内に形成されたｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域と、炭化珪素基板の一部であり、活性領域の周囲に沿って形成された終端領域とを備え、活性領域内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域内の少数キャリアのライフタイムよりも長いことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる半導体装置は、活性領域内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域内の少数キャリアのライフタイムよりも長いことを特徴としている。そのため、オン電圧と、活性領域と終端領域の接続部で引き起こされる熱破壊とのトレードオフの関係を改善することができる。
【００１１】
したがって、本発明にかかる半導体装置は、オン電圧を低くさせ、かつ半導体装置のターンオフ時に、活性領域と終端領域の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の構成を模式的に示す上面図である。
【図２】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する製造途中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の変形例について説明する製造途中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の効果を説明する半導体装置を模式的に示す断面図であり、（ａ）は従来の半導体装置を模式的に示す断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態４にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】本発明の実施の形態５にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態６にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の構成を説明する。本発明の実施の形態１にかかる半導体装置は、炭化珪素基板を基材とするＩＧＢＴ（Ｉｎｓｕｌａｔｅｄ  Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を例として示す。図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の構成を模式的に示す上面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図であり、図１のＡ−Ａ断面を表している。
【００１４】
図１に示されるように、半導体装置は、上面視によれば、中央部に、外部の制御回路からゲート電圧が印加されるゲート電極パッド１０８と、ゲート電極パッド１０８の周りを一端を残して取り囲むように設けられたエミッタ電極パッド１０６とを備えている。さらに、半導体装置の周囲側には、ゲート電極パッド１０８及びエミッタ電極パッド１０６を囲むように層間絶縁膜１１３が設けられている。ゲート電極パッド１０８とエミッタ電極パッド１０６と層間絶縁膜１１３とは、炭化珪素基板上に形成されており、炭化珪素基板との関係は、図２を用いて以下に後述する。
【００１５】
図２に示されるように、半導体装置は、炭化珪素基板３０を用いた半導体装置であって、活性領域１５と終端領域１６とを備えている。炭化珪素基板３０は、第１の主面としての表面と、第２の主面としての裏面とを有する。図２では、炭化珪素基板３０の表面が上面、炭化珪素基板３０の裏面が下面となっている。炭化珪素基板３０内には、第１の導電型としてのｎ型のドリフト領域１と、上面側であってｎ型のドリフト領域１の一部に、ｎ型のドリフト領域１と異なる導電型であり、第２の導電型としてのｐ型のウェル領域９と、上面側であって、ｐ型のウェル領域９の一部に、ｎ型のソース領域１０とを備えている。そして、下面側であって、ｎ型のドリフト領域１と接する位置に、ｎ型のバッファ領域４と、下面側であって、ｎ型のバッファ領域４と接する位置にｎ型のコレクタ領域５とを備えている。
【００１６】
上面側であって、ｐ型のウェル領域９の一部には、ｐ型のウェル領域９と同じ導電型であるが、ｐ型のウェル領域９よりも不純物濃度の高いｐ型のコンタクト領域１１も備えている。ウェル領域９は、図２において一対で形成されているように見えるが、一対で形成されているのではなく、１つの層として形成されており、平面視したときに、同じ面内に途切れることなく形成されている。同様に、コンタクト領域１１も、１つの層として形成されており、平面視したときに、同じ面内に途切れることなく形成されている。
【００１７】
炭化珪素基板３０内には、他に、上面側であって、ｎ型のドリフト領域１の一部に、ｎ型のドリフト領域１と異なる導電型であるｐ型の不純物領域２が複数と、ｎ型のドリフト領域１と同じ導電型であるｎ型のチャネルストッパ領域３とを備えている。ここで、複数のｐ型の不純物領域２はそれぞれ、半導体装置の外周に沿ってリング状に形成されており、半導体装置の耐圧を保持するためのＦＬＲ（Ｆｉｅｌｄ  Ｌｉｍｉｔｉｎｇ  Ｒｉｎｇ）構造と呼ばれるものである。複数のｐ型の不純物領域２のうち、半導体装置を平面視したときに最も内側に形成されている部分は、ｐ型のウェル領域９及びｐ型のコンタクト領域１１のうち、半導体装置を平面視したときの最外周に接続されている。ｎ型のチャネルストッパ領域３もｐ型の不純物領域２と同様に、半導体装置の外周に沿ってリング状に形成されている。
【００１８】
炭化珪素基板３０上であって、ｐ型のウェル領域９上にゲート絶縁膜１２を介してゲート電極８が形成されている。図１におけるゲート電極パッド１０８は、このゲート電極８と電気的に接続されており、ゲート電極パッド１０８に外部からゲート電圧を印加することで、ゲート電極８にゲート電圧を印加することができる。
【００１９】
さらに、炭化珪素基板３０上には、ゲート電極８、ゲート絶縁膜１２及び層間絶縁膜１３を介してエミッタ電極６が形成されている。エミッタ電極パッド１０６は、このエミッタ電極６と電気的に接続されており、エミッタ電極パッド１０６に外部からエミッタ電圧を印加することで、エミッタ電極６にエミッタ電圧を印加することができる。図２においてエミッタ電極パッド１０６は、エミッタ電極６上に形成されている。
【００２０】
そして、炭化珪素基板３０上であって、ｐ型のコンタクト領域１１、ｐ型の不純物領域２及びｎ型のチャネルストッパ領域３上に、層間絶縁膜１１３が形成されている。
【００２１】
炭化珪素基板３０の下面には、炭化珪素基板３０内に形成されているｐ型のコレクタ領域５に接続するコレクタ電極７が形成されている。
【００２２】
図２には、活性領域１５は、炭化珪素基板３０の一部であり、ｐ型のウェル領域９とｎ型のソース領域１０とのｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる領域として示され、終端領域１６は、炭化珪素基板３０の一部であり、半導体装置を平面視したときに活性領域１５の周囲に沿って形成された領域として示されている。また、終端領域１６は、半導体装置の耐圧を確保する領域である。
【００２３】
すなわち、活性領域１５は、ｐ型のウェル領域９とｎ型のソース領域１０とのｐｎ接合を含み、ｎ型のドリフト領域１の一部と、ｎ型のバッファ領域４の一部と、ｐ型のコレクタ領域５の一部と、ｐ型のウェル領域９の一部と、ｎ型のソース領域１０と、ｐ型のコンタクト領域１１の一部とを含んでいる。そして終端領域１６は、ｎ型のドリフト領域１の一部と、ｎ型のバッファ領域４の一部と、ｐ型のコレクタ領域５の一部と、ｐ型の不純物領域２と、ｐ型のウェル領域９の一部と、ｐ型のコンタクト領域１１の一部と、ｎ型のチャネルストッパ領域３とを含んでおり、ｐ型の不純物領域２で構成される半導体装置の耐圧を確保するためのＦＬＲ構造を含み、半導体装置を平面視したときに活性領域１５の周囲に沿って形成されている。
【００２４】
本発明の実施の形態１にかかる半導体装置は、以上に説明した構成であり、加えて、活性領域１５内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムよりも長いことを特徴とする。
【００２５】
次に、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する。図３は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法について説明する製造途中の半導体装置を模式的に示す断面図である。
【００２６】
まず、ｎ型のドリフト領域１と、ｐ型のウェル領域９と、ｎ型のソース領域１０と、ｐ型のコンタクト領域１１と、ｎ型のバッファ領域４と、ｐ型のコレクタ領域５と、ｐ型の不純物領域２と、ｎ型のチャネルストッパ領域３とが形成された炭化珪素基板３０を作成する。作成された炭化珪素基板３０には、すでにｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる活性領域１５と、活性領域１５の周囲に沿って形成されている終端領域１６とが備えられている。
【００２７】
次に、図３のように、炭化珪素基板３０の上面であって表面のうち、終端領域１６にある炭化珪素基板３０の表面上に、注入マスク１７を形成する。ここで、注入マスク１７とは、通常の写真製版工程に用いる酸化膜マスク、レジストマスクといったものである。
【００２８】
次に、格子間炭素原子を炭化珪素基板３０の表面側からイオン注入する。このとき、終端領域１６にある炭化珪素基板３０の表面上には注入マスク１７が形成されているので、活性領域１５のみに格子間炭素原子が導入される。ここで、格子間炭素原子を導入するためのイオン注入の注入面密度は、１×１０１３ｃｍ−２から１×１０１６ｃｍ−２の範囲内であることが好ましく、注入エネルギーは、１０ｋｅＶから１０ＭｅＶの範囲内にあることが好ましい。すなわち、格子間炭素原子を導入するためのイオン注入条件は、炭化珪素基板３０の欠陥密度を超えない範囲にあることが望ましい。
【００２９】
次に、格子間炭素原子を導入した炭化珪素基板３０を熱処理する。その温度は、１４００℃から１８００℃の範囲内であることが好ましい。
【００３０】
これにより、炭化珪素基板３０内にドーピングされているドーパント原子が活性化されるとともに、導入された格子間炭素原子がｎ型のドリフト領域１内に拡散し、ｎ型のドリフト領域１の活性領域１５内に存在する点欠陥のうちの炭素空孔と結合する。炭素空孔による点欠陥は、拡散してきた炭素原子と結合することで消滅する。したがって、活性領域１５内の点欠陥に起因する少数キャリアのトラップが減少し、活性領域１５内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムよりも長くなる。
【００３１】
格子間炭素原子を導入した炭化珪素基板３０の熱処理後は、ゲート絶縁膜１２と、ゲート電極８と、層間絶縁膜１３と、エミッタ電極６と、エミッタ電極パッド１０６と、ゲート電極パッド１０８と、層間絶縁膜１１３と、コレクタ電極７を形成し、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置が完成する。
【００３２】
また、炭化珪素基板３０は、活性領域１５内の炭素濃度が、終端領域１６内の炭素濃度よりも高くなっている。すなわち、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置は、活性領域１５内の炭素濃度が、終端領域１６内の炭素濃度よりも高くなっていることを特徴としているとも言える。
【００３３】
以上より、ｐｎ接合を含む活性領域１５に格子間炭素原子を導入するためのイオン注入工程を備えることで、活性領域１５内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムよりも長い半導体装置を得ることができる。また、言い換えれば、活性領域１５内の炭素濃度が、終端領域１６内の炭素濃度よりも高い半導体装置を得ることができる。
【００３４】
ここで、炭化珪素基板３０に格子間炭素原子を導入する際、すなわち、炭化珪素基板３０に格子間炭素原子をイオン注入する際に、炭化珪素基板３０を加熱してもよい。その温度は、１５０℃から８００℃が好ましい。
【００３５】
また、炭化珪素基板３０に格子間炭素原子をイオン注入する前に、炭化珪素基板３０を熱処理し、炭化珪素基板３０内にドーピングされているドーパント原子を活性化させた後、炭化珪素基板３０に格子間炭素原子をイオン注入し、格子間炭素原子を導入した炭化珪素基板３０を熱処理し、格子間炭素原子をｎ型のドリフト領域１内に拡散させてもよい。ドーパント原子を活性化させる熱処理温度は、１４００℃から１９００℃の範囲、格子間炭素原子をｎ型のドリフト領域１内に拡散させる熱処理温度は、１４００℃から１８００℃の範囲内であることが好ましいが、それぞれに適した温度に各々設定することが最も好ましい。
【００３６】
図４は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造方法の変形例について説明する製造途中の半導体装置を模式的に示す断面図である。上記では、注入マスク１７を炭化珪素基板３０の表面上に形成したが、裏面上に形成してもよい。すなわち、図４のように、炭化珪素基板３０の下面であって裏面のうち、終端領域１６にある炭化珪素基板３０の裏面上に、注入マスク１７を形成し、炭化珪素基板３０の裏面側から格子間炭素原子をイオン注入してもよい。また、炭化珪素基板３０の表面及び裏面上の両方に注入マスク１７を形成し、炭化珪素基板３０の表面側及び裏面側の両方から格子間炭素原子をイオン注入してもよい。
【００３７】
活性領域１５及び終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムは、マイクロ波光導電減衰法（Ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  Ｐｈｏｔｏ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｄｅｃａｙ、以下、μ−ＰＣＤ法）により測定可能である。μ−ＰＣＤ法は、マイクロ波の反射率の時間変化からキャリアのライフタイムを非接触、非破壊で測定する方法である。半導体基板にレーザをパルス照射することにより過剰キャリア（多数キャリアと少数キャリア）を生成させる。過剰キャリアは、半導体基板の物理的特性、例えば、半導体基板の欠陥密度、不純物濃度により定まるライフタイムの後、再結合して消滅する。その時間をマイクロ波の反射率変化によって測定する。
【００３８】
他にも、フォトルミネッセンス法（Ｐｈｏｔｏ  Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）などにより活性領域１５及び終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムを測定することも可能である。
【００３９】
本発明の実施の形態１にかかる半導体装置は、以上のような構成としたことにより、オン電圧と、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊とのトレードオフの関係を改善することができる。そして、オン電圧を低くし、かつターンオフ時の活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。
【００４０】
活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊に関係する少数キャリアは、半導体装置のターンオフ時に、主に終端領域１６から活性領域１５へ流れこむものであるので、主に終端領域１６内にある。したがって、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムを短くすることで、半導体装置のターンオン時の終端領域１６内で実効的な少数キャリアの濃度が低くなり、半導体装置のターンオフ時に、コレクタ電極７側及び半導体装置の外周側へ空乏化が促進されるため、活性領域１５と終端領域１６の接続部で熱破壊を抑制させることができる。
【００４１】
本発明の実施の形態１にかかる半導体装置は、少数キャリアのトラップは活性領域１５内と終端領域１６内では活性領域１５内の方が少なく、活性領域１５内の少数キャリアのライフタイムは、終端領域１６内の少数キャリアのライフタイムよりも長くなっている。そのため、例えば、終端領域１６の少数キャリアのライフタイムを短くして、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制する場合でも、活性領域１５の少数キャリアのライタイムが終端領域１６の少数キャリアのライフタイムよりも長いので、オン電圧の増加を抑制できるのである。
【００４２】
図５は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の効果を説明する半導体装置を模式的に示す断面図であり、（ａ）は従来の半導体装置を模式的に示す断面図、（ｂ）は本発明の実施の形態１にかかる半導体装置を模式的に示す断面図である。図中の点線はターンオフ時の等電位線を示す。従来の半導体装置は、図５（ａ）の活性領域１８と終端領域１９とを有する素子領域に格子間炭素原子を導入しているため、活性領域１８及び終端領域１９のいずれともに少数キャリアのトラップが減少している。すなわち、活性領域１８と終端領域１９の少数キャリアのライフタイムは同じである。図５（ａ）と図５（ｂ）のターンオフ時の等電位線を比べると、図５（ｂ）は終端領域１６において電界が緩和されていることがわかる。局所的な電界を低く保つことで、インパクトイオン化を抑制し、ターンオフ時の熱破壊を抑制することができる。
【００４３】
以上より、オン電圧と、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊とのトレードオフの関係を改善することができる。そして、オン電圧を低くし、かつターンオフ時の活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させた半導体装置を得ることができる。
【００４４】
なお、ｎ型のチャネルストッパ領域３、ｎ型のバッファ領域４がない場合も同様の効果が得られる。また、ｐ型のコレクタ領域５の不純物濃度が低濃度の場合、すなわち、ｐ型のコレクタ領域５からのホールの注入が抑制された半導体装置であって、キャリア周波数が高い製品に用いられる半導体装置であっても同様の効果が得られる。そして、ｎ型のドリフト領域１の厚みは特に限定されるものではない。また、層間絶縁膜１１３は、パッシベーション膜で覆われていてもよい。
【００４５】
実施の形態２．
本発明の実施の形態２では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態２は、本発明の実施の形態１とは、半導体装置がさらにキャリア抜き取り電極を備えていることが相違し、それ以外は同じである。
【００４６】
図６は、本発明の実施の形態２にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。図６において本発明の実施の形態２にかかる半導体装置は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の構成に加えて、炭化珪素基板３０上であって、かつ活性領域１５と終端領域１６との境界の延長線上に、キャリア抜き取り電極３６をさらに備えている。キャリア抜き取り電極３６は、ｐ型の不純物領域２に接続されており、電気的にはエミッタ電極６とも接続されている。
【００４７】
本発明の実施の形態２にかかる半導体装置は、以上のような構成としたことにより、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果が得られるとともに、さらに、半導体装置のターンオフ時に、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。半導体装置のターンオフ時に、終端領域１６内に存在する余剰キャリア、ここでは、特に少数キャリアであるホールをキャリア抜き取り電極３６から引き抜くことができ、さらに終端領域１６の実効的な少数キャリアの濃度を低下させるからである。
【００４８】
実施の形態３．
本発明の実施の形態３は、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態３は、本発明の実施の形態１とは、ｎ型のバッファ領域の詳細な構成が相違し、それ以外は同じである。
【００４９】
図７は、本発明の実施の形態３にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。図７において本発明の実施の形態３にかかる半導体装置は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置のｎ型のバッファ領域４の部分が、ｎ型のバッファ領域４とｎ型のバッファ領域２１とになっている。ｎ型のバッファ領域４は活性領域１５側であり、ｎ型のバッファ領域２１は終端領域１６側を示している。本発明の実施の形態３にかかる半導体装置は、ｎ型のバッファ領域４よりもｎ型のバッファ領域２１の方が、不純物濃度が高くなっている。
【００５０】
例えば、炭化珪素基板３０の裏面上に、写真製版技術を用いて酸化膜マスク、レジストマスクなどを形成し、窒素又は燐などのｎ型の不純物領域を形成するためのイオン注入を選択的に行うことで、活性領域１５側よりも終端領域１６側の方が不純物濃度の高いｎ型のバッファ領域を構成することができる。
【００５１】
本発明の実施の形態３にかかる半導体装置は、以上のような構成としたことにより、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果が得られるとともに、さらに、半導体装置のターンオフ時に、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。半導体装置のターンオフ動作時に、ｐ型のコレクタ領域５からホールがｎ型のドリフト領域１に向かって供給されるのを抑制することができるからである。
【００５２】
実施の形態４．
本発明の実施の形態４では、本発明の実施の形態１と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態４は、本発明の実施の形態１とは、ｐ型のコレクタ領域の詳細な構成が相違し、それ以外は同じである。
【００５３】
図８は、本発明の実施の形態４にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。図８において本発明の実施の形態４にかかる半導体装置は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置のｐ型のコレクタ領域５の部分が、ｐ型のコレクタ領域５とｐ型のコレクタ領域２２とになっている。ｐ型のコレクタ領域５は活性領域１５側であり、ｐ型のコレクタ領域２２は終端領域１６側を示している。本発明の実施の形態４にかかる半導体装置は、ｐ型のコレクタ領域５よりもｐ型のコレクタ領域２２の方が、不純物濃度が低くなっている。
【００５４】
例えば、炭化珪素基板３０の裏面上に、写真製版技術を用いて酸化膜マスク、レジストマスクなどを形成し、アルミニウム又はホウ素などのｐ型の不純物領域を形成するためのイオン注入を選択的に行うことで、活性領域１５側よりも終端領域１６側の方が不純物濃度の低いｐ型のコレクタ領域を構成することができる。
【００５５】
本発明の実施の形態４にかかる半導体装置は、以上のような構成としたことにより、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果が得られるとともに、さらに、半導体装置のターンオフ時に、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。半導体装置のターンオフ動作時に、ｐ型のコレクタ領域５からホールがｎ型のドリフト領域１に向かって供給されるのを抑制することができるからである。
【００５６】
実施の形態５．
本発明の実施の形態５では、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態３と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。本発明の実施の形態４は、本発明の実施の形態１とは、ｎ型のバッファ領域及びｐ型のコレクタ領域の詳細な構成が相違し、それ以外は同じである。
【００５７】
図９は、本発明の実施の形態５にかかる半導体装置の周辺部の構成を模式的に示す断面図である。図９において本発明の実施の形態５にかかる半導体装置は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置のｐ型のコレクタ領域５の部分が、活性領域１５側にのみ形成されており、終端領域１６においてｎ型のバッファ領域４はコレクタ電極７に直接接続している。すなわち、炭化珪素基板３０の第２の主面としての裏面に備えているコレクタ電極７は、活性領域１５内ではｐ型のコレクタ領域５及びｎ型のバッファ領域４を介してｎ型のドリフト領域１に接続し、終端領域１６内ではｎ型のバッファ領域４を介してｎ型のドリフト領域１に接続している。
【００５８】
例えば、炭化珪素基板３０の裏面上に、写真製版技術を用いて酸化膜マスク、レジストマスクなどを形成し、アルミニウム又はホウ素などのｐ型の不純物領域を形成するためのイオン注入を選択的に行うことで、活性領域１５のみにｐ型のコンタクト領域５を構成することができる。
【００５９】
本発明の実施の形態５にかかる半導体装置は、以上のような構成としたことにより、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置と同様の効果が得られるとともに、さらに、半導体装置のターンオフ時に、活性領域１５と終端領域１６の接続部で引き起こされる熱破壊を抑制させることができる。ｐ型のコレクタ領域５からホールが終端領域１６内のｎ型のドリフト領域１に向かって供給されるのを抑制することができるからである。
【００６０】
本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態５では、ドリフト領域１は第１の導電型としてｎ型、ウェル領域９は第２の導電型としてｐ型である場合を例として説明したが、ドリフト領域１を第１の導電型としてｐ型、ウェル領域９を第２の導電型としてｎ型としてもよい。その場合、不純物領域２、チャネルストッパ領域３、バッファ領域４、２１、コレクタ領域５、２２、ソース領域１０、コンタクト領域１１は、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態５で述べた導電型とは反対の導電型となり、半導体装置の少数キャリアはホールではなく、電子となる。そして、この場合であっても、同様の効果が得られることは言うまでない。
【００６１】
実施の形態６．
本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態５にかかる半導体装置には、炭化珪素基板を基材とするＩＧＢＴを例として示してしてきたが、本発明の実施の形態６にかかる半導体装置は、炭化珪素基板を基材とするダイオードを例として示す。本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態５と相違する部分について説明し、同一又は対応する部分についての説明は省略する。
【００６２】
図１０は、本発明の実施の形態６にかかる半導体装置の構成を模式的に示す断面図である。図１０において半導体装置は、炭化珪素基板５０を用いた半導体装置であって、活性領域５５と終端領域５６とを備えている。炭化珪素基板５０内には、第１の導電型としてのｎ型のカソード領域２５と、ｎ型のカソード領域２５の一部に、ｎ型のカソード領域２５と異なる導電型であり、第２の導電型としてのｐ型のアノード領域２６とを備えている。
【００６３】
炭化珪素基板５０内には、他に、上面側であって、ｎ型のカソード領域２５の一部に、ｎ型のカソード領域２５と異なる導電型であるｐ型の不純物領域２が複数と、ｎ型のカソード領域２５と同じ導電型であるｎ型のチャネルストッパ領域３とを備えている。ここで、複数のｐ型の不純物領域２はそれぞれ、半導体装置の外周に沿ってリング状に形成されており、半導体装置の耐圧を保持するためのＦＬＲ構造と呼ばれるものである。複数のｐ型の不純物領域２のうち、半導体装置を平面視したときに最も内側に形成されている部分は、ｐ型のアノード領域２６のうち、半導体装置を平面視したときの最外周に接続されている。ｎ型のチャネルストッパ領域３もｐ型の不純物領域２と同様に、半導体装置の外周に沿ってリング状に形成されている。
【００６４】
炭化珪素基板５０上であって、ｐ型のアノード領域２６上にアノード電極２７が形成されている。そして、炭化珪素基板５０上であって、ｐ型のアノード領域２６、ｐ型の不純物領域２、ｎ型のチャネルストッパ領域３上に、層間絶縁膜１１３が形成されている。さらに、炭化珪素基板５０の下面には、炭化珪素基板５０内に形成されているｎ型のカソード領域２５に接続するカソード電極２８が形成されている。
【００６５】
図１０には、活性領域５５は、炭化珪素基板５０の一部であり、ｐ型のアノード領域２６とｎ型のカソード領域２５とのｐｎ接合を含み、半導体装置に電圧を印加したときに電流が流れる領域として示され、終端領域５６は、炭化珪素基板５０の一部であり、半導体装置を平面視したときに活性領域５５の周囲に沿って形成された領域として示されている。また、終端領域５６は、半導体装置の耐圧を確保する領域である。
【００６６】
すなわち、終端領域５６は、ｎ型のカソード領域２５の一部と、ｐ型のアノード領域２６の一部と、ｎ型のチャネルストッパ領域３とを含んでおり、ｐ型の不純物領域２で構成される半導体装置の耐圧を確保するためのＦＬＲ構造を含み、半導体装置を平面視したときに活性領域５５の周囲に沿って形成されている。
【００６７】
本発明の実施の形態６にかかる半導体装置は、以上に説明した構成であり、加えて、活性領域５５内の少数キャリアのライフタイムが、終端領域５６内の少数キャリアのライフタイムよりも長いことを特徴とする。これにより、活性領域５５内は少数キャリアを蓄積することができるので、伝導度変調効果が大きく、オン電圧を低くできる。そして、かつ終端領域５６内に存在する少数キャリアは、消滅し易いため、終端領域５６内で実効的な少数キャリアの濃度が低くなり、半導体装置のリカバリー動作時に、活性領域５５と終端領域５６の接続部で熱破壊を抑制させることができる。
【００６８】
また、本発明の実施の形態６にかかる半導体装置は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置と同様に、言い換えれば、活性領域５５内の炭素濃度が、終端領域５６の炭素濃度よりも高いことを特徴としている。
【００６９】
以上より、オン電圧を低くし、かつリカバリー動作時の活性領域５５と終端領域５６の接続部で熱破壊を抑制させた半導体装置を得ることができる。
【００７０】
なお、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態６において、ｐ型の不純物領域２は、耐圧を確保するためにＦＬＲ構造となっているが、他の構造でも耐圧を確保できる構造であれば、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００７１】
さらに、本発明の実施の形態１から本発明の実施の形態５に例として示したような平面型のＩＧＢＴ、本発明の実施の形態６に例として示したようなダイオードと同様に、トレンチ型のＩＧＢＴ、キャリア蓄積層を持つＩＧＢＴであるＣＳＴＢＴ（Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｓｔｏｒｅｄ  Ｔｒｅｎｃｈ−Ｇａｔｅ  Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）のような半導体装置でも同様の効果を得ることができる。また、サイリスタ、ＧＴＯ（Ｇａｔｅ  Ｔｕｒｎ−Ｏｆｆ  Ｔｈｙｒｉｓｔｏｒ）、ＢＪＴ（Ｂｉｐｏｌａｒ  Ｊｕｎｃｔｉｏｎ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）など、終端領域を持つ半導体装置に適用することでも、同様の効果を得ることができる。
【００７２】
以上で説明した各図面は、構造等を簡易的に分かりやすく示したもので、縮尺や縦横比などは正確でない。
【００７３】
なお、本発明は、発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００７４】
１  ドリフト領域、２  不純物領域、３  チャネルストッパ領域、４，２１  バッファ領域、５，２２  コレクタ領域、６  エミッタ電極、７  コレクタ電極、８  ゲート電極、９  ウェル領域、１０  ソース領域、１１  コンタクト領域、１２  ゲート絶縁膜、１３，１１３  層間絶縁膜、１５，１８，５５  活性領域、１６，１９，５６  終端領域、１７  注入マスク、２５  カソード領域、２６  アノード領域、２７  アノード電極、２８  カソード電極、３０，５０  炭化珪素基板、３６  キャリア抜き取り電極、１０６  エミッタ電極パッド、１０８  ゲート電極パッド。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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