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JP5272323B2 - Semiconductor device and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP5272323B2
JP5272323B2 JP2007099076A JP2007099076A JP5272323B2 JP 5272323 B2 JP5272323 B2 JP 5272323B2 JP 2007099076 A JP2007099076 A JP 2007099076A JP 2007099076 A JP2007099076 A JP 2007099076A JP 5272323 B2 JP5272323 B2 JP 5272323B2
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor device that is capable of lowering the rise voltage without lowering the reverse withstand voltage, and to provide a manufacturing method thereof. <P>SOLUTION: As semiconductor regions in contact with a first principal surface of a semiconductor base 100 composed by forming an N- silicon carbide epitaxial layer 2 on, for example, an N+ silicon carbide substrate 1 connected to a cathode electrode 6, both of, for example, an N+ polycrystalline silicon layer 4 of a conductivity type same as the conductivity type of the semiconductor base 100 and, for example, a P+ polycrystalline silicon layer 3 of a conductivity type different from the conductivity type of the semiconductor base 100 are provided. Both of the N+ polycrystalline silicon layer 4 and the P+ polycrystalline silicon layer 3 are hetero-joined to the semiconductor base 100, and are ohmically connected to an anode electrode 5. Moreover, the N+ polycrystalline silicon layer 4 of the conductivity type same as the conductivity type of the semiconductor base 100 is formed so as to be in contact with the first principal surface of the semiconductor base 100, and the P+ polycrystalline silicon layer 3 of the conductivity type different from the conductivity type of the semiconductor base 100 is formed in trenches dug in the first principal surface of the semiconductor base 100. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、半導体装置とその製造方法に関するものである。   The present invention relates to a semiconductor device and a manufacturing method thereof.

本発明の背景となる従来技術として、本出願人が出願した特許文献1の特開2003−318413号公報「高耐圧炭化珪素ダイオードおよびその製造方法」に記載の技術がある。   As a background art of the present invention, there is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-318413 “High-voltage silicon carbide diode and manufacturing method thereof” of Patent Document 1 filed by the present applicant.

該特許文献1に記載の従来の技術では、N+型炭化珪素基板上にN−型炭化珪素エピタキシャル層が形成された半導体基体の第一主面に、半導体基体とは異なるバンドギャップで、かつ、異なる導電型であるP+型多結晶シリコン層が形成されており、N−型炭化珪素エピタキシャル層とP+型多結晶シリコン層とは、ヘテロ接合をしている。ここで、P+型多結晶シリコン層は、アノード電極に接続され、N+型炭化珪素基板の裏面には、カソード電極が形成されている。なお、記号+,−は、高密度、低密度を意味している。   In the conventional technique described in Patent Document 1, a first main surface of a semiconductor substrate in which an N− type silicon carbide epitaxial layer is formed on an N + type silicon carbide substrate has a band gap different from that of the semiconductor substrate, and P + type polycrystalline silicon layers having different conductivity types are formed, and the N− type silicon carbide epitaxial layer and the P + type polycrystalline silicon layer form a heterojunction. Here, the P + type polycrystalline silicon layer is connected to the anode electrode, and a cathode electrode is formed on the back surface of the N + type silicon carbide substrate. The symbols + and-mean high density and low density.

前述のような構成の従来技術の半導体装置は、ダイオードとして機能する。つまり、アノード電極の電位がカソード電極の電位よりも高い場合には、順方向電流が流れ、逆の場合には、電流が流れるのを阻止する。
特開2003−318413号公報
The conventional semiconductor device having the above-described configuration functions as a diode. That is, when the potential of the anode electrode is higher than the potential of the cathode electrode, a forward current flows, and in the opposite case, the current is prevented from flowing.
JP 2003-318413 A

前記特許文献1に記載の従来技術において、順方向の立ち上がり電圧は、P+型多結晶シリコン層とN−型炭化珪素エピタキシャル層との仕事関数から決まる。ここで、例えばN−型の半導体基体とは異なる第二導電型のP+型多結晶シリコン層に加えて、立ち上がり電圧が低いN+型多結晶シリコン層をヘテロ接合面にP+型多結晶シリコン層と並列に形成することにすれば、2種類の立ち上がり電圧を持つダイオードが並列接続された形態となり、全体の立ち上がり電圧を下げることが出来る。   In the prior art described in Patent Document 1, the forward voltage rise is determined by the work function of the P + type polycrystalline silicon layer and the N− type silicon carbide epitaxial layer. Here, for example, in addition to the P + type polycrystalline silicon layer of the second conductivity type different from the N− type semiconductor substrate, an N + type polycrystalline silicon layer having a low rising voltage is formed on the heterojunction surface with the P + type polycrystalline silicon layer. If formed in parallel, diodes having two types of rising voltages are connected in parallel, and the entire rising voltage can be lowered.

しかし、N+型多結晶シリコン層は、逆方向耐圧も低いため、ダイオード全体の逆方向耐圧も下がってしまう。このように、立ち上がり電圧と逆方向耐圧とは、比例した関係にあり、逆方向耐圧を低下させることなく、立ち上がり電圧を下げることは困難であった。   However, since the N + type polycrystalline silicon layer has a low reverse breakdown voltage, the reverse breakdown voltage of the entire diode also decreases. Thus, the rising voltage and the reverse breakdown voltage are in a proportional relationship, and it is difficult to lower the rising voltage without reducing the reverse breakdown voltage.

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、逆方向の耐圧を低下させることなく、立ち上がり電圧を低下することが可能な半導体装置とその製造方法を提供することに、その目的がある。   The present invention has been made in view of such circumstances, and it is an object of the present invention to provide a semiconductor device capable of lowering a rising voltage without lowering a reverse breakdown voltage and a manufacturing method thereof. .

本発明は、前述の課題を解決するために、第二の電極を接続した半導体基体と同一となる導電型の第一ヘテロ半導体領域を半導体基体の第一主面上に形成するとともに、半導体基体とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域を半導体基体の第一主面に穿設された溝内に形成し、第一及び第二ヘテロ半導体領域を第一の電極に並列接続するとともに、第一及び第二ヘテロ半導体領域が互いに接している構成とするものである。 In order to solve the above-mentioned problems, the present invention forms a first hetero semiconductor region of the same conductivity type as the semiconductor substrate to which the second electrode is connected on the first main surface of the semiconductor substrate. different conductivity type second hetero semiconductor region is formed on the first major surface to drilled the groove of the semiconductor substrate, with parallel connection of the first and second hetero semiconductor regions to the first electrode and, second The first and second hetero semiconductor regions are in contact with each other .

本発明による半導体装置とその製造方法によれば、半導体基体の導電型と同一の第一導電型のヘテロ半導体領域を半導体基体の第一主面上に形成し、半導体基体の導電型とは異なる第二導電型のヘテロ半導体領域を半導体基体の第一主面に穿設された溝内に形成し、双方のヘテロ半導体領域を第一の電極に並列接続することによって、並列接続した前記第一導電型のヘテロ半導体領域によって立ち上がり電圧を低下させることが出来ると共に、半導体基体の第一主面の溝内に形成した前記第二導電型のヘテロ半導体領域によって耐圧の低下を抑制することが出来る。   According to the semiconductor device and the method of manufacturing the same according to the present invention, the first semiconductor type hetero semiconductor region having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is formed on the first main surface of the semiconductor substrate, which is different from the conductivity type of the semiconductor substrate. The second conductive type hetero semiconductor region is formed in a groove drilled in the first main surface of the semiconductor substrate, and both the hetero semiconductor regions are connected in parallel to the first electrode, so that the first electrodes are connected in parallel. The rising voltage can be reduced by the conductive hetero semiconductor region, and the decrease in breakdown voltage can be suppressed by the second conductive hetero semiconductor region formed in the groove of the first main surface of the semiconductor substrate.

以下に、本発明による半導体装置とその製造方法の最良の実施形態について、その一例を、図面を参照しながら詳細に説明する。   Hereinafter, an example of a semiconductor device and a method for manufacturing the same according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(第1の実施の形態)
本発明による半導体装置とその製造方法の第1の実施の形態を、図1〜11に基づいて説明する。本実施の形態においては、炭化珪素(SiC)を基板材料とし、ヘテロ半導体を多結晶シリコンとした半導体装置を、一例として説明する。なお、本発明は、基板材料として、炭化珪素に限るものではなく、窒化ガリウム、もしくは、ダイヤモンドからなっていても良い。
(First embodiment)
A semiconductor device and a manufacturing method thereof according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, a semiconductor device using silicon carbide (SiC) as a substrate material and a hetero semiconductor as polycrystalline silicon will be described as an example. In the present invention, the substrate material is not limited to silicon carbide, and may be made of gallium nitride or diamond.

また、ヘテロ半導体の材料も、基板上に積層されたエピタキシャル層からなる半導体基体と異なるバンドギャップを有する半導体材料からなるヘテロ半導体領域を形成する材料であれば、多結晶シリコンに限るものではなく、単結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウム、アモルファスシリコンゲルマニウムなどからなっていても良いし、さらには、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、単結晶ガリウムヒ素、多結晶ガリウムヒ素、アモルファスガリウムヒ素などからなっていても良い。   Also, the material of the hetero semiconductor is not limited to polycrystalline silicon as long as it is a material that forms a hetero semiconductor region made of a semiconductor material having a band gap different from that of a semiconductor substrate made of an epitaxial layer stacked on a substrate, It may consist of single crystal silicon, amorphous silicon, single crystal silicon germanium, polycrystalline silicon germanium, amorphous silicon germanium, etc., and further, single crystal germanium, polycrystalline germanium, amorphous germanium, single crystal gallium arsenide, polycrystalline It may be made of gallium arsenide, amorphous gallium arsenide, or the like.

図1は、本発明による半導体装置の第1の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。   FIG. 1 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of an element portion in a first embodiment of a semiconductor device according to the present invention.

図1の半導体装置200に示すように、N+型炭化珪素基板1上にN−型炭化珪素半導体をエピタキシャル成長させることにより、N−型炭化珪素エピタキシャル層2が積層されて、炭化珪素半導体基体100が形成されている。N−型炭化珪素エピタキシャル層2のN+型炭化珪素基板1側とは反対側の第一主面には、あらかじめ定めた位置に1ないし複数の溝が穿設されており、該第一主面上の溝が存在する部分には、第一導電型のN型の半導体基体100の導電型とは異なる第二導電型のヘテロ半導体領域としてP+型多結晶シリコン層3が該溝内部を充填した状態で形成されている。   As shown in semiconductor device 200 in FIG. 1, N− type silicon carbide epitaxial layer 2 is laminated by epitaxially growing an N− type silicon carbide semiconductor on N + type silicon carbide substrate 1, and silicon carbide semiconductor substrate 100 is formed. Is formed. The first main surface of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 opposite to the N + type silicon carbide substrate 1 is provided with one or a plurality of grooves at predetermined positions. In the portion where the upper groove is present, the inside of the groove is filled with a P + type polycrystalline silicon layer 3 as a second semiconductor type hetero semiconductor region different from the conductive type of the first conductive type N-type semiconductor substrate 100. It is formed in a state.

また、N−型炭化珪素エピタキシャル層2の溝が存在していない第一主面上には、半導体基体100の導電型と同一の第一導電型のヘテロ半導体領域としてN+型多結晶シリコン層4が形成されている。ここで、P+型多結晶シリコン層3とN+型多結晶シリコン層4との両方の多結晶シリコン層と、半導体基体100を構成するN−型炭化珪素エピタキシャル層2とは、互いに異なるバンドギャップからなっており、ヘテロ接合界面を形成している。ここに、記号+,−は、前述のように、導入される不純物密度についての高密度、低密度を意味している。   Further, on the first main surface where the groove of N − type silicon carbide epitaxial layer 2 does not exist, an N + type polycrystalline silicon layer 4 is formed as a hetero semiconductor region of the same first conductivity type as that of semiconductor substrate 100. Is formed. Here, the polycrystalline silicon layers of both the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 constituting the semiconductor substrate 100 have different band gaps. Thus, a heterojunction interface is formed. Here, the symbols + and − mean high density and low density of the introduced impurity density as described above.

また、炭化珪素エピタキシャル層2中のあらかじめ定めた所定領域には、炭化珪素半導体基体100とP+型多結晶シリコン層3、N+型多結晶シリコン層4の双方の多結晶シリコン層との接合部に印加されるカソード電極6からの電界を緩和するP型の電界緩和領域7が形成されている。また、P+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4上には、両方の多結晶シリコン層とオーミック接続されたアノード電極5が第一の電極として形成されている。一方、N+型炭化珪素基板1の裏面には、カソード電極6が第二の電極として形成されている。   Further, a predetermined region in silicon carbide epitaxial layer 2 is formed at a junction between silicon carbide semiconductor substrate 100 and the polycrystalline silicon layers of P + type polycrystalline silicon layer 3 and N + type polycrystalline silicon layer 4. A P-type electric field relaxation region 7 that relaxes the electric field from the applied cathode electrode 6 is formed. On the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4, an anode electrode 5 ohmically connected to both the polycrystalline silicon layers is formed as a first electrode. On the other hand, a cathode electrode 6 is formed as a second electrode on the back surface of the N + type silicon carbide substrate 1.

本実施の形態によれば、N−型炭化珪素エピタキシャル層2とのビルトイン電圧が大きく、逆方向耐圧が高いP+型多結晶シリコン層3をN−型炭化珪素エピタキシャル層2の溝内部に形成することによって、すなわち、第一導電型のN型炭化珪素半導体基体100の導電型とは異なる第二導電型のP+型多結晶シリコン層3の底面の位置を、N型炭化珪素半導体基体100の第一主面上に形成され、N型炭化珪素半導体基体100の導電型と同一の第一導電型のN+型多結晶シリコン層4の底面よりも深い位置となる溝内部に形成することによって、逆方向電圧が印加された場合のN−型炭化珪素エピタキシャル層2中の空乏層をより深く広げることができる。   According to the present embodiment, P + type polycrystalline silicon layer 3 having a large built-in voltage with N− type silicon carbide epitaxial layer 2 and a high reverse breakdown voltage is formed inside the groove of N− type silicon carbide epitaxial layer 2. In other words, the position of the bottom surface of the second conductivity type P + type polycrystalline silicon layer 3 different from the conductivity type of the first conductivity type N-type silicon carbide semiconductor substrate 100 is set to the position of the N-type silicon carbide semiconductor substrate 100. By forming in the groove formed on one main surface and deeper than the bottom surface of the first conductivity type N + type polycrystalline silicon layer 4 having the same conductivity type as that of the N-type silicon carbide semiconductor substrate 100, the reverse When the directional voltage is applied, the depletion layer in N-type silicon carbide epitaxial layer 2 can be expanded more deeply.

その結果、空乏層端50からN+型多結晶シリコン層4までの距離52が、空乏層端50からP+型多結晶シリコン層3までの距離51よりも長くなり、N+型多結晶シリコン層4とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とのヘテロ接合界面にかかる電界が低下し、電界を緩和することが出来る。これにより、逆方向電圧印加時の耐圧は、P+型多結晶シリコン層3のみの場合とほぼ同等の値を得ることが出来る。   As a result, the distance 52 from the depletion layer end 50 to the N + type polycrystalline silicon layer 4 becomes longer than the distance 51 from the depletion layer end 50 to the P + type polycrystalline silicon layer 3, and the N + type polycrystalline silicon layer 4 The electric field applied to the heterojunction interface with N-type silicon carbide epitaxial layer 2 is reduced, and the electric field can be relaxed. As a result, the withstand voltage when the reverse voltage is applied can be almost equal to that of the P + type polycrystalline silicon layer 3 alone.

また、P+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4の不純物密度を、炭化珪素エピタキシャル層2よりも十分に高密度にしておけば、逆方向電圧を印加した場合に、P+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4の多結晶シリコン層側に、空乏層が伸びるのを防ぐことができる。これにより、炭化珪素に比べて、絶縁破壊を引き起こす電界強度が低い多結晶シリコン層において、ブレイクダウンが発生することを防止可能とし、もって、逆方向耐圧を向上することが出来る。   Further, if the impurity density of P + type polycrystalline silicon layer 3 and N + type polycrystalline silicon layer 4 is sufficiently higher than that of silicon carbide epitaxial layer 2, when a reverse voltage is applied, P + type polycrystal silicon layer 3 and N + type polycrystalline silicon layer 4 are formed. It is possible to prevent the depletion layer from extending to the polycrystalline silicon layer side of the crystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4. As a result, breakdown can be prevented from occurring in the polycrystalline silicon layer having a low electric field strength causing dielectric breakdown as compared with silicon carbide, and the reverse breakdown voltage can be improved.

一方、順方向に電圧を印加した場合は、立ち上がり電圧の低いN+型多結晶シリコン層4が形成されているため、本実施の形態におけるヘテロ接合ダイオード全体の立ち上がり電圧を低下させることが出来る。また、P+型多結晶シリコン層3も、アノード電極5にオーミック接続されているために、順方向電圧印加時には電流経路として働く。ここで、P+型多結晶シリコン層3のヘテロ接合面は、溝底部だけでなく、溝側面部の少なくとも一部においても、半導体基体100と接触しており、溝底部と溝側面部との双方が電流経路となるため、ヘテロ接合面が平面的に形成されている場合よりも、より低いオン抵抗を得ることができる。   On the other hand, when a voltage is applied in the forward direction, since the N + type polycrystalline silicon layer 4 having a low rising voltage is formed, the rising voltage of the entire heterojunction diode in this embodiment can be lowered. Further, since the P + type polycrystalline silicon layer 3 is also ohmically connected to the anode electrode 5, it acts as a current path when a forward voltage is applied. Here, the heterojunction surface of the P + type polycrystalline silicon layer 3 is in contact with the semiconductor substrate 100 not only at the groove bottom but also at least at a part of the groove side surface, and both the groove bottom and groove side surface. Therefore, a lower on-resistance can be obtained than in the case where the heterojunction surface is formed planarly.

また、P+型多結晶シリコン層3とN+型多結晶シリコン層4とが互いに接していることにより、両方の多結晶シリコン層とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とのヘテロ接合界面全体がアクティブ領域となる。従って、電流の流れがヘテロ接合界面内で平均化され、信頼性の高い半導体装置を得ることが出来る。   Further, since P + type polycrystalline silicon layer 3 and N + type polycrystalline silicon layer 4 are in contact with each other, the entire heterojunction interface between both polycrystalline silicon layers and N− type silicon carbide epitaxial layer 2 is the active region. It becomes. Therefore, the current flow is averaged in the heterojunction interface, and a highly reliable semiconductor device can be obtained.

なお、本実施の形態においては、カソード電極6が、炭化珪素半導体基体100裏面に形成されている例について示したが、カソード電極6が炭化珪素半導体基体100の表面に形成されている、いわゆるラテラル型ダイオードであっても良い。   In the present embodiment, an example in which cathode electrode 6 is formed on the back surface of silicon carbide semiconductor substrate 100 has been described. However, so-called lateral in which cathode electrode 6 is formed on the surface of silicon carbide semiconductor substrate 100 is shown. It may be a type diode.

本実施の形態においては、P+型多結晶シリコン層3が充填されている溝の数が、図1のように、周辺部も含めて5個の場合を示したが、ダイオードの面積に応じて、溝の数を、所望する1ないし複数の任意の個数に増減しても構わない。   In the present embodiment, the case where the number of grooves filled with the P + type polycrystalline silicon layer 3 is five including the peripheral portion as shown in FIG. 1 is shown, but depending on the area of the diode. The number of grooves may be increased or decreased to a desired number of one or more.

次に、本実施の形態における図1の半導体装置200すなわちヘテロ接合ダイオードの製造方法について、図2〜図11を用いて説明する。ここで、図2〜図11は、本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第1工程〜第10工程をそれぞれ説明する素子部断面構造図である。   Next, a method for manufacturing the semiconductor device 200 of FIG. 1, that is, the heterojunction diode in the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, FIGS. 2 to 11 are element part cross-sectional structure diagrams illustrating the first to tenth steps of the method of manufacturing the semiconductor device according to the first embodiment of the present invention.

まず、図2の第1工程(半導体基体形成工程)では、例えば、N+型炭化珪素基板1上にN−型炭化珪素エピタキシャル層2が積層された半導体基体100を形成する。N−型炭化珪素エピタキシャル層2上には、あらかじめ定めた所定のマスク膜8とレジスト9とが積層された後、フォトリソグラフィー等を用いて、あらかじめ定めた1ないし複数の溝形成用のパターンにレジスト9がパターニングされる。なお、マスク膜8としては、例えばシリコン窒化膜などが用いられる。   First, in the first step (semiconductor substrate forming step) in FIG. 2, for example, the semiconductor substrate 100 in which the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 is laminated on the N + type silicon carbide substrate 1 is formed. A predetermined mask film 8 and a resist 9 are laminated on the N-type silicon carbide epitaxial layer 2, and then a predetermined pattern for forming one or a plurality of grooves is formed using photolithography or the like. The resist 9 is patterned. As the mask film 8, for example, a silicon nitride film or the like is used.

次に、図3の第2工程(溝形成工程)では、レジスト9をマスクにして、1ないし複数の溝をN−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面上に穿設するように、マスク膜8およびN−型炭化珪素エピタキシャル層2をドライエッチングする。ドライエッチング後、レジスト9を除去する。   Next, in the second step (groove forming step) of FIG. 3, using the resist 9 as a mask, one or more grooves are formed on the first main surface of the N-type silicon carbide epitaxial layer 2. Mask film 8 and N-type silicon carbide epitaxial layer 2 are dry etched. After dry etching, the resist 9 is removed.

次の図4の第3工程(電界緩和領域形成工程の前半工程)では、後に形成されるP+型多結晶シリコン層3の周辺部と接する接合面となるN−型炭化珪素エピタキシャル層2中の領域(つまり、N−型炭化珪素エピタキシャル層2の周辺部に形成された溝底面部の領域)に電界緩和領域7を形成する。すなわち、電界緩和領域7を形成する領域以外について、マスク膜8およびN−型炭化珪素エピタキシャル層2の溝に、イオン注入マスク11を形成した後、アルミやホウ素などのP型の不純物イオン10を注入することにより、P型の電界緩和領域7を形成する。   In the next third step of FIG. 4 (the first half step of the electric field relaxation region forming step), in the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 that becomes a bonding surface in contact with the peripheral portion of the P + type polycrystalline silicon layer 3 to be formed later. Electric field relaxation region 7 is formed in the region (that is, the region at the bottom of the groove formed in the peripheral portion of N − -type silicon carbide epitaxial layer 2). That is, after the ion implantation mask 11 is formed in the groove of the mask film 8 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 except for the region where the electric field relaxation region 7 is formed, P type impurity ions 10 such as aluminum and boron are introduced. By implantation, a P-type electric field relaxation region 7 is formed.

室温でイオン注入する場合には、イオン注入マスク11としてレジストを用いることが出来るが、基板の表面荒れ防止のために、基板を600℃程度に加熱しながらイオン注入する場合には、レジストではなく、シリコン酸化膜などのマスクを用いることが出来る。この場合、イオン注入マスク11は、先に形成したマスク膜8と選択的なエッチングを可能にすることが必要である。   When ion implantation is performed at room temperature, a resist can be used as the ion implantation mask 11. However, when ion implantation is performed while heating the substrate to about 600 ° C. to prevent surface roughness of the substrate, the resist is not a resist. A mask such as a silicon oxide film can be used. In this case, the ion implantation mask 11 needs to enable selective etching with the previously formed mask film 8.

次の図5の第4工程(電界緩和領域形成工程の後半工程)では、イオン注入マスク11を除去した後、1700℃程度の高温でアニールすることによって、導入した不純物を活性化する。なお、電界緩和領域7は、前述のような半導体基体100と異なる導電型の半導体を用いる場合のみに限らず、高抵抗体や絶縁体を形成するようにしても良い。また、場合によっては、電界緩和領域7を形成しない構造としても良く、かかる場合においては、前述の図4、図5の工程は省略される。   In the next fourth step of FIG. 5 (second half step of the electric field relaxation region forming step), after removing the ion implantation mask 11, annealing is performed at a high temperature of about 1700 ° C. to activate the introduced impurities. The electric field relaxation region 7 is not limited to the case where a semiconductor having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate 100 as described above is used, and a high resistance body or an insulator may be formed. In some cases, the electric field relaxation region 7 may not be formed. In such a case, the steps shown in FIGS. 4 and 5 are omitted.

しかる後、図6の第5工程(第二ヘテロ半導体領域形成工程の前半工程)では、マスク膜8およびN−型炭化珪素エピタキシャル層2上の全面にP+型多結晶シリコン層3を堆積する。   Thereafter, in the fifth step of FIG. 6 (the first half step of the second hetero semiconductor region forming step), P + type polycrystalline silicon layer 3 is deposited on the entire surface of mask film 8 and N− type silicon carbide epitaxial layer 2.

次の図7の第6工程(第二ヘテロ半導体領域形成工程の後半工程)では、マスク膜8が露出するまで、P+型多結晶シリコン層3をエッチングして第二ヘテロ半導体領域として形成する。エッチングの方法としては、ドライエッチングによるエッチバックを用いることも出来るし、CMP(Chemical
Mechanical Polishing)などによる平坦化手法も用いることが出来る。この結果、半導体基体のN−型炭化珪素エピタキシャル層2とは異なるバンドギャップで、かつ、異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域のP+型多結晶シリコン層3は、その底面部とN−型炭化珪素エピタキシャル層2内の溝の底面部とが接触するのみならず、その側面部についても、N−型炭化珪素エピタキシャル層2内の溝の側面部の少なくとも一部の領域と接触した状態で形成された状態になる。
In the next sixth step of FIG. 7 (second half step of the second hetero semiconductor region forming step), the P + type polycrystalline silicon layer 3 is etched to form a second hetero semiconductor region until the mask film 8 is exposed. Etching back by dry etching can be used as an etching method, or CMP (Chemical)
A planarization method such as Mechanical Polishing can also be used. As a result, the P + type polycrystalline silicon layer 3 of the second hetero semiconductor region having a different band gap from that of the N − type silicon carbide epitaxial layer 2 of the semiconductor substrate and having a different conductivity type has a bottom surface portion and an N − type carbonized carbon. Not only the bottom surface portion of the groove in silicon epitaxial layer 2 is in contact, but also the side surface portion is formed in contact with at least a part of the side surface portion of the groove in N-type silicon carbide epitaxial layer 2. It will be in the state.

次の図8の第7工程(第一ヘテロ半導体領域形成工程の前半工程)では、マスク膜8を除去してN−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面を露出させた後、露出したN−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面とP+型多結晶シリコン層3との上にN+型多結晶シリコン層4を堆積する。   In the next seventh step of FIG. 8 (first half step of the first hetero semiconductor region forming step), the mask film 8 is removed to expose the first main surface of the N-type silicon carbide epitaxial layer 2 and then exposed. N + type polycrystalline silicon layer 4 is deposited on first main surface of N− type silicon carbide epitaxial layer 2 and P + type polycrystalline silicon layer 3.

次の図9の第8工程(第一ヘテロ半導体領域形成工程の後半工程)では、P+型多結晶シリコン層3が露出するまで、N+型多結晶シリコン層4をエッチングして第一ヘテロ半導体領域として形成する。エッチングの方法としては、ドライエッチングによるエッチバックを用いることも出来るし、CMPなどによる平坦化手法も用いることが出来る。ここで、半導体基体のN−型炭化珪素エピタキシャル層2とは異なるバンドギャップであるが、同一の導電型の第一ヘテロ半導体領域となるN+型多結晶シリコン層4は、P+型多結晶シリコン層3の少なくとも一部の領域が露出される状態であれば、N−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面に穿設された溝の一部を覆う状態になっていてもかまわない。   In the next eighth step of FIG. 9 (the second half step of the first hetero semiconductor region forming step), the N + type polycrystalline silicon layer 4 is etched until the P + type polycrystalline silicon layer 3 is exposed, so that the first hetero semiconductor region is etched. Form as. As an etching method, etch back by dry etching can be used, and a planarization method by CMP or the like can also be used. Here, the N + type polycrystalline silicon layer 4, which has a band gap different from that of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 of the semiconductor substrate, but becomes the same conductivity type first hetero semiconductor region, is a P + type polycrystalline silicon layer. 3 may be in a state of covering a part of the groove formed in the first main surface of the N-type silicon carbide epitaxial layer 2 as long as at least a part of the region 3 is exposed.

さらに、次の図10の第9工程(第一電極形成工程の前半工程、第二電極形成工程)では、炭化珪素半導体基体100の裏面にカソード電極6を第二の電極として形成する。ここで、炭化珪素半導体基体100とカソード電極6とがオーミック接触となるように、必要により、1000℃程度のRTA(Rapid
Thermal Anneal)が施される。
Furthermore, in the next ninth step (first half step of the first electrode forming step, second electrode forming step) in FIG. 10, the cathode electrode 6 is formed as the second electrode on the back surface of the silicon carbide semiconductor substrate 100. Here, if necessary, the RTA (Rapid) of about 1000 ° C. is used so that the silicon carbide semiconductor substrate 100 and the cathode electrode 6 are in ohmic contact.
Thermal Anneal) is applied.

次に、P+型多結晶シリコン層3、N+型多結晶シリコン層4の両方の多結晶シリコン層上にアノード電極5を堆積する。なお、アノード電極5、カソード電極6の電極材料としては、チタンやアルミニウムなどが用いられる。このとき、P+型多結晶シリコン層3、N+型多結晶シリコン層4の両方の多結晶シリコン層は、高密度に不純物がドーピングされているため、多結晶シリコン層とアノード電極5とはオーミック接触となる。   Next, the anode electrode 5 is deposited on the polycrystalline silicon layers of both the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4. In addition, as an electrode material of the anode electrode 5 and the cathode electrode 6, titanium, aluminum, or the like is used. At this time, since both the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 are doped with impurities at high density, the polycrystalline silicon layer and the anode electrode 5 are in ohmic contact. It becomes.

最後の図11の第10工程(第一電極形成工程の後半工程)では、アノード電極5上にフォトリソグラフィーによりレジストパターンを形成する。さらに、形成したレジストをマスクとしてアノード電極5およびP+型多結晶シリコン層3、N+型多結晶シリコン層4の多結晶シリコン層を、ドライエッチングによりパターニングすることにより、図1に示すような半導体装置200が最終的に製造される。   In the last tenth step of FIG. 11 (second half step of the first electrode forming step), a resist pattern is formed on the anode electrode 5 by photolithography. Further, by patterning the anode electrode 5 and the polycrystalline silicon layers of the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 by dry etching using the formed resist as a mask, a semiconductor device as shown in FIG. 200 is finally produced.

以上に詳細に説明したように、本実施の形態による半導体装置200とその製造方法によれば、半導体基体100の導電型と同一となる第一導電型の例えばN+型ヘテロ半導体領域4を半導体基体100の第一主面に形成し、半導体基体100の導電型とは異なる第二導電型の例えばP+型ヘテロ半導体領域3を半導体基体100の第一主面に形成された溝内に形成することによって、立ち上がり電圧を低下させることが出来ると共に、耐圧の低下を抑制することが出来る。その理由は次の通りである。   As described in detail above, according to the semiconductor device 200 and the method for manufacturing the same according to the present embodiment, the N + type hetero semiconductor region 4 of the first conductivity type that is the same as the conductivity type of the semiconductor substrate 100 is formed on the semiconductor substrate. For example, a P + type hetero semiconductor region 3 of a second conductivity type different from the conductivity type of the semiconductor substrate 100 is formed in a groove formed in the first major surface of the semiconductor substrate 100. As a result, the rising voltage can be reduced, and the decrease in breakdown voltage can be suppressed. The reason is as follows.

半導体基体100を形成するN−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面に溝を穿設し、その溝の内部に、半導体基体100とは異なる導電型のヘテロ半導体領域として例えばP+型多結晶シリコン層3を充填する一方、溝がない部分には、半導体基体100と同じ導電型のヘテロ半導体領域として例えばN+型多結晶シリコン層4を形成する。このように、P+型多結晶シリコン層3を、N+型多結晶シリコン層4よりも深い位置となる溝内部に形成することによって、逆方向電圧印加時に、N−型炭化珪素エピタキシャル層2中に、空乏層をより深く延ばすことが出来るようになる。従って、耐圧が低いN+型多結晶シリコン層4とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とのヘテロ接合界面にかかる電界が低下し、この部分での耐圧の低下を抑制することが出来る。   A groove is formed in the first main surface of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 forming the semiconductor substrate 100, and, for example, P + type polycrystal is formed in the groove as a hetero semiconductor region having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate 100. For example, an N + type polycrystalline silicon layer 4 is formed as a hetero semiconductor region having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate 100 in a portion where the silicon layer 3 is filled but no groove is formed. In this way, by forming the P + type polycrystalline silicon layer 3 in the groove at a position deeper than the N + type polycrystalline silicon layer 4, the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 is formed when a reverse voltage is applied. The depletion layer can be extended deeper. Therefore, the electric field applied to the heterojunction interface between N + type polycrystalline silicon layer 4 and N− type silicon carbide epitaxial layer 2 having a low breakdown voltage is reduced, and the reduction in breakdown voltage at this portion can be suppressed.

また、順方向電圧印加時には、アノード電極5をP+型多結晶シリコン層3とN+型多結晶シリコン層4との双方に並列接続する構成としているので、立ち上がり電圧が低いN+型多結晶シリコン層4の存在によって、ヘテロ接合ダイオード全体の立ち上がり電圧を低下させることが出来る。また、溝内部のP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とのヘテロ接合界面についても、溝底部だけでなく、溝側面部の少なくとも一部の領域もオンの状態にすることが出来るため、有効面積が増加し、オン抵抗を低減させることが出来る。   Further, when forward voltage is applied, the anode electrode 5 is connected in parallel to both the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4, so that the N + type polycrystalline silicon layer 4 having a low rising voltage is used. Therefore, the rising voltage of the entire heterojunction diode can be lowered. Further, at the heterojunction interface between the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 in the groove, not only the groove bottom but also at least a part of the groove side surface is turned on. Therefore, the effective area can be increased and the on-resistance can be reduced.

(第2の実施の形態)
次に、本発明による半導体装置とその製造方法の第2の実施の形態を、図12に基づいて説明する。図12は、本発明による半導体装置の第2の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。図12に示す本実施の形態における半導体装置300は、第1の実施の形態と同様に、炭化珪素(SiC)を基板材料とし、ヘテロ半導体を多結晶シリコンとしたものであるが、図12に示すように、P+型多結晶シリコン層3とアノード電極5との接続方法に、図1に示す第1の実施の形態の半導体装置200との違いがある。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of the element portion in the second embodiment of the semiconductor device according to the present invention. As in the first embodiment, the semiconductor device 300 in the present embodiment shown in FIG. 12 uses silicon carbide (SiC) as a substrate material and the hetero semiconductor as polycrystalline silicon. As shown, the connection method between the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the anode electrode 5 is different from the semiconductor device 200 of the first embodiment shown in FIG.

すなわち、図12の半導体装置300は、N+型多結晶シリコン層4にP+型多結晶シリコン層3へのコンタクトホールを形成することにより、該コンタクトホールを介して、P+型多結晶シリコン層3とアノード電極5とを接続するように構成している。   That is, in the semiconductor device 300 of FIG. 12, by forming a contact hole to the P + type polycrystalline silicon layer 3 in the N + type polycrystalline silicon layer 4, the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the P + type polycrystalline silicon layer 3 are formed through the contact holes. The anode electrode 5 is connected.

本実施の形態においては、第1の実施の形態における図5の第4工程(電界緩和領域形成工程の後半工程)までの工程を経た後、図6、図7の第5、第6工程(第二ヘテロ半導体領域形成工程)を行う代わりに、マスク膜8を除去した後、N−型炭化珪素エピタキシャル層2に穿設した溝内部に充填するようにP+型多結晶シリコン層3を形成する。しかる後に、第1の実施の形態における図8、図9の第7、第8工程(第一ヘテロ半導体領域形成工程)の代わりに、N+型多結晶シリコン層4をP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との全面に積層した後、フォトリソグラフィーおよびドライエッチングにより、N+型多結晶シリコン層4にP+型多結晶シリコン層3へのコンタクトホールを形成するものである。   In the present embodiment, after the steps up to the fourth step in FIG. 5 (the second half step of the electric field relaxation region forming step) in the first embodiment, the fifth and sixth steps in FIG. 6 and FIG. Instead of performing the second hetero semiconductor region forming step), the mask film 8 is removed, and then the P + -type polycrystalline silicon layer 3 is formed so as to fill the groove formed in the N − -type silicon carbide epitaxial layer 2. . Thereafter, instead of the seventh and eighth steps (first hetero semiconductor region forming step) of FIGS. 8 and 9 in the first embodiment, the N + type polycrystalline silicon layer 4 is replaced with the P + type polycrystalline silicon layer 3. And N− type silicon carbide epitaxial layer 2 are stacked on the entire surface, and then a contact hole to P + type polycrystalline silicon layer 3 is formed in N + type polycrystalline silicon layer 4 by photolithography and dry etching.

すなわち、本実施の形態においては、第一導電型の第一ヘテロ半導体領域の例えばN+型多結晶シリコン層4が、N−型炭化珪素エピタキシャル層2に穿設された溝が存在しない位置のみならず溝が存在する位置も含めて、N−型炭化珪素エピタキシャル層2およびP+型多結晶シリコン層3の全面を覆うように形成されている。このため、表面に露出せず、N+型多結晶シリコン層4の内部に埋め込まれた状態にある第二導電型の第二ヘテロ半導体領域のP+型多結晶シリコン層3とアノード電極5とを接続するためのコンタクトホールが、N+型多結晶シリコン層4に形成される。   That is, in the present embodiment, for example, the N + type polycrystalline silicon layer 4 of the first conductivity type first hetero semiconductor region is only at a position where the groove formed in the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 does not exist. It is formed so as to cover the entire surface of N− type silicon carbide epitaxial layer 2 and P + type polycrystalline silicon layer 3 including the position where the groove exists. For this reason, the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the anode electrode 5 in the second conductivity type second hetero semiconductor region which are not exposed on the surface and are embedded in the N + type polycrystalline silicon layer 4 are connected. A contact hole is formed in the N + type polycrystalline silicon layer 4.

次の電極形成工程は、第1の実施の形態における図10、図11の第9、第10工程(第一電極形成工程、第二電極形成工程)とほぼ同様であるが、P+型多結晶シリコン層3、N+型多結晶シリコン層4の両方にアノード電極5を接するように堆積してオーミックコンタクトする代わりに、本実施の形態においては、N+型多結晶シリコン層4とはアノード電極5を接するように堆積してオーミックコンタクトさせる一方、アノード電極5とP+型多結晶シリコン層3とは、コンタクトホールを通じてオーミックコンタクトさせることになる。   The next electrode forming step is substantially the same as the ninth and tenth steps (first electrode forming step, second electrode forming step) of FIGS. 10 and 11 in the first embodiment, but P + type polycrystalline In this embodiment, instead of depositing the anode electrode 5 so as to be in contact with both the silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 and making ohmic contact, the N + type polycrystalline silicon layer 4 is different from the anode electrode 5 in the present embodiment. The anode electrode 5 and the P + type polycrystalline silicon layer 3 are brought into ohmic contact through the contact hole while being deposited so as to be in contact and in ohmic contact.

図12のような半導体装置300の構成にすることにより、第1の実施の形態の図9の第8工程で行ったようなN+型多結晶シリコン層4の全面エッチバックを避けることができ、オーバーエッチングによって、N+型多結晶シリコン層4がなくなってしまうような不具合の発生を解消することが出来る。   By adopting the configuration of the semiconductor device 300 as shown in FIG. 12, it is possible to avoid the entire etch back of the N + type polycrystalline silicon layer 4 as performed in the eighth step of FIG. 9 of the first embodiment. Occurrence of a problem that the N + type polycrystalline silicon layer 4 disappears due to over-etching can be eliminated.

(第3の実施の形態)
次に、本発明による半導体装置とその製造方法の第3の実施の形態を、図13に基づいて説明する。図13は、本発明による半導体装置の第3の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。図13に示す本実施の形態における半導体装置400も、第1の実施の形態、第2の実施の形態と同様に、炭化珪素(SiC)を基板材料とし、ヘテロ半導体を多結晶シリコンとしたものであるが、図13に示すように、P+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4を、半導体領域へのイオン注入の打ち分けによって形成している点に、第1の実施の形態、第2の実施の形態との違いがある。
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a cross-sectional view showing an element section cross-sectional structure in the third embodiment of the semiconductor device according to the present invention. Similarly to the first embodiment and the second embodiment, the semiconductor device 400 in the present embodiment shown in FIG. 13 also uses silicon carbide (SiC) as the substrate material and the hetero semiconductor as polycrystalline silicon. However, as shown in FIG. 13, the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 are formed by ion implantation into the semiconductor region. There is a difference between the form and the second embodiment.

すなわち、図13の半導体装置400を製造する製造方法としては、第1の実施の形態や第2の実施の形態における第二ヘテロ半導体領域形成工程や第一ヘテロ半導体領域形成工程の代わりに、半導体基体100の第一主面の全面に半導体基体100とはバンドギャップが異なる半導体領域を形成するヘテロ半導体領域形成工程を有するとともに、全面に形成した該半導体領域のうち、半導体基体100の第一主面に溝が穿設されている領域には、前記半導体基体とは異なる導電型の例えばP+型の不純物をイオン注入して、第二ヘテロ半導体領域となるP+型多結晶シリコン層3を形成し、また、前記第一主面に前記溝が穿設されていない領域には、前記半導体基体と同一の導電型の例えばN+型の不純物をイオン注入して、第一ヘテロ半導体領域となるN+型多結晶シリコン層4を形成するイオン注入工程を有している。   That is, as a manufacturing method for manufacturing the semiconductor device 400 of FIG. 13, a semiconductor is used instead of the second hetero semiconductor region forming step and the first hetero semiconductor region forming step in the first embodiment and the second embodiment. The semiconductor substrate 100 has a hetero semiconductor region forming step for forming a semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate 100 over the entire first main surface of the substrate 100. Among the semiconductor regions formed on the entire surface, the first main surface of the semiconductor substrate 100 is formed. For example, a P + type polycrystalline silicon layer 3 serving as a second hetero semiconductor region is formed by ion-implanting, for example, a P + type impurity having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate in the region where the groove is formed in the surface. Further, for example, an N + type impurity having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate is ion-implanted in a region where the groove is not formed in the first main surface, so that the first hetero semiconductor is implanted. It has an ion implantation process for forming the N + -type polycrystalline silicon layer 4 to be a body region.

なお、図13は、図1に示す第1の実施の形態の半導体装置200における層構造の場合について、イオン注入打ち分けによってP+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4を形成した場合を示しているが、第二の実施の形態における図12の半導体装置300に示すようなコンタクトホールを後工程で形成する場合についても全く同様に適用することができる。   FIG. 13 shows that the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 are formed by ion implantation in the case of the layer structure in the semiconductor device 200 of the first embodiment shown in FIG. Although the case is shown, the same can be applied to the case where a contact hole as shown in the semiconductor device 300 of FIG. 12 in the second embodiment is formed in a subsequent process.

図13のような半導体装置400の構成においては、前述したように、まず、多結晶シリコン層を堆積した後に、フォトリソグラフィーによるレジストパターニングにより、半導体領域の所望の位置にのみ、P+型、および、N+型の不純物を、打ち分けてイオン注入することで、P+型多結晶シリコン層3およびN+型多結晶シリコン層4を形成することが出来るので、多結晶シリコン層の堆積を一度で行うことができ、工程を簡略化することが出来る。   In the configuration of the semiconductor device 400 as shown in FIG. 13, as described above, first, after depositing the polycrystalline silicon layer, the resist patterning by photolithography is performed, so that the P + type and Since the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N + type polycrystalline silicon layer 4 can be formed by ion implantation of N + type impurities separately, the polycrystalline silicon layer can be deposited at a time. And the process can be simplified.

(第4の実施の形態)
次に、本発明による半導体装置とその製造方法の第4の実施の形態を説明する。前述の第1の実施の形態ないし第3の実施の形態においては、いずれも、半導体基体100の第一主面に穿設された溝の底面と該溝の側面とが接する箇所における前記底面と前記側面とがなす角度が直角(90°)としている場合を用いて説明した。しかし、本発明による半導体装置とその製造方法は、かかる場合のみに限るものではなく、例えば、図14に示すように、前記底面と前記側面とがなす角度が鈍角(90°よりも大きい角度)になっていても構わなく、90°以上の角度であれば如何なる角度であっても良いし、また、図15に示すように、前記底面と前記側面とが接する箇所が、適当な曲率半径を有する曲面形状になっていても構わない。
(Fourth embodiment)
Next, a semiconductor device according to a fourth embodiment of the present invention and a manufacturing method thereof will be described. In any of the first to third embodiments described above, the bottom surface at a position where the bottom surface of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate 100 and the side surface of the groove are in contact with each other. The case where the angle formed by the side surface is a right angle (90 °) has been described. However, the semiconductor device and the manufacturing method thereof according to the present invention are not limited to such a case. For example, as shown in FIG. 14, the angle formed by the bottom surface and the side surface is an obtuse angle (an angle larger than 90 °). The angle may be any angle as long as it is an angle of 90 ° or more, and as shown in FIG. 15, the portion where the bottom surface and the side surface are in contact has an appropriate radius of curvature. It may have a curved surface shape.

かくのごとく、前記溝内部に充填されるP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とが接する部分の形状を、図14のような鈍角の傾斜面形状または図15のような曲面形状とすることによって、逆方向電圧印加時に、前記溝の底面と側面とが接する箇所からリーク電流が発生して、所望の耐圧が得られなくなってしまうという不具合が発生する事態を、より安全に回避することができる。   As described above, the shape of the portion where the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 filled in the groove are in contact with each other is as shown in FIG. By adopting a simple curved surface shape, a leakage current is generated from a position where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact with each other when a reverse voltage is applied, and a problem that a desired withstand voltage cannot be obtained is caused. It can be safely avoided.

図14は、本発明による半導体装置の第4の実施の形態における素子部断面構造の一例を示す断面図であり、半導体基体100の第一主面に穿設された溝の底面と該溝の側面とが接する箇所における前記底面と前記側面とがなす角度が鈍角(90°よりも大きい角度)になっている場合を示している。つまり、図14の半導体装置500に示すように、前記溝の底面と側面とが接する箇所の形状は、半導体基体100の第一主面に穿設された前記溝の底面と側面とがなす角度θが、鈍角(90°よりも大きい角度)の傾斜面形状になっている。   FIG. 14 is a cross-sectional view showing an example of a cross-sectional structure of the element portion in the fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The bottom surface of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate 100 and the groove The case where the angle which the said bottom face and the said side surface make in the location which a side surface contacts is an obtuse angle (angle larger than 90 degrees) is shown. That is, as shown in the semiconductor device 500 in FIG. 14, the shape of the portion where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact is the angle formed by the bottom surface and the side surface of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate 100. θ has an inclined surface shape with an obtuse angle (an angle larger than 90 °).

また、図15は、本発明による半導体装置の第4の実施の形態における素子部断面構造の他の例を示す断面図であり、半導体基体100の第一主面に穿設された溝の底面と該溝の側面とが接する箇所が、適当な曲率半径を有する曲面になっている場合を示している。つまり、図15の半導体装置600に示すように、半導体基体100の第一主面に穿設された溝の底面と側面との接する箇所の形状は、適当な曲率半径αを有する曲面形状になっている。ここで、図15の半導体装置600における曲率半径αについては、少なくとも溝の底面と側面とが接する箇所において、半導体基体100を構成するN−型炭化珪素エピタキシャル層2と、半導体基体100とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域を構成するP+型多結晶シリコン層3と、によって形成されるヘテロ接合界面を電子がトンネリングする幅よりも大きければ、如何なる半径であっても構わない。   FIG. 15 is a cross-sectional view showing another example of the cross-sectional structure of the element portion in the fourth embodiment of the semiconductor device according to the present invention. The bottom surface of the groove drilled in the first main surface of the semiconductor substrate 100 This shows a case where the portion where the groove and the side surface of the groove are in contact with each other is a curved surface having an appropriate radius of curvature. That is, as shown in the semiconductor device 600 of FIG. 15, the shape of the portion where the bottom surface and the side surface of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate 100 are in contact with each other is a curved surface shape having an appropriate curvature radius α. ing. Here, the radius of curvature α in the semiconductor device 600 of FIG. 15 is different from that of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 constituting the semiconductor substrate 100 and the semiconductor substrate 100 at least at the portion where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact. Any radius may be used as long as it is larger than the width of electrons tunneling at the heterojunction interface formed by the P + type polycrystalline silicon layer 3 constituting the conductive type second hetero semiconductor region.

なお、図14、図15に示す本実施の形態における半導体装置500,600は、いずれも、第1の実施の形態ないし第3の実施の形態と同様に、炭化珪素(SiC)を基板材料とし、ヘテロ半導体を多結晶シリコンとしており、かつ、半導体基体100を構成するN−型炭化珪素エピタキシャル層2のN+型炭化珪素基板1側とは反対側の第一主面に穿設された溝内部には、半導体基体100とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域として、P+型多結晶シリコン層3が充填され、前記溝が存在していない第一主面上には、半導体基体100と同じ導電型の第一ヘテロ半導体領域として、N+型多結晶シリコン層4が形成されているが、本実施の形態においては、P+型多結晶シリコン層3が充填される前記溝の形状が、第1の実施の形態ないし第3の実施の形態における溝の形状とは異なっている場合を示している。   14 and 15, the semiconductor devices 500 and 600 in the present embodiment are both made of silicon carbide (SiC) as the substrate material, as in the first to third embodiments. The inside of the groove formed in the first main surface opposite to the N + type silicon carbide substrate 1 side of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 constituting the semiconductor substrate 100, wherein the hetero semiconductor is polycrystalline silicon. Is filled with the P + type polycrystalline silicon layer 3 as a second hetero semiconductor region having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate 100, and is the same as the semiconductor substrate 100 on the first main surface where the groove does not exist. Although the N + type polycrystalline silicon layer 4 is formed as the conductive first hetero semiconductor region, in this embodiment, the shape of the groove filled with the P + type polycrystalline silicon layer 3 is the first shape. Implementation form of It shows a case where different from the groove shape to the third embodiment.

以下に、図14、図15に示すような溝形状を形成した半導体装置500,600の作用効果について、エネルギーバンド図を用いて具体的に説明する。   Hereinafter, the operational effects of the semiconductor devices 500 and 600 having the groove shape as shown in FIGS. 14 and 15 will be described in detail with reference to energy band diagrams.

図16は、本発明による半導体装置に適用するP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間で形成されるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態を示すエネルギーバンド図であり、前記溝の底面または側面において、前記溝内の充填されたP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間で形成されるヘテロ接合界面の一般的なエネルギーバンド状態を示している。また、図17は、本発明による半導体装置に適用するN+型多結晶シリコン層4とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間で形成されるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態を示すエネルギーバンド図であり、N−型炭化珪素エピタキシャル層2の第一主面においてN+型多結晶シリコン層4とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間で形成されるヘテロ接合界面の一般的なエネルギーバンド状態を示している。   FIG. 16 is an energy band diagram showing the energy band state of the heterojunction interface formed between the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 applied to the semiconductor device according to the present invention. A general energy band state of a heterojunction interface formed between the P + type polycrystalline silicon layer 3 filled in the groove and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 is shown on the bottom surface or side surface of the groove. ing. FIG. 17 is an energy band diagram showing the energy band state of the heterojunction interface formed between the N + type polycrystalline silicon layer 4 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 applied to the semiconductor device according to the present invention. A general energy band state of a heterojunction interface formed between the N + type polycrystalline silicon layer 4 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 on the first main surface of the N− type silicon carbide epitaxial layer 2. Show.

図16に示すように、異なる導電型のヘテロ接合界面を形成するP+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間のビルトイン電圧は大きく、エネルギー障壁の高さ60は高く、かつ、逆方向電圧が印加された場合にN−型炭化珪素エピタキシャル層2中に形成されるビルトイン空乏層の幅61は大きく、前述したように、逆方向耐圧を高くすることができる。一方、図17に示すように、同じ導電型のヘテロ接合界面を形成するN+型多結晶シリコン層4とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間のビルトイン電圧は小さく、エネルギー障壁の高さ62は低く、順方向電圧印加時のオン抵抗を低く抑えることができる一方、逆方向電圧が印加された場合には、N−型炭化珪素エピタキシャル層2中に形成されるビルトイン空乏層の幅63が小さく、逆方向耐圧が低い状態になる。   As shown in FIG. 16, the built-in voltage between P + type polycrystalline silicon layer 3 and N− type silicon carbide epitaxial layer 2 forming heterojunction interfaces of different conductivity types is large, and energy barrier height 60 is high. When the reverse voltage is applied, the width 61 of the built-in depletion layer formed in the N-type silicon carbide epitaxial layer 2 is large, and the reverse breakdown voltage can be increased as described above. On the other hand, as shown in FIG. 17, the built-in voltage between the N + type polycrystalline silicon layer 4 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2 forming the heterojunction interface of the same conductivity type is small, and the energy barrier height 62 On the other hand, when the forward voltage is applied, the on-resistance can be kept low. On the other hand, when the reverse voltage is applied, the width 63 of the built-in depletion layer formed in the N-type silicon carbide epitaxial layer 2 is It becomes small and the reverse breakdown voltage is low.

図18は、本発明による半導体装置の第1ないし第3の実施の形態におけるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態の一例を示すエネルギーバンド図であり、第1ないし第3の実施の形態のように、前記溝の底面と側面とのなす角度が直角(90°)であった場合に、前記溝の底面と側面とが接する箇所におけるヘテロ接合のエネルギーバンド状態の一例を示している。   FIG. 18 is an energy band diagram showing an example of the energy band state of the heterojunction interface in the first to third embodiments of the semiconductor device according to the present invention. As in the first to third embodiments, FIG. An example of the energy band state of the heterojunction at a position where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact with each other when the angle between the bottom surface and the side surface of the groove is a right angle (90 °) is shown.

つまり、図18に示すように、P+型多結晶シリコン層3が充填された前記溝の底面と側面とのなす角度が直角(90°)であった場合、該底面と該側面との接する箇所において、P+型多結晶シリコン層3の不純物密度とN+型多結晶シリコン層4との不純物密度の組み合わせ如何によっては、P+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間のヘテロ接合界面に形成されるエネルギー障壁の高さ64は、図16の場合のエネルギー障壁の高さ60と同様の高さを維持することができるものの、逆方向電圧が印加された場合において、N−型炭化珪素エピタキシャル層2中に形成されるビルトイン空乏層の幅65が狭まった状態になり、逆方向電圧印加時の逆方向耐圧が低くなってしまう可能性がある。   That is, as shown in FIG. 18, when the angle formed between the bottom surface and the side surface of the groove filled with the P + type polycrystalline silicon layer 3 is a right angle (90 °), the portion where the bottom surface contacts the side surface Depending on the combination of the impurity density of the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the impurity density of the N + type polycrystalline silicon layer 4, there is a difference between the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2. Although the height 64 of the energy barrier formed at the heterojunction interface can maintain the same height as the height 60 of the energy barrier in the case of FIG. 16, when a reverse voltage is applied, N The width 65 of the built-in depletion layer formed in the -type silicon carbide epitaxial layer 2 becomes narrow, and there is a possibility that the reverse breakdown voltage when applying the reverse voltage is lowered.

そこで、図15の半導体装置500や図16の半導体装置600に示したように、前記溝の構造として、底面と側面とがなす角度θが少なくとも90°以上の傾斜面を有する構造を採用するか、あるいは、少なくとも溝の底面と側面とが接する箇所において、P+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2とが形成するヘテロ接合界面を電子がトンネリングする幅よりも大きい曲率半径αの曲面を有する構造を採用することにすれば、P+型多結晶シリコン層3とN−型炭化珪素エピタキシャル層2との間のヘテロ接合界面に形成されるエネルギー障壁の高さとして、図18中に示すエネルギー障壁の高さ64を維持したまま、ビルトイン空乏層の幅が図18中に示すビルトイン空乏層の幅65のように狭くなることを抑制することが可能となる。而して、逆方向電圧印加時に、前記溝の底面と側面とが接する箇所からリーク電流が発生して、所望の耐圧が得られなくなるような現象を、より確実に防止することができる。   Therefore, as shown in the semiconductor device 500 of FIG. 15 and the semiconductor device 600 of FIG. 16, is the groove structure adopted a structure having an inclined surface with an angle θ formed by the bottom surface and the side surface of at least 90 ° or more? Alternatively, at least at a location where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact with each other, a radius of curvature α that is larger than the width at which electrons tunnel through the heterojunction interface formed by the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2. 18 is adopted as the height of the energy barrier formed at the heterojunction interface between the P + type polycrystalline silicon layer 3 and the N− type silicon carbide epitaxial layer 2. The width of the built-in depletion layer is suppressed from becoming as narrow as the width 65 of the built-in depletion layer shown in FIG. 18 while maintaining the energy barrier height 64 shown in FIG. It becomes possible. Thus, when a reverse voltage is applied, a phenomenon in which a leak current is generated from a position where the bottom surface and the side surface of the groove are in contact with each other and a desired breakdown voltage cannot be obtained can be prevented more reliably.

本発明による半導体装置の第1の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the element part sectional structure in 1st Embodiment of the semiconductor device by this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第1工程を説明する素子部断面構造図である。It is an element part section structure figure explaining the 1st process of the manufacturing method of the semiconductor device in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第2工程を説明する素子部断面構造図である。It is element part sectional structure drawing explaining the 2nd process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第3工程を説明する素子部断面構造図である。It is an element part section structure figure explaining the 3rd process of the manufacturing method of the semiconductor device in a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第4工程を説明する素子部断面構造図である。It is element | device part cross-section figure explaining the 4th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第5工程を説明する素子部断面構造図である。It is element part sectional structure drawing explaining the 5th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第6工程を説明する素子部断面構造図である。It is element part sectional structure drawing explaining the 6th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第7工程を説明する素子部断面構造図である。It is element | device part cross-section figure explaining the 7th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第8工程を説明する素子部断面構造図である。It is element | device part cross-section figure explaining the 8th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第9工程を説明する素子部断面構造図である。It is element part cross-section figure explaining the 9th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態における半導体装置の製造方法の第10工程を説明する素子部断面構造図である。It is element | device part cross-section figure explaining the 10th process of the manufacturing method of the semiconductor device in the 1st Embodiment of this invention. 本発明による半導体装置の第2の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the element part sectional structure in 2nd Embodiment of the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置の第3の実施の形態における素子部断面構造を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the element part sectional structure in 3rd Embodiment of the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置の第4の実施の形態における素子部断面構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the element part sectional structure in 4th Embodiment of the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置の第4の実施の形態における素子部断面構造の他の例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other example of element part sectional structure in 4th Embodiment of the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置に適用するP+型多結晶シリコン層とN−型炭化珪素エピタキシャル層との間で形成されるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態を示すエネルギーバンド図である。It is an energy band figure which shows the energy band state of the heterojunction interface formed between the P + type polycrystalline silicon layer and N-type silicon carbide epitaxial layer which are applied to the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置に適用するN+型多結晶シリコン層とN−型炭化珪素エピタキシャル層との間で形成されるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態を示すエネルギーバンド図である。It is an energy band figure which shows the energy band state of the heterojunction interface formed between the N + type polycrystalline silicon layer and N- type silicon carbide epitaxial layer which are applied to the semiconductor device by this invention. 本発明による半導体装置の第1ないし第3の実施の形態におけるヘテロ接合界面のエネルギーバンド状態の一例を示すエネルギーバンド図である。It is an energy band figure which shows an example of the energy band state of the heterojunction interface in the 1st thru | or 3rd embodiment of the semiconductor device by this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…N+型炭化珪素基板、2…N−型炭化珪素エピタキシャル層、3…P+型多結晶シリコン層、4…N+型多結晶シリコン層、5…アノード電極、6…カソード電極、7…電界緩和領域、8…マスク膜、9…レジスト、10…不純物イオン、11…イオン注入マスク、50…空乏層端、51…P+型多結晶シリコン層と空乏層端の距離、52…N+型多結晶シリコン層と空乏層端の距離、60,62,64…エネルギー障壁の高さ、61,63,65…ビルトイン空乏層の幅、100…炭化珪素半導体基体、200,300,400,500,600…半導体装置。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... N + type silicon carbide substrate, 2 ... N- type silicon carbide epitaxial layer, 3 ... P + type polycrystalline silicon layer, 4 ... N + type polycrystalline silicon layer, 5 ... Anode electrode, 6 ... Cathode electrode, 7 ... Electric field relaxation Area 8 ... Mask film 9 ... Resist 10 ... Impurity ion 11 ... Ion implantation mask 50 ... Depletion layer edge 51 ... Distance between P + type polycrystalline silicon layer and depletion layer edge 52 ... N + type polycrystalline silicon Distance between layer and depletion layer edge, 60, 62, 64 ... energy barrier height, 61, 63, 65 ... built-in depletion layer width, 100 ... silicon carbide semiconductor substrate, 200, 300, 400, 500, 600 ... semiconductor apparatus.

Claims (23)

所定の導電型の半導体基体と、前記半導体基体の第一主面に接し、かつ、前記半導体基体とはバンドギャップが異なる半導体材料からなるヘテロ半導体領域と、該ヘテロ半導体領域と接続された第一の電極と、前記半導体基体と接続された第二の電極とを有する半導体装置において、前記へテロ半導体領域は、前記半導体基体と同じ導電型の第一へテロ半導体領域と、前記半導体基体とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域とから構成され、前記第一へテロ半導体領域および前記第二ヘテロ半導体領域は、いずれも、前記第一の電極とオーミック接続されるとともに、前記半導体基体とヘテロ接合され、かつ、前記第一へテロ半導体領域が、前記半導体基体の前記第一主面上に形成され、前記第二ヘテロ半導体領域が、前記半導体基体の前記第一主面に穿設された溝の中に形成され、さらに、前記第一へテロ半導体領域と前記第二ヘテロ半導体領域とは互いに接していることを特徴とする半導体装置。 A semiconductor substrate of a predetermined conductivity type, a hetero semiconductor region that is in contact with the first main surface of the semiconductor substrate and has a band gap different from that of the semiconductor substrate, and a first semiconductor connected to the hetero semiconductor region And a second electrode connected to the semiconductor substrate, the hetero semiconductor region includes a first hetero semiconductor region having the same conductivity type as the semiconductor substrate, and the semiconductor substrate. The first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region are both ohmically connected to the first electrode and heterogeneous to the semiconductor substrate. And the first hetero semiconductor region is formed on the first main surface of the semiconductor substrate, and the second hetero semiconductor region is formed in front of the semiconductor substrate. Formed in the drilled groove on the first main surface, further, a semiconductor device which is characterized in that in contact with each other and the said first hetero semiconductor region second hetero semiconductor regions. 前記半導体基体の導電型は、N型の導電型であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。   2. The semiconductor device according to claim 1, wherein a conductivity type of the semiconductor substrate is an N-type conductivity type. 前記半導体基体の前記第一主面に穿設された前記溝の中に形成された前記第二ヘテロ半導体領域は、当該第二ヘテロ半導体領域の底面のみならず、当該第二ヘテロ半導体領域の側面の少なくとも一部においても、前記半導体基体と接していることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 The second hetero semiconductor region formed in the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate is not only the bottom surface of the second hetero semiconductor region, but also the side surfaces of the second hetero semiconductor region. at least also in part, the semiconductor device according to claim 1 or 2, characterized in that in contact with the semiconductor substrate. 前記半導体基体の前記第一主面に穿設される前記溝が、前記第一主面の1ないし複数の位置に存在していることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 Wherein said groove is formed in said first major surface of the semiconductor substrate is, according to any one of claims 1 to 3, characterized in that it is present in one or a plurality of positions of the first major surface Semiconductor device. 前記溝の底面と前記溝の側面とが接する箇所における前記底面と前記側面とがなす角度が、少なくとも90°以上であることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 Bottom and the bottom surface and the angle and forms a side of the portion where the side surface is in contact of the groove of the groove, the semiconductor device according to any one of 4 to claims 1, characterized in that at least 90 ° or more. 前記溝の底面と前記溝の側面とが接する箇所における形状を、該箇所における前記第二ヘテロ半導体領域と前記半導体基体とが形成するヘテロ接合界面のエネルギー障壁を電荷がトンネリングする幅よりも、少なくとも大きい曲率半径を有する曲面形状とすることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 The shape of the portion where the bottom surface of the groove and the side surface of the groove are in contact is at least greater than the width at which charge tunnels through the energy barrier at the heterojunction interface formed by the second hetero semiconductor region and the semiconductor substrate at the portion. the semiconductor device according to any one of 5 claims 1, characterized in that a curved surface having a large radius of curvature. 前記第一の電極が、前記第一ヘテロ半導体領域と前記第二ヘテロ半導体領域との双方に接するように形成されることにより、前記第一ヘテロ半導体領域と前記第二ヘテロ半導体領域とにオーミック接続されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 The first electrode is formed so as to be in contact with both the first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region, thereby providing an ohmic connection to the first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region. the semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is. 前記第一の電極が、前記第一ヘテロ半導体領域に接するように形成されて、前記第一へテロ半導体領域とオーミック接続されるとともに、前記第一へテロ半導体領域に形成されたコンタクトホールを介して、前記第二ヘテロ半導体領域とオーミック接続されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 The first electrode is formed so as to be in contact with the first hetero semiconductor region and is ohmically connected to the first hetero semiconductor region, and via a contact hole formed in the first hetero semiconductor region. Te, semiconductor device according to any one of claims 1 to 6, characterized in that it is the second hetero semiconductor region and the ohmic contact. 前記第一ヘテロ半導体領域および前記第二ヘテロ半導体領域の不純物密度は、いずれも、前記半導体基体の不純物密度よりも高いことを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 The impurity density of the first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region are both semiconductor device according to any one of claims 1 to 8, wherein the higher than the impurity density of the semiconductor substrate. 前記半導体基体の前記第一主面に穿設された前記溝の下層の少なくとも一部の領域に、前記半導体基体と前記ヘテロ半導体領域との接合部に印加される前記第二の電極の電界を緩和する電界緩和領域が形成されていることを特徴とする請求項1ないしのいずれかに記載の半導体装置。 The electric field of the second electrode applied to the junction between the semiconductor substrate and the hetero semiconductor region is applied to at least a part of the lower layer of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate. the semiconductor device according to any one of claims 1, characterized in that the electric field relaxation region to relax is formed 9. 前記電界緩和領域は、前記半導体基体とは異なる導電型の半導体、高抵抗体、あるいは、絶縁体のいずれかから形成されていることを特徴とする請求項10に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 10 , wherein the electric field relaxation region is formed of any one of a semiconductor having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate, a high resistance body, and an insulator. 前記半導体基体の材料は、炭化珪素、窒化ガリウム、もしくは、ダイヤモンドのいずれかからなることを特徴とする請求項1ないし11のいずれかに記載の半導体装置。 The material of the semiconductor substrate, silicon carbide, gallium nitride or semiconductor device according to any one of claims 1 to 11, characterized in that it consists of one of the diamond. 前記第一ヘテロ半導体領域および/または前記第二ヘテロ半導体領域の材料は、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウム、もしくは、アモルファスシリコンゲルマニウムのいずれかからなることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体装置。 The material of the first hetero semiconductor region and / or the second hetero semiconductor region is any one of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, single crystal silicon germanium, polycrystalline silicon germanium, or amorphous silicon germanium. claims 1, wherein the semiconductor device according to any one 12 of the. 前記第一ヘテロ半導体領域および/または前記第二ヘテロ半導体領域の材料は、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、単結晶ガリウムヒ素、多結晶ガリウムヒ素、もしくは、アモルファスガリウムヒ素のいずれかからなることを特徴とする請求項1ないし12のいずれかに記載の半導体装置。 The material of the first hetero semiconductor region and / or the second hetero semiconductor region is any one of single crystal germanium, polycrystalline germanium, amorphous germanium, single crystal gallium arsenide, polycrystalline gallium arsenide, or amorphous gallium arsenide. claims 1, wherein the semiconductor device according to any one 12 of the. 基板上に半導体領域をエピタキシャル成長させて半導体基体を形成する半導体基体形成工程と、前記半導体基体の第一主面をあらかじめ定めた所定のマスク膜を用いてエッチングして1ないし複数の溝を穿設する溝形成工程と、前記半導体基体の前記溝内に、前記半導体基体とは異なるバンドギャップで、かつ、前記半導体基体とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域を形成する第二ヘテロ半導体領域形成工程と、前記半導体基体の前記溝が形成されていない前記第一主面上に、前記半導体基体とは異なるバンドギャップで、かつ、前記半導体基体と同一の導電型の第一ヘテロ半導体領域を形成する第一ヘテロ半導体領域形成工程と、前記半導体基体と接続する第二の電極を形成する第二電極形成工程と、前記第一ヘテロ半導体領域と前記第二ヘテロ半導体領域とに接続する第一の電極を形成する第一電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A semiconductor substrate forming step for forming a semiconductor substrate by epitaxially growing a semiconductor region on the substrate, and one or more grooves are formed by etching the first main surface of the semiconductor substrate using a predetermined mask film. Forming a second hetero semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate and having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate, in the groove of the semiconductor substrate. And forming a first hetero semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate and having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate on the first main surface of the semiconductor substrate on which the groove is not formed. A first hetero semiconductor region forming step, a second electrode forming step of forming a second electrode connected to the semiconductor substrate, the first hetero semiconductor region and the The method of manufacturing a semiconductor device characterized by having a first electrode forming step of forming a first electrode connected to a two hetero semiconductor region. 基板上に半導体領域をエピタキシャル成長させて半導体基体を形成する半導体基体形成工程と、前記半導体基体の第一主面をあらかじめ定めた所定のマスク膜を用いてエッチングして1ないし複数の溝を穿設する溝形成工程と、前記半導体基体の前記溝内に、前記半導体基体とは異なるバンドギャップで、かつ、前記半導体基体とは異なる導電型の第二ヘテロ半導体領域を形成する第二ヘテロ半導体領域形成工程と、前記半導体基体の前記溝が穿設されていない前記第一主面上のみならず前記第二ヘテロ半導体領域上にも、前記半導体基体とは異なるバンドギャップで、かつ、前記半導体基体と同一の導電型の第一ヘテロ半導体領域を形成した後、前記第二ヘテロ半導体領域へ前記第一の電極を接続するためのコンタクトホールを前記第一ヘテロ半導体領域に形成する第一ヘテロ半導体領域形成工程と、前記半導体基体と接続する第二の電極を形成する第二電極形成工程と、前記第一ヘテロ半導体領域上に形成して、オーミック接続するとともに、前記第一ヘテロ半導体領域に形成された前記コンタクトホールを介して前記第二ヘテロ半導体領域とオーミック接続する第一の電極を形成する第一電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A semiconductor substrate forming step for forming a semiconductor substrate by epitaxially growing a semiconductor region on the substrate, and one or more grooves are formed by etching the first main surface of the semiconductor substrate using a predetermined mask film. Forming a second hetero semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate and having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate, in the groove of the semiconductor substrate. A band gap different from that of the semiconductor substrate, not only on the first main surface where the groove of the semiconductor substrate is not formed, but also on the second hetero semiconductor region, and After forming the first hetero semiconductor region of the same conductivity type, a contact hole for connecting the first electrode to the second hetero semiconductor region is formed on the first hetero semiconductor region. (B) forming a first hetero semiconductor region in the semiconductor region; forming a second electrode to form a second electrode connected to the semiconductor substrate; and forming an ohmic connection on the first hetero semiconductor region. And a first electrode forming step of forming a first electrode in ohmic contact with the second hetero semiconductor region through the contact hole formed in the first hetero semiconductor region. Device manufacturing method. 基板上に半導体領域をエピタキシャル成長させて半導体基体を形成する半導体基体形成工程と、前記半導体基体の第一主面をあらかじめ定めた所定のマスク膜を用いてエッチングして1ないし複数の溝を穿設する溝形成工程と、前記半導体基体の前記第一主面の全面に前記半導体基体とはバンドギャップが異なる半導体領域を形成するヘテロ半導体領域形成工程と、全面に形成した前記半導体領域のうち、前記第一主面に前記溝が穿設されている領域には、前記半導体基体とは異なる導電型の不純物をイオン注入して前記第二ヘテロ半導体領域として形成し、また、前記第一主面に前記溝が穿設されていない領域には、前記半導体基体と同一の導電型の不純物をイオン注入して前記第一ヘテロ半導体領域として形成するイオン注入工程と、前記半導体基体と接続する第二の電極を形成する第二電極形成工程と、前記第一ヘテロ半導体領域と前記第二ヘテロ半導体領域とに接続する第一の電極を形成する第一電極形成工程と、を有することを特徴とする半導体装置の製造方法。   A semiconductor substrate forming step for forming a semiconductor substrate by epitaxially growing a semiconductor region on the substrate, and one or more grooves are formed by etching the first main surface of the semiconductor substrate using a predetermined mask film. A groove forming step, a hetero semiconductor region forming step in which a semiconductor region having a band gap different from that of the semiconductor substrate is formed on the entire surface of the first main surface of the semiconductor substrate, and among the semiconductor regions formed on the entire surface, In the region where the groove is formed in the first main surface, an impurity having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate is ion-implanted to form the second hetero semiconductor region, and in the first main surface, An ion implantation step for forming the first hetero semiconductor region by ion-implanting an impurity having the same conductivity type as that of the semiconductor substrate in the region where the groove is not formed, A second electrode forming step of forming a second electrode connected to the semiconductor substrate; a first electrode forming step of forming a first electrode connected to the first hetero semiconductor region and the second hetero semiconductor region; A method for manufacturing a semiconductor device, comprising: 前記第二ヘテロ半導体領域の不純物密度と前記第一ヘテロ半導体領域の不純物密度とは、いずれも、前記半導体基体の不純物密度よりも高いことを特徴とする請求項15ないし17のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 18. The impurity density of the second hetero semiconductor region and the impurity density of the first hetero semiconductor region are both higher than the impurity density of the semiconductor substrate. 18 . A method for manufacturing a semiconductor device. 前記半導体基体の前記第一主面に穿設された前記溝の下層の少なくとも一部の領域に、前記半導体基体と前記ヘテロ半導体領域との接合部に印加される前記第二の電極の電界を緩和する電界緩和領域を形成する電界緩和領域形成工程をさらに有していることを特徴とする請求項15ないし18のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The electric field of the second electrode applied to the junction between the semiconductor substrate and the hetero semiconductor region is applied to at least a part of the lower layer of the groove formed in the first main surface of the semiconductor substrate. 19. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15 , further comprising an electric field relaxation region forming step of forming an electric field relaxation region to be relaxed. 前記電界緩和領域を、前記半導体基体とは異なる導電型の半導体、高抵抗体、あるいは、絶縁体のいずれかから形成することを特徴とする請求項19に記載の半導体装置の製造方法。 The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 19 , wherein the electric field relaxation region is formed of any one of a semiconductor having a conductivity type different from that of the semiconductor substrate, a high resistance body, or an insulator. 前記半導体基体の材料に、炭化珪素、窒化ガリウム、もしくは、ダイヤモンドのいずれかを用いることを特徴とする請求項15ないし20のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 21. The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 15 , wherein any one of silicon carbide, gallium nitride, and diamond is used as a material for the semiconductor substrate. 前記第二ヘテロ半導体領域および/または前記第一ヘテロ半導体領域の材料に、単結晶シリコン、多結晶シリコン、アモルファスシリコン、単結晶シリコンゲルマニウム、多結晶シリコンゲルマニウム、もしくは、アモルファスシリコンゲルマニウムのいずれかを用いることを特徴とする請求項15ないし21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 As the material of the second hetero semiconductor region and / or the first hetero semiconductor region, any of single crystal silicon, polycrystalline silicon, amorphous silicon, single crystal silicon germanium, polycrystalline silicon germanium, or amorphous silicon germanium is used. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15 , wherein the method is a semiconductor device manufacturing method. 前記第二ヘテロ半導体領域および/または前記第一ヘテロ半導体領域の材料に、単結晶ゲルマニウム、多結晶ゲルマニウム、アモルファスゲルマニウム、単結晶ガリウムヒ素、多結晶ガリウムヒ素、アモルファスガリウムヒ素のいずれかを用いることを特徴とする請求項15ないし21のいずれかに記載の半導体装置の製造方法。 The material of the second hetero semiconductor region and / or the first hetero semiconductor region is any one of single crystal germanium, polycrystalline germanium, amorphous germanium, single crystal gallium arsenide, polycrystalline gallium arsenide, and amorphous gallium arsenide. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 15 , wherein the method is a semiconductor device manufacturing method.
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