本發(fā)明涉及碳化硅半導(dǎo)體裝置。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，作為能夠?qū)崿F(xiàn)高耐壓并且低損失的下一代的半導(dǎo)體裝置，使用碳化硅(SiC)的半導(dǎo)體裝置(以下稱(chēng)為“碳化硅半導(dǎo)體裝置”)受到矚目。相比于在以往的半導(dǎo)體裝置中使用的硅(Si)，SiC的絕緣破壞電場(chǎng)強(qiáng)度為約10倍，所以碳化硅半導(dǎo)體裝置特別期待向高耐壓的電力用半導(dǎo)體裝置擴(kuò)展。

在碳化硅半導(dǎo)體裝置中，已知為了進(jìn)一步提高耐壓，通過(guò)在N型的碳化硅半導(dǎo)體層內(nèi)的所謂終端區(qū)域中設(shè)置P型的保護(hù)環(huán)區(qū)域(終端阱區(qū)域)，利用由碳化硅半導(dǎo)體層和保護(hù)環(huán)區(qū)域的PN結(jié)形成的耗盡層，緩和施加反向電壓時(shí)的電場(chǎng)(例如專(zhuān)利文獻(xiàn)1)。另外，在專(zhuān)利文獻(xiàn)1記載的由SiC構(gòu)成的肖特基勢(shì)壘二極管(SiC－SBD)中，形成為在終端區(qū)域中的碳化硅半導(dǎo)體層上設(shè)置場(chǎng)絕緣膜，表面電極的外周端搭載到場(chǎng)絕緣膜上。

另一方面，在SiC－SBD中，有時(shí)在碳化硅半導(dǎo)體層以及場(chǎng)絕緣膜上設(shè)置的肖特基電極(第一表面電極)的外周端形成有蝕刻殘?jiān)?，如果形成蝕刻殘?jiān)瑒t有可能在蝕刻殘?jiān)苓叞l(fā)生電場(chǎng)集中而導(dǎo)致碳化硅半導(dǎo)體裝置的不良狀況。因此，已知通過(guò)利用在肖特基電極上設(shè)置的電極焊盤(pán)(第2表面電極)覆蓋肖特基電極的外周端，在肖特基電極的外周端形成的蝕刻殘?jiān)粫?huì)露出，所以抑制碳化硅半導(dǎo)體裝置的不良狀況(參照例如專(zhuān)利文獻(xiàn)2)。

專(zhuān)利文獻(xiàn)1：日本特表2006－516815號(hào)公報(bào)

專(zhuān)利文獻(xiàn)2：日本特開(kāi)2013－211503號(hào)公報(bào)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

然而，發(fā)明人們新發(fā)現(xiàn)了如果利用電極焊盤(pán)覆蓋肖特基電極的外周端，則在場(chǎng)絕緣膜上，電極焊盤(pán)的外周端向外周側(cè)伸出，如果電極焊盤(pán)的伸出幅度變大，則在開(kāi)關(guān)時(shí)，電極焊盤(pán)的外周端周邊的電場(chǎng)增大，發(fā)生場(chǎng)絕緣膜、覆蓋電極焊盤(pán)的外周端的表面保護(hù)膜的絕緣破壞，有可能導(dǎo)致元件的不良狀況。這樣的在開(kāi)關(guān)時(shí)在電極焊盤(pán)的外周端發(fā)生的電場(chǎng)集中被推測(cè)為按照如下機(jī)理產(chǎn)生。

如上所述，在碳化硅半導(dǎo)體裝置的截止?fàn)顟B(tài)、即被施加了恒定的電壓的靜態(tài)狀態(tài)下，耗盡層從設(shè)置于終端區(qū)域的終端阱區(qū)域延伸，從而保持電壓并實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)緩和，但在碳化硅半導(dǎo)體裝置從導(dǎo)通狀態(tài)向截止?fàn)顟B(tài)切換的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，高速地施加高電壓，所以如果耗盡層從終端阱區(qū)域的延伸延遲，則有時(shí)無(wú)法充分地發(fā)揮基于終端阱區(qū)域的電場(chǎng)緩和效果。特別是，在碳化硅半導(dǎo)體裝置中，相比相同耐壓的硅半導(dǎo)體裝置能夠更高速地開(kāi)關(guān)，并且受主能級(jí)比以往的硅半導(dǎo)體深，耗盡層的延伸變慢，所以相對(duì)于在開(kāi)關(guān)時(shí)高速地施加的電壓，耗盡層從終端阱區(qū)域的延伸延遲，無(wú)法充分地發(fā)揮電場(chǎng)緩和。另外，在終端阱區(qū)域的外周側(cè)無(wú)法充分地保持電壓的情況下，等電位線進(jìn)入至終端阱區(qū)域內(nèi)部，如果在上述情況下電極焊盤(pán)的外周端在場(chǎng)絕緣膜上向外周側(cè)伸出，則作為角部的電極焊盤(pán)周邊的等電位線的密度變高，在表面電極的外周端發(fā)生電場(chǎng)集中，有可能導(dǎo)致元件的不良狀況。

為了防止這樣的開(kāi)關(guān)時(shí)的基于終端阱區(qū)域的電場(chǎng)緩和效果的降低，考慮使終端阱區(qū)域中的P型注入量增加來(lái)促進(jìn)耗盡層的延伸，但如果考慮開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)緩和而使終端阱區(qū)域的P型注入量最佳化，則有可能靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)增大而導(dǎo)致耐壓降低。即，在以往的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)緩和與動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)緩和，難以充分地提高元件耐壓。

本發(fā)明是為了解決上述那樣的問(wèn)題而完成的，其目的在于提供一種能夠在抑制截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)增加的同時(shí)緩和開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)而提高元件耐壓的碳化硅半導(dǎo)體裝置。

本發(fā)明涉及一種碳化硅半導(dǎo)體裝置，具備：第一導(dǎo)電類(lèi)型的碳化硅基板；場(chǎng)絕緣膜，形成于碳化硅基板的表面上；第一表面電極，形成于碳化硅基板的表面上且比場(chǎng)絕緣膜更靠?jī)?nèi)周側(cè)的位置，并且搭載于場(chǎng)絕緣膜而形成；第二表面電極，覆蓋第一表面電極，超過(guò)第一表面電極的外周端而延伸到場(chǎng)絕緣膜上；第二導(dǎo)電類(lèi)型的終端阱區(qū)域，在碳化硅基板內(nèi)的上部與第一表面電極的至少一部分相接地形成，在碳化硅基板內(nèi)延伸到比第二表面電極的外周端更靠外周側(cè)的位置；表面保護(hù)膜，以覆蓋第二表面電極的外周端的方式形成于場(chǎng)絕緣膜上以及第二表面電極上，并且由絕緣材料構(gòu)成；以及背面電極，形成于碳化硅基板的背面，相比于對(duì)第二表面電極的外周下端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度與構(gòu)成場(chǎng)絕緣膜或者表面保護(hù)的絕緣材料的絕緣破壞強(qiáng)度中的較小的絕緣破壞強(qiáng)度相等時(shí)的第二表面電極的外周端和場(chǎng)絕緣膜的內(nèi)周端的距離，第二表面電極的外周端和場(chǎng)絕緣膜的內(nèi)周端的距離較小。

根據(jù)本發(fā)明的碳化硅半導(dǎo)體裝置，即使在開(kāi)關(guān)時(shí)耗盡層從終端阱區(qū)域的延伸延遲，等電位線進(jìn)入至終端阱區(qū)域內(nèi)部，由于第二表面電極的外周端位于內(nèi)周側(cè)，以使對(duì)第二表面電極的外周下端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度比場(chǎng)絕緣膜以及表面保護(hù)膜的絕緣破壞強(qiáng)度小，所以也能夠在降低第二表面電極的外周端周邊的等電位線的密度來(lái)抑制截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)增加的同時(shí)，抑制開(kāi)關(guān)時(shí)的第二表面電極的外周端周邊的電場(chǎng)。

附圖說(shuō)明

圖1是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖2是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的比較例的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖3是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的比較例的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖4是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖5是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的仿真結(jié)果的圖形。

圖6是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的仿真結(jié)果的圖形。

圖7是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的仿真結(jié)果的圖形。

圖8是示出本發(fā)明的實(shí)施方式1的仿真結(jié)果的圖形。

圖9是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖10是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的比較例的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖11是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖12是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖13是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖14是示出本發(fā)明的實(shí)施方式2的碳化硅半導(dǎo)體裝置的變形例的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖15是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖16是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖17是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的變形例的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

圖18是示出本發(fā)明的實(shí)施方式3的變形例的碳化硅半導(dǎo)體裝置的結(jié)構(gòu)的剖面圖。

(符號(hào)說(shuō)明)

1：碳化硅基板；1a：基板層；1b：碳化硅半導(dǎo)體層；2：終端阱區(qū)域；3：場(chǎng)絕緣膜；4：肖特基電極(第一表面電極)；5：電極焊盤(pán)(第二表面電極)；5a：錐形部；6：表面保護(hù)膜；7：背面電極；8：高濃度終端阱區(qū)域；9：有源阱區(qū)域；10：高濃度有源阱區(qū)域；11：源極區(qū)域；12：層間絕緣膜；13：柵極電極；14：柵極絕緣膜；15：源極電極；16：柵極焊盤(pán)；100、200、300：碳化硅半導(dǎo)體裝置。

具體實(shí)施方式

在本說(shuō)明書(shū)中，各區(qū)域的“每單位面積的雜質(zhì)量[cm^-2]”是指通過(guò)在深度方向上對(duì)各區(qū)域中的雜質(zhì)濃度進(jìn)行積分而計(jì)算的值。另外，在各區(qū)域的雜質(zhì)濃度具有濃度分布的情況下，各區(qū)域的“雜質(zhì)濃度[cm^-3]”表示各區(qū)域中的雜質(zhì)濃度的峰值，在各區(qū)域的雜質(zhì)濃度具有濃度分布的情況下，各區(qū)域的“厚度”是指直至雜質(zhì)濃度為該區(qū)域中的雜質(zhì)濃度的峰值的1/10的值以上的區(qū)域的厚度。但是，關(guān)于在計(jì)算各區(qū)域中的“注入量[cm^-2]”時(shí)所稱(chēng)的“雜質(zhì)濃度”，不是指雜質(zhì)濃度的峰值，而是指實(shí)際的雜質(zhì)濃度。

另外，在本說(shuō)明書(shū)中，在稱(chēng)為“～上”的情況下，并不妨礙在構(gòu)成要素之間存在中介物。例如，在記載為“設(shè)置于A上的B”的情況下，既包括在A與B之間設(shè)置有其他構(gòu)成要素C的情形也包括未設(shè)置其他構(gòu)成要素C的情形。

實(shí)施方式1.

首先，說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式1的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)。以下，例示將第一導(dǎo)電類(lèi)型設(shè)為N型并將第二導(dǎo)電類(lèi)型設(shè)為P型的N型的SiC－SBD(Silicon Carbide Schottky Barrier Diode，碳化硅肖特基勢(shì)壘二極管)而進(jìn)行說(shuō)明，但既可以是將第一導(dǎo)電類(lèi)型設(shè)為P型并將第二導(dǎo)電類(lèi)型設(shè)為N型的P型的碳化硅半導(dǎo)體裝置，也可以不是SBD而是PN二極管、PiN二極管。

圖1是示出實(shí)施方式1的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的結(jié)構(gòu)的剖面圖。在圖1中，僅圖示了碳化硅半導(dǎo)體裝置100的終端區(qū)域周邊的剖面部分，在圖1中，右側(cè)是碳化硅半導(dǎo)體裝置100的右端部的終端區(qū)域側(cè)，左側(cè)是在導(dǎo)通狀態(tài)下主電流流過(guò)的有源區(qū)域側(cè)。

在圖1中，碳化硅半導(dǎo)體裝置100是具備碳化硅基板1、場(chǎng)絕緣膜3、作為第一表面電極的肖特基電極4、作為第二表面電極的電極焊盤(pán)5、表面保護(hù)膜6以及背面電極7的SiC－SBD。碳化硅基板1包括由N+型的碳化硅構(gòu)成的基板層1a和形成于基板層1a上的N－型的碳化硅半導(dǎo)體層1b(漂移層)。在碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的上部的所謂終端區(qū)域中，形成有P型的終端阱區(qū)域2。

作為在碳化硅基板1中包含的N型的雜質(zhì)，能夠使用氮(N)、磷(P)，作為P型的雜質(zhì)，能夠使用鋁(Al)、硼(B)，在本實(shí)施方式中，將N型的雜質(zhì)設(shè)為氮，將P型的雜質(zhì)設(shè)為鋁。碳化硅半導(dǎo)體層1b的N型的雜質(zhì)濃度比基板層1a的N型的雜質(zhì)濃度低，根據(jù)碳化硅半導(dǎo)體裝置100的設(shè)計(jì)耐壓，設(shè)定碳化硅半導(dǎo)體層1b的N型的雜質(zhì)濃度和厚度。例如，能夠設(shè)為1.0×10¹⁴/cm³～1.0×10¹⁶/cm³，在本實(shí)施方式中，將碳化硅半導(dǎo)體層1b的N型的雜質(zhì)濃度設(shè)為8.0×10¹⁵/cm³。終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量?jī)?yōu)選設(shè)為1.0×10¹³/cm²～1.0×10¹⁴/cm²，更優(yōu)選設(shè)為2.0×10¹³/cm²～5.0×10¹³/cm²，在本實(shí)施方式中設(shè)為2.0×10¹³/cm²。

在碳化硅基板1(碳化硅半導(dǎo)體層1b)的表面上，形成有場(chǎng)絕緣膜3和肖特基電極4。肖特基電極4形成于碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面上的中央部(在圖1中左側(cè))，與碳化硅半導(dǎo)體層1b進(jìn)行肖特基接合。場(chǎng)絕緣膜3在碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面上形成于比肖特基電極4更靠外周側(cè)的所謂終端區(qū)域上，在俯視時(shí)，肖特基電極4包圍與碳化硅半導(dǎo)體層1b進(jìn)行肖特基接合的部分。肖特基電極4的一部分位于終端阱區(qū)域2上并與終端區(qū)域阱區(qū)域2接觸。另外，肖特基電極4形成為搭載于場(chǎng)絕緣膜3上，肖特基電極4的外周端位于場(chǎng)絕緣膜3上。

另外，在場(chǎng)絕緣膜3中，能夠使用氧化硅(SiO₂)、氮化硅(SiN)，厚度能夠設(shè)為例如0.5μm～3.0μm。在本實(shí)施方式中，作為場(chǎng)絕緣膜3，使用厚度1.0μm的SiO₂膜。肖特基電極4是與碳化硅半導(dǎo)體進(jìn)行肖特基接合的金屬即可，能夠使用鈦、鉬、鎳、金、鎢等，厚度能夠設(shè)為例如30nm～300nm。在本實(shí)施方式中，作為肖特基電極4使用厚度200nm的鈦膜。

在肖特基電極4上形成有電極焊盤(pán)5，電極焊盤(pán)5覆蓋肖特基電極4的外周端。即，電極焊盤(pán)5的外周端超過(guò)肖特基電極4的外周端而位于場(chǎng)絕緣膜3上。在電極焊盤(pán)5中，能夠使用包含鋁、銅、鉬、鎳中的任意金屬的金屬、Al－Si那樣的鋁合金等，厚度能夠設(shè)為例如300.0nm～10.0μm。在本實(shí)施方式中，作為電極焊盤(pán)5，使用厚度5.0μm的鋁層。

進(jìn)而，電極焊盤(pán)5的外周端位于終端阱區(qū)域2上，以使從場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端至電極焊盤(pán)5的外周端的水平方向的距離(以下稱(chēng)為“電極焊盤(pán)5的伸出幅度”)大于0μm且在100μm以下的方式，調(diào)整電極焊盤(pán)5的外周端位置。此外，在計(jì)算電極焊盤(pán)5的伸出幅度時(shí)，在電極焊盤(pán)5的外周端、場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端的端面傾斜的情況下，以電極焊盤(pán)5的外周下端以及場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周下端為基準(zhǔn)(在后述的其他伸出幅度下也是同樣的)。

在場(chǎng)絕緣膜3以及電極焊盤(pán)5上，形成有表面保護(hù)膜6。表面保護(hù)膜6被形成為覆蓋電極焊盤(pán)5的外周端，為了進(jìn)行與外部端子的連接，在電極焊盤(pán)5的中央部上具有開(kāi)口。另外，為了緩和來(lái)自外部環(huán)境的應(yīng)力，表面保護(hù)膜6最好是有機(jī)樹(shù)脂膜，在本實(shí)施方式中，作為表面保護(hù)膜6，使用聚酰亞胺。

在碳化硅基板1(基板層1a)的背面?zhèn)?，形成有背面電極7。背面電極7與基板層1a進(jìn)行歐姆接合。因此，在背面電極7中，能夠使用能夠與作為基板層1a的碳化硅進(jìn)行歐姆接合的鎳、鋁、鉬等金屬，在本實(shí)施方式中，使用鎳。

接下來(lái)，說(shuō)明碳化硅半導(dǎo)體裝置100的制造方法。

準(zhǔn)備包括N+型的基板層1a和在基板層1a的上表面上外延結(jié)晶生長(zhǎng)而成的N－型的碳化硅半導(dǎo)體層1b的碳化硅基板1。然后，通過(guò)公知的方法、例如照相制版技術(shù)，按照預(yù)定的形狀對(duì)抗蝕劑膜進(jìn)行構(gòu)圖。之后，通過(guò)從抗蝕劑膜上選擇性地離子注入P型的雜質(zhì)，在碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的上部形成P型的終端阱區(qū)域2(保護(hù)環(huán)區(qū)域)。

在此，通過(guò)在P型的雜質(zhì)區(qū)域中例如作為雜質(zhì)離子注入鋁離子或者硼離子，并在離子注入之后在1500℃以上的高溫下進(jìn)行退火，雜質(zhì)離子被電激活，形成預(yù)定的導(dǎo)電類(lèi)型的區(qū)域。此外，如上所述，終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量?jī)?yōu)選設(shè)為1.0×10¹³/cm²～1.0×10¹⁴/cm²，更優(yōu)選設(shè)為2.0×10¹³/cm²～5.0×10¹³/cm²，在本實(shí)施方式中，設(shè)為2.0×10¹³/cm²。

另外，在P型雜質(zhì)的離子注入中，例如將注入能量設(shè)為100keV～700keV。在上述情況下，如果將上述各區(qū)域中的P型雜質(zhì)的注入量[cm^-2]換算為雜質(zhì)濃度[cm^-3]，則終端阱區(qū)域2的雜質(zhì)濃度為1.0×10¹⁷/cm³～1.0×10¹⁹/cm³。

接下來(lái)，通過(guò)例如CVD法，在碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面上沉積厚度1.0μm的硅氧化膜，之后通過(guò)照相制版和蝕刻，去除中央部的硅氧化膜，形成具有開(kāi)口部的場(chǎng)絕緣膜3。場(chǎng)絕緣膜3的開(kāi)口端被形成為位于終端阱區(qū)域2上。然后，在碳化硅基板1的基板層1a的背面?zhèn)龋纬杀趁骐姌O7。此外，也可以在以下說(shuō)明的碳化硅基板1的表面?zhèn)鹊墓ば蛉客瓿芍?，形成背面電極7。

接下來(lái)，通過(guò)例如濺射法，在形成有場(chǎng)絕緣膜3的碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面上的整個(gè)面上，形成作為肖特基電極4的金屬膜。所形成的金屬膜在本實(shí)施方式中，設(shè)為厚度200nm的鈦膜。進(jìn)而，通過(guò)照相制版技術(shù)，形成預(yù)定的圖案形狀的抗蝕劑膜。之后，將抗蝕劑膜作為掩模對(duì)金屬膜進(jìn)行蝕刻，形成期望的形狀的肖特基電極4。在金屬膜的蝕刻中，能夠使用干蝕刻、濕蝕刻，但為了減輕對(duì)芯片的損傷，期望使用濕蝕刻，作為例如蝕刻液，使用氫氟酸(HF)。

接下來(lái)，以覆蓋肖特基電極4的方式，在場(chǎng)絕緣膜3以及肖特基電極4上形成電極焊盤(pán)5。與肖特基電極4的形成同樣地，能夠通過(guò)在整個(gè)面上形成預(yù)定的金屬膜之后進(jìn)行蝕刻來(lái)形成電極焊盤(pán)5，通過(guò)使用例如磷酸系的蝕刻液的濕蝕刻，進(jìn)行金屬膜的蝕刻。之后，以覆蓋電極焊盤(pán)5的方式，形成表面保護(hù)膜6，從而完成本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100。

接下來(lái)，說(shuō)明本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的動(dòng)作。在本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，如果相對(duì)于表面電極(肖特基電極4以及電極焊盤(pán)5)而對(duì)背面電極7施加負(fù)的電壓，則從表面電極向背面電極7流入電流，碳化硅半導(dǎo)體裝置100變成接通狀態(tài)(導(dǎo)通狀態(tài))。另一方面，如果相對(duì)于表面電極而對(duì)背面電極7施加正的電壓，則通過(guò)肖特基電極4與碳化硅半導(dǎo)體層1b之間的肖特基結(jié)以及終端阱區(qū)域2與碳化硅半導(dǎo)體層1b之間的PN結(jié)來(lái)阻止電流，碳化硅半導(dǎo)體裝置100變成阻止?fàn)顟B(tài)(截止?fàn)顟B(tài))。

以下，說(shuō)明本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的作用、效果。

與本實(shí)施方式不同，在不設(shè)置場(chǎng)絕緣膜3而在碳化硅半導(dǎo)體層1b上形成肖特基電極4的整個(gè)面的情況下，在肖特基電極4和碳化硅半導(dǎo)體層1b的接合面的端部周邊等電位面的曲率變大，在肖特基電極4的外周端周邊發(fā)生電場(chǎng)集中。因此，如本實(shí)施方式那樣，通過(guò)做成使肖特基電極4搭載于場(chǎng)絕緣膜3那樣的結(jié)構(gòu)，能夠緩和肖特基電極4的外周端處的電場(chǎng)集中。進(jìn)而，在設(shè)置有場(chǎng)絕緣膜3的情況下，通過(guò)形成為將肖特基電極4搭載于場(chǎng)絕緣膜3上，能夠擴(kuò)大肖特基電極4的外周端和場(chǎng)絕緣膜3的開(kāi)口端的對(duì)位的余量，所以能夠簡(jiǎn)化制造工藝。

另外，在肖特基電極4的外周端，形成蝕刻殘?jiān)?，有可能在蝕刻殘?jiān)闹苓叞l(fā)生電場(chǎng)集中而造成問(wèn)題。蝕刻殘?jiān)鼰o(wú)論在對(duì)肖特基電極4進(jìn)行蝕刻的情況下還是在對(duì)電極焊盤(pán)5進(jìn)行蝕刻的情況下都可能產(chǎn)生，無(wú)論在干蝕刻的情況下還是濕蝕刻的情況下都可能產(chǎn)生，根據(jù)金屬膜的厚度、金屬膜的材料與蝕刻液的關(guān)系，在形成肖特基電極4時(shí)，特別容易產(chǎn)生蝕刻殘?jiān)?。另外，根?jù)蝕刻殘?jiān)男螤畹?，有可能由于在肖特基電極4的外周端部發(fā)生的電場(chǎng)集中而碳化硅半導(dǎo)體裝置的可靠性降低。

在本實(shí)施方式中，以覆蓋肖特基電極4的外周端的方式形成有電極焊盤(pán)5，所以在肖特基電極4的外周端形成的蝕刻殘?jiān)宦冻?。因此，即使在肖特基電極4處產(chǎn)生蝕刻殘?jiān)ぬ鼗姌O4的端部處的電場(chǎng)也不會(huì)造成問(wèn)題。另一方面，通過(guò)利用電極焊盤(pán)5覆蓋肖特基電極4的端部(蝕刻殘?jiān)?，代替肖特基電極4的蝕刻殘?jiān)?，電極焊盤(pán)5的外周端變成電場(chǎng)集中點(diǎn)，但電極焊盤(pán)5相比于肖特基電極4不易形成蝕刻殘?jiān)?，即使形成蝕刻殘?jiān)膊粫?huì)變成如肖特基電極4那樣尖的形狀，所以能夠緩和電極端部處的電場(chǎng)集中。

進(jìn)而，如本實(shí)施方式那樣，在利用電極焊盤(pán)5覆蓋肖特基電極4的情況下，電極焊盤(pán)5的外周端比以往更向外周側(cè)伸出，需要考慮以下的觀點(diǎn)來(lái)調(diào)整電極焊盤(pán)5的外周端的位置。

圖2以及圖3是示出本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置101的比較例的剖面圖。另外，圖4是示出本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100的剖面圖。在圖2至圖4中，用虛線表示的曲線示意性地圖示了對(duì)背面電極7施加高電壓時(shí)的等電位線，圖2示出了對(duì)背面電極7施加高電壓之后的靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)的等電位線，圖3以及圖4示出了對(duì)背面電極7施加高電壓時(shí)的動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的等電位線。

如本實(shí)施方式所述，在終端區(qū)域設(shè)置有作為保護(hù)環(huán)發(fā)揮功能的終端阱區(qū)域的碳化硅半導(dǎo)體裝置中，在對(duì)背面電極施加高電壓的截止?fàn)顟B(tài)下，通過(guò)在終端阱區(qū)域與碳化硅半導(dǎo)體層之間形成的耗盡層保持電壓，所以沿著終端阱區(qū)域和碳化硅半導(dǎo)體層的PN結(jié)部分，等電位線變密。如圖2所示，在靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下，終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)濃度比碳化硅半導(dǎo)體層1b的N型雜質(zhì)濃度高，所以耗盡層主要向比終端阱區(qū)域2更靠外周側(cè)的碳化硅半導(dǎo)體層1b延伸，其結(jié)果，等電位線變密的部分也比終端阱區(qū)域2更靠外周側(cè)。因此，如果電極焊盤(pán)5的外周端位于終端阱區(qū)域2上，則也不存在等電位線蔓延到電極焊盤(pán)5的外周端而在電極焊盤(pán)5的外周端發(fā)生電場(chǎng)集中的擔(dān)憂。

另一方面，在動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)時(shí)，有時(shí)終端阱區(qū)域2內(nèi)的P型雜質(zhì)的離子化延遲，無(wú)法使耗盡層從終端阱區(qū)域2向碳化硅半導(dǎo)體層1b側(cè)充分地延伸。特別是，在碳化硅半導(dǎo)體裝置中，如果在Al的情況下設(shè)為200meV以上，在硼(B)的情況下設(shè)為300meV以上，則P型雜質(zhì)的受主能級(jí)相比于硅的情況，變深幾倍左右，所以P型雜質(zhì)的離子化顯著地延遲。

進(jìn)而，如果在相同耐壓等級(jí)的半導(dǎo)體裝置中進(jìn)行比較，則期待將硅的情況下的雙極型器件置換為碳化硅的情況下的單極型器件，例如，期待代替Si－PN二極管而利用本實(shí)施方式那樣的SiC－SBD。由此，在作為單極型器件的SiC－SBD中，相比于作為雙極型器件的Si－PN二極管，開(kāi)關(guān)速度更高。這樣，在碳化硅半導(dǎo)體裝置中，相比于相同耐壓的硅半導(dǎo)體裝置，開(kāi)關(guān)速度變高，所以比以往更高速地施加高電壓。

其結(jié)果，在碳化硅半導(dǎo)體裝置中，相對(duì)于施加高電壓的速度，P型雜質(zhì)的離子化極端地延遲，所以無(wú)法充分地確保終端阱區(qū)域2的有效的受主濃度，在終端阱區(qū)域2與碳化硅半導(dǎo)體層1b之間形成的耗盡層向終端阱區(qū)域2側(cè)延伸。由此，如圖3所示，在動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)中，耗盡層侵入到終端阱區(qū)域2內(nèi)，所以等電位線變密的部分也相對(duì)于靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)而進(jìn)一步侵入到內(nèi)周側(cè)。因此，新發(fā)現(xiàn)了即使電極焊盤(pán)5的外周端存在于終端阱區(qū)域2上，根據(jù)終端阱區(qū)域2上的電極焊盤(pán)5的位置，等電位線蔓延到電極焊盤(pán)5的外周端，在電極焊盤(pán)5的外周端發(fā)生電場(chǎng)集中。特別是，電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)集中在等電位線的曲率更大的電極焊盤(pán)5的外周下端處變得顯著。

因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)考慮在開(kāi)關(guān)時(shí)發(fā)生的電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)集中，相比于圖2以及圖3記載的比較例而縮短電極焊盤(pán)5的伸出幅度，從而實(shí)現(xiàn)電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)緩和。由此，如圖4所示，即使在開(kāi)關(guān)時(shí)耗盡層侵入到終端阱區(qū)域2內(nèi)，通過(guò)減少電極焊盤(pán)5的伸出幅度，也能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周端周邊的等電位線的密度，所以能夠抑制對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端施加的電場(chǎng)集中。

根據(jù)與電極焊盤(pán)5相接的場(chǎng)絕緣膜3和表面保護(hù)膜6的絕緣破壞強(qiáng)度來(lái)設(shè)定電極焊盤(pán)5的具體的伸出幅度即可。更具體而言，使實(shí)際的電極焊盤(pán)5的伸出幅度小于對(duì)電極焊盤(pán)5的外周下端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度與場(chǎng)絕緣膜3或者表面保護(hù)膜6的絕緣破壞強(qiáng)度中的最小的絕緣破壞強(qiáng)度相等時(shí)的電極焊盤(pán)5的伸出幅度。以下，說(shuō)明電極焊盤(pán)5的伸出幅度的設(shè)定方法。

圖5示出通過(guò)仿真計(jì)算變更電極焊盤(pán)5的伸出幅度時(shí)的對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度而得到的結(jié)果。在圖5中，縱軸表示電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表示電極焊盤(pán)5的伸出幅度，黑的鉆石標(biāo)記表示dV/dt的值是0kV/μs、即靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)強(qiáng)度，白的圓圈標(biāo)記表示dV/dt的值是10kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，黑的圓圈標(biāo)記表示dV/dt的值是20kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，黑的三角標(biāo)記表示dV/dt的值是50kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度。

另外，圖5中的電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度表示電極焊盤(pán)5的外周下端的電場(chǎng)強(qiáng)度，但實(shí)際上電極焊盤(pán)5的外周端下端是奇點(diǎn)，所以計(jì)算比電極焊盤(pán)5的外周下端在水平方向上更向外周側(cè)離開(kāi)10nm的點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度(在以下說(shuō)明的其他仿真結(jié)果中也是同樣的)。此外，在圖5的仿真所使用的仿真模型中，關(guān)于電極焊盤(pán)5的伸出幅度以及場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離以外的結(jié)構(gòu)，是與本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100同樣的結(jié)構(gòu)，場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離設(shè)為140μm，使電極焊盤(pán)5的伸出幅度在5μm～130μm內(nèi)變化。

如圖5所示，在dV/dt的值是0kV/μs的靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下，如上所述，電極焊盤(pán)5的外周端設(shè)置于終端阱區(qū)域2上，所以無(wú)論伸出幅度多少，電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度都是充分低的值。此外，在圖5中的仿真結(jié)果中，dV/dt的值是0kV/μs的情況下的電場(chǎng)強(qiáng)度詳細(xì)而言大致是幾E+04[V/cm]數(shù)量級(jí)。

另一方面，隨著dV/dt的值增大，電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，如果dV/dt的值超過(guò)10kV/μs，則根據(jù)伸出幅度的值，電場(chǎng)強(qiáng)度增大至幾[MV/cm]數(shù)量級(jí)。因此，需要考慮開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)設(shè)定伸出幅度。因此，以使在開(kāi)關(guān)時(shí)在電極焊盤(pán)5的外周端產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度不高于電極焊盤(pán)5相接的場(chǎng)絕緣膜3和表面保護(hù)膜6的絕緣破壞強(qiáng)度中的最小的絕緣破壞強(qiáng)度的方式，決定伸出幅度。

如本實(shí)施方式那樣，在用SiO₂形成場(chǎng)絕緣膜3、用聚酰亞胺形成表面保護(hù)膜6的情況下，一般地，表面保護(hù)膜6的絕緣破壞強(qiáng)度較低，所以以在表面保護(hù)膜6中使用的聚酰亞胺的絕緣破壞強(qiáng)度為基準(zhǔn)。在此，聚酰亞胺的絕緣破壞強(qiáng)度是大致3.0～4.0[MV/cm]，例如，如果作為聚酰亞胺使用PIX-3400(日立化成杜邦微型系統(tǒng)生產(chǎn))，則雖然根據(jù)硬化時(shí)間、測(cè)定方法而不同，但絕緣破壞強(qiáng)度為約3.5[MV/cm]。因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)將伸出幅度設(shè)為100μm以下，即使使dV/dt以50kV/μs進(jìn)行動(dòng)作，也不會(huì)超過(guò)開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)所導(dǎo)致的聚酰亞胺的絕緣破壞強(qiáng)度，能夠抑制表面保護(hù)膜6的絕緣破壞。

另外，對(duì)場(chǎng)絕緣膜3、表面保護(hù)膜6施加的電場(chǎng)越小，越能夠延長(zhǎng)絕緣膜的壽命，所以最好是即使對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度小于場(chǎng)絕緣膜3、表面保護(hù)膜6的絕緣破壞強(qiáng)度，仍進(jìn)一步緩和電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)。另外，如圖5所示，伸出幅度越小，則通過(guò)伸出幅度降低實(shí)現(xiàn)的電場(chǎng)緩和效果越大，在dV/dt的值是50kV/μs的情況下，關(guān)于電場(chǎng)強(qiáng)度E相對(duì)伸出幅度L的變化量dE/dL，在伸出幅度是5～30μm的范圍內(nèi)，是567.6[MV/cm²]，在伸出幅度是30～70μm的范圍內(nèi)，是280[MV/cm²]，在伸出幅度是70～100μm的范圍內(nèi)，是126.7[MV/cm²]，伸出幅度越小，則電場(chǎng)緩和效果越增大。

因此，關(guān)于電極焊盤(pán)5的伸出幅度，即便在100μm以下的范圍內(nèi)，也更優(yōu)選為70μm以下，進(jìn)一步優(yōu)選為30μm以下，通過(guò)將電極焊盤(pán)5的伸出幅度設(shè)為100μm以下，能夠?qū)㈦姌O焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為3.5[MV/cm]以下，通過(guò)將電極焊盤(pán)5的伸出幅度設(shè)為70μm以下，能夠?qū)㈦姌O焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為3.0[MV/cm]以下，通過(guò)將電極焊盤(pán)5的伸出幅度設(shè)為30μm以下，能夠?qū)㈦姌O焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度設(shè)為2.0[MV/cm]以下。

但是，為了緩和在開(kāi)關(guān)時(shí)對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度，通過(guò)使終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量增大，即使在開(kāi)關(guān)時(shí)P型雜質(zhì)的離子化延遲，仍能夠充分地確保有效的受主濃度，抑制耗盡層侵入到終端阱區(qū)域2內(nèi)。由此，認(rèn)為能夠防止等電位線蔓延到電極焊盤(pán)5的外周端，緩和電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)。

圖6示出計(jì)算使終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量增大了的情況下的電極焊盤(pán)5的伸出幅度和外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度的關(guān)系而得到的仿真結(jié)果。在圖6中，縱軸表示電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表示電極焊盤(pán)5的伸出幅度，黑的三角標(biāo)記表示終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量是1.0E14[cm^-2]時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，黑的四角標(biāo)記表示終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量是2.0E14[cm^-2]時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度。此外，在圖6中的仿真中，將dV/dt的值設(shè)為100kV/μs，在圖6中的仿真模型中，設(shè)為按照3.3kV的耐壓設(shè)計(jì)來(lái)設(shè)計(jì)碳化硅半導(dǎo)體層1b的厚度和雜質(zhì)濃度，針對(duì)本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置100，在比終端阱區(qū)域2更靠外周側(cè)的位置追加有FLR區(qū)域(Field limiting Ring，場(chǎng)限環(huán))的結(jié)構(gòu)。

如圖6所示，隨著使終端阱區(qū)域2的注入量增加，能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周側(cè)處的電場(chǎng)強(qiáng)度，相比于在圖5中示出的dV/dt的值是50kV/μs的情況，盡管dV/dt的值增大，通過(guò)使終端阱區(qū)域2的注入量增加，也能夠緩和電場(chǎng)強(qiáng)度，無(wú)論伸出幅度多少，都能夠?qū)㈦妶?chǎng)強(qiáng)度設(shè)為2.5[MV/cm]以下。

然而，如果使終端阱區(qū)域2的注入量增加，則在靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下，碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的電場(chǎng)強(qiáng)度增大，碳化硅半導(dǎo)體裝置100的耐壓有可能降低。圖7是示出終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量[cm^-2]和雪崩擊穿電壓的關(guān)系的仿真結(jié)果。圖7中的仿真是在與圖6中的仿真同樣的條件下進(jìn)行的。此外，雪崩擊穿電壓是指在逐漸增大對(duì)碳化硅半導(dǎo)體裝置施加的電壓時(shí)，在碳化硅半導(dǎo)體層中產(chǎn)生雪崩擊穿的時(shí)間點(diǎn)的施加電壓。

如圖7所示，隨著終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量增大，雪崩擊穿電壓降低。這是由于P型雜質(zhì)的注入量增加，并且靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的終端阱區(qū)域2的端部處的電場(chǎng)增大而引起的。因此，如果以開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)緩和為目的而使終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量過(guò)度增加，則碳化硅半導(dǎo)體層1b的雪崩擊穿電壓降低，所以元件耐壓有可能降低。即，在靜耐壓和動(dòng)耐壓下終端阱區(qū)域2的最佳的注入量不同，所以根據(jù)靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)決定的耐壓(靜耐壓)和根據(jù)動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)決定的耐壓(動(dòng)耐壓)處于折衷選擇的關(guān)系。

因此，在本實(shí)施方式中，通過(guò)將終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量設(shè)為在1.0×10¹³/cm²～1×10¹⁴/cm²(更優(yōu)選為2.0×10¹³/cm²～5×10¹³/cm²)的范圍內(nèi)的2.0×10¹³/cm²，能夠抑制雪崩擊穿電壓的降低來(lái)確保靜耐壓，并且，通過(guò)將電極焊盤(pán)5的伸出幅度設(shè)為100μm以下(更優(yōu)選為70μm以下、更加優(yōu)選為30μm以下)，能夠緩和開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)來(lái)確保動(dòng)耐壓，能夠同時(shí)兼顧靜耐壓和動(dòng)耐壓。

進(jìn)而，當(dāng)電極焊盤(pán)5的外周端接近終端阱區(qū)域2的外周端時(shí)，有可能電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)增大，導(dǎo)致聚酰亞胺的絕緣破壞。

圖8是計(jì)算終端阱區(qū)域2的外周端與電極焊盤(pán)5的外周端的距離D[μm]和電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度[MV/cm]的關(guān)系而得到的仿真結(jié)果。在圖8中，縱軸表示電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度，橫軸表示距離D，黑的鉆石標(biāo)記表示dV/dt的值是10kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，黑的四角標(biāo)記表示dV/dt的值是20kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度，黑的三角標(biāo)記表示dV/dt的值是50kV/μs時(shí)的電場(chǎng)強(qiáng)度。圖8中的仿真模型與圖5中的仿真模型相同，圖8中的電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度與圖5的情況同樣地，表示從電極焊盤(pán)5的外周上端在平面方向上向外周側(cè)離開(kāi)10nm的點(diǎn)處的電場(chǎng)強(qiáng)度。此外，在計(jì)算距離D時(shí)，在電極焊盤(pán)5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的端面傾斜的情況下，以電極焊盤(pán)5的外周下端以及終端阱區(qū)域2的外周上端為基準(zhǔn)。

如圖8所示，如果終端阱區(qū)域2的外周端和電極焊盤(pán)5的外周端的距離D短，則電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度為幾mV/cm數(shù)量級(jí)，但通過(guò)將距離D設(shè)為20μm以上、更優(yōu)選40μm以上，能夠?qū)㈦姌O焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度降低到1.0MV/cm以下。如使用圖3以及圖4在上面敘述的那樣，認(rèn)為這是由于如下情況而引起的，即：通過(guò)使電極焊盤(pán)5的外周端遠(yuǎn)離由于耗盡層侵入而等電位線變密的終端阱區(qū)域2的外周端周邊，能夠緩和作為角部的電極焊盤(pán)5的外周上端周邊的等電位線的密度。因此，終端阱區(qū)域2的外周端和電極焊盤(pán)5的外周端的距離D最好設(shè)為20μm以上、更優(yōu)選40μm以上，由此還能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)，能夠進(jìn)一步提高碳化硅半導(dǎo)體裝置100的可靠性。

另外，在本實(shí)施方式中，在終端區(qū)域中僅設(shè)置作為保護(hù)環(huán)發(fā)揮功能的終端阱區(qū)域2，但不限于此。例如，也可以做成與終端阱區(qū)域2的外周側(cè)鄰接地設(shè)置JTE(Junction Termination Extension，結(jié)終端擴(kuò)展)區(qū)域、并且隨著靠近外周側(cè)而P型雜質(zhì)濃度降低那樣的結(jié)構(gòu)，也可以做成在終端阱區(qū)域2的外周側(cè)與終端阱區(qū)域2間隔開(kāi)地設(shè)置多個(gè)FLR區(qū)域的結(jié)構(gòu)。此外，在設(shè)置JTE區(qū)域的情況下，還包括JTE區(qū)域在內(nèi)地設(shè)為一個(gè)終端阱區(qū)域2，上述終端阱區(qū)域2的外周端和電極焊盤(pán)5的外周端的距離D設(shè)為JTE區(qū)域的外周端和電極焊盤(pán)5的外周端的距離。因此，在設(shè)置JTE區(qū)域的情況下，通過(guò)將JTE區(qū)域的外周端和電極焊盤(pán)5的外周端的距離設(shè)為20μm以上(更優(yōu)選40μm以上)，能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)。

此外，在本實(shí)施方式中，例示了SiC－SBD，但也可以做成在有源區(qū)域中設(shè)置有與表面電極進(jìn)行歐姆接觸的有源區(qū)域的PN二極管、PiN二極管。進(jìn)而，也可以做成被稱(chēng)為所謂JBS(Junction Barrier Schottky diode，結(jié)型勢(shì)壘肖特基二極管)、MPS(Merged PiN Schottky diode，合并PiN肖特基二極管)的肖特基電極4與碳化硅半導(dǎo)體層1b進(jìn)行肖特基接觸的區(qū)域和進(jìn)行歐姆接觸的區(qū)域混合存在的結(jié)構(gòu)。

實(shí)施方式2.

在上述實(shí)施方式1中，通過(guò)減少電極焊盤(pán)5的伸出幅度來(lái)實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)時(shí)的電場(chǎng)緩和，但為了進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)電場(chǎng)緩和，也可以在終端阱區(qū)域內(nèi)設(shè)置P型雜質(zhì)濃度更高的高濃度終端阱區(qū)域。此處，作為實(shí)施方式2，以下說(shuō)明具備高濃度終端阱區(qū)域的碳化硅半導(dǎo)體裝置。

圖9是示出本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置200的剖面圖。碳化硅半導(dǎo)體裝置200相對(duì)于實(shí)施方式1的碳化硅半導(dǎo)體裝置100，在具備高濃度終端阱區(qū)域8這一點(diǎn)上不同，所以以下，僅說(shuō)明高濃度終端阱區(qū)域8，關(guān)于其他結(jié)構(gòu)，省略說(shuō)明。

如圖9所示，高濃度終端阱區(qū)域8是形成于終端阱區(qū)域2的內(nèi)部、并且P型雜質(zhì)的注入量比終端阱區(qū)域2高的P型雜質(zhì)區(qū)域。另外，高濃度終端阱區(qū)域8以與肖特基電極4相接的方式延伸至比場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端更靠?jī)?nèi)周側(cè)的位置，以使肖特基電極4的外周端以及電極焊盤(pán)5的外周端位于高濃度終端阱區(qū)域8上的方式，延伸到比電極焊盤(pán)5的外周端更靠外周側(cè)的位置。

進(jìn)而，高濃度終端阱區(qū)域8優(yōu)選收斂于終端阱區(qū)域2內(nèi)、即高濃度終端阱區(qū)域8的外周部分處于終端阱區(qū)域2內(nèi)而使高濃度終端阱區(qū)域8和碳化硅半導(dǎo)體層1b不相接。高濃度終端阱區(qū)域8的P型雜質(zhì)的注入量設(shè)為1.0×10¹⁴/cm²以上且1.0×10¹⁵/cm²以下、更優(yōu)選設(shè)為2.0×10¹⁴/cm²以上。此外，如果將注入能量設(shè)為100keV～700keV并且將高濃度終端阱區(qū)域8的注入量[cm^-2]換算為雜質(zhì)濃度[cm^-3]，則為8.0×10¹⁷/cm³～2.0×10²⁰/cm³。

以下，說(shuō)明本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置200的作用、效果。

在本實(shí)施方式中，通過(guò)在終端阱區(qū)域2內(nèi)設(shè)置高濃度終端阱區(qū)域8，能夠抑制在開(kāi)關(guān)時(shí)P型雜質(zhì)的離子化延遲時(shí)的有效的受主濃度的降低，所以能夠抑制等電位線進(jìn)入到終端阱區(qū)域2內(nèi)。其結(jié)果，能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周端周邊的等電位線的密度，所以能夠緩和對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度。

另外，如果使終端阱區(qū)域2的P型雜質(zhì)的注入量增加，則如上所述，在靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下，有可能碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的電場(chǎng)增加而雪崩擊穿電壓降低，但在本實(shí)施方式中，通過(guò)在終端阱區(qū)域2內(nèi)局部地設(shè)置P型雜質(zhì)的注入量高的高濃度終端阱區(qū)域8，抑制碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的電場(chǎng)增加。特別是，以收斂于終端阱區(qū)域2內(nèi)的方式形成高濃度終端阱區(qū)域8，所以能夠有效地抑制碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的電場(chǎng)增加。

進(jìn)而，在本實(shí)施方式中，使電極焊盤(pán)5的外周端位于高濃度終端阱區(qū)域8上，所以能夠進(jìn)一步緩和電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)。圖10是示出本實(shí)施方式的比較例的碳化硅半導(dǎo)體裝置201的剖面圖，圖11是示出本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置200的剖面圖，在兩個(gè)圖中用虛線表示的曲線示意性地示出在開(kāi)關(guān)時(shí)對(duì)背面電極7施加高電壓時(shí)的等電位線。

圖10所示的比較例的碳化硅半導(dǎo)體裝置201在比電極焊盤(pán)5的外周端更靠?jī)?nèi)側(cè)的位置存在高濃度終端阱區(qū)域8的外周端。因此，如圖10所示在開(kāi)關(guān)時(shí)等電位線侵入至高濃度終端阱區(qū)域8的外周端周邊，等電位線蔓延到延伸至比高濃度終端阱區(qū)域8更靠外周側(cè)的位置的電極焊盤(pán)5的外周端，所以電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)緩和效果是有限的。

因此，在本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置200中，通過(guò)使高濃度終端阱區(qū)域8的外周端超過(guò)電極焊盤(pán)5的外周端，使電極焊盤(pán)5的外周端位于高濃度終端阱區(qū)域8上，如圖11所示，開(kāi)關(guān)時(shí)的等電位線的侵入被存在于比電極焊盤(pán)5更靠外周側(cè)的位置的高濃度終端阱區(qū)域8抑制，所以能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周端周邊的等電位線的密度、曲率，能夠進(jìn)一步提高電場(chǎng)緩和效果。

通過(guò)如本實(shí)施方式那樣設(shè)置高濃度終端阱區(qū)域8，使電極焊盤(pán)5的外周端位于高濃度終端阱區(qū)域8上，能夠特別降低對(duì)電極焊盤(pán)5的外周端中的外周下端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度。在上述情況下，在因?yàn)橛袝r(shí)相比于電極焊盤(pán)5的外周下端而對(duì)外周上端施加的電場(chǎng)強(qiáng)度更高，所以需要進(jìn)一步降低電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度的情況下，也可以如圖12所示的碳化硅半導(dǎo)體裝置202那樣，在電極焊盤(pán)5的外周端設(shè)置錐形部5a。由此，能夠緩和電極焊盤(pán)5的外周上端周邊的等電位線的曲率。

另外，在本實(shí)施方式中，也通過(guò)將電極焊盤(pán)5的伸出幅度設(shè)為100μm以下(更優(yōu)選70μm以下、更加優(yōu)選30μm以下)，能夠在抑制靜態(tài)的截止?fàn)顟B(tài)下的電場(chǎng)增大的同時(shí)，緩和動(dòng)態(tài)的開(kāi)關(guān)時(shí)的電極焊盤(pán)5的外周端處的電場(chǎng)強(qiáng)度。進(jìn)而，通過(guò)將電極焊盤(pán)5的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離設(shè)為20μm以上(更優(yōu)選40μm)，能夠降低開(kāi)關(guān)時(shí)的電極焊盤(pán)5的外周上端的電場(chǎng)強(qiáng)度，進(jìn)一步提高碳化硅半導(dǎo)體裝置的可靠性。

此外，用錐形部5a確定的錐形形狀是指電極焊盤(pán)5的外周端的上端位置相對(duì)于下端位置向內(nèi)周側(cè)后退的形狀。外周上端的后退量最好是相對(duì)于電極焊盤(pán)5的厚度而設(shè)為40％～100％。另外，在圖12中，圖示成錐形部5a的端面平坦，但由于以緩和作為電場(chǎng)集中點(diǎn)之一的外周上端的電場(chǎng)為目的，所以錐形部5a的端面無(wú)需嚴(yán)格地設(shè)為平坦的形狀，是外周上端相對(duì)于電極焊盤(pán)5的外周下端向內(nèi)周側(cè)后退那樣的形狀即可。

另外，也可以如圖13記載的碳化硅半導(dǎo)體裝置203那樣，高濃度終端阱區(qū)域8設(shè)為多個(gè)間隔開(kāi)的形狀。進(jìn)而，終端阱區(qū)域2也可以如圖14所示的碳化硅半導(dǎo)體裝置204那樣，設(shè)置于比碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面深的位置。即，也可以在終端阱區(qū)域2與肖特基電極4以及場(chǎng)絕緣膜3之間介有碳化硅半導(dǎo)體層1b。另外，雖然未圖示，關(guān)于高濃度終端阱區(qū)域8，也可以同樣地設(shè)置于比碳化硅半導(dǎo)體層1b的表面深的位置。

實(shí)施方式3.

在上述實(shí)施方式1以及2中，以作為二極管元件的SiC－SBD為例子進(jìn)行了說(shuō)明，但也可以將本發(fā)明應(yīng)用于開(kāi)關(guān)元件。因此，作為實(shí)施方式3，說(shuō)明在作為開(kāi)關(guān)元件的MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管)中應(yīng)用本發(fā)明的情況。

圖15以及圖16是示出本實(shí)施方式的碳化硅半導(dǎo)體裝置300的剖面圖。圖15是后述的源極電極15延伸至終端區(qū)域側(cè)的區(qū)域的剖面圖，圖16是后述的柵極電極13延伸至終端區(qū)域側(cè)并與柵極焊盤(pán)16連接的區(qū)域的剖面圖。即，圖15是源極電極15延伸到最外周側(cè)的區(qū)域的剖面圖，圖16是柵極電極延伸到最外周側(cè)的區(qū)域的剖面圖。

在圖15以及圖16中，碳化硅半導(dǎo)體裝置300是具備碳化硅基板1、層間絕緣膜12、柵極電極13、柵極絕緣膜14、源極電極15、場(chǎng)絕緣膜3、表面保護(hù)膜6、背面電極7(漏極電極)的MOSFET。碳化硅基板1與實(shí)施方式1以及2同樣地，包括基板層1a和碳化硅基板1b。在基板層1a的背面?zhèn)龋纬捎凶鳛槁O電極的背面電極7。在碳化硅半導(dǎo)體層1b內(nèi)的所謂有源區(qū)域(在圖15以及圖16中的左側(cè))中，形成有有源阱區(qū)域9、高濃度有源阱區(qū)域10、源極區(qū)域11，在終端區(qū)域中形成有終端阱區(qū)域2。

有源阱區(qū)域9是形成于碳化硅半導(dǎo)體層1b的上層的一部分的P型雜質(zhì)區(qū)域。在有源阱區(qū)域9的上層的一部分，形成有高濃度有源阱區(qū)域10和源極區(qū)域11，高濃度有源阱區(qū)域10是P型的雜質(zhì)量比有源阱9高的P型雜質(zhì)區(qū)域，源極區(qū)域11是N型雜質(zhì)區(qū)域。柵極電極13被形成為隔著柵極絕緣膜14跨在有源阱區(qū)域9以及源極區(qū)域11上，以覆蓋柵極電極13的方式形成有層間絕緣膜12。源極電極15在層間絕緣膜12上延伸，經(jīng)由接觸孔與源極區(qū)域11和高濃度有源阱區(qū)域10連接。

在圖15中，在終端區(qū)域側(cè)的碳化硅半導(dǎo)體層1b上形成有場(chǎng)絕緣膜3，源極電極15的外周端延伸到場(chǎng)絕緣膜3上。另外，在圖15中，源極電極15的外周端位于終端阱區(qū)域2上，從場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端至源極電極15的外周端的水平方向的距離(以下稱(chēng)為“源極電極15的伸出幅度”)為100μm以下、更優(yōu)選70μm以下、更加優(yōu)選30μm以下。進(jìn)而，源極電極15的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離優(yōu)選為20μm以上、更優(yōu)選為40μm以上。在源極電極15和場(chǎng)絕緣膜3上，以覆蓋源極電極15的外周端的方式形成有表面保護(hù)膜6。

另外，在圖16中，在終端區(qū)域側(cè)的碳化硅半導(dǎo)體層1b上形成有場(chǎng)絕緣膜3，柵極電極13的外周端延伸到場(chǎng)絕緣膜3上。另外，在終端區(qū)域上的柵極電極13上形成有層間絕緣膜12，但在其一部分形成接觸孔，柵極焊盤(pán)16經(jīng)由層間絕緣膜12的接觸孔與柵極電極13連接。另外，在圖16中，柵極電極13的外周端位于終端阱區(qū)域2上，從場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端至柵極電極13的外周端的水平方向的距離(以下稱(chēng)為“柵極電極13的伸出幅度”)設(shè)為100μm以下、更優(yōu)選70μm以下、更優(yōu)選30μm以下。在柵極電極13和場(chǎng)絕緣膜3上，以覆蓋柵極電極13的外周端的方式，形成有表面保護(hù)膜6。

如本實(shí)施方式那樣，在作為開(kāi)關(guān)元件的碳化硅半導(dǎo)體裝置300中，當(dāng)在截止?fàn)顟B(tài)下對(duì)背面電極7施加高電壓時(shí)，通過(guò)耗盡層從形成于終端區(qū)域的終端阱區(qū)域2延伸，也能夠保持電壓并提高耐壓。然而，在開(kāi)關(guān)時(shí)，耗盡層從終端阱區(qū)域2的延伸延遲，所以有可能等電位線侵入到終端阱區(qū)域2內(nèi)，在形成于場(chǎng)絕緣膜3上的源極電極15的外周端以及柵極電極13的外周端發(fā)生電場(chǎng)集中。

因此，在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式1以及2同樣地，通過(guò)將源極電極15的伸出幅度和柵極電極13的伸出幅度分別設(shè)為100μm以下、更優(yōu)選70μm以下、更優(yōu)選30μm以下，能夠分別緩和源極電極15以及柵極電極13的外周端周邊的電場(chǎng)。另外，通過(guò)將源極電極15的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離、柵極電極13的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離設(shè)為20μm以上(更優(yōu)選40μm以上)，能夠分別緩和源極電極15的外周端處的電場(chǎng)和柵極電極13的外周端處的電場(chǎng)。

此外，關(guān)于圖16所示的柵極焊盤(pán)16，也與源極電極15、柵極電極13同樣地，通過(guò)將從場(chǎng)絕緣膜3的內(nèi)周端至柵極焊盤(pán)16的外周端的距離設(shè)為100μm以下、更優(yōu)選70μm以下、更加優(yōu)選30μm以下，或者，將柵極焊盤(pán)16的外周端和終端阱區(qū)域2的外周端的距離設(shè)為20μm以上(更優(yōu)選40μm以上)，能夠緩和開(kāi)關(guān)時(shí)的柵極焊盤(pán)16的外周端周邊的等電位線的密度以及曲率，緩和電場(chǎng)集中。

另外，雖然未圖示，但也可以在源極電極15與層間絕緣膜12以及場(chǎng)絕緣膜3之間，設(shè)置由Ti等構(gòu)成的勢(shì)壘金屬。勢(shì)壘金屬設(shè)為例如Ti、TiN、TiSi等包含Ti的金屬薄膜，也可以設(shè)為將這些金屬層疊多層的構(gòu)造。勢(shì)壘金屬為幾十nm的薄膜，有可能在外周端形成蝕刻殘?jiān)?，所以與實(shí)施方式1中的肖特基電極4同樣地，通過(guò)利用源極電極15覆蓋勢(shì)壘金屬的外周端，能夠抑制勢(shì)壘金屬的外周端處的電場(chǎng)集中。此外，在柵極16與層間絕緣膜12之間中也同樣地，通過(guò)設(shè)置勢(shì)壘金屬并利用柵極焊盤(pán)16覆蓋勢(shì)壘金屬的外周端，能夠抑制勢(shì)壘金屬的外周端處的電場(chǎng)集中。在上述情況下，勢(shì)壘金屬為第一表面電極，源極電極15或者柵極焊盤(pán)16為第二表面電極。

此外，在本實(shí)施方式中，也可以在終端阱區(qū)域2內(nèi)形成高濃度終端阱區(qū)域8，進(jìn)一步地緩和電場(chǎng)。在形成高濃度終端阱區(qū)域8的情況下，通過(guò)如圖17所示在高濃度終端阱區(qū)域8上設(shè)置源極電極15的外周端，能夠進(jìn)一步緩和源極電極15的外周端處的電場(chǎng)。此外，雖然未圖示，關(guān)于柵極電極13、柵極焊盤(pán)16，也通過(guò)在高濃度終端阱區(qū)域8上設(shè)置外周端，得到同樣的效果。

另外，也可以如圖17所示的碳化硅半導(dǎo)體裝置301那樣，在終端阱區(qū)域2內(nèi)形成高濃度終端阱區(qū)域8，使高濃度終端阱區(qū)域8延伸到單元區(qū)域側(cè)，代替最外周的高濃度有源阱區(qū)域10而與源極電極15接觸。進(jìn)而，在圖17所示的碳化硅半導(dǎo)體裝置301中，為了緩和源極電極15的外周端上端的電場(chǎng)，在源極電極15的外周端設(shè)置錐形部。此外，雖然未圖示，但也可以在柵極電極13、柵極焊盤(pán)16的外周端也設(shè)置錐形部。

另外，既可以如圖18所示的碳化硅半導(dǎo)體裝置302那樣，使最外周的高濃度有源阱區(qū)域阱區(qū)域10延伸至終端阱區(qū)域2內(nèi)，用作高濃度終端阱區(qū)域，也可以在外周側(cè)設(shè)置多個(gè)間隔開(kāi)的高濃度終端阱區(qū)域阱區(qū)域10。

另外，在本發(fā)明的實(shí)施方式3中，說(shuō)明與本發(fā)明的實(shí)施方式1不同的部分，關(guān)于相同或者對(duì)應(yīng)的部分的說(shuō)明省略。

此外，本發(fā)明能夠在發(fā)明的范圍內(nèi)自由地組合各實(shí)施方式，或者將各施方式適當(dāng)?shù)刈冃巍⑹÷浴?/p>