半导体装置以及电力转换装置制造方法及图纸

技术编号:15035281 阅读:30 留言:0更新日期:2017-04-05 10:10
本发明专利技术涉及半导体装置以及电力转换装置。在半导体装置中抑制耐压的降低并且减少通态电阻。半导体装置具备基板、第一半导体层、第二半导体层、第三半导体层、沟槽以及覆盖沟槽的表面的绝缘膜,第一半导体层的载流子浓度在与面方向正交的厚度方向上形成峰值,上述第一半导体层中载流子浓度成为峰值的高浓度载流子区域在从沟槽远离基板侧的位置上向上述面方向扩张。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体装置以及电力转换装置。
技术介绍
半导体装置(半导体器件、半导体元件)已知一种具有在沟槽(槽部)形成有栅电极的沟槽栅结构的纵型晶体管。专利文献1公开了在纵型晶体管中,以减少通态电阻为目的,在漂移层与沟道层之间的沟槽存在的深度设置电流分散层。该电流分散层是与漂移层相同的导电特性,并具有比漂移层高的载流子浓度。专利文献1:日本特开2009-194065号公报本专利技术人得到如下的结果:在专利文献1的技术中,因在漂移层(n型)与沟道层(p型)的pn结界面上所形成的耗尽层向电流分散层扩张,阻碍了电流分散层中的电流的分散,所以不能充分地减少通态电阻。另外,在专利文献1的技术中,以抑制耗尽层的影响为目的,存在在使电流分散层的载流子浓度成为更高浓度的情况下、在使电流分散层的厚度更厚的情况下,由于电场容易集中到沟槽的角部,所以耐压降低这个问题。因此,在具有沟槽栅结构的纵型晶体管中,期望一种抑制耐压的降低,并能够减少通态电阻的技术。
技术实现思路
本专利技术解决上述的课题的至少一部分,能够作为以下的方式实现。(1)本专利技术的一方式提供半导体装置。该半导体装置具备:基板,向面方向扩张;第一半导体层,位于比上述基板靠上,并具有n型以及p型中一方的特性;第二半导体层,位于上述第一半导体层上,并具有n型以及p型中与上述一方的特性不同的另一方的特性;第三半导体层,位于上述第二半导体层上,并具有上述一方的特性;沟槽,从上述第三半导体层贯通上述第二半导体层并凹陷到上述第一半导体层;以及绝缘膜,覆盖上述沟槽的表面,上述第一半导体层的载流子浓度在与上述面方向正交的厚度方向形成峰值,上述第一半导体层中载流子浓度成为峰值的高浓度载流子区域在从上述沟槽远离上述基板侧的位置上向上述面方向扩张。根据该方式,由于在第一半导体层中的从沟槽远离基板侧的位置上存在高浓度载流子区域,所以能够减少第一半导体层与第二半导体层的pn结界面上所形成的耗尽层对高浓度载流子区域带来的影响。由此,能够使经由形成于第二半导体层的沟道流入第一半导体层的电流在第一半导体层中的从沟槽远离基板侧的高浓度载流子区域中向面方向充分地分散。结果抑制耐压的降低,并且能够减少通态电阻。(2)在上述的半导体装置中,上述高浓度载流子区域中的载流子浓度也可以为1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下。根据该方式,使电流向面方向充分地分散,并且能够充分地确保耐压。(3)在上述的半导体装置中,上述高浓度载流子区域可以存在于比上述基板接近上述第二半导体层的位置。根据该方式,能够有效地使经由沟道流入第一半导体层的电流分散。(4)在上述的半导体装置中,上述高浓度载流子区域的厚度也可以是10nm以上10μm以下。根据该方式,使电流向面方向充分地分散,并且能够充分地确保耐压。(5)在上述的半导体装置中,上述第一半导体层还包括:第一区域,与上述高浓度载流子区域相比位于基板侧;和第二区域,与上述高浓度载流子区域相比位于第二半导体层侧,上述第一区域中的载流子浓度与上述第二区域中的载流子浓度相等。根据该方式,能够充分地确保耐压。(6)在上述的半导体装置中,可以具备形成同一形状的多个单元向上述面方向有规律地排列的结构,从上述第二半导体层到上述高浓度载流子区域的距离为上述单元的单元间距的一半以下。根据该方式,能够使电流向面方向充分地分散。(7)在上述的半导体装置中,上述第一半导体层可以主要由化合物半导体构成。根据该方式,在使用了化合物半导体的半导体装置中,抑制耐压的降低,并且能够减少通态电阻。(8)在上述的半导体装置中,上述第一半导体层可以主要由氮化镓(GaN)构成。根据该方式,在使用了氮化镓(GaN)的半导体装置中,抑制耐压的降低,并且能够减少通态电阻。(9)在上述的半导体装置中,还可以在上述第二半导体层与上述高浓度载流子区域之间具备具有上述另一方的特性的第三区域,在上述面方向,上述第三区域位于远离上述沟槽的位置。根据该方式,由于能够缓和电场集中在沟槽的底面的外周附近,所以能够更有效地抑制耐压的降低。(10)在上述的半导体装置中,在上述厚度方向,上述第三区域可以位于远离上述高浓度载流子区域的位置。根据该方式,能够更有效地减少通态电阻。本专利技术能够以半导体装置以外的各种方式实现,例如能够以具备上述方式的半导体装置的电力转换装置、制造上述方式的半导体装置的制造方法、以及实施该制造方法的制造装置等方式实现。根据本申请专利技术,由于在第一半导体层中的从沟槽远离基板侧的位置存在高浓度载流子区域,所以能够减少第一半导体层与第二半导体层的pn结界面上所形成的耗尽层对高浓度载流子区域带来的影响。由此,能够使经由形成于第二半导体层的沟道流入第一半导体层的电流在第一半导体层中的从沟槽远离基板侧的高浓度载流子区域中向面方向充分地分散。结果抑制耐压的降低,并且能够减少通态电阻。附图说明图1是示意性地表示半导体装置的结构的剖视图。图2是半导体装置的放大剖视图。图3是第二实施方式中的半导体装置的放大剖视图。图4是表示电力转换装置的结构的说明图。图5是第五实施方式中的半导体装置的放大剖视图。图6是第六实施方式中的半导体装置的放大剖视图。附图标记的说明:10…电力转换装置;20…控制电路;100、100B、100C、100D…半导体装置;110…基板;120、120B…n型半导体层;121…低浓度载流子区域;123、123B…高浓度载流子区域;124B…低浓度载流子区域;125…低浓度载流子区域;127A、127B…p型区域;130…p型半导体层;140…n型半导体层;152…沟槽;156…凹陷;160…绝缘膜;172…栅电极;174…源电极;176…p体电极;178…漏电极。具体实施方式A.第一实施方式图1是示意性地表示半导体装置100的结构的剖视图。图2是半导体装置100的放大剖视图。图1中图示出相互正交的XYZ轴。图1的XYZ轴中的X轴是从图1的纸面左侧朝向纸面右侧的轴。+X轴方向是朝向纸面右侧的方向,-X轴方向是朝向纸面左侧的方向。图1的XYZ轴中的Y轴是从图1的纸面靠近前侧朝向纸面里侧的轴。+Y轴方向是朝向纸面里侧的方向,-Y轴方向是朝向纸面靠近前侧的方向。图1的XYZ轴中的Z轴是从图1的纸面下侧朝向纸面上侧的轴。+Z轴方向是朝向纸面上侧的方向,-Z轴方向是朝向纸面下侧的方向。图1的XYZ轴与其它图的XYZ轴对应。半导体装置100是具有沟槽栅结构的纵型晶体管。在本实施方式中,半导体装置100是纵型沟槽MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor:金属-氧化物半导体场效应晶体管)。在本实施方式中,半导体装置100被使用于电力控制,也被称为功率器件。在本实施方式中,半导体装置100是使用化合物半导体之一的氮化镓(GaN)所形成的GaN系的半导体装置。半导体装置100具有形成同一形状的多个单元CL向面方向(X轴方向以及Y轴方向的至少一方)有规律地排列的结构。在本实施方式中,半导体装置100从+Z轴方向观察具有形成正六角形的多个单元CL向X轴方向以及Y轴方向有规律地排列的结构。在其它实施方式中,半导体装置100本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种半导体装置,其特征在于,具备:基板,向面方向扩张;第一半导体层,位于比上述基板靠上,并具有n型以及p型中一方的特性;第二半导体层,位于上述第一半导体层上,并具有n型以及p型中与上述一方的特性不同的另一方的特性;第三半导体层,位于上述第二半导体层上,并具有上述一方的特性;沟槽,从上述第三半导体层贯通上述第二半导体层并凹陷到上述第一半导体层;以及绝缘膜,覆盖上述沟槽的表面,上述第一半导体层的载流子浓度在与上述面方向正交的厚度方向形成峰值,上述第一半导体层中载流子浓度成为峰值的高浓度载流子区域在从上述沟槽远离上述基板侧的位置上向上述面方向扩张。

【技术特征摘要】
2015.09.24 JP 2015-186506;2016.02.25 JP 2016-033751.一种半导体装置,其特征在于,具备:基板,向面方向扩张;第一半导体层,位于比上述基板靠上,并具有n型以及p型中一方的特性;第二半导体层,位于上述第一半导体层上,并具有n型以及p型中与上述一方的特性不同的另一方的特性;第三半导体层,位于上述第二半导体层上,并具有上述一方的特性;沟槽,从上述第三半导体层贯通上述第二半导体层并凹陷到上述第一半导体层;以及绝缘膜,覆盖上述沟槽的表面,上述第一半导体层的载流子浓度在与上述面方向正交的厚度方向形成峰值,上述第一半导体层中载流子浓度成为峰值的高浓度载流子区域在从上述沟槽远离上述基板侧的位置上向上述面方向扩张。2.根据权利要求1所述的半导体装置,其特征在于,上述高浓度载流子区域中的载流子浓度为1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下。3.根据权利要求1或2所述的半导体装置,其特征在于,上述高浓度载流子区域存在于比上述基板接近上述第二半导体层的位置。4.根据权利要求1~3中任一项所述的半导体装置,其特征在于,上述高浓度载流子区域的厚度为10nm以...

【专利技术属性】
技术研发人员:伊奈务冈彻
申请(专利权)人:丰田合成株式会社
类型:发明
国别省市:日本;JP

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