碳化硅半导体装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供碳化硅半导体装置，其具备包括活性区域以及包围活性区域的终端区域的第一导电型的碳化硅基板、位于活性区域的多个单元元件、以及位于终端区域的终端结构。各单元元件具备晶体管结构。终端结构包括碳化硅基板、碳化硅半导体层、包围活性区域的第二导电型的第二主体区域、包围第二主体区域的一个以上的第二导电型的环形件、包围活性区域的一个以上的外周上部源极电极、以及上部栅极电极。碳化硅半导体装置还具备第一保护膜和第二保护膜。第一保护膜将焊盘区域除外地覆盖内周上部源极电极、上部栅极电极、以及一个以上的外周上部源极电极的内侧面。第二保护膜覆盖一个以上的第二导电型的环形件的至少一部分以及第一保护膜。

【技术实现步骤摘要】
碳化硅半导体装置
本公开涉及碳化硅半导体装置。
技术介绍
功率半导体器件是高耐压且用于流过大电流的用途的半导体元件，期望低损耗。以往，使用了硅(Si)基板的功率半导体器件是主流，但近年来，使用了碳化硅(SiC)基板的功率半导体器件受到关注而被进行开发。碳化硅(SiC)具有如下特征：碳化硅(SiC)与硅(Si)相比材料自身的绝缘破坏电压高出一个量级，因此即便减薄pn结合部或肖特基结合部中的耗尽层也能够维持耐压。因此，当使用碳化硅时，能够减小器件的厚度，另外能够提高掺杂浓度，因而碳化硅作为用于形成导通电阻低、高耐压且低损耗的功率半导体器件的材料而被期待。近年来，正在开发混合动力车、电动机动车、燃料电池机动车等以马达作为驱动源的车辆。上述的特征有利于对这些车辆的马达进行驱动的逆变器电路的开关元件，因此正在开发车载用的碳化硅功率半导体器件。对于车载用的电子部件，从车辆有可能在室外的各种各样的环境下使用这一观点出发，与其他民生用的电子部件相比要求对苛刻的环境条件的耐久性。例如，电子部件的耐久性通过高温高湿偏压试验(以下称作THB试验)来评价。在专利文献1、2中公开了针对高温高湿偏压环境具有可靠性的半导体装置。在先技术文献专利文献专利文献1：日本特开2015-220334号公报专利文献2：日本特开2014-138090号公报在上述的以往技术的半导体装置中，追求进一步的可靠性的提高。
技术实现思路
本公开的一方案提供进一步提高了可靠性的碳化硅半导体装置。本公开的碳化硅半导体装置具备第一导电型的碳化硅基板、多个单元元件以及终端结构。第一导电型的碳化硅基板包括活性区域以及在俯视下包围活性区域的终端区域。多个单元元件位于活性区域。终端结构位于终端区域。各单元元件包括第一导电型的碳化硅基板、配置于第一导电型的碳化硅基板上的第一碳化硅半导体层、选择性地形成于第一碳化硅半导体层的表面的第二导电型的第一主体区域、选择性地形成于第一主体区域内的源极区域、配置于第一碳化硅半导体层的上方的栅极绝缘膜、配置于栅极绝缘膜上的栅极电极、与第一主体区域接触的第一接触区域、以及与第一接触区域及源极区域电连接的内周上部源极电极。终端结构包括第一导电型的碳化硅基板、配置于第一导电型的碳化硅基板上的第一碳化硅半导体层、选择性地形成于所述第一碳化硅半导体层的表面的第二导电型的第二主体区域、配置于第一碳化硅半导体层的表面的一个以上的第二导电型的环形件、选择性地形成于第二主体区域的表面的第二导电型的第二接触区域、配置于第二接触区域的上方的层间绝缘膜、配置于层间绝缘膜的上方的一个以上的外周上部源极电极、以及与栅极电极电连接的上部栅极电极。第二导电型的第二主体区域在俯视下具有包围活性区域的环形状。一个以上的第二导电型的环形件在俯视下包围第二主体区域。一个以上的外周上部源极电极贯穿层间绝缘膜并与第二接触区域电连接，在俯视下包围活性区域。上部栅极电极位于活性区域的内周上部源极电极与外周上部源极电极之间。碳化硅半导体装置还具备由氮化硅构成的第一保护膜和由有机材料构成的第二保护膜。第一保护膜在活性区域以及终端区域中，将焊盘区域除外地覆盖内周上部源极电极、上部栅极电极、以及一个以上的外周上部源极电极中的位于最内侧的外周上部源极电极的内侧面。第二保护膜在活性区域以及终端区域中覆盖一个以上的第二导电型的环形件的至少一部分以及第一保护膜。根据本公开的碳化硅半导体装置，能够进一步提高高温高湿偏压环境下的可靠性。附图说明图1A是示出碳化硅半导体装置的第一实施方式的俯视图。图1B是示出图1A中所示的碳化硅半导体装置中的活性区域以及终端区域的俯视图。图1C是图1A所示的碳化硅半导体装置的上部源极电极以及上部栅极电极的俯视图。图1D是图1A所示的碳化硅半导体装置的第一保护膜以及第二保护膜的俯视图。图2A是图1A的2A-2A’线处的碳化硅半导体装置的剖视图。图2B是图1A的2B-2B’线处的碳化硅半导体装置的剖视图。图2C是示出第一碳化硅半导体层的表面中的图1A所示的2A-2A’线以及2B-2B’线附近的俯视图。图2D是示出形成于第二碳化硅半导体层的栅极电极中的图1A所示的2A-2A’线以及2B-2B’线附近的俯视图。图3是示出FLR区域上的第二碳化硅半导体层的有无所引起的截止泄漏特性的不同的图。图4A是说明碳化硅半导体装置从导通变为截止的情况下的在第一主体区域以及第二主体区域流动的充电电流的路径的图。图4B是说明在第一实施方式的碳化硅半导体装置从导通变为截止的情况下的在第一主体区域以及第二主体区域流动的充电电流的路径的图。图5A是碳化硅半导体装置的第二实施方式的与图1A的2A-2A’线对应的位置处的剖视图。图5B是碳化硅半导体装置的第二实施方式的与图1A的2B-2B’线对应的位置处的剖视图。图6A是碳化硅半导体装置的第三实施方式的与图1A的2A-2A’线对应的位置处的剖视图。图6B是碳化硅半导体装置的第三实施方式的与图1A的2B-2B’线对应的位置处的剖视图。图7A是碳化硅半导体装置的第四实施方式的与图1A的2A-2A’线对应的位置处的剖视图。图7B是碳化硅半导体装置的第四实施方式的变形例的与图1A的2A-2A’线对应的位置处的剖视图。图8A是示出使用试样1的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图8B是示出使用试样2的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图8C是示出使用试样3的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图8D是示出使用试样4的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图9A是示出使用试样5的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图9B是示出使用试样6的碳化硅半导体装置来进行THB试验的结果的图。图10A是示出观察THB试验后的试样5的碳化硅半导体装置而得到的结果的图。图10B是示出观察THB试验后的试样5的碳化硅半导体装置而得到的结果的图。图11A是示出观察THB试验后的试样6的碳化硅半导体装置而得到的结果的图。图11B是示出观察THB试验后的试样6的碳化硅半导体装置而得到的结果的图。图12A是示出使用试样1的碳化硅半导体装置来进行HTRB试验而得到的结果的图。图12B是示出使用试样2的碳化硅半导体装置来进行HTRB试验而得到的结果的图。图12C是示出使用试样3的碳化硅半导体装置来进行HTRB试验而得到的结果的图。图12D是示出使用试样4的碳化硅半导体装置来进行HTRB试验而得到的结果的图。图13是示出使用试样5的碳化硅半导体装置来进行HTRB试验而得到的结果的图。附图标记说明：100碳化硅半导体装置100A活性区域100E终端区域100FFLR区域100S划线区域100u单元元件101碳化硅基板102第一碳化硅半导体层103第一主体区域104源极区域105第一接触区域106第二碳化硅半导体层107栅极绝缘膜108栅极电极109源极电极110漏极电极111层间绝缘膜111c、111d、111g开口部112上部源极电极112F内周上部源极电极112H、112Hb、112Hc外周上部源极电极112Hi内侧面112Hj外侧面112P、114P焊盘区域113布线电极114上部栅极电极115第二主体区域116第二接触区域119、119a、119本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳化硅半导体装置，其具备：包括活性区域以及在俯视下包围所述活性区域的终端区域的第一导电型的碳化硅基板；位于所述活性区域的多个单元元件；以及位于所述终端区域的终端结构，所述碳化硅半导体装置的特征在于，各单元元件包括：所述第一导电型的碳化硅基板；配置于所述第一导电型的碳化硅基板上的第一碳化硅半导体层；选择性地形成于所述第一碳化硅半导体层的表面的第二导电型的第一主体区域；选择性地形成于所述第一主体区域内的源极区域；配置于所述第一碳化硅半导体层的上方的栅极绝缘膜；配置于所述栅极绝缘膜上的栅极电极；与所述第一主体区域接触的第一接触区域；以及与所述第一接触区域及所述源极区域电连接的内周上部源极电极，所述终端结构包括：所述第一导电型的碳化硅基板；配置于所述第一导电型的碳化硅基板上的所述第一碳化硅半导体层；选择性地形成于所述第一碳化硅半导体层的表面且在俯视下具有包围所述活性区域的环形状的第二导电型的第二主体区域；配置于所述第一碳化硅半导体层的所述表面且在俯视下包围所述第二主体区域的一个以上的第二导电型的环形件；选择性地形成于所述第二主体区域的表面的第二导电型的第二接触区域；配置于所述第二接触区域的上方的层间绝缘膜；配置于所述层间绝缘膜之上、贯穿所述层间绝缘膜并与所述第二接触区域电连接、且在俯视下包围所述活性区域的一个以上的外周上部源极电极；以及与所述栅极电极电连接、且在俯视下位于所述活性区域的所述内周上部源极电极与所述一个以上的外周上部源极电极之间的上部栅极电极，所述碳化硅半导体装置还具备：第一保护膜，其由氮化硅构成，所述第一保护膜在所述活性区域以及所述终端区域中，将焊盘区域除外地覆盖所述内周上部源极电极、所述上部栅极电极、以及所述一个以上的外周上部源极电极中的位于最内侧的外周上部源极电极的内侧面；以及第二保护膜，其由有机材料构成，所述第二保护膜在所述活性区域以及所述终端区域中覆盖所述一个以上的第二导电型的环形件的至少一部分以及所述第一保护膜。...

【技术特征摘要】
2016.11.25 JP 2016-228715;2017.09.26 JP 2017-185061.一种碳化硅半导体装置，其具备：包括活性区域以及在俯视下包围所述活性区域的终端区域的第一导电型的碳化硅基板；位于所述活性区域的多个单元元件；以及位于所述终端区域的终端结构，所述碳化硅半导体装置的特征在于，各单元元件包括：所述第一导电型的碳化硅基板；配置于所述第一导电型的碳化硅基板上的第一碳化硅半导体层；选择性地形成于所述第一碳化硅半导体层的表面的第二导电型的第一主体区域；选择性地形成于所述第一主体区域内的源极区域；配置于所述第一碳化硅半导体层的上方的栅极绝缘膜；配置于所述栅极绝缘膜上的栅极电极；与所述第一主体区域接触的第一接触区域；以及与所述第一接触区域及所述源极区域电连接的内周上部源极电极，所述终端结构包括：所述第一导电型的碳化硅基板；配置于所述第一导电型的碳化硅基板上的所述第一碳化硅半导体层；选择性地形成于所述第一碳化硅半导体层的表面且在俯视下具有包围所述活性区域的环形状的第二导电型的第二主体区域；配置于所述第一碳化硅半导体层的所述表面且在俯视下包围所述第二主体区域的一个以上的第二导电型的环形件；选择性地形成于所述第二主体区域的表面的第二导电型的第二接触区域；配置于所述第二接触区域的上方的层间绝缘膜；配置于所述层间绝缘膜之上、贯穿所述层间绝缘膜并与所述第二接触区域电连接、且在俯视下包围所述活性区域的一个以上的外周上部源极电极；以及与所述栅极电极电连接、且在俯视下位于所述活性区域的所述内周上部源极电极与所述一个以上的外周上部源极电极之间的上部栅极电极，所述碳化硅半导体装置还具备：第一保护膜，其由氮化硅构成，所述第一保护膜在所述活性区域以及所述终端区域中，将焊盘区域除外地覆盖所述内周上部源极电极、所述上部栅极电极、以及所述一个以上的外周上部源极电极中的位于最内侧的外周上部源极电极的内侧面；以及第二保护膜，其由有机材料构成，所述第二保护膜在所述活性区域以及所述终端区域中覆盖所述一个以上的第二导电型的环形件的至少一部分以及所述第一保护膜。2.根据权利要求1所述的碳化硅半导体装置，其中，所述一个以上的外周上部源极电极与所述内周上部源极电极电连接。3.根据权利要求1或2所述的碳化硅半导体装置，其中，所述第一保护膜的外侧面在俯视下处于所述一个以上的外周上部源极电极中的位于最外侧的所述外周上部源极电极与所述一个以上的第二导电型的环形件之间。4.根据权利要求1或...

【专利技术属性】
技术研发人员：佐野恒一郎，大冈笃志，清泽努，石山修，若山贵行，斋藤浩一，长谷川贵史，进藤大辅，楠本修，
申请(专利权)人：松下知识产权经营株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP