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公開番号2025103788
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-09
出願番号2023221422
出願日2023-12-27
発明の名称炭化珪素半導体装置及びその製造方法
出願人三安ジャパンテクノロジー株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250702BHJP()
要約【課題】信頼性が向上する炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置であって、第1導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板2と、第1導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層3と、ドリフト層の上において第2導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層4と、複数のボディ層のそれぞれの上においてドリフト層よりも高不純物濃度の第1導電型の炭化珪素でそれぞれ形成された複数のソース層5と、ボディ層およびソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜7と、ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極8と、ゲート電極を覆う層間絶縁膜9と、ソース層の上に形成されたソース電極と、ソース電極及び層間絶縁膜を覆うように形成されたソース配線電極と、ソース配線電極を覆うように設けられた封止部と、ソース配線電極と前記封止部との間に形成された水素の透過を抑制するためのバリア層とを備える。

【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の第１面において第１導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層と、
前記ドリフト層の上において第２導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層と、
前記複数のボディ層のそれぞれの上において前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型の炭化珪素でそれぞれ形成された複数のソース層と、
前記ボディ層および前記ソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜とともに覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記ソース層の上に形成されたソース電極と、
前記ソース電極及び前記層間絶縁膜を覆うように形成されたソース配線電極と、
前記ソース配線電極を覆うように設けられた封止部と、
前記ソース配線電極と前記封止部との間に形成された水素の透過を抑制するためのバリア層と
を備えた炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 720 文字）【請求項２】
前記バリア層は、酸化アルミニウムからなる
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項３】
前記バリア層の厚みは、２０ｎｍ以上１００ｎｍ以下である
請求項２に記載の半導体装置。
【請求項４】
前記ソース配線電極と接合されたボンディングワイヤを備え、
前記ソース配線電極は、ボンディングワイヤと接合する接合部を有し、
前記ソース配線電極の前記接合部には、前記バリア層が形成されていない、
請求項１に記載の半導体装置。
【請求項５】
炭化珪素基板上にドリフト層を形成する工程と、
前記ドリフト層上にイオン注入によりボディ層及びソース層を形成する工程と、
前記ボディ層及び前記ソース層と接するようにゲート絶縁膜を形成する工程と、
前記ゲート絶縁膜上にゲート電極を形成する工程と、
前記ゲート電極を覆うように層間絶縁膜を形成する工程と、
前記ソース層を覆うようにソース電極を形成する工程と、
前記層間絶縁膜及び前記ソース電極を覆うようにソース配線電極を形成する工程と、
前記ソース配線電極に対してボンディングワイヤを接合する工程と、
プラズマ酸化又はスパッタリングによって、前記ソース配線電極上に水素の透過を抑制するためのバリア層を成膜する工程と、
前記バリア層を覆うように樹脂を充填して封止する工程と、
を含む、炭化珪素半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記バリア層は、酸化アルミニウムからなる
請求項５に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化珪素半導体装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,100 文字）【背景技術】
【０００２】
基板及びドリフト層（エピタキシャル層）に炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置は、基板に珪素（Ｓｉ）を用いた半導体装置よりも高耐圧、低損失、及び高速を実現できることから、例えばパワー半導体装置として用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、炭化珪素半導体装置としてのＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴが開示されている。非特許文献１には、トレンチ型のパワーＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴにおいて、水素イオン（Ｈ
＋
）がデバイスに入り込むとＨＴＲＢ（High_Temperature_Reverse_Bias：高温逆電圧）試験の信頼性を損なう作用があること、及びその対策として層間絶縁膜にリン濃度が高い材料を採用することで水素イオンを吸着し、半導体装置の内部に水素イオンが浸入することを防止して半導体装置の信頼性を向上させうることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－９３４９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
Ai LoonOoi, David Goh, V. C. Ngwan, STMicroelectronics Pte Ltd “High Temperature Reverse Bias (HTRB) & Temperature Humidity Bias(THB) Reliability Failure Mechanisms and Improvements in Trench Power MOSFETand IGBT” DOI 10.1109/JEDS.2021.3109347, IEEE Journal of the ElectronDevices Society
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴなどの炭化珪素半導体装置は、樹脂によって封止されることが多いところ、その樹脂から析出した水素イオンが、ソース配線電極を経由し、その後、ゲート電極、ゲート絶縁膜又はソース電極等を通り、ボディ層のチャネルエリアに到達することにより、ＨＴＲＢ（高温逆電圧）試験における信頼性を損なうとともに、半導体装置のゲート（Vth）閾値電圧の変動及びリーク電流の増加を招くと考えられる。このため、水素イオンをチャネルエリアに到達させないことが求められる。
本発明は、これらの問題に鑑みて、樹脂から析出する水素イオンがソース配線電極へ透過することを防止することによって、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の炭化珪素半導体装置の１つの態様は、第１導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の第１面において第１導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層と、
前記ドリフト層の上において第２導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層と、
前記複数のボディ層のそれぞれの上において前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型の炭化珪素でそれぞれ形成された複数のソース層と、
前記ボディ層および前記ソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜とともに覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記ソース層の上に形成されたソース電極と、
前記ソース電極及び前記層間絶縁膜を覆うように形成されたソース配線電極と、
前記ソース配線電極を覆うように設けられた封止部と、
前記ソース配線電極と前記封止部との間に形成された水素の透過を抑制するためのバリア層とを備えたものである。
【０００８】
このように、ソース配線電極と封止部との間に形成された水素の透過を抑制するためのバリア層とを備えたため、バリア層は水素イオンの透過率が低いことから、バリア層によって、封止部の樹脂から析出した水素イオンをソース配線電極へ移動することを防止することができる。これにより、水素イオンが炭化珪素半導体装置のチャネルエリアへ到達することを防止することができるため、炭化珪素半導体装置の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の炭化珪素半導体装置は、上述の態様の具体的態様として、バリア層は、酸化アルミニウムからなるものである。
【００１０】
このように、バリア層は、酸化アルミニウムからなることとしたので、バリア層の水素透過率はソース配線電極よりも大幅に低いことから、封止部の樹脂から析出した水素イオンをソース配線電極へ移動することを防止することができる。これにより、水素イオンが炭化珪素半導体装置のチャネルエリアへ到達することを防止することができるため、信頼性の高い炭化珪素半導体装置を製造することができる。
（【００１１】以降は省略されています）

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