[发明专利]半导体装置及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体装置及其制造方法，特别涉及可用于高耐压、强电流的由碳化硅构成的功率半导体器件。

背景技术

功率半导体器件是以高耐压下通过强电流为用途的半导体元件，期望其具有低损耗。一直以来，采用硅(Si)基板的功率半导体器件占主导地位，但近年，采用碳化硅(SiC)基板的功率半导体器件逐渐受到关注，对它的开发也在逐渐深入(例如，参考专利文献1)。

相比于硅(Si)，碳化硅(SiC)材料本身的绝缘击穿电压高出一个数量级，因此具有以下特点：将pn结或肖特基结上的耗尽层做的薄一些，也可以维持其耐压。从而，用SiC就可以把器件做得更薄，而且，可以提高掺杂浓度，所以SiC作为低导通电阻、高耐压、低损耗的功率半导体器件的材料，被寄予厚望。

专利文献1：日本国专利公开公报“特开平10-308510号”

专利文献2：日本国专利公开公报“特开2003-101039号”

专利文献3：日本国专利公开公报“特开平7-131033号”

发明内容

采用SiC的功率半导体器件的元件内部电场强度要比采用Si的功率半导体器件的元件内部电场强度大十倍左右。一般，采用SiC的功率半导体器件设计成能够承受这种电场强度。但是，因为元件的周边区域也会产生较大的电场，如果元件周边区域的设计和采用Si的功率半导体器件相同，则可能会导致此区域发生绝缘击穿。

专利文献2中提出了如下方案：如图10所示，杂质的表面降场(RESURF：reduced surface field)层210的周围设置了由p⁺型高杂质浓度层构成的第1保护环层211和由p^-型低杂质浓度层构成的第2保护环层212，保护环层211上配置有起到场电极(field plate)作用的金属布线层205。由此结构，可缓和在终端部的n^-型半导体层201和绝缘层206的界面上的电场强度，来提高元件的耐压性。

密封半导体元件时，有时会采用聚酰亚胺类涂层材料(JCR：Junction Coating Resin)或环氧树脂类的塑胶材料作为半导体元件的表面覆盖材料。本发明的发明者发现，图10所示的结构中，不能缓和JCR膜(图中未示)或密封树脂(图中未示)上的电场集中，可能会导致这些膜内或界面上产生绝缘击穿。

另外，现有的Si功率半导体器件中，有可能因湿气等水分的进入导致电特性(绝缘击穿耐压)的下降，而成为难题。如上述，因SiC功率半导体器件的元件内部和元件周围的电场强度较高，有可能导致比Si功率半导体器件的抗湿能力还差这样更大的难题。

专利文献3中，为了防止从保护膜进入水分和杂质，绝缘栅极型场效应晶体管的沟道层等上设置了硅氮化膜。因为硅氮化膜的热膨胀系数与Si的热膨胀系数比较接近，所以将硅氮化膜利用到Si功率半导体器件时，不会导致周围产生较大应力或变形，可较好的防止水分和杂质进入半导体元件。但是，本发明的发明者在研究中发现，如果用硅氮化膜作为SiC功率半导体器件的保护绝缘膜的材料，可能因材料间的热膨胀系数的差异而引起应力及变形。这种应力和变形可能会导致保护绝缘膜等的龟裂。

本发明鉴于上述问题，其主要目的是提供一种在不降低电特性(绝缘击穿耐压等)的基础上，有效地防止水分进入到元件，且有效地抑制用于元件的材料间的应力和变形的半导体装置及其制造方法。

本发明的半导体装置是具有半导体元件区域和保护环区域的半导体装置，其中所述半导体元件区域配置于碳化硅层的一部分，所述保护环区域配置于从与所述碳化硅层的主面相垂直的方向看、在所述碳化硅层中包围所述半导体元件区域的区域，所述半导体装置的特征在于：包含：在所述碳化硅层的半导体元件区域及所述保护环区域的所述主面上形成的相对介电常数为20以上的层间绝缘膜；在所述保护环区域的所述层间绝缘膜上形成的第1保护绝缘层；和所述第1保护绝缘层上形成的第2保护绝缘层，所述第1保护绝缘层的线膨胀系数是在构成所述第2保护绝缘层的材料的线膨胀系数和构成所述层间绝缘膜的材料的线膨胀系数之间。

在某种实施方式下，构成所述第1保护绝缘层的材料和碳化硅之间的线膨胀系数之差小于构成所述第2保护绝缘层的材料和碳化硅之间的线膨胀系数之差。

在某种实施方式下，在所述保护环区域上形成所述第1保护绝缘层及所述第2保护绝缘层，而在所述半导体元件区域的至少一部分上没有形成所述第1保护绝缘层及所述第2保护绝缘层。