JP2024073983A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セル領域にメインセル領域とセンスセル領域とが備えられたトレンチゲート構造を有する炭化珪素(以下では、SiCともいう)半導体装置に関するものである。 The present invention relates to a silicon carbide (hereinafter also referred to as SiC) semiconductor device having a trench gate structure in which a cell region includes a main cell region and a sense cell region.
従来より、セル領域にメインセル領域とセンスセル領域とが備えられ、メインセル領域に流れる電流をセンスセル領域にて検出するようにしたSiC半導体装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。具体的には、このSiC半導体装置では、メインセル領域とセンスセル領域に同じ構造のMOSFET素子が形成されている。また、このSiC半導体装置では、メインセル領域とセンスセル領域との間に素子分離領域が備えられている。 Conventionally, a SiC semiconductor device has been proposed in which a cell region is provided with a main cell region and a sense cell region, and the current flowing through the main cell region is detected in the sense cell region (see, for example, Patent Document 1). Specifically, in this SiC semiconductor device, MOSFET elements of the same structure are formed in the main cell region and the sense cell region. In addition, in this SiC semiconductor device, an element isolation region is provided between the main cell region and the sense cell region.
メインセル領域およびセンスセル領域は、トレンチゲート構造を有しており、トレンチゲート構造の下方に、一方向を長手方向として延設されたp型のディープ層およびn型のJFET層とが形成されている。なお、ディープ層およびJFET層は、隣合うディープ層の間にJFET層が配置されるように、ディープ層とJFET層とが長手方向と交差する方向に沿って交互に配置されている。 The main cell region and the sense cell region have a trench gate structure, and below the trench gate structure, a p-type deep layer and an n-type JFET layer are formed, extending in one direction as the longitudinal direction. The deep layers and JFET layers are alternately arranged along a direction intersecting the longitudinal direction, so that the JFET layers are arranged between adjacent deep layers.
素子分離領域には、メインセル領域と同様のディープ層およびJFET層が形成されている。なお、素子分離領域におけるディープ層は、メインセル領域側の部分とセンスセル領域側の部分とが所定間隔だけ離れて配置されている。そして、このSiC半導体装置では、素子分離領域におけるディープ層の間隔をメインセル領域におけるディープ層の間隔よりも狭くすることにより、素子分離領域の耐圧を向上できるようにしている。 In the element isolation region, a deep layer and a JFET layer similar to those in the main cell region are formed. The deep layer in the element isolation region is arranged such that the portion on the main cell region side and the portion on the sense cell region side are spaced a predetermined distance apart. In this SiC semiconductor device, the spacing between the deep layers in the element isolation region is narrower than the spacing between the deep layers in the main cell region, thereby improving the breakdown voltage of the element isolation region.
しかしながら、本発明者らが上記のSiC半導体装置における素子分離領域のディープ層の間隔について詳細に検討したところ、次のことが確認された。すなわち、上記のSiC半導体装置では、素子分離領域のディープ層の間隔を0.6μm以下にすることが好ましいことが確認された。この場合、ディープ層をイオン注入で形成しようとすると、イオン注入時に用いるマスクの残し幅をディープ層の間隔に合わせて0.6μm以下にする必要がある。このため、上記のSiC半導体装置では、マスクの加工が不安定となって歩留まりが悪化する可能性がある。 However, the inventors conducted a detailed study of the spacing of the deep layers in the element isolation region of the above-mentioned SiC semiconductor device and confirmed the following. That is, it was confirmed that in the above-mentioned SiC semiconductor device, it is preferable to set the spacing of the deep layers in the element isolation region to 0.6 μm or less. In this case, if the deep layers are to be formed by ion implantation, the remaining width of the mask used during ion implantation must be set to 0.6 μm or less to match the spacing of the deep layers. For this reason, in the above-mentioned SiC semiconductor device, mask processing may become unstable, resulting in a deterioration in yield.
本発明は上記点に鑑み、歩留まりが悪化することを抑制できるSiC半導体装置を提供することを目的とする。 In view of the above, the present invention aims to provide a SiC semiconductor device that can suppress deterioration of yield.
上記目的を達成するための請求項1は、トレンチゲート構造を有する半導体素子がメインセル領域(Rm)およびセンスセル領域(Rs)を含むセル領域(1)に形成され、メインセル領域とセンスセル領域とが素子分離領域(In)によって電気的に分離されたSiC半導体装置であって、SiCからなる第1導電型または第2導電型の基板(11)と、基板の表面上に形成され、基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(13)と、を有し、メインセル領域およびセンスセル領域は、第1不純物領域の表層部に形成され、第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型のSiCからなるJFET層(14)と、第1不純物領域の表層部に形成され、基板の面方向においてJFET層と交互に配置された第2導電型のSiCからなるディープ層(15)と、JFET層およびディープ層上に形成された第2導電型のSiCからなるベース層(21)と、ベース層よりも深く一方向を長手方向として形成されたトレンチ(24)の内壁面に形成されたゲート絶縁膜(25)と、トレンチ内において、ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(26)と、を有するトレンチゲート構造と、ベース層の表層部においてトレンチゲート構造と接して形成され、第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型のSiCからなる第2不純物領域(22)と、メインセル領域およびセンスセル領域のそれぞれに分離して備えられ、メインセル領域の第2不純物領域およびベース層に電気的に接続されると共に、センスセル領域の第2不純物領域およびベース層に電気的に接続される第1電極(28)と、基板の裏面側に配置され、基板と電気的に接続される第2電極(31)と、を有し、素子分離領域は、第1不純物領域の表層部に形成されたディープ層と、ディープ層上に形成されたベース層と、メインセル領域側に位置するベース層とセンスセル領域側に位置するベース層とを電気的に分離する分離構造(40、41)と、を有し、素子分離領域におけるディープ層は、メインセル領域側に位置する部分とセンスセル領域側に位置する部分とが所定間隔(B3)だけ離れて配置され、所定間隔は、セル領域におけるディープ層の間隔(B1、B2)より広くされ、JFET層は、セル領域のうちの素子分離領域と異なる領域に形成されている。
これによれば、素子分離領域に第1不純物領域よりも高濃度であるJFET層を形成しない構成としている。このため、素子分離領域にJFET層が形成されている場合と比較して、電圧の影響による等電位線のせり上がりを抑制し易くできる。したがって、素子分離領域におけるディープ層の間隔をセル領域におけるディープ層の間隔以上にできる。これにより、ディープ層をイオン注入で形成する際、素子分離領域におけるディープ層の間隔に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。 According to this, a JFET layer having a higher concentration than the first impurity region is not formed in the element isolation region. Therefore, compared to when a JFET layer is formed in the element isolation region, it is easier to suppress the rise of the equipotential lines due to the influence of voltage. Therefore, the distance between the deep layers in the element isolation region can be made equal to or greater than the distance between the deep layers in the cell region. As a result, when forming the deep layers by ion implantation, a mask corresponding to the distance between the deep layers in the element isolation region can be easily arranged, resulting in a SiC semiconductor device in which the deterioration of yield is suppressed.
なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。 The reference symbols in parentheses attached to each component indicate an example of the correspondence between the component and the specific components described in the embodiments described below.
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。 The following describes embodiments of the present invention with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other are denoted by the same reference numerals.
(第1実施形態)
第1実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態のSiC半導体装置は、図1に示されるように、セル領域1と、セル領域1を囲む外周領域2とを有する構成とされている。セル領域1は、メインセルが備えられたメインセル領域Rmとセンスセルが備えられたセンスセル領域Rsと、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に配置され、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとを電気的に分離する素子分離領域Inとを有している。そして、本実施形態のSiC半導体装置は、センスセル領域Rsに流れるセンス電流および面積比によってメインセル領域Rmに流れるメイン電流が検出される。
First Embodiment
The first embodiment will be described with reference to the drawings. As shown in Fig. 1, the SiC semiconductor device of this embodiment has a
本実施形態では、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsは、センスセル領域Rsがメインセル領域Rm内に位置するように配置されている。そして、素子分離領域Inは、センスセル領域Rsを囲むように枠状に配置されている。なお、本実施形態では、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsには、同様の構造のトレンチゲート構造のMOSFETが形成されている。 In this embodiment, the main cell region Rm and the sense cell region Rs are arranged so that the sense cell region Rs is located within the main cell region Rm. The element isolation region In is arranged in a frame shape so as to surround the sense cell region Rs. Note that in this embodiment, MOSFETs with a trench gate structure having a similar structure are formed in the main cell region Rm and the sense cell region Rs.
外周領域2は、図2に示されるように、ガードリング部2aと、ガードリング2a部よりも内側に配置される繋ぎ部2bとを有する構成とされている。言い換えると、外周領域2は、ガードリング部2aと、セル領域1とガードリング部2aとの間に配置される繋ぎ部2bとを有する構成とされている。
As shown in FIG. 2, the
以下、セル領域1にnチャネル型MOSFETが備えられたSiC半導体装置について、図2および図3を参照しつつ説明する。なお、上記のように、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsには、同様の構造のMOSFETが形成されている。また、以下では、後述する基板11の面方向における一方向をX軸方向とし、基板の面方向における一方向と交差する方向をY軸方向とし、X軸方向およびY軸方向と交差する方向をZ軸方向として説明する。本実施形態では、X軸方向とY軸方向とは直交している。また、本実施形態におけるZ軸方向とは、後述する半導体基板10の厚さ方向に相当しており、後述する基板11と低濃度層13との積層方向にも相当している。そして、Y軸方向は、例えば、<11-20>方向とされる。
The following describes a SiC semiconductor device having an n-channel MOSFET in the
SiC半導体装置は、半導体基板10を用いて構成されている。具体的には、SiC半導体装置は、SiCからなるn+型の基板11を備えている。本実施形態では、基板11として、例えば、(0001)Si面に対して0~8°のオフ角を有し、窒素やリン等のn型不純物濃度が1.0×1019/cm3とされ、厚さが300μm程度とされたものが用いられる。なお、基板11は、本実施形態ではドレイン領域を構成するものである。
The SiC semiconductor device is configured using a
基板11の表面上には、SiCからなるn型のバッファ層12が形成されている。バッファ層12は、基板11の表面にエピタキシャル成長を行うことによって構成される。そして、バッファ層12は、n型不純物濃度が、基板11と、後述する低濃度層13との間の不純物濃度とされ、厚さが1μm程度とされている。
An n-
バッファ層12の表面上には、例えば、n型不純物濃度が5.0~20.0×1015/cm3とされ、厚さが7~15μm程度とされたSiCからなるn-型の低濃度層13が形成されている。この低濃度層13は、不純物濃度がZ軸方向において一定とされていてもよいが、濃度分布に傾斜が付けられ、低濃度層13のうちの基板11側の方が基板11から離れる側よりも高濃度となるようにされると好ましい。例えば、低濃度層13は、基板11の表面から3~5μm程度の部分の不純物濃度が2.0×1015/cm3程度他の部分よりも高くされるのが好ましい。このような構成にすることにより、低濃度層13の内部抵抗を低減でき、オン抵抗を低減することができる。なお、本実施形態では、低濃度層13が第1不純物領域に相当する。
On the surface of the
低濃度層13の表層部には、セル領域1および外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、JFET層14および第1ディープ層15が形成されている。本実施形態では、JFET層14および第1ディープ層15は、それぞれX軸方向に沿って延設されると共に、Y軸方向において交互に繰り返し並べて配置された線状部分を有している。つまり、JFET層14および第1ディープ層15は、基板11の表面に対する法線方向(以下では、単に法線方向ともいう)において、それぞれX軸方向に沿って延設されたストライプ状とされ、それらがY軸方向に沿って交互に並べられたレイアウトとなる構成とされている。なお、基板11の表面に対する法線方向においてとは、言い換えると、基板11の表面に対する法線方向から視たときということもできる。また、基板11の表面に対する法線方向とは、後述するドリフト層19とベース層21との積層方向に沿った方向でもあり、Z軸方向に沿った方向である。
In the surface layer of the
JFET層14は、低濃度層13よりも高不純物濃度とされたn型とされており、厚さが0.3~1.5μmとされている。本実施形態では、JFET層14は、n型不純物濃度が5.0×1016~1.0×1017/cm3程度とされている。第1ディープ層15は、p型不純物濃度が2.0×1017~2.0×1018/cm3程度とされている。なお、具体的には後述するが、本実施形態では、セル領域1のうちの素子分離領域InにはJFET層14が形成されていない。つまり、JFET層14は、セル領域1においては、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsのみに形成されている。そして、本実施形態では、セル領域1のうちのJFET層14が形成されていない領域が素子分離領域Inとされている。
The
また、本実施形態の第1ディープ層15は、JFET層14より浅く形成されている。つまり、第1ディープ層15は、底部がJFET層14内に位置するように形成されている。言い換えると、第1ディープ層15は、低濃度層13との間にJFET層14が位置するように形成されている。なお、このようなJFET層14および第1ディープ層15は、低濃度層13の表層部に適宜不純物をイオン注入することで形成される。
In addition, the first
ここで、上記のようにメインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとは、同様の構成とされており、斜視図は共に図3に示されるようになる。但し、本実施形態では、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2は、メインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1よりも狭くされている。このため、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsの図2に相当する図は、実際には、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2がメインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1よりも狭くなる図となる。なお、隣合う第1ディープ層15の間隔とは、Y軸方向に沿って配列された第1ディープ層15の間隔ともいえる。また、以下では、メインセル領域Rmにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B1を単に間隔B1ともいい、センスセル領域Rsにおける隣合う第1ディープ層15の間隔B2を単に間隔B2ともいう。
Here, as described above, the main cell region Rm and the sense cell region Rs have the same configuration, and the perspective views of both are as shown in FIG. 3. However, in this embodiment, the interval B2 between adjacent first
また、低濃度層13の表層部には、外周領域2のガードリング部2aにおいて、セル領域1を囲むように、複数本のp型のガードリング16が備えられている。本実施形態では、ガードリング16の上面レイアウトは、法線方向において、四隅が丸められた四角形状や円形状等とされている。
In addition, a plurality of p-type guard rings 16 are provided in the surface layer of the
セル領域1におけるJFET層14および第1ディープ層15上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23等が形成されている。
A current spreading
電流分散層17は、低濃度層13よりも高不純物濃度とされたn型とされ、JFET層14と繋がるように形成されている。このため、本実施形態では、低濃度層13、JFET層14、および電流分散層17が繋がり、これらによってドリフト層19が構成されている。また、電流分散層17は、厚さが0.5~2.0μmとされ、n型不純物濃度が1.0×1017~3.0×1017cm3程度とされている。
The current spreading
第2ディープ層18は、p型とされ、厚さが電流分散層17と等しくされている。また、第2ディープ層18は、第1ディープ層15と接続されるように形成されている。本実施形態の第2ディープ層18は、p型不純物濃度が2.0×1017~2.0×1018/cm3程度とされている。
The second
そして、電流分散層17および第2ディープ層18は、JFET層14のうちのストライプ状とされた部分や、第1ディープ層15の長手方向に対して交差する方向に延設されている。本実施形態では、電流分散層17および第2ディープ層18は、Y軸方向を長手方向として延設されると共に、X軸方向において交互に複数本が並べられたレイアウトとされている。なお、電流分散層17および第2ディープ層18の形成ピッチは、後述するトレンチゲート構造の形成ピッチに合わせてあり、第2ディープ層18は、後述するトレンチ24を挟むように形成されている。
The current spreading
ベース層21は、p型とされ、電流分散層17および第2ディープ層18上に形成されている。このため、第1ディープ層15は、第2ディープ層18を介してベース層21と接続された状態となっている。ベース層21は、例えば、p型不純物濃度が5.0×1016~2.0×1019/cm3とされ、厚さが2.0μm程度とされている。
The
ソース領域22は、n+型とされており、ベース層21の表層部に形成されている。コンタクト領域23は、p+型とされており、ベース層21の表層部に形成されている。具体的には、ソース領域22は、後述するトレンチ24の側面に接するように形成されてお、コンタクト領域23は、ソース領域22を挟んで後述するトレンチ24と反対側に形成されている。本実施形態では、ソース領域22は、表層部におけるn型不純物濃度(すなわち、表面濃度)が例えば1.0×1018/cm3とされ、厚さが0.3μm程度とされている。コンタクト領域23は、表層部におけるp型不純物濃度(すなわち、表面濃度)が例えば1.0×1021/cm3とされ、厚さが0.3μm程度とされている。なお、本実施形態では、ソース領域22が第2不純物領域に相当する。
The
外周領域2における低濃度層13、JFET層14、第1ディープ層15、ガードリング16上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、およびコンタクト領域23等が形成されている。第2ディープ層18は、外周領域2のうちの繋ぎ部2bに形成されており、セル領域1から外周領域2まで延設された第1ディープ層15と接続されるように形成されている。
A current spreading
ベース層21は、第2ディープ層18上に形成されており、セル領域1から延設されている。コンタクト領域23は、ベース層21の表層部に形成されており、セル領域1に形成されたコンタクト領域23と同様の構成とされている。なお、本実施形態では、外周領域2における繋ぎ部2bは、表層の全面がコンタクト領域23とされている。
The
本実施形態では、以上のように、基板11、バッファ層12、低濃度層13、JFET層14、第1ディープ層15、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23等を含んで半導体基板10が構成されている。そして、上記のように半導体基板10が構成されているため、半導体基板10は、SiCで構成されているといえる。また、本実施形態では、半導体基板10の一面10aがソース領域22やコンタクト領域23で構成され、半導体基板10の他面10bが基板11で構成されている。
As described above, in this embodiment, the
なお、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23は、本実施形態ではイオン注入を行って構成される。このため、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、ソース領域22、コンタクト領域23は、イオン注入層で構成されているともいえる。
In this embodiment, the current spreading
また、半導体基板10には、セル領域1に、ソース領域22やベース層21等を貫通して一面10a側から電流分散層17に達すると共に、底面が電流分散層17内に位置するように、例えば、幅が0.4~0.8μmとされたトレンチ24が形成されている。なお、トレンチ24は、JFET層14および第1ディープ層15に達しないように形成されている。つまり、トレンチ24は、底面よりも下方に、トレンチ24とは離れた状態でJFET層14および第1ディープ層15が位置するように形成されている。
In addition, in the
また、トレンチ24は、Y軸方向に沿って延びるように複数本が延設されると共に、X軸方向に等間隔で並べられてストライプ状となるように形成されている。つまり、本実施形態では、トレンチ24は、長手方向が第1ディープ層15の長手方向と直交するように形成されている。そして、トレンチ24は、Z軸方向において、第2ディープ層18に挟まれるように形成されている。
The
トレンチ24には、内壁面にゲート絶縁膜25が形成され、ゲート絶縁膜25上には、ドープトPoly-Si等によって構成されるゲート電極26が形成されている。これにより、トレンチゲート構造が構成されている。特に限定されるものではないが、ゲート絶縁膜25は、トレンチ24の内壁面を熱酸化する、またはCVD(chemical vapor depositionの略)法を行うことで形成される。そして、ゲート絶縁膜25は、厚さがトレンチ24の側面側および底面側で共に100nm程度とされている。
A
なお、ゲート絶縁膜25は、トレンチ24の内壁面以外の表面にも形成されている。具体的には、ゲート絶縁膜25は、半導体基板10の一面10aの一部も覆うように形成されている。より詳しくは、ゲート絶縁膜25は、セル領域1において、ソース領域22の表面の一部も覆うように形成されている。言い換えると、ゲート絶縁膜25には、セル領域1において、ゲート電極26が配置される部分と異なる部分において、ソース領域22およびコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール25aが形成されている。
The
ゲート絶縁膜25は、繋ぎ部2bにおけるコンタクト領域23の表面にも形成されている。また、ゲート絶縁膜25は、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクト領域23を露出させるコンタクトホール25cが形成されている。そして、ゲート電極26は、繋ぎ部2bにおけるゲート絶縁膜25の表面上まで延設されている。なお、本実施形態のコンタクトホール25cは、繋ぎ部2bのゲート絶縁膜25上まで延設されたゲート電極26よりもガードリング部2a側に形成されている。以上のようにして、本実施形態のトレンチゲート構造が構成されている。
The
また、半導体基板10には、外周領域2のうちのガードリング部2aにおいて、ベース層21を貫通して第2ディープ層18および電流分散層17に達するように凹部10cが形成されている。本実施形態のSiC半導体装置は、このように外周領域2に凹部10cが形成されたメサ構造型とされている。
In addition, in the
半導体基板10の一面10a上には、ゲート電極26やゲート絶縁膜25等を覆うように、層間絶縁膜27が形成されている。層間絶縁膜27は、BPSG(Borophosphosilicate Glassの略)等で構成されている。
An interlayer insulating
層間絶縁膜27には、セル領域1において、コンタクトホール25aと連通してソース領域22やコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール27aが形成されている。また、層間絶縁膜27には、ゲート電極26のうちの繋ぎ部2bまで延設された部分を露出させるコンタクトホール27bが形成されている。さらに、層間絶縁膜27には、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクトホール25cと連通してコンタクト領域23を露出させるコンタクトホール27cが形成されている。つまり、層間絶縁膜27には、セル領域1にコンタクトホール27aが形成され、外周領域2にコンタクトホール27b、27cが形成されている。
In the
なお、セル領域1の層間絶縁膜27に形成されたコンタクトホール27aは、ゲート絶縁膜25に形成されたコンタクトホール25aと連通するように形成されており、当該コンタクトホール25aと共に1つのコンタクトホールとして機能する。このため、以下では、コンタクトホール25aおよびコンタクトホール27aを纏めてコンタクトホール25bともいう。また、繋ぎ部2bの層間絶縁膜27に形成されたコンタクトホール27cは、ゲート絶縁膜25に形成されたコンタクトホール25cと連通するように形成されており、当該コンタクトホール25cと共に1つのコンタクトホールとして機能する。このため、以下では、コンタクトホール25cおよびコンタクトホール27cを纏めて繋ぎ部用コンタクトホール25dともいう。そして、コンタクトホール25b、および繋ぎ部用コンタクトホール25dのパターンは、任意であり、例えば複数の正方形のものを配列させたパターン、長方形のライン状のものを配列させたパターン、または、ライン状のものを並べたパターン等が挙げられる。本実施形態では、コンタクトホール25b、および繋ぎ部用コンタクトホール25dは、トレンチ24の長手方向に沿ったライン状とされている。
The
層間絶縁膜27上には、コンタクトホール25bを通じてソース領域22およびコンタクト領域23と電気的に接続される上部電極28が形成されている。なお、本実施形態の上部電極28は、繋ぎ部用コンタクトホール25dを通じて外周領域2のベース層21に形成されたコンタクト領域23とも接続されている。また、上部電極28は、セル領域1において、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsに対して別々に備えられている。そして、それぞれの上部電極28は、別々に外部との電気的な接続が行えるようになっている。本実施形態では、上部電極28が第1電極に相当している。また、層間絶縁膜27上には、コンタクトホール27bを通じてゲート電極26と電気的に接続されるゲート配線29が形成されている。
An
本実施形態の上部電極28は、例えば、Ni/Al等の複数の金属にて構成されている。そして、複数の金属のうちのn型SiC(すなわち、ソース領域22)を構成する部分と接触する部分は、n型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。また、複数の金属のうちの少なくともp型SiC(すなわち、コンタクト領域23)と接触する部分は、p型SiCとオーミック接触可能な金属で構成されている。なお、ゲート配線29は、上部電極28と同様の構成とされていてもよいし、Al-Si等で構成されていてもよい。
The
さらに、繋ぎ部2bおよびガードリング部2aを覆うように、ポリイミド等によって構成される保護膜30が形成されている。本実施形態では、保護膜30は、上部電極28と後述する下部電極31との間で沿面放電が発生することを抑制するため、外周領域2からセル領域1の外縁部上まで形成されている。具体的には、保護膜30は、セル領域1において、上部電極28のうちの外周領域2側の部分を覆いつつ、上部電極28のうちの内縁側の部分を露出させるように形成されている。
Furthermore, a
半導体基板10の他面10b側には、基板11と電気的に接続される下部電極31が形成されている。なお、本実施形態では、下部電極31が第2電極に相当している。
A
本実施形態のSiC半導体装置では、このような構造により、nチャネルタイプの反転型であるトレンチゲート構造のMOSFETがメインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsに形成されている。次に、素子分離領域Inの構成について説明する。 In the SiC semiconductor device of this embodiment, an n-channel type inversion type trench gate structure MOSFET is formed in the main cell region Rm and the sense cell region Rs due to this structure. Next, the configuration of the element isolation region In will be described.
素子分離領域Inは、上記のようにセンスセル領域Rsを囲むようにして形成され、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に配置されている。そして、素子分離領域Inは、図4に示されるように、セル領域1と同様に、基板11、バッファ層12、低濃度層13を有する構成とされている。
The element isolation region In is formed to surround the sense cell region Rs as described above, and is disposed between the main cell region Rm and the sense cell region Rs. As shown in FIG. 4, the element isolation region In has a structure including a
低濃度層13の表層部には、第1ディープ層15のみが形成されており、JFET層14は形成されていない。そして、本実施形態では、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に位置するJFET層14が形成されていない領域が素子分離領域Inとされている。つまり、JFET層14は、素子分離領域Inと異なる領域に形成されている。
Only the first
また、第1ディープ層15は、メインセル領域Rm側の部分と、センスセル領域Rs側の部分とが間隔B3だけ離れて配置されている。但し、素子分離領域Inにおける第1ディープ層15の間隔B3(以下では、単に間隔B3ともいう)は、メインセル領域Rmおよびセンスセル領域Rsにおける間隔B1、B2以上とされている。本実施形態では、例えば、間隔B1が0.9μmとされ、間隔B3が1.0~1.4μmとされる。
The first
第1ディープ層15上には、電流分散層17、第2ディープ層18、ベース層21、コンタクト領域23が形成されている。第2ディープ層18は、メインセル領域Rm側の部分と、センスセル領域Rs側の部分とが間隔B4だけ離れて配置されている。但し、第2ディープ層18の間隔B4は、第1ディープ層15の間隔B3よりも広くされている。そして、電流分散層17は、第2ディープ層18の間に配置されている。
A current spreading
ベース層21は、第2ディープ層18上に配置されており、コンタクト領域23は、ベース層21の表層部に形成されている。なお、素子分離領域Inにおける各構成要素は、セル領域1と同様の不純物濃度とされている。
The
また、素子分離領域Inには、分離構造としての分離トレンチ40が電流分散層17および第2ディープ層18に達するように形成されている。これにより、メインセル領域Rm側のベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rs側のベース層21およびコンタクト領域23とが電気的に分離されている。本実施形態では、分離トレンチ40は、深さがトレンチ24と同じとされており、トレンチ24を形成する際に同時に形成される。
In addition, in the element isolation region In, an
なお、本実施形態では、素子分離領域Inの幅Indは、後述するように、7.0μm以上とされている。素子分離領域Inの幅Indとは、メインセル領域Rmとセンスセル領域Rsとの間に位置する部分の長さである。また、分離トレンチ40の幅40aは、後述するように、7.4μm以上とされている。
In this embodiment, the width Ind of the element isolation region In is set to 7.0 μm or more, as described later. The width Ind of the element isolation region In is the length of the portion located between the main cell region Rm and the sense cell region Rs. In addition, the
以上が本実施形態におけるSiC半導体装置の構成である。なお、本実施形態では、n-型、n型、n+型が第1導電型に相当しており、p型、p+型が第2導電型に相当している。次に、上記SiC半導体装置の作動について説明する。 The above is the configuration of the SiC semiconductor device in this embodiment. In this embodiment, n - type, n-type, and n + type correspond to the first conductivity type, and p-type and p + type correspond to the second conductivity type. Next, the operation of the above-mentioned SiC semiconductor device will be described.
まず、上記SiC半導体装置は、ゲート電極26にゲート電圧が印加される前のオフ状態では、ベース層21に反転層が形成されない。このため、下部電極31に正の電圧、例えば1600Vが印加されたとしても、ソース領域22からベース層21内に電子が流れず、上部電極28と下部電極31との間には電流が流れない。
First, in the above-mentioned SiC semiconductor device, in the off state before the gate voltage is applied to the
また、ゲート電極26にゲート電圧が印加される前の状態では、ドレイン-ゲート間に電界がかかり、ゲート絶縁膜25の底部に電界集中が発生し得る。しかしながら、上記SiC半導体装置では、トレンチ24よりも深い位置に、第1ディープ層15およびJFET層14が備えられている。このため、第1ディープ層15およびJFET層14との間に構成される空乏層により、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりが抑制され、高電界がゲート絶縁膜25に入り込み難くなる。したがって、本実施形態では、ゲート絶縁膜25が破壊されることを抑制できる。
Furthermore, before the gate voltage is applied to the
そして、ゲート電極26に所定のゲート電圧、例えば20Vが印加されると、ベース層21のうちのトレンチ24に接している表面にチャネルが形成される。このため、上部電極28から注入された電子は、ソース領域22からベース層21に形成されたチャネルを通った後、電流分散層17に流れる。そして、電流分散層17に流れた電子は、JFET層14を通過して低濃度層13に流れ、その後にドレイン層としての基板11を通過して下部電極31へ流れる。これにより、上部電極28と下部電極31との間に電流が流れ、SiC半導体装置がオン状態となる。なお、本実施形態では、チャネルを通過した電子が電流分散層17、JFET層14および低濃度層13を通過して基板11へ流れるため、電流分散層17、JFET層14および低濃度層13を有するドリフト層19が構成されているといえる。
When a predetermined gate voltage, for example, 20 V, is applied to the
そして、本実施形態では、素子分離領域Inにおいて、低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14を備えない構成としている。このため、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりがさらに抑制される。したがって、本実施形態では、上記のように、間隔B3を間隔B1、B2以上にできる。これにより、第1ディープ層15をイオン注入で形成する際、間隔B3に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。
In this embodiment, the element isolation region In does not include a
ここで、本発明者らがドレイン-ソース間耐圧について検討したところ、図5に示される結果が得られた。すなわち、図5に示されるように、ドレイン-ソース間耐圧は、素子分離領域Inの幅Indが7.0μmになるまでは徐々に高くなり、7.0μm以上になるとほぼ変化しないことが確認された。このため、素子分離領域Inの幅Indは、7.0μm以上とされることが好ましい。 Here, the inventors investigated the drain-source breakdown voltage and obtained the results shown in FIG. 5. That is, as shown in FIG. 5, it was confirmed that the drain-source breakdown voltage gradually increases until the width Ind of the element isolation region In becomes 7.0 μm, and remains almost unchanged once it becomes 7.0 μm or more. For this reason, it is preferable that the width Ind of the element isolation region In is 7.0 μm or more.
この場合、上記のように構成されたSiC半導体装置では、セル領域1の耐圧が1500V程度となる。このため、素子分離領域Inの幅を7.0μm以上とすることにより、素子分離領域Inの耐圧をセル領域1の耐圧よりも高くできる。これにより、面積が小さくなり易い素子分離領域Inが先にブレークダウンすることを抑制できる。但し、素子分離領域Inは、電流が流れ難い無効領域となる。したがって、素子分離領域Inの幅Indは、7.0μm以上である範囲において、可能な限り狭くすることが好ましい。
In this case, in the SiC semiconductor device configured as described above, the breakdown voltage of the
また、本発明者らの検討によれば、第1ディープ層15を形成する際のマスクの加工精度等を考慮すると、分離トレンチ40の幅40aは、下記数式で導出されることが好ましいことが確認された。すなわち、本発明者らの検討によれば、上記のような不純物濃度でSiC半導体装置を構成した場合、間隔B3の最大は、1.4μmとされることが好ましいことが確認された。また、間隔B3と間隔B4との差は、アライメントズレを考慮すると、少なくとも2.0μmとされることが好ましいことが確認された。さらに、間隔B2と分離トレンチ40のアライメントズレを考慮すると、少なくとも1.0μmの余裕を持たせることが好ましいことが確認された。したがって、分離トレンチ40の幅40aの最小値は、下記数式1で示される。
In addition, according to the study by the present inventors, it has been confirmed that, taking into consideration the processing accuracy of the mask when forming the first
(数1)(1.4+2×2.0)+2×1.0=7.4(μm)…(数式1)
以上より、本実施形態では、分離トレンチ40の幅40aが7.4μm以上とされている。
(1.4+2×2.0)+2×1.0=7.4 (μm)...(Formula 1)
For the above reasons, in this embodiment, the
以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14を形成しない構成としている。このため、素子分離領域InにJFET層14が形成されている場合と比較して、ドレイン電圧の影響による等電位線のせり上がりを抑制し易くできる。したがって、本実施形態のSiC半導体装置では、間隔B3を間隔B1、B2以上にできる。これにより、第1ディープ層15をイオン注入で形成する際、間隔B3に相当するマスクを容易に配置することができ、歩留まりが悪化することを抑制したSiC半導体装置とできる。
According to the present embodiment described above, the
(1)本実施形態では、センスセル領域Rsの間隔B2がメインセル領域Rmの間隔B1よりも狭くされている。このため、センスセル領域Rsの動作時の規格化オン抵抗を同等にでき、メインセル領域Rmの電流値とセンスセル領域Rsの電流値のリニアリティを改善し易くできる。 (1) In this embodiment, the spacing B2 of the sense cell region Rs is narrower than the spacing B1 of the main cell region Rm. This allows the normalized on-resistance of the sense cell region Rs during operation to be equalized, making it easier to improve the linearity of the current value of the main cell region Rm and the current value of the sense cell region Rs.
(2)本実施形態では、分離構造が分離トレンチ40で形成されている。このため、トレンチ24を形成する工程と分離トレンチ40を形成する工程とを共通化でき、製造工程の簡略化を図ることができる。また、素子分離領域Inでは、メインセル領域Rm側のベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rs側のベース層21およびコンタクト領域23を貫通するように分離トレンチ40を形成するため、ベース層21およびコンタクト領域23を詳細にパターニングして形成しなくてもよい。このため、この点においても、製造工程の簡略化を図ることができる。
(2) In this embodiment, the isolation structure is formed by the
(3)本実施形態では、分離トレンチ40の幅40aが7.4μm以上とされている。このため、アライメントズレに十分に対応でき、歩留まりが悪化することを抑制できる。
(3) In this embodiment, the
(4)本実施形態では、素子分離領域Inの幅が7.0μm以上とされている。このため、素子分離領域Inにおけるドレイン-ソース間の耐圧を十分に高くできる。 (4) In this embodiment, the width of the element isolation region In is set to 7.0 μm or more. This allows the withstand voltage between the drain and source in the element isolation region In to be sufficiently high.
(第2実施形態)
第2実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、分離構造の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Second Embodiment
A second embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the separation structure is changed from that of the first embodiment. As the rest is the same as the first embodiment, the description will be omitted here.
本実施形態のSiC半導体装置では、図6に示されるように、素子分離領域Inには、メインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23との間に、n型の分離層41が形成されている。そして、メインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23とは、分離層41によって電気的に分離されている。
In the SiC semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 6, an n-
以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていない。このため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the present embodiment described above, the
(1)本実施形態では、分離層41によってメインセル領域Rmのベース層21およびコンタクト領域23と、センスセル領域Rsのベース層21およびコンタクト領域23とが電気的に分離されている。このため、分離構造を分離トレンチ40で構成する場合と比較して、表面凹凸が発生し難くなり、SiC半導体装置の信頼性を向上できると共に、SiC半導体装置の縮小化を図ることができる。
(1) In this embodiment, the
(第3実施形態)
第3実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、外周領域2の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Third Embodiment
A third embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the outer
本実施形態のSiC半導体装置では、図7に示されるように、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、セル領域1と反対側にn+型のソース領域22が形成されている。言い換えると、外周領域2は、セル領域1側から、コンタクト領域23、ソース領域22の順に配置された部分を有する構成とされている。さらに言い換えると、外周領域2の繋ぎ部2bの表層部は、コンタクト領域23のみで形成されていない構成とされている。
7, in the SiC semiconductor device of this embodiment, an n +
なお、繋ぎ部2bに形成されるソース領域22は、ガードリング部2aの耐圧を維持できるように、繋ぎ部2bに形成される上部電極28が少なくともコンタクト領域23と接続されるように形成される。言い換えると、繋ぎ部2bに形成される繋ぎ部用コンタクトホール25dは、少なくとも繋ぎ部2bに形成されるコンタクト領域23を露出させるように形成される。本実施形態では、繋ぎ部用コンタクトホール25dは、繋ぎ部2bに形成されるコンタクト領域23のみを露出させるように形成されている。
The
ここで、上記第1実施形態のSiC半導体装置では、ソース領域22およびコンタクト領域23がイオン注入層で形成され、コンタクト領域23の方がソース領域22よりも不純物濃度が高くされている。
In the SiC semiconductor device of the first embodiment, the
そして、このようなSiC半導体装置を製造する場合には、半導体基板10の一面10a側からn型不純物をイオン注入した後、p型不純物をイオン注入することにより、ソース領域22およびコンタクト領域23が形成される。つまり、コンタクト領域23は、不純物濃度が低いソース領域22に不純物濃度が高い領域を形成することで構成される。この場合、本発明者らの検討によれば、コンタクト領域23を繋ぎ部2bの全面に形成しようとすると、半導体基板10の反りが大きくなることが確認された。したがって、本実施形態では、外周領域2の繋ぎ部2bにソース領域22が形成されるようにしている。言い換えると、外周領域2の繋ぎ部2bにおいて、コンタクト領域23に打ち返されないソース領域22が残るようにしている。
When manufacturing such a SiC semiconductor device, n-type impurities are ion-implanted from the one
以上説明した本実施形態によれば、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていない。このため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
According to the present embodiment described above, the
(1)本実施形態では、外周領域2の繋ぎ部2bでは、セル領域1側にコンタクト領域23が形成され、セル領域1側と反対側にソース領域22が形成されている。このため、SiC半導体装置(すなわち、半導体基板10)が反ることを抑制できる。
(1) In this embodiment, in the connecting
(第4実施形態)
第4実施形態について説明する。本実施形態は、第1実施形態に対し、セル領域1の構成を変更したものである。その他に関しては、第1実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。
Fourth Embodiment
A fourth embodiment will be described. In this embodiment, the configuration of the
本実施形態のSiC半導体装置では、図8に示されるように、セル領域1においては、JFET層14および第1ディープ層15上にベース層21が形成されており、電流分散層17および第2ディープ層18が形成されていない。このため、ドリフト層19は、低濃度層13およびJFET層14で構成されている。そして、トレンチ24は、底面がJFET層14および第1ディープ層15に達するように形成されている。なお、図8では、半導体基板10の一面10a側に位置する層間絶縁膜27や上部電極28等を省略している。
In the SiC semiconductor device of this embodiment, as shown in FIG. 8, in the
また、各トレンチ24の下方には、トレンチ24の底面と接するように、p型の第3ディープ層50が形成されている。具体的には、第3ディープ層50は、トレンチ24の長手方向に沿って形成されている。つまり、第3ディープ層50は、第1ディープ層15と交差するY軸方向に沿って延設されている。なお、第3ディープ層50は、Y軸方向に沿って複数に分断されて形成されていてもよい。但し、第3ディープ層50は、第1ディープ層15を介してベース層21と電気的に接続されるように形成されている。
In addition, a p-type third
また、本実施形態の第3ディープ層50は、JFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。
In addition, the third
なお、このような第3ディープ層50は、トレンチ24を形成した後、イオン注入で形成される。本実施形態では、第3ディープ層50は、第1ディープ層15よりも低不純物濃度とされている。
The third
外周領域2においては、繋ぎ部2bでは、JFET層14および第1ディープ層15上にベース層21が形成されており、ベース層21の表層部にコンタクト領域23が形成されている。なお、ベース層21およびコンタクト領域23は、セル領域1から延設されて形成されている。
In the
また、本実施形態では、外周領域2のガードリング部2aに凹部10cが形成されていない。そして、外周領域2のガードリング部2aでは、半導体基板10の一面10aが低濃度層13にて構成されている。
In addition, in this embodiment, no
同様に、素子分離領域Inでは、図9に示されるように、第1ディープ層15上にベース層21が形成され、ベース層21の表層部にコンタクト領域23が形成されている。なお、上記第1実施形態と同様に、間隔B3は、間隔B1、B2以上とされている。また、上記第1実施形態と同様に、素子分離領域Inには、JFET層14は形成されていない。
Similarly, in the element isolation region In, as shown in FIG. 9, a
そして、本実施形態の分離構造は、上記第2実施形態と同様に、分離層41で構成されている。なお、分離構造は、上記第1実施形態と同様に、分離トレンチ40で構成されていてもよい。
The isolation structure of this embodiment is composed of an
このようなSiC半導体装置では、オフ状態である際、第3ディープ層50がトレンチ24の底面に沿って形成されているため、トレンチ24の底面の周辺が良好に空乏化され易くなる。このため、トレンチ24の底面近傍における電界集中をさらに緩和することができる。
In such a SiC semiconductor device, when the device is in the off state, the third
また、本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面と接するように形成されている。つまり、トレンチ24の底面に配置されるゲート絶縁膜25と接するように形成されている。このため、オフ時には第3ディープ層50が優先的に空乏化される為、トレンチ24の底部に位置するゲート絶縁膜25には、電界の侵入がなく、酸化膜破壊が抑制される。またゲート電極26と下部電極31との間の静電容量(すなわち、帰還容量)を小さくでき、スイッチング速度の向上を図ることができる。
In addition, in this embodiment, the third
さらに、本実施形態では、第3ディープ層50がJFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。これにより、第3ディープ層50間に配置されるJFET層14への電界の這い上がりが抑制され、耐圧の向上を図ることができる。さらに、このような第3ディープ層50が形成されていることにより、過電圧が印加された際に下方に突出する第3ディープ層50でブレークダウンが発生し易くなる。したがって、セル領域1でブレークダウンを発生させ易くなり、アバランシェ耐量の向上を図ることができる。
Furthermore, in this embodiment, the third
以上説明した本実施形態のように、電流分散層17および第2ディープ層18を備えない構成としても、素子分離領域Inに低濃度層13よりも高濃度であるJFET層14が形成されていないため、上記第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
As described above, even if the current spreading
(1)本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面に沿って形成されているため、トレンチ24の底部に位置するゲート絶縁膜25には、電界の侵入がなく、酸化膜破壊が抑制される。
(1) In this embodiment, the third
(2)本実施形態では、第3ディープ層50がトレンチ24の底面と接するように形成されているため、ゲート電極26と下部電極31との間の静電容量(すなわち、帰還容量)を小さくでき、スイッチング速度の向上を図ることができる。
(2) In this embodiment, the third
(3)本実施形態では、第3ディープ層50がJFET層14および第1ディープ層15を貫通して底面が低濃度層13に達するように形成されている。これにより、第3ディープ層50間に配置されるJFET層14への電界の這い上がりが抑制され、耐圧の向上を図ることができる。さらに、このような第3ディープ層50が形成されていることにより、過電圧が印加された際に下方に突出する第3ディープ層50でブレークダウンが発生し易くなる。したがって、セル領域1でブレークダウンを発生させ易くなり、アバランシェ耐量の向上を図ることができる。
(3) In this embodiment, the third
(第4実施形態の変形例)
上記第4実施形態の変形例について説明する。上記第4実施形態では、図10に示されるように、素子分離領域Inにおいて、ベース層21の表層部にソース領域22が形成されるようにしてもよい。なお、特に図示しないが、上記第1~第3実施形態においても、素子分離領域Inにおいて、ベース層21の表層部にソース領域22が形成されるようにしてもよい。
(Modification of the fourth embodiment)
A modified example of the fourth embodiment will be described. In the fourth embodiment, as shown in Fig. 10, the
また、上記第4実施形態において、第3ディープ層50は、JFET層14および第1ディープ層15内に底面が位置するように形成されていてもよい。つまり、第3ディープ層50は、低濃度層13に達しないように形成されていてもよい。これによれば、第3ディープ層50から空乏層が伸び難くなるため、オン抵抗の低減を図ることができる。
In addition, in the fourth embodiment, the third
(他の実施形態)
本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。
Other Embodiments
Although the present disclosure has been described based on the embodiment, it is understood that the present disclosure is not limited to the embodiment or structure. The present disclosure also encompasses various modifications and modifications within the equivalent range. In addition, various combinations and forms, as well as other combinations and forms including only one element, more than one element, or less than one element, are also within the scope and concept of the present disclosure.
例えば、上記各実施形態では、第1導電型をn型、第2導電型をp型としたnチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETを例に挙げて説明した。しかしながら、SiC半導体装置は、セル領域1に、例えば、nチャネルタイプに対して各構成要素の導電型を反転させたpチャネルタイプのトレンチゲート構造のMOSFETが形成されて構成されていてもよい。さらに、半導体装置は、MOSFET以外に、同様の構造のIGBTが形成された構成とされていてもよい。IGBTの場合、上記各実施形態におけるn+型の基板11をp+型のコレクタ層に変更する以外は、上記各実施形態で説明した縦型MOSFETと同様である。
For example, in each of the above embodiments, an n-channel type trench gate structure MOSFET in which the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type has been described as an example. However, the SiC semiconductor device may be configured by forming, for example, a p-channel type trench gate structure MOSFET in which the conductivity type of each component is inverted with respect to the n-channel type in the
また、上記各実施形態において、ソース領域22は、基板11側から、低濃度ソース領域、低濃度ソース領域よりも高濃度とされた高濃度ソース領域を含む複数の領域が順に配置されて構成されていてもよい。なお、このような構成では、高濃度ソース領域が高濃度層に相当し、低濃度ソース領域が低濃度層に相当する。
In addition, in each of the above embodiments, the
そして、上記各実施形態において、ソース領域22は、イオン注入ではなく、エピタキシャル層で構成されていてもよい。ソース領域22をエピタキシャル層で構成した場合には、イオン注入に伴う歪応力が発生しないため、歪応力に伴うドレイン-ソース間にリーク電流が発生することを抑制できる。なお、ソース領域22を複数領域で構成する場合、ソース領域22をイオン注入で構成した場合には、エピタキシャル層で構成する場合に必要な複数段階の濃度制御を不要とできる。
In each of the above embodiments, the
さらに、上記第1、第3実施形態において、分離トレンチ40の深さは、トレンチ24と異なっていてもよい。また、分離トレンチ40は、トレンチ24を形成する工程と別の工程で形成されていてもよい。さらに、分離トレンチ40は、幅40aが7.4μm未満とされていてもよい。同様に、素子分離領域Inは、幅Indが7.0μm未満とされていてもよい。
Furthermore, in the first and third embodiments, the depth of the
そして、上記第1~第3実施形態において、外周領域2に凹部10cが形成されていてなくてもよいし、上記第4実施形態において、外周領域2に凹部10cが形成されていてもよい。
In the first to third embodiments, the
また、上記第3実施形態では、繋ぎ部2bの繋ぎ部用コンタクトホール25dがコンタクト領域23のみを露出させるように形成される例について説明した。しかしながら、繋ぎ部用コンタクトホール25dは、少なくともコンタクト領域23を露出させるように形成されていればよく、図11に示されるように、コンタクト領域23およびソース領域22を露出させるように形成されていてもよい。
In the third embodiment, an example was described in which the connecting
そして、上記各実施形態を組み合わせることもできる。例えば、上記第2実施形態を上記第3実施形態に組み合わせ、分離構造を分離層41で構成するようにしてもよい。上記第3実施形態を上記第4実施形態に組み合わせ、繋ぎ部2bにソース領域22が残るようにしてもよい。さらに、上記各実施形態を組み合わせたもの同士をさらに組み合わせるようにしてもよい。
The above embodiments can also be combined. For example, the second embodiment can be combined with the third embodiment, and the isolation structure can be configured with an
なお、結晶の方位を示す場合、本来ならば所望の数字の上にバー(-)を付すべきであるが、電子出願に基づく表現上の制限が存在するため、本明細書においては、所望の数字の前にバーを付してある。 When indicating the crystal orientation, a bar (-) should normally be placed above the desired number, but due to limitations on expression based on electronic filing, a bar is placed before the desired number in this specification.
1 セル領域
11 基板
13 低濃度層(第1不純物領域)
14 JFET層
15 ディープ層
21 ベース層
24 トレンチ
25 ゲート絶縁膜
26 ゲート電極
28 上部電極(第1電極)
31 下部電極(第2電極)
1
14
31 Lower electrode (second electrode)
Claims (10)
炭化珪素からなる第1導電型または第2導電型の基板(11)と、
前記基板の表面上に形成され、前記基板よりも低不純物濃度とされた第1導電型の第1不純物領域(13)と、を有し、
前記メインセル領域および前記センスセル領域は、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなるJFET層(14)と、
前記第1不純物領域の表層部に形成され、前記基板の面方向において前記JFET層と交互に配置された第2導電型の炭化珪素からなるディープ層(15)と、
前記JFET層および前記ディープ層上に形成された第2導電型の炭化珪素からなるベース層(21)と、
前記ベース層よりも深く一方向を長手方向として形成されたトレンチ(24)の内壁面に形成されたゲート絶縁膜(25)と、前記トレンチ内において、前記ゲート絶縁膜の上に形成されたゲート電極(26)と、を有するトレンチゲート構造と、
前記ベース層の表層部において前記トレンチゲート構造と接して形成され、前記第1不純物領域よりも高不純物濃度とされた第1導電型の炭化珪素からなる第2不純物領域(22)と、
前記メインセル領域および前記センスセル領域のそれぞれに分離して備えられ、前記メインセル領域の前記第2不純物領域および前記ベース層に電気的に接続されると共に、前記センスセル領域の前記第2不純物領域および前記ベース層に電気的に接続される第1電極(28)と、
前記基板の裏面側に配置され、前記基板と電気的に接続される第2電極(31)と、を有し、
前記素子分離領域は、
前記第1不純物領域の表層部に形成された前記ディープ層と、
前記ディープ層上に形成された前記ベース層と、
前記メインセル領域側に位置する前記ベース層と前記センスセル領域側に位置する前記ベース層とを電気的に分離する分離構造(40、41)と、を有し、
前記素子分離領域における前記ディープ層は、前記メインセル領域側に位置する部分と前記センスセル領域側に位置する部分とが所定間隔(B3)だけ離れて配置され、
前記所定間隔は、前記セル領域における前記ディープ層の間隔(B1、B2)より広くされ、
前記JFET層は、前記セル領域のうちの前記素子分離領域と異なる領域に形成されている炭化珪素半導体装置。 A silicon carbide semiconductor device in which a semiconductor element having a trench gate structure is formed in a cell region (1) including a main cell region (Rm) and a sense cell region (Rs), and the main cell region and the sense cell region are electrically isolated by an element isolation region (In),
A substrate (11) of a first conductivity type or a second conductivity type made of silicon carbide;
A first impurity region (13) of a first conductivity type formed on a surface of the substrate and having a lower impurity concentration than the substrate;
The main cell region and the sense cell region are
a JFET layer (14) made of silicon carbide of a first conductivity type formed in a surface layer portion of the first impurity region and having a higher impurity concentration than the first impurity region;
a deep layer (15) made of second conductivity type silicon carbide formed in a surface layer portion of the first impurity region and arranged alternately with the JFET layer in a surface direction of the substrate;
a base layer (21) made of second conductivity type silicon carbide formed on the JFET layer and the deep layer;
a trench gate structure including a gate insulating film (25) formed on an inner wall surface of a trench (24) formed deeper than the base layer and with one direction as a longitudinal direction, and a gate electrode (26) formed on the gate insulating film in the trench;
a second impurity region (22) formed in a surface layer portion of the base layer in contact with the trench gate structure and made of silicon carbide of the first conductivity type having a higher impurity concentration than the first impurity region;
a first electrode (28) provided separately in each of the main cell region and the sense cell region, electrically connected to the second impurity region and the base layer in the main cell region, and electrically connected to the second impurity region and the base layer in the sense cell region;
A second electrode (31) is disposed on the rear side of the substrate and is electrically connected to the substrate,
The element isolation region is
the deep layer formed in a surface layer portion of the first impurity region;
the base layer formed on the deep layer;
an isolation structure (40, 41) that electrically isolates the base layer located on the main cell region side from the base layer located on the sense cell region side;
The deep layer in the element isolation region is arranged such that a portion located on the main cell region side and a portion located on the sense cell region side are spaced apart from each other by a predetermined distance (B3),
The predetermined interval is wider than the interval (B1, B2) of the deep layer in the cell region,
The JFET layer is formed in a region of the cell region different from the element isolation region.
前記外周領域は、前記セル領域側から、前記第2不純物領域よりも高不純物濃度とされた第2導電型のコンタクト領域(23)と、前記第2不純物領域とが順に配置された部分を有し、表面に絶縁膜(25、27)が配置され、
前記絶縁膜は、少なくとも前記外周領域の前記コンタクト領域を露出させるコンタクトホール(25d)が形成されている請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 A peripheral region (2) surrounding the cell region,
the outer periphery region has a portion in which, from the cell region side, a contact region (23) of a second conductivity type having a higher impurity concentration than the second impurity region and the second impurity region are arranged in this order, and an insulating film (25, 27) is arranged on a surface of the outer periphery region;
The silicon carbide semiconductor device according to claim 1 , wherein said insulating film has a contact hole (25 d) formed therein for exposing at least said contact region in said outer periphery region.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2022185006A JP2024073983A (en) | 2022-11-18 | 2022-11-18 | Silicon carbide semiconductor device |
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