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公開番号2021197384
公報種別公開特許公報(A)
公開日20211227
出願番号2020100419
出願日20200609
発明の名称半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20211129BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】オン抵抗を低減させることができる半導体装置を提供すること。
【解決手段】メイン半導体素子11は、トレンチ37aの底面にかかる電界を緩和させる第1,2p+型高濃度領域61a,62aを有する。第1p+型高濃度領域61aは、p型ベース領域と離れて、深さ方向Zにトレンチ37aの底面に対向して設けられ、トレンチ37aが延在する方向と同じ第1方向Xに直線状に延在する。第2p+型高濃度領域62aは、互いに隣り合うトレンチ37a間に、第1p+型高濃度領域61aおよびトレンチ37aと離れて、かつp型ベース領域に接して設けられ、第1方向Xに点在する。第1方向Xに互いに隣り合う第2p+型高濃度領域62a間に、当該第2p+型高濃度領域62aに接して、n型電流拡散領域か、またはn型電流拡散領域よりも不純物濃度の高いn+型高濃度領域63aが設けられている。
【選択図】図5A
特許請求の範囲【請求項1】
シリコンよりもバンドギャップの広い半導体からなる半導体基板と、
前記半導体基板の内部に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第1半導体領域との間に設けられた第2導電型の第2半導体領域と、
前記半導体基板の第1主面と前記第2半導体領域との間に選択的に設けられた第1導電型の第3半導体領域と、
前記第3半導体領域および前記第2半導体領域を貫通して前記第1半導体領域に達するトレンチと、
前記第1半導体領域の内部に選択的に設けられ、深さ方向に前記トレンチの底面に対向する、前記第2半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第1高濃度領域と、
前記第1半導体領域の内部に、前記第1高濃度領域および前記トレンチと離れて、かつ前記第2半導体領域に接して選択的に設けられ、前記第2半導体領域から前記トレンチの底面よりも深い位置まで達する、前記第2半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第2高濃度領域と、
前記トレンチの内部にゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第2半導体領域、前記第3半導体領域、前記第1高濃度領域および前記第2高濃度領域に電気的に接続された第1電極と、
前記半導体基板の第2主面に設けられた第2電極と、
を備え、
前記トレンチは、前記半導体基板の第1主面に平行な第1方向に直線状に延在し、
前記第1高濃度領域は、前記第1方向に直線状に延在し、
前記第2高濃度領域は、前記第1方向に所定間隔で点在することを特徴とする半導体装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記第1半導体領域の内部に、前記第1高濃度領域および前記トレンチと離れて、かつ前記第2半導体領域に接して選択的に設けられ、前記第2半導体領域から前記トレンチの底面よりも深い位置まで達する、前記第1半導体領域よりも不純物濃度の高い第1導電型の第3高濃度領域をさらに備え、
前記第3高濃度領域は、前記第1方向に互いに隣り合う前記第2高濃度領域の間に設けられ、前記第1方向に前記第2高濃度領域に隣接することを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項3】
前記第2高濃度領域と前記第3高濃度領域とが前記第1方向に交互に繰り返し配置されていることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。
【請求項4】
前記第3高濃度領域の第1導電型不純物濃度は、前記第2高濃度領域の第2導電型不純物濃度と同じであることを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。
【請求項5】
前記第2高濃度領域の前記第1方向の幅は、前記第2高濃度領域の、前記半導体基板に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の幅よりも狭いことを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項6】
前記第3高濃度領域の前記第1方向の幅は、前記第2高濃度領域の前記第1方向の幅と同じ寸法であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項7】
前記第3高濃度領域の、前記半導体基板に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向の幅は、前記第2高濃度領域の前記第2方向の幅と同じ寸法であることを特徴とする請求項2〜4のいずれか一つに記載の半導体装置。
【請求項8】
前記半導体基板に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向に互いに隣り合う前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域との間から、前記第1方向に互いに隣り合う前記第2高濃度領域の間にわたって設けられた、前記第1半導体領域よりも不純物濃度の高い第1導電型の第4半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
【請求項9】
前記半導体基板に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向に互いに隣り合う前記第1高濃度領域と前記第2高濃度領域との間から、前記第2方向に互いに隣り合う前記第1高濃度領域と前記第3高濃度領域との間にわたって設けられた、前記第1半導体領域よりも不純物濃度の高い第1導電型の第4半導体領域をさらに備え、
前記第3高濃度領域の不純物濃度は、前記第4半導体領域の不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来、高電圧や大電流を制御するパワー半導体装置には、例えば、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)、MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:金属−酸化膜−半導体の3層構造からなる絶縁ゲート(MOSゲート)を備えたMOS型電界効果トランジスタ)など複数種類あり、これらは用途に合わせて使い分けられている。
【0003】
例えば、バイポーラトランジスタやIGBTは、MOSFETと比べて電流密度が高く大電流化が可能であるが、高速にスイッチングさせることができない。具体的には、バイポーラトランジスタは数kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界であり、IGBTは数十kHz程度のスイッチング周波数での使用が限界である。一方、MOSFETは、バイポーラトランジスタやIGBTに比べて電流密度が低く大電流化が難しいが、数MHz程度までの高速スイッチング動作が可能である。
【0004】
また、MOSFETは、IGBTと異なり、半導体基板(半導体チップ)の内部にp型ベース領域とn
-
型ドリフト領域とのpn接合で形成される寄生ダイオードを内蔵しており、自身を保護するための還流ダイオードとしてこの寄生ダイオードを使用可能である。このため、MOSFETをインバータ用デバイスとして用いた場合に、MOSFETに外付けの還流ダイオードを追加して接続することなく使用することができ、経済性の面でも注目されている。
【0005】
パワー半導体装置の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。市場では大電流と高速性とを兼ね備えたパワー半導体装置への要求が強く、IGBTやMOSFETはその改良に力が注がれ、現在ではほぼ材料限界に近いところまで開発が進んでいる。このため、パワー半導体装置の観点からシリコンに代わる半導体材料が検討されており、低オン電圧、高速特性、高温特性に優れた次世代のパワー半導体装置を作製(製造)可能な半導体材料として炭化珪素(SiC)が注目を集めている。
【0006】
炭化珪素は、化学的に非常に安定した半導体材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも半導体として極めて安定的に使用することができる。また、炭化珪素は、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいため、オン抵抗を十分に小さくすることができる半導体材料として期待される。このような炭化珪素の特長は、炭化珪素だけでなく、シリコンよりもバンドギャップの広いすべての半導体(以下、ワイドバンドギャップ半導体とする)も同様に有する。
【0007】
また、MOSFETでは、大電流化に伴い、半導体チップのおもて面に沿ってチャネル(反転層)が形成されるプレーナゲート構造とする場合と比べて、トレンチの側壁に沿って半導体チップのおもて面と直交する方向にチャネルが形成されるトレンチゲート構造とすることはコスト面で有利である。その理由は、トレンチゲート構造が単位面積当たりの単位セル(素子の構成単位)密度を増やすことができるため、単位面積当たりの電流密度を増やすことができるからである。
【0008】
単位面積当たりの電流密度を増加させた分、単位セルの占有体積に応じた温度上昇率が高くなるため、放電効率の向上と信頼性の安定化とを図るために両面冷却構造が必要になる。さらに、パワー半導体装置の主動作を行うメイン半導体素子と同一の半導体基板に、当該メイン半導体素子を保護・制御するための回路部として電流センス部、温度センス部および過電圧保護部等の高機能部を配置した高機能構造とすることで信頼性を向上させたパワー半導体装置が提案されている。
【0009】
従来の半導体装置の構造について説明する。図21は、従来の半導体装置の構造を示す断面図である。図21には、図22の切断線AA−AA’における断面構造を示す。図22は、従来の半導体装置の一部を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図22には、メイン半導体素子のトレンチ237の底面にかかる電界を緩和させる第1,2p
+
型高濃度領域261,262(ハッチング部分)のレイアウトを示す。
【0010】
図21,22に示す従来の半導体装置220は、メイン半導体素子として、炭化珪素からなる半導体基板(半導体チップ)210のおもて面側に一般的なトレンチゲート構造のMOSゲートを備えた縦型MOSFETを備える。半導体基板210は、炭化珪素からなるn
+
型出発基板271のおもて面上にn
-
型ドリフト領域232およびp型ベース領域234となる各炭化珪素層272,273を順にエピタキシャル成長させてなる。
(【0011】以降は省略されています)

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