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公開番号2022180233
公報種別公開特許公報(A)
公開日2022-12-06
出願番号2021087221
出願日2021-05-24
発明の名称炭化珪素半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20221129BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】フィールド酸化膜を除去した場合でも、ESD耐量を保持することができ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は、第1導電型の炭化珪素半導体基板と、第1導電型の第1半導体層2と、第2導電型の第2半導体層6と、第1導電型の第1半導体領域と、第2導電型の第2半導体領域8と、ゲート絶縁膜と、ゲート電極と、第1電極と、第2電極と、ゲートパッド部23と、を備える。ゲートパッド部23は、ゲート電極パッドと、接続部と、から構成される。接続部と深さ方向に対向する領域に、第2半導体領域8が設けられない第1領域6aと、ゲート電極パッドの角部と深さ方向に対向する領域に、第2半導体領域8が設けられない第2領域と有する。第2半導体領域8、第1領域6aおよび第2領域の表面上にゲート絶縁膜と同じ酸化膜16が設けられる。
【選択図】図6
特許請求の範囲【請求項1】
第1導電型の炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板のおもて面に設けられた、前記炭化珪素半導体基板より低不純物濃度の第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた第1導電型の第1半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記炭化珪素半導体基板側に対して反対側の表面層に選択的に設けられた、前記第2半導体層より高不純物濃度の第2導電型の第2半導体領域と、
前記第1半導体領域と前記第1半導体層とに挟まれた前記第2半導体層の表面上の少なくとも一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1半導体領域と前記第2半導体領域の表面に設けられた第1電極と、
前記炭化珪素半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、
前記ゲート電極とゲート電極配線を介して電気的に接続されたゲートパッド部と、
を備え、
前記ゲートパッド部は、ゲート電極パッドと、前記ゲート電極パッドと前記ゲート電極配線とを電気的に接続する接続部と、から構成され、
前記接続部と深さ方向に対向する領域に、前記第2半導体領域が設けられない第1領域と、
前記ゲート電極パッドの角部と深さ方向に対向する領域に、前記第2半導体領域が設けられない第2領域と、
を有し、
前記第2半導体領域、前記第1領域および前記第2領域の表面上に前記ゲート絶縁膜と同じ酸化膜が設けられることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
続きを表示(約 590 文字)【請求項2】
前記第1領域の幅は、前記接続部と深さ方向に対向する領域に設けられた第1ポリシリコン層の幅以上であることを特徴とする請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項3】
前記第1領域の幅は、前記第1ポリシリコン層の端部より20μm以下広げられていることを特徴とする請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項4】
前記第2領域の幅は、前記ゲート電極パッドと深さ方向に対向する領域に設けられた第2ポリシリコン層の端部を中心に10μm以上40μm以下であることを特徴とする請求項1~3のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項5】
前記第1領域および前記第2領域は、前記第2半導体層と同じ導電型で、同じ不純物濃度であることを特徴とする請求項1~4のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項6】
前記ゲート電極パッドの周辺部と深さ方向に対向する領域に、前記第2半導体領域が設けられない第3領域をさらに有し、前記酸化膜は、前記第3領域の表面上にも設けられることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項7】
前記酸化膜の厚さは、50nm以上150nm以下であることを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の炭化珪素半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
この発明は、炭化珪素半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,200 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の構成材料として、シリコン(Si)が用いられている。パワー半導体装置は、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:絶縁ゲート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に比べて電流密度は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、パワー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】
しかしながら、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やパワー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。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。
【0005】
その背景には、SiCは化学的に非常に安定な材料であり、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できる点が挙げられる。また、最大電界強度もシリコンより1桁以上大きいからである。SiCはシリコンにおける材料限界を超える可能性大であることからパワー半導体用途、特にMOSFETでは今後の伸長が大きく期待される。特にそのオン抵抗が小さいことが期待されている。高耐圧特性を維持したままより一層の低オン抵抗を有する縦型SiC-MOSFETが期待できる。
【0006】
ここで、図9は、従来の炭化珪素半導体装置のゲートパッド部を示す上面図である。従来の炭化珪素半導体装置として、縦型SiC-MOSFETを例に説明する。縦型SiC-MOSFETでは、おもて面にゲートパッド部123とソースパッド部が設けられる。ソースパッド部は、ゲートパッド部123の周囲に設けられる。ゲートパッド部123は、ゲート電極と接続されるゲート電極パッド119と、ゲート電極パッド119とゲートランナーとを接続する接続部119aとから構成される。図10は、従来の炭化珪素半導体装置の図9のE-E’部分の断面図である。図11は、従来の炭化珪素半導体装置の図9のF-F’部分の断面図である。
【0007】
従来の縦型SiC-MOSFETのゲートパッド部123では、n
+
型炭化珪素基板のおもて面にn
-
型炭化珪素層102、n型領域(不図示)が堆積され、n型領域の内部に下部p
+
型ベース領域103a、上部p
+
型ベース領域103bが選択的に設けられ、n型領域上にp型ベース層106が設けられる。また、p型ベース層106の表面にp
++
型コンタクト領域108が選択的に設けられている。
【0008】
また、縦型SiC-MOSFETのゲートパッド部123では、ESD(Electro Static Discharge:静電気放電)耐量を向上させるため、電界を緩和し耐圧を保持するためのエッジ終端領域に厚さ500nm程度のフィールド酸化膜121が設けられている。フィールド酸化膜121上には、厚さ100nm程度のHTO(High Temperature Oxide)膜116が設けられている。
【0009】
HTO膜116上に、ポリシリコン117が設けられ、ポリシリコン117上にBPSGとNSGからなる層間絶縁膜118が設けられ、層間絶縁膜118上に金属膜124が設けられる。ポリシリコン117内にHTO膜116に達するコンタクトホール122aが開口され、層間絶縁膜118がコンタクトホール122aを埋めている。層間絶縁膜118により、ポリシリコン117は、ゲートパッド部123の部分とソースパッド部の部分とに電気的に絶縁されている。
【0010】
また、層間絶縁膜118内にポリシリコン117に達するコンタクトホール122bが開口され、金属膜124とポリシリコン117を電気的に接続している。金属膜124内に層間絶縁膜118に達するコンタクトホール122cが開口され、金属膜124は、ゲートパッド部123の部分とソースパッド部の部分とに電気的に絶縁されている。ゲートパッド部123の部分の金属膜124は、ゲート電極パッド119となる。
(【0011】以降は省略されています)

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