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公開番号2023173412
公報種別公開特許公報(A)
公開日2023-12-07
出願番号2022085655
出願日2022-05-26
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 20060101AFI20231130BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】簡易に形成可能でかつ所定耐圧を安定して確保可能な信頼性の高い炭化珪素半導体装置を提供すること。
【解決手段】p型外周領域は、活性領域1の外周部1bにおいて半導体基板40のおもて面側から順に第1~4外周領域15a,13a,28,27を配置してなり、外側端部に深さ方向に半導体基板40のおもて面から離れるほど段階的に内側に凹んだ2μm以上の同じ幅w1,w2,w3の複数段の段差を有する。第1,2,4外周領域15a,13a,27は、それぞれ活性領域1の中央部1aのp++型コンタクト領域15d、p型ベース領域13およびp+型領域22の下部23と同時に形成される。第3外周領域28の不純物濃度は、活性領域1の中央部1aのp+型領域22の上部24の不純物濃度よりも低く、p+型領域22の上部24の不純物濃度の0.1倍以上0.5倍以下である。耐圧構造30は、第1外周領域15aの外側端部に接する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
炭化珪素からなり、全面にわたって平坦な第1主面を有する半導体基板と、
前記半導体基板に設けられた活性領域と、
前記半導体基板に設けられ、前記活性領域の周囲を囲む終端領域と、
前記活性領域から前記終端領域にわたって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、
前記活性領域において前記第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、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域とのpn接合を含み、前記pn接合を通過する電流が流れる素子構造と、
前記素子構造と前記終端領域との間において前記第1主面と前記第1半導体領域との間に設けられ、前記活性領域の周囲を囲む第2導電型外周領域と、
前記終端領域において前記第1主面と前記第1半導体領域との間に、前記活性領域の周囲を囲む同心状に互いに離れて設けられた複数の第2導電型耐圧領域で構成された耐圧構造と、
前記第1主面に設けられ、前記第2半導体領域および前記第2導電型外周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、前記第1半導体領域に電気的に接続された第2電極と、
を備え、
前記素子構造は、
前記第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、前記第1電極に電気的に接続された第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1半導体領域と前記第2半導体領域との間において、前記トレンチの底面よりも前記第2主面側に選択的に設けられた、前記第2半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型高濃度領域と、を備え、
前記第2導電型外周領域は、外側端部に深さ方向に前記第1主面から離れるほど段階的に内側に凹んだ同じ幅の複数段の段差を有し、当該段差に応じて前記第1主面から離れるほど内側で終端する複数の外周領域で構成され、
前記複数の外周領域は、
最も前記第1主面側において、前記耐圧構造の内側端部に接する第1外周領域と、
前記第2半導体領域の前記素子構造よりも外側の部分であり、前記第1外周領域の前記第2主面側に隣接する第2外周領域と、
前記第2外周領域の前記第2主面側に隣接する第3外周領域と、
前記第3外周領域の前記第2主面側に隣接し、下面が前記第2導電型高濃度領域の下面と同じ深さである第4外周領域と、を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置。
続きを表示(約 790 文字)【請求項2】
前記第3外周領域の不純物濃度は、前記第2導電型高濃度領域の不純物濃度よりも低い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3外周領域の不純物濃度は、前記第2導電型高濃度領域の不純物濃度の0.1倍以上0.5倍以下の範囲内であ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4外周領域の不純物濃度は、前記第2導電型高濃度領域の不純物濃度と等しい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5】
前記第2導電型外周領域の外側端部の前記段差の前記幅は、1μm以上4μm以下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6】
前記第2導電型高濃度領域は、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に選択的に設けられ、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1の第2導電型高濃度領域と、
前記第1半導体領域と前記第2半導体領域との間に、前記トレンチおよび前記第1の第2導電型高濃度領域と離れて、かつ前記第2半導体領域に接して選択的に設けられ、前記トレンチの底面よりも前記第2主面側に達する、前記第2半導体領域よりも不純物濃度の高い第2の第2導電型高濃度領域と、を有し、
前記第3外周領域は、上面が前記第2の第2導電型高濃度領域の上面と同じ深さ位置にあり、前記第2の第2導電型高濃度領域の前記第1主面側の部分よりも不純物濃度が低く、
前記第4外周領域は、下面が前記第2の第2導電型高濃度領域の下面と同じ深さ位置にあり、前記第2の第2導電型高濃度領域の前記第2主面側の部分と不純物濃度が等しい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。

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 2,400 文字)【背景技術】
【0002】
従来、炭化珪素(SiC)を半導体材料とした炭化珪素半導体装置では、活性領域の外周部に、エッジ終端領域の耐圧構造を構成するp型領域と半導体基板のおもて面上の表(ひょう)面電極とを電気的に接続するp型外周領域が設けられている。p型外周領域は、活性領域の素子構造を構成するp型ベース領域やp
++
型コンタクト領域等のp型領域を活性領域とエッジ終端領域との境界付近まで延在させてなり、これら不純物濃度の異なる複数のp型領域を深さ方向に隣接して配置した構造となっている。
【0003】
図5は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図5に示す従来の炭化珪素半導体装置110は、炭化珪素からなる半導体基板(半導体チップ)140のエッジ終端領域102に、耐圧構造130を備えたトレンチゲート構造の縦型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)である。
【0004】
半導体基板140は、炭化珪素からなるn
+
型出発基板141のおもて面上にn
-
型ドリフト領域112となるn
-
型炭化珪素層142をエピタキシャル成長させてなる。半導体基板140は、n
-
型炭化珪素層142側の主面をおもて面とし、n
+
型出発基板141側の主面を裏面とする。半導体基板140のおもて面は全域にわたって平坦面であり、活性領域101とエッジ終端領域102との間に段差は生じていない。半導体基板140のおもて面は、エッジ終端領域102の全域が絶縁層119で覆われている。
【0005】
半導体基板140の裏面(n
+
型出発基板141の裏面)の全域に、ドレイン電極145が設けられている。n
+
型出発基板141は、n
+
型ドレイン領域111である。活性領域101は、半導体基板140の中央(チップ中央)に配置される。活性領域101と半導体基板140の端部(チップ端部)との間がエッジ終端領域102である。活性領域101の中央部(不図示)には、MOSFETの同一構造(トレンチゲート構造)の複数の単位セルが隣接して設けられている。
【0006】
活性領域101の外周部101bにおいて半導体基板140のおもて面とn
-
型ドリフト領域112との間の全域に、半導体基板140のおもて面側から順に深さ方向に隣接して、p
++
型の第1外周領域115a、p型の第2外周領域113aおよびp
+
型領域122a(後述する第3,4外周領域124a,123a)が設けられている。これらの領域で、活性領域101の外周部101bにおいて半導体基板140のおもて面とn
-
型ドリフト領域112との間の全域に1つのp型外周領域125が構成されている。
【0007】
第1,2外周領域115a,113aは、それぞれ活性領域101の中央部のトレンチゲート構造(不図示)を構成するp
++
型コンタクト領域115およびp型ベース領域113と同時に形成され、活性領域101の中央部の周囲を囲む。第1,2外周領域115a,113aの外側の各端部ともに、活性領域101とエッジ終端領域102との境界で終端して、半導体基板140のおもて面に垂直な同一面上にある。p
+
型領域122aは、活性領域101の中央部のp
+
型領域122と同時に形成される。
【0008】

+
型領域122は、トレンチゲート構造を構成するトレンチ(不図示)の底面よりもn
+
型ドレイン領域111側(半導体基板140の裏面側)に達し、トレンチ底面のゲート絶縁膜にかかる電界を緩和する機能を有する。p
+
型領域122は、活性領域101の中央部におけるn
-
型炭化珪素層142の内部においてp型ベース領域113とn
-
型ドリフト領域112との間に2段に分けて形成され、深さ方向に上部(半導体基板140のおもて面側の部分)と下部(n
+
型ドレイン領域111側の部分)とが隣接してなる。
【0009】

+
型領域122aは、p
+
型領域122と同時に2段に分けて形成され、深さ方向に上部(以下、第3外周領域とする)124aと下部(以下、第4外周領域とする)123aとが隣接してなる。第3,4外周領域124a,123aの不純物濃度は、それぞれp
+
型領域122の上部および下部の不純物濃度と同じである。第3,4外周領域124a,123aの外側の各端部ともに、第2外周領域113aの外側端部よりも内側(チップ中央側)の同じ位置で終端して、半導体基板140のおもて面に垂直な同一面上にある。
【0010】
エッジ終端領域102には、所定の耐圧構造130が設けられている。耐圧構造130は、例えば接合終端拡張(JTE:Junction Termination Extension)構造を空間変調構造とした空間変調JTE構造である。JTE構造は、複数のp型領域(以下、JTE領域とする)を、内側から外側(チップ端部側)へ離れるほど不純物濃度の低いJTE領域が配置されるように、活性領域の周囲を囲む同心状に隣接して配置した構造である。
(【0011】以降は省略されています)

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