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公開番号2024028046
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-03-01
出願番号2022131373
出願日2022-08-19
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 20060101AFI20240222BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】バイポーラ劣化を抑制することができる炭化珪素半導体装置を提供すること。
【解決手段】p⁺⁺型外周コンタクト領域43は、エッジ終端領域に設けられ、コーナーを円弧状に湾曲させた矩形状に活性領域の周囲を囲む。p⁺⁺型外周コンタクト領域43は、絶縁層を介して半導体基板30のおもて面上のゲートランナーに対向する。活性領域には、絶縁層を介して半導体基板30のおもて面上のゲートパッドに対向して、p⁺⁺型領域44が設けられている。p⁺⁺型外周コンタクト領域43およびp⁺⁺型領域44は、ソース電極とソースコンタクトを形成するp⁺⁺型コンタクト領域6と離れて設けられている。p⁺⁺型コンタクト領域6と、ソースコンタクトが形成されるコンタクトホール11aと、は活性領域の中央側および端部側ともに同じレイアウトとなるように、活性領域の全域にわたって均一なレイアウトで配置されている。
【選択図】図5
特許請求の範囲【請求項１】
炭化珪素からなる半導体基板に設けられた活性領域と、
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、
前記活性領域において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、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４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主面に設けられ、前記ゲート電極を覆う層間絶縁膜と、
深さ方向に前記層間絶縁膜を貫通して前記第１主面に達し、前記第４半導体領域および前記第３半導体領域を露出するコンタクトホールと、
前記コンタクトホールを介して前記第３半導体領域および前記第４半導体領域に接する第１電極と、
前記半導体基板の第２主面に接する第２電極と、
を備え、
前記第４半導体領域は、前記活性領域の全域にわたって均一なレイアウトで配置され、
前記コンタクトホールは、前記活性領域の全域にわたって均一なレイアウトで配置されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記トレンチは、前記第１主面に平行な第１方向にストライプ状に延在し、
前記第４半導体領域は、互いに隣り合うすべての前記トレンチ間にそれぞれ配置され、前記第１主面に平行でかつ前記第１方向と直交する第２方向に同じ幅を有し、前記第１方向に同じ長さで直線状に延在す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】
前記トレンチは、前記第１主面に平行な第１方向にストライプ状に延在し、
前記第４半導体領域は、互いに隣り合うすべての前記トレンチ間にそれぞれ配置され、同じ寸法および同じ平面形状で前記第１方向に等間隔に点在す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４】
前記第１主面と前記第１半導体領域との間に、前記第４半導体領域と離れて選択的に設けられ、前記活性領域の周囲を囲み、前記第１電極に電気的に接続された第２導電型の第５半導体領域を備え、
互いに隣り合うすべての前記トレンチ間で、前記第１方向に前記第４半導体領域から前記第５半導体領域までの最短距離が等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記活性領域は、コーナーを円弧状に湾曲させた矩形状の平面形状を有し、
前記第５半導体領域は、コーナーを円弧状に湾曲させた矩形状に前記活性領域の周囲を囲むことを特徴とする請求項４に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記第１主面と前記第２半導体領域との間に、前記第４半導体領域と離れて選択的に設けられ、前記第１電極に電気的に接続された、前記第２半導体領域よりも不純物濃度の高い第２導電型の第６半導体領域を備え、
互いに隣り合うすべての前記トレンチ間のうち、前記第１方向に前記第６半導体領域に対向する当該トレンチ間で、前記第１方向に前記第４半導体領域から前記第６半導体領域までの最短距離が等しいことを特徴とする請求項２または３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記層間絶縁膜の上に、前記第１電極と離れて設けられ、前記ゲート電極が電気的に接続されたゲートパッドを備え、
前記ゲートパッドの全面が前記層間絶縁膜を介して前記第６半導体領域に対向することを特徴とする請求項６に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記活性領域は、コーナーを円弧状に湾曲させた矩形状の平面形状を有し、
前記第１主面に平行な第１方向に前記活性領域のコーナーに対向する前記第４半導体領域と、前記第１方向に前記活性領域のコーナー間をつなぐ外周に対向する前記第４半導体領域と、は前記第１方向に前記活性領域の当該外周までの最短距離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。
【請求項９】
前記半導体基板は、
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７半導体領域となる、炭化珪素からなる出発基板と、
前記出発基板の上に設けられた、前記第１半導体領域となる第１導電型エピタキシャル層と、を有す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。

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 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、ＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ：金属－酸化膜－半導体の３層構造からなる絶縁ゲートを備えたＭＯＳ型電界効果トランジスタ）は、半導体基板にボディダイオードを内蔵する。ＭＯＳＦＥＴのボディダイオードは、ｐ
++
型コンタクト領域およびｐ型ベース領域とｎ
-
型ドリフト領域およびｎ
+
型ドレイン領域とのｐｎ接合（主接合）で形成される寄生のｐｉｎ（ｐ－ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ－ｎ）ダイオードである。
【０００３】
炭化珪素（ＳｉＣ）を半導体材料として用いた従来のＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴの構造について説明する。図８は、従来の炭化珪素半導体装置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９～１１は、図８の一部を拡大して示す平面図である。図９～１１には、ｐ
++
型コンタクト領域１１１の異なるレイアウト例を示す。図９～１１はともに、（ａ）に図８の矩形枠ＡＡの部分（活性領域１０１のコーナー近傍）を示し、（ｂ）に図８の矩形枠ＢＢの部分（ｐ
+
型領域１１４のコーナー近傍）を示す。
【０００４】
図８～１１に示す従来の炭化珪素半導体装置１１０は、活性領域１０１において半導体基板１００のおもて面側に一般的なトレンチゲート構造（不図示）を備えた縦型ＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴである。トレンチゲート構造は、ｐ型ベース領域、ｎ
+
型ソース領域、ｐ
++
型コンタクト領域１１１（図９～１１参照）、ゲートトレンチ、ゲート絶縁膜およびゲート電極で構成される。ｐ
++
型コンタクト領域１１１およびｐ型ベース領域とｎ
-
型ドリフト領域およびｎ
+
型ドレイン領域とのｐｎ接合（不図示）でボディダイオードが形成される。
【０００５】
ゲートトレンチは、半導体基板１００のおもて面に平行な第１方向Ｘにストライプ状に延在する。互いに隣り合うゲートトレンチ間（メサ部）において、半導体基板１００のおもて面とｐ型ベース領域との間に、ｐ型ベース領域に接して、ｎ
+
型ソース領域およびｐ
++
型コンタクト領域１１１が選択的に設けられている。ｎ
+
型ソース領域およびｐ
++
型コンタクト領域１１１は、層間絶縁膜（不図示）のコンタクトホール１１２を介して半導体基板１００のおもて面でソース電極（不図示）にオーミック接触する。
【０００６】
ｐ
++
型コンタクト領域１１１は、互いに隣り合うゲートトレンチ（不図示）間において半導体基板１００のおもて面に平行な第１方向Ｘと直交する第２方向Ｙの中央に、ゲートトレンチから離れて設けられ、第１方向Ｘに所定ピッチで島状に点在する（図９～１１）。島状の１つのｐ
++
型コンタクト領域１１１を含むトレンチゲート構造でＳｉＣ－ＭＯＳＦＥＴの１つの単位セル（素子の機能単位：図９に矩形枠１０３で囲む部分）が構成され、第１，２方向Ｘ，Ｙにそれぞれ隣接して複数の単位セルが配置される。
【０００７】
ｐ
++
型コンタクト領域１１１を島状に点在させることで、ｐ
++
型コンタクト領域１１１をゲートトレンチの長手方向（第１方向Ｘ）にゲートトレンチと略同じ長さでストライプ状に延在させる場合と比べてセルピッチ（単位セルの配置間隔）の縮小化が可能である。活性領域１０１の中央（チップ中央：半導体基板１００の中央）側と比べて、活性領域１０１の周囲を囲むｐ
++
型外周コンタクト領域１１３の内周近傍やゲートパッド（不図示）直下のｐ
+
型領域１１４の外周近傍に相対的に表面積の大きいｐ
++
型コンタクト領域１１１が配置される。
【０００８】
ｐ
++
型コンタクト領域１１１のレイアウト例として、ｐ
++
型外周コンタクト領域１１３に対向する部分１０４ａ，１０４ｂやゲートパッド直下のｐ
++
型領域１１４に対向する部分１０５ａ，１０５ｂで、ｐ
++
型コンタクト領域１１１を第１方向Ｘに相対的に長く延在させた構造が知られている（図９～１１）。また、第２方向Ｙにｐ
++
型外周コンタクト領域１１３やｐ
++
型領域１１４に対向する部分１０４ｂ，１０５ｂで、ｐ
++
型コンタクト領域１１１の第２方向Ｙの幅ｗ１０１を相対的に広くした構造が知られている（図９，１０（ａ），１１（ａ））。
【０００９】
また、第２方向Ｙに最も外側（チップ端部側：半導体基板１００の端部側）のｐ
++
型コンタクト領域１１１の端部１１１ａを、ｐ
++
型外周コンタクト領域１１３のコーナー１１３ａに対向する部分１０４ｃで当該コーナー１１３ａの内周に沿って湾曲した円弧を有する中心角９０度の扇状の平面形状にした構造が知られている。また、この部分１０４ｃにおいて、ｐ
++
型コンタクト領域１１１の扇状の平面形状の端部１１１ａに隣り合うｐ
++
型コンタクト領域１１１を、第１方向Ｘに相対的に長く延在させた構造が知られている（図１０（ａ），１１（ａ））。
【００１０】
第２方向Ｙに最も外側のｐ
++
型コンタクト領域１１１の端部１１１ａは、扇状の平面形状の半径Ｒ１０１に応じた幅で、第２方向Ｙに内側に隣り合う複数のｐ
++
型コンタクト領域１１１とｐ
++
型外周コンタクト領域１１３との間に突出して配置される（図１０（ａ），１１（ａ））。図１１（ａ）には、図１０（ａ）と比べて、ｐ
++
型コンタクト領域１１１の端部１１１ａの半径Ｒ１０１を１０倍程度に大きくした場合を示す。コンタクトホール１１２は、自身に露出されるｐ
++
型コンタクト領域１１１と略同じサイズおよび略同じ形状の平面形状を有する（図１１（ａ）には図示省略）。
（【００１１】以降は省略されています）

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