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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(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】

++
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】

++
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】

++
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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