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公開番号2024071184
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-24
出願番号2022182005
出願日2022-11-14
発明の名称炭化ケイ素半導体装置
出願人株式会社日立製作所
代理人弁理士法人筒井国際特許事務所
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240517BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】炭化ケイ素半導体基板の上面に形成されたトレンチの側面をチャネル領域として有するSiCパワーMISFETの性能を向上させる。
【解決手段】炭化ケイ素半導体基板の上面に形成されたトレンチ9と、トレンチ9内のゲート電極2と、炭化ケイ素半導体基板内において下面から上面側に順に形成された、n型のドリフト層4、p型のガード領域8、ソース電位が印加されるn型の半導体領域6c、ガード領域8よりも低い不純物濃度を有するp型のボディ層5およびn型の電流拡散領域7と、トレンチ9と離間して炭化ケイ素半導体基板内に形成され、電流拡散領域7とドリフト層4とを接続するn型のJFET領域13とを有し、半導体領域6cは、ドリフト層4、電流拡散領域7およびJFET領域13から離間し、平面視にてトレンチ9の第1側面と隣接する半導体領域6c、ボディ層5および電流拡散領域7は互いに重なっている炭化ケイ素半導体装置を用いる。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１主面および前記第１主面の反対側の第２主面を備えた炭化ケイ素半導体基板と、
前記第１主面上に形成されたソース電極と、
前記第１主面と前記ソース電極との接続部であり、前記第１主面に沿って延在し、複数並ぶソースコンタクト領域と
前記ソースコンタクト領域の短手方向において隣り合う前記ソースコンタクト領域同士の間の前記第１主面において、前記ソースコンタクト領域の長辺と平行な方向に複数並んで形成されたトレンチと、
前記トレンチ内に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
前記炭化ケイ素半導体基板内において、前記第２主面側から前記第１主面に向かって順に形成された、第１導電型の第１半導体領域、前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体領域、前記トレンチの第１側面に接し、ソース電位が印加される前記第１導電型の第３半導体領域、前記トレンチの前記第１側面に接し、前記第２半導体領域よりも低い不純物濃度を有する前記第２導電型の第４半導体領域、および、前記トレンチの前記第１側面に接する前記第１導電型の第５半導体領域と、
前記トレンチと離間して前記炭化ケイ素半導体基板内に形成され、前記第５半導体領域と前記第１半導体領域とを接続する、前記第１導電型の第６半導体領域と、
を有し、
前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域、前記第５半導体領域および前記第６半導体領域から離間し、
前記ゲート電極と、前記トレンチの前記第１側面に隣接して平面視において互いに重なる前記第３半導体領域、前記第４半導体領域および前記第５半導体領域とは、電界効果トランジスタを構成し、
前記電界効果トランジスタのチャネルは、前記トレンチの前記第１側面に接する前記第４半導体領域内において、前記第３半導体領域と前記第５半導体領域との間に生じる、炭化ケイ素半導体装置。
続きを表示（約 2,000 文字）【請求項２】
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第３半導体領域に対して前記第１主面側に順に形成された、前記第１導電型の第７半導体領域、および、前記第１導電型の第８半導体領域と、
をさらに有し、
前記ソースコンタクト領域は、前記第１主面において前記第８半導体領域に接続され、
前記第７半導体領域の不純物濃度は、前記第３半導体領域および前記第８半導体領域のいずれの不純物濃度より低く、
前記第７半導体領域および前記第８半導体領域は、前記トレンチから離間し、
前記第３半導体領域には、前記ソースコンタクト領域、前記第８半導体領域および前記第７半導体領域を介してソース電位が印加される、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項３】
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第１主面および前記トレンチの前記第１側面に沿う第１方向において、前記第５半導体領域は、前記トレンチの一方の端部から離間している、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項４】
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第１主面および前記トレンチの前記第１側面に沿う第１方向において、前記第３半導体領域は、前記トレンチの一方の端部から離間している、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項５】
請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第５半導体領域と離間して前記第１主面と前記第３半導体領域との間に形成され、前記第４半導体領域よりも高い不純物濃度を有する、前記第２導電型の第９半導体領域をさらに有し、
前記第９半導体領域は、前記第４半導体領域に接し、前記ソースコンタクト領域および前記第２半導体領域に電気的に接続されている、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項６】
請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第５半導体領域および前記トレンチと離間して前記第１主面と前記第２半導体領域との間に形成され、前記第４半導体領域よりも高い不純物濃度を有する、前記第２導電型の第９半導体領域をさらに有し、
前記第９半導体領域は、前記第４半導体領域および前記第２半導体領域に接し、前記ソースコンタクト領域に接続されている、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項７】
請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第１半導体領域、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域、前記第４半導体領域、前記第５半導体領域、前記第６半導体領域、前記第７半導体領域および前記第８半導体領域は、ユニットセルを構成し、
前記ユニットセルは、前記第１主面および前記トレンチの前記第１側面に沿う第１方向に複数並び、
前記第１方向において、前記第７半導体領域および前記第８半導体領域は、前記トレンチを挟んで前記第６半導体領域の反対側に位置し、
前記第１方向において隣り合う前記ユニットセル同士は、平面視におけるそれらの境界線を軸として線対称な構造を有している、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項８】
請求項２に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第１半導体領域、前記第２半導体領域、前記第３半導体領域、前記第４半導体領域、前記第５半導体領域、前記第６半導体領域、前記第７半導体領域および前記第８半導体領域は、ユニットセルを構成し、
前記ユニットセルは、前記第１主面および前記トレンチの前記第１側面に沿う第１方向において、平面レイアウトを反転させることなく複数並び、
前記第１方向において、前記第７半導体領域および前記第８半導体領域は、前記トレンチを挟んで前記第６半導体領域の反対側に位置し、
前記第１方向において隣り合う前記ユニットセル同士のうち、一方の前記ユニットセルを構成する前記第５半導体領域および前記第６半導体領域と、他方の前記ユニットセルを構成する前記第３半導体領域とは、前記炭化ケイ素半導体基板内に形成された、前記第２導電型の第１０半導体領域により互いに分離されている、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項９】
請求項１に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第５半導体領域と前記第１主面との間の前記炭化ケイ素半導体基板内に形成された、前記第２導電型の第１１半導体領域をさらに有する、炭化ケイ素半導体装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の炭化ケイ素半導体装置において、
前記第６半導体領域は、前記第１主面側から前記第２主面側に向かって、前記第１方向における前記トレンチとの距離が徐々に大きくなるような角度を有している、炭化ケイ素半導体装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワー半導体装置である炭化ケイ素半導体装置であって、特にトレンチ構造を有するものに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
パワー半導体デバイスの１つであるパワー金属絶縁膜半導体電界効果トランジスタ（Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor：ＭＩＳＦＥＴ）において、従来は、ケイ素（Ｓｉ）基板を用いたパワーＭＩＳＦＥＴ（以下、ＳｉパワーＭＩＳＦＥＴと呼ぶ）が主流であった。
【０００３】
しかし、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板（以下、ＳｉＣ基板と呼ぶ）を用いたパワーＭＩＳＦＥＴ（以下、ＳｉＣパワーＭＩＳＦＥＴと呼ぶ）はＳｉパワーＭＩＳＦＥＴと比較して、高耐圧化および低損失化が可能である。このため、省電力または環境配慮型のインバータ技術の分野において、ＳｉＣパワーＭＩＳＦＥＴは特に注目が集まっている。
【０００４】
ＳｉＣパワーＭＩＳＦＥＴは、ＳｉパワーＭＩＳＦＥＴと比較して、同耐圧ではオン抵抗の低抵抗化が可能である。これは、炭化ケイ素（ＳｉＣ）は、ケイ素（Ｓｉ）と比較して絶縁破壊電界強度が約７倍と大きく、ドリフト層となるエピタキシャル層を薄くできることに起因する。
【０００５】
特許文献１（特開２０１２－４４１６７号公報）には、ゲート電極が埋め込まれたトレンチの下部に接するソース領域を形成し、トレンチの側面近傍に上から下に電流を流すチャネルが形成されるＭＯＳＦＥＴが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２０１２－４４１６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
半導体基板の上面に複数形成されたトレンチ内にゲート電極が埋め込まれたＦＩＮ型トレンチゲート型ＭＯＳＦＥＴでは、トレンチの側面に沿ってチャネルが形成され、当該チャネルを横方向に電流が流れることが考えられる。この場合、チャネル幅（ゲート幅）を狭い範囲でしか拡大できず、炭化ケイ素半導体装置の性能向上が困難である。また、このようなＭＯＳＦＥＴは、トレンチの上側の角部近傍に電界が集中し易く、かつ、チャネル長にばらつきが生じ易いという課題がある。また、トレンチを深く形成する必要があるため、電界が上昇し易く、短絡耐量が低いという問題もある。
【０００８】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１０】
一実施の形態である炭化ケイ素半導体装置は、第１主面および前記第１主面の反対側の第２主面を備えた炭化ケイ素半導体基板と、前記第１主面上に形成されたソース電極と、前記第１主面と前記ソース電極との接続部であり、前記第１主面に沿って延在し、複数並ぶソースコンタクト領域と前記ソースコンタクト領域の短手方向において隣り合う前記ソースコンタクト領域同士の間の前記第１主面において、前記ソースコンタクト領域の長辺と平行な方向に複数並んで形成されたトレンチと、前記トレンチ内に絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、前記炭化ケイ素半導体基板内において、前記第２主面側から前記第１主面に向かって順に形成された、第１導電型の第１半導体領域、前記第１導電型と異なる第２導電型の第２半導体領域、前記トレンチの第１側面に接し、ソース電位が印加される前記第１導電型の第３半導体領域、前記トレンチの前記第１側面に接し、前記第２半導体領域よりも低い不純物濃度を有する前記第２導電型の第４半導体領域、および、前記トレンチの前記第１側面に接する前記第１導電型の第５半導体領域と、前記トレンチと離間して前記炭化ケイ素半導体基板内に形成され、前記第５半導体領域と前記第１半導体領域とを接続する、前記第１導電型の第６半導体領域と、を有し、前記第３半導体領域は、前記第１半導体領域、前記第５半導体領域および前記第６半導体領域から離間し、前記ゲート電極と、前記トレンチの前記第１側面に隣接して平面視において互いに重なる前記第３半導体領域、前記第４半導体領域および前記第５半導体領域とは、電界効果トランジスタを構成し、前記電界効果トランジスタのチャネルは、前記トレンチの前記第１側面に接する前記第４半導体領域内において、前記第３半導体領域と前記第５半導体領域との間に生じるものである。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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