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公開番号2024073333
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-05-29
出願番号2022184487
出願日2022-11-17
発明の名称炭化珪素半導体装置
出願人国立研究開発法人産業技術総合研究所,富士電機株式会社
代理人個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20240522BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】破壊耐量を向上させ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】活性領域10およびエッジ終端領域20は、ドリフト層を並列pn層3とした同一のSJ構造である。エッジ終端領域20において、活性領域10とJTE構造21との間に、JTE構造21をソース電極18の電位に固定するp+型延在部14aが設けられている。p+型延在部14aは、p型ベース延在部4aと並列pn層3との間に、これらの領域に接して設けられている。p+型延在部14aは、ゲートトレンチ7底面付近の電界緩和用に活性領域10に設けられたp+型領域12の上部14の延在部である。p型ベース延在部4aと並列pn層3との間に、p+型領域12の下部13の延在部は設けられていない。このため、エッジ終端領域20のp型カラム領域32の深さ方向Zの長さは、活性領域10のp型カラム領域32の深さ方向Zの長さよりも長くなっている。
【選択図】図2
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、前記半導体基板のおもて面に平行な第1方向に第1導電型カラム領域と第2導電型カラム領域とを交互に繰り返し隣接して配置された並列pn層と、
前記半導体基板の第1主面と前記並列pn層との間に設けられ、前記活性領域から前記終端領域へ延在する第2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選択的に設けられた第1導電型の第2半導体領域と、
深さ方向に前記第2半導体領域および前記第1半導体領域を貫通して前記第1導電型カラム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、
前記活性領域および前記終端領域において前記第1半導体領域と前記並列pn層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導電型高濃度領域と、
前記第1半導体領域および前記第2導電型高濃度領域よりも外側において前記第1主面と前記並列pn層との間に選択的に設けられ、前記活性領域の周囲を同心状に囲む1つ以上の第2導電型耐圧領域で構成された耐圧構造と、
前記第2半導体領域、前記第1半導体領域および前記第2導電型高濃度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主面に電気的に接続された第2電極と、
を備え、
前記第2導電型高濃度領域は、
前記活性領域の部分で前記トレンチの底面よりも前記第2主面側に深い位置に達し、
前記活性領域の部分よりも前記終端領域の部分で前記第2主面側の面が前記第1主面側に浅い位置にあることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
続きを表示(約 1,100 文字)【請求項2】
前記第2導電型高濃度領域の前記活性領域の部分は、
前記トレンチの底面よりも前記第2主面側に深い第1部分と、
前記トレンチの底面よりも前記第1主面側に浅い第2部分と、を有し、
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は、前記第2部分が前記終端領域に延在してな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2導電型高濃度領域の前記第1部分は、前記トレンチの前記終端領域に隣り合う最外周の側壁との所定距離を保って前記活性領域の周囲を囲む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導電型高濃度領域の前記第1部分は、前記トレンチの前記終端領域に隣り合う最外周の側壁から0.35μm以下の所定幅だけ外側で終端し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5】
前記第2導電型高濃度領域の前記第1部分は、前記耐圧構造の内周と所定距離を保って前記活性領域の周囲を囲む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6】
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は、前記活性領域と前記耐圧構造との間の全域に設けられてい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7】
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は選択的に設けられてい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8】
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は、前記第1半導体領域と前記第2導電型カラム領域との間にのみ設けられていることを特徴とする請求項7に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項9】
前記第1導電型カラム領域および前記第2導電型カラム領域は、前記半導体基板のおもて面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向にストライプ状に延在し、
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は、前記第2方向にストライプ状に設けられていることを特徴とする請求項8に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項10】
前記第1導電型カラム領域および前記第2導電型カラム領域は、前記半導体基板のおもて面に平行でかつ前記第1方向と直交する第2方向にストライプ状に延在し、
前記第2導電型高濃度領域の前記終端領域の部分は、前記第2方向に点在し、前記活性領域と前記耐圧構造との間にマトリクス状に配置されていることを特徴とする請求項8に記載の炭化珪素半導体装置。
(【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】
この発明は、炭化珪素半導体装置に関する。
続きを表示(約 2,100 文字)【背景技術】
【0002】
従来、ドリフト層を、n型領域とp型領域とを半導体基板(半導体チップ)の主面に平行な方向に交互に繰り返し隣接して配置してなる並列pn層とした超接合(SJ:Super Junction)構造の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)が公知である。
【0003】
ドリフト層をSJ構造とすることで、n
-
型領域のみで構成される通常のドリフト層と比べて、ドリフト層の不純物濃度を高くすることができ、オン抵抗が大幅に低減される。また、ドリフト層をSJ構造とすることで、高温動作時のオン抵抗増加が抑制される。高温動作時とは、高温度環境下や高電圧印加、大電流の通電等により半導体基板(半導体チップ)が高温度となっている状態で半導体装置が動作することである。
【0004】
パワー半導体装置の耐圧構造は、活性領域と半導体基板の端部との間のエッジ終端領域において半導体基板のおもて面の表面領域に選択的に設けられた複数のp型領域で構成される。SiC-MOSFETでは、耐圧構造として、不純物濃度の異なる2つのp型領域で構成されたダブルゾーン接合終端拡張(JTE:Junction Termination Extension)構造が用いられることが公知である。
【0005】
図11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12は、図11の切断線AA-AA’における断面構造を示す断面図である。図13は、図12のエッジ終端領域の内側部分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14は、図13の矩形枠BB内を拡大して示す平面図である。図14には、半導体基板140の直線部におけるp
+
型延在部111aのレイアウトを示す。
【0006】
図15,16は、図11の矩形枠CC-CC’内を拡大して示す平面図である。図15,16には、それぞれ半導体基板140のコーナー(チップコーナー)におけるp
+
型延在部111aおよびp
+
型延在部114aのレイアウトを示す。図11では、p型カラム領域132をハッチングで示す。図12,13では、JTE構造の内周(p
-
型領域122の内周)124aを破線で示す。図12では、n型カラム領域131およびp型カラム領域132の個数が簡略化され、図16と異なっている。
【0007】
図13,14では、ゲートトレンチ107を破線で示す。図14,15では、p
+
型領域111、p
+
型領域112の下部113、p
+
型延在部111aおよびp
+
型連結部の下部115を同一のハッチングで示す。図16では、p
+
型領域112の上部114、p
+
型延在部114aおよびp
+
型連結部の上部116を同一のハッチングで示す。図15,16では、ゲートトレンチ107を太線で示し、JTE構造121の内周124aを破線で示す。符号124bはJTE構造121の外周(p
--
型領域123の外周)である。
【0008】
図11~16に示す従来の炭化珪素半導体装置150は、炭化珪素(SiC)を半導体材料とした半導体基板140の内部に、ドリフト層となる並列pn層103を備えたSJ構造のトレンチゲート型SiC-MOSFETである。半導体基板140は、SiCを半導体材料としたn
+
型出発基板141上に並列pn層103およびp型ベース領域104となる各エピタキシャル層142,143を順にエピタキシャル成長させてなる。
【0009】
並列pn層103は、n型領域(以下、n型カラム領域とする)131とp型領域(以下、p型カラム領域とする)132とを半導体基板140の主面に平行な第1方向Xに交互に繰り返し隣接して配置してなる。n型カラム領域131およびp型カラム領域132は、半導体基板140の全域にわたって、半導体基板140の主面に平行でかつ第1方向Xと直交する第2方向Yにストライプ状に延在する。
【0010】
活性領域110およびエッジ終端領域120ともに同一のSJ構造でドリフト層が構成されている。n型カラム領域131およびp型カラム領域132ともに、略同じ幅(短手方向の幅)Wn101,Wp101であり、略同じ不純物濃度を有する。略同じ幅および略同じ不純物濃度とは、それぞれ、プロセスばらつきによる許容誤差を含む範囲で同じ幅および同じ不純物濃度であることを意味する。
(【0011】以降は省略されています)

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