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公開番号2024123773
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023031442
出願日2023-03-01
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 20060101AFI20240905BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】オン抵抗と短絡耐量とのトレードオフ関係を改善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】互いに隣り合う電界緩和用のp⁺型領域21,22間に、第1,2JFET領域24,25が設けられている。トレンチ7の直下のp⁺型領域21は、トレンチ7の側壁よりもp⁺型領域22側へ張り出している。第2JFET領域25は、p型ベース領域3と第1JFET領域24との間に設けられ、p型ベース領域3とp⁺型領域21との間をトレンチ7の側壁まで達する。第2JFET領域25の厚さt1は、p⁺型領域21の張り出し長さd1以下である。第2JFET領域25の、p型ベース領域3とp⁺型領域21との間に挟まれた部分の断面形状は、略正方形状または横方向に細長い略長方形状である。チャネル3aの下端部40がp⁺型領域21,22によって遮蔽され、ドレイン電極13から直線的に見えなくなっている。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
炭化珪素からなる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、
深さ方向に前記第３半導体領域および前記第２半導体領域を貫通するトレンチと、
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２半導体領域と前記第１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半導体基板の第２主面側に深い位置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導電型の高濃度領域と、
前記第２半導体領域と前記第１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主面側に深い位置に、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域および前記高濃度領域に接して選択的に設けられた、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ＪＦＥＴ領域と、
前記第３半導体領域、前記第２半導体領域および前記高濃度領域に電気的に接続された第１電極と、
前記第２主面に設けられた第２電極と、
を備え、
前記高濃度領域は、
前記第２半導体領域と離れて設けられ、深さ方向に前記トレンチの底面に対向する第１高濃度領域と、
前記第２半導体領域に接し、前記トレンチおよび前記第１高濃度領域と離れて設けられた第２高濃度領域と、を有し、
前記第１高濃度領域は、前記トレンチの側壁よりも前記第１主面に平行な方向に前記第２高濃度領側へ張り出しており、
前記ＪＦＥＴ領域は、
互いに隣り合う前記第１高濃度領域と前記第２高濃度領域との間に、前記第１高濃度領域および前記第２高濃度領域に接して設けられた第１ＪＦＥＴ領域と、
前記第２半導体領域と前記第１ＪＦＥＴ領域との間に、前記第２半導体領域および前記第１ＪＦＥＴ領域に接して設けられ、前記第２半導体領域と前記第１高濃度領域との間に延在して前記トレンチの側壁まで達する第２ＪＦＥＴ領域と、を有し、
前記第２ＪＦＥＴ領域の厚さは、前記第１高濃度領域の張り出し長さ以下で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２ＪＦＥＴ領域の厚さは、前記第１高濃度領域の張り出し長さ未満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３】
導通時に、前記第３半導体領域と前記第２ＪＦＥＴ領域との間において、前記第２半導体領域の、前記トレンチの側壁に沿った部分に形成されて、前記半導体基板の前記第１主面と前記第２主面との間を流れるドリフト電流の経路となる第１導電型に反転層を有し、
前記反転層の前記第２主面側の端部と前記第２電極とを結ぶすべての線分上に、前記第１高濃度領域および前記第２高濃度領域のいずれか１つ以上が位置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】
前記反転層の前記第２主面側の端部と前記第２電極とを結ぶすべての線分上に、前記第１高濃度領域、前記第２高濃度領域、および、前記高濃度領域と前記ＪＦＥＴ領域とのｐｎ接合から広がる空乏層のいずれか１つ以上が位置することを特徴とする請求項３に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記第２ＪＦＥＴ領域の厚さをｔ１とし、前記第１高濃度領域の厚さをｔ２とし、前記第１高濃度領域の張り出し長さをｄ１とし、および前記第１ＪＦＥＴ領域の幅をｗ１としたときに下記（１）式を満たす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。
TIFF
2024123773000004.tif
17
170
【請求項６】
前記ＪＦＥＴ領域の不純物濃度は、５．０×１０
16
／ｃｍ
3
以上１．６×１０
17
／ｃｍ
3
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７】
前記ＪＦＥＴ領域の不純物濃度は、８．０×１０
16
／ｃｍ
3
以上１．５×１０
17
／ｃｍ
3
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８】
前記第１高濃度領域の張り出し長さは、０．２５μｍ以上０．４μｍ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９】
前記第１高濃度領域の張り出し長さは、０．２７μｍ以上０．３３μｍ以下であ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２ＪＦＥＴ領域の厚さは、０．２５μｍ以上であ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 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、炭化珪素（ＳｉＣ）を半導体材料として用いたトレンチゲート型ＳｉＣ－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）では、ＪＦＥＴ（ＪｕｎｃｔｉｏｎＦＥＴ）領域の幅を狭くしたり、ＪＦＥＴ領域の不純物濃度を低くしたりすることで、オン抵抗と短絡耐量とのトレードオフ関係が改善されることが公知である（例えば、下記特許文献１～４参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２２－１３６７１５号公報
特許第６５７９１０４号公報
特許第６８０２４５４号公報
特許第７１３９６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１～４では、ＪＦＥＴ領域の不純物濃度を低くしすぎると、ＪＦＥＴ抵抗が高くなり、オン抵抗が高くなることで、オン抵抗と短絡耐量とのトレードオフ関係が悪くなるという問題がある。ＪＦＥＴ領域は、ｐ型ベース領域とｎ
-
型ドリフト領域との間に配置されたｎ型電流拡散層（ＣＳＬ：ＣｕｒｒｅｎｔＳｐｒｅａｄｉｎｇＬａｙｅｒ）もしくはｎ型電荷蓄積（ＣＳ：ＣａｒｒｉｅｒＳｔｏｒａｇｅ）層、またはｎ
-
型ドリフト領域で構成されて、ドリフト電流の経路となるｎ型領域である。
【０００５】
この発明は、上述した従来技術による課題を解消するため、オン抵抗と短絡耐量とのトレードオフ関係を改善することができる炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、次の特徴を有する。炭化珪素からなる半導体基板の内部に、第１導電型の第１半導体領域が設けられている。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、第２導電型の第２半導体領域が設けられている。前記第１主面と前記第２半導体領域との間に、第１導電型の第３半導体領域が選択的に設けられている。トレンチは、深さ方向に前記第３半導体領域および前記第２半導体領域を貫通する。前記トレンチの内部に、ゲート絶縁膜を介してゲート電極が設けられている。前記第２半導体領域と前記第１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半導体基板の第２主面側に深い位置に、第２導電型の高濃度領域が選択的に設けられている。前記高濃度領域は、前記第２半導体領域よりも不純物濃度が高い。
【０００７】
前記第２半導体領域と前記第１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主面側に深い位置に、前記第１半導体領域、前記第２半導体領域および前記高濃度領域に接して、第１導電型のＪＦＥＴ領域が選択的に設けられた、前記ＪＦＥＴ領域は、前記第１半導体領域よりも不純物濃度が高い。第１電極は、前記第３半導体領域、前記第２半導体領域および前記高濃度領域に電気的に接続されている。第２電極は、前記第２主面に設けられている。前記高濃度領域は、第２導電型の第１高濃度領域と、第２導電型の第２高濃度領域と、を有する。前記第１高濃度領域は、前記第２半導体領域と離れて設けられ、深さ方向に前記トレンチの底面に対向する。前記第２高濃度領域は、前記第２半導体領域に接し、前記トレンチおよび前記第１高濃度領域と離れて設けられている。
【０００８】
前記第１高濃度領域は、前記トレンチの側壁よりも前記第１主面に平行な方向に前記第２高濃度領側へ張り出している。前記ＪＦＥＴ領域は、第１導電型の第１ＪＦＥＴ領域と、第１導電型の第２ＪＦＥＴ領域と、を有する。前記第１ＪＦＥＴ領域は、互いに隣り合う前記第１高濃度領域と前記第２高濃度領域との間に、前記第１高濃度領域および前記第２高濃度領域に接して設けられている。前記第２ＪＦＥＴ領域は、前記第２半導体領域と前記第１ＪＦＥＴ領域との間に、前記第２半導体領域および前記第１ＪＦＥＴ領域に接して設けられ、前記第２半導体領域と前記第１高濃度領域との間に延在して前記トレンチの側壁まで達する。前記第２ＪＦＥＴ領域の厚さは、前記第１高濃度領域の張り出し長さ以下である。
【０００９】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、前記第２ＪＦＥＴ領域の厚さは、前記第１高濃度領域の張り出し長さ未満であることを特徴とする。
【００１０】
また、この発明にかかる炭化珪素半導体装置は、上述した発明において、導通時に、前記第３半導体領域と前記第２ＪＦＥＴ領域との間において、前記第２半導体領域の、前記トレンチの側壁に沿った部分に形成されて、前記半導体基板の前記第１主面と前記第２主面との間を流れるドリフト電流の経路となる第１導電型に反転層を有する。前記反転層の前記第２主面側の端部と前記第２電極とを結ぶすべての線分上に、前記第１高濃度領域および前記第２高濃度領域のいずれか１つ以上が位置することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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