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公開番号2024166366
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2024161176,2023108009
出願日2024-09-18,2017-12-11
発明の名称絶縁ゲート型半導体装置
出願人富士電機株式会社
代理人個人,個人
主分類H01L 29/78 20060101AFI20241121BHJP(基本的電気素子)
要約【課題】絶縁ゲート型半導体装置の更なる改善を図ることができる絶縁ゲート型半導体装置を提供する。
【解決手段】第1側壁面と第2側壁面で両側壁を定義したトレンチ10a,10bの内側に配置された絶縁ゲート型電極構造(5a,6a),(5b,6b)と、トレンチ10a,10bの第1側壁面に接した第1導電型の主電極領域4a,4cと、主電極領域4a,4cの下面と第1側壁面に接した第2導電型のベース領域3a,3bと、ベース領域3a,3bの下面と第1側壁面に接した第1導電型のドリフト層1と、トレンチ10a,10bの第2側壁面及び底面に接した第2導電型のゲート保護領域2b,2cと、主電極領域4a,4cと接した主電極8を有する単位セルを複数備え、隣接する単位セルの間に位置するドリフト層1と主電極8により構成されるショットキーバリアダイオードD1を内蔵する。
【選択図】図10
特許請求の範囲【請求項１】
チップ構造の基準面に対し第１の傾斜角をなす第１側壁面と、該第１側壁面に対向し前記基準面に対し前記第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角をなす第２側壁面で両側壁を定義したトレンチの内側に配置された絶縁ゲート型電極構造と、
前記トレンチの第１側壁面に接した第１導電型の主電極領域と、
該主電極領域の下面と前記第１側壁面に接した第２導電型のベース領域と、
該ベース領域の下面と前記第１側壁面に接した前記主電極領域より低不純物密度で第１導電型のドリフト層と、
前記トレンチの前記第２側壁面及び底面に接し、前記ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のゲート保護領域と、
前記主電極領域と接した主電極とを有する単位セルを複数備え、
隣接する前記単位セルの間に位置する前記ドリフト層と前記主電極により構成されるショットキーバリアダイオードを内蔵することを特徴とする絶縁ゲート型半導体装置。
続きを表示（約 580 文字）【請求項２】
前記主電極領域の上面と同一の水平レベルに位置する前記ドリフト層の上面と前記主電極により前記ショットキーバリアダイオードのショットキー接合が構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
【請求項３】
前記主電極が、前記ドリフト層に前記トレンチの底面と同一の深さまで埋め込まれた凸部を有し、
前記凸部の底面と前記ドリフト層とにより前記ショットキーバリアダイオードのショットキー接合が構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
【請求項４】
前記主電極が、前記ドリフト層に前記トレンチの底面と同一の深さまで埋め込まれた凸部を有し、
前記凸部の側面と前記ドリフト層とにより前記ショットキーバリアダイオードのショットキー接合が構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型半導体装置。
【請求項５】
前記主電極が前記ドリフト層に前記トレンチの底面と同一の深さまで埋め込まれた凸部を有し、
前記主電極領域の上面と同一の水平レベルに位置する前記主電極の下面、前記凸部の側面及び底面と、前記ドリフト層とにより前記ショットキーバリアダイオードのショットキー接合が構成されることを特徴とする請求項１に記載の絶縁ゲート型半導体装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、トレンチ内に絶縁ゲート型電極構造を有する絶縁ゲート型半導体装置及びその製造方法に関する。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
トレンチゲート型のＭＯＳ電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）は、プレーナゲート型に対してセルピッチの縮小によるオン抵抗の低減が期待できる。炭化珪素（ＳｉＣ）等のワイドバンドギャップ半導体を材料とするトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴでは、トレンチの側壁面にａ面（１１－２０）を使用した構造が提案されている（特許文献１～３参照）。特許文献１～３では、トレンチの一方の側壁面側にｎ型のソース領域及びｐ型のベース領域を設け、その側壁面側を電流経路として使用する。
【０００３】
ワイドバンドギャップ半導体を材料とするトレンチゲート型のＭＯＳＦＥＴ等の絶縁ゲート型半導体装置においては、その構造や製法について更なる改善が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
米国特許出願公開第２０１７／００７７２５１号明細書
特許第６１０５０３２号明細書
特開２０１６－１６３０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記課題に鑑み、本発明は、絶縁ゲート型半導体装置の更なる改善を図ることができる絶縁ゲート型半導体装置及びその製造方法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】
本発明の一態様は、チップ構造の基準面に対し第１の傾斜角をなす第１側壁面と、その第１側壁面に対向し基準面に対し第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角をなす第２側壁面で両側壁を定義した複数のトレンチをチップ構造に配列した絶縁ゲート型半導体装置であって、（ａ）複数のトレンチに含まれる第１のトレンチに絶縁ゲート型電極構造を設けた第１の単位セルであって、第１のトレンチの第１側壁面に接した第１導電型の主電極領域、その主電極領域の下面と第１側壁面に接した第２導電型のベース領域、そのベース領域の下面と第１側壁面に接した主電極領域より低不純物密度で第１導電型のドリフト層、第１のトレンチの第２側壁面及び底面に接し、ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のゲート保護領域を有する第１の単位セルと、（ｂ）複数のトレンチに含まれる第２のトレンチに絶縁ゲート型電極構造を設けた第２の単位セルであって、ドリフト層の上部に埋め込まれ、第２のトレンチの第１側壁面及び第２側壁面に接した第２導電型で、ベース領域よりも高不純物密度の動作抑制領域を有する第２の単位セルとを備え、第２の単位セルが、複数のトレンチの配列の一端に位置する第２のトレンチを含むように配置される絶縁ゲート型半導体装置であることを要旨とする。
【０００７】
本発明の他の態様は、（ａ）チップ構造の基準面に対し第１の傾斜角をなす第１側壁面と、その第１側壁面に対向し基準面に対し第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角をなす第２側壁面で両側壁を定義したトレンチの内側に配置された絶縁ゲート型電極構造と、（ｂ）トレンチの第１側壁面に接した第１導電型の主電極領域と、（ｃ）主電極領域の下面と第１側壁面に接した第２導電型のベース領域と、（ｄ）ベース領域の下面と第１側壁面に接した主電極領域より低不純物密度で第１導電型のドリフト層と、（ｅ）トレンチの第２側壁面及び底面に接し、ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のゲート保護領域と、（ｆ）主電極領域と接した主電極を有する単位セルを複数備え、隣接する単位セルの間に位置するドリフト層と主電極により構成されるショットキーバリアダイオードを内蔵する絶縁ゲート型半導体装置であることを要旨とする。
【０００８】
本発明の他の態様は、（ａ）チップ構造の基準面に対し第１の傾斜角をなす第１側壁面と、その第１側壁面に対向し基準面に対し第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角をなす第２側壁面で両側壁を定義したトレンチの内側に配置された絶縁ゲート型電極構造と、（ｂ）トレンチの第１側壁面に接した高不純物密度で第１導電型の主電極領域と、（ｃ）主電極領域の下面と第１側壁面に接した第２導電型のベース領域と、（ｄ）ベース領域の下面と第１側壁面に接した主電極領域より低不純物密度で第１導電型のドリフト層と、（ｅ）トレンチの第２側壁面及び底面に接し、ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のゲート保護領域と、（ｆ）トレンチから離間してゲート保護領域に接し、ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のベースコンタクト領域とを備える絶縁ゲート型半導体装置であることを要旨とする。
【０００９】
本発明の他の態様は、（ａ）第１導電型のドリフト層と、（ｂ）ドリフト層上に設けられた第２導電型のベース領域と、（ｃ）ベース領域の上部に設けられ、ドリフト層よりも高不純物密度で第１導電型の主電極領域と、（ｄ）主電極領域及びベース領域に一方の側壁面が接するように、ストライプ状のトレンチの内側に設けられた絶縁ゲート型電極構造と、（ｅ）トレンチの底面及び他方の側壁面に接するようにドリフト層上にストライプ状に設けられ、ベース領域よりも高不純物密度で第２導電型のゲート保護領域とを備えるストライプ状の単位セルが複数配列され、隣接する単位セルのトレンチ間に共通のベース領域を挟む構造と、隣接する単位セルのトレンチ間に共通のゲート保護領域を挟む構造とを交互に繰り返し、ゲート保護領域がトレンチの長手方向に沿って間欠的に配列されている絶縁ゲート型半導体装置であることを要旨とする。
【００１０】
本発明の他の態様は、（ａ）第１導電型のドリフト層上に第２導電型のベース領域を形成する工程と、（ｂ）ベース領域の上部に、ドリフト層よりも高不純物密度で第１導電型の主電極領域を形成する工程と、（ｃ）主電極領域が形成されたチップ構造の基準面に対し第１の傾斜角をなす第１側壁面と、その第１側壁面に対向し基準面に対し第１の傾斜角とは異なる第２の傾斜角をなす第２側壁面で両側壁を定義したトレンチをドリフト層に到達するまで形成し、主電極領域及びベース領域を第１側壁面に露出させる工程と、（ｄ）トレンチの底面及び第１側壁面に斜めにイオン注入することにより、トレンチの底面及び第１側壁面に接した第２導電型のゲート保護領域を形成する工程と、（ｅ）トレンチの内側に絶縁ゲート型電極構造を形成する工程とを含む絶縁ゲート型半導体装置の製造方法であることを要旨とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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