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公開番号2025087881
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-06-10
出願番号2025038137,2022534902
出願日2025-03-11,2021-03-11
発明の名称炭化珪素半導体装置
出願人住友電気工業株式会社,国立研究開発法人産業技術総合研究所
代理人弁理士法人深見特許事務所
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250603BHJP()
要約【課題】信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置を提供する。
【解決手段】炭化珪素半導体装置100において、活性領域IRは、第1スーパージャンクション層10と、素子層40と、を含んでいる。第1スーパージャンクション層は、第1領域41と第2領域42を交互に有する。周辺領域ORは、第2スーパージャンクション層20と、終端層50と、絶縁層7と、を含む。第2スーパージャンクション層は、第3領域43と第4領域44を交互に有する。終端層は、第2スーパージャンクション層の上に接して設けられ、第5領域45と第6領域46を交互に有する。第5領域は、第3領域に対応して設けられるともに、第6領域は、第4領域に対応して設けられている。第6領域の不純物濃度は、第5領域の不純物濃度よりも大きく、かつ、第5領域の不純物濃度の68倍以下である。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の炭化珪素半導体よりなる基板と、
前記基板の第１主面の一部に設けられた活性領域と、
前記基板上に設けられ、かつ平面視において前記活性領域を取り囲む周辺領域と、
前記基板の前記第１主面に対向する第２主面に設けられた第１電極と、を備え、
前記活性領域は、
前記基板の上方に設けられ、前記第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を交互に有する第１スーパージャンクション層と、
前記第１スーパージャンクション層の上方に設けられた素子層と、
前記素子層の上に設けられた第２電極と、を含み、
前記周辺領域は、
前記基板の上方に設けられ、前記第１導電型の第３領域および前記第２導電型の第４領域を交互に有する第２スーパージャンクション層と、
前記第２スーパージャンクション層の上に接して設けられ、前記第２導電型の第５領域および前記第２導電型の第６領域を交互に有する終端層と、
前記第５領域の上端面および前記第６領域の上端面の各々に接する絶縁層と、を含み、
前記第５領域は前記第３領域に対応して設けられるともに、前記第６領域は前記第４領域に対応して設けられ、
前記第６領域の不純物濃度は、前記第５領域の不純物濃度よりも大きく、かつ前記第５領域の不純物濃度の６８倍以下である、炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 1,500 文字）【請求項２】
前記第６領域の不純物濃度は、前記第４領域の不純物濃度よりも大きい、請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記第５領域の不純物濃度と前記第６領域の不純物濃度の差分の絶対値は、前記第３領域の不純物濃度と前記第４領域の不純物濃度の和と実質的に等しい、請求項１または請求項２に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記素子層の上端面と、前記素子層と前記第１スーパージャンクション層の境界面との第１距離は、前記終端層の上端面と、前記終端層と前記第２スーパージャンクション層の境界面との第２距離より大きい、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
前記第１領域および前記第３領域の各々は、第１部分と、前記第１部分と前記基板との間に位置する第２部分とを有し、
前記第２領域および前記第４領域の各々は、前記第１部分に接する第３部分と、前記第２部分に接しかつ前記第３部分と前記基板との間に位置する第４部分とを有し、
前記第２主面に垂直であって、かつ前記第１領域から前記第２領域に向かう方向に平行な断面において、
前記第２部分の幅は、前記第１部分の幅よりも大きく、
前記第４部分の幅は、前記第３部分の幅よりも小さく、
前記第１部分の幅は、前記第１部分の高さよりも小さく、
前記第３部分の幅は、前記第３部分の高さよりも小さく、
前記第１部分および前記第３部分の各々の不純物濃度は、前記第２部分および前記第４部分の各々の不純物濃度よりも大きい、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項６】
前記第１領域および前記第３領域の各々の不純物濃度は、３×１０
16
ｃｍ
-3
以上５×１０
17
ｃｍ
-3
以下であり、
前記第２領域および前記第４領域の各々の不純物濃度は、３×１０
16
ｃｍ
-3
以上５×１０
17
ｃｍ
-3
以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項７】
前記第１スーパージャンクション層と前記基板との間には、前記第１導電型の第１バッファ層が設けられており、
前記第２スーパージャンクション層と前記基板との間には、前記第１導電型の第２バッファ層が設けられている、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項８】
前記素子層は、前記第１導電型の第１不純物領域と、前記第１不純物領域に接しかつ前記第２導電型を有する第２不純物領域と、前記第２不純物領域によって前記第１不純物領域から隔てられかつ前記第１導電型を有する第３不純物領域とを含み、
前記素子層には、前記第１不純物領域、前記第２不純物領域および前記第３不純物領域の各々により構成された側面と、前記側面に連なりかつ前記第１不純物領域により構成された底部とを有するトレンチが設けられており、
前記第１電極はソース電極であり、前記第２電極はドレイン電極であり、
前記トレンチの内部には、ゲート電極が設けられている、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項９】
前記第１主面は、｛０００１｝面または｛０００１｝面に対して８°以下の角度で傾斜した面である、請求項１から請求項８のいずれか１項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】
本開示は、炭化珪素半導体装置に関する。本出願は、２０２０年７月１０日に出願した日本特許出願である特願２０２０－１１８９００号に基づく優先権を主張する。当該日本特許出願に記載された全ての記載内容は、参照によって本明細書に援用される。
続きを表示（約 2,700 文字）【背景技術】
【０００２】
特開２００６－７３９８７号公報（特許文献１）および特開２００３－２７３３５５号公報（特許文献２）にはシリコン半導体を主たる対象として、スーパージャンクション構造を有するＭＯＳＦＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２００６－７３９８７号公報
特開２００３－２７３３５５号公報
【発明の概要】
【０００４】
本開示に係る炭化珪素半導体装置は、基板と、活性領域と、周辺領域と、第１電極とを備えている。基板は、第１導電型の炭化珪素半導体よりなる。活性領域は、基板の第１主面の一部に設けられている。周辺領域は、基板上に設けられ、かつ平面視において活性領域を取り囲んでいる。第１電極は、基板の第１主面に対向する第２主面に設けられている。活性領域は、第１スーパージャンクション層と、素子層と、第２電極とを含んでいる。第１スーパージャンクション層は、基板の上方に設けられ、第１導電型の第１領域および第２導電型の第２領域を交互に有している。素子層は、第１スーパージャンクション層の上方に設けられている。第２電極は、素子層の上に設けられている。周辺領域は、第２スーパージャンクション層と、終端層と、絶縁層とを含んでいる。第２スーパージャンクション層は、基板の上方に設けられ、第１導電型の第３領域および第２導電型の第４領域を交互に有している。終端層は、第２スーパージャンクション層の上に接して設けられ、第２導電型の第５領域および第２導電型の第６領域を交互に有している。絶縁層は、第５領域の上端面および第６領域の上端面の各々に接している。第５領域は第３領域に対応して設けられるともに、第６領域は第４領域に対応して設けられている。第６領域の不純物濃度は、第５領域の不純物濃度よりも大きく、かつ第５領域の不純物濃度の６８倍以下である。
【図面の簡単な説明】
【０００５】
図１は、第１実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
図２は、第２実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す一部横断面模式図である。
図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った縦断面模式図である。
図４は、図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った縦断面模式図である。
図５は、第３実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
図６は、第４実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す一部横断面模式図である。
図７は、図６のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿った縦断面模式図である。
図８は、図６のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿った縦断面模式図である。
図９は、第５実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
図１０は、第６実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成を示す縦断面模式図である。
図１１は、耐圧シミュレーション結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００６】
[本開示が解決しようとする課題]
本開示の目的は、信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置を提供することである。
[本開示の効果]
本開示によれば、信頼性を向上可能な炭化珪素半導体装置を提供することができる。
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列挙して説明する。本明細書の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示す。結晶学上の指数が負であることは、通常、数字の上に”－”（バー）を付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付すことによって結晶学上の負の指数を表現する。
【０００７】
（１）本開示に係る炭化珪素半導体装置１００は、基板９０と、活性領域ＩＲと、周辺領域ＯＲと、第１電極６１とを備えている。基板９０は、第１導電型の炭化珪素半導体よりなる。活性領域ＩＲは、基板９０の第１主面１の一部に設けられている。周辺領域ＯＲは、基板９０上に設けられ、かつ平面視において活性領域ＩＲを取り囲んでいる。第１電極６１は、基板９０の第１主面１に対向する第２主面２に設けられている。活性領域ＩＲは、第１スーパージャンクション層１０と、素子層４０と、第２電極６２とを含んでいる。第１スーパージャンクション層１０は、基板９０の上方に設けられ、第１導電型の第１領域４１および第２導電型の第２領域４２を交互に有している。素子層４０は、第１スーパージャンクション層１０の上方に設けられている。第２電極６２は、素子層４０の上に設けられている。周辺領域ＯＲは、第２スーパージャンクション層２０と、終端層５０と、絶縁層７とを含んでいる。第２スーパージャンクション層２０は、基板９０の上方に設けられ、第１導電型の第３領域４３および第２導電型の第４領域４４を交互に有している。終端層５０は、第２スーパージャンクション層２０の上に接して設けられ、第２導電型の第５領域４５および第２導電型の第６領域４６を交互に有している。絶縁層７は、第５領域４５の上端面および第６領域４６の上端面の各々に接している。第５領域４５は第３領域４３に対応して設けられるともに、第６領域４６は第４領域４４に対応して設けられている。第６領域４６の不純物濃度は、第５領域４５の不純物濃度よりも大きく、かつ第５領域４５の不純物濃度の６８倍以下である。
【０００８】
（２）上記（１）に係る炭化珪素半導体装置１００において、第６領域４６の不純物濃度は、第４領域４４の不純物濃度よりも大きくてもよい。
【０００９】
（３）上記（１）または（２）に係る炭化珪素半導体装置１００において、第５領域４５の不純物濃度と第６領域４６の不純物濃度の差分の絶対値は、第３領域４３の不純物濃度と第４領域４４の不純物濃度の和と実質的に等しくてもよい。
【００１０】
（４）上記（１）から（３）のいずれかに係る炭化珪素半導体装置１００において、素子層４０の上端面と、素子層４０と第１スーパージャンクション層１０の境界面との第１距離Ｄ１は、終端層５０の上端面と、終端層５０と第２スーパージャンクション層２０の境界面との第２距離Ｄ２より大きくてもよい。
（【００１１】以降は省略されています）

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