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公開番号2025098905
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-07-02
出願番号2023215328
出願日2023-12-20
発明の名称半導体装置
出願人三安ジャパンテクノロジー株式会社
代理人個人,個人
主分類H10D 30/66 20250101AFI20250625BHJP()
要約【課題】水素イオンがゲート電極及びゲート絶縁膜に浸入することを防止し、信頼性が向上する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であって、第1導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板2と、炭化珪素基板の第1面30において第1導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層3と、ドリフト層の上において第2導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層4と、そのそれぞれの上において第1導電型の炭化珪素からなる複数のソース層5と、ボディ層およびソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜7と、ゲート電極8と、ゲート電極をゲート絶縁膜とともに覆うように形成された層間絶縁膜9と、層間絶縁膜の側部とソース電極との間に設けられる、水素イオンの通過を防止するための導電性バリア層15とを備える。

【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
第１導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の第１面において第１導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層と、
前記ドリフト層の上において第２導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層と、
前記複数のボディ層のそれぞれの上において前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型の炭化珪素でそれぞれ形成された複数のソース層と、
前記ボディ層および前記ソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜とともに覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の側部とソース電極との間に設けられた、水素イオンの通過を防止するための導電性バリア層と
を備えた炭化珪素半導体装置。
続きを表示（約 510 文字）【請求項２】
前記導電性バリア層は、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンまたはアモルファス炭化珪素からなる
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項３】
前記導電性バリア層は、前記層間絶縁膜の側部と前記ソース電極の一部を覆うように設けられ、前記層間絶縁膜の上面は前記導電性バリア層で覆われないように形成される
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項４】
前記導電性バリア層は、前記層間絶縁膜の側部の下端と、前記ソース電極の上部の層間絶縁膜側端部と、それらの間を覆い、前記層間絶縁膜のうち、上部のコーナー部を覆わないように形成される
請求項１に記載の炭化珪素半導体装置。
【請求項５】
平面視において、前記導電性バリア層の下部の外側端部は、前記ソース層の外側端部よりも内側にあり、
平面視において、前記ソース電極と前記ソース層が重なっている範囲において、
前記ソース電極の上面が、前記導電性バリア層に覆われている領域と、前記導電性バリア層に覆われていない領域とを含む
請求項１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】
本発明は、炭化珪素半導体装置に関する。特に、信頼性を向上させた炭化珪素半導体装置に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
基板及びドリフト層（エピタキシャル層）に炭化珪素（ＳｉＣ）を用いた半導体装置は、基板に珪素（Ｓｉ）を用いた半導体装置よりも高耐圧、低損失、及び高速を実現できることから、例えばパワー半導体装置として用いられている。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の炭化珪素半導体装置としてのＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴは、ゲート電極とソース配線等とを絶縁するための層間絶縁膜として、ＴＥＯＳ（Tetra Ethyl Ortho Silicate）酸化膜を堆積し、ＴＥＯＳ酸化膜上にＢＰＳＧ（Boro Phospho Silicate Glass）膜を堆積し、そのＢＰＳＧ上にさらにＴＥＯＳ酸化膜を堆積する三層の絶縁膜を構成することが開示されている。非特許文献１には、トレンチ型のパワーＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴにおいて、水素イオン（Ｈ＋）がデバイスに入り込むとＨＴＲＢ（High_Temperature_Reverse_Bias：高温逆電圧）試験の信頼性を損なう作用があること、及びその対策として層間絶縁膜にリン濃度が高い材料を採用することで水素イオンを吸着し、半導体装置の内部に水素イオンが浸入することを防止して半導体装置の信頼性を向上させうることが示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０２１－９３４９６号公報
【非特許文献】
【０００５】
Ai Loon Ooi,David Goh, V. C. Ngwan, STMicroelectronics Pte Ltd “HighTemperature Reverse Bias (HTRB) & Temperature Humidity Bias (THB)Reliability Failure Mechanisms and Improvements in Trench Power MOSFET and IGBT” DOI 10.1109/JEDS.2021.3109347, IEEE Journal of the Electron DevicesSociety
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ＳｉＣ―ＭＯＳＦＥＴなどの炭化珪素半導体装置は、樹脂によって封止されることが多いところ、その樹脂から析出した水素イオンが、ソース配線電極、ゲート電極、ゲート絶縁膜を通り、ボディ層のチャネルエリアに到達することにより、ＨＴＲＢ（高温逆電圧）試験における信頼性を損なうとともに、炭化珪素半導体装置のゲート閾値電圧（Vth）の変動及びリーク電流の増加を招くと考えられる。このため、水素イオンを層間絶縁膜で通過させないことが求められる。
本発明は、これらの問題に鑑みて、ソース配線電極からゲート電極及びゲート絶縁膜に水素イオンが到達することを防止し、信頼性が向上す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】
【０００７】
本発明の炭化珪素半導体装置の１つの態様は、
第１導電型の炭化珪素で形成された炭化珪素基板と、
前記炭化珪素基板の第１面において第１導電型の炭化珪素で形成されたドリフト層と、
前記ドリフト層の上において第２導電型の炭化珪素で形成された複数のボディ層と、
前記複数のボディ層のそれぞれの上において前記ドリフト層よりも高不純物濃度の第１導電型（ｎ型およびｐ型の一方）の炭化珪素でそれぞれ形成された複数のソース層と、
前記ボディ層および前記ソース層と接するように形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に形成されたゲート電極と、
前記ゲート電極を前記ゲート絶縁膜とともに覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記層間絶縁膜の側部とソース電極との間に設けられた、水素イオンの通過を防止するための導電性バリア層と
を備えるものである。
【０００８】
このように、炭化珪素半導体装置の層間絶縁膜の側部とソース電極との間に設けられる、水素イオンの通過を防止するための導電性バリア層を設けたので、層間絶縁膜とソース電極の間が導電性バリアよって塞がれるので、水素イオンがゲート絶縁膜及びゲート電極を経由してチャネルエリアに浸入することを防止することができる。このため、水素イオンがチャネルエリアに到達することによるＨＴＲＢ（高温逆電圧）試験における信頼性の低下、ゲート閾値電圧（Ｖｔｈ）の変化及びリーク電流を増加させることを防止することができ、炭化珪素半導体装置１の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
本発明の炭化珪素半導体装置は、上述の態様の具体的態様として、前記導電性バリア層は、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンまたはアモルファス炭化珪素からなるものである。
【００１０】
このように、前記導電性バリア層は、タンタル、窒化タンタル、窒化チタンまたはアモルファス炭化珪素としたので、これらの材料は導電性を備えるものであって、水素を透過しにくいことから、電気抵抗値を上げずに導電性バリア層として水素イオンの通過を防止することが可能である。これにより、炭化珪素半導体装置の信頼性を高めることが可能となる。
（【００１１】以降は省略されています）

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