JP2008270681A - Silicon carbide semiconductor device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly integrated silicon carbide semiconductor device that is not only manufactured without using complex technology but also durable against the use for a long period of time. <P>SOLUTION: The semiconductor device includes an active region and peripheral voltage withstanding structure 20b surrounding the active region. A gate electrode is formed in a trench of the active region through a gate insulating film, and a p<SP>+</SP>region 6 is formed on a bottom portion thereof. On the other hand, not only a trench isolation film 12 is loaded in the trench of the peripheral voltage withstanding structure 20b but also p<SP>+</SP>region 6 is formed on a bottom of the trench closest to the active region. Of the trenches of the voltage withstanding structure, the p<SP>+</SP>region 6 is preferably formed on the bottom of the trench closest to the active region and on the bottom of the trench second closest thereto. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

この発明は、半導体材料として炭化珪素(SiC)を用いた炭化珪素半導体装置に関する。   The present invention relates to a silicon carbide semiconductor device using silicon carbide (SiC) as a semiconductor material.

従来、高耐圧や大電流を制御するパワー半導体装置が開発されている。パワー半導体装置にはいくつかの種類があり、用途に合わせてそれぞれの種類のパワー半導体装置が使い分けられている。たとえば、バイポーラトランジスタやIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ)は電流密度を多く取ることができるが、高速でスイッチングをおこなうことができない。このため、バイポーラトランジスタの使用限界周波数は数kHz、IGBTの使用限界周波数は20kHz程度である。   Conventionally, power semiconductor devices that control a high breakdown voltage and a large current have been developed. There are several types of power semiconductor devices, and each type of power semiconductor device is properly used according to the application. For example, bipolar transistors and IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) can have a large current density but cannot be switched at high speed. For this reason, the use limit frequency of the bipolar transistor is several kHz, and the use limit frequency of the IGBT is about 20 kHz.

一方、パワーMOSFETは、電流密度を多く取ることはできないものの、高速でのスイッチングをおこなうことができ、数MHz程度の高速な周波数でも使用することができる。パワーMOSFETの構造として、プレーナゲート型とトレンチゲート型の2種類が知られている。   On the other hand, although the power MOSFET cannot take a large current density, it can perform high-speed switching and can be used even at a high frequency of about several MHz. Two types of power MOSFET structures are known, a planar gate type and a trench gate type.

また、パワー半導体装置の性能をさらに向上させるため、半導体材料の改良が進められている。従来、パワー半導体装置の半導体材料には、珪素(シリコン)の単結晶が用いられていたが、近年は、低オン電圧、高速・高温特性に優れた炭化珪素(SiC)が注目を集めている(たとえば、下記非特許文献1参照。)。炭化珪素は、化学的に非常に安定した材料であり、バンドギャップが3eVと広く、高温でも極めて安定して使用することができる。また、炭化珪素が許容可能な電界強度の最大値は、珪素が許容可能な電界強度の最大値よりも1桁以上大きい。このため、炭化珪素を用いた半導体装置は大電流にも耐えることができる。   In addition, in order to further improve the performance of the power semiconductor device, the semiconductor material is being improved. Conventionally, a silicon (silicon) single crystal has been used as a semiconductor material for power semiconductor devices, but in recent years, silicon carbide (SiC) excellent in low on-voltage, high-speed and high-temperature characteristics has attracted attention. (For example, see the following non-patent document 1.) Silicon carbide is a chemically very stable material, has a wide band gap of 3 eV, and can be used very stably even at high temperatures. Further, the maximum value of the electric field strength allowable for silicon carbide is one digit or more larger than the maximum value of the electric field strength allowable for silicon. For this reason, a semiconductor device using silicon carbide can withstand a large current.

しかし、n型の炭化珪素基板に対して選択的にp型領域を形成することは極めて困難である。高温でのイオン注入によってp型領域を形成できることが報告されているが、実際には抵抗が高すぎて十分なp型領域が得られないことがわかっている(たとえば、下記特許文献1参照。)。   However, it is very difficult to selectively form a p-type region with respect to an n-type silicon carbide substrate. Although it has been reported that a p-type region can be formed by ion implantation at a high temperature, it has been found that a sufficient p-type region cannot be obtained because the resistance is actually too high (see, for example, Patent Document 1 below). ).

そこで、炭化珪素を用いた半導体装置には、ガードリングに代えて、図12に示すベベル構造が広く採用されている。図12は、ベベル構造の半導体装置の構造を示す説明図である。図12の半導体装置100は、n+ドレイン基板101、n-ベース層102、pベース層103、p+コンタクト領域104、絶縁層105、ソース電極106、ドレイン電極107によって形成されている。pベース層103に形成されている傾斜面は、n-ベース層102上にpベース層103をエピタキシャル成長させた後、ドライエッチングをおこなってpベース層103を選択的に除去することによって形成される。 Therefore, a bevel structure shown in FIG. 12 is widely adopted in a semiconductor device using silicon carbide instead of the guard ring. FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a structure of a semiconductor device having a bevel structure. The semiconductor device 100 of FIG. 12 is formed by an n + drain substrate 101, an n base layer 102, a p base layer 103, a p + contact region 104, an insulating layer 105, a source electrode 106, and a drain electrode 107. The inclined surface formed in the p base layer 103 is formed by selectively removing the p base layer 103 by performing dry etching after epitaxially growing the p base layer 103 on the n base layer 102. .

また、半導体装置の主接合部の周囲を取り囲むように(すなわち周辺耐圧構造部に)複数のトレンチを形成し、各トレンチの底部とトレンチの間にそれぞれp+層あるいはショットキーコンタクトを設け、トレンチ底部のp+層とトレンチ間のp+層との間に空乏層が広がるようにトレンチ間n-層を設けてターミネーション部を構成することによって、ターミネーション部の専有面積を減らし高耐圧化を実現した半導体装置が知られている(たとえば、下記特許文献2参照。)。 In addition, a plurality of trenches are formed so as to surround the periphery of the main junction of the semiconductor device (that is, in the peripheral breakdown voltage structure), and p + layers or Schottky contacts are provided between the bottoms of the trenches and the trenches, respectively. By forming an n layer between trenches so that a depletion layer spreads between the p + layer at the bottom and the p + layer between the trenches, the termination part is configured to reduce the area occupied by the termination part and achieve high breakdown voltage A known semiconductor device is known (for example, see Patent Document 2 below).

特開平6−314791号公報([発明が解決しようとする課題])JP-A-6-314791 ([Problems to be Solved by the Invention]) 特開平11−087698号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-087698 クリシャナ・シェナイ(Krishna Shenai)他2名著、オプティウム・セミコンダクターズ・フォー・ハイパワー・エレクトロニックス(Optimum Semiconductors for High−Power Electronics)、アイトリプルイー・トランザクションズ・オン・エレクトロニック・デバイシーズ(IEEE Transaction on Electron Devices)、1989年、Vol36、p1811Krishna Shenai and 2 other authors, Optim Semiconductors for High-Power Electronics, Itripe Transactions on Electronic E Devices), 1989, Vol 36, p1811.

しかしながら、上述したベベル構造の半導体装置を製造する際には、耐圧に影響する傾斜面のテーパー角度の制御技術や、ドライエッチングに起因する半導体装置表面の損傷の防止技術など、複雑な技術を用いる必要があるという問題点がある。また、ベベル構造の半導体装置は、長期の使用に対する信頼性に欠けるという問題点がある。   However, when manufacturing a semiconductor device having the above-described bevel structure, complicated techniques such as a technique for controlling the taper angle of the inclined surface that affects the withstand voltage and a technique for preventing damage to the surface of the semiconductor device due to dry etching are used. There is a problem that it is necessary. In addition, a semiconductor device having a bevel structure has a problem in that it lacks reliability for long-term use.

また、上述した特許文献2のように、周辺耐圧構造部のすべてのトレンチの底部にp+層を設けると、周辺耐圧構造部が大きくなってしまうという問題点がある。周辺耐圧構造部が半導体装置内で占める割合が大きくなると、半導体装置の集積度が低下してしまう。このため、周辺耐圧構造部が半導体装置内で占める面積を低減させて、活性領域を広くして、半導体装置の集積度を上げる必要があるという問題点がある。 Further, as in Patent Document 2 described above, if the p + layer is provided at the bottom of all the trenches in the peripheral breakdown voltage structure, there is a problem that the peripheral breakdown voltage structure becomes large. When the ratio of the peripheral breakdown voltage structure portion in the semiconductor device increases, the degree of integration of the semiconductor device decreases. For this reason, there is a problem that it is necessary to increase the integration degree of the semiconductor device by reducing the area occupied by the peripheral breakdown voltage structure in the semiconductor device, widening the active region.

この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、周辺耐圧構造部が半導体装置全体に占める割合を低減して集積度を上げ、かつ複雑な技術を用いずに製造することができ、さらに長期の使用にも耐え得る炭化珪素半導体装置を提供することを目的とする。   In order to eliminate the above-described problems caused by the conventional technology, the present invention can reduce the proportion of the peripheral breakdown voltage structure portion in the entire semiconductor device to increase the degree of integration, and can be manufactured without using complicated technology. A further object is to provide a silicon carbide semiconductor device that can withstand long-term use.

上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる炭化珪素装置は、活性領域と、前記活性領域の周辺を囲む耐圧構造部と、を有する炭化珪素半導体装置であって、炭化珪素で形成された不純物濃度の高い第1導電型半導体基板と、前記第1導電型半導体基板の第1主面に形成された前記第1導電型半導体基板よりも不純物濃度が低い第1導電型半導体層と、前記第1導電型半導体層の表面に形成された第2導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層を貫いて前記第1導電型半導体層に達するように深さ方向に形成された複数のトレンチと、前記活性領域の前記第2導電型半導体層の表面に選択的に形成された第1導電型ソース領域と、前記第1導電型ソース領域と前記第2導電型半導体層に電気的に接続する第1の主電極と、前記第1導電型半導体基板の第2主面に形成された第2の主電極と、前記耐圧構造部の前記トレンチ間の半導体領域を覆う表面電極と、を備え、前記活性領域のトレンチには、ゲート絶縁膜を介して制御電極が形成されており、前記耐圧構造部のトレンチには、絶縁材料が充填されるとともに、前記活性領域に最も近いトレンチの底部には第2導電型領域が形成されていることを特徴とする。   In order to solve the above-described problems and achieve the object, a silicon carbide device according to the invention of claim 1 is a silicon carbide semiconductor device having an active region and a breakdown voltage structure portion surrounding the periphery of the active region. A first conductivity type semiconductor substrate having a high impurity concentration formed of silicon carbide, and a first impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor substrate formed on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate. A conductive semiconductor layer; a second conductive semiconductor layer formed on a surface of the first conductive semiconductor layer; and a depth so as to penetrate the second conductive semiconductor layer and reach the first conductive semiconductor layer. A plurality of trenches formed in a direction, a first conductivity type source region selectively formed on a surface of the second conductivity type semiconductor layer of the active region, the first conductivity type source region, and the second conductivity First main electrically connected to the semiconductor layer A pole, a second main electrode formed on the second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate, and a surface electrode covering the semiconductor region between the trenches of the breakdown voltage structure, A control electrode is formed in the trench through a gate insulating film. The trench of the breakdown voltage structure is filled with an insulating material, and a second conductivity type is formed at the bottom of the trench closest to the active region. A region is formed.

また、請求項2の発明にかかる炭化珪素半導体装置は、活性領域と、前記活性領域の周辺を囲む耐圧構造部と、を有する炭化珪素半導体装置であって、炭化珪素で形成された不純物濃度の高い第2導電型半導体基板と、前記第2導電型半導体基板の第1主面に形成された第1の第1導電型半導体層と、前記第1の第1導電型半導体層の表面に形成された前記第1導電型半導体基板よりも不純物濃度が低い第2の第1導電型半導体層と、前記第2の第1導電型半導体層の表面に形成された第2導電型半導体層と、前記第2導電型半導体層を貫いて前記第2の第1導電型半導体層に達するように深さ方向に形成された複数のトレンチと、前記活性領域の前記第2導電型半導体層の表面に選択的に形成された第1導電型ソース領域と、前記第1導電型ソース領域と前記第2導電型半導体層に電気的に接続する第1の主電極と、前記第1導電型半導体基板の第2主面に形成された第2の主電極と、前記耐圧構造部の前記トレンチ間の半導体領域を覆う表面電極と、を備え、前記活性領域のトレンチには、ゲート絶縁膜を介して制御電極が形成されており、前記耐圧構造部のトレンチには、絶縁材料が充填されるとともに、前記活性領域に最も近いトレンチの底部には第2導電型領域が形成されていることを特徴とする。   A silicon carbide semiconductor device according to a second aspect of the present invention is a silicon carbide semiconductor device having an active region and a breakdown voltage structure portion surrounding the periphery of the active region, and having an impurity concentration formed of silicon carbide. A high second conductivity type semiconductor substrate; a first first conductivity type semiconductor layer formed on a first main surface of the second conductivity type semiconductor substrate; and a surface of the first first conductivity type semiconductor layer. A second first conductivity type semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor substrate, a second conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the second first conductivity type semiconductor layer, A plurality of trenches formed in a depth direction so as to penetrate the second conductive type semiconductor layer and reach the second first conductive type semiconductor layer; and a surface of the second conductive type semiconductor layer in the active region. A selectively formed first conductivity type source region and the first conductivity A first main electrode electrically connected to the source region and the second conductivity type semiconductor layer; a second main electrode formed on a second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate; and the breakdown voltage structure portion A surface electrode covering the semiconductor region between the trenches, a control electrode is formed in the trench in the active region through a gate insulating film, and an insulating material is formed in the trench in the breakdown voltage structure portion A second conductivity type region is formed at the bottom of the trench closest to the active region while being filled.

また、請求項3の発明にかかる炭化珪素半導体装置は、請求項1または2に記載の発明において、前記耐圧構造部のトレンチのうち、前記活性領域に最も近いトレンチの底部および2番目に前記活性領域に近いトレンチの底部に前記第2導電型領域が形成されていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, there is provided the silicon carbide semiconductor device according to the first or second aspect of the invention, wherein, among the trenches of the breakdown voltage structure portion, the bottom portion of the trench closest to the active region and the second active portion are provided. The second conductivity type region is formed at the bottom of the trench close to the region.

請求項1〜3にかかる発明によれば、耐圧構造部のトレンチのうち、活性領域に最も近いトレンチの底部、または、活性領域に最も近いトレンチの底部および2番目に前記活性領域に近いトレンチの底部に第2導電型領域が形成されている。この第2導電領域によって、活性領域の周辺に生じる電界を緩和することができる。また、耐圧構造部のトレンチのうち、第2導電領域が形成されていないトレンチの絶縁膜によって耐圧が負担されるため、耐圧構造部のトレンチのすべてに第2導電領域を形成する場合と比較して、耐圧構造部の距離を短くすることができる。   According to the first to third aspects of the invention, the bottom of the trench closest to the active region, or the bottom of the trench closest to the active region and the second closest to the active region among the trenches of the breakdown voltage structure portion. A second conductivity type region is formed at the bottom. By this second conductive region, an electric field generated around the active region can be relaxed. In addition, since the breakdown voltage is borne by the insulating film of the trench in which the second conductive region is not formed among the trenches in the breakdown voltage structure portion, compared with the case where the second conductive region is formed in all of the trenches in the breakdown voltage structure portion. Thus, the distance between the pressure-resistant structures can be shortened.

本発明にかかる炭化珪素半導体装置によれば、周辺耐圧構造部が半導体装置全体に占める割合を低減して集積度を上げ、かつ複雑な技術を用いずに製造することができ、さらに長期の使用にも耐え得る炭化珪素半導体装置を得ることができるという効果を奏する。   According to the silicon carbide semiconductor device of the present invention, it is possible to increase the degree of integration by reducing the ratio of the peripheral breakdown voltage structure portion to the entire semiconductor device, and to manufacture without using a complicated technology, and for a longer period of use. It is possible to obtain a silicon carbide semiconductor device that can withstand the above.

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of a semiconductor device according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。また、図2は、実施の形態1にかかる半導体装置の周辺耐圧構造部の構成を示す断面図である
実施の形態1では、トレンチ型MOSFETに本発明を適用する場合について説明する。図1に示すように、半導体装置の活性領域20aには、n+半導体基板1の第1主面側にn-ベース層2、pベース層3が順に設けられている。また、pベース層3の表面にはn+ソース領域4およびp+コンタクト領域5が選択的に設けられている。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the active region of the semiconductor device according to the first embodiment. FIG. 2 is a cross-sectional view showing the configuration of the peripheral breakdown voltage structure portion of the semiconductor device according to the first embodiment. In the first embodiment, a case where the present invention is applied to a trench MOSFET will be described. As shown in FIG. 1, an n base layer 2 and a p base layer 3 are provided in this order on the first main surface side of an n + semiconductor substrate 1 in the active region 20a of the semiconductor device. An n + source region 4 and a p + contact region 5 are selectively provided on the surface of the p base layer 3.

また、活性領域20aには、n+ソース領域4およびpベース層3を貫通し、n-ベース層2に至るトレンチが設けられている。活性領域20aのトレンチの底部には、p+領域6が設けられている。また、トレンチ内には、ゲート絶縁膜7を介してゲート電極8が充填され、その上面には絶縁膜9が設けられている。また、n+ソース領域4、pコンタクト層5、ゲート絶縁膜7、絶縁膜9を覆うように、ニッケル(Ni)層10aおよびアルミニウム(Al)層10bからなるソース電極10が設けられている。また、n+半導体基板1の第2主面側には、ニッケルからなるドレイン電極11が設けられている。 The active region 20 a is provided with a trench that penetrates the n + source region 4 and the p base layer 3 and reaches the n base layer 2. A p + region 6 is provided at the bottom of the trench of the active region 20a. The trench is filled with a gate electrode 8 via a gate insulating film 7 and an insulating film 9 is provided on the upper surface thereof. A source electrode 10 made of a nickel (Ni) layer 10a and an aluminum (Al) layer 10b is provided so as to cover the n + source region 4, the p contact layer 5, the gate insulating film 7 and the insulating film 9. A drain electrode 11 made of nickel is provided on the second main surface side of the n + semiconductor substrate 1.

一方、図2に示すように、半導体装置の周辺耐圧構造部20bには、活性領域20aと同様に、n+半導体基板1の第1主面側にn-ベース層2、pベース層3が順に設けられている。周辺耐圧構造部20bのpベース層3の表面には、n+ソース領域4は設けられておらず、p+コンタクト領域5のみが設けられている。また、周辺耐圧構造部20bのトレンチ内にはゲート電極8は充填されておらず、トレンチ絶縁膜12が充填されており、トレンチ絶縁膜12の上面は絶縁膜9で覆われている。 On the other hand, as shown in FIG. 2, the peripheral breakdown voltage structure portion 20b of the semiconductor device includes an n base layer 2 and a p base layer 3 on the first main surface side of the n + semiconductor substrate 1 in the same manner as the active region 20a. It is provided in order. The n + source region 4 is not provided on the surface of the p base layer 3 of the peripheral breakdown voltage structure 20b, and only the p + contact region 5 is provided. Further, the gate electrode 8 is not filled in the trench of the peripheral breakdown voltage structure portion 20b, but the trench insulating film 12 is filled, and the upper surface of the trench insulating film 12 is covered with the insulating film 9.

また、周辺耐圧構造部20bにおいて、活性領域20aに最も近いトレンチ、および、そのつぎに近いトレンチの底部には、p+領域6が設けられている。なお、活性領域20aに最も近いトレンチにのみ、p+領域6が設けられていてもよい。 In the peripheral breakdown voltage structure 20b, ap + region 6 is provided at the trench closest to the active region 20a and the bottom of the trench closest to the next. Note that the p + region 6 may be provided only in the trench closest to the active region 20a.

+領域6は、ソース電極10とドレイン電極11との間に高い電圧が印加された際に、トレンチ底部に電界が集中するのを防止するために設けられている。トレンチ底部に電界が集中すると、たとえば、ゲート絶縁膜7のトレンチ底部部分が破壊される場合がある。p+領域6を設けることによって、トレンチの底部に電界が集中するのを防止し、ゲート絶縁膜7が破壊されるのを防止することができる。 The p + region 6 is provided to prevent the electric field from concentrating on the bottom of the trench when a high voltage is applied between the source electrode 10 and the drain electrode 11. When the electric field is concentrated on the bottom of the trench, for example, the bottom of the trench of the gate insulating film 7 may be destroyed. By providing the p + region 6, it is possible to prevent the electric field from concentrating on the bottom of the trench and to prevent the gate insulating film 7 from being destroyed.

また、周辺耐圧構造部20bのトレンチ絶縁膜12および絶縁膜9の一部とpコンタクト層5を覆うように、ニッケル(Ni)層13aおよびアルミニウム層13bからなる表面電極13が設けられている。また、周辺耐圧構造部20bのn+半導体基板1の第2主面側には、ニッケルからなる裏面電極14が設けられている。 Further, a surface electrode 13 made of a nickel (Ni) layer 13a and an aluminum layer 13b is provided so as to cover a part of the trench insulating film 12 and the insulating film 9 of the peripheral breakdown voltage structure portion 20b and the p contact layer 5. Further, a back electrode 14 made of nickel is provided on the second main surface side of the n + semiconductor substrate 1 of the peripheral breakdown voltage structure 20b.

つぎに、実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程について説明する。図3〜図6は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を説明するための説明図である。図3〜図6では、活性領域20aと周辺耐圧構造部20bとを1つの図に示している。   Next, a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment will be described. 3 to 6 are explanatory diagrams for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment. 3 to 6, the active region 20 a and the peripheral voltage withstanding structure 20 b are shown in one drawing.

まず、十分に高濃度な不純物を含むn型炭化珪素半導体基板(以下、「n+半導体基板という」)1を用意する。n+半導体基板1は、たとえば窒素を2×1018cm-3程度含むものとする。つぎに、n+半導体基板1の第1主面側に、たとえば窒素を1.0×1016cm-3程度含む厚さ10μm程度のn-ベース層2をエピタキシャル成長させる。つづいて、n-ベース層2の表面に、たとえばアルミニウムを2.1×1017cm-3程度含む厚さ2.5μmのpベース層3をエピタキシャル成長させる(図3)。n-ベース層2およびpベース層3は、活性領域20aおよび周辺耐圧構造部20bの両方に形成する。 First, an n-type silicon carbide semiconductor substrate (hereinafter referred to as “n + semiconductor substrate”) 1 containing a sufficiently high concentration of impurities is prepared. The n + semiconductor substrate 1 includes, for example, about 2 × 10 18 cm −3 of nitrogen. Next, on the first main surface side of the n + semiconductor substrate 1, for example, an n base layer 2 having a thickness of about 10 μm containing about 1.0 × 10 16 cm −3 of nitrogen is epitaxially grown. Subsequently, a 2.5 μm thick p base layer 3 containing about 2.1 × 10 17 cm −3 of aluminum, for example, is epitaxially grown on the surface of the n base layer 2 (FIG. 3). The n base layer 2 and the p base layer 3 are formed in both the active region 20a and the peripheral voltage withstanding structure portion 20b.

つぎに、活性領域20aのpベース層3の表面にn+ソース領域4を選択的に形成する。また、活性領域20aのpベース層3の表面のうち、n+ソース領域4が形成されていない領域には、p+コンタクト領域5を形成する。また、周辺耐圧構造部20bのpベース層3の表面には、p+コンタクト領域5のみを形成する(図4)。n+ソース領域4はリンをイオン注入した後に熱処理をおこなうことによって、p+コンタクト領域5は、アルミニウムをイオン注入した後に熱処理をおこなうことによって、それぞれ形成する。熱処理の温度はたとえば1700℃、熱処理の時間はたとえば1分間とする。 Next, the n + source region 4 is selectively formed on the surface of the p base layer 3 in the active region 20a. A p + contact region 5 is formed in a region where the n + source region 4 is not formed in the surface of the p base layer 3 of the active region 20a. Further, only the p + contact region 5 is formed on the surface of the p base layer 3 of the peripheral breakdown voltage structure 20b (FIG. 4). The n + source region 4 is formed by performing heat treatment after ion implantation of phosphorus, and the p + contact region 5 is formed by performing heat treatment after ion implantation of aluminum. The heat treatment temperature is, for example, 1700 ° C., and the heat treatment time is, for example, 1 minute.

つぎに、n+ソース領域4およびp+コンタクト領域5の表面に、厚さ1.6μmのシリコン酸化膜15を形成する。つづいて、フォトリソグラフィおよびエッチングによってシリコン酸化膜15を選択的に除去し、たとえば5μmおきに幅1.2μmの酸化膜マスクを形成する。そして、エッチングによってn+ソース領域4、p+コンタクト領域5、pベース層3の一部を選択的に除去して、n-ベース層2に達するトレンチを形成する(図5)。トレンチの深さは、たとえば3μmとする。 Next, a 1.6 μm thick silicon oxide film 15 is formed on the surfaces of the n + source region 4 and the p + contact region 5. Subsequently, the silicon oxide film 15 is selectively removed by photolithography and etching, and an oxide film mask having a width of 1.2 μm is formed, for example, every 5 μm. Then, a part of the n + source region 4, the p + contact region 5 and the p base layer 3 is selectively removed by etching to form a trench reaching the n base layer 2 (FIG. 5). The depth of the trench is 3 μm, for example.

つぎに、トレンチ内に熱酸化膜を形成し、パターニングする。そして、トレンチ底部にたとえばアルミニウムを2.0×1019cm-3程度イオン注入して、たとえば1700℃で1分間加熱して活性化する。これにより、トレンチ底部にp+領域6が形成される。その後、シリコン酸化膜15を除去する(図6)。ここで、活性領域20aでは、すべてのトレンチにp+領域6を形成する。一方、周辺耐圧構造部20bでは、活性領域20aに最も近いトレンチのみ、または、活性領域20aに最も近いトレンチと2番目に近いトレンチにのみp+領域6を形成する。 Next, a thermal oxide film is formed in the trench and patterned. Then, for example, aluminum is ion-implanted into the bottom of the trench at about 2.0 × 10 19 cm −3 and activated by heating at 1700 ° C. for 1 minute, for example. As a result, ap + region 6 is formed at the bottom of the trench. Thereafter, the silicon oxide film 15 is removed (FIG. 6). Here, in the active region 20a, the p + region 6 is formed in all the trenches. On the other hand, in the peripheral voltage withstanding structure portion 20b, the p + region 6 is formed only in the trench closest to the active region 20a, or only in the trench closest to the active region 20a and the trench closest to the second.

つぎに、活性領域20aのトレンチの内部に、たとえば厚さ100nmのゲート絶縁膜7を形成する。その後、トレンチの内部にゲート電極8を埋め込み、絶縁膜9、ソース電極10、ドレイン電極11を形成して、図1に示す半導体装置の活性領域20aが完成する。なお、ソース電極10はニッケル(Ni)層10aおよびアルミニウム層10bによって形成する。また、ドレイン電極11はニッケルによって形成する。このように、ソース電極10とドレイン電極11をニッケルで形成するのは、各電極を半導体に低抵抗で接触させるためである。   Next, a gate insulating film 7 having a thickness of, for example, 100 nm is formed inside the trench of the active region 20a. Thereafter, the gate electrode 8 is buried in the trench, and the insulating film 9, the source electrode 10, and the drain electrode 11 are formed, thereby completing the active region 20a of the semiconductor device shown in FIG. The source electrode 10 is formed of a nickel (Ni) layer 10a and an aluminum layer 10b. The drain electrode 11 is made of nickel. Thus, the reason why the source electrode 10 and the drain electrode 11 are made of nickel is to bring each electrode into contact with the semiconductor with low resistance.

一方、周辺耐圧構造部20bのトレンチ内部には、トレンチ絶縁膜12を充填する。トレンチ絶縁膜12を、たとえば酸化膜で形成する他、シリコン窒化膜で形成してもよい。つづいて、活性領域20aと同様に絶縁膜9を形成する。そして、絶縁膜9にコンタクトホールを形成し、活性領域20aのソース電極10を形成するのと同時に、ニッケル層13aおよびアルミニウム層13bからなる表面電極13を形成する。これにより、トレンチによって分離されているpベース層3のそれぞれを表面電極13が覆うことになる。また、n+半導体基板1の第2主面には、ニッケルによって裏面電極14を形成する。これにより、図2に示す半導体装置の周辺耐圧構造部20bが完成する。 On the other hand, the trench insulating film 12 is filled in the trench of the peripheral breakdown voltage structure 20b. Trench insulating film 12 may be formed of a silicon nitride film in addition to an oxide film, for example. Subsequently, the insulating film 9 is formed in the same manner as the active region 20a. Then, a contact hole is formed in the insulating film 9, and simultaneously with the formation of the source electrode 10 in the active region 20a, the surface electrode 13 composed of the nickel layer 13a and the aluminum layer 13b is formed. Thereby, the surface electrode 13 covers each of the p base layers 3 separated by the trench. Further, a back electrode 14 is formed of nickel on the second main surface of the n + semiconductor substrate 1. Thereby, the peripheral breakdown voltage structure 20b of the semiconductor device shown in FIG. 2 is completed.

図7は、実施の形態1にかかる半導体装置の半導体装置の電気的特性を示すグラフである。図7において、横軸はドレイン−ソース間電圧Vds(V)、縦軸はドレイン電流Ids(A)を示す。また、図7中白丸(○)で示すのは実施の形態1にかかる半導体装置の特性値、黒丸(●)で示すのは図12に示すベベル構造の半導体装置の特性値である。図7に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置は、ベベル構造の半導体装置とほぼ同等の電気的特性を有している。   FIG. 7 is a graph showing electrical characteristics of the semiconductor device of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 7, the horizontal axis represents the drain-source voltage Vds (V), and the vertical axis represents the drain current Ids (A). In FIG. 7, white circles (◯) indicate characteristic values of the semiconductor device according to the first embodiment, and black circles (●) indicate characteristic values of the semiconductor device having the bevel structure shown in FIG. As shown in FIG. 7, the semiconductor device according to the first embodiment has substantially the same electrical characteristics as a semiconductor device having a bevel structure.

図7の特性値の測定に用いた実施の形態1にかかる半導体装置は、チップサイズ3mm角、活性領域の面積は7.85mm2であった。また、実施の形態1にかかる半導体装置の周辺耐圧構造部の長さ(活性領域の端から半導体装置の端までの長さ)は40μmで十分である。これは、周辺耐圧構造部のトレンチ底部に形成されたp+領域6によって、ドレイン電圧の大部分が負担されるからである。なお、比較に用いたベベル構造の半導体装置のチップサイズは3mm角、周辺耐圧構造部の長さは260μmであった。 The semiconductor device according to the first embodiment used for measuring the characteristic values in FIG. 7 had a chip size of 3 mm square and an active region area of 7.85 mm 2 . Also, 40 μm is sufficient for the length of the peripheral breakdown voltage structure portion of the semiconductor device according to the first embodiment (the length from the end of the active region to the end of the semiconductor device). This is because most of the drain voltage is borne by the p + region 6 formed at the bottom of the trench in the peripheral breakdown voltage structure. Note that the chip size of the beveled semiconductor device used for comparison was 3 mm square, and the length of the peripheral breakdown voltage structure portion was 260 μm.

図8は、実施の形態1にかかる半導体装置の長期信頼性試験の結果を示すグラフである。図8において、横軸は経過時間(h)、縦軸はドレイン電流が1mA/cm2の場合の素子耐圧(V)である。また、図8中白三角(△)で示すのは実施の形態1にかかる半導体装置において活性領域に最も近いトレンチのみにp+領域6を形成した場合の特性値(p=1)、黒三角(▲)で示すのは実施の形態1にかかる半導体装置において活性領域に最も近いトレンチおよび2番目に近いトレンチにp+領域6を形成した場合の特性値(p=2)である。また、図8中黒四角(■)で示すのは比較のために測定した図12に示すベベル構造の半導体装置の特性値である。 FIG. 8 is a graph showing the results of a long-term reliability test of the semiconductor device according to the first embodiment. In FIG. 8, the horizontal axis represents elapsed time (h), and the vertical axis represents device breakdown voltage (V) when the drain current is 1 mA / cm 2 . In FIG. 8, white triangles (Δ) indicate characteristic values (p = 1) in the case where the p + region 6 is formed only in the trench closest to the active region in the semiconductor device according to the first embodiment, a black triangle. (▲) indicates the characteristic value (p = 2) in the case where the p + region 6 is formed in the trench closest to the active region and the second closest trench in the semiconductor device according to the first embodiment. Also, the black squares (■) in FIG. 8 indicate the characteristic values of the semiconductor device having the bevel structure shown in FIG. 12 measured for comparison.

長期信頼性試験では、高温印加電圧試験を採用した。まず、実施の形態1にかかる半導体装置、またはベベル構造の半導体装置をモールドして組み立てる。その後、125℃の雰囲気中でドレイン−ソース間に1200Vの電圧を印加し続けて、素子耐圧の変化を測定した。   In the long-term reliability test, a high temperature applied voltage test was adopted. First, the semiconductor device according to the first embodiment or a semiconductor device having a bevel structure is molded and assembled. Thereafter, a voltage of 1200 V was continuously applied between the drain and the source in an atmosphere at 125 ° C., and a change in device breakdown voltage was measured.

実施の形態1にかかる半導体装置の初期の素子耐圧は1250Vであり、耐圧1200Vのデバイスとして十分な特性を有している。また、実施の形態1にかかる半導体装置のオン抵抗(Ron)はp=1で2.47mΩcm2、p=2の場合2.49mΩcm2であった。p=1の場合とp=2の場合でオン抵抗にほとんど差がないのは、活性領域の設計が同一であるためである。また、比較に用いたベベル構造の半導体装置の初期の素子耐圧は1265V、オン抵抗(Ron)は2.47mΩcm2であった。 The initial device withstand voltage of the semiconductor device according to the first embodiment is 1250V, which is sufficient as a device with a withstand voltage of 1200V. The on-resistance of the semiconductor device according to the first embodiment (Ron) was 2.49Emuomegacm 2 For 2.47mΩcm 2, p = 2 in p = 1. The reason why there is almost no difference in on-resistance between p = 1 and p = 2 is because the design of the active region is the same. The initial device breakdown voltage of the semiconductor device having the bevel structure used for comparison was 1265 V, and the on-resistance (Ron) was 2.47 mΩcm 2 .

図8に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置とベベル構造の半導体装置の素子耐圧は、実験開始直後ではほぼ同様である。しかし、実施の形態1にかかる半導体装置は、p=1およびp=2のいずれも実験開始から3000時間経過した後も耐圧の変化は見られなかった。一方ベベル構造の半導体装置は、実験開始から96時間経過後から耐圧が劣化し始め、その後急激に耐圧が低下した。   As shown in FIG. 8, the element breakdown voltages of the semiconductor device according to the first embodiment and the semiconductor device of the bevel structure are almost the same immediately after the start of the experiment. However, in the semiconductor device according to the first embodiment, neither p = 1 nor p = 2 showed any change in breakdown voltage after 3000 hours from the start of the experiment. On the other hand, the breakdown voltage of the beveled semiconductor device started to deteriorate after 96 hours from the start of the experiment, and then the breakdown voltage suddenly decreased.

このように、半導体装置の周辺耐圧構造部のトレンチのうち、少なくとも活性領域に最も近いトレンチの底部にp+領域6を形成すれば、長期に渡って十分な耐圧が得られる。また、活性領域に最も近いトレンチおよび2番目に近いトレンチにp+領域6を形成すれば、より確実に半導体装置の耐圧を確保することができる。ここで、半導体装置の耐圧が低下するのは、周辺耐圧構造部のトレンチのうち、活性領域に最も近いトレンチの底部に電界が集中し、アバランシェ破壊を起こすためである。実施の形態1にかかる半導体装置では、活性領域に最も近いトレンチの底部にp+領域6を設けることによって電界を緩和して、アバランシェ破壊を防止している。このため、実施の形態1にかかる半導体装置は、長期に渡って十分な耐圧が得られるのである。 Thus, if the p + region 6 is formed at least at the bottom of the trench closest to the active region among the trenches in the peripheral breakdown voltage structure portion of the semiconductor device, a sufficient breakdown voltage can be obtained over a long period of time. Further, if the p + region 6 is formed in the trench closest to the active region and the second closest trench, the breakdown voltage of the semiconductor device can be ensured more reliably. Here, the breakdown voltage of the semiconductor device is lowered because the electric field concentrates at the bottom of the trench closest to the active region among the trenches in the peripheral breakdown voltage structure, causing avalanche breakdown. In the semiconductor device according to the first embodiment, the p + region 6 is provided at the bottom of the trench closest to the active region, thereby relaxing the electric field and preventing avalanche breakdown. For this reason, the semiconductor device according to the first embodiment can obtain a sufficient breakdown voltage over a long period of time.

また、実施の形態1にかかる半導体装置では、周辺耐圧構造部のトレンチのすべてにp+領域6を設ける場合と比較して、p+領域6を設けるトレンチの数が少ないため、周辺耐圧構造部の長さを小さくすることができる。 Further, in the semiconductor device according to the first embodiment, as compared with the case where all of the trench near the breakdown voltage structure portion provided p + region 6, since the number of trenches to provide a p + region 6 is small, the peripheral voltage withstanding structure portion The length of can be reduced.

図9は、実施の形態1にかかる半導体装置(p=2)の周辺耐圧構造部における電気力線のシミュレーション結果を示す説明図である。図9は、ドレイン−ソース間電圧Vdsを1500Vとした場合のシミュレーション結果を示している。図9において、活性領域に近いトレンチT1およびT2の底部にはp+領域が形成されている。一方、活性領域から離れたトレンチT3からT5の底部には、p+領域は形成されておらず、絶縁膜によって充填されている。 FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a simulation result of electric lines of force in the peripheral withstand voltage structure portion of the semiconductor device (p = 2) according to the first embodiment. FIG. 9 shows a simulation result when the drain-source voltage Vds is 1500V. In FIG. 9, ap + region is formed at the bottom of trenches T1 and T2 close to the active region. On the other hand, the p + region is not formed at the bottom of the trenches T3 to T5 away from the active region, and is filled with an insulating film.

図9に示すように、トレンチT1およびT2の底部にはほとんど電気力線が集まっていない。一方、トレンチT3からT5の底部には電気力線が集中している。これは、p+領域が形成されているトレンチT1およびT2の底部では電圧が負担されておらず、p+領域6が形成されていないトレンチT3からT5の底部で電圧が負担されていることを示す。 As shown in FIG. 9, almost no electric lines of force are collected at the bottoms of the trenches T1 and T2. On the other hand, electric lines of force are concentrated at the bottom of the trenches T3 to T5. This is the p + region no voltage is borne by the bottom of the trench T1 and T2 are formed, the voltage at the bottom of the p + region 6 trench T3 is not formed T5 is borne Show.

このように、p+領域が形成されたトレンチの底部ではほとんど電圧が負担されないため、周辺耐圧構造部のすべてのトレンチにp+領域を形成した場合、耐圧を確保するために周辺耐圧構造部の長を長くしなければならない。しかし、実施の形態1にかかる半導体装置では、周辺耐圧構造部のトレンチのうち、電界が集中する活性領域近傍のトレンチ(T1,T2)にのみp+領域を形成し、活性領域から離れたトレンチ(T3〜T5)にはp+領域を形成していない。このため、実施の形態1にかかる半導体装置では、p+領域が形成されていないトレンチ(T3〜T5)の底部で電圧を負担することができ、周辺耐圧構造部の長さを短くすることができる。 Thus, because most voltages at the bottom of the trench p + region is formed is not burden to all of the trench near the breakdown voltage structure portion when forming the p + regions, the peripheral voltage withstanding structure portion in order to secure a withstand voltage The length must be increased. However, in the semiconductor device according to the first embodiment, the p + region is formed only in the trenches (T1, T2) in the vicinity of the active region where the electric field is concentrated among the trenches in the peripheral breakdown voltage structure portion, and the trench separated from the active region. A p + region is not formed in (T3 to T5). For this reason, in the semiconductor device according to the first embodiment, the voltage can be borne at the bottom of the trench (T3 to T5) where the p + region is not formed, and the length of the peripheral breakdown voltage structure can be shortened. it can.

より具体的には、実施の形態1にかかる半導体装置では、図9のシミュレーション結果に示すように、合計6本のトレンチ(図には、5本しか現れていない)で1500Vの耐圧を得られており、周辺耐圧構造部の長さは40μmで十分である。一方、周辺耐圧構造部のすべてのトレンチにp+領域を形成した場合、1500Vの耐圧を確保するためには、周辺耐圧構造部の長さを85μm程度にしなければならない。 More specifically, in the semiconductor device according to the first embodiment, a breakdown voltage of 1500 V can be obtained with a total of six trenches (only five appear in the figure) as shown in the simulation results of FIG. Therefore, 40 μm is sufficient for the length of the peripheral pressure-resistant structure. On the other hand, when the p + region is formed in all the trenches of the peripheral breakdown voltage structure portion, the length of the peripheral breakdown voltage structure portion must be about 85 μm in order to ensure a breakdown voltage of 1500V.

以上説明したように、実施の形態1にかかる半導体装置によれば、活性領域に近いトレンチの底部にのみp+領域6を形成することによって、周辺耐圧構造部の長さを低減させるとともに、長期に渡って高い耐圧を確保することができる。また、実施の形態1にかかる半導体装置によれば、複雑な技術を用いることなく、ベベル構造の半導体装置と同程度の電気的特性を有する半導体装置を得ることができる。 As described above, according to the semiconductor device according to the first embodiment, by forming the p + region 6 only at the bottom of the trench close to the active region, the length of the peripheral breakdown voltage structure portion can be reduced and long-term A high breakdown voltage can be ensured over a wide range. Further, according to the semiconductor device according to the first embodiment, a semiconductor device having the same electrical characteristics as a beveled semiconductor device can be obtained without using a complicated technique.

(実施の形態2)
図10は、実施の形態2にかかる半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。また、図11は、実施の形態2にかかる半導体装置の周辺耐圧構造部の構成を示す断面図である。実施の形態2では、トレンチ型IGBTに本発明を適応する場合について説明する。以下の説明において、実施の形態1と同様の構成については同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
(Embodiment 2)
FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating the configuration of the active region of the semiconductor device according to the second embodiment. FIG. 11 is a cross-sectional view showing the configuration of the peripheral voltage withstanding structure portion of the semiconductor device according to the second embodiment. In the second embodiment, a case where the present invention is applied to a trench IGBT will be described. In the following description, components similar to those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.

実施の形態2にかかる半導体装置(活性領域40a、周辺耐圧構造部40b)は、実施の形態1にかかる半導体装置のn+半導体基板1(図1および図2参照)に代えて、p+半導体基板31によって形成されている。また、実施の形態2にかかる半導体装置には、n-ベース層2とp+半導体基板31との間に、nバッファ層32が形成されている。また、p+半導体基板31の第2主面側の電極(ドレイン電極11、裏面電極14)は、p+半導体基板31とのコンタクト抵抗が小さい、チタンとアルミニウムの金属間化合物(以下、「Ti−Al」という)によって形成されている。 The semiconductor device (active region 40a, the peripheral voltage withstanding structure portion 40b) according to the second embodiment, instead of the n + semiconductor substrate 1 of the semiconductor device according to the first embodiment (see FIGS. 1 and 2), p + semiconductor It is formed by the substrate 31. In the semiconductor device according to the second embodiment, an n buffer layer 32 is formed between the n base layer 2 and the p + semiconductor substrate 31. The electrodes on the second main surface side of the p + semiconductor substrate 31 (the drain electrode 11 and the back electrode 14) have a low contact resistance with the p + semiconductor substrate 31 and are an intermetallic compound of titanium and aluminum (hereinafter “Ti”). -Al ").

実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を説明する。まず、十分に高濃度な不純物を含むp型炭化珪素半導体基板(以下、「p+半導体基板という」)31を用意する。p+半導体基板31は、たとえばアルミニウムを2×1018cm-3程度含むものとする。つぎに、p+半導体基板31の第1主面側に、たとえば窒素を2.0×1017cm-3程度含む厚さ1μm程度のnバッファ層32をエピタキシャル成長させる。この後は、実施の形態1と同様の工程によって半導体装置を製造する(図3〜図6参照)。ただし、p+半導体基板31の第2主面側の電極(ドレイン電極11、裏面電極14)は、ニッケルではなくTi−Alによって形成する。 A method for manufacturing the semiconductor device according to the second embodiment will be described. First, a p-type silicon carbide semiconductor substrate (hereinafter referred to as “p + semiconductor substrate”) 31 containing a sufficiently high concentration of impurities is prepared. The p + semiconductor substrate 31 includes, for example, about 2 × 10 18 cm −3 of aluminum. Next, on the first main surface side of the p + semiconductor substrate 31, an n buffer layer 32 having a thickness of about 1 μm and containing, for example, about 2.0 × 10 17 cm −3 of nitrogen is epitaxially grown. Thereafter, the semiconductor device is manufactured by the same process as in the first embodiment (see FIGS. 3 to 6). However, the electrodes (drain electrode 11 and back electrode 14) on the second main surface side of the p + semiconductor substrate 31 are made of Ti—Al instead of nickel.

このように形成した実施の形態2にかかる半導体装置に、実施の形態1にかかる半導体装置と同様の長期信頼性試験をおこなった。試験に用いた実施の形態2にかかる半導体装置は、チップサイズ3mm角、活性領域の面積は7.85mm2、周辺耐圧構造部の長さは40μmで十分である。比較のため、図12に示すベベル構造の半導体装置についても、同様の試験をおこなった。なお、試験に用いた実施の形態2にかかる半導体装置の10A導通時におけるオン電圧は3.60V、初期の素子耐圧は1250Vであり、ベベル構造の半導体装置オン電圧(3.62V)および初期の素子耐圧(1265V)とほぼ同じであった。 The semiconductor device according to the second embodiment thus formed was subjected to the same long-term reliability test as that of the semiconductor device according to the first embodiment. In the semiconductor device according to the second embodiment used for the test, it is sufficient that the chip size is 3 mm square, the area of the active region is 7.85 mm 2 , and the length of the peripheral breakdown voltage structure is 40 μm. For comparison, the same test was performed on the beveled semiconductor device shown in FIG. Note that the on-voltage of the semiconductor device according to the second embodiment used for the test at the time of 10A conduction is 3.60 V, the initial element breakdown voltage is 1250 V, the bevel structure semiconductor device on-voltage (3.62 V) and the initial voltage It was almost the same as the device breakdown voltage (1265V).

実施の形態2にかかる半導体装置も、実施の形態1にかかる半導体装置と同様に、実験開始から3000時間経過した後も耐圧の変化は見られなかった。一方、ベベル構造の半導体装置は、図8に示す結果と同様に96時間経過後から耐圧が劣化し始め、その後急激に耐圧が低下した。   In the semiconductor device according to the second embodiment, as with the semiconductor device according to the first embodiment, no change in withstand voltage was observed after 3000 hours from the start of the experiment. On the other hand, the breakdown voltage of the beveled semiconductor device began to deteriorate after 96 hours, as in the result shown in FIG.

以上説明したように、本発明は、実施の形態1に示したトレンチ型MOSFETのみならず、実施の形態2に示したトレンチ型IGBTにも適用することができ、実施の形態2においても実施の形態1と同様の効果が得られる。   As described above, the present invention can be applied not only to the trench MOSFET shown in the first embodiment but also to the trench IGBT shown in the second embodiment. The same effect as in the first mode can be obtained.

以上のように、本発明にかかる炭化珪素半導体装置は、トレンチゲート構造を有するMOSFETやIGBTなどの炭化珪素半導体装置に有用であり、特に、MOS型電力用炭化珪素半導体装置に適している。   As described above, the silicon carbide semiconductor device according to the present invention is useful for silicon carbide semiconductor devices such as MOSFETs and IGBTs having a trench gate structure, and is particularly suitable for MOS power silicon carbide semiconductor devices.

実施の形態1にかかる半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of an active region of the semiconductor device according to the first exemplary embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の周辺耐圧構造部の構成を示す断面図である。3 is a cross-sectional view showing a configuration of a peripheral voltage withstanding structure portion of the semiconductor device according to the first exemplary embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を説明するための説明図である。6 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を説明するための説明図である。6 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を説明するための説明図である。6 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の製造工程を説明するための説明図である。6 is an explanatory diagram for explaining a manufacturing process of the semiconductor device according to the first embodiment; FIG. 実施の形態1にかかる半導体装置の半導体装置の電気的特性を示すグラフである。3 is a graph showing electrical characteristics of the semiconductor device of the semiconductor device according to the first embodiment; 実施の形態1にかかる半導体装置の長期信頼性試験の結果を示すグラフである。4 is a graph showing the results of a long-term reliability test of the semiconductor device according to the first embodiment. 実施の形態1にかかる半導体装置(p=2)の周辺耐圧構造部における電気力線のシミュレーション結果を示す説明図である。FIG. 6 is an explanatory diagram illustrating a simulation result of electric lines of force in a peripheral withstand voltage structure portion of the semiconductor device (p = 2) according to the first embodiment; 実施の形態2にかかる半導体装置の活性領域の構成を示す断面図である。6 is a cross-sectional view showing a configuration of an active region of a semiconductor device according to a second exemplary embodiment; FIG. 実施の形態2にかかる半導体装置の周辺耐圧構造部の構成を示す断面図である。FIG. 6 is a cross-sectional view showing a configuration of a peripheral voltage withstanding structure portion of a semiconductor device according to a second embodiment; ベベル構造の半導体装置の構造を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the structure of the semiconductor device of a bevel structure.

符号の説明Explanation of symbols

1 n+半導体基板(第1導電型半導体基板)
2 n-ベース層(第1導電型半導体層)
3 pベース層(第2導電型半導体層)
4 n+ソース領域
5 p+コンタクト領域
6 p+領域(第2導電型領域)
7 ゲート絶縁膜
8 ゲート電極(制御電極)
9 絶縁膜
10 ソース電極(第1の主電極)
10a ニッケル層
10b アルミニウム層
11 ドレイン電極(第2の主電極)
12 トレンチ絶縁膜
13 表面電極
13a ニッケル層
13b アルミニウム層
14 裏面電極
20a 活性領域
20b 周辺耐圧構造部
1 n + semiconductor substrate (first conductivity type semiconductor substrate)
2 n - base layer (first conductivity type semiconductor layer)
3 p base layer (second conductivity type semiconductor layer)
4 n + source region 5 p + contact region 6 p + region (second conductivity type region)
7 Gate insulating film 8 Gate electrode (control electrode)
9 Insulating film 10 Source electrode (first main electrode)
10a Nickel layer 10b Aluminum layer 11 Drain electrode (second main electrode)
12 Trench insulating film 13 Surface electrode 13a Nickel layer 13b Aluminum layer 14 Back electrode 20a Active region 20b Peripheral breakdown voltage structure

Claims (3)

活性領域と、前記活性領域の周辺を囲む耐圧構造部と、を有する炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素で形成された不純物濃度の高い第1導電型半導体基板と、
前記第1導電型半導体基板の第1主面に形成された前記第1導電型半導体基板よりも不純物濃度が低い第1導電型半導体層と、
前記第1導電型半導体層の表面に形成された第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層を貫いて前記第1導電型半導体層に達するように深さ方向に形成された複数のトレンチと、
前記活性領域の前記第2導電型半導体層の表面に選択的に形成された第1導電型ソース領域と、
前記第1導電型ソース領域と前記第2導電型半導体層に電気的に接続する第1の主電極と、
前記第1導電型半導体基板の第2主面に形成された第2の主電極と、
前記耐圧構造部の前記トレンチ間の半導体領域を覆う表面電極と、
を備え、
前記活性領域のトレンチには、ゲート絶縁膜を介して制御電極が形成されており、
前記耐圧構造部のトレンチには、絶縁材料が充填されるとともに、前記活性領域に最も近いトレンチの底部には第2導電型領域が形成されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device having an active region and a breakdown voltage structure surrounding the periphery of the active region,
A first conductivity type semiconductor substrate having a high impurity concentration formed of silicon carbide;
A first conductivity type semiconductor layer having a lower impurity concentration than the first conductivity type semiconductor substrate formed on the first main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A second conductivity type semiconductor layer formed on a surface of the first conductivity type semiconductor layer;
A plurality of trenches formed in a depth direction so as to penetrate the second conductivity type semiconductor layer and reach the first conductivity type semiconductor layer;
A first conductivity type source region selectively formed on a surface of the second conductivity type semiconductor layer of the active region;
A first main electrode electrically connected to the first conductivity type source region and the second conductivity type semiconductor layer;
A second main electrode formed on a second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A surface electrode covering a semiconductor region between the trenches of the pressure-resistant structure;
With
A control electrode is formed in the active region trench through a gate insulating film,
A silicon carbide semiconductor device, wherein a trench of the breakdown voltage structure portion is filled with an insulating material, and a second conductivity type region is formed at the bottom of the trench closest to the active region.
活性領域と、前記活性領域の周辺を囲む耐圧構造部と、を有する炭化珪素半導体装置であって、
炭化珪素で形成された不純物濃度の高い第2導電型半導体基板と、
前記第2導電型半導体基板の第1主面に形成された第1の第1導電型半導体層と、
前記第1の第1導電型半導体層の表面に形成された前記第1導電型半導体基板よりも不純物濃度が低い第2の第1導電型半導体層と、
前記第2の第1導電型半導体層の表面に形成された第2導電型半導体層と、
前記第2導電型半導体層を貫いて前記第2の第1導電型半導体層に達するように深さ方向に形成された複数のトレンチと、
前記活性領域の前記第2導電型半導体層の表面に選択的に形成された第1導電型ソース領域と、
前記第1導電型ソース領域と前記第2導電型半導体層に電気的に接続する第1の主電極と、
前記第1導電型半導体基板の第2主面に形成された第2の主電極と、
前記耐圧構造部の前記トレンチ間の半導体領域を覆う表面電極と、
を備え、
前記活性領域のトレンチには、ゲート絶縁膜を介して制御電極が形成されており、
前記耐圧構造部のトレンチには、絶縁材料が充填されるとともに、前記活性領域に最も近いトレンチの底部には第2導電型領域が形成されていることを特徴とする炭化珪素半導体装置。
A silicon carbide semiconductor device having an active region and a breakdown voltage structure surrounding the periphery of the active region,
A second conductivity type semiconductor substrate made of silicon carbide and having a high impurity concentration;
A first first conductivity type semiconductor layer formed on a first main surface of the second conductivity type semiconductor substrate;
A second first conductivity type semiconductor layer having an impurity concentration lower than that of the first conductivity type semiconductor substrate formed on the surface of the first first conductivity type semiconductor layer;
A second conductivity type semiconductor layer formed on the surface of the second first conductivity type semiconductor layer;
A plurality of trenches formed in a depth direction so as to penetrate the second conductivity type semiconductor layer and reach the second first conductivity type semiconductor layer;
A first conductivity type source region selectively formed on a surface of the second conductivity type semiconductor layer of the active region;
A first main electrode electrically connected to the first conductivity type source region and the second conductivity type semiconductor layer;
A second main electrode formed on a second main surface of the first conductivity type semiconductor substrate;
A surface electrode covering a semiconductor region between the trenches of the pressure-resistant structure;
With
A control electrode is formed in the active region trench through a gate insulating film,
A silicon carbide semiconductor device, wherein a trench of the breakdown voltage structure portion is filled with an insulating material, and a second conductivity type region is formed at the bottom of the trench closest to the active region.
前記耐圧構造部のトレンチのうち、前記活性領域に最も近いトレンチの底部および2番目に前記活性領域に近いトレンチの底部に前記第2導電型領域が形成されていることを特徴とする請求項1または2に記載の炭化珪素半導体装置。   2. The second conductivity type region is formed at a bottom of a trench closest to the active region and a bottom of a trench closest to the active region among the trenches of the breakdown voltage structure portion. Or the silicon carbide semiconductor device of 2.
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