JP2011258635A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、パワーMOSFETに関するものである。 The present invention relates to a power MOSFET.
SiC基板を用いたパワーMOSFETでは、例えばn型SiC基板の表面に複数のセルが縦横に配列される。各セルは基板表層部にp型ベース層、さらにその内側の表層部にn型ソース層を形成し、その上面にはゲート絶縁膜、ゲート電極およびソース電極、裏面にドレイン電極を形成して作成される。n型半導体基板とn型ソース層との間のp型ベース層表面をチャネル領域といい、その距離をチャネル長と定義する。チャネル領域のうちn型半導体基板とp型ベース層との境界の長さ(周囲長)が長いほど、またセルピッチが小さいほど単位面積当たりのチャネル抵抗は減少する。ソース電極はソースコンタクト層を介してp型コンタクト層及びn型コンタクト層に電気的に接触している。 In a power MOSFET using a SiC substrate, for example, a plurality of cells are arranged vertically and horizontally on the surface of an n-type SiC substrate. Each cell is formed by forming a p-type base layer on the substrate surface layer, an n-type source layer on the inner surface layer, a gate insulating film, a gate electrode and a source electrode on the top surface, and a drain electrode on the back surface. Is done. The surface of the p-type base layer between the n-type semiconductor substrate and the n-type source layer is called a channel region, and the distance is defined as the channel length. In the channel region, the channel resistance per unit area decreases as the boundary length (peripheral length) between the n-type semiconductor substrate and the p-type base layer is longer, and as the cell pitch is smaller. The source electrode is in electrical contact with the p-type contact layer and the n-type contact layer through the source contact layer.
特許文献1には、Si基板を用いて製造されたn型DMOS(Double−Diffused MOS)素子において、p型用ソースコンタクト部とn型用ソースコンタクト部が分離して配置され、セルコーナー部のp型半導体領域にp型ソースコンタクト部を配置した縦型半導体装置が記載されている。これは、p型ベース層を部分的に接続して1つの連続した領域とし、ソース電極と接続するp型ベース層と同一導電型の抜き取り領域を形成することで、寄生トランジスタの動作を抑制し、破壊耐量を向上させる方法として示されている。 In Patent Document 1, in an n-type DMOS (Double-Diffused MOS) device manufactured using a Si substrate, a p-type source contact portion and an n-type source contact portion are arranged separately, and a cell corner portion is formed. A vertical semiconductor device is described in which a p-type source contact portion is disposed in a p-type semiconductor region. This is because the p-type base layer is partially connected to form one continuous region, and the extraction region of the same conductivity type as the p-type base layer connected to the source electrode is formed, thereby suppressing the operation of the parasitic transistor. It is shown as a method of improving the breakdown tolerance.
また、特許文献2には、セルコーナー部が接続されたp型半導体領域に第2のチャネル領域を設け、かつ第2のチャネル領域表面にもソース領域とソース電極を設けて第2のセルとしたパワーMOSFETが記載されている。これは、第2のセルを設けない場合に対して単位面積当たりのチャネル周囲長が長くなり、チャネル抵抗を減少することができる構造として示されている。
Further, in
しかしながら、特許文献1ではセルコーナー部のp型半導体領域内にチャネル領域が形成されていない為、p型半導体領域はセルとして機能せず、単位面積当たりのチャネル抵抗が増大するという問題がある。 However, in Patent Document 1, since the channel region is not formed in the p-type semiconductor region at the cell corner, there is a problem that the p-type semiconductor region does not function as a cell and the channel resistance per unit area increases.
また、特許文献2では、互いに接続されたセルコーナー部にチャネル領域が形成された第2のセルが設けられているが、四方がセルで囲まれたn型半導体領域のサイズ(長辺と短辺)はセルのサイズとほぼ同じになり、セルのサイズと独立に決定することが出来ない。その結果、セルで囲まれたn型半導体領域上(特に、平面視における中央部付近)のゲート絶縁膜に電界集中が生じて、耐圧が低下するという課題がある。
Further, in
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、セルコーナー部のp型半導体領域が互いに接続された縦型の半導体装置において、チャネル抵抗の低減とゲート絶縁膜の絶縁破壊電圧の向上を両立することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and in a vertical semiconductor device in which the p-type semiconductor regions at the cell corners are connected to each other, the channel resistance is reduced and the breakdown voltage of the gate insulating film is reduced. The aim is to achieve both improvements.
本発明の半導体装置は、SiC基板表面に形成された第1導電型のドリフト層と、ドリフト層表面に選択的に複数形成された、第2導電型のベース層と、ベース層表面に選択的に形成された領域であって、当該領域とドリフト層とで挟まれたベース層表面をチャネル領域として規定する第1導電型のソース領域と、チャネル領域上からドリフト層上に渡って、絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、平面視でベース層に囲まれたドリフト層の領域において、当該領域の中心部と前記ベース層とを繋ぐ第2導電型の第1半導体層と、を備える。 The semiconductor device of the present invention includes a first conductivity type drift layer formed on the surface of the SiC substrate, a plurality of second conductivity type base layers selectively formed on the drift layer surface, and selective on the surface of the base layer. A source region of a first conductivity type that defines a base layer surface sandwiched between the region and the drift layer as a channel region, and an insulating film extending from the channel region to the drift layer And a first conductive semiconductor layer of a second conductivity type that connects the center of the region and the base layer in the region of the drift layer surrounded by the base layer in plan view. .
本発明の半導体装置は、平面視でベース層に囲まれたドリフト層の領域において、当該領域の中心部と前記ベース層とを繋ぐ第2導電型の第1半導体層を備えるため、ゲート絶縁膜の絶縁破壊電圧が向上する。 Since the semiconductor device of the present invention includes the first semiconductor layer of the second conductivity type that connects the center of the region and the base layer in the region of the drift layer surrounded by the base layer in plan view, the gate insulating film Improves the dielectric breakdown voltage.
(実施の形態1)
<構成>
本実施の形態の半導体装置であるMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)の断面図を図15に、平面図を図1〜図7に示す。図1はMOSFETの表面パターンを示す平面図であり、図2〜図7は図1の平面図と同位置における異なる層のパターンを示している。図15(a)は、図1のA−A’断面図であり、図15(b)は図1のB−B’断面図である。
(Embodiment 1)
<Configuration>
FIG. 15 is a sectional view of a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) which is a semiconductor device of the present embodiment, and FIGS. FIG. 1 is a plan view showing a surface pattern of a MOSFET, and FIGS. 2 to 7 show patterns of different layers at the same position as the plan view of FIG. 15A is a cross-sectional view taken along the line AA ′ in FIG. 1, and FIG. 15B is a cross-sectional view taken along the line BB ′ in FIG.
図15に示すように、MOSFETは、高濃度のn型不純物を含むn+型ドレイン層1aとn+型ドレイン層1a上に形成される比較的低濃度のn−型ドリフト層2からなるSiC基板1を備える。さらに、n−型ドリフト層2の表層部に形成されるp型ベース層3と、p型ベース層3の表層部で、その外周部から所定距離だけ離れた内側に形成されるn+型ソース層4(図4参照)と、n+型ソース層4を貫通してp型ベース層3と接触するp+型コンタクト層13とを備える。p+型コンタクト層13はp型ベース層3よりも高いp型不純物濃度を有する。p型ベース層3、n+型ソース層4、p+型コンタクト層13が形成される領域がセル領域となり、図1に示すようにセル領域はSiC基板1上に複数形成される。図2に示すように、p型ベース層3はn−型ドリフト層2上に、角部を互いに接続した千鳥格子状に配設される。図6に示すように、p+型コンタクト層13はn+型ソース層4に囲まれるように形成される。
As shown in FIG. 15, the MOSFET includes an SiC substrate 1 comprising an n +
MOSFETは、4つの格子のp型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域において、表面から離間した内部に形成されるp型半導体層12と、表層部に形成されるn+型半導体層14をさらに備える。p型ベース層3の表面において、n+型ソース層4とn+型半導体層14の間の領域がチャネル領域となる。しかし、n+型半導体層14を設けない場合には、n+型ソース層4とn−型ドリフト層2の間がチャネル領域となる。p型半導体層12は図3に示すように、p型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域において、当該領域の中心部とp型ベース層3の角部(セルコーナー部)とを線状に繋いでいる。なお、当該領域の中心部はp型ベース層3とp型半導体層12によって繋がっていれば良く、図18に示すように各セルコーナー部の全てと繋がっている必要はない。n+型半導体層14は、図5に示すように、p型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域の全面を覆うように形成される。
In the region of the n −
また、MOSFETは、チャネル領域及びn−型ドリフト層2上に形成されるゲート絶縁膜5と、ゲート絶縁膜5上に形成されるゲート電極6(図7参照)と、ゲート電極6上に形成される層間絶縁膜7(図1参照)と、ゲート絶縁膜の開口においてn+型ソース層4及びp+型コンタクト層13にオーミック接続されたソースコンタクト電極9と、層間絶縁膜7上に形成され、且つソースコンタクト電極9を介してn+型ソース層4及びp+型コンタクト層13とオーミック接続するソース電極8とを備える。
The MOSFET is formed on the channel region and the n −
さらに、MOSFETは、n+型ドレイン層1の裏面に形成されるドレイン電極11を備える。
Further, the MOSFET includes a
SiC基板1にSi基板を用いる従来の縦型半導体装置では、n−型ドリフト層2の不純物濃度をあげると電界強度が増加してしまうため、n−型ドリフト層2がSiCである縦型半導体装置と比較してn−型ドリフト層2の不純物濃度を1/100程度にする必要がある。この場合、n−型ドリフト層2の抵抗が増加するため、実効的なn−型ドリフト層2の抵抗を下げるべくセル領域以外のn−型ドリフト層2の単位面積当たりの割合を大きくする必要があった。例えば、セル一辺の長さを数10μm以上にする必要があり、そうしたとしても、セル領域以外のn−型ドリフト層2の単位面積当たりの割合を大きくすると、チャネルの周囲長が減少するため十分にチャネル抵抗を下げられないという問題があった。
In a conventional vertical semiconductor device using a Si substrate as the SiC substrate 1, the electric field strength increases when the impurity concentration of the n −
しかし、本実施の形態ではSiC基板を用いることによって、n−型ドリフト層2の不純物濃度を上げても絶縁破壊電界強度が確保でき、さらにSiを用いた半導体装置では実現できない一辺のサイズが10μm以下のセルにおいて、さらなるチャネル抵抗の低減とゲート絶縁膜の絶縁破壊電圧の向上の両立を目指す。
However, in this embodiment, by using the SiC substrate, the breakdown electric field strength can be secured even if the impurity concentration of the n −
<製法>
図8〜図15を用いて、本実施の形態に係る半導体装置の製造工程を説明する。図8(a)〜図15(a)は、各製造工程における図1のA−A’断面図であり、図8(b)〜図15(b)は、各製造工程における図1のB−B’断面図である。
<Production method>
A manufacturing process of the semiconductor device according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 8A to 15A are cross-sectional views taken along the line AA ′ of FIG. 1 in each manufacturing process, and FIGS. 8B to 15B are views of FIG. It is -B 'sectional drawing.
はじめに、図8に示すように、表層にn+型ドレイン層1aを含有する炭化珪素基板1を用意し、n+型ドレイン層1aの表面上に、厚さ10μmでn型不純物濃度が1×1016/cm3のSiC層であるn−型ドリフト層2をエピタキシャル成長させる。
First, as shown in FIG. 8, a silicon carbide substrate 1 containing an n + -
次に、n−型ドリフト層2の表面上にフォトリソグラフィを用いて第1レジストパターンを形成した上で、p型の不純物であるAlイオンをn−型ドリフト層2にイオン注入する(第1イオン注入工程)。
Next, after forming a first resist pattern on the surface of the n −
このイオン注入により、n−型ドリフト層2の表面側で第1レジストパターンに覆われていない部分にp型ベース層3が形成される。この状態を上面から見ると、図2に示すように各セルのp型ベース層3の角部が互いに接続された格子状に形成されている。セルのサイズは、例えば正方形のp型ベース層3の一辺の長さを9μmとする。
By this ion implantation, the p-
第1イオン注入工程では、n−型ドリフト層2の表面から深さ0.8μmまでAlイオンの濃度が2×1018個/cm3で一定(ボックスプロファイルという)となるようにAlイオンを注入する。イオン注入時のSiC基板1の温度は25℃とする。
In the first ion implantation step, Al ions are implanted so that the concentration of Al ions is constant at 2 × 10 18 ions / cm 3 from the surface of the n −
次に、n−型ドリフト層2の主表面上にフォトリソグラフィを用いて第2レジストパターンを形成した上で、p型不純物となるAlイオンをn−型ドリフト層2にイオン注入する(第2イオン注入工程)。
Next, after forming a second resist pattern on the main surface of the n − -
このイオン注入により、図9に示すように、n−型ドリフト層2の表面側で第2レジストパターンに覆われていない部分にp型半導体層12が形成される。この状態を上面から見ると、図3に示すようにn−型ドリフト層2の中央部と、隣接するp型ベース層3の角部を接続するようにp型半導体層12は形成される。上面から見たp型半導体層12の最小幅は、例えば1μmとする。
By this ion implantation, as shown in FIG. 9, the p-
第2イオン注入工程では、n−型ドリフト層2の表面から深さ0.4μm〜0.8μmまでAlイオンの濃度が2×1018個/cm3で一定となるように、n−型ドリフト層2の表面から離間した内部にAlイオンが注入される。イオン注入時のSiC基板1の温度は25℃とする。
In the second ion implantation step, the n − type drift is performed so that the concentration of Al ions is constant at 2 × 10 18 ions / cm 3 from the surface of the n −
つづいて、第2レジストパターンを除去した後、上記の過程で形成されたSiC基板1の主表面上にフォトリソグラフィを用いて第3レジストパターンを形成した上で、n型不純物となる窒素イオンをp型ベース層3にイオン注入する(第3イオン注入工程)。 Subsequently, after removing the second resist pattern, a third resist pattern is formed on the main surface of the SiC substrate 1 formed in the above-described process using photolithography, and then nitrogen ions serving as n-type impurities are introduced. Ions are implanted into the p-type base layer 3 (third ion implantation step).
このイオン注入により、図4、図10に示すようにp型ベース層3内にn+型ソース層4が形成される。例えば、n+型ソース層4の1辺の長さは8μmとすると、p型ベース層の1辺の長さは9μmであるからチャネル長は0.5μmとなる。
By this ion implantation, an n +
第3イオン注入工程では、窒素イオンの濃度が、n−型ドリフト層2の表面から深さ0.3μmまで3×1019/cm3で一定となるようにイオンを注入する。イオン注入時のSiC基板1の温度は25℃とする。
In the third ion implantation step, ions are implanted so that the concentration of nitrogen ions is constant at 3 × 10 19 / cm 3 from the surface of the n − -
さらに、第3レジストパターンを除去した後、SiC基板の表面上にフォトリソグラフィを用いて第4レジストパターンを形成した上で、n型不純物となる窒素イオンをp型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2にイオン注入する(第4イオン注入工程)。このイオン注入により、図11に示すようにn−型ドリフト層2内にn+型半導体層4を形成する。この状態を上面から見ると、図5に示すようにp型ベース層3に囲まれた領域にn+型半導体層4が形成されている。
Further, after removing the third resist pattern, a fourth resist pattern is formed on the surface of the SiC substrate using photolithography, and then nitrogen ions that become n-type impurities are surrounded by the p-
第4イオン注入工程では、窒素イオンの濃度はn−型ドリフト層2の濃度よりも高く、n−型ドリフト層2の表面部を含み深さ0.3μmまで1×1017個/cm3で一定となるように注入する。イオン注入時のSiC基板1の温度は25℃とする。
In the fourth ion implantation step, the concentration of nitrogen ions is higher than the concentration of n −
次に、第4レジストパターンを除去した後、SiC基板1の表面上に酸化膜パターンを形成した上で、p型の不純物となるAlイオンをp型ベース層3にイオン注入する(第5イオン注入工程)。このイオン注入により、図11に示すように、n+型ソース層4を貫通してp型ベース層3と接続するp+型コンタクト層13が形成される。この状態を上面からみると、図6に示すようにp+型コンタクト層13はn+型ソース層4に囲まれて形成されている。
Next, after removing the fourth resist pattern, an oxide film pattern is formed on the surface of the SiC substrate 1, and then, Al ions that become p-type impurities are ion-implanted into the p-type base layer 3 (fifth ions). Injection process). By this ion implantation, as shown in FIG. 11, a p +
第5イオン注入工程では、Alイオンの濃度が、n−型ドリフト層2の表面から深さ0.4μmまで3×1020個/cm3で一定となるようにイオンを注入する。このイオン注入時のSiC基板1の温度は500℃とする。
In the fifth ion implantation step, ions are implanted so that the concentration of Al ions is constant at 3 × 10 20 ions / cm 3 from the surface of the n − -
この後、活性化アニール工程(図示せず)を行う。前工程の酸化膜パターンを除去した後、n−型ドリフト層2などのSiC膜表面にカーボン保護層を形成し、第1イオン注入工程〜第5イオン注入工程で注入された不純物イオンを活性化するために、アルゴン(Ar)ガス雰囲気中で、1700℃、10分間の熱処理(活性化アニール)を行う。活性化アニール後にカーボン保護層を除去する。
Thereafter, an activation annealing step (not shown) is performed. After removing the oxide film pattern in the previous process, a carbon protective layer is formed on the surface of the SiC film such as the n −
ここで、図12に示した第5イオン注入工程後の断面図において、第1イオン注入工程によりAlイオンがイオン注入されたp型ベース層3のうち、第3イオン注入工程により形成されたn+型ソース層4には、第1イオン注入工程で注入されたp型の不純物となるAlイオンと逆の導電型を与えるn型の不純物である窒素イオンが注入される。第3イオン注入工程で注入される窒素イオンの体積密度は第1イオン注入工程で注入されるAlイオンの体積密度より多いため、n+型ソース層4の導電型は活性化アニール工程の後にn型となる。
Here, in the cross-sectional view after the fifth ion implantation step shown in FIG. 12, of the p-
n+型ソース層4のうち、第5イオン注入工程により形成されたp+型コンタクト層13は、第3イオン注入工程で注入されたn型不純物となる窒素イオンと逆の導電型を与えるp型の不純物であるAlイオンが第5イオン注入工程で注入される。第5イオン注入工程で注入されるイオンの体積密度が第3イオン注入工程で注入されるイオンの体積密度より多いため、n+型ソース層4内のp+型コンタクト層13の導電型は活性化アニール工程の後にp型となる。
Of the n + type
また、p型ベース層3とp型半導体層12については、第1イオン注入工程および第2イオン注入工程で注入されたAlイオンの体積密度がn−型ドリフト層2のn型不純物の体積密度よりも多いため、活性化アニール工程の後にp型の導電型になる。
For the p-
次に、図13に示すように、n−型ドリフト層2の表面を熱酸化して所望の厚みのゲート絶縁膜5を形成した後、ゲート絶縁膜5の上に導電性を付与した多結晶Si膜を減圧CVD法により形成し、これをパターニングすることによりゲート電極6を形成する(ゲート形成工程)。この状態を上面から見ると図7のようになる。ゲート電極6は、n+型半導体層14とp型ベース層3と一部のn+型ソース層4の上にゲート酸化膜5を介して形成される。
Next, as shown in FIG. 13, the surface of the n − -
その後、図14に示すように、ゲート電極6およびゲート絶縁膜5の上に酸化珪素からなる層間絶縁膜7を形成する。また、層間絶縁膜7およびゲート絶縁膜5に開口してn+型ソース層4の一部とp+型コンタクト層13を露出し、その上にソースコンタクト層を堆積し、これを熱処理することによってソースコンタクト電極9を形成する。この状態を上面からみると図1のようになり、層間絶縁膜7の開口部がn+型ソース層4の一部とp+型コンタクト層13の上に形成される。
Thereafter, as shown in FIG. 14, an
ソースコンタクト電極9には例えばNiを選択すると、n+型ソース層4およびp+型コンタクト層13に対してオーミックコンタクトを形成することができる。
For example, when Ni is selected for the source contact electrode 9, an ohmic contact can be formed with respect to the n + -
続いて、図15に示すように、ソースコンタクト電極9上にソース電極8および図示しない内部配線を形成する。また、図示しないがゲート電極6上の層間絶縁膜7を開口し、ゲート電極6上の開口部にはゲート配線を形成する。最後に、SiC基板1の裏面側に例えばNi合金のドレイン電極11を形成する(裏面電極形成工程)。
Subsequently, as shown in FIG. 15, the
以上の工程によって、本実施の形態の半導体装置である縦型のSiC−MOSFETが形成される。 Through the above steps, a vertical SiC-MOSFET which is a semiconductor device of the present embodiment is formed.
n+型半導体層14はn−型ドリフト層2よりも低抵抗であり、チャネル領域を通る電流の経路を拡大する効果を奏し、p型半導体層12を設けることにより生じるn−型ドリフト層2の抵抗の増加を防ぐ。そのため、n+型半導体層14は少なくともチャネル領域と接していれば良く、図10〜図15に示したようなn−型ドリフト層2の表層部だけでなく、その内部に設けても良い。また、p型ベース領域3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域において、電界強度が最も大きくなる中央部以外の領域に設けても良い。さらに、n+型半導体層14はp型半導体層12と離間して形成しているが、p型半導体層12を囲むように配置しても良い。特に、n−型ドリフト層2内で最も抵抗が高くなるp型半導体層12とp型ベース層3で挟まれる領域にn型半導体層14を配置すると、n−型ドリフト層2内の抵抗を大きく減らすことが可能である。なお、n−型ドリフト層2の抵抗が許容できる値である場合は、n+型半導体層14を形成しなくても良い。
The n +
また、p型半導体層12はn−型ドリフト層2の内部に形成することとしたが、チャネル領域ではないセルコーナー部でp型ベース層3と接続する場合はチャネル抵抗に影響を与えないため、p型半導体層12をn−型ドリフト層2の表層部に形成しても良い。この場合、n+型半導体層14は形成しないか(図17)、n−型ドリフト層2の内部に形成される。
In addition, the p-
また、第2、第4イオン注入工程において、p型半導体層12とn型半導体層14へのイオン注入は密度が一定となるボックスプロファイルで行ったが、必ずしもボックスプロファイルに限定するものではない。例えばp型半導体層12では、n−型ドリフト層2の表層での濃度が内部の濃度よりも高くなるように、n−型ドリフト層2の表層から内部へ離れるに従って、徐々にイオン注入濃度が高くなるようなプロファイルにしても良い。この場合、イオン注入に必要な加速電圧の種類を、例えばボックスプロファイルとして形成する際に必要な6種類から1種類に削減することができ、イオン注入工程のスループットが向上するという効果がある。
Further, in the second and fourth ion implantation steps, ion implantation into the p-
<効果>
本発明の半導体装置である縦型SiC−MOSFETによれば、以下の効果を奏する。すなわち、本実施の形態の半導体装置は、SiC基板1表面に形成された第1導電型のドリフト層(n−型ドリフト層2)と、n−型ドリフト層2表面に選択的に複数形成された、第2導電型のベース層(p型ベース層3)と、p型ベース層3表面に選択的に形成された領域であって、当該領域とn−型ドリフト層2とで挟まれたp型ベース層3表面をチャネル領域として規定する第1導電型のソース領域(n+型ソース層4)と、チャネル領域上からn−型ドリフト層2上に渡って、ゲート絶縁膜5を介して形成されたゲート電極6と、平面視でp型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域において、当該領域の中心部とp型ベース層3とを繋ぐ第2導電型の第1半導体層(p型半導体層12)と、を備える。p型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の領域の中心部が最も逆方向電界強度が高くなる領域であるが、この領域とp型ベース層3の所定部分をp型半導体層12で接続することにより、n−型ドリフト層2のサイズを小さくすることなくゲート絶縁膜5の逆方向電界強度が低減し、ゲート絶縁膜5の絶縁破壊電圧を高めるという効果を奏する。また、p型半導体層12はソース電極8と接続されたp型ベース層3と繋がっているため、p型半導体層12間の電位のばらつきが少なく、どのp型半導体層12においても安定して電界強度を下げることが出来る。セルが多数集積された縦型半導体装置内のどこか1箇所のp型半導体装置12の電界緩和効果が低減すれば、その場所のゲート絶縁膜に絶縁破壊が生じてしまうので、全てのp型半導体層12の電位を安定に保つことは非常に重要である。また、半導体基板1にSiC基板を用いるため、Si基板と比べてn−型ドリフト層2の不純物濃度を1/100程度にすることができる。そのため、セルサイズの一辺を10μm以下と小さくすることが出来る。
<Effect>
The vertical SiC-MOSFET which is the semiconductor device of the present invention has the following effects. That is, the semiconductor device of the present embodiment is selectively formed on the surface of the first conductivity type drift layer (n − type drift layer 2) formed on the surface of SiC substrate 1 and on the surface of n −
また、p型ベース層3は、角部(セルコーナー部)を互いに接続した千鳥格子状に配設される。このように配置することによって、n−型ドリフト層2はその周囲がセルで囲まれ、チャネル領域と接することにより、単位面積当たりのチャネル領域の周囲長が増大し、チャネル抵抗が低減する。
The p-
さらに、p型半導体層12はp型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層の領域の中心部と、当該領域の外周と接触するp型ベース層3のセルコーナー部のうち少なくとも一つとを繋ぐ。セルコーナー部はチャネルとして機能していないため、第1半導体層12はp型ベース層3と接触してもチャネル領域とは接触しない。つまり、チャネル抵抗を増加させずに耐圧を向上することができる。
Further, the p-
また、p型半導体層12がn−型ドリフト層2の表面から離間して内部に形成されることにより、チャネル領域からn−型ドリフト層2への電流経路を妨げない。そのため、p型半導体層12はセルコーナー部でp型ベース層3と接続しなくとも良く、例えば図16に示すようにセルの辺でp型ベース層3と接続することも可能である。このような場合でも、チャネル抵抗を増加させずに耐圧を向上することができる。
In addition, since the p-
あるいは、p型半導体層12がn−型ドリフト層2の表層部に形成される場合は、p型半導体層12がセルコーナー部でp型ベース層3と接続することによって、チャネル抵抗を増加させずに耐圧を向上することができる。
Alternatively, when the p-
また、半導体装置は、p型ベース層3に囲まれたn−型ドリフト層2の表層部に配設され、n−型ドリフト層2よりも不純物密度の高い第1導電型の第2半導体層(n+型半導体層14)をさらに備える。n+型半導体層14はn−型ドリフト層2よりも低抵抗であり、n−型ドリフト層2の表層部で速やかに電流経路を拡大する効果があるため、p型半導体層12を設けることにより生じるn−型ドリフト層2の抵抗の増加を防ぐことが出来る。
The semiconductor device is disposed in the surface layer portion of the n −
1 SiC基板、1a n+型ドレイン層、2 n−型ドリフト層、3 p型ベース層、4 n+型ソース層、5 ゲート絶縁膜、6 ゲート電極、7 層間絶縁膜、8 ソース電極、9 ソースコンタクト電極、12 p型半導体層、13 p+型半導体層、14 n+型半導体層。 1 SiC substrate, 1a n + type drain layer, 2 n− type drift layer, 3 p type base layer, 4 n + type source layer, 5 gate insulating film, 6 gate electrode, 7 interlayer insulating film, 8 source electrode, 9 source contact Electrode, 12 p-type semiconductor layer, 13 p + type semiconductor layer, 14 n + type semiconductor layer.
Claims (6)
前記ドリフト層表面に選択的に複数形成された、第2導電型のベース層と、
前記ベース層表面に選択的に形成された領域であって、当該領域と前記ドリフト層とで挟まれた前記ベース層表面をチャネル領域として規定する第1導電型のソース領域と、
前記チャネル領域上から前記ドリフト層上に渡って、絶縁膜を介して形成されたゲート電極と、
平面視で前記ベース層に囲まれた前記ドリフト層の領域において、当該領域の中心部と前記ベース層とを繋ぐ第2導電型の第1半導体層と、を備える半導体装置。 A first conductivity type drift layer formed on the surface of the SiC substrate;
A plurality of second conductivity type base layers selectively formed on the surface of the drift layer;
A region selectively formed on the surface of the base layer, the first conductivity type source region defining the base layer surface sandwiched between the region and the drift layer as a channel region;
A gate electrode formed through an insulating film over the drift region from the channel region;
A semiconductor device comprising: a first semiconductor layer of a second conductivity type that connects a central portion of the region and the base layer in a region of the drift layer surrounded by the base layer in plan view.
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