JP2014038963A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、SiCを使用する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device using SiC.
従来、モータ制御システム、電力変換システム等、各種パワーエレクトロニクス分野におけるシステムに主として使用される半導体パワーデバイスが注目されている。この種の半導体パワーデバイスとして、たとえば、SiC半導体装置が公知である(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1の半導体装置は、SiC基板と、SiC基板上に形成されたn型高抵抗層と、n型高抵抗層上に形成されたpウェル層と、pウェル層の表層部に形成されたn+エミッタ領域と、n+エミッタ領域を貫通してpウェル層に達するp+コンタクト領域と、n+エミッタ領域の表面からpウェル層を貫通してn型高抵抗層に達するトレンチと、トレンチの内面に形成されたゲート酸化膜と、トレンチに埋め込まれたポリシリコンゲート電極とを含む。
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor power devices mainly used in systems in various power electronics fields such as motor control systems and power conversion systems have attracted attention. As this type of semiconductor power device, for example, a SiC semiconductor device is known (see, for example, Patent Document 1).
The semiconductor device of
本発明の一の局面に係る半導体装置は、SiC半導体層と、前記SiC半導体層に接して形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に配置され、前記SiC半導体層におけるチャネルの形成を制御するゲート電極とを含み、前記ゲート電極は、その全部または一部に金属部を含む(請求項1)。
この構成によれば、金属部が含まれていることによって、ポリシリコンのみからなるゲート電極を用いる場合に比べて、ゲート電極のシート抵抗を下げることができる。その結果、半導体装置のスイッチング速度を向上させて、スイッチング損失を低減することができる。
A semiconductor device according to one aspect of the present invention includes a SiC semiconductor layer, a gate insulating film formed in contact with the SiC semiconductor layer, and a channel formed in the SiC semiconductor layer, disposed on the gate insulating film. A gate electrode to be controlled, and the gate electrode includes a metal portion in whole or in part.
According to this configuration, since the metal portion is included, the sheet resistance of the gate electrode can be reduced as compared with the case where the gate electrode made of only polysilicon is used. As a result, the switching speed of the semiconductor device can be improved and the switching loss can be reduced.
前記ゲート電極は、当該ゲート電極の一部を構成する前記金属部と前記ゲート絶縁膜との間に配置されたポリシリコン部を含むことが好ましい(請求項2)。
この構成によれば、蒸着法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法等によって金属部を形成する場合であっても、その形成時、ポリシリコン部によってゲート絶縁膜を保護することができる。これにより、金属部を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが発生することを防止することができる。
Preferably, the gate electrode includes a polysilicon portion disposed between the metal portion constituting a part of the gate electrode and the gate insulating film.
According to this configuration, even when the metal part is formed by vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like, the gate insulating film can be protected by the polysilicon part during the formation. . Thereby, it is possible to prevent the metal plasma constituting the metal part from directly colliding with the gate insulating film. As a result, plasma damage can be prevented from occurring in the gate insulating film.
前記ポリシリコン部は、前記ゲート絶縁膜上に選択的に形成されていることが好ましい(請求項3)。
この構成によれば、ゲート電極において金属部の割合を増やすことができるので、ゲート電極のシート抵抗を一層下げることができる。
前記ポリシリコン部は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記SiC半導体層の前記チャネルが形成される部分上に形成されていることが好ましい(請求項4)。
Preferably, the polysilicon portion is selectively formed on the gate insulating film.
According to this configuration, since the ratio of the metal portion in the gate electrode can be increased, the sheet resistance of the gate electrode can be further reduced.
The polysilicon portion is preferably formed on a portion of the SiC semiconductor layer where the channel is formed via the gate insulating film.
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル上の部分でのプラズマダメージの発生を防止することができる。これにより、半導体装置の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
また、閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
According to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of plasma damage in the portion of the gate insulating film on the channel. Thereby, characteristics of the semiconductor device (for example, threshold voltage Vth ) can be prevented from fluctuating with respect to the design specification. As a result, a highly reliable semiconductor device can be provided.
Further, the threshold voltage Vth can be designed with a polysilicon work function. Therefore, the threshold voltage Vth can be designed under the same conditions as in the case of a conventional gate electrode made of only polysilicon.
前記ポリシリコン部は、前記ゲート絶縁膜上の領域全体を覆うように形成されていてもよい(請求項5)。
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル上の部分でのプラズマダメージの発生を防止できると共に、ポリシリコン部を簡単に形成することができる。
前記ポリシリコン部は、p型ポリシリコンからなることが好ましい(請求項6)。
The polysilicon portion may be formed so as to cover the entire region on the gate insulating film.
According to this configuration, plasma damage can be prevented from occurring in the portion of the gate insulating film on the channel, and the polysilicon portion can be easily formed.
The polysilicon part is preferably made of p-type polysilicon.
たとえば、前記半導体装置がnチャネルMISFETである場合、p型ポリシリコンのみからなるゲート電極は、閾値電圧Vthを高くできるという長所を有するが、逆に、シート抵抗が高いという短所も有する。この構成によれば、p型ポリシリコン部と金属部の併用によって、p型ポリシリコンの長所を生かしつつ、シート抵抗が低い金属部によってp型ポリシリコンの短所を補うことができる。 For example, when the semiconductor device is an n-channel MISFET, the gate electrode made of only p-type polysilicon has an advantage that the threshold voltage Vth can be increased, but conversely has a disadvantage that the sheet resistance is high. According to this configuration, by using the p-type polysilicon portion and the metal portion in combination, the disadvantage of the p-type polysilicon can be compensated by the metal portion having a low sheet resistance while taking advantage of the p-type polysilicon.
前記ポリシリコン部および前記金属部は、前記SiC半導体層の側からこの順に積層されたポリシリコン層および金属層であり、前記ポリシリコン層は、前記金属層よりも薄いことが好ましい(請求項7)。
この構成によれば、ゲート電極において金属層の割合を増やすことができるので、ゲート電極のシート抵抗を一層下げることができる。
The polysilicon part and the metal part are a polysilicon layer and a metal layer laminated in this order from the SiC semiconductor layer side, and the polysilicon layer is preferably thinner than the metal layer. ).
According to this configuration, since the ratio of the metal layer in the gate electrode can be increased, the sheet resistance of the gate electrode can be further reduced.
前記金属部は、銅(Cu)またはタングステン(W)からなることが好ましい(請求項
8)。
銅(Cu)やタングステン(W)はステップカバレッジ性に優れるので、たとえば、トレンチ等の凹部に埋め込みゲート電極を形成する際には、当該凹部を金属部で良好に埋め戻すことができる。
The metal part is preferably made of copper (Cu) or tungsten (W).
Since copper (Cu) and tungsten (W) are excellent in step coverage, for example, when a buried gate electrode is formed in a recess such as a trench, the recess can be satisfactorily filled with a metal portion.
前記ゲート電極は、当該ゲート電極の一部を構成する前記金属部と前記ゲート絶縁膜との間に配置されたポリ炭化シリコン部を含むことが好ましい(請求項9)。
この構成によれば、蒸着法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法等によって金属部を形成する場合であっても、その形成時、ポリ炭化シリコン部によってゲート絶縁膜を保護することができる。これにより、金属部を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが発生することを防止することができる。
Preferably, the gate electrode includes a polysilicon carbide portion disposed between the metal portion constituting a part of the gate electrode and the gate insulating film.
According to this configuration, even when the metal portion is formed by vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like, the gate insulating film can be protected by the polysilicon carbide portion during the formation. it can. Thereby, it is possible to prevent the metal plasma constituting the metal part from directly colliding with the gate insulating film. As a result, plasma damage can be prevented from occurring in the gate insulating film.
また、ポリ炭化シリコンはシート抵抗が高いという短所を有するが、シート抵抗が低い金属部との併用によって、その短所を補うことができる。さらに、前記半導体装置がnチャネルMISFETである場合、ポリ炭化シリコンは、p型ポリ炭化シリコンであることが好ましい。p型ポリ炭化シリコンは、nチャネルMISFETに対しては、n型ポリ炭化シリコンに比べて閾値電圧Vthを高くできるという長所を有する。閾値電圧Vthが高ければ、スイッチング時のノイズ等による誤オンの防止効果が良好であるため、閾値電圧Vthは高い方が好ましい。すなわち、nチャネルMISFETにp型ポリ炭化シリコンを組み合わせる構成では、p型ポリ炭化シリコンと金属部の併用によって、閾値電圧Vthが高いというp型ポリ炭化シリコンの長所を生かしつつ、シート抵抗が低い金属部によって、シート抵抗が高いというp型ポリ炭化シリコンの短所を補うことができる。 Polysilicon carbide has a disadvantage that sheet resistance is high, but the disadvantage can be compensated for by using it together with a metal part having low sheet resistance. Furthermore, when the semiconductor device is an n-channel MISFET, the polysilicon carbide is preferably p-type polysilicon carbide. The p-type polysilicon carbide has an advantage that the threshold voltage Vth can be increased for the n-channel MISFET as compared with the n-type polysilicon carbide. If the threshold voltage Vth is high, the effect of preventing erroneous ON due to noise at the time of switching and the like is good, and therefore it is preferable that the threshold voltage Vth is high. That is, in the configuration in which p-type polysilicon carbide is combined with n-channel MISFET, sheet resistance is low while taking advantage of p-type polysilicon carbide having a high threshold voltage Vth by using p-type polysilicon carbide and a metal part in combination. The metal part can compensate for the disadvantage of p-type polysilicon carbide having high sheet resistance.
前記ポリ炭化シリコン部は、前記ゲート絶縁膜上に選択的に形成されていることが好ましい(請求項10)。
この構成によれば、ゲート電極において金属部の割合を増やすことができるので、ゲート電極のシート抵抗を一層下げることができる。
本発明の他の局面に係る半導体装置は、ドレイン領域として機能する第1導電型のSiC半導体層と、前記SiC半導体層の表面側に露出するように、前記SiC半導体層に選択的に配置された第2導電型のウェルと、前記ウェル内に配置され、前記ウェルに取り囲まれた第1導電型のソース領域と、前記ソース領域と前記ドレイン領域としての前記SiC半導体層との間に跨って配置され、前記ウェルの表面におけるチャネルの形成を制御するゲート電極と、前記ゲート電極と前記SiC半導体層の前記表面との間に配置されたゲート絶縁膜とを含み、前記ゲート電極は、前記SiC半導体層の前記表面側からこの順に積層されたポリシリコン層および金属層を含む(請求項11)。
Preferably, the polysilicon carbide portion is selectively formed on the gate insulating film.
According to this configuration, since the ratio of the metal portion in the gate electrode can be increased, the sheet resistance of the gate electrode can be further reduced.
A semiconductor device according to another aspect of the present invention is selectively disposed on the SiC semiconductor layer so as to be exposed on the surface side of the SiC semiconductor layer and the first conductivity type SiC semiconductor layer functioning as a drain region. A second conductivity type well, a first conductivity type source region disposed in the well and surrounded by the well, and the SiC semiconductor layer as the source region and the drain region. A gate electrode disposed to control channel formation on the surface of the well; and a gate insulating film disposed between the gate electrode and the surface of the SiC semiconductor layer, the gate electrode comprising the SiC A polysilicon layer and a metal layer stacked in this order from the surface side of the semiconductor layer are included.
この構成によれば、半導体装置にプレーナゲート型MIS(Metal Insulator Semiconductor)トランジスタ構造が形成されている。このプレーナゲート型MISトランジスタ構造において、金属層が含まれている。これにより、ポリシリコンのみからなるゲート電極を用いる場合に比べて、ゲート電極のシート抵抗を下げることができる。その結果、半導体装置のスイッチング速度を向上させて、スイッチング損失を低減することができる。 According to this configuration, a planar gate type MIS (Metal Insulator Semiconductor) transistor structure is formed in the semiconductor device. In the planar gate type MIS transistor structure, a metal layer is included. Thereby, the sheet resistance of the gate electrode can be lowered as compared with the case where the gate electrode made of only polysilicon is used. As a result, the switching speed of the semiconductor device can be improved and the switching loss can be reduced.
さらに、蒸着法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法等によって金属層を形成する場合であっても、その形成時、ポリシリコン層によってゲート絶縁膜を保護することができる。これにより、金属層を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが発生することを防止することができる。 Furthermore, even when the metal layer is formed by vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like, the gate insulating film can be protected by the polysilicon layer during the formation. This can prevent the metal plasma constituting the metal layer from directly colliding with the gate insulating film. As a result, plasma damage can be prevented from occurring in the gate insulating film.
前記ポリシリコン層は、前記ゲート絶縁膜を介して、前記ウェルの前記チャネルが形成される部分上に選択的に形成されていることが好ましい(請求項12)。
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル上の部分でのプラズマダメージの発生を防止することができる。これにより、半導体装置の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
The polysilicon layer is preferably selectively formed on a portion of the well where the channel is formed via the gate insulating film.
According to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of plasma damage in the portion of the gate insulating film on the channel. Thereby, characteristics of the semiconductor device (for example, threshold voltage Vth ) can be prevented from fluctuating with respect to the design specification. As a result, a highly reliable semiconductor device can be provided.
また、閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
前記ポリシリコン層は、前記ゲート絶縁膜上の領域全体を覆うように形成されていてもよい(請求項13)。
Further, the threshold voltage Vth can be designed with a polysilicon work function. Therefore, the threshold voltage Vth can be designed under the same conditions as in the case of a conventional gate electrode made of only polysilicon.
The polysilicon layer may be formed so as to cover the entire region on the gate insulating film.
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル上の部分でのプラズマダメージの発生を防止できると共に、ポリシリコン層を簡単に形成することができる。
前記ウェルは、格子状に複数配列されていてもよい(請求項14)。
本発明のさらに他の局面に係る半導体装置は、ゲートトレンチが形成されたSiC半導体層と、前記SiC半導体層の表面側に露出するように配置され、前記ゲートトレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、前記ソース層に対して前記SiC半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように配置され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、前記チャネル層に対して前記SiC半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように配置され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドレイン層と、前記ゲートトレンチの前記側面および前記底面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記チャネル層の前記ゲートトレンチの前記側面におけるチャネルの形成を制御するゲート電極とを含み、前記ゲート電極は、前記ゲートトレンチの前記側面および/または前記底面側からこの順に積層されたポリシリコン層および金属層を含む(請求項15)。
According to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of plasma damage in the portion of the gate insulating film on the channel and to easily form the polysilicon layer.
A plurality of the wells may be arranged in a lattice pattern.
A semiconductor device according to still another aspect of the present invention is arranged so as to be exposed on a surface side of the SiC semiconductor layer, and a SiC semiconductor layer in which a gate trench is formed, and forms a part of a side surface of the gate trench. A source layer of a first conductivity type, and a second conductivity type of a second conductivity type disposed on and in contact with the source layer on the back side of the SiC semiconductor layer with respect to the source layer, and forming a part of the side surface of the gate trench A channel layer; a drain layer of a first conductivity type disposed on and in contact with the channel layer on the back side of the SiC semiconductor layer with respect to the channel layer; and forming the bottom surface of the gate trench; and the gate trench A gate insulating film formed on the side surface and the bottom surface, and embedded in the gate trench, on the side surface of the gate trench of the channel layer And a gate electrode that controls the formation of Yaneru, the gate electrode includes the aspects and / or polysilicon layer deposited from the bottom side in this order and the metal layer of the gate trench (claim 15).
この構成によれば、半導体装置にトレンチゲート型MISトランジスタ構造が形成されている。このトレンチゲート型MISトランジスタ構造において、金属層が含まれている。これにより、ポリシリコンのみからなるゲート電極を用いる場合に比べて、ゲート電極のシート抵抗を下げることができる。その結果、半導体装置のスイッチング速度を向上させて、スイッチング損失を低減することができる。 According to this configuration, the trench gate type MIS transistor structure is formed in the semiconductor device. In this trench gate type MIS transistor structure, a metal layer is included. Thereby, the sheet resistance of the gate electrode can be lowered as compared with the case where the gate electrode made of only polysilicon is used. As a result, the switching speed of the semiconductor device can be improved and the switching loss can be reduced.
さらに、蒸着法、プラズマCVD(Chemical Vapor Deposition)法、スパッタ法等によって金属層を形成する場合であっても、その形成時、ポリシリコン層によってゲート絶縁膜を保護することができる。これにより、金属層を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜にプラズマダメージが発生することを防止することができる。 Furthermore, even when the metal layer is formed by vapor deposition, plasma CVD (Chemical Vapor Deposition), sputtering, or the like, the gate insulating film can be protected by the polysilicon layer during the formation. This can prevent the metal plasma constituting the metal layer from directly colliding with the gate insulating film. As a result, plasma damage can be prevented from occurring in the gate insulating film.
前記ポリシリコン層は、前記ゲートトレンチの前記側面全体に選択的に形成されており、前記金属層は、前記ゲート絶縁膜の前記ゲートトレンチの前記底面上の部分に接するように、当該ポリシリコン層で囲まれた空間に埋め込まれていることが好ましい(請求項16)。
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル層に対向する部分でのプラズマダメージの発生を防止することができる。これにより、半導体装置の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置を提供することができる。
The polysilicon layer is selectively formed on the entire side surface of the gate trench, and the metal layer is in contact with a portion of the gate insulating film on the bottom surface of the gate trench. It is preferable to be embedded in a space surrounded by (claim 16).
According to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of plasma damage in the portion of the gate insulating film facing the channel layer. Thereby, characteristics of the semiconductor device (for example, threshold voltage Vth ) can be prevented from fluctuating with respect to the design specification. As a result, a highly reliable semiconductor device can be provided.
また、閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
前記ポリシリコン層は、前記ゲートトレンチの前記側面および前記底面に倣って、前記ゲートトレンチの内面全体を覆うように形成されており、前記金属層は、当該ポリシリコン層で囲まれた空間に埋め込まれていてもよい(請求項17)。
Further, the threshold voltage Vth can be designed with a polysilicon work function. Therefore, the threshold voltage Vth can be designed under the same conditions as in the case of a conventional gate electrode made of only polysilicon.
The polysilicon layer is formed so as to cover the entire inner surface of the gate trench following the side surface and the bottom surface of the gate trench, and the metal layer is embedded in a space surrounded by the polysilicon layer. (Claim 17).
この構成によれば、ゲート絶縁膜のチャネル層に対向する部分でのプラズマダメージの発生を防止できると共に、ポリシリコン層を簡単に形成することができる。
前記SiC半導体層は、前記チャネルが形成されるアクティブ領域と、前記アクティブ領域を取り囲む外周領域とを含み、前記ゲートトレンチは、前記アクティブ領域および前記外周領域に跨って形成されており、前記ゲート電極は、前記外周領域において前記ゲートトレンチの開口端から前記SiC半導体層の前記表面を覆うように形成され、前記金属層からなるオーバーラップ部を有し、前記半導体装置は、前記外周領域に沿って前記アクティブ領域を取り囲むように配置され、前記ゲート電極の前記オーバーラップ部に電気的に接続されたゲートフィンガーを含むことが好ましい(請求項18)。
According to this configuration, it is possible to prevent the occurrence of plasma damage in the portion of the gate insulating film facing the channel layer, and it is possible to easily form the polysilicon layer.
The SiC semiconductor layer includes an active region in which the channel is formed and an outer peripheral region surrounding the active region, and the gate trench is formed across the active region and the outer peripheral region, and the gate electrode Is formed so as to cover the surface of the SiC semiconductor layer from the opening end of the gate trench in the outer peripheral region, and has an overlap portion made of the metal layer, and the semiconductor device extends along the outer peripheral region. It is preferable to include a gate finger disposed so as to surround the active region and electrically connected to the overlap portion of the gate electrode.
この構成によれば、ゲートフィンガーが接続されるオーバーラップ部が金属層からなるので、ゲートフィンガーからゲート電極に対して電流を良好に流すことができる。
前記ゲートトレンチは、前記アクティブ領域において格子状に形成され、前記外周領域において前記格子状のトレンチの端部から引き出されたストライプ状に形成されており、前記ゲートフィンガーは、前記ストライプ状のトレンチを横切る方向に沿って敷設されていることが好ましい(請求項19)。
According to this configuration, since the overlap portion to which the gate finger is connected is made of the metal layer, a current can be flowed favorably from the gate finger to the gate electrode.
The gate trench is formed in a lattice shape in the active region, and is formed in a stripe shape drawn from an end of the lattice trench in the outer peripheral region, and the gate finger is formed in the stripe trench. It is preferable that it is laid along the crossing direction (Claim 19).
前記半導体装置は、前記ゲート電極を覆うように前記SiC半導体層の前記表面に形成された層間膜をさらに含み、前記ゲートフィンガーは、その幅方向中央において前記層間膜を貫通して前記ゲート電極に接するコンタクト部を含むことが好ましい(請求項20)。
前記コンタクト部は、前記外周領域に沿って前記アクティブ領域を取り囲む直線状に形成されていることが好ましい(請求項21)。
The semiconductor device further includes an interlayer film formed on the surface of the SiC semiconductor layer so as to cover the gate electrode, and the gate finger penetrates the interlayer film at the center in the width direction to the gate electrode. It is preferable that the contact part to contact is included (claim 20).
Preferably, the contact portion is formed in a straight line surrounding the active region along the outer peripheral region (claim 21).
以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図であって、図1(a)は全体図、図1(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。図2は、図1(b)の切断面線II−IIから見た断面図である。
半導体装置1は、たとえば、図1(a)に示すように、平面視正方形のチップ状である。チップ状の半導体装置1は、図1(a)の紙面における上下左右方向の長さがそれぞれ数mm程度である。半導体装置1は、その中央部に配置され、電界効果トランジスタとして機能するアクティブ領域2と、アクティブ領域2を取り囲む外周領域3とを有している。アクティブ領域2と外周領域3との間には、環状のガードリング4が複数形成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view, and FIG. Each is shown. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along section line II-II in FIG.
The
アクティブ領域2において半導体装置1の表面には、たとえばアルミニウム等の金属材料からなるソースパッド5が形成されている。ソースパッド5は、四隅が外方へ湾曲した平面視略正方形状であり、半導体装置1の表面のほぼ全域を覆うように形成されている。このソースパッド5には、その一辺の中央付近に除去領域6が形成されている。この除去領域6は、ソースパッド5が形成されていない領域である。
In the
除去領域6には、ゲートパッド7が配置されている。ゲートパッド7とソースパッド5との間には間隔が設けられており、これらは互いに絶縁されている。
次に、半導体装置1の内部構造について説明する。
半導体装置1は、SiC(炭化シリコン)を用いたパワーMISFET(Metal-Insulator-Semiconductor Field Effect Transistor)素子を含み、本発明のSiC半導体層の一例としての、SiC基板8、およびSiC基板8上に形成されたSiCエピタキシャル層9を含む。SiC基板8およびSiCエピタキシャル層9の導電型は、いずれも第1導電型としてのn型である。具体的には、SiC基板8は、n+型(たとえば、濃度が1×1018〜1×1021cm−3)であり、SiCエピタキシャル層9は、SiC基板8よりも低濃度のn−型(たとえば、濃度が1×1015〜1×1017cm−3)である。SiCエピタキシャル層9は、電界効果トランジスタのドレイン領域(ドリフト層)として機能する。
A gate pad 7 is disposed in the removal region 6. A gap is provided between the gate pad 7 and the
Next, the internal structure of the
A
アクティブ領域2においてSiCエピタキシャル層9の表面側には、複数のp型ウェル10がマトリクス状(行列状)に配列されて形成されている。各p型ウェル10は、アクティブ領域2において単位セル11を構成している。また、SiC基板8の裏面には、たとえば、ニッケル金属膜からなるドレイン電極12が形成されている。
各p型ウェル10内には、n+型ソース領域13と、このn+型ソース領域13に取り囲まれた、p+型ウェルコンタクト領域14とが形成されている。n+型ソース領域13およびp+型ウェルコンタクト領域14は共にSiCエピタキシャル層9の表面に露出している。そして、互いに隣り合うp型ウェル10に跨るようにゲート電極15が形成されており、このゲート電極15とSiCエピタキシャル層9との間にゲート絶縁膜16が介在されている。
In the
In each p-
ゲート電極15は、n+型ソース領域13とドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9(隣り合うp型ウェル10の間の領域)との間のチャネル形成領域17(たとえば、環状(図1(b)参照))に跨っていて、p型ウェル10の表面における反転層(チャネル)の形成を制御する。すなわち、この半導体装置1は、いわゆるプレーナゲート型構造のMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を有している。
The
ゲート電極15は、SiCエピタキシャル層9の表面側からゲート絶縁膜16を介してこの順に積層されたポリシリコン層18および金属層19を含む。ポリシリコン層18は、たとえば、p型ポリシリコンからなっていてもよく、金属層19は、たとえば、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、窒化チタン(TiN)、銅(Cu)、タングステン(W)等からなっていてもよい。
ポリシリコン層18は、ゲート絶縁膜16上の領域が隠れるように、当該領域全体を覆うように形成されている。これにより、金属層19とゲート絶縁膜16との間の部分全体に渡ってポリシリコン層18が配置され、ポリシリコン層18によって、金属層19とゲート絶縁膜16との接触が阻止されている。
また、この実施形態では、ポリシリコン層18および金属層19は共に一様な厚さを有しており、ポリシリコン層18が金属層19よりも薄く形成されている。たとえば、ゲート電極15全体の厚さに対して、ポリシリコン層18の厚さが10%〜30%であり、金属層19の厚さが90%〜70%である。具体的には、ポリシリコン層18の厚さが、0.05μm〜0.15μmであり(好ましくは0.1μm程度)であり、金属層19の厚さが、0.45μm〜0.35μm程度(好ましくは、0.4μm程度)である。
The
In this embodiment, both the
このようなポリシリコン層18および金属層19の積層構造からなるゲート電極15を形成するには、たとえば、SiCエピタキシャル層9上に、プラズマCVD法等によってポリシリコンを堆積させた後、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって金属材料を堆積させる。次に、堆積したポリシリコンおよび金属材料を一括して同じ形状にパターニングする。これにより、金属層19およびポリシリコン層18からなるゲート電極15が得られる。
In order to form the
さらに、ゲート電極15を覆うように、たとえば酸化シリコン等の絶縁材料からなる層間膜20が形成されている。層間膜20には、p型ウェル10の中央領域にコンタクトホール21が選択的に形成されている。このコンタクトホール21は、p+型ウェルコンタクト領域14およびその周囲のn+型ソース領域13の一部を選択的に露出させることができる領域に形成されている。
Further, an
そして、コンタクトホール21に入り込むように、ソースパッド5が形成されている。ソースパッド5は、n+型ソース領域13およびp+型ウェルコンタクト領域14に対して電気的に接続される。したがって、n+型ソース領域13は、ソースパッド5と同電位となる。また、p型ウェル10は、p+型ウェルコンタクト領域14を介してソースパッド5に接続されるので、このソースパッド5と同電位となる。一方、ゲートパッド7(図1(a)参照)は、図示しない位置においてゲート電極15に接続されている。これにより、ゲート電極15は、ゲートパッド7と同電位となる。
A
この半導体装置1によれば、ゲートパッド7に電圧を印加しない状態を継続することによって(オフ制御)、n+型ソース領域13とn型のドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9との間が、p型ウェル10領域によって電気的に絶縁される。つまり、ソース−ドレイン間にチャネルが形成されず、スイッチオフの状態となる。一方、n+型ソース領域13とn型のドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9との間にドレイン電圧を印加した状態でゲートパッド7に閾値電圧Vth以上の電圧を印加することによって(オン制御)、チャネル形成領域17にチャネルが形成される。これが、スイッチオンの状態に相当する。
According to this
そして、この半導体装置1では、ゲート電極15に金属層19が含まれているので、ポリシリコンのみからなるゲート電極を用いる場合に比べて、ゲート電極15のシート抵抗を下げることができる。その結果、半導体装置1のスイッチング速度を向上させて、スイッチング損失を低減することができる。
また、ポリシリコン層18が、ゲート絶縁膜16上の領域全体を覆うように形成されている。そのため、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって金属層19を形成する際、ポリシリコン層18によってゲート絶縁膜16を保護することができる。これにより、金属層19を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜16に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜16にプラズマダメージが発生することを防止することができる。すなわち、ゲート絶縁膜16のチャネル形成領域17上の部分でのプラズマダメージの発生を防止できる。よって、半導体装置1の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置1を提供することができる。しかも、ポリシリコン層18および金属層19の一括パターニングによって形成できるので、製造工程が簡素で済む。また、半導体装置1の閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
In this
A
また、この実施形態のように、半導体装置1がnチャネルMISFETである場合、p型ポリシリコンのみからなるゲート電極15は、閾値電圧Vthを高くできるという長所を有するが、逆に、シート抵抗が高いという短所も有する。そこで、この半導体装置1によれば、p型ポリシリコン層18と金属層19の併用によって、p型ポリシリコンの長所を生かしつつ、シート抵抗が低い金属層19によってp型ポリシリコンの短所を補うことができる。
Further, when the
さらに、ポリシリコン層18を金属層19よりも薄く形成することによって、ゲート電極15において金属層19の割合を増やしている。これにより、ゲート電極15のシート抵抗の低減という上記効果をより一層効果的に発現することができる。
図3は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図3において、図2に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
Further, the proportion of the
FIG. 3 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 3, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof is omitted.
前述の第1実施形態の半導体装置1におけるゲート電極15は、ゲート絶縁膜16上の領域全体を覆うポリシリコン層18と、このポリシリコン層18に積層された金属層19とを含んでいる。この第2実施形態の半導体装置31におけるゲート電極32は、ゲート絶縁膜16上の領域を選択的覆うポリシリコン層33と、当該ポリシリコン層33に積層された金属層34とを含む。ポリシリコン層33の厚さは、第1実施形態のポリシリコン層18の厚さと同じであることが好ましい。
The
ポリシリコン層33は、互いに隣り合う単位セル11(p型ウェル10)の間の領域でゲート絶縁膜16を露出させるように、各単位セルのチャネル形成領域17上に配置されている。この構造は、ゲート絶縁膜16の単位セル11の間の領域上に、隣り合うポリシリコン層33で挟まれた凹部35を形成している。この実施形態では、ポリシリコン層33の各チャネル形成領域17上の部分は、SiCエピタキシャル層9の表面に沿って互いに平行に延びている。また、ポリシリコン層33の各チャネル形成領域17上の部分は、n+型ソース領域13および/または隣り合う単位セル11の間の領域を選択的に覆うオーバーラップ部を有していてもよい。また、ポリシリコン層33の各チャネル形成領域17上の部分に対して凹部35の反対側のゲート絶縁膜16の端部(n+型ソース領域13上の領域)が露出していてもよい。当該ゲート絶縁膜16の端部には、ポリシリコン層33と層間膜20で挟まれた凹部36が形成されることとなる。
The
金属層34は、ポリシリコン層33を覆うように形成され、その一部が凹部35,36に埋め込まれている。また、金属層34は、前述の第1実施形態の金属層19と同じ材料からなることが好ましい。
このようなポリシリコン層33および金属層34の積層構造からなるゲート電極32を形成するには、たとえば、SiCエピタキシャル層9上に、プラズマCVD法等によってポリシリコンを堆積させた後、ポリシリコンを所定の形状に選択的にパターニングする。これにより、各単位セル11のチャネル形成領域17上にポリシリコン層33が形成される。次に、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって、ポリシリコン層33を覆うように金属材料を堆積させる。次に、堆積した金属材料をパターニングする。これにより、金属層34およびポリシリコン層33からなるゲート電極32が得られる。
The
In order to form the
この半導体装置31によれば、前述の第1実施形態におけるゲート電極15に比べて、凹部35,36に埋め込まれた分だけ、ゲート電極32における金属層34の割合を増やすことができる。そのため、ゲート電極32のシート抵抗を一層下げることができる。
また、ポリシリコン層33が、ゲート絶縁膜16のチャネル形成領域17上の領域を覆うように配置されている。そのため、ゲート絶縁膜16のチャネル形成領域17上の部分でのプラズマダメージの発生を防止することができる。これにより、半導体装置31の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置31を提供することができる。また、半導体装置31の閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
According to the
Further, the
むろん、第1実施形態の半導体装置1と同様の効果を達成することもできる。
図4は、図4(a)(b)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図であって、図4(a)は全体図、図4(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。
半導体装置は、SiCを用いたパワーMISFET素子を含み、たとえば、図1の紙面における上下方向の長さは1mm程度である。
Of course, the same effect as the
4A and 4B are schematic plan views of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention. FIG. 4A is an overall view, and FIG. Each internal enlarged view is shown.
The semiconductor device includes a power MISFET element using SiC. For example, the length in the vertical direction on the paper surface of FIG. 1 is about 1 mm.
図4(a)に示すように、半導体装置51は、本発明のSiC半導体層の一例としてのSiC基板52上の中央部に配置され、電界効果トランジスタとして機能するアクティブ領域53と、アクティブ領域53を取り囲む外周領域54とを備えている。たとえばアルミニウムからなるソースパッド55は、アクティブ領域53のほぼ全域を覆うように形成されている。ソースパッド55は、この実施形態では、平面視正方形状である。ソースパッド55の周縁部には、外周領域54に沿ってソースパッド55の中央領域を取り囲む除去領域56が形成されている。除去領域56は、一部が選択的にソースパッド55の中央領域へ向かって窪んでいる。この窪みに、ゲートパッド57が設置されている。たとえばアルミニウムからなるゲートフィンガー58は、ゲートパッド57から外周領域54に沿って除去領域56全体に渡って延びている。この実施形態では、一対のゲートフィンガー58がゲートパッド57に対して対称な形状で形成されている。
As shown in FIG. 4A, the
図4(b)に示すように、ソースパッド55等の直下においてSiC基板52には、ゲートトレンチ59が形成されている。ゲートトレンチ59は、アクティブ領域53および外周領域54に跨って形成されている。ゲートトレンチ59は、アクティブ領域53において格子状に形成され、MISFETのゲートとして利用されるアクティブトレンチ60と、アクティブトレンチ60の各端部から外周領域54に引き出されたストライプ状に形成され、アクティブトレンチ60内のゲート電極67(後述)へのコンタクトとなるコンタクトトレンチ61とを含む。コンタクトトレンチ61は、アクティブトレンチ60の延長部で構成されている。なお、アクティブトレンチ60およびコンタクトトレンチ61のパターンは、これらの形状に限らない。たとえば、アクティブトレンチ60はストライプ状やハニカム状等であってもよい。また、コンタクトトレンチ61は格子状やハニカム状等であってもよい。
As shown in FIG. 4B, a
アクティブ領域53は、アクティブトレンチ60によって、さらに複数の単位セル62に区画されている。アクティブ領域53には、複数の単位セル62がマトリクス状(行列状)に規則的に配列されることとなる。各単位セル62の上面には、その中央領域にp+型チャネルコンタクト層63が形成され、p+型チャネルコンタクト層63を取り囲むようにn+型ソース層64が形成されている。n+型ソース層64は、各単位セル62の側面(アクティブトレンチ60の側面)を形成している。
The
外周領域54においてゲートフィンガー58は、ストライプ状のコンタクトトレンチ61を横切る方向に沿って敷設されている。この実施形態では、ゲートフィンガー58は、コンタクトトレンチ61の長手方向終端部(アクティブトレンチ60に対して反対側の端部)よりも内側領域に敷設されていて、コンタクトトレンチ61の終端部はゲートフィンガー58よりも外側にはみ出している。この終端部よりもさらに外側の領域においてSiC基板52には、外周領域54全周に渡って掘り下げられた低段部65が形成されている。
In the outer
次に、半導体装置51のアクティブ領域53および外周領域54の基本的な断面構造を説明する。
図5(a)(b)(c)は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の断面図であって、図5(a)は図4(b)の切断面線Va−Vaから見た断面図、図5(b)は図4(b)の切断面線Vb−Vbから見た断面図、図5(c)は図4(b)の切断面線Vc−Vcから見た断面図をそれぞれ示す。
Next, basic sectional structures of the
5A, 5B, and 5C are cross-sectional views of a semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and FIG. 5A is a cross-sectional line Va-Va in FIG. FIG. 5B is a cross-sectional view seen from the cutting plane line Vb-Vb in FIG. 4B, and FIG. 5C is a cross-sectional view viewed from the cutting plane line Vc-Vc in FIG. Cross-sectional views are shown respectively.
前述のように、半導体装置51は、SiC基板52を備えている。SiC基板52は、この実施形態では、第1導電型としてのn型(たとえば、濃度が1×1018〜1×1021cm−3のn+型)であり、電界効果トランジスタのドレイン領域(ドリフト層)として機能する。
アクティブ領域53においてSiC基板52の表面側には、p型チャネル層66が形成されている。p型チャネル層66内には、n+型ソース層64と、このn+型ソース層64に取り囲まれたp+型チャネルコンタクト層63とが形成されている。n+型ソース層64およびp+型チャネルコンタクト層63は共にSiC基板52の表面に露出している。
As described above, the
A p-
また、SiC基板52の表面側には、n+型ソース層64およびp型チャネル層66を貫通してドレイン領域としてのSiC基板52に達するゲートトレンチ59が形成されている。ゲートトレンチ59によって、p型チャネル層66は、たとえば格子配列する複数の単位セル62に区画されている。
そして、ゲートトレンチ59に、ゲート電極67が埋め込まれており、このゲート電極67とSiC基板52との間にゲート絶縁膜68が介在されている。
On the surface side of
A
アクティブ領域53において、ゲート電極67は、n+型ソース層64とドレイン領域としてのSiC基板52との間に跨っていて、p型チャネル層66の表面(アクティブトレンチ60の側面)における反転層(チャネル)の形成を制御する。すなわち、この半導体装置51は、いわゆるトレンチゲート型構造のMISFETを有している。
ゲート電極67は、たとえば図4(b)に斜線ハッチングで示されるように、アクティブ領域53においては、SiC基板52の表面までゲートトレンチ59(アクティブトレンチ60)に埋め込まれている。これにより、ゲート電極67も格子状に形成されており、各単位セル62の上面はゲート電極67で覆われずに露出している。一方、外周領域54においては、ゲートトレンチ59(コンタクトトレンチ61)の開口端からSiC基板52の表面を覆うように形成されたオーバーラップ部69を有している。オーバーラップ部69は、この実施形態では、ゲートフィンガー58に沿ってストライプ状のコンタクトトレンチ61を横切るように形成されている。
In the
The
ゲート電極67は、ゲートトレンチ59の側面および底面側から、ゲート絶縁膜68を介してこの順に積層されたポリシリコン層70および金属層71を含む。ポリシリコン層70は、たとえば、p型ポリシリコンからなっていてもよく、金属層71は、たとえば、アルミニウム(Al)、モリブデン(Mo)、窒化チタン(TiN)、銅(Cu)、タングステン(W)等からなっていてもよい。この中でも、銅(Cu)、タングステン(W)が好ましい。銅(Cu)やタングステン(W)はステップカバレッジ性に優れるので、ゲートトレンチ59に埋め込みゲート電極67を形成する際に、ゲートトレンチ59を金属層71で良好に埋め戻すことができる。
The
ポリシリコン層70は、ゲートトレンチ59の側面および底面に倣って、ゲートトレンチ59の内面全体を覆うように形成されている。また、ポリシリコン層70は、この実施形態のように、外周領域54においてSiC基板52の表面を覆っていてもよい。これにより、ゲートトレンチ59内には、ポリシリコン層70で囲まれた空間72が形成されている。この空間72を埋め尽くし、かつ、外周領域54においてゲートトレンチ59の開口端からSiC基板52の表面を覆うように金属層71が形成されている。つまり、金属層71は、外周領域54においてゲート電極67のオーバーラップ部69を形成している。ポリシリコン層70がゲートトレンチ59の内面全体を覆っているので、金属層71とゲート絶縁膜68との間の部分全体に渡って、金属層71とゲート絶縁膜68との接触が阻止されている。
The
また、この実施形態では、ポリシリコン層70は一様な厚さを有している。たとえば、ポリシリコン層70の厚さは、ゲートトレンチ59の幅に対して5%〜20%である。具体的には、ゲートトレンチ59の幅が、1.3μm〜1.0μm(好ましくは0.6μm)であり、ポリシリコン層70の厚さが、0.015μm〜0.2μm(好ましくは0.1μm程度)である。これにより、ポリシリコン層70は、金属層71のゲートトレンチ59の幅方向の厚さよりも薄くされている。
In this embodiment, the
このようなポリシリコン層70および金属層71の積層構造からなるゲート電極67を形成するには、たとえば、ゲートトレンチ59の内面全体を覆うように、SiC基板52上に、プラズマCVD法等によってポリシリコンを堆積させた後、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって金属材料を堆積させる。次に、エッチバックによって、堆積したポリシリコンおよび金属材料のアクティブ領域53上の部分を選択的に除去する。これにより、ポリシリコン層70および金属層71からなるゲート電極67が得られる。
In order to form the
SiC基板52の表面には、たとえば酸化シリコンからなる層間膜73が形成されている。層間膜73には、アクティブ領域53において、p型チャネル層66の中央領域にコンタクトホール74が選択的に形成されている。このコンタクトホール74は、p+型チャネルコンタクト層63およびその周囲のn+型ソース層64の一部を選択的に露出させることができる領域に形成されている。また、図4(b)に示すように、層間膜73には、外周領域54において、ゲートフィンガー58の直下にコンタクトホール75が選択的に形成されている。この実施形態では、コンタクトホール75は、ゲートフィンガー58の幅方向中央において、外周領域54に沿ってアクティブ領域53を取り囲む直線状に形成されている。
An
層間膜73上には、ソースパッド55およびゲートフィンガー58(ゲートパッド57)が形成されている。ソースパッド55は、全てのコンタクトホール74に一括して入り込んでいて、各単位セル62においてn+型ソース層64およびp+型チャネルコンタクト層63に接続されている。したがって、n+型ソース層64は、ソースパッド55と同電位となる。また、p型チャネル層66は、p+型チャネルコンタクト層63を介してソースパッド55に接続されるので、このソースパッド55と同電位となる。ゲートフィンガー58は、コンタクトホール75に入り込んでいて、ゲート電極67のオーバーラップ部69にコンタクト部76として接続されている。したがって、アクティブトレンチ60に埋め込まれたゲート電極67は、オーバーラップ部69を介してゲートフィンガー58に接続されるので、ゲートフィンガー58(ゲートパッド57)と同電位となる。
On the
この半導体装置51によれば、ゲートパッド57に電圧を印加しない状態を継続することによって(オフ制御)、n+型ソース層64とn型のドレイン領域としてのSiC基板52との間が、p型チャネル層66によって電気的に絶縁される。つまり、ソース−ドレイン間にチャネルが形成されず、スイッチオフの状態となる。一方、n+型ソース層64とn型のドレイン領域としてのSiC基板52との間にドレイン電圧を印加した状態でゲートパッド57に閾値電圧Vth以上の電圧を印加することによって(オン制御)、p型チャネル層66のゲートトレンチ59の側面にチャネルが形成される。これが、スイッチオンの状態に相当する。
According to this
そして、この半導体装置51では、ゲート電極67に金属層71が含まれているので、ポリシリコンのみからなるゲート電極を用いる場合に比べて、ゲート電極67のシート抵抗を下げることができる。その結果、半導体装置51のスイッチング速度を向上させて、スイッチング損失を低減することができる。
また、ポリシリコン層70が、ゲートトレンチ59の内面全体を覆うように形成されている。そのため、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって金属層71を形成する際、ポリシリコン層70によって、ゲートトレンチ59内のゲート絶縁膜68を保護することができる。これにより、金属層71を構成する金属プラズマが、ゲート絶縁膜68に直接衝突することを防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜68にプラズマダメージが発生することを防止することができる。すなわち、ゲート絶縁膜68のp型チャネル層66上の部分でのプラズマダメージの発生を防止できる。よって、半導体装置51の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置51を提供することができる。しかも、ポリシリコン層70および金属層71の一括パターニング(エッチバック)によって形成できるので、製造工程が簡素で済む。また、半導体装置51の閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
In the
A
また、p型ポリシリコンのみからなるゲート電極67は、閾値電圧Vthを低くできるという長所を有するが、逆に、シート抵抗が高いという短所も有する。そこで、この半導体装置51によれば、p型ポリシリコン層70と金属層71の併用によって、p型ポリシリコンの長所を生かしつつ、シート抵抗が低い金属層71によってp型ポリシリコンの短所を補うことができる。
Further, the
また、ポリシリコン層70を金属層71よりも薄く形成することによって、ゲート電極67において金属層71の割合を増やしている。これにより、ゲート電極67のシート抵抗の低減という上記効果をより一層効果的に発現することができる。
さらに、オーバーラップ部69のゲートフィンガー58とのコンタクト部76分が金属層71であるため、ゲートフィンガー58からゲート電極67に対して電流を良好に流すことができる。
Further, the proportion of the
Furthermore, since the
図6(a)(b)(c)は、本発明の第4実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図6(a)(b)(c)において、図5(a)(b)(c)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
前述の第3実施形態の半導体装置51におけるゲート電極67は、ゲートトレンチ59の側面および底面に倣ってゲートトレンチ59の内面全体を覆うポリシリコン層70と、このポリシリコン層70の内側の空間72に埋め込まれた金属層71とを含んでいる。この第4実施形態の半導体装置81におけるゲート電極82は、ゲートトレンチ59の底面を露出させるように、ゲートトレンチ59の側面全体に選択的に形成されたポリシリコン層83と、このポリシリコン層83の内側の空間85に埋め込まれた金属層84とを含む。ポリシリコン層83の厚さは、第3実施形態のポリシリコン層70の厚さと同じであることが好ましい。
6A, 6B, and 6C are schematic cross-sectional views of a semiconductor device according to the fourth embodiment of the present invention. 6 (a), (b), and (c), parts corresponding to those shown in FIGS. 5 (a), (b), and (c) are denoted by the same reference numerals as those given to those parts. Description of these parts is omitted.
The
金属層84は、ゲート絶縁膜68のゲートトレンチ59の底面上の部分に接するように、ポリシリコン層83で囲まれた空間85に埋め込まれている。また、金属層84は、前述の第3実施形態の金属層71と同じ材料からなることが好ましい。
このようなポリシリコン層83および金属層84の積層構造からなるゲート電極82を形成するには、たとえば、ゲートトレンチ59の内面全体を覆うように、SiC基板52上に、プラズマCVD法等によってポリシリコンを堆積させた後、エッチングによって、ポリシリコンのゲートトレンチ59の底面上の部分を選択的に除去する。次に、蒸着法、プラズマCVD法、スパッタ法等によって金属材料を堆積させる。次に、エッチバックによって、堆積したポリシリコンおよび金属材料のアクティブ領域上の部分を選択的に除去する。これにより、ポリシリコン層83および金属層84からなるゲート電極82が得られる。
The
In order to form
この半導体装置81によれば、前述の第3実施形態におけるゲート電極67に比べて、ポリシリコン層83のゲートトレンチ59の底面上の部分が金属層84に置き換えられた分だけ、ゲート電極82における金属層84の割合を増やすことができる。そのため、ゲート電極82のシート抵抗を一層下げることができる。
また、ポリシリコン層83が、ゲート絶縁膜68のp型チャネル層66上の領域を覆うように配置されている。そのため、ゲート絶縁膜68のp型チャネル層66上の部分でのプラズマダメージの発生を防止することができる。これにより、半導体装置81の特性(たとえば、閾値電圧Vth等)が、設計仕様に対して変動することを防止することができる。その結果、信頼性の高い半導体装置81を提供することができる。また、半導体装置81の閾値電圧Vthをポリシリコンの仕事関数で設計することができる。そのため、従来のポリシリコンのみからなるゲート電極の場合と同じ条件で閾値電圧Vthを設計することができる。
According to this
Further, the
むろん、第3実施形態の半導体装置81と同様の効果を達成することもできる。
図7(a)(b)は、本発明の第5実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図7(a)において、図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図7(b)において、図6(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
Of course, the same effect as the
7A and 7B are schematic cross-sectional views of a semiconductor device according to the fifth embodiment of the present invention. In FIG. 7A, parts corresponding to the parts shown in FIG. 3 are given the same reference numerals as those given to the parts, and the description of those parts is omitted. Further, in FIG. 7B, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof will be omitted. .
まず、図7(a)に示すように、半導体装置41は、各単位セル11の内方領域に形成されたソーストレンチ42をさらに含む。ソーストレンチ42は、この実施形態では、各単位セル11の中央部において、SiCエピタキシャル層9の表面からp型ウェル10を貫通して、ドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9に達している。
ソーストレンチ42の周囲には、p型ソース耐圧保持領域43が形成されている。ソース耐圧保持領域43は、ソーストレンチ42の底面からそのエッジ部を経てp型ウェル10に至るように形成されている。また、ソース耐圧保持領域43の表面部には、各ソーストレンチ42の底面に露出するようにp+型ウェルコンタクト領域44が形成されている。p+型ウェルコンタクト領域44は、ソース耐圧保持領域43を介して、p型ウェル10に電気的に接続されている。そして、ソースパッド5は、ソーストレンチ42に入り込むように形成されている。これにより、ソースパッド5は、ソーストレンチ42の側面においてn+型ソース領域13に電気的に接続され、ソーストレンチ42の底面においてp+型ウェルコンタクト領域44に電気的に接続される。
First, as shown in FIG. 7A, the
A p-type source breakdown
また、図7(b)に示すように、半導体装置45も同様に、各単位セル62の内方領域に形成されたソーストレンチ46をさらに含む。ソーストレンチ46は、この実施形態では、各単位セル62の中央部において、SiC基板52の表面からp型チャネル層66を貫通して、ドレイン領域としてのSiC基板52に達している。ソーストレンチ46の深さは、たとえば、ゲートトレンチ59の深さと同じである。
7B, the
ソーストレンチ46の周囲には、p型ソース耐圧保持領域47が形成されている。ソース耐圧保持領域47は、ソーストレンチ46の底面からそのエッジ部を経てp型チャネル層66に至るように形成されている。また、ソース耐圧保持領域47の表面部には、各ソーストレンチ46の底面に露出するようにp+型チャネルコンタクト層48が形成されている。p+型チャネルコンタクト層48は、ソース耐圧保持領域47を介して、p型チャネル層66に電気的に接続されている。そして、ソースパッド55は、ソーストレンチ46に入り込むように形成されている。これにより、ソースパッド55は、ソーストレンチ46の側面においてn+型ソース層64に電気的に接続され、ソーストレンチ46の底面においてp+型チャネルコンタクト層48に電気的に接続される。
A p-type source breakdown
この第5実施形態の半導体装置41,45によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
図8(a)(b)は、本発明の第6実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図8(a)において、図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図8(b)において、図6(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
Also by the
8A and 8B are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the sixth embodiment of the present invention. In FIG. 8A, parts corresponding to the parts shown in FIG. 3 are given the same reference numerals as those given to the parts, and the description of those parts is omitted. Further, in FIG. 8B, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description of those parts is omitted. .
まず、図8(a)に示すように、半導体装置91は、各単位セル11の内方領域に形成されたソーストレンチ92をさらに含む。ソーストレンチ92は、SiCエピタキシャル層9の表面からp型ウェル10までの深さの上層トレンチ93と、上層トレンチ93よりも幅が狭く、p型ウェル10からドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9までの深さの下層トレンチ94とを含む。これによりソーストレンチ92は、上層トレンチ93の側面が下層トレンチ94の側面よりも外側に一段広がった2段構造を有している。
First, as shown in FIG. 8A, the
そして、上層トレンチ93と下層トレンチ94との段差部分には、p型ウェル10が環状に露出しており、その露出した部分に、p+型ウェルコンタクト領域95が形成されている。
ソーストレンチ92の周囲には、p型のソース耐圧保持領域96が形成されている。ソース耐圧保持領域96は、下層トレンチ94の底面からそのエッジ部を経てp型ウェル10に至るように形成されている。そして、ソースパッド5は、ソーストレンチ92に入り込むように形成されている。これにより、ソースパッド5は、上層トレンチ93の側面においてn+型ソース領域13に電気的に接続され、上層トレンチ93の底面および下層トレンチ94の側面においてp+型ウェルコンタクト領域95に電気的に接続される。
The p-
A p-type source breakdown
また、図8(b)に示すように、半導体装置97も同様に、各単位セル62の内方領域に形成されたソーストレンチ98をさらに含む。ソーストレンチ98は、SiC基板52の表面からp型チャネル層66までの深さの上層トレンチ99と、上層トレンチ99よりも幅が狭く、p型チャネル層66からドレイン領域としてのSiC基板52までの深さの下層トレンチ100とを含む。これによりソーストレンチ98は、上層トレンチ99の側面が下層トレンチ100の側面よりも外側に一段広がった2段構造を有している。
Further, as shown in FIG. 8B, the
そして、上層トレンチ99と下層トレンチ100との段差部分には、p型チャネル層66が環状に露出しており、その露出した部分に、p+型チャネルコンタクト層101が形成されている。
ソーストレンチ98の周囲には、p型のソース耐圧保持領域102が形成されている。ソース耐圧保持領域102は、下層トレンチ100の底面からそのエッジ部を経てp型チャネル層66に至るように形成されている。そして、ソースパッド55は、ソーストレンチ98に入り込むように形成されている。これにより、ソースパッド55は、上層トレンチ99の側面においてn+型ソース層64に電気的に接続され、上層トレンチ99の底面および下層トレンチ100の側面においてp+型チャネルコンタクト層101に電気的に接続される。
A p-
A p-type source breakdown
この第6実施形態の半導体装置91,97によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
図9(a)(b)は、本発明の第7実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図9(a)において、図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図9(b)において、図6(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
The
FIGS. 9A and 9B are schematic cross-sectional views of a semiconductor device according to the seventh embodiment of the present invention. In FIG. 9A, parts corresponding to the parts shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof will be omitted. Further, in FIG. 9B, parts corresponding to the parts shown in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals as those given to those parts, and the description of those parts is omitted. .
まず、図9(a)に示すように、半導体装置111は、ドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9内に形成されたp型ピラー層112をさらに含む。p型ピラー層112は、各単位セル11のp型ウェル10の内方領域に形成されている。この実施形態では、p型ピラー層112は、p型ウェル10のほぼ中央の領域において、たとえばp型ウェル10と相似形(図1(b)のレイアウトでは平面視四角形)に形成されている。p型ピラー層112は、p型ウェル10に連なるように形成されており、ドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9において、p型ウェル10よりも深い位置までSiCエピタキシャル層9の裏面に向かって延びている。すなわち、p型ピラー層112は、ほぼ柱状(図1(b)のレイアウトではほぼ四角柱状)に形成されている。これにより、SiCエピタキシャル層9には、適当なピッチで配列されたp型ピラー層112と、互いに隣り合うp型ピラー層112の間に挟まれたn型ドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9とが、SiCエピタキシャル層9の表面に沿う方向に交互に配列されている。
First, as shown in FIG. 9A, the
また、図9(b)に示すように、半導体装置113は、ドレイン領域としてのSiC基板52内にp型ピラー層114が形成されている。p型ピラー層114は、各単位セル62のp型チャネル層66の内方の領域に形成されている。より具体的には、この実施形態では、p型ピラー層114は、p型チャネル層66のほぼ中央の領域において、たとえばp型チャネル層66と相似形(図4(b)のレイアウトでは平面視四角形)に形成されている。p型ピラー層114は、p型チャネル層66に連なるように形成されており、ドレイン領域としてのSiC基板52において、p型チャネル層66よりも深い位置までSiC基板52の裏面に向かって延びている。すなわち、p型ピラー層114は、ほぼ柱状(図4(b)のレイアウトではほぼ四角柱状)に形成されている。これにより、SiC基板52には、適当なピッチで配列されたp型ピラー層114と、互いに隣り合うp型ピラー層114の間に挟まれたn型ドレイン領域としてのSiC基板52とが、SiC基板52の表面に沿う方向に交互に配列されている。
As shown in FIG. 9B, in the
この第7実施形態の半導体装置111,113によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
図10(a)(b)は、本発明の第8実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図10(a)において、図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図10(b)において、図6(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
Also by the
10A and 10B are schematic cross-sectional views of a semiconductor device according to the eighth embodiment of the present invention. In FIG. 10 (a), parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof will be omitted. Further, in FIG. 10B, the same reference numerals as those given to the respective parts shown in FIG. 6A are assigned to the parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 6A, and description thereof will be omitted. .
まず、図10(a)に示すように、半導体装置121は、ドレイン領域としてのSiCエピタキシャル層9内に形成されたp型フローティング層122をさらに含む。p型フローティング層122は、各単位セル11のp型ウェル10の内方領域に形成されている。この実施形態では、p型フローティング層122は、p型ウェル10のほぼ中央領域の直下において、p型ウェル10に対して間隔を空けて配置されている。これにより、p型フローティング層122は、p型ウェル10から絶縁されている。
First, as shown in FIG. 10A, the
また、図10(b)に示すように、半導体装置123は、ドレイン領域としてのSiC基板52内に形成されたp型フローティング層124をさらに含む。p型フローティング層124は、各単位セル62のp型チャネル層66の内方領域に形成されている。この実施形態では、p型フローティング層124は、p型チャネル層66のほぼ中央領域の直下において、p型チャネル層66に対して間隔を空けて配置されている。これにより、p型フローティング層124は、p型チャネル層66から絶縁されている。
As shown in FIG. 10B, the
この第8実施形態の半導体装置121,123によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
次に、図11〜図14を参照して、複数の単位セル11,62の配列パターンを説明する。なお、複数の単位セル11,62の配列パターンはこれらに限られない。また、図11〜図14では、配列パターンの説明にあたり、単位セル62の配列パターンを例示し、前述の図4(b)に示された各部と対応する部分には同一の参照符号を付して示す。
Also by the
Next, an arrangement pattern of the plurality of
前述の説明では、図11に示すように、正方形状の単位セル11,62がマトリクス状(行列状)に規則的に配列されているとした。各単位セル11,62は、たとえば、図12に示すように、長辺および短辺を有する長方形状に形成されていてもよい。この場合、単位セル11,62は、マトリクス状(行列状)に規則的に配列されていてもよい。また、各単位セル11,62は、六角形状(たとえば、正六角形状)に形成されていてもよい。複数の単位セル11,62の配列パターンは、ハニカム状であってもよい。言い換えれば、複数の単位セル11,62は、互いに隣り合う単位セル11,62を互い違いにずらした千鳥状に配列されていてもよい。この千鳥状の配列は、図14に示すように、正方形状の単位セル11,62に適用されていてもよい。
In the above description, as shown in FIG. 11, the
図15(a)(b)は、本発明の第9実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図15(a)において、図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図15(b)において、図6(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図16〜図19は、図15(a)(b)の単位セル11,62のレイアウトを説明するための図であって、単位セル62の配列パターンを例示している。
15A and 15B are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the ninth embodiment of the present invention. In FIG. 15 (a), parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof will be omitted. Further, in FIG. 15B, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 6A are denoted by the same reference numerals as those given to the respective parts, and description thereof will be omitted. . FIGS. 16 to 19 are diagrams for explaining the layout of the
まず、図15(a)に示すように、半導体装置131は、各単位セル11を区画する格子状のn−型エピライン132に選択的に形成されたp−型緩和層133をさらに含む。このp−型緩和層133は、n−型エピライン132の交差部分に配置された第1部分134を含む。
p−型緩和層133の第1部分134は、n−型エピライン132の幅よりも広い幅で、n−型エピライン132を幅方向に横切るように形成されている。この実施形態では、第1部分134は、平面視において、n−型エピライン132の交差部分を取り囲む単位セル11(p型ウェル10)と重なるように、当該交差部分よりも大きい形状に形成されている。
First, as shown in FIG. 15A, the
p - a
また、図15(b)に示すように、半導体装置135は、各単位セル62を区画する格子状のゲートトレンチ59(コンタクトトレンチ61)に選択的に形成されたp−型緩和層136をさらに含む。このp−型緩和層136は、ゲートトレンチ59の交差部分に配置された第1部分137を含む。
p−型緩和層136の第1部分137は、ゲートトレンチ59の幅よりも広い幅で、ゲートトレンチ59を幅方向に横切るように形成されている。この実施形態では、第1部分137は、平面視において、ゲートトレンチ59の交差部分を取り囲む単位セル62(p型チャネル層66)と重なるように、当該交差部分よりも大きい形状に形成されている。
As shown in FIG. 15B, the
The
この実施形態のp−型緩和層133,136は、単位セル11,62の配列パターンが異なるごとに位置や形状も異なり、たとえば、図11〜14に示す配列パターンにおいては、図16〜図19に示すように配置される。
この第9実施形態の半導体装置121,123によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
The p − type relaxation layers 133 and 136 of this embodiment have different positions and shapes each time the arrangement patterns of the
Also by the
図20(a)(b)は、本発明の第10実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図21(a)(b)は、本発明の第10実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図である。図20(a)(b)において、図3および図15(a)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図21(a)(b)において、図6(a)および図15(b)に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。また、図22〜図25は、図20(a)(b)および図21(a)(b)の単位セル11,62のレイアウトを説明するための図であって、単位セル62の配列パターンを例示している。
20A and 20B are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. FIGS. 21A and 21B are schematic cross-sectional views of the semiconductor device according to the tenth embodiment of the present invention. 20 (a) and 20 (b), portions corresponding to the respective portions shown in FIG. 3 and FIG. 15 (a) are denoted by the same reference numerals as those denoted for the respective portions, and those portions are described. Description is omitted. 21 (a) and 21 (b), parts corresponding to those shown in FIGS. 6 (a) and 15 (b) are given the same reference numerals as those given to the respective parts. Description of these portions is omitted. FIGS. 22 to 25 are diagrams for explaining the layout of the
まず、図20(a)(b)に示すように、半導体装置141のp−型緩和層133は、n−型エピライン132の全体に渡って配置された第2部分142をさらに含む。つまり、n−型エピライン132の直線部分にもp−型緩和層133が第2部分142として形成されている。
p−型緩和層133の第2部分142は、n−型エピライン132の幅よりも狭い幅で、n−型エピライン132に沿って形成されている。この実施形態では、第2部分142は、互いに隣り合う複数の単位セル11の各p型ウェル10に対して間隔を隔てて形成されている。第2部分142とp型ウェル10との間に間隔を設けることによって、半導体装置141のオン時に各p型ウェル10の側面に沿ってn−型エピライン132を流れるドレイン電流の経路を確保することができる。よって、オン抵抗の増加を抑制でき、良好なトランジスタ動作を行うことができる。また、第2部分142は、第1部分134よりも浅く形成されている。
First, as shown in FIGS. 20A and 20B, the p −
The
また、図21(a)(b)に示すように、半導体装置143のp−型緩和層136は、ゲートトレンチ59の全体に渡って配置された第2部分144をさらに含む。つまり、ゲートトレンチ59の直線部分にもp−型緩和層136が第2部分144として形成されている。
p−型緩和層136の第2部分144は、ゲートトレンチ59の幅よりも狭い幅で、ゲートトレンチ59に沿って形成されている。この実施形態では、第2部分144は、互いに隣り合う複数の単位セル62の各p型チャネル層66に対して間隔を隔てて形成されている。第2部分144とp型チャネル層66との間に間隔を設けることによって、半導体装置143のオン時に各p型チャネル層66のゲートトレンチ59の側面に沿って流れるドレイン電流の経路を確保することができる。よって、オン抵抗の増加を抑制でき、良好なトランジスタ動作を行うことができる。また、第2部分144は、第1部分137よりも浅く形成されている。
21A and 21B, the p −
The
この実施形態のp−型緩和層133,136は、単位セル11,62の配列パターンが異なるごとに位置や形状も異なり、たとえば、図11〜14に示す配列パターンにおいては、図22〜図25に示すように配置される。
この第9実施形態の半導体装置141,143によっても、前述の実施形態と同様の作用効果を達することができる。
The p − type relaxation layers 133 and 136 of this embodiment have different positions and shapes each time the arrangement patterns of the
The
以上、この発明の実施形態を説明したが、この発明は、他の形態で実施することもできる。
たとえば、前述の各半導体装置の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体装置1において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.
For example, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion of each semiconductor device described above is inverted may be employed. For example, in the
また、ゲート電極15,32,67,82において、ポリシリコン層に代えて、ポリ炭化シリコン層を用いてもよい。
また、ゲート電極15,32,67,82は、その全部が金属からなっていてもよい。
本発明の半導体装置は、たとえば、電気自動車(ハイブリッド車を含む)、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置(とくに自家発電装置)が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。
Further, in the
Further, all of the
The semiconductor device of the present invention is a power module used in an inverter circuit constituting a drive circuit for driving an electric motor used as a power source for an electric vehicle (including a hybrid vehicle), a train, an industrial robot, etc., for example. Can be incorporated into. It can also be incorporated into a power module used in an inverter circuit that converts electric power generated by a solar cell, wind power generator, or other power generation device (especially an in-house power generation device) to match the power of a commercial power source.
また、前述の実施形態の開示から把握される特徴は、異なる実施形態間でも互いに組み合わせることができる。また、各実施形態において表した構成要素は、この発明の範囲で組み合わせることができる。
その他、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
In addition, features grasped from the disclosure of the above-described embodiments can be combined with each other even in different embodiments. Moreover, the components represented in each embodiment can be combined within the scope of the present invention.
In addition, various design changes can be made within the scope of matters described in the claims.
1 半導体装置
2 アクティブ領域
3 外周領域
8 SiC基板
9 SiCエピタキシャル層
10 p型ウェル
13 n+型ソース領域
15 ゲート電極
16 ゲート絶縁膜
18 ポリシリコン層
19 金属層
31 半導体装置
32 ゲート電極
33 ポリシリコン層
34 金属層
41 半導体装置
45 半導体装置
51 半導体装置
52 SiC基板
53 アクティブ領域
54 外周領域
58 ゲートフィンガー
59 ゲートトレンチ
60 アクティブトレンチ
61 コンタクトトレンチ
64 n+型ソース層
66 p型チャネル層
67 ゲート電極
68 ゲート絶縁膜
69 オーバーラップ部
70 ポリシリコン層
71 金属層
72 空間
73 層間膜
76 コンタクト部
81 半導体装置
82 ゲート電極
83 ポリシリコン層
84 金属層
85 空間
91 半導体装置
97 半導体装置
111 半導体装置
113 半導体装置
121 半導体装置
123 半導体装置
131 半導体装置
135 半導体装置
141 半導体装置
143 半導体装置
DESCRIPTION OF
Claims (21)
前記SiC半導体層に接して形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に配置され、前記SiC半導体層におけるチャネルの形成を制御するゲート電極とを含み、
前記ゲート電極は、その全部または一部に金属部を含む、半導体装置。 A SiC semiconductor layer;
A gate insulating film formed in contact with the SiC semiconductor layer;
A gate electrode disposed on the gate insulating film and controlling the formation of a channel in the SiC semiconductor layer;
The gate electrode includes a metal part in its entirety or in part.
前記ポリシリコン層は、前記金属層よりも薄い、請求項2〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The polysilicon part and the metal part are a polysilicon layer and a metal layer laminated in this order from the SiC semiconductor layer side,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the polysilicon layer is thinner than the metal layer.
前記SiC半導体層の表面側に露出するように、前記SiC半導体層に選択的に配置された第2導電型のウェルと、
前記ウェル内に配置され、前記ウェルに取り囲まれた第1導電型のソース領域と、
前記ソース領域と前記ドレイン領域としての前記SiC半導体層との間に跨って配置され、前記ウェルの表面におけるチャネルの形成を制御するゲート電極と、
前記ゲート電極と前記SiC半導体層の前記表面との間に配置されたゲート絶縁膜とを含み、
前記ゲート電極は、前記SiC半導体層の前記表面側からこの順に積層されたポリシリコン層および金属層を含む、半導体装置。 A first conductivity type SiC semiconductor layer functioning as a drain region;
A second conductivity type well selectively disposed on the SiC semiconductor layer so as to be exposed on the surface side of the SiC semiconductor layer;
A source region of a first conductivity type disposed in the well and surrounded by the well;
A gate electrode that is disposed between the source region and the SiC semiconductor layer as the drain region and controls the formation of a channel on the surface of the well;
A gate insulating film disposed between the gate electrode and the surface of the SiC semiconductor layer;
The gate electrode includes a polysilicon layer and a metal layer stacked in this order from the surface side of the SiC semiconductor layer.
前記SiC半導体層の表面側に露出するように配置され、前記ゲートトレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、
前記ソース層に対して前記SiC半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように配置され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、
前記チャネル層に対して前記SiC半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように配置され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドレイン層と、
前記ゲートトレンチの前記側面および前記底面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記チャネル層の前記ゲートトレンチの前記側面におけるチャネルの形成を制御するゲート電極とを含み、
前記ゲート電極は、前記ゲートトレンチの前記側面および/または前記底面側からこの順に積層されたポリシリコン層および金属層を含む、半導体装置。 A SiC semiconductor layer in which a gate trench is formed;
A source layer of a first conductivity type disposed so as to be exposed on a surface side of the SiC semiconductor layer and forming a part of a side surface of the gate trench;
A channel layer of a second conductivity type disposed on the back side of the SiC semiconductor layer with respect to the source layer so as to be in contact with the source layer and forming a part of the side surface of the gate trench;
A drain layer of a first conductivity type disposed on the back side of the SiC semiconductor layer with respect to the channel layer so as to be in contact with the channel layer and forming the bottom surface of the gate trench;
A gate insulating film formed on the side surface and the bottom surface of the gate trench;
A gate electrode embedded in the gate trench and controlling the formation of a channel on the side surface of the gate trench of the channel layer;
The gate electrode includes a polysilicon layer and a metal layer stacked in this order from the side surface and / or the bottom surface side of the gate trench.
前記金属層は、前記ゲート絶縁膜の前記ゲートトレンチの前記底面上の部分に接するように、当該ポリシリコン層で囲まれた空間に埋め込まれている、請求項15に記載の半導体装置。 The polysilicon layer is selectively formed on the entire side surface of the gate trench;
The semiconductor device according to claim 15, wherein the metal layer is embedded in a space surrounded by the polysilicon layer so as to contact a portion of the gate insulating film on the bottom surface of the gate trench.
前記金属層は、当該ポリシリコン層で囲まれた空間に埋め込まれている、請求項15に記載の半導体装置。 The polysilicon layer is formed so as to cover the entire inner surface of the gate trench, following the side surface and the bottom surface of the gate trench,
The semiconductor device according to claim 15, wherein the metal layer is embedded in a space surrounded by the polysilicon layer.
前記ゲートトレンチは、前記アクティブ領域および前記外周領域に跨って形成されており、
前記ゲート電極は、前記外周領域において前記ゲートトレンチの開口端から前記SiC半導体層の前記表面を覆うように形成され、前記金属層からなるオーバーラップ部を有し、
前記半導体装置は、前記外周領域に沿って前記アクティブ領域を取り囲むように配置され、前記ゲート電極の前記オーバーラップ部に電気的に接続されたゲートフィンガーを含む、請求項15〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。 The SiC semiconductor layer includes an active region in which the channel is formed, and an outer peripheral region surrounding the active region,
The gate trench is formed across the active region and the outer peripheral region,
The gate electrode is formed so as to cover the surface of the SiC semiconductor layer from the opening end of the gate trench in the outer peripheral region, and has an overlap portion made of the metal layer,
18. The semiconductor device according to claim 15, wherein the semiconductor device includes a gate finger disposed so as to surround the active region along the outer peripheral region and electrically connected to the overlap portion of the gate electrode. The semiconductor device according to item.
前記ゲートフィンガーは、前記ストライプ状のトレンチを横切る方向に沿って敷設されている、請求項18に記載の半導体装置。 The gate trench is formed in a lattice shape in the active region, and is formed in a stripe shape drawn from the end of the lattice trench in the outer peripheral region,
The semiconductor device according to claim 18, wherein the gate finger is laid along a direction crossing the stripe-shaped trench.
前記ゲートフィンガーは、その幅方向中央において前記層間膜を貫通して前記ゲート電極に接するコンタクト部を含む、請求項18または19に記載の半導体装置。 The semiconductor device further includes an interlayer film formed on the surface of the SiC semiconductor layer so as to cover the gate electrode,
The semiconductor device according to claim 18, wherein the gate finger includes a contact portion that penetrates the interlayer film and contacts the gate electrode at a center in a width direction thereof.
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