JP2018181933A - Semiconductor device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体基板に形成されたトレンチ(溝)内にゲート電極(制御電極)が設けられた半導体装置の構造に関する。 The present invention relates to the structure of a semiconductor device in which a gate electrode (control electrode) is provided in a trench (groove) formed in a semiconductor substrate.
半導体層の表面側と裏面側との間の電流のオン・オフがゲート電極の電位で制御される半導体装置(パワー半導体素子:パワーMOSFET、IGBT等)が用いられている。こうした半導体装置においては、ゲート電極の電位によってゲート電極と対向する半導体層に形成されるチャネルが電流の経路となり、チャネルのオン・オフが制御されることによって、電流のオン・オフが制御される。また、半導体層の表面側にトレンチ(溝)が形成され、ゲート電極がこのトレンチ内に設けられたトレンチ型の素子は、セルの微細化が容易であり、かつオン時の抵抗(オン抵抗)を低減することができるために、特に好ましく用いられている。トレンチ型の素子においては、トレンチの内壁に薄いゲート酸化膜が形成され、トレンチの内壁を構成する半導体層とゲート電極とは、このゲート酸化膜を介して対抗し、半導体層におけるこの部分におけるチャネルのオン・オフがゲート電極の電位(ゲート電位)で制御される。 Semiconductor devices (power semiconductor elements: power MOSFETs, IGBTs, etc.) in which on / off of current between the front side and the back side of the semiconductor layer is controlled by the potential of the gate electrode are used. In such a semiconductor device, the channel formed in the semiconductor layer facing the gate electrode becomes a current path by the potential of the gate electrode, and the on / off of the current is controlled by controlling the on / off of the channel. . In addition, in a trench type device in which a trench (groove) is formed on the surface side of the semiconductor layer and the gate electrode is provided in this trench, miniaturization of the cell is easy, and the resistance at the on time (on resistance) It is particularly preferably used because it can reduce the In the trench type device, a thin gate oxide film is formed on the inner wall of the trench, and the semiconductor layer forming the inner wall of the trench and the gate electrode oppose each other through the gate oxide film, and a channel in this portion of the semiconductor layer ON / OFF is controlled by the potential of the gate electrode (gate potential).
ここで、パワーMOSFETやIGBTにおいては、上記のチャネルを形成しこれを電流経路とするための構造とは別に、バイポーラトランジスタと等価な構造(寄生トランジスタ)が半導体層内に付随的に構成される。パワーMOSFETやIGBTをスイッチング素子として使用する際に、表面側の電極(パワーMOSFETにおけるソース電極、IGBTにおけるエミッタ電極)と裏面側の電極(パワーMOSFETにおけるドレイン電極、IGBTにおけるコレクタ電極)間に、短時間に大きな電圧(サージ電圧)が印加された場合に、この寄生トランジスタがオンとなるために、ゲート電圧に関わらず、表面側の電極と裏面側の電極間の半導体層内に大電流が流れ、これによって素子が破壊(アバランシェ破壊)される場合がある。 Here, in the power MOSFET or IGBT, apart from the above-described structure for forming the channel and using it as a current path, a structure (parasitic transistor) equivalent to a bipolar transistor is additionally formed in the semiconductor layer . When using a power MOSFET or IGBT as a switching element, short-circuiting between the electrode on the front side (the source electrode in the power MOSFET, the emitter electrode in the IGBT) and the electrode on the back side (the drain electrode in the power MOSFET, collector electrode in the IGBT) When a large voltage (surge voltage) is applied during time, this parasitic transistor is turned on, so a large current flows in the semiconductor layer between the electrode on the front side and the electrode on the back side regardless of the gate voltage. This may cause the element to be destroyed (avalanche destruction).
このため、パワーMOSFETやIGBTには、このようなアバランシェ破壊が発生しにくい(アバランシェ耐量が高い)ことが要求される。特許文献1に記載されるように、特にトレンチ底部のゲート酸化膜中の電界強度が高くなると、アバランシェ破壊が生じやすくなることが記載されている。このため、特許文献1には、トレンチの底部側の内壁とゲート電極との間において、SiO2(ゲート酸化膜)よりも誘電率の高い材料で構成された高誘電体層を、ゲート酸化膜と積層させて用いている。これによって、トレンチ底部における電界強度を低下させることができ、アバランシェ破壊が生じにくくなる。一方、トレンチの上側においてチャネルが形成される領域では薄いゲート酸化膜のみが形成されるため、ゲート電圧によってチャネルのオン・オフを制御することができ、スイッチング動作を行わせることができる。
For this reason, it is required that such an avalanche breakdown does not easily occur (the avalanche withstand capability is high) in the power MOSFET or the IGBT. As described in
また、例えばパワーMOSFETを高速で動作させるには、帰還容量Crss、入力容量Ciss、出力容量Cossを小さくする必要がある。ここで、帰還容量Crssはゲート・ドレイン間の容量であり、入力容量Cissは、ゲート・ソース間の容量と帰還容量Crssとの和である。トレンチ内におけるゲート電極の下に、ソースと電気的に接続され同電位(接地電位)とされたシールド電極を設けることによって、Crss(ゲート・ドレイン間容量)を低減することが知られている。特許文献1には、前記のように高誘電体層をシールド電極の周囲に設けてもよいことが記載されている。シールド電極を設けることによって、このパワーMOSFETを高速動作させることができる。
Further, for example, in order to operate the power MOSFET at high speed, it is necessary to reduce the feedback capacitance Crss, the input capacitance Ciss, and the output capacitance Coss. Here, the feedback capacitance Crss is the capacitance between the gate and the drain, and the input capacitance Ciss is the sum of the capacitance between the gate and the source and the feedback capacitance Crss. It is known to reduce Crss (gate-drain capacitance) by providing a shield electrode electrically connected to the source and at the same potential (ground potential) below the gate electrode in the trench.
トレンチの底部側に高誘電体層を設けた場合には、ゲート電極周囲の容量が増大するために、ゲート・ソース間の容量が増大した。また、前記のようにソースと接続されたシールド電極を設けた場合にも、高誘電体層を設けることによって、シールド電極周囲に形成される容量成分は増大した。このため、CrssやCossを十分に低減させることはできず、このパワーMOSFETを十分に高速で動作させることはできなかった。 When the high dielectric layer is provided on the bottom side of the trench, the capacitance between the gate and the source is increased because the capacitance around the gate electrode is increased. Further, even when the shield electrode connected to the source is provided as described above, the capacitance component formed around the shield electrode is increased by providing the high dielectric layer. For this reason, Crss and Coss can not be reduced sufficiently, and this power MOSFET can not be operated at a sufficiently high speed.
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、上記問題点を解決する発明を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide an invention for solving the problems.
本発明は、上記課題を解決すべく、以下に掲げる構成とした。
本発明の半導体装置は、第1の導電型をもつ半導体材料で構成された第1の半導体層と、前記第1の導電型と逆の第2の導電型をもち前記第1の半導体層の上に形成された第2の半導体層と、を具備し、表面側から前記第2の半導体層を貫通し前記第1の半導体層に達するように掘下げられた溝が設けられた半導体基板と、前記半導体基板の表面側と接続された第1主電極と、前記半導体基板の裏面側と接続された第2主電極と、前記溝内において前記溝の内面との間にシリコン酸化膜を挟んで形成された制御電極と、を具備する半導体装置であって、前記溝の延伸方向と垂直な断面視において、シリコン酸化膜よりも比誘電率の高い高誘電体を部分的に含む隅部絶縁構造が、前記溝の下部の両隅のそれぞれにおいて、前記溝の底部でシリコン酸化膜を挟んで形成されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記隅部絶縁構造は、前記内面と接しシリコン酸化膜で構成された外側酸化膜と、前記内面と反対側で前記外側酸化膜と接し前記高誘電体で構成された高誘電体層と、前記外側酸化膜と反対側で前記高誘電体層と接しシリコン酸化膜で構成された内側酸化膜と、が積層されて構成されたことを特徴とする。
本発明の半導体装置において、前記高誘電体層は、前記外側酸化膜と接する第1高誘電体層と、前記内側酸化膜と接する第2高誘電体層と、が積層されて構成され、前記第1高誘電体層の比誘電率が前記第2高誘電体層の比誘電率よりも大きくされたことを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記溝内において、前記制御電極よりも下側に、前記制御電極と絶縁され、前記第1の半導体層と容量結合したシールド電極が設けられ、前記隅部絶縁構造における前記内側酸化膜は、前記シールド電極と接することを特徴とする。
本発明の半導体装置は、前記溝内において、前記隅部絶縁構造における前記内側酸化膜は、前記制御電極と接することを特徴とする。
The present invention has the following configuration in order to solve the above-mentioned problems.
The semiconductor device according to the present invention comprises a first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type, and a second conductivity type opposite to the first conductivity type, of the first semiconductor layer. A semiconductor substrate provided with a second semiconductor layer formed thereon, wherein a groove is provided so as to penetrate the second semiconductor layer from the surface side and reach the first semiconductor layer; A silicon oxide film is sandwiched between the first main electrode connected to the front side of the semiconductor substrate, the second main electrode connected to the back side of the semiconductor substrate, and the inner surface of the groove in the groove. A semiconductor device comprising the formed control electrode, wherein a corner insulating structure partially including a high dielectric having a relative dielectric constant higher than that of a silicon oxide film in a cross sectional view perpendicular to the extending direction of the groove But at each of the lower corners of the groove at the bottom of the groove Characterized in that it is formed across the oxide film.
In the semiconductor device according to the present invention, the corner insulating structure is formed of an outer oxide film in contact with the inner surface and made of a silicon oxide film, and the high dielectric in contact with the outer oxide film on the opposite side to the inner surface. A high dielectric layer and an inner oxide film formed of a silicon oxide film in contact with the high dielectric layer on the side opposite to the outer oxide film are laminated and configured.
In the semiconductor device of the present invention, the high dielectric layer is formed by laminating a first high dielectric layer in contact with the outer oxide film and a second high dielectric layer in contact with the inner oxide film. The dielectric constant of the first high dielectric layer is made larger than the dielectric constant of the second high dielectric layer.
In the semiconductor device according to the present invention, a shield electrode insulated from the control electrode and capacitively coupled to the first semiconductor layer is provided in the groove below the control electrode, in the corner insulating structure. The inner oxide film is in contact with the shield electrode.
The semiconductor device of the present invention is characterized in that, in the groove, the inner oxide film in the corner insulating structure is in contact with the control electrode.
本発明は以上のように構成されているので、アバランシェ破壊が生じにくく、かつ高速動作が可能な半導体装置を得ることができる。 Since the present invention is configured as described above, it is possible to obtain a semiconductor device which is less susceptible to avalanche breakdown and capable of high speed operation.
以下、本発明の実施の形態となる半導体装置について説明する。図1は、この半導体装置1の構造を示す断面図である。この半導体装置1は、nチャネル型のパワーMOSFETである。また、この半導体装置1はトレンチ(溝)10A内にゲート電極14が形成されたトレンチ型である。図1において、半導体材料(Si)で構成された半導体基板10において、表面(上面)側から、トレンチ(溝)10Aが掘下げられて形成されている。
Hereinafter, a semiconductor device according to an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a cross-sectional view showing the structure of the
この半導体基板10においては、n型(第1の導電型)のドリフト層(第1の半導体層)11の上側に、p型(第2の導電型)のボディ層(第2の半導体層)12が積層して形成される。トレンチ10Aは、半導体基板10の表面側からボディ層12を貫通し、その底面がドリフト層11中に来るように形成される。半導体基板10の表面におけるボディ層12には、トレンチ10Aの両側に隣接して、高濃度のn型の層(n+層)となるソース領域13が選択的に形成されている。ボディ層12は、ドリフト層11の上にエピタキシャル成長、又はドリフト層11が表面に設けられた状態の半導体基板10の表面にイオン注入等を行うことによって、形成することができる。ソース領域13は、ボディ層12の表面に局所的にイオン注入を行うことによって形成することができる。
In the
トレンチ10Aの内部には、上側でゲート電極(制御電極)14、下側でシールド電極15が、トレンチ10Aの内面を構成するボディ層12、ドリフト層11と容量結合した状態で設けられる。ゲート電極14、シールド電極15は、共に導電性の金属材料あるいは高濃度に不純物が添加された導電性の多結晶シリコンで構成されている。また、ゲート電極14はその側方がソース領域13、ボディ層12となるような高さに設けられ、ゲート電極14の底面がドリフト層11がある高さにあるように設定される。シールド電極15は、ゲート電極14よりも下側でドリフト層11がある高さに設けられる。ゲート電極14とシールド電極15の間は、酸化膜16Aによって絶縁されているため、これらの電位は独立とされる。また、トレンチ10A内においてゲート電極14とボディ層12の間には、薄いゲート酸化膜16Bが形成されている。
Inside the
また、トレンチ10Aの上側には、ゲート電極14を上側から覆うように層間絶縁層17が局所的に厚く形成されている。ただし、ソース領域13のトレンチ10Aから離間した側は層間絶縁層17には覆われない形態とされる。酸化膜16A、層間絶縁層17は、共にCVD法等によって形成される。一方、ゲート酸化膜16Bは、トレンチ10A内面を構成するボディ層12におけるチャネルのオン・オフがゲート電極14の電位によって制御できるように薄く、かつボディ層12との間の表面準位が少なくなるように形成され、熱酸化によって形成される。
Further, on the upper side of the
この状態で、半導体基板10の表面側は、全体にわたり、抵抗率の低い金属材料(Al等)で構成されたソース電極(第1主電極)18で覆われる。上記のように層間絶縁層17が設けられるため、ソース電極18は、半導体基板10の表面でボディ層12及びソース領域13と電気的に接続され、ゲート電極14には接続されない。
In this state, the front surface side of the
一方、半導体基板10において、ドリフト層11の下側には、高濃度のn型の層(n+層)となるドレイン層19が全面にわたり設けられる。この状態で、半導体基板10の裏面側は、ドレイン層19とオーミック接触する金属材料で構成されたドレイン電極(第2主電極)20によって、全面にわたり覆われる。
On the other hand, in the
なお、図1においては単一のトレンチ10Aに関わる構造のみが記載されているが、実際にはこの半導体基板10においては、より多数のトレンチ10A及びこれに付随してソース領域13、ゲート電極14等が同様に形成されている。各トレンチ10A内のゲート電極14は、図示の範囲外で電気的に接続されており、ソース電極18、ドレイン電極20も前記の通り全面にわたり形成されているため、全てのトレンチ10A毎のゲート電極14、ソース電極18、ドレイン電極20はそれぞれ電気的に接続される。また、各トレンチ10A毎のシールド電極15は、図示の範囲外で、ソース電極18と接続される。
Although only the structure relating to a
上記のようなトレンチ10Aに関わる構造は、ソース電極18、ドレイン電極20間に流れる電流のオン・オフがゲート電極15に印加される電圧(ゲート電圧)によって制御されるパワーMOSFETとして機能する。すなわち、ゲート電圧によって、トレンチ10Aの内面を構成するボディ層12におけるチャネルのオン・オフ(有無)を制御し、これによってソース領域13とドリフト層11の間の電子の流れのオン・オフ、これによるソース電極18とドレイン電極20間の電流のオン・オフが制御される。この際、一般的にはソース電極18は接地電位とされ、同様に接地電位とされるシールド電極15をトレンチ10A内においてゲート電極15の下側に設けることによって、帰還容量Crss(ゲート・ドレイン間の容量)を低減することができ、このパワーMOSFETをより高速で動作させることができる。以上の構成については、例えば特許文献1に記載の半導体装置における、パワーMOSFETとして機能する部分と同様である。
The structure relating to the
ただし、シールド電極15を設けなくとも動作速度が十分である場合には、シールド電極15を設けず、トレンチ10A内にゲート電極14のみを設けてもよい。この場合には、図1の構成よりもトレンチ10Aを浅くすることができる。
However, if the operation speed is sufficient without providing the
ここで、この半導体装置100においては、トレンチ10Aの内面に形成された絶縁層の構造に特徴を有する。図1において、ゲート電極14、シールド電極15とトレンチ10Aの内面との間は容量結合している。上側のゲート電極14とこの内面との間には、ゲート酸化膜16Bが一様に形成されている。このため、上記のようなMOSFETとしての動作が行われる。一方、下側のシールド電極15とこの内面との間には、トレンチ10Aの底面両隅以外においては、ゲート酸化膜16Bと同様にSiO2で構成された底面酸化膜16Cが設けられ、底面両隅においては、高誘電体を含んで構成された隅部絶縁構造30が形成されている。図2は、図1における領域Aの構造を拡大して示す断面図であり、ここでは、図1におけるシールド電極15の左下隅の隅部絶縁構造30周辺の構造が拡大して示されている。図1における右側の隅部絶縁構造30は、図2におけるものと左右が反転した構造となる。
Here, the semiconductor device 100 is characterized in the structure of the insulating layer formed on the inner surface of the
図2において、隅部絶縁構造30は、4層の絶縁層の積層構造で形成されている。その最も外側(トレンチ10Aの内面側)には、SiO2で構成された外側酸化膜31が設けられている。外側酸化膜31としては、前記のゲート酸化膜16Bと同一のものを用いることができる。これによって、外側酸化膜31とトレンチ10Aの内面(ドリフト層11)との間の界面準位密度を少なくし、この界面に形成されるトラップ等の悪影響を低減することができる。また、隅部絶縁構造30における最も内側(シールド電極15側)の層も、SiO2で構成された内側酸化膜32となっている。
In FIG. 2, the
隅部絶縁構造30における外側酸化膜31と内側酸化膜32の間には、SiO2よりも(比)誘電率の高い絶縁層が形成されている。この絶縁層は、外側(外側酸化膜31側)の第1高誘電体層(高誘電体層)33、内側(内側酸化膜32側)の第2高誘電体層(高誘電体層)34の2層構造とされる。SiO2の比誘電率は4.0程度であるのに対して、第1高誘電体層33、第2高誘電体層34は、共にこれよりも(比)誘電率の高い材料で構成される。具体的には、こうした材料としては、ZrO2(比誘電率:15〜40程度)、Ta2O5(比誘電率:20〜25程度)、Al2O3(比誘電率:10程度)がある。ただし、外側の第1高誘電体層33の比誘電率は、内側の第2高誘電体層34の比誘電率よりも大きいように設定される。これらの材料は、例えば高周波スパッタリング法やCVD法等によって成膜することができ、同一の成膜装置で、第1高誘電体層33、第2高誘電体層34を連続的に形成することも可能である。その後、ドライエッチングやウェットエッチングによって、これらが図2の形態となるようにパターニングすることができる。
Between the
シールド電極15の材料として、多結晶シリコンが用いられる場合には、シールド電極15との間の界面においても、ドリフト層11との間の界面と同様にトラップ等の悪影響を除去することが望ましく、こうした点において、上記のような高誘電体が直接シールド電極15と接することを避け、外側酸化膜31と同様に、界面の状態を比較的良好とすることができるSiO2で構成された内側酸化膜32を内側において用いることが好ましい。
When polycrystalline silicon is used as the material of the
上記の構成における隅部絶縁構造30においては、特許文献1に記載の構造におけるトレンチ底部側の構造と同様に高誘電体が用いられるため、特許文献1に記載の構造と同様の効果が得られることが明らかである。すなわち、高誘電体を用いた絶縁構造を設けることによって、オフ時の最大電界を低減することができ、アバランシェ耐量を高めることができる。
In the
ただし、一般的に、最大電界(電界集中)が生ずる箇所は、トレンチの下側の両隅である。このため、高誘電体を用いた絶縁構造は、トレンチ10Aの下側の領域全てに設けず、トレンチ10Aの下側の両隅にのみ設けても、同様の効果が得られる。
However, in general, the place where the maximum electric field (field concentration) occurs is at the lower corners of the trench. Therefore, the same effect can be obtained even if the insulating structure using the high dielectric is not provided in all the lower region of the
一方、半導体装置100の高速スイッチング動作を可能とするためには、帰還容量Crss(ゲート・ドレイン間容量)、入力容量Ciss、出力容量Cossを小さくする必要がある。前記の通り、トレンチ10A内におけるゲート電極14の下に、ソース電極18と電気的に接続され同電位(接地電位)とされたシールド電極15を設けることによって、Crssを低減することができる。しかしながら、特許文献1に記載の半導体装置のように、トレンチの下部全体に高誘電体を設けた場合には、高誘電体の存在のために、シールド電極15周囲に形成される容量成分が大きくなった。これに対して、上記の半導体装置100においては、高誘電体(隅部絶縁構造30)を、電界集中の発生するトレンチ10Aの両隅においてのみ設ける、すなわち、トレンチ10Aの底面側で隅部絶縁構造30(高誘電体)が設けられない構造とすることによって、こうした容量成分の増大を抑制することができる。
On the other hand, in order to enable high-speed switching operation of the semiconductor device 100, it is necessary to reduce the feedback capacitance Crss (capacitance between gate and drain), the input capacitance Ciss, and the output capacitance Coss. As described above, Crss can be reduced by providing the
このため、上記の半導体装置100においては、高いアバランシェ耐量を得ることができ、かつスイッチング速度も高めることができる。 Therefore, in the semiconductor device 100 described above, a high avalanche withstand capability can be obtained, and the switching speed can also be increased.
この際、外側の第1高誘電体層33の比誘電率を内側の第2高誘電体層34の比誘電率よりも大きくすることによって、トレンチ底部の電界強度を最適化でき、IGBT、パワーMOSFETをターンオフする際の発振を少なくすることができ、電気特性を安定化することができる。
At this time, the electric field strength at the bottom of the trench can be optimized by making the relative dielectric constant of the outer first
上記の例では、ゲート電極14の下側にシールド電極15が設けられたが、シールド電極15を設けない場合でも、上記の構成は有効である。図3は、この半導体装置2の構造を図1と同様に示す断面図である。この半導体装置2においては、トレンチ10Bは前記のトレンチ10Aよりも浅く形成され、トレンチ10B内の構造が前記の半導体装置1とは異なる。
Although the
トレンチ10B内においては、ゲート電極14のみが形成され、ゲート電極14の側面とトレンチ10Bの内面との間にはゲート酸化膜16Bが前記と同様に形成されている。また、前記と同様に、トレンチ10Bの底部の両隅のそれぞれに、前記と同様の隅部絶縁構造30が、トレンチ10B底部の底面酸化膜16Cを挟んで形成されている。
In the trench 10B, only the
この半導体装置2においても、前記の半導体装置1と同様に、隅部絶縁構造30によって、アバランシェ耐量を高めることができる。一方、高誘電体の存在によってゲート・ドレイン間容量は増大するが、この容量の増加は、隅部絶縁構造30の間に底面酸化膜16Cを設けることによって、抑制される。このため、高いスイッチング速度を得ることができる。
In the
なお、上記の構成においては、n型のドリフト層、p型のボディ層等を具備するnチャネル型のパワーMOSFETについて記載されたが、これらの導電型を逆転させたpチャネル型のパワーMOSFETについても、同様の構成を適用できることは明らかである。また、パワーMOSFETに限らずIGBTにおいても同様である。 In the above configuration, an n-channel power MOSFET having an n-type drift layer, a p-type body layer and the like has been described, but a p-channel power MOSFET in which the conductivity types are reversed is described. It is obvious that the same configuration can be applied. Further, the same applies to IGBTs as well as power MOSFETs.
1、2 半導体装置(パワーMOSFET)
10 半導体基板
10A、10B トレンチ(溝)
11 ドリフト層(第1の半導体層)
12 ボディ層(第2の半導体層)
13 ソース領域
14 ゲート電極(制御電極)
15 シールド電極
16A 酸化膜
16B ゲート酸化膜
16C 底面酸化膜
17 層間絶縁層
18 ソース電極(第1主電極)
19 ドレイン層
20 ドレイン電極(第2主電極)
30 隅部絶縁構造
31 外側酸化膜
32 内側酸化膜
33 第1高誘電体層(高誘電体層)
34 第2高誘電体層(高誘電体層)
1, 2 Semiconductor devices (power MOSFET)
10
11 drift layer (first semiconductor layer)
12 Body layer (second semiconductor layer)
13
15
19
30
34 Second high dielectric layer (high dielectric layer)
Claims (5)
前記半導体基板の表面側と接続された第1主電極と、
前記半導体基板の裏面側と接続された第2主電極と、
前記溝内において前記溝の内面との間にシリコン酸化膜を挟んで形成された制御電極と、を具備する半導体装置であって、
前記溝の延伸方向と垂直な断面視において、
シリコン酸化膜よりも比誘電率の高い高誘電体を部分的に含む隅部絶縁構造が、前記溝の下部の両隅のそれぞれにおいて、前記溝の底部でシリコン酸化膜を挟んで形成されたことを特徴とする半導体装置。 A first semiconductor layer made of a semiconductor material having a first conductivity type, and a second semiconductor layer formed on the first semiconductor layer having a second conductivity type opposite to the first conductivity type A semiconductor substrate, provided with a semiconductor layer, and provided with a trench which is dug down so as to penetrate the second semiconductor layer from the surface side to reach the first semiconductor layer;
A first main electrode connected to the front side of the semiconductor substrate;
A second main electrode connected to the back side of the semiconductor substrate;
A control electrode formed by sandwiching a silicon oxide film between the groove and the inner surface of the groove;
In a sectional view perpendicular to the extending direction of the groove,
A corner insulating structure partially including a high dielectric having a relative permittivity higher than that of a silicon oxide film is formed by sandwiching the silicon oxide film at the bottom of the groove at each of the lower corners of the groove. Semiconductor device characterized by
前記内面と接しシリコン酸化膜で構成された外側酸化膜と、
前記内面と反対側で前記外側酸化膜と接し前記高誘電体で構成された高誘電体層と、
前記外側酸化膜と反対側で前記高誘電体層と接しシリコン酸化膜で構成された内側酸化膜と、
が積層されて構成されたことを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 The corner insulation structure is
An outer oxide film in contact with the inner surface and made of a silicon oxide film;
A high dielectric layer made of the high dielectric and in contact with the outer oxide film on the side opposite to the inner surface;
An inner oxide film formed of a silicon oxide film in contact with the high dielectric layer on the side opposite to the outer oxide film;
The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is stacked.
前記外側酸化膜と接する第1高誘電体層と、
前記内側酸化膜と接する第2高誘電体層と、
が積層されて構成され、
前記第1高誘電体層の比誘電率が前記第2高誘電体層の比誘電率よりも大きくされたことを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 The high dielectric layer is
A first high dielectric layer in contact with the outer oxide film;
A second high dielectric layer in contact with the inner oxide film;
Are stacked and configured,
3. The semiconductor device according to claim 2, wherein a relative dielectric constant of the first high dielectric layer is made larger than a relative dielectric constant of the second high dielectric layer.
前記制御電極よりも下側に、前記制御電極と絶縁され、前記第1の半導体層と容量結合したシールド電極が設けられ、
前記隅部絶縁構造における前記内側酸化膜は、前記シールド電極と接することを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。 In the groove,
A shield electrode insulated from the control electrode and capacitively coupled to the first semiconductor layer is provided below the control electrode.
The semiconductor device according to claim 2, wherein the inner oxide film in the corner insulating structure is in contact with the shield electrode.
前記隅部絶縁構造における前記内側酸化膜は、前記制御電極と接することを特徴とする請求項2又は3に記載の半導体装置。 In the groove,
The semiconductor device according to claim 2, wherein the inner oxide film in the corner insulating structure is in contact with the control electrode.
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CN116190432A (en) * | 2023-04-20 | 2023-05-30 | 湖北九峰山实验室 | SiC power device and preparation method thereof |
JP7482083B2 (en) | 2021-06-02 | 2024-05-13 | 株式会社東芝 | Semiconductor device and its manufacturing method |
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