JP2020043126A - 炭化珪素半導体装置および炭化珪素半導体モジュール - Google Patents
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Abstract
Description
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
以下、本開示の実施形態の詳細について図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
<炭化珪素半導体装置の構成>
図1および図2に示されるように、本開示の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置100は、炭化珪素基板11と、炭化珪素エピタキシャル層2と、第1電極17と、第2電極30とを主に備える。炭化珪素の単結晶基板である炭化珪素基板11は、第1主面8と、当該第1主面8と反対側にある第2主面20とを有する。炭化珪素エピタキシャル層2は、第1主面8に形成される。炭化珪素エピタキシャル層2は、第1主面8に接する面と反対側にある第3主面10を有する。
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
次に、図3〜図7を用いて、図1および図2に示した実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置100の製造方法について説明する。
図8に示すように、第2主面20に対して垂直な方向から見て凹部26の平面形状は四角形状であってもよい。また、凹部26は、底面24の平面形状と凹部26の上端開口部の平面形状とが相似形となっていてもよい。凹部26の平面形状は、四角形状以外の五角形状、六角形状など任意の多角形状であってもよい。
上述した実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置100では、炭化珪素基板11の第2主面20に凹部26が形成される。このため、当該凹部26が形成された部分での炭化珪素基板11の厚さTrecを他の領域の炭化珪素基板11の厚さTsubより薄くし、炭化珪素半導体装置100のオン抵抗を低減することができる。また、炭化珪素基板11の第2主面20の全面を研削などにより薄くする場合より、凹部26が形成された領域以外では炭化珪素基板11の厚さTsubが相対的に厚くなっているので、炭化珪素基板11の強度の低下を抑制できる。この結果、炭化珪素半導体装置の製造工程において炭化珪素基板11が強度不足により割れるといった不良の発生を抑制できる。
<炭化珪素半導体モジュールの構成>
図13および図14に示されるように、本開示の実施の形態2に係る炭化珪素半導体モジュール200は、本開示の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置100と、ベース部材60と、当該炭化珪素半導体装置100とベース部材60とを接続する接合材7とを備える。より具体的には、炭化珪素半導体モジュール200は、炭化珪素基板11と、炭化珪素エピタキシャル層2と、第1電極17と、第2電極30と、ベース部材60と、接合材7とを主に備える。炭化珪素基板11は、第1主面8と、当該第1主面8と反対側にある第2主面20とを有する。炭化珪素エピタキシャル層2は、第1主面8に形成される。炭化珪素エピタキシャル層2は、第1主面8に接する面と反対側にある第3主面10を有する。炭化珪素エピタキシャル層2は、ドリフト領域12と、ボディ領域13と、ソース領域14と、コンタクト領域18とを主に含んでいる。第3主面10には、ゲートトレンチ6が設けられている。ソース領域14とボディ領域13とドリフト領域12とは、ゲートトレンチ6の側面3を構成している。ドリフト領域12は、ゲートトレンチ6の底面4を構成している。ゲート絶縁膜15はゲートトレンチ6の内周面上に形成されている。ゲート電極47はゲート絶縁膜15上に形成されている。層間絶縁膜45は、ゲート電極47およびゲート絶縁膜15に接して設けられている。第1電極17は、第3主面10に設けられる。第1電極17は、たとえば、ソース電極16と、ソース配線19とを有している。層間絶縁膜45は、ゲート電極47とソース電極16とを電気的に絶縁している。ソース配線19は層間絶縁膜45上からソース電極16上にまで延びている。
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する。
絶縁基板66の厚さは、たとえば0.32mm以上0.64mm以下であってもよく、0.4mm以上0.6mm以下であってもよい。第1導電体膜65および第2導電体膜67の厚さは、たとえば0.15mm以上0.3mm以下であってもよく、0.2mm以上0.25mm以下であってもよい。
上記の炭化珪素半導体モジュール200では、本開示の実施の形態1に係る炭化珪素半導体装置100と同様に炭化珪素基板11の第2主面20に凹部26を形成することで、炭化珪素基板11における基板抵抗の低減、すなわち炭化珪素半導体モジュール200のオン抵抗の低減と、炭化珪素基板11の強度不足による割れといった不良の抑制とを両立できる。
上述した式(8)を用いて、凹部面積率Xの値と、炭化珪素基板11の厚さTsubに対する凹部26の底面24と第1主面8との間の最短距離Trecとの比率(Trec/Tsub)の値とを変化させた場合の基板抵抗比(Rall/Rsub_all)の値を求めた。具体的には、凹部面積率Xを0.35%、3.5%、7.0%、17.5%、34.9%、49.9%、69.8%、87.3%と変化させるとともに、比率Trec/Tsubの値を1/100、1/20、1/10、1/6、1/3、1/2と変化させた場合の基板抵抗比を式(8)により求めた。その結果を以下の表1に示す。
(a)凹部面積率Xが0を越え3.5%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/100以下、
(b)凹部面積率Xが3.5%を越え7.0%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/20以下、
(c)凹部面積率Xが7.0%を越え17.5%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/10以下、
(d)凹部面積率Xが17.5%を越え34.9%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/6以下、
(e)凹部面積率Xが34.9%を越え49.9%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/3以下、
という条件が考えられる。
(f)凹部面積率Xが7.0%を越え17.5%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/100以下、
(d)凹部面積率Xが17.5%を越え34.9%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/20以下、
(e)凹部面積率Xが34.9%を越え49.9%以下の場合に比率Trec/Tsubの値が0を越え1/10以下、
という条件が考えられる。
2 炭化珪素エピタキシャル層
3 側面
4,24 底面
5 平坦部
6 ゲートトレンチ
7 接合材
8 第1主面
10 第3主面
11 炭化珪素基板
12 ドリフト領域
13 ボディ領域
14 ソース領域
15 ゲート絶縁膜
16 ソース電極
17 第1電極
18 コンタクト領域
19 ソース配線
20 第2主面
21 領域
23 内周側面
25 角部
26,26a,26b 凹部
27,28 境界
29 外縁
30 第2電極
40,41 マスク
45 層間絶縁膜
47 ゲート電極
60 ベース部材
61 めっき層
62 基体
65 第1導電体膜
66 絶縁基板
67 第2導電体膜
100 炭化珪素半導体装置
200 炭化珪素半導体モジュール
Claims (18)
- 第1主面と、前記第1主面と反対側にある第2主面とを有する炭化珪素基板と、
前記第1主面に形成された炭化珪素エピタキシャル層と、を備え、前記炭化珪素エピタキシャル層は、前記第1主面に接する面と反対側にある第3主面を有し、さらに、
前記第3主面に設けられた第1電極を備え、
前記第2主面には、凹部が設けられ、
前記凹部は、前記第2主面の外縁から離れて配置され、
前記凹部は、前記第1主面側に位置する底面を含み、
前記第2主面に対して垂直な方向から見た、前記凹部が設けられた領域を含む前記第2主面の全面積をS、前記底面の面積をSrec、とし、
前記炭化珪素基板の厚さをTsub、前記底面と前記第1主面との間の最短距離をTrec、としたときに、
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する、炭化珪素半導体装置。 - 前記凹部は、前記底面の外周部に連なり前記底面と交差する方向に延びる内周側面を含み、
前記炭化珪素基板の前記第1主面から前記第2主面に向かう方向に沿った断面において、前記底面を挟んで対向する前記内周側面の部分の間の距離は、前記底面から離れるにしたがって大きくなる、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記最短距離Trecは1μm以上50μm以下である、請求項1または請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記凹部は、前記第2主面に対して垂直な方向から見て円形状である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記凹部は、前記第2主面に対して垂直な方向から見て多角形状である、請求項1〜請求項3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- さらに、複数の前記凹部を備える、請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記複数の凹部の少なくとも1つは、前記第2主面に対して垂直な方向から見て円形状である、請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記複数の凹部の少なくとも1つは、前記第2主面に対して垂直な方向から見て多角形状である、請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
- さらに、4つの前記凹部を備え、
前記第2主面において、前記4つの凹部は格子状に配置されている、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - さらに、6つの前記凹部を備え、
前記第2主面において、前記6つの凹部は六角形の頂点位置に配置されている、請求項6〜請求項8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 第1主面と、前記第1主面と反対側にある第2主面とを有する炭化珪素基板と、
前記第1主面に形成された炭化珪素エピタキシャル層と、を備え、前記炭化珪素エピタキシャル層は、前記第1主面に接する面と反対側にある第3主面を有し、さらに、
前記第3主面に設けられた第1電極と、
前記第2主面に設けられた第2電極と、
ベース部材と、
前記第2電極と前記ベース部材とを接合する接合材とを備え、
前記第2主面には、凹部が設けられ、
前記第2電極は、前記凹部の内部から前記凹部が形成されていない前記第2主面の領域にまで延在するように形成され、
前記凹部は、前記第2主面の外縁から離れて配置され、
前記凹部は、前記第1主面側に位置する底面を含み、
前記第2主面に対して垂直な方向から見た、前記凹部が設けられた領域を含む前記第2主面の全面積をS、前記底面の面積をSrec、とし、
前記炭化珪素基板の厚さをTsub、前記底面と前記第1主面との間の最短距離をTrec、としたときに、
0<Srec/S≦0.5 (1)
0<Trec/Tsub≦1/3 (2)
を満足する、炭化珪素半導体モジュール。 - 前記接合材は、錫と、銅および銀の少なくともいずれか一方とを含む合金である、請求項11に記載の炭化珪素半導体モジュール。
- 前記接合材は、錫と鉛とを含む合金である、請求項11に記載の炭化珪素半導体モジュール。
- 前記接合材の厚さは50μm以上200μm以下である、請求項11〜請求項13のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体モジュール。
- 前記ベース部材は、表面を有する基体と、前記基体の前記表面に形成されためっき層とを含むリードフレームである、請求項11〜請求項14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体モジュール。
- 前記ベース部材は、
第1面と、前記第1面と反対側にある第2面とを有する絶縁基板と、
前記第1面に形成された第1導電体膜と、
前記第2面に形成された第2導電体膜と、を含む、請求項11〜請求項14のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体モジュール。 - 前記絶縁基板を構成する材料は、窒化珪素、窒化アルミニウム、酸化アルミニウムからなる群から選択される少なくともいずれか1つを含む、請求項16に記載の炭化珪素半導体モジュール。
- 前記第1導電体膜および前記第2導電体膜を構成する材料は、銅およびアルミニウムの少なくともいずれか一方を含む、請求項16または請求項17に記載の炭化珪素半導体モジュール。
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