JP2020127023A - Semiconductor device - Google Patents

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Abstract

To provide a semiconductor device capable of improving a breakdown voltage of a gate insulating film at the upper edge of a trench.SOLUTION: A semiconductor layer has a quadrangular shape in a plan view. A gate pad is arranged near the center of the first side of the semiconductor layer. A gate finger includes a first portion connected to the gate pad and extending along a first side of the semiconductor layer toward a second side and a third side orthogonal to the first side, a second portion extending from a second side end of the first portion toward a fourth side facing the first side, and a third portion extending from the third side end of the first portion toward the fourth side.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、トレンチゲート構造を有する半導体装置に関する。 The present invention relates to a semiconductor device having a trench gate structure.

たとえば、特許文献1は、アクティブセルアレイおよびゲートバスエリアが形成されたエピタキシャル層と、アクティブセルアレイに形成されたゲートトレンチと、ゲートトレンチに形成されたゲート酸化膜と、ゲートトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるゲート電極と、ゲートバスエリアに形成され、ゲートトレンチと繋がるトレンチと、ゲートバスエリアにおいてエピタキシャル層の表面を覆うようにトレンチに埋め込まれたポリシリコンからなるゲートバスとを含む、トレンチゲート縦型MOSFETを開示している。 For example, Patent Document 1 discloses an epitaxial layer in which an active cell array and a gate bus area are formed, a gate trench formed in the active cell array, a gate oxide film formed in the gate trench, and polysilicon embedded in the gate trench. A trench gate vertical structure including a gate electrode made of, a trench formed in the gate bus area and connected to the gate trench, and a gate bus made of polysilicon embedded in the trench so as to cover the surface of the epitaxial layer in the gate bus area. Type MOSFETs are disclosed.

特表2006−520091号公報Japanese Patent Publication No. 2006-520091

本発明の目的は、トレンチの上部エッジにおけるゲート絶縁膜の耐圧を向上させることができる半導体装置を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a semiconductor device capable of improving the breakdown voltage of the gate insulating film at the upper edge of the trench.

本発明の一実施形態は、半導体層と、前記半導体層の表面から掘り下げられかつ側面部および底面部を有するゲートトレンチであって、前記半導体層の表面と前記側面部とが円形面を介して連なっているゲートトレンチと、少なくとも前記ゲートトレンチの前記側面部および前記底面部を覆うよう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たゲート電極と、前記半導体層の表面の一部と前記ゲート電極を覆うように形成された層間絶縁膜と、前記ゲート電極に電気的に接続されるゲートパッドと、前記層間絶縁膜上に形成されかつ一部が前記層間絶縁膜を貫通してゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーとを備え、前記半導体層は、平面視において、四角形状であり、前記ゲートパッドは、前記半導体層の第1辺の中央部付近に配置されており、前記ゲートフィンガーは、前記ゲードパッドに接続されかつ前記半導体層の第1辺に沿って、前記第1辺と直交する第2辺および第3辺に向かって延びた第1部分と、前記第1部分の前記第2辺側端から、前記第1辺と対向する第4辺に向かって延びる第2部分と、前記第1部分の前記第3辺側端から、前記第4辺に向かって延びた第3部分とを含む、半導体装置を提供する。 One embodiment of the present invention is a semiconductor layer and a gate trench that is dug down from the surface of the semiconductor layer and has a side surface portion and a bottom surface portion, wherein the surface of the semiconductor layer and the side surface portion are interposed via a circular surface. A continuous gate trench, a gate insulating film formed so as to cover at least the side surface portion and the bottom surface portion of the gate trench, a gate electrode embedded in the gate trench, and a part of the surface of the semiconductor layer An interlayer insulating film formed so as to cover the gate electrode, a gate pad electrically connected to the gate electrode, a part formed on the interlayer insulating film and penetrating the interlayer insulating film. A gate finger electrically connected to the gate electrode, the semiconductor layer has a quadrangular shape in a plan view, and the gate pad is arranged near a central portion of a first side of the semiconductor layer. The gate finger is connected to the gate pad and extends along a first side of the semiconductor layer toward a second side and a third side orthogonal to the first side, and the first portion. A second part extending from the second side end of the part toward the fourth side facing the first side, and a second part extending from the third side end of the first part toward the fourth side. And a third portion.

本発明の一実施形態では、断面視において、前記側面部は、曲面部を介して、前記底面部に連なる様に形成されている。
本発明の一実施形態では、前記底面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記側面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい。
In one embodiment of the present invention, the side surface portion is formed so as to be continuous with the bottom surface portion via a curved surface portion in a cross-sectional view.
In an embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film on the bottom surface portion is larger than the thickness of the gate insulating film on the side surface portion.

本発明の一実施形態では、前記ゲート絶縁膜は、所定領域においては、前記半導体層の表面上にも形成されており、前記半導体層の表面上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記側面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい。 In one embodiment of the present invention, the gate insulating film is also formed on a surface of the semiconductor layer in a predetermined region, and the thickness of the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer is the side surface. It is larger than the thickness of the gate insulating film on the portion.

本発明の一実施形態では、前記底面部の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記半導体層の表面上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい。
本発明の一実施形態では、前記ゲート電極は、ポリシリコンからなる。
本発明の一実施形態では、前記ゲートフィンガーは、アルミニウムからなる。
In one embodiment of the present invention, the thickness of the gate insulating film on the bottom surface portion is larger than the thickness of the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer.
In one embodiment of the present invention, the gate electrode is made of polysilicon.
In an embodiment of the present invention, the gate finger is made of aluminum.

本発明の一実施形態では、前記ゲートフィンガーは、前記第2部分の前記第4辺側端から、前記第3辺に向かって突出した第4部分と、前記第3部分の前記第4辺側端から、前記第2辺に向かって突出した第5部分とをさらに含む。 In one embodiment of the present invention, the gate finger includes a fourth portion protruding toward the third side from an end of the second portion on the fourth side side, and a fourth side of the third portion. A fifth portion protruding from the end toward the second side is further included.

本発明の一実施形態では、平面視において、前記第2部分および前記第4部分からなる部分と、前記第3部分および前記第5部分からなる部分は、前記半導体層の前記第1辺の中央点と第4辺の中央点とを結ぶ仮想線に対して線対称である。 In one embodiment of the present invention, in plan view, a portion formed of the second portion and the fourth portion and a portion formed of the third portion and the fifth portion are at the center of the first side of the semiconductor layer. It is line-symmetric with respect to an imaginary line connecting the point and the center point of the fourth side.

本発明の一実施形態では、平面視において、前記第2部分および前記第4部分は、それぞれ前記半導体層の前記第2辺および前記第4辺の外周に沿って配置され、前記第3部分および前記第5部分は、それぞれ前記半導体層の前記第3辺および前記第4辺の外周に沿って配置されている。 In one embodiment of the present invention, in plan view, the second portion and the fourth portion are arranged along outer peripheries of the second side and the fourth side of the semiconductor layer, respectively, and the third portion and The fifth portions are arranged along the outer peripheries of the third side and the fourth side of the semiconductor layer, respectively.

本発明の一実施形態では、平面視において、前記半導体層の外周部には、前記ゲートフィンガーが形成されていない部分が存在する。 In one embodiment of the present invention, in a plan view, a portion where the gate finger is not formed exists in the outer peripheral portion of the semiconductor layer.

本発明の一実施形態では、前記半導体層の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、前記第1導電型のソース層の下面に接しかつ前記側面部の一部に接するように、前記半導体層内に形成された第2導電型のチャネル層と、前記ソース領域と電気的に接続され、前記ゲートフィンガーに重ならない領域に形成されたソースパッドとをさらに含む。 In an embodiment of the present invention, the source region of the first conductivity type formed in the surface layer portion of the semiconductor layer is in contact with the lower surface of the source layer of the first conductivity type and a part of the side surface portion. The semiconductor device further includes a second conductivity type channel layer formed in the semiconductor layer, and a source pad electrically connected to the source region and formed in a region not overlapping the gate finger.

本発明の一実施形態では、前記第2導電型のチャネル層と接するように前記半導体層の裏面まで到達するように形成された第1導電型のドレイン層と、前記半導体層の裏面側で前記ドレイン層と電気的に接続するドレイン電極とをさらに含む。 In one embodiment of the present invention, the drain layer of the first conductivity type formed so as to reach the back surface of the semiconductor layer so as to be in contact with the channel layer of the second conductivity type, and the back surface side of the semiconductor layer, It further includes a drain electrode electrically connected to the drain layer.

本発明の一実施形態では、前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型である。
本発明の一実施形態では、前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型である。
In one embodiment of the present invention, the first conductivity type is n-type and the second conductivity type is p-type.
In one embodiment of the present invention, the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type.

本発明の一実施形態では、平面視において、複数の前記ゲートトレンチは、アクティプ領域においては、格子状に形成され、非アクティプ領域においては、ストライプ状に形成されている。
本発明の一実施形態では、複数の前記ゲートトレンチは、等間隔に形成されている。
In one embodiment of the present invention, the plurality of gate trenches are formed in a grid pattern in the active region and in a stripe pattern in the non-active region in a plan view.
In one embodiment of the present invention, the plurality of gate trenches are formed at equal intervals.

本発明の一実施形態では、前記ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの側面上の側面絶縁膜および前記ゲートトレンチの底面上の底面絶縁膜を一体的に含み、前記側面絶縁膜は、前記ゲートトレンチの開口端に形成された上部エッジにおいて、前記ゲートトレンチの内方のみに突出するように、当該側面絶縁膜の他の部分に比べて選択的に厚くなったオーバーハング部を含む。 In one embodiment of the present invention, the gate insulating film integrally includes a side surface insulating film on a side surface of the gate trench and a bottom surface insulating film on a bottom surface of the gate trench, and the side surface insulating film is the gate trench. An upper edge formed at the opening end of the side trench includes an overhang portion that is selectively thicker than other portions of the side surface insulating film so as to project only inward of the gate trench.

本発明の一実施形態では、前記半導体層は、SiCからなる。
本発明の一実施形態では、平面視において、前記半導体層の外周に沿って形成された前記ゲートフィンガーの長手方向と、前記ゲート電極は平行である。
In one embodiment of the present invention, the semiconductor layer is made of SiC.
In one embodiment of the present invention, in a plan view, the longitudinal direction of the gate finger formed along the outer periphery of the semiconductor layer is parallel to the gate electrode.

図1(a)(b)は、本発明の一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。1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view and FIG. 1B is an enlarged internal view. Show. 図2(a)(b)(c)は、前記半導体装置の断面図であって、図2(a)は図1(b)の切断線IIa−IIaでの切断面、図2(b)は図1(b)の切断線IIb−IIbでの切断面、図2(c)は図1(b)の切断線IIc−IIcでの切断面をそれぞれ示す。2A, 2B, and 2C are cross-sectional views of the semiconductor device. FIG. 2A is a sectional view taken along a cutting line IIa-IIa in FIG. 1B and FIG. Shows the section along the section line IIb-IIb in FIG. 1(b), and FIG. 2(c) shows the section along the section line IIc-IIc in FIG. 1(b). 図3は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第1の実施形態を示す断面図である。FIG. 3 is a sectional view showing a first embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図4は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第2の実施形態を示す断面図である。FIG. 4 is a sectional view showing a second embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図5は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第3の実施形態を示す断面図である。FIG. 5 is a sectional view showing a third embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図6は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第4の実施形態を示す断面図である。FIG. 6 is a sectional view showing a fourth embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図7は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第5の実施形態を示す断面図である。FIG. 7 is a sectional view showing a fifth embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図8は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第6の実施形態を示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view showing a sixth embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図9は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第7の実施形態を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a seventh embodiment of the gate finger portion of the semiconductor device. 図10は、前記半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。FIG. 10 is a flowchart for explaining the method of manufacturing the semiconductor device. 図11は、上部エッジに傾斜面を形成する工程を説明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a step of forming an inclined surface on the upper edge. 図12は、上部エッジに円形面を形成する工程を説明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a step of forming a circular surface on the upper edge.

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、本発明の一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。
半導体装置1は、SiC(炭化シリコン)を用いたパワーMOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor)素子(個別素子)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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view and FIG. 1B is an enlarged internal view. Show.
The semiconductor device 1 includes a power MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) element (individual element) using SiC (silicon carbide). For example, the vertical length on the paper surface of FIG. 1 is about 1 mm. ..

図1(a)に示すように、半導体装置1は、半導体層の一例としてのSiC基板2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3と、アクティブ領域3を取り囲む非アクティブ領域としての外周領域4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5は、アクティブ領域3のほぼ全域を覆うように形成されている。ソースパッド5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5の周縁部には、外周領域4に沿ってソースパッド5の中央領域を取り囲む除去領域6が形成されている。除去領域6は、一部が選択的にソースパッド5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7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8は、ゲートパッド7から外周領域4に沿って除去領域6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8がゲートパッド7に対して対称な形状で形成されている。 As shown in FIG. 1A, a semiconductor device 1 is arranged in a central portion on a SiC substrate 2 as an example of a semiconductor layer and has an active region 3 functioning as a field effect transistor and an inactive region surrounding the active region 3. The outer peripheral area 4 is provided as an area. Source pad 5 made of aluminum, for example, is formed to cover almost the entire active region 3. The source pad 5 has a square shape in a plan view in this embodiment. A removal region 6 that surrounds the central region of the source pad 5 is formed along the outer peripheral region 4 at the peripheral portion of the source pad 5. A part of the removal region 6 is selectively recessed toward the central region of the source pad 5. The gate pad 7 is installed in this recess. A gate finger 8 made of aluminum, for example, extends from the gate pad 7 along the outer peripheral region 4 over the entire removal region 6. In this embodiment, the pair of gate fingers 8 are formed symmetrically with respect to the gate pad 7.

図1(b)に示すように、ソースパッド5等の直下においてSiC基板2には、ゲートトレンチ9が形成されている。ゲートトレンチ9は、アクティブ領域3および外周領域4に跨って形成されている。ゲートトレンチ9は、アクティブ領域3において格子状に形成され、MOSFETのゲートとして利用されるアクティブトレンチ91と、アクティブトレンチ91の各端部から外周領域4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91内のゲート電極15(後述)へのコンタクトとなるコンタクトトレンチ92とを含む。コンタクトトレンチ92は、アクティブトレンチ91の延長部で構成されている。なお、アクティブトレンチ91およびコンタクトトレンチ92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91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92は格子状やハニカム状等であってもよい。 As shown in FIG. 1B, a gate trench 9 is formed in the SiC substrate 2 immediately below the source pad 5 and the like. The gate trench 9 is formed across the active region 3 and the outer peripheral region 4. The gate trenches 9 are formed in a lattice shape in the active region 3, and are formed in a stripe shape in which active trenches 91 used as the gates of the MOSFETs and the respective outer ends of the active trenches 91 are drawn out to the outer peripheral region 4. And a contact trench 92 serving as a contact to the gate electrode 15 (described later) in 91. The contact trench 92 is formed by an extension of the active trench 91. The patterns of the active trench 91 and the contact trench 92 are not limited to these shapes. For example, the active trench 91 may have a stripe shape or a honeycomb shape. Further, the contact trench 92 may have a lattice shape or a honeycomb shape.

アクティブ領域3は、アクティブトレンチ91によって、さらに多数の単位セル10に区画されている。アクティブ領域3には、多数の単位セル10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10の上面には、その中央領域にp型チャネルコンタクト層11が形成され、p型チャネルコンタクト層11を取り囲むようにn型ソース層12が形成されている。n型ソース層12は、各単位セル10の側面(アクティブトレンチ91の側面)を形成している。 The active region 3 is divided into a larger number of unit cells 10 by the active trench 91. A large number of unit cells 10 are regularly arranged in a matrix in the active region 3. On the upper surface of each unit cell 10, a p + type channel contact layer 11 is formed in the central region thereof, and an n + type source layer 12 is formed so as to surround the p + type channel contact layer 11. The n + type source layer 12 forms a side surface of each unit cell 10 (a side surface of the active trench 91).

外周領域4においてゲートフィンガー8は、ストライプ状のコンタクトトレンチ92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8は、コンタクトトレンチ92の長手方向終端部(アクティブトレンチ91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92の終端部はゲートフィンガー8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2には、外周領域4全周に渡って掘り下げられた低段部13が形成されている。 In the outer peripheral region 4, the gate fingers 8 are laid along the direction crossing the striped contact trenches 92. In this embodiment, the gate finger 8 is laid in a region inside the longitudinal end portion of the contact trench 92 (the end portion on the side opposite to the active trench 91), and the end portion of the contact trench 92 is the gate finger. It protrudes outside of 8. In the region further outside the terminal end portion, the SiC substrate 2 is formed with a low step portion 13 dug down over the entire outer peripheral region 4.

次に、半導体装置1のアクティブ領域3および外周領域4の基本的な断面構造を説明する。
図2(a)(b)(c)は、前記半導体装置の断面図であって、図2(a)は図1(b)の切断線IIa−IIaでの切断面、図2(b)は図1(b)の切断線IIb−IIbでの切断面、図2(c)は図1(b)の切断線IIc−IIcでの切断面をそれぞれ示す。
Next, a basic sectional structure of the active region 3 and the outer peripheral region 4 of the semiconductor device 1 will be described.
2A, 2B, and 2C are cross-sectional views of the semiconductor device. FIG. 2A is a sectional view taken along a cutting line IIa-IIa in FIG. 1B and FIG. Shows the section along the section line IIb-IIb in FIG. 1(b), and FIG. 2(c) shows the section along the section line IIc-IIc in FIG. 1(b).

前述のように、半導体装置1は、SiC基板2を備えている。SiC基板2は、この実施形態では、第1導電型としての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。
SiC基板2の表面21側には、p型チャネル層14が形成されている。p型チャネル層14内には、n型ソース層12と、このn型ソース層12に取り囲まれた、第2導電型不純物領域の一例としてのp型チャネルコンタクト層11とが形成されている。n型ソース層12およびp型チャネルコンタクト層11は共にSiC基板2の表面21に露出している。
As described above, the semiconductor device 1 includes the SiC substrate 2. In this embodiment, the SiC substrate 2 is n-type as the first conductivity type and functions as the drain region (drift layer) of the field effect transistor.
A p-type channel layer 14 is formed on the front surface 21 side of the SiC substrate 2. In the p-type channel layer 14, an n + -type source layer 12 and a p + -type channel contact layer 11 surrounded by the n + -type source layer 12 and serving as an example of a second conductivity type impurity region are formed. ing. Both n + type source layer 12 and p + type channel contact layer 11 are exposed on surface 21 of SiC substrate 2.

また、SiC基板2の表面21側には、n型ソース層12およびp型チャネル層14を貫通してドレイン領域としてのSiC基板2に達するゲートトレンチ9が形成されている。ゲートトレンチ9によって、p型チャネル層14は、たとえば格子配列する多数の単位セル10に区画されている。
そして、ゲートトレンチ9に、たとえばポリシリコンからなるゲート電極15が埋め込まれており、このゲート電極15とSiC基板2との間にゲート絶縁膜16が介在されている。
Further, on the surface 21 side of SiC substrate 2, a gate trench 9 is formed which penetrates n + type source layer 12 and p type channel layer 14 and reaches SiC substrate 2 as a drain region. The gate trench 9 divides the p-type channel layer 14 into a large number of unit cells 10 arranged in a lattice, for example.
A gate electrode 15 made of, for example, polysilicon is embedded in the gate trench 9, and a gate insulating film 16 is interposed between the gate electrode 15 and the SiC substrate 2.

ゲート電極15は、たとえば図1(b)に斜線ハッチングで示されるように、アクティブ領域3においては、SiC基板2の表面21までゲートトレンチ9(アクティブトレンチ91)に埋め込まれている。これにより、ゲート電極15も格子状に形成されており、各単位セル10の上面はゲート電極15で覆われずに露出している。一方、外周領域4においては、ゲートトレンチ9(コンタクトトレンチ92)の開口端からSiC基板2の表面21を覆うように形成されたオーバーラップ部17を有している。オーバーラップ部17は、この実施形態では、ゲートフィンガー8に沿ってストライプ状のコンタクトトレンチ92を横切るように形成されている。ゲート絶縁膜16は、ゲートトレンチ9の側面上の側面絶縁膜18、底面上の底面絶縁膜19およびSiC基板2の表面21上の平面絶縁膜20を一体的に含む。この実施形態では、平面絶縁膜20は、少なくともオーバーラップ部17とSiC基板2の表面21との間に介在されている。 Gate electrode 15 is buried in gate trench 9 (active trench 91) up to surface 21 of SiC substrate 2 in active region 3 as shown by hatching in FIG. 1B, for example. As a result, the gate electrode 15 is also formed in a lattice shape, and the upper surface of each unit cell 10 is exposed without being covered with the gate electrode 15. On the other hand, the outer peripheral region 4 has the overlap portion 17 formed so as to cover the surface 21 of the SiC substrate 2 from the opening end of the gate trench 9 (contact trench 92). In this embodiment, the overlap portion 17 is formed so as to cross the striped contact trench 92 along the gate finger 8. Gate insulating film 16 integrally includes side surface insulating film 18 on the side surface of gate trench 9, bottom surface insulating film 19 on the bottom surface, and planar insulating film 20 on surface 21 of SiC substrate 2. In this embodiment, the planar insulating film 20 is interposed at least between the overlap portion 17 and the surface 21 of the SiC substrate 2.

アクティブ領域3において、ゲート電極15は、n型ソース層12とドレイン領域としてのSiC基板2との間に跨っていて、p型チャネル層14の表面(アクティブトレンチ91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1は、いわゆるトレンチゲート型構造のMOSFETを有している。
また、アクティブ領域3では、ドレイン領域としてのSiC基板2内にp型ピラー層22が形成されている。p型ピラー層22は、各単位セル10のp型チャネル層14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22は、p型チャネル層14のほぼ中央の領域において、たとえばp型チャネル層14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22は、p型チャネル層14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2において、p型チャネル層14よりも深い位置までSiC基板2の裏面に向かって延びている。すなわち、p型ピラー層22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基板2には、適当なピッチで配列されたp型ピラー層22と、互いに隣り合うp型ピラー層22の間に挟まれたn型ドレイン領域としてのSiC基板2とが表面21に沿う方向に交互に配列されている。
In the active region 3, the gate electrode 15 extends between the n + -type source layer 12 and the SiC substrate 2 serving as the drain region, and the inversion layer (side surface of the active trench 91) on the surface of the p-type channel layer 14 (side face). Channel) formation. That is, the semiconductor device 1 has a so-called trench gate type MOSFET.
In the active region 3, the p-type pillar layer 22 is formed in the SiC substrate 2 as the drain region. The p-type pillar layer 22 is formed in a region inside the p-type channel layer 14 of each unit cell 10. More specifically, in this embodiment, the p-type pillar layer 22 has, for example, a shape similar to the p-type channel layer 14 in a substantially central region of the p-type channel layer 14 (in a plan view in the layout of FIG. 1B). It is formed in a square). P-type pillar layer 22 is formed so as to be continuous with p-type channel layer 14, and extends toward the back surface of SiC substrate 2 to a position deeper than p-type channel layer 14 in SiC substrate 2 as the drain region. There is. That is, the p-type pillar layer 22 is formed in a substantially columnar shape (in the layout of FIG. 1B, a substantially square columnar shape). As a result, on the SiC substrate 2, the p-type pillar layers 22 arranged at an appropriate pitch and the SiC substrate 2 as an n-type drain region sandwiched between the p-type pillar layers 22 adjacent to each other are formed on the surface 21. Are arranged alternately in the direction along.

SiC基板2の表面21には、たとえば酸化シリコンからなる層間膜23が形成されている。層間膜23には、アクティブ領域3において、p型チャネル層14の中央領域にコンタクトホール24が選択的に形成されている。このコンタクトホール24は、p型チャネルコンタクト層11およびその周囲のn型ソース層12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1(b)に示すように、層間膜23には、外周領域4において、ゲートフィンガー8の直下にコンタクトホール25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25は、ゲートフィンガー8の幅方向中央において、外周領域4に沿ってアクティブ領域3を取り囲む直線状に形成されている。 An interlayer film 23 made of, for example, silicon oxide is formed on the surface 21 of the SiC substrate 2. A contact hole 24 is selectively formed in the interlayer film 23 in the central region of the p-type channel layer 14 in the active region 3. The contact hole 24 is formed in a region where the p + type channel contact layer 11 and a part of the surrounding n + type source layer 12 can be selectively exposed. Further, as shown in FIG. 1B, a contact hole 25 is selectively formed in the interlayer film 23 in the outer peripheral region 4 immediately below the gate finger 8. In this embodiment, the contact hole 25 is formed in a linear shape surrounding the active region 3 along the outer peripheral region 4 at the center of the gate finger 8 in the width direction.

層間膜23上には、ソースパッド5およびゲートフィンガー8(ゲートパッド7)が形成されている。ソースパッド5は、全てのコンタクトホール24に一括して入り込んでいて、各単位セル10においてn型ソース層12およびp型チャネルコンタクト層11に接続されている。したがって、n型ソース層12は、ソースパッド5と同電位となる。また、p型チャネル層14は、p型チャネルコンタクト層11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。ゲートフィンガー8は、コンタクトホール25に入り込んでいて、ゲート電極15のオーバーラップ部17に接続されている。したがって、アクティブトレンチ91に埋め込まれたゲート電極15は、オーバーラップ部17を介してゲートフィンガー8に接続されるので、ゲートフィンガー8(ゲートパッド7)と同電位となる。 The source pad 5 and the gate finger 8 (gate pad 7) are formed on the interlayer film 23. The source pad 5 collectively enters all the contact holes 24 and is connected to the n + type source layer 12 and the p + type channel contact layer 11 in each unit cell 10. Therefore, the n + type source layer 12 has the same potential as the source pad 5. Further, since the p-type channel layer 14 is connected to the source pad 5 via the p + -type channel contact layer 11, it has the same potential as the source pad 5. The gate finger 8 has entered the contact hole 25 and is connected to the overlapping portion 17 of the gate electrode 15. Therefore, the gate electrode 15 embedded in the active trench 91 is connected to the gate finger 8 via the overlap portion 17, and therefore has the same potential as the gate finger 8 (gate pad 7).

そして、このような構成の半導体装置1では、ゲートフィンガー8にオン電圧を印加すると、これによってゲート電極15のオーバーラップ部17にもオン電圧がかかる。そのため、オーバーラップ部17から発生する電界がコンタクトトレンチ92の上部エッジに集中しやすい。その結果、コンタクトトレンチ92の上部エッジにおいてゲート絶縁膜16が絶縁破壊するおそれがある。そこで、本願発明者らは、このようなゲート絶縁膜16の絶縁破壊を防止可能な構造として、図3〜図9に示す構造を見出した。 Then, in the semiconductor device 1 having such a configuration, when the ON voltage is applied to the gate finger 8, the ON voltage is also applied to the overlapping portion 17 of the gate electrode 15 by this. Therefore, the electric field generated from the overlapping portion 17 is likely to concentrate on the upper edge of the contact trench 92. As a result, there is a risk that the gate insulating film 16 will be dielectrically broken down at the upper edge of the contact trench 92. Therefore, the inventors of the present application have found the structure shown in FIGS. 3 to 9 as a structure capable of preventing such dielectric breakdown of the gate insulating film 16.

図3〜図9は、前記半導体装置のゲートフィンガー部の第1〜7の実施形態を示す断面図である。図4〜図9において、各図よりも前述した図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。
図3に示すように、第1の実施形態では、側面絶縁膜18は、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26においてコンタクトトレンチ92の内方へ突出するように、当該側面絶縁膜18の他の部分に比べて選択的に厚くなったオーバーハング部27を含んでいる。ここで、上部エッジ26は、コンタクトトレンチ92の側面とSiC基板2の表面21とが交わってできる交線を含む角部のことである。
3 to 9 are sectional views showing first to seventh embodiments of the gate finger portion of the semiconductor device. 4 to 9, parts corresponding to the respective parts shown in the above-mentioned drawings are designated by the same reference numerals rather than the respective drawings.
As shown in FIG. 3, in the first embodiment, the side surface insulating film 18 is formed on the other portion of the side surface insulating film 18 so as to project inward of the contact trench 92 at the upper edge 26 of the contact trench 92. It includes an overhang portion 27 that is selectively thicker than the other. Here, upper edge 26 is a corner portion including a line of intersection formed by the side surface of contact trench 92 and surface 21 of SiC substrate 2.

このオーバーハング部27によって、上部エッジ26におけるゲート絶縁膜16の耐圧を向上させることができる。そのため、ゲートのオン時に上部エッジ26に電界が集中しても、上部エッジ26でのゲート絶縁膜16の絶縁破壊を防止することができる。その結果、ゲートオン電圧に対する信頼性を向上させることができる。
また、ゲート絶縁膜16の各部の厚さの関係について、底面絶縁膜19の厚さtが平面絶縁膜20の厚さt以上であり(t≧t)、厚さt,tが共に側面絶縁膜18(オーバーハング部27を除く)の厚さtに比べて大きいことが好ましい。つまり、t≧t>tの関係を満たしている。
With this overhang portion 27, the breakdown voltage of the gate insulating film 16 at the upper edge 26 can be improved. Therefore, even if an electric field is concentrated on the upper edge 26 when the gate is turned on, it is possible to prevent dielectric breakdown of the gate insulating film 16 at the upper edge 26. As a result, the reliability with respect to the gate-on voltage can be improved.
Regarding the relationship of the thickness of each part of the gate insulating film 16, the thickness t 2 of the bottom surface insulating film 19 is equal to or more than the thickness t 1 of the flat insulating film 20 (t 2 ≧t 1 ), and the thickness t 1 , It is preferable that both t 2 are larger than the thickness t 3 of the side surface insulating film 18 (excluding the overhang portion 27). That is, the relationship of t 2 ≧t 1 >t 3 is satisfied.

この構成によって、底面絶縁膜19を介して互いに向かい合うゲート電極15とn型ドレイン領域としてのSiC基板2とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。また、底面絶縁膜19の耐圧を向上させることができるので、ゲートのオフ時における底面絶縁膜19の絶縁破壊を防止することもできる。また、平面絶縁膜20も厚いので、平面絶縁膜20を介して互いに向かい合うゲート電極15(オーバーラップ部17)とn型ドレイン領域としてのSiC基板2とによって構成されるキャパシタの容量を低減することができる。その結果、ゲート全体としての容量(ゲート容量)を低減することができる。 With this configuration, it is possible to reduce the capacitance of the capacitor formed by the gate electrode 15 and the SiC substrate 2 serving as the n-type drain region that face each other via the bottom surface insulating film 19. As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced. Further, since the breakdown voltage of the bottom surface insulating film 19 can be improved, it is also possible to prevent dielectric breakdown of the bottom surface insulating film 19 when the gate is off. Further, since the planar insulating film 20 is also thick, it is possible to reduce the capacitance of the capacitor formed by the gate electrode 15 (overlap portion 17) and the SiC substrate 2 as the n-type drain region which face each other with the planar insulating film 20 interposed therebetween. You can As a result, the capacitance of the entire gate (gate capacitance) can be reduced.

また、コンタクトトレンチ92の底部における下部エッジが、コンタクトトレンチ92の側面と底面とを連ならせる円形面28である。つまり、コンタクトトレンチ92の下部エッジが鋭くなっておらず、円形面28によって丸みを帯びている。
この構成によって、ゲートのオフ時に下部エッジにかかる電界を円形面28内に分散させることができるので、下部エッジでの電界集中を緩和することができる。
The lower edge at the bottom of the contact trench 92 is a circular surface 28 that connects the side surface and the bottom surface of the contact trench 92. That is, the lower edge of the contact trench 92 is not sharp, but is rounded by the circular surface 28.
With this configuration, the electric field applied to the lower edge when the gate is off can be dispersed in the circular surface 28, so that the electric field concentration at the lower edge can be relaxed.

図4に示す第2の実施形態では、図3の構成に加えてさらに、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26が、SiC基板2の表面21とコンタクトトレンチ92の側面とを連ならせる傾斜面29となっている。つまり、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26が面取りされた形状となっている。
この構成によって、ゲートのオン時に上部エッジ26にかかる電界を傾斜面29内に分散させることができるので、上部エッジ26での電界集中を緩和することができる。
In the second embodiment shown in FIG. 4, in addition to the configuration of FIG. 3, the upper edge 26 of the contact trench 92 further has an inclined surface 29 connecting the surface 21 of the SiC substrate 2 and the side surface of the contact trench 92. Has become. That is, the upper edge 26 of the contact trench 92 is chamfered.
With this configuration, the electric field applied to the upper edge 26 when the gate is turned on can be dispersed in the inclined surface 29, so that the electric field concentration at the upper edge 26 can be relaxed.

図5に示す第3の実施形態では、図3の構成に加えてさらに、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26が、SiC基板2の表面21とコンタクトトレンチ92の側面とを連ならせる円形面30となっている。つまり、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26が鋭くなっておらず、円形面30によって丸みを帯びている。
この構成によって、ゲートのオン時に上部エッジ26にかかる電界を円形面30内に分散させることができるので、上部エッジ26での電界集中を緩和することができる。
In the third embodiment shown in FIG. 5, in addition to the configuration of FIG. 3, the upper edge 26 of the contact trench 92 further includes a circular surface 30 that connects the surface 21 of the SiC substrate 2 and the side surface of the contact trench 92. Has become. That is, the upper edge 26 of the contact trench 92 is not sharp and is rounded by the circular surface 30.
With this configuration, the electric field applied to the upper edge 26 when the gate is turned on can be dispersed in the circular surface 30, so that the electric field concentration at the upper edge 26 can be relaxed.

図6に示す第4の実施形態では、図4の構成に加えてさらに、SiC基板2の表面21側に、アクティブ領域3のp型チャネル層14(図2(a)参照)と同じ深さ位置に形成された第2導電型層としてのp型層31が形成されている。
この構成によって、外周領域4のp型層31を、アクティブ領域3のp型チャネル層14と同一の工程で形成することができるので、半導体装置1の製造工程を簡略化することができる。また、ゲート絶縁膜16とn型ドレイン領域としてのSiC基板2との接触面積を減らすことができるので、リーク電流を低減することができ、ゲート容量を低減することもできる。
In the fourth embodiment shown in FIG. 6, in addition to the configuration of FIG. 4, the same depth as the p-type channel layer 14 (see FIG. 2A) of the active region 3 is further provided on the surface 21 side of the SiC substrate 2. A p-type layer 31 as a second conductivity type layer formed at the position is formed.
With this configuration, the p-type layer 31 in the outer peripheral region 4 can be formed in the same step as the p-type channel layer 14 in the active region 3, so that the manufacturing process of the semiconductor device 1 can be simplified. Moreover, since the contact area between the gate insulating film 16 and the SiC substrate 2 as the n-type drain region can be reduced, the leak current can be reduced and the gate capacitance can be reduced.

図7に示す第5の実施形態では、図6の構成に加えてさらに、p型層31内に、アクティブ領域3のn型ソース層12(図2(a)参照)と同じ深さ位置に形成された第1導電型層としてのn型層32が形成されている。
この構成によって、外周領域4のn型層32を、アクティブ領域3のn型ソース層12と同一の工程で形成することができるので、半導体装置1の製造工程を簡略化することができる。
In the fifth embodiment shown in FIG. 7, in addition to the configuration of FIG. 6, the p-type layer 31 further has the same depth position as the n + -type source layer 12 (see FIG. 2A) of the active region 3. An n + -type layer 32 is formed as a first conductivity type layer formed on the substrate.
With this configuration, the n + -type layer 32 in the outer peripheral region 4 can be formed in the same step as the n + -type source layer 12 in the active region 3, so that the manufacturing process of the semiconductor device 1 can be simplified. ..

図8に示す第6の実施形態では、図6の構成に加えてさらに、p型層31に連なるように、アクティブ領域3のp型ピラー層22と同じ深さ位置に形成された底部第2導電型層としての底部p型層33が形成されている。底部p型層33は、p型層31の下方でコンタクトトレンチ92に露出するドレイン領域としてのSiC基板2が隠れるように、コンタクトトレンチ92の底面および側面に形成されている。底部p型層33は、コンタクトトレンチ92の側面においてp型層31に連続している。 In the sixth embodiment shown in FIG. 8, in addition to the configuration of FIG. A bottom p-type layer 33 as a conductivity type layer is formed. The bottom p-type layer 33 is formed on the bottom surface and the side surface of the contact trench 92 so that the SiC substrate 2 as the drain region exposed in the contact trench 92 is hidden below the p-type layer 31. The bottom p-type layer 33 is continuous with the p-type layer 31 on the side surface of the contact trench 92.

この構成によって、底部p型層33とn型ドレイン領域としてのSiC基板2との接合(pn接合)によって生じる空乏層を、コンタクトトレンチ92付近に発生させることができる。そして、この空乏層の存在によって、等電位面をゲート絶縁膜16から遠ざけることができる。その結果、コンタクトトレンチ92の底部においてゲート絶縁膜16にかかる電界を緩和することができる。さらに、外周領域4の底部p型層33を、アクティブ領域3のp型ピラー層22と同一の工程で形成することができるので、半導体装置1の製造工程を簡略化することもできる。この底部p型層33は、図9に示す第7実施形態のように、図7の構成と組み合わされてもよい。 With this configuration, a depletion layer generated by the junction (pn junction) between bottom p-type layer 33 and SiC substrate 2 as the n-type drain region can be generated near contact trench 92. The presence of this depletion layer can keep the equipotential surface away from the gate insulating film 16. As a result, the electric field applied to the gate insulating film 16 at the bottom of the contact trench 92 can be relaxed. Furthermore, since the bottom p-type layer 33 of the outer peripheral region 4 can be formed in the same step as the p-type pillar layer 22 of the active region 3, the manufacturing process of the semiconductor device 1 can be simplified. This bottom p-type layer 33 may be combined with the configuration of FIG. 7 as in the seventh embodiment shown in FIG.

なお、ここでは図示しなかったが、図3〜図9に示したオーバーハング部27、円形面28、傾斜面29、円形面30は、アクティブトレンチ91にも同様に形成されていてもよい。
図10は、前記半導体装置の製造方法を説明するためのフロー図である。
半導体装置1を製造するには、たとえば、SiC基板2の表面21に選択的に不純物を注入し、アニール処理する(ステップS1)。これにより、p型チャネル層14、n型ソース層12、p型チャネルコンタクト層11等の不純物領域が形成される。次に、所定パターンでSiC基板2を表面21からエッチングすることによって、SiC基板2にゲートトレンチ9(アクティブトレンチ91およびコンタクトトレンチ92)が形成される(ステップS2)。
Although not shown here, the overhang portion 27, the circular surface 28, the inclined surface 29, and the circular surface 30 shown in FIGS. 3 to 9 may be similarly formed in the active trench 91.
FIG. 10 is a flowchart for explaining the method of manufacturing the semiconductor device.
To manufacture the semiconductor device 1, for example, impurities are selectively implanted into the surface 21 of the SiC substrate 2 and an annealing treatment is performed (step S1). Thereby, impurity regions such as the p-type channel layer 14, the n + -type source layer 12, and the p + -type channel contact layer 11 are formed. Then, by etching SiC substrate 2 from surface 21 with a predetermined pattern, gate trench 9 (active trench 91 and contact trench 92) is formed in SiC substrate 2 (step S2).

次の工程は、ゲート絶縁膜16の形成である(ステップS3)。ゲート絶縁膜16の形成は、コンタクトトレンチ92の上部エッジ26において他の部分に比べて選択的に厚くなるオーバーハング部27が形成されるように、所定の条件(ガス流量、ガス種、ガス比率、ガス供給時間等)下でのCVD法を用いてゲートトレンチ9内に絶縁材料を堆積させる。これによって、オーバーハング部27を有するゲート絶縁膜16が形成される。 The next step is the formation of the gate insulating film 16 (step S3). The gate insulating film 16 is formed under predetermined conditions (gas flow rate, gas species, gas ratio) so that the overhang portion 27 that is selectively thicker than other portions is formed at the upper edge 26 of the contact trench 92. , Gas supply time, etc.) is used to deposit an insulating material in the gate trench 9. As a result, the gate insulating film 16 having the overhang portion 27 is formed.

ここで、図4および図6〜図9に示したように上部エッジ26に傾斜面29を形成する場合には、ゲートトレンチ9の形成後ゲート絶縁膜16の形成前に、SiC基板2を熱酸化する。具体的には、図11に示すように、SiC基板2を熱酸化することによって、犠牲酸化膜34が形成される。犠牲酸化膜34の形成に際して、コンタクトトレンチ92近傍では、SiC基板2の表面21およびコンタクトトレンチ92の側面の両方から一様に酸化が始まる。そのため、上部エッジ26ではSiC基板2の表面21から進行した酸化膜と、コンタクトトレンチ92の側面から進行した酸化膜が、他の領域に比べて先に一体化する。これによって一体化した酸化膜の下方に傾斜面29が形成されることとなる。その後、犠牲酸化膜34を除去し、ゲート絶縁膜16をCVD法で形成すればよい。 Here, when the inclined surface 29 is formed on the upper edge 26 as shown in FIGS. 4 and 6 to 9, the SiC substrate 2 is heated after the formation of the gate trench 9 and before the formation of the gate insulating film 16. Oxidize. Specifically, as shown in FIG. 11, the sacrificial oxide film 34 is formed by thermally oxidizing the SiC substrate 2. When forming the sacrificial oxide film 34, in the vicinity of the contact trench 92, oxidation uniformly starts from both the surface 21 of the SiC substrate 2 and the side surface of the contact trench 92. Therefore, at the upper edge 26, the oxide film that has progressed from the surface 21 of the SiC substrate 2 and the oxide film that has progressed from the side surface of the contact trench 92 are integrated earlier than other regions. As a result, the inclined surface 29 is formed below the integrated oxide film. After that, the sacrificial oxide film 34 may be removed and the gate insulating film 16 may be formed by the CVD method.

この図11の手法を採用する場合、図6〜図9のようにSiC基板2の表面21側にp型層31やn型層32が形成されていれば、当該部分においてはドレイン領域としてのSiC基板2よりも熱酸化レートが速くなるので、より簡単に傾斜面29を形成することができる。
一方、図5に示したように上部エッジ26に円形面30を形成する場合には、ゲートトレンチ9の形成後ゲート絶縁膜16の形成前に、SiC基板2をHアニール処理する。具体的には、図12に示すように、SiC基板2に対して1400℃以上でHアニール(Hエッチング)を施すことによって、上部エッジ26に円形面30が形成される。
When the method of FIG. 11 is adopted, if the p-type layer 31 and the n + -type layer 32 are formed on the surface 21 side of the SiC substrate 2 as shown in FIGS. 6 to 9, a drain region is formed in that portion. Since the thermal oxidation rate is faster than that of the SiC substrate 2, the inclined surface 29 can be formed more easily.
On the other hand, when the circular surface 30 is formed on the upper edge 26 as shown in FIG. 5, the SiC substrate 2 is annealed with H 2 after the formation of the gate trench 9 and before the formation of the gate insulating film 16. Specifically, as shown in FIG. 12, circular surface 30 is formed on upper edge 26 by applying H 2 annealing (H 2 etching) to SiC substrate 2 at 1400° C. or higher.

再び図10に戻って、ゲート絶縁膜16の形成後、ゲートトレンチ9を埋め戻し、ゲートトレンチ9全体が隠れるまでポリシリコンを堆積する(ステップS4)。そして、堆積したポリシリコンをパターニングすることによって、アクティブ領域3においてはアクティブトレンチ91外のポリシリコンを除去し、同時に、外周領域4においてはポリシリコンをオーバーラップ部17として残存させる。 Returning to FIG. 10 again, after forming the gate insulating film 16, the gate trench 9 is backfilled and polysilicon is deposited until the entire gate trench 9 is hidden (step S4). Then, by patterning the deposited polysilicon, the polysilicon outside the active trench 91 is removed in the active region 3, and at the same time, the polysilicon is left as the overlap portion 17 in the outer peripheral region 4.

次に、CVD法によって、SiC基板2上に、層間膜23を形成する(ステップS5)。次に、層間膜23をパターニングすることによって、コンタクトホール24およびコンタクトホール25を同時に形成する(ステップS6)。
次に、スパッタ法、蒸着法によって、層間膜23上にアルミニウム等の金属材料を堆積させる(ステップS7)。これにより、ソースパッド5、ゲートパッド7およびゲートフィンガー8が形成される。以上の工程等を経て、図1に示す半導体装置1が得られる。
Next, the interlayer film 23 is formed on the SiC substrate 2 by the CVD method (step S5). Next, the contact hole 24 and the contact hole 25 are simultaneously formed by patterning the interlayer film 23 (step S6).
Next, a metal material such as aluminum is deposited on the interlayer film 23 by the sputtering method and the vapor deposition method (step S7). As a result, the source pad 5, the gate pad 7 and the gate finger 8 are formed. Through the above steps and the like, the semiconductor device 1 shown in FIG. 1 is obtained.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、さらに他の形態で実施することも可能である。
たとえば、前述の半導体装置1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。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention can be implemented in other forms.
For example, a configuration in which the conductivity type of each semiconductor portion of the semiconductor device 1 described above is inverted may be adopted. For example, in the semiconductor device 1, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.

また、半導体装置1に採用される半導体は、SiCに限らず、たとえば、Si、GaN、ダイヤモンド等であってもよい。
また、オーバーラップ部17は、外周領域4に限らず、アクティブ領域3に形成されていてもよい。たとえば、各単位セル10の上面が隠れない程度にアクティブトレンチ91の開口端の周囲のみを覆うことによって、アクティブ領域3にもオーバーラップ部17を形成してもよい。この場合、アクティブトレンチ91にもオーバーハング部27を形成しておけば、前述と同様の耐圧向上効果を得ることができる。すなわち、ゲートフィンガー8の直下の構造は、本発明のオーバーハング部27による耐圧向上の効果を示す一例に過ぎず、同様の効果を得ることができる構造であれば、ゲートフィンガー部だけに限らない。
The semiconductor adopted in the semiconductor device 1 is not limited to SiC, and may be Si, GaN, diamond, or the like.
Further, the overlapping portion 17 is not limited to the outer peripheral region 4 and may be formed in the active region 3. For example, the overlapping portion 17 may be formed in the active region 3 by covering only the periphery of the open end of the active trench 91 to the extent that the upper surface of each unit cell 10 is not hidden. In this case, by forming the overhang portion 27 also in the active trench 91, the same withstand voltage improving effect as described above can be obtained. That is, the structure immediately below the gate finger 8 is merely an example showing the effect of improving the withstand voltage by the overhang portion 27 of the present invention, and is not limited to the gate finger portion as long as the same effect can be obtained. ..

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, various design changes can be made within the scope of the matters described in the claims.

1 半導体装置
2 SiC基板
21 表面
3 アクティブ領域
4 外周領域
8 ゲートフィンガー
9 ゲートトレンチ
91 アクティブトレンチ
92 コンタクトトレンチ
12 n型ソース層
14 p型チャネル層
15 ゲート電極
16 ゲート絶縁膜
17 オーバーラップ部
18 側面絶縁膜
19 底面絶縁膜
20 平面絶縁膜
22 p型ピラー層
23 層間膜
26 上部エッジ
27 オーバーハング部
28 円形面
29 傾斜面
30 円形面
31 p型層
32 n型層
33 底部p型層
34 犠牲酸化膜
1 Semiconductor Device 2 SiC Substrate 21 Surface 3 Active Region 4 Peripheral Region 8 Gate Finger 9 Gate Trench 91 Active Trench 92 Contact Trench 12 n + Type Source Layer 14 p Type Channel Layer 15 Gate Electrode 16 Gate Insulating Film 17 Overlap 18 Side Insulating film 19 Bottom insulating film 20 Planar insulating film 22 p-type pillar layer 23 Interlayer film 26 Upper edge 27 Overhang part 28 Circular surface 29 Inclined surface 30 Circular surface 31 p-type layer 32 n + type layer 33 Bottom p-type layer 34 Sacrifice Oxide film

Claims (20)

半導体層と、
前記半導体層の表面から掘り下げられかつ側面部および底面部を有するゲートトレンチであって、前記半導体層の表面と前記側面部とが円形面を介して連なっているゲートトレンチと、
少なくとも前記ゲートトレンチの前記側面部および前記底面部を覆うよう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たゲート電極と、
前記半導体層の表面の一部と前記ゲート電極を覆うように形成された層間絶縁膜と、
前記ゲート電極に電気的に接続されるゲートパッドと、
前記層間絶縁膜上に形成されかつ一部が前記層間絶縁膜を貫通してゲート電極に電気的に接続されたゲートフィンガーとを備え、
前記半導体層は、平面視において、四角形状であり、
前記ゲートパッドは、前記半導体層の第1辺の中央部付近に配置されており、
前記ゲートフィンガーは、前記ゲードパッドに接続されかつ前記半導体層の第1辺に沿って、前記第1辺と直交する第2辺および第3辺に向かって延びた第1部分と、前記第1部分の前記第2辺側端から、前記第1辺と対向する第4辺に向かって延びる第2部分と、前記第1部分の前記第3辺側端から、前記第4辺に向かって延びた第3部分とを含む、半導体装置。
A semiconductor layer,
A gate trench that is dug down from the surface of the semiconductor layer and has a side surface portion and a bottom surface portion, wherein the surface of the semiconductor layer and the side surface portion are continuous through a circular surface, and
A gate insulating film formed to cover at least the side surface portion and the bottom surface portion of the gate trench;
A gate electrode embedded in the gate trench,
An interlayer insulating film formed so as to cover a part of the surface of the semiconductor layer and the gate electrode;
A gate pad electrically connected to the gate electrode,
A gate finger formed on the interlayer insulating film and partly penetrating the interlayer insulating film and electrically connected to a gate electrode;
The semiconductor layer has a rectangular shape in a plan view,
The gate pad is arranged near the center of the first side of the semiconductor layer,
The gate finger is connected to the gate pad and extends along a first side of the semiconductor layer toward a second side and a third side orthogonal to the first side, and the first portion. A second portion extending from the second side end of the first portion toward a fourth side opposite to the first side, and a third portion of the first portion extending from the third side end toward the fourth side. A semiconductor device including a third portion.
断面視において、前記側面部は、曲面部を介して、前記底面部に連なる様に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the side surface portion is formed so as to be continuous with the bottom surface portion via a curved surface portion in a cross-sectional view. 前記底面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記側面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい、請求項1または2に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the thickness of the gate insulating film on the bottom surface portion is larger than the thickness of the gate insulating film on the side surface portion. 前記ゲート絶縁膜は、所定領域においては、前記半導体層の表面上にも形成されており、
前記半導体層の表面上の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記側面部上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい、請求項3に記載の半導体装置。
The gate insulating film is also formed on the surface of the semiconductor layer in a predetermined region,
The semiconductor device according to claim 3, wherein the thickness of the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer is larger than the thickness of the gate insulating film on the side surface portion.
前記底面部の前記ゲート絶縁膜の厚さは、前記半導体層の表面上の前記ゲート絶縁膜の厚さより大きい、請求項4に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 4, wherein the thickness of the gate insulating film on the bottom surface portion is larger than the thickness of the gate insulating film on the surface of the semiconductor layer. 前記ゲート電極は、ポリシリコンからなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate electrode is made of polysilicon. 前記ゲートフィンガーは、アルミニウムからなる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate finger is made of aluminum. 前記ゲートフィンガーは、
前記第2部分の前記第4辺側端から、前記第3辺に向かって突出した第4部分と、
前記第3部分の前記第4辺側端から、前記第2辺に向かって突出した第5部分とをさらに含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の半導体装置。
The gate finger is
A fourth portion projecting from the fourth side edge of the second portion toward the third side;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising: a fifth portion protruding from the end of the third portion on the fourth side toward the second side.
平面視において、前記第2部分および前記第4部分からなる部分と、前記第3部分および前記第5部分からなる部分は、前記半導体層の前記第1辺の中央点と第4辺の中央点とを結ぶ仮想線に対して線対称である、請求項8に記載の半導体装置。 In a plan view, a portion formed of the second portion and the fourth portion and a portion formed of the third portion and the fifth portion are a center point of the first side and a center point of the fourth side of the semiconductor layer. 9. The semiconductor device according to claim 8, which is line-symmetric with respect to an imaginary line connecting and. 平面視において、前記第2部分および前記第4部分は、それぞれ前記半導体層の前記第2辺および前記第4辺の外周に沿って配置され、
前記第3部分および前記第5部分は、それぞれ前記半導体層の前記第3辺および前記第4辺の外周に沿って配置されている、請求項9に記載の半導体装置。
In a plan view, the second portion and the fourth portion are arranged along the outer peripheries of the second side and the fourth side of the semiconductor layer, respectively.
The semiconductor device according to claim 9, wherein the third portion and the fifth portion are arranged along outer peripheries of the third side and the fourth side of the semiconductor layer, respectively.
平面視において、前記半導体層の外周部には、前記ゲートフィンガーが形成されていない部分が存在する、請求項10に記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 10, wherein a portion where the gate finger is not formed is present in an outer peripheral portion of the semiconductor layer in a plan view. 前記半導体層の表層部に形成された第1導電型のソース領域と、
前記第1導電型のソース層の下面に接しかつ前記側面部の一部に接するように、前記半導体層内に形成された第2導電型のチャネル層と、
前記ソース領域と電気的に接続され、前記ゲートフィンガーに重ならない領域に形成されたソースパッドとをさらに含む、請求項1〜11のいずれか一項に記載の半導体装置。
A source region of the first conductivity type formed in a surface layer portion of the semiconductor layer;
A second conductivity type channel layer formed in the semiconductor layer so as to contact the lower surface of the first conductivity type source layer and a part of the side surface portion;
The semiconductor device according to claim 1, further comprising a source pad electrically connected to the source region and formed in a region that does not overlap the gate finger.
前記第2導電型のチャネル層と接するように前記半導体層の裏面まで到達するように形成された第1導電型のドレイン層と、
前記半導体層の裏面側で前記ドレイン層と電気的に接続するドレイン電極とをさらに含む、請求項12に記載の半導体装置。
A drain layer of the first conductivity type formed so as to reach the back surface of the semiconductor layer so as to be in contact with the channel layer of the second conductivity type;
The semiconductor device according to claim 12, further comprising a drain electrode electrically connected to the drain layer on the back surface side of the semiconductor layer.
前記第1導電型はn型であり、前記第2導電型はp型である、請求項12または13に記載の半導体装置。 14. The semiconductor device according to claim 12, wherein the first conductivity type is n type and the second conductivity type is p type. 前記第1導電型はp型であり、前記第2導電型はn型である、請求項12または13に記載の半導体装置。 14. The semiconductor device according to claim 12, wherein the first conductivity type is p-type and the second conductivity type is n-type. 平面視において、複数の前記ゲートトレンチは、アクティプ領域においては、格子状に形成され、非アクティプ領域においては、ストライプ状に形成されている、請求項1〜15のいずれか一項に記載の半導体装置。 16. The semiconductor according to claim 1, wherein the plurality of gate trenches are formed in a grid pattern in an active region and in a stripe pattern in a non-active region in a plan view. apparatus. 複数の前記ゲートトレンチは、等間隔に形成されている、請求項16に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 16, wherein the plurality of gate trenches are formed at equal intervals. 前記ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの側面上の側面絶縁膜および前記ゲートトレンチの底面上の底面絶縁膜を一体的に含み、
前記側面絶縁膜は、前記ゲートトレンチの開口端に形成された上部エッジにおいて、前記ゲートトレンチの内方のみに突出するように、当該側面絶縁膜の他の部分に比べて選択的に厚くなったオーバーハング部を含む、請求項1〜17のいずれか一項に記載の半導体装置。
The gate insulating film integrally includes a side surface insulating film on a side surface of the gate trench and a bottom surface insulating film on a bottom surface of the gate trench,
The side surface insulating film is selectively thicker than other portions of the side surface insulating film so that the side surface insulating film protrudes only inside the gate trench at the upper edge formed at the opening end of the gate trench. The semiconductor device according to claim 1, further comprising an overhang portion.
前記半導体層は、SiCからなる、請求項1〜18のいずれかに記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor layer is made of SiC. 平面視において、前記半導体層の外周に沿って形成された前記ゲートフィンガーの長手方向と、前記ゲート電極は平行である、請求項1〜19のいずれかに記載の半導体装置。 20. The semiconductor device according to claim 1, wherein a longitudinal direction of the gate finger formed along the outer periphery of the semiconductor layer is parallel to the gate electrode in a plan view.
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