JP2023118911A - Semiconductor device - Google Patents

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勇介 小林
Yusuke Kobayashi
学 武井
Manabu Takei
信介 原田
Shinsuke Harada
直樹 熊谷
Naoki Kumagai
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Abstract

To provide a semiconductor device with which it is possible to bring a contact region and a source electrode in a connection region into direct contact on a front surface side of a semiconductor substrate.SOLUTION: A first trench 7 constituting a trench gate structure and a second trench 21 constituting a trench side wall SBD20 are alternately and repeatedly arranged in an active region 41. A gate runner 34 and a gate pad are provided on a front surface of a semiconductor substrate 10 in a connection region 43. Some of the first trenches 7 extends in a first direction X up to a recess 43a in the connection region 43 and is connected in said part 51 facing the gate runner 34 in a depth direction Z. In the connection region 43, a contact hole 11b, having had a p+ type contact region 6 exposed, is provided on a side opposite the first trench 7 as seen from the runner connection region 51 in the first direction X. A source electrode ohmically contacts the p+ type contact region 6 that is exposed to the contact hole 11b.SELECTED DRAWING: Figure 3

Description

この発明は、半導体装置に関する。 The present invention relates to semiconductor devices.

従来、炭化珪素(SiC)を半導体材料として用いたMOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor:絶縁ゲート型電界効果トランジスタ、以下、SiC-MOSFETとする)では、p型ベース領域とn-型ドリフト領域とのpn接合で形成される寄生pnダイオードが順方向バイアスされて当該寄生pnダイオードを経由してバイポーラ電流が流れると、半導体基板(半導体チップ)の内部に積層欠陥が成長し、この積層欠陥成長に起因して順方向特性劣化が引き起こされる。 Conventionally, in a MOSFET (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor: hereinafter referred to as SiC-MOSFET) using silicon carbide (SiC) as a semiconductor material, a p-type base region and an n − -type drift region When the parasitic pn diode formed by the pn junction of is forward-biased and a bipolar current flows through the parasitic pn diode, stacking faults grow inside the semiconductor substrate (semiconductor chip). As a result, deterioration of forward characteristics is caused.

この順方向特性劣化は、SiC-MOSFETと同一の半導体基板にショットキーバリアダイオード(SBD:Schottky Barrier Diode)を内蔵することで抑制可能である。その理由は、SiC-MOSFETの寄生pnダイオードの順方向バイアス時、当該寄生pnダイオードを経由してバイポーラ電流が流れ始める順方向電圧よりも低い順方向電圧でSBDを経由してバイポーラ電流が流れるからである。また、寄生pnダイオードを経由してバイポーラ電流が流れることを防止することで、SiC-MOSFETの低オン抵抗化が可能である。 This forward characteristic deterioration can be suppressed by embedding a Schottky barrier diode (SBD) in the same semiconductor substrate as the SiC-MOSFET. The reason is that when the parasitic pn diode of the SiC-MOSFET is forward biased, the bipolar current flows through the SBD at a forward voltage lower than the forward voltage at which the bipolar current begins to flow through the parasitic pn diode. is. Also, by preventing a bipolar current from flowing through the parasitic pn diode, it is possible to reduce the on-resistance of the SiC-MOSFET.

従来のSiC-MOSFETの構造について説明する。図14は、従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。図14に示す従来の炭化珪素半導体装置は、炭化珪素からなる半導体基板(半導体チップ)210のおもて面側にトレンチゲート構造を有する縦型SiC-MOSFETであり、同一の半導体基板210に後述するトレンチ側壁SBD220を内蔵する。トレンチゲート構造は、活性領域241に設けられたp型ベース領域204、n+型ソース領域205、p+型コンタクト領域206、第1トレンチ207、ゲート絶縁膜208およびゲート電極209からなる。 A structure of a conventional SiC-MOSFET will be described. FIG. 14 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. The conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIG. 14 is a vertical SiC-MOSFET having a trench gate structure on the front surface side of a semiconductor substrate (semiconductor chip) 210 made of silicon carbide. The trench sidewall SBD 220 is built in. The trench gate structure consists of p-type base region 204 , n + -type source region 205 , p + -type contact region 206 , first trench 207 , gate insulating film 208 and gate electrode 209 provided in active region 241 .

第1トレンチ207は、n+型ソース領域205およびp型ベース領域204を貫通してn型電流拡散領域203に達する。第1トレンチ207の内部には、ゲート絶縁膜208を介してゲート電極209が設けられている。隣り合う第1トレンチ207の間に、第1トレンチ207と離して、第2トレンチ221が設けられている。第2トレンチ221は、p+型コンタクト領域206およびp型ベース領域204を貫通してn型電流拡散領域203に達する。第2トレンチ221の内部には、チタン(Ti)またはタングステン(W)からなる導電層222が埋め込まれている。 First trench 207 penetrates n + -type source region 205 and p-type base region 204 to reach n-type current diffusion region 203 . A gate electrode 209 is provided inside the first trench 207 with a gate insulating film 208 interposed therebetween. A second trench 221 is provided between adjacent first trenches 207 so as to be separated from the first trenches 207 . Second trench 221 penetrates p + -type contact region 206 and p-type base region 204 to reach n-type current diffusion region 203 . A conductive layer 222 made of titanium (Ti) or tungsten (W) is buried inside the second trench 221 .

第2トレンチ221の側壁に、導電層222とn型電流拡散領域203とのショットキー接合によるSBD(以下、トレンチ側壁SBDとする)220が形成されている。第1,2トレンチ207,221の底面からドレイン側(n+型ドレイン領域201側)へ所定深さに達するp+型領域216が設けられている。p+型領域216は、第1,2トレンチ207,221の側壁よりも半導体基板210のおもて面に平行な方向へ張り出している。符号202,211~215は、それぞれn-型ドリフト領域、層間絶縁膜、ソース電極、バリアメタル、ソースパッドおよびドレイン電極である。 An SBD (hereinafter referred to as a trench sidewall SBD) 220 is formed on the sidewall of the second trench 221 by a Schottky junction between the conductive layer 222 and the n-type current diffusion region 203 . A p + -type region 216 is provided to reach a predetermined depth from the bottom surfaces of the first and second trenches 207 and 221 toward the drain side (n + -type drain region 201 side). The p + -type region 216 protrudes from the sidewalls of the first and second trenches 207 and 221 in a direction parallel to the front surface of the semiconductor substrate 210 . Numerals 202, 211 to 215 denote an n -type drift region, interlayer insulating film, source electrode, barrier metal, source pad and drain electrode, respectively.

同一の半導体基板にSBDを内蔵した従来のMOSFETとして、半導体基板の中央部に、SBDのカソード領域として、MOSFETのドレイン領域よりも不純物濃度の低いn型領域を設けた装置が提案されている(例えば、下記特許文献1(第0101~0103段落、第42~44図)参照。)。また、同一の半導体基板にSBDを内蔵した従来の別のMOSFETとして、MOSFETセルとSBDセルとをストライプ状に配置した装置が提案されている(例えば、下記特許文献2(第0086~0096段落、第24~27図)参照。)。 As a conventional MOSFET with an SBD built into the same semiconductor substrate, a device has been proposed in which an n-type region with a lower impurity concentration than the drain region of the MOSFET is provided in the center of the semiconductor substrate as the cathode region of the SBD ( For example, see Patent Document 1 below (paragraphs 0101 to 0103, and FIGS. 42 to 44). As another conventional MOSFET with an SBD built into the same semiconductor substrate, a device in which MOSFET cells and SBD cells are arranged in stripes has been proposed (for example, Patent Document 2 below (paragraphs 0086 to 0096, 24-27)).

特開2008-042056号公報JP 2008-042056 A 特開2017-175100号公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2017-175100

しかしながら、上述した従来の炭化珪素半導体装置では、第1トレンチ207の内部に埋め込むように堆積したポリシリコンをエッチバックし、当該ポリシリコンを第1トレンチ207の内部にのみ残すことでゲート電極209を形成する場合、次の問題が生じる。図15,16は、従来の炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図15には、活性領域241、エッジ終端領域242、つなぎ領域243およびゲートパッド領域244のレイアウトを示す。図16には、トレンチ側壁SBD220およびPiNダイオード230(図16にはそれぞれ「SBD」および「PiN」と図示)の形成領域のレイアウトを示す。 However, in the conventional silicon carbide semiconductor device described above, the gate electrode 209 is formed by etching back the polysilicon deposited so as to fill the inside of the first trench 207 and leaving the polysilicon only inside the first trench 207 . When forming, the following problems arise. 15 and 16 are plan views showing layouts of conventional silicon carbide semiconductor devices viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 15 shows the layout of active area 241 , edge termination area 242 , bridging area 243 and gate pad area 244 . FIG. 16 shows the layout of formation areas for trench sidewall SBD 220 and PiN diode 230 (shown as "SBD" and "PiN" respectively in FIG. 16).

図17は、図15,16の矩形枠AAで囲む領域を拡大して示す平面図である。図15,16の矩形枠AAで囲む領域は半導体基板210の同一箇所であり、活性領域241の凹部241aと後述するつなぎ領域243の凸部243aとの境界付近を示している。この矩形枠AAの1組の対頂点AA1,AA2はそれぞれ活性領域241およびつなぎ領域243に位置する。具体的には、図17には、つなぎ領域243の凸部243a付近における第1,2トレンチ207,221のレイアウトを示す。図18は、図15のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。図19は、図17の切断線BB1-BB3における断面構造を示す断面図である。 17 is a plan view showing an enlarged area surrounded by a rectangular frame AA in FIGS. 15 and 16. FIG. A region surrounded by a rectangular frame AA in FIGS. 15 and 16 is the same portion of the semiconductor substrate 210, and indicates the vicinity of the boundary between the concave portion 241a of the active region 241 and the convex portion 243a of the connecting region 243, which will be described later. A pair of paired vertices AA1 and AA2 of this rectangular frame AA are located in the active region 241 and the connecting region 243, respectively. Specifically, FIG. 17 shows the layout of the first and second trenches 207 and 221 near the protrusion 243a of the connecting region 243. As shown in FIG. 18 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 15. FIG. FIG. 19 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line BB1-BB3 of FIG.

図15~19に示す従来の炭化珪素半導体装置は、半導体基板210の活性領域241とエッジ終端領域242との間の領域(以下、つなぎ領域とする)243にゲートパッド領域244を設けたSiC-MOSFETである。活性領域241は略矩形状の平面形状をなし、その1辺に一部を内側に略矩形状に凹ませた凹部241aを有する。活性領域241には、SiC-MOSFETおよびトレンチ側壁SBD220の各単位セルが配置されている。活性領域241の断面構造(図17)は、図14に示す従来のSiC-MOSFETと同様である。エッジ終端領域242は、活性領域241の周囲を囲む。エッジ終端領域242には、デバイス構造は配置されていない(図16には「non」と図示)。 The conventional silicon carbide semiconductor device shown in FIGS. 15 to 19 is a SiC-SiC semiconductor device in which a gate pad region 244 is provided in a region (hereinafter referred to as a connecting region) 243 between an active region 241 and an edge termination region 242 of a semiconductor substrate 210 . MOSFETs. The active region 241 has a substantially rectangular planar shape, and has a concave portion 241a which is partially recessed inward in a substantially rectangular shape on one side thereof. Unit cells of the SiC-MOSFET and the trench sidewall SBD 220 are arranged in the active region 241 . The cross-sectional structure of the active region 241 (FIG. 17) is similar to that of the conventional SiC-MOSFET shown in FIG. Edge termination region 242 surrounds active region 241 . No device structures are located in the edge termination region 242 (shown as "non" in FIG. 16).

つなぎ領域243は、活性領域241の周囲を囲む略環状に配置され、かつ一部が活性領域241の凹部241aに丁度嵌るように略矩形状に突出する凸部243aを有する平面形状をなす。つなぎ領域243は、半導体基板210のおもて面の表面領域に設けられたp型領域で構成される。このp型領域とn-型ドリフト領域202とのpn接合で寄生のPiNダイオード230が形成されている。つなぎ領域243の凸部243aには、ゲートパッド235(図17参照)が配置されるゲートパッド領域244が設けられている。図15には、つなぎ領域243およびゲートパッド領域244をそれぞれドット状および斜線状のハッチングで示す。 The connecting region 243 is arranged in a substantially annular shape surrounding the active region 241 and has a planar shape having a substantially rectangular projection 243 a that partially fits into the recess 241 a of the active region 241 . The connecting region 243 is composed of a p-type region provided in the surface region of the front surface of the semiconductor substrate 210 . A pn junction between this p-type region and the n -type drift region 202 forms a parasitic PiN diode 230 . A gate pad region 244 in which the gate pad 235 (see FIG. 17) is arranged is provided in the convex portion 243a of the connecting region 243. As shown in FIG. In FIG. 15, the connecting region 243 and the gate pad region 244 are indicated by dotted and oblique hatching, respectively.

また、図17に示すように、活性領域241には、SiC-MOSFETの単位セルのトレンチゲート構造を構成する第1トレンチ207と、トレンチ側壁SBD220を構成する第2トレンチ221と、が半導体基板210のおもて面に平行な方向(以下、第1方向とする)Xに延びるストライプ状に配置されている。第1トレンチ207と第2トレンチ221とは、半導体基板210のおもて面に平行で、かつ第1方向Xと直交する方向(以下、第2方向とする)Yに交互に繰り返し配置されている。第2方向Yにおいて最もつなぎ領域243の凸部243a寄りに、第1トレンチ207a(207)が配置されている。 Further, as shown in FIG. 17, in the active region 241, a first trench 207 forming the trench gate structure of the unit cell of the SiC-MOSFET and a second trench 221 forming the trench side wall SBD 220 are formed on the semiconductor substrate 210. are arranged in stripes extending in a direction X (hereinafter referred to as a first direction) parallel to the front surface of the . The first trenches 207 and the second trenches 221 are alternately and repeatedly arranged in a direction Y (hereinafter referred to as a second direction) parallel to the front surface of the semiconductor substrate 210 and perpendicular to the first direction X. there is The first trench 207a (207) is arranged closest to the protrusion 243a of the connecting region 243 in the second direction Y. As shown in FIG.

第2方向Yに最もつなぎ領域243の凸部243a寄りに配置された第1トレンチ207aの底面に深さ方向Zに対向するp+型領域216(231)は、つなぎ領域243の全体にわたって延在している(図19参照)。図19では、このp+型領域216の、つなぎ領域243に延在する部分に符号231を付している。SiC-MOSFETのp+型コンタクト領域206およびp型ベース領域204は、つなぎ領域243の全体にわたって延在している(図19参照)。また、つなぎ領域243において、p型ベース領域204とp+型領域231との間にはp+型領域232が設けられている。 The p + -type region 216 (231) facing in the depth direction Z to the bottom surface of the first trench 207a arranged closest to the protrusion 243a of the connecting region 243 in the second direction Y extends over the entire connecting region 243. (see FIG. 19). In FIG. 19, the portion of this p + -type region 216 extending to the connecting region 243 is denoted by reference numeral 231 . The p + -type contact region 206 and the p-type base region 204 of the SiC-MOSFET extend over the bridging region 243 (see FIG. 19). A p + -type region 232 is provided between the p-type base region 204 and the p + -type region 231 in the connecting region 243 .

これらつなぎ領域243のp+型コンタクト領域206、p型ベース領域204、p+型領域232およびp+型領域231からなるp型領域と、n型電流拡散領域203、n-型ドリフト領域202およびn+型ドレイン領域201と、のpn接合で寄生のPiNダイオード230が形成されている。PiNダイオード230は、つなぎ領域243と略同じ表面積および略同じ平面形状を有する。つなぎ領域243には、半導体基板210のおもて面上に、フィールド酸化膜233を介して、ポリシリコン(poly-Si)からなるゲートランナー234が設けられている。ゲートランナー234は、つなぎ領域243と同様に、活性領域241の周囲を囲む環状に延在し、かつ一部がつなぎ領域243の凸部243a内に略矩形状に突出した凸部234aを有する平面形状をなす。 The p + type contact region 206, the p type base region 204, the p + type region 232 and the p + type region 231 of these connecting regions 243, the n type current diffusion region 203, the n type drift region 202 and A parasitic PiN diode 230 is formed at the pn junction with the n + -type drain region 201 . PiN diode 230 has substantially the same surface area and substantially the same planar shape as tie region 243 . In the connection region 243, a gate runner 234 made of polysilicon (poly-Si) is provided on the front surface of the semiconductor substrate 210 with a field oxide film 233 interposed therebetween. The gate runner 234 extends annularly around the active region 241 in the same manner as the connecting region 243, and has a planar surface with a substantially rectangular convex portion 234a partially protruding into the convex portion 243a of the connecting region 243. shape.

つなぎ領域243の環状部(不図示)および凸部243aにおいて、ゲートランナー234の直下(n+型ドレイン領域201側)にまで第1トレンチ207の端部が延在している。この第1トレンチ207の端部において、ゲート電極209とゲートパッド235とがゲートランナー234を介して電気的に接続されている。符号214aは、ソースパッド214の端部である。一方、第2トレンチ221の端部は、つなぎ領域243から離れた位置で終端している(図17の符号251を付した矩形枠で囲む部分)。図17には、層間絶縁膜211で覆われた第1トレンチ207を破線で示し、層間絶縁膜211のソースコンタクトホール211aに露出された第2トレンチ221を実線で示す。 At the annular portion (not shown) and the convex portion 243a of the connecting region 243, the end portion of the first trench 207 extends to directly under the gate runner 234 (on the side of the n + -type drain region 201). At the end of the first trench 207, the gate electrode 209 and the gate pad 235 are electrically connected via the gate runner 234. As shown in FIG. Reference numeral 214a is the end of the source pad 214. As shown in FIG. On the other hand, the end of the second trench 221 terminates at a position away from the connecting region 243 (the portion enclosed by the rectangular frame denoted by reference numeral 251 in FIG. 17). In FIG. 17, the first trenches 207 covered with the interlayer insulating film 211 are indicated by broken lines, and the second trenches 221 exposed to the source contact holes 211a of the interlayer insulating film 211 are indicated by solid lines.

また、第2方向Yに最もつなぎ領域243の凸部243a寄りに配置された第1トレンチ207aと、ゲートランナー234の凸部234aと、の間の領域252に、ソースコンタクトホール211aを形成するためのマージンを確保することができない。このため、この領域252にトレンチ側壁SBD220を形成することができない。このように、活性領域241の凹部241aとつなぎ領域243の凸部243aとの境界にトレンチ側壁SBD220を配置することは難しい。また、つなぎ領域243のp+型コンタクト領域206からソース電極212までの距離C101が長くなるため、つなぎ領域243のp+型コンタクト領域206のコンタクト抵抗が増加し、アバランシェ耐量の低下を引き起こす。 In addition, in order to form the source contact hole 211a in the region 252 between the first trench 207a arranged closest to the projection 243a of the connecting region 243 in the second direction Y and the projection 234a of the gate runner 234. cannot secure a margin of Therefore, trench sidewall SBD 220 cannot be formed in this region 252 . Thus, it is difficult to arrange trench sidewall SBD 220 at the boundary between concave portion 241 a of active region 241 and convex portion 243 a of connecting region 243 . In addition, since the distance C101 from the p + -type contact region 206 of the bridging region 243 to the source electrode 212 is increased, the contact resistance of the p + -type contact region 206 of the bridging region 243 is increased, causing a decrease in avalanche resistance.

また、活性領域241の凹部241aとつなぎ領域243の凸部243aとの境界付近にトレンチ側壁SBD220を配置することができないことで、トレンチ側壁SBD220と、つなぎ領域243のp+型コンタクト領域206と、の距離C102が増加する。すなわち、トレンチ側壁SBD220とPiNダイオード230との距離が増加する。これによって、バイポーラ電流が流れやすくなり、大電流が流れたときにPiNダイオード230がオンしやすい。図20は、同一の半導体基板に配置されたPiNダイオードおよびユニポーラ素子間の距離とバイポーラ電流との関係を示す特性図である。図21は、図20の検証に用いた試料の断面構造を示す断面図である。 In addition, since the trench sidewall SBD 220 cannot be arranged near the boundary between the concave portion 241a of the active region 241 and the convex portion 243a of the connecting region 243, the trench sidewall SBD 220, the p + -type contact region 206 of the connecting region 243, distance C102 increases. That is, the distance between trench sidewall SBD 220 and PiN diode 230 increases. This facilitates the flow of bipolar current, and the PiN diode 230 is easily turned on when a large current flows. FIG. 20 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance between a PiN diode and a unipolar element arranged on the same semiconductor substrate and the bipolar current. FIG. 21 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a sample used for verification of FIG.

図20の横軸は、図21のPiNダイオード260aおよびユニポーラ素子260b間の距離dである。図20の縦軸は、ユニポーラ素子260bの電流量に対する半導体基板265に配置されたバイポーラ素子の電流量の割合(=バイポーラ素子の電流量/ユニポーラ素子の電流量)である。図20には、バイポーラ素子の臨界電流密度Jcを種々変更して測定した、ユニポーラ素子260bの電流量に対する半導体基板265に配置されたバイポーラ素子の電流量の割合(以下、バイポーラ電流量比とする)を示す。このバイポーラ電流量比が1×10-1以上の範囲Eである場合に、図21のバイポーラ素子にPiNダイオード260aの動作による順方向劣化が生じているとする。 The horizontal axis of FIG. 20 is the distance d between the PiN diode 260a and the unipolar element 260b of FIG. The vertical axis in FIG. 20 represents the ratio of the current amount of the bipolar element arranged on the semiconductor substrate 265 to the current amount of the unipolar element 260b (=current amount of the bipolar element/current amount of the unipolar element). FIG. 20 shows the ratio of the current amount of the bipolar element arranged on the semiconductor substrate 265 to the current amount of the unipolar element 260b (hereinafter referred to as the bipolar current amount ratio), which was measured by changing the critical current density Jc of the bipolar element. ). It is assumed that when the bipolar current amount ratio is in the range E of 1×10 −1 or more, the bipolar element in FIG. 21 suffers forward deterioration due to the operation of the PiN diode 260a.

図21に示す試料は、バイポーラ素子(不図示)と同一の半導体基板265にユニポーラ素子260bを内蔵する。半導体基板265は、炭化珪素からなるn+型出発基板261上にn-型層262をエピタキシャル成長させた炭化珪素エピタキシャル基板である。n-型層262の、n+型出発基板261側に対して反対側の表面層(半導体基板265のおもて面の表面層)に、2つのp型領域263を互いに離して選択的に形成した。n-型層262の、2つのp型領域263に挟まれた部分(以下、JFET領域とする)264の幅wJFETを1.0μmとした。このJFET領域264上に酸化膜を介してSBD(不図示)が配置されている。 The sample shown in FIG. 21 incorporates a unipolar element 260b in the same semiconductor substrate 265 as a bipolar element (not shown). A semiconductor substrate 265 is a silicon carbide epitaxial substrate obtained by epitaxially growing an n -type layer 262 on an n + -type starting substrate 261 made of silicon carbide. Two p - type regions 263 are selectively separated from each other on the surface layer of the n − -type layer 262 opposite to the n + -type starting substrate 261 side (surface layer on the front surface of the semiconductor substrate 265). formed. A width wJFET of a portion (hereinafter referred to as a JFET region) 264 sandwiched between two p-type regions 263 of the n -type layer 262 is set to 1.0 μm. An SBD (not shown) is arranged on this JFET region 264 via an oxide film.

図21のバイポーラ素子の臨界電流密度Jcを種々変更してバイポーラ電流量比を測定した。図21において、符号266を付した矢印の向きは、PiNダイオード260aがユニポーラ素子260bから離れる方向(すなわちPiNダイオード260aとユニポーラ素子260bとの距離dが長くなる方向)である。PiNダイオード260aとユニポーラ素子260bとの距離dと、バイポーラ電流量比と、の関係を図20に示す。図20に示すように、PiNダイオード260aとユニポーラ素子260bとの距離dが長くなるほど、バイポーラ電流が流れやすいことが確認された。この結果はバイポーラ素子の臨界電流密度Jcを大きくするほど顕著にあらわれる。 The bipolar current amount ratio was measured by variously changing the critical current density Jc of the bipolar element shown in FIG. In FIG. 21, the direction of the arrow labeled 266 is the direction in which the PiN diode 260a separates from the unipolar element 260b (that is, the direction in which the distance d between the PiN diode 260a and the unipolar element 260b increases). FIG. 20 shows the relationship between the distance d between the PiN diode 260a and the unipolar element 260b and the bipolar current amount ratio. As shown in FIG. 20, it was confirmed that the longer the distance d between the PiN diode 260a and the unipolar element 260b, the easier the flow of the bipolar current. This result becomes more pronounced as the critical current density Jc of the bipolar element increases.

この発明は、半導体基板のおもて面側でつなぎ領域のコンタクト領域とソース電極とを直接接触させることができる半導体装置を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a semiconductor device in which a contact region of a connecting region and a source electrode can be brought into direct contact on the front surface side of a semiconductor substrate.

上述した課題を解決し、本発明の目的を達成するため、この発明にかかる半導体装置は、次の特徴を有する。すなわち、炭化珪素からなる半導体基板を備える半導体装置であって、前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、前記半導体基板のおもて面と前記ドリフト領域との間に設けられた第2導電型のベース領域と、前記半導体基板のおもて面側に設けられた第1導電型のソース領域と、前記半導体基板のおもて面から前記ベース領域を貫通して、前記半導体基板の内部まで設けられる複数のトレンチと、前記半導体基板のおもて面上に設けられるゲートランナーと、前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーと電気的に接続された第1パッドと、前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーとは電気的に接続されていない第2パッドと、を備え、複数の前記トレンチは、前記ソース領域に隣接し、内部に第1導電部が設けられ、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続されるランナー接続領域まで第1方向に延びる第1トレンチを含み、前記第1方向において、前記ランナー接続領域から見て前記第1トレンチとは反対側の前記半導体基板のおもて面側に第2導電型のコンタクト領域が設けられると共に、前記コンタクト領域を露出させるコンタクトホールが設けられている。または、炭化珪素からなる半導体基板を備える半導体装置であって、前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、前記半導体基板のおもて面と前記半導体基板のおもて面と前記ドリフト領域との間に設けられた第2導電型のベース領域と、前記半導体基板のおもて面側に設けられた第1導電型のソース領域と、前記半導体基板のおもて面から前記ベース領域を貫通して前記ベース領域を貫通して、前記半導体基板の内部まで設けられる複数のトレンチと、前記半導体基板のおもて面上に設けられるゲートランナーと、前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーと電気的に接続された第1パッドと、前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーとは電気的に接続されていない第2パッドと、を備え、複数の前記トレンチは、前記ソース領域に隣接し、内部に第1導電部が設けられ、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続されるランナー接続領域まで第1方向に延びる第1トレンチと、内部に前記第2パッドと電気的に接続された第2導電部が設けられ、前記第1方向において、前記第1トレンチとは反対側から前記ランナー接続領域に向かって延びる第2トレンチと、を含む。 In order to solve the above problems and achieve the object of the present invention, a semiconductor device according to the present invention has the following features. That is, in a semiconductor device including a semiconductor substrate made of silicon carbide, a drift region of a first conductivity type provided in the semiconductor substrate and a drift region provided between the front surface of the semiconductor substrate and the drift region. a second conductive type base region provided on the front surface side of the semiconductor substrate; a first conductive type source region provided on the front surface side of the semiconductor substrate; a plurality of trenches extending into a semiconductor substrate; a gate runner provided on a front surface of the semiconductor substrate; and a gate runner provided on the front surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the gate runner. and a second pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and not electrically connected to the gate runner, wherein the plurality of trenches are adjacent to the source region. a first trench extending in a first direction to a runner connection region where the first conductive portion is provided inside and the first conductive portion is connected to the gate runner; A contact region of the second conductivity type is provided on the front surface side of the semiconductor substrate opposite to the first trench as viewed from above, and a contact hole is provided to expose the contact region. Alternatively, a semiconductor device comprising a semiconductor substrate made of silicon carbide, wherein a first conductivity type drift region provided in the semiconductor substrate, a front surface of the semiconductor substrate, and a front surface of the semiconductor substrate. A base region of a second conductivity type provided between the drift region, a source region of a first conductivity type provided on the front surface side of the semiconductor substrate, and from the front surface of the semiconductor substrate a plurality of trenches extending through the base region to the inside of the semiconductor substrate; a gate runner provided on a front surface of the semiconductor substrate; a first pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the gate runner; and a second pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and not electrically connected to the gate runner. and a plurality of said trenches adjacent to said source region and provided therein with a first conductive portion, said first conductive portion extending in a first direction to a runner connection region where said first conductive portion is connected to said gate runner. A first trench and a second conductive portion electrically connected to the second pad are provided therein, and the second conductive portion extends from the opposite side of the first trench toward the runner connection region in the first direction. 2 trenches.

本発明にかかる半導体装置によれば、半導体基板のおもて面側でつなぎ領域のコンタクト領域とソース電極とを直接接触させることができるという効果を奏する。 According to the semiconductor device of the present invention, it is possible to bring the contact region of the connecting region into direct contact with the source electrode on the front surface side of the semiconductor substrate.

実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。1 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment as viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; FIG. 実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。1 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment as viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; FIG. 図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す平面図である。It is a top view which expands and shows the area|region enclosed by the rectangular frame A of FIG.1, 2. FIG. 図1のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。FIG. 2 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 1; 図3の切断線B1-B2における断面構造を示す断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line B1-B2 in FIG. 3; 実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 10 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate; 図6の切断線D1-D2における断面構造を示す断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line D1-D2 in FIG. 6; 実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a layout of a silicon carbide semiconductor device according to a third embodiment, viewed from the front surface side of a semiconductor substrate; 図8の切断線E1-E2における断面構造を示す断面図である。FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line E1-E2 in FIG. 8; 実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a layout of a silicon carbide semiconductor device according to a fourth embodiment, viewed from the front surface side of a semiconductor substrate; 図10の切断線F1-F2における断面構造を示す断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line F1-F2 of FIG. 10; 実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。FIG. 11 is a plan view showing a layout of a silicon carbide semiconductor device according to a fifth embodiment, viewed from the front surface side of a semiconductor substrate; 図12のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。FIG. 13 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 12; 従来の炭化珪素半導体装置の構造を示す断面図である。It is a cross-sectional view showing the structure of a conventional silicon carbide semiconductor device. 従来の炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout which looked at the conventional silicon carbide semiconductor device from the front surface side of a semiconductor substrate. 従来の炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。It is a top view which shows the layout which looked at the conventional silicon carbide semiconductor device from the front surface side of a semiconductor substrate. 図15,16の矩形枠AAで囲む領域を拡大して示す平面図である。FIG. 17 is a plan view showing an enlarged area surrounded by a rectangular frame AA in FIGS. 15 and 16; 図15のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。FIG. 16 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 15; 図17の切断線BB1-BB3における断面構造を示す断面図である。FIG. 18 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure taken along the line BB1-BB3 of FIG. 17; 同一の半導体基板に配置されたPiNダイオードおよびユニポーラ素子間の距離とバイポーラ電流との関係を示す特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the distance between a PiN diode and a unipolar element arranged on the same semiconductor substrate and the bipolar current; 図20の検証に用いた試料の断面構造を示す断面図である。FIG. 21 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of a sample used for verification of FIG. 20;

以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。本明細書および添付図面においては、nまたはpを冠記した層や領域では、それぞれ電子または正孔が多数キャリアであることを意味する。また、nやpに付す+および-は、それぞれそれが付されていない層や領域よりも高不純物濃度および低不純物濃度であることを意味する。なお、以下の実施の形態の説明および添付図面において、同様の構成には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。 Preferred embodiments of the semiconductor device according to the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings. In this specification and the accompanying drawings, layers and regions prefixed with n or p mean that electrons or holes are majority carriers, respectively. Also, + and - attached to n and p mean that the impurity concentration is higher and lower than that of the layer or region not attached, respectively. In the following description of the embodiments and accompanying drawings, the same configurations are denoted by the same reference numerals, and overlapping descriptions are omitted.

(実施の形態1)
実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図1,2は、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図2には、トレンチ側壁SBD20およびPiNダイオード30(図2にはそれぞれ「SBD」および「PiN」と図示)の各形成領域のレイアウトを示す。また、図2には、図1の半導体基板(半導体チップ)10に図示された活性領域41、エッジ終端領域42、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44のレイアウトを破線で示す。
(Embodiment 1)
A structure of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment will be described. 1 and 2 are plan views showing layouts of the silicon carbide semiconductor device according to the first embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 2 shows the layout of formation regions for trench sidewall SBD 20 and PiN diode 30 (shown as "SBD" and "PiN" respectively in FIG. 2). 2 also shows the layout of the active region 41, the edge termination region 42, the connecting region 43 and the gate pad region 44 shown in the semiconductor substrate (semiconductor chip) 10 of FIG. 1 by dashed lines.

図3は、図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す平面図である。図1,2の矩形枠Aで囲む領域は半導体基板10の同一箇所であり、活性領域41の凹部41aと後述するつなぎ領域43の凸部43aとの境界付近を示している。この矩形枠Aの1組の対頂点A1,A2はそれぞれ活性領域41およびつなぎ領域43に位置する。図3には、つなぎ領域43の凸部43a付近における第1,2トレンチ7,21のレイアウトを示す。図4は、図1のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。 FIG. 3 is a plan view showing an enlarged area surrounded by a rectangular frame A in FIGS. 1 and 2. FIG. A region surrounded by a rectangular frame A in FIGS. 1 and 2 is the same portion of the semiconductor substrate 10, and indicates the vicinity of the boundary between the concave portion 41a of the active region 41 and the convex portion 43a of the connecting region 43, which will be described later. A pair of paired vertices A1 and A2 of the rectangular frame A are located in the active region 41 and the connecting region 43, respectively. FIG. 3 shows the layout of the first and second trenches 7 and 21 near the protrusion 43a of the connecting region 43. As shown in FIG. 4 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 1. FIG.

図1~4に示す実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置40は、半導体基板10の活性領域41とエッジ終端領域42との間の領域(つなぎ領域)43にゲートパッド領域44を設けたSiC-MOSFETである。図1,2に示すように、活性領域41は略矩形状の平面形状をなし、その1辺に一部を内側に凹ませた凹部41aを有する。活性領域41は、SiC-MOSFETがオン状態のときに主電流が流れる領域である。活性領域41には、SiC-MOSFETの単位セルおよびトレンチ側壁SBD20が配置されている。 Silicon carbide semiconductor device 40 according to the first embodiment shown in FIGS. - It is a MOSFET. As shown in FIGS. 1 and 2, the active region 41 has a substantially rectangular planar shape and has a concave portion 41a formed by recessing a portion of one side of the active region 41 inward. The active region 41 is a region through which the main current flows when the SiC-MOSFET is on. SiC-MOSFET unit cells and trench sidewalls SBD20 are arranged in the active region 41 .

エッジ終端領域42は、活性領域41と半導体基板10の側面との間の領域であり、活性領域41の周囲を囲み、半導体基板10のおもて面側の電界を緩和して耐圧(耐電圧)を保持する。耐圧とは、半導体装置が誤動作や破壊を起こさない限界の電圧である。エッジ終端領域42には、例えばガードリングやフィールドプレート、リサーフ等の一般的な耐圧構造が配置される。エッジ終端領域42には、デバイス構造は配置されていない(図2には「non」と図示)。 The edge termination region 42 is a region between the active region 41 and the side surface of the semiconductor substrate 10, surrounds the active region 41, relaxes the electric field on the front surface side of the semiconductor substrate 10, ). The withstand voltage is the limit voltage at which the semiconductor device does not malfunction or break down. General breakdown voltage structures such as guard rings, field plates, and resurfs are arranged in the edge termination region 42 . No device structures are located in the edge termination region 42 (shown as "non" in FIG. 2).

つなぎ領域43は、活性領域41とエッジ終端領域42との間において両領域に接し、活性領域41の周囲を囲む略環状に配置され、かつ一部が活性領域41の凹部41aに丁度嵌る大きさの略矩形状に突出する凸部43aを有する平面形状をなす。つなぎ領域43は、半導体基板10のおもて面の表面領域に設けられたp型領域で構成される。このp型領域とn-型ドリフト領域2とのpn接合で寄生のPiNダイオード30が形成されている。PiNダイオード30は、つなぎ領域43の全面に形成されている。 The connecting region 43 is in contact with the active region 41 and the edge termination region 42 between the two regions, is arranged in a substantially annular shape surrounding the active region 41 , and has a size partly fitting into the recessed portion 41 a of the active region 41 . It has a planar shape having a convex portion 43a protruding in a substantially rectangular shape. The connecting region 43 is composed of a p-type region provided in the surface region of the front surface of the semiconductor substrate 10 . A pn junction between the p-type region and the n -type drift region 2 forms a parasitic PiN diode 30 . The PiN diode 30 is formed over the entire surface of the connecting region 43 .

つなぎ領域43を構成するp型領域は、後述するp+型コンタクト領域6およびp型ベース領域4およびp+型領域31,32で構成される。p+型領域31,32は、つなぎ領域43と略同じ表面積および略同じ平面形状を有する。また、つなぎ領域43には、半導体基板10のおもて面上に、ゲート絶縁膜8およびフィールド酸化膜33(図5参照)を介して、ポリシリコン(poly-Si)からなるゲートランナー34が設けられている。 The p-type region forming the connecting region 43 is composed of the p + -type contact region 6, the p-type base region 4, and the p + -type regions 31 and 32, which will be described later. The p + -type regions 31 and 32 have substantially the same surface area and substantially the same planar shape as the connecting region 43 . In the connecting region 43, a gate runner 34 made of polysilicon (poly-Si) is formed on the front surface of the semiconductor substrate 10 with a gate insulating film 8 and a field oxide film 33 (see FIG. 5) interposed therebetween. is provided.

ゲートランナー34は、活性領域41の周囲を囲む略環状に配置され、かつ一部が活性領域41の凹部41aに丁度嵌る大きさの略矩形状に突出する凸部34aを有する平面形状をなす。ゲートランナー34の凸部34aには、凸部34aの外周3辺のうちの第1方向Xに平行な1辺に、凸部34aの一部を除去するようにパターニングして内側に凹ませてなる凹部34bが形成されている。ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bには、後述するようにトレンチ側壁SBD20の第2トレンチ21a(21)が配置される(図3,4参照)。 The gate runner 34 is arranged in a substantially annular shape surrounding the active region 41 and has a planar shape having a substantially rectangular convex portion 34 a that partially fits into the concave portion 41 a of the active region 41 . In the convex portion 34a of the gate runner 34, one side parallel to the first direction X among the three sides of the outer circumference of the convex portion 34a is patterned so as to remove a part of the convex portion 34a and is recessed inward. A concave portion 34b is formed. A second trench 21a (21) of the trench side wall SBD20 is arranged in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34 as will be described later (see FIGS. 3 and 4).

また、つなぎ領域43の凸部43aには、ゲートパッド領域44が設けられている。ゲートパッド領域44は、例えば、つなぎ領域43の凸部43aよりも表面積の小さい略矩形状の平面形状を有する。ゲートパッド領域44には、ゲートパッド(第1パッド)35が配置されている。ゲートパッド35は、ゲートランナー34上に、層間絶縁膜11(図5参照)を介して設けられている。図1には、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44をそれぞれドット状および斜線状のハッチングで示す。 Further, a gate pad region 44 is provided on the convex portion 43 a of the connecting region 43 . The gate pad region 44 has, for example, a substantially rectangular planar shape with a surface area smaller than that of the protrusion 43 a of the connecting region 43 . A gate pad (first pad) 35 is arranged in the gate pad region 44 . The gate pad 35 is provided on the gate runner 34 via the interlayer insulating film 11 (see FIG. 5). In FIG. 1, the connecting region 43 and the gate pad region 44 are indicated by dotted and oblique hatching, respectively.

図3に示すように、SiC-MOSFETの単位セル(素子の構成単位)のトレンチゲート構造を構成する第1トレンチ7と、トレンチ側壁SBD20を構成する第2トレンチ21と、は、活性領域41において半導体基板10のおもて面に平行な方向(第1方向)Xに延びるストライプ状に配置されている。第1トレンチ(第1,3トレンチ)7と第2トレンチ(第2,3,4トレンチ)21とは、半導体基板10のおもて面に平行で、かつ第1方向Xと直交する方向(第2方向)Yに交互に繰り返し配置されている。 As shown in FIG. 3, the first trench 7 forming the trench gate structure of the SiC-MOSFET unit cell (element unit) and the second trench 21 forming the trench sidewall SBD 20 are formed in the active region 41. They are arranged in stripes extending in a direction (first direction) X parallel to the front surface of the semiconductor substrate 10 . The first trenches (first and third trenches) 7 and the second trenches (second, third and fourth trenches) 21 are arranged parallel to the front surface of the semiconductor substrate 10 and perpendicular to the first direction X ( (second direction) Y) are alternately and repeatedly arranged.

第1トレンチ7の内部には、ゲート絶縁膜8(図5参照)を介してゲート電極(第1,3導電部)9が設けられている。図3には、ゲート絶縁膜8を図示省略する。第1トレンチ7は、層間絶縁膜11で覆われている。第2トレンチ21の内部には、導電層(第2~4導電部)22が埋め込まれている。第2トレンチ21は、第2トレンチ21に隣接するp+型コンタクト領域6とともに、層間絶縁膜11の第1ソースコンタクトホール11aに露出されている。 A gate electrode (first and third conductive portions) 9 is provided inside the first trench 7 via a gate insulating film 8 (see FIG. 5). In FIG. 3, the gate insulating film 8 is omitted. The first trench 7 is covered with an interlayer insulating film 11 . A conductive layer (second to fourth conductive portions) 22 is embedded inside the second trench 21 . The second trench 21 is exposed to the first source contact hole 11 a of the interlayer insulating film 11 together with the p + -type contact region 6 adjacent to the second trench 21 .

図3には、層間絶縁膜11をドット状のハッチングで示し、導電層22を斜線のハッチングで示す。また、図3には、層間絶縁膜11で覆われた第1トレンチ7を破線で示し、層間絶縁膜11の第1ソースコンタクトホール11aに露出された第2トレンチ21を実線で示す。後述する層間絶縁膜11の第2ソースコンタクトホール11bに露出された第2トレンチ21a(21)も実線で示す(図6,8,10,12においても同様)。 In FIG. 3, the interlayer insulating film 11 is indicated by dotted hatching, and the conductive layer 22 is indicated by oblique hatching. In FIG. 3, the first trenches 7 covered with the interlayer insulating film 11 are indicated by broken lines, and the second trenches 21 exposed to the first source contact holes 11a of the interlayer insulating film 11 are indicated by solid lines. A second trench 21a (21) exposed in a second source contact hole 11b of an interlayer insulating film 11, which will be described later, is also indicated by a solid line (the same applies to FIGS. 6, 8, 10, and 12).

第1トレンチ7は、第1方向Xにつなぎ領域43の環状部(不図示)まで延在している。また、複数の第1トレンチ7のうち、活性領域41の、第1方向Xにつなぎ領域43の凸部43aに対向する第1トレンチ(第1トレンチ)7は、第1方向Xにつなぎ領域43の凸部43aまで延在している(符号51で示す部分:ランナー接続領域)。第1トレンチ7の端部は、つなぎ領域43においてゲートランナー34と深さ方向Zに対向する。第1トレンチ7の端部において、ゲートランナー34を介してゲート電極9とゲートパッド35とが電気的に接続される。 The first trench 7 extends in the first direction X to an annular portion (not shown) of the connecting region 43 . Among the plurality of first trenches 7 , the first trench (first trench) 7 of the active region 41 facing the protrusion 43 a of the connecting region 43 in the first direction X is located in the connecting region 43 in the first direction X. (portion indicated by reference numeral 51: runner connection region). The end of the first trench 7 faces the gate runner 34 in the depth direction Z in the connecting region 43 . At the end of first trench 7 , gate electrode 9 and gate pad 35 are electrically connected via gate runner 34 .

第2トレンチ21は、第1方向Xにつなぎ領域43から離れた位置で終端している。また、第1,2トレンチ7,21を第2方向Yに交互に繰り返し配置するにあたって、第2方向Yに最もつなぎ領域43の凸部43a寄りに第2トレンチ21a(21)が配置される。この第2トレンチ(第2トレンチ)21aはゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに近接した位置52に配置され、その全体がゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに第2方向Yに対向する(図4参照)。第2トレンチ21aの一部または全部がゲートランナー34の凸部34aの凹部34b内に配置されてもよい。 The second trench 21 terminates in the first direction X at a position away from the connecting region 43 . Further, when the first and second trenches 7 and 21 are alternately and repeatedly arranged in the second direction Y, the second trenches 21a (21) are arranged closest to the protrusion 43a of the connecting region 43 in the second direction Y. As shown in FIG. This second trench (second trench) 21a is arranged at a position 52 close to the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34, and the entirety thereof faces the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34 in the second direction Y. (see Figure 4). Part or all of the second trench 21 a may be arranged in the recess 34 b of the protrusion 34 a of the gate runner 34 .

次に、実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置40の断面構造について説明する。図5は、図3の切断線B1-B2における断面構造を示す断面図である。半導体基板10は、n+型ドレイン領域1となる炭化珪素からなるn+型出発基板のおもて面上に、n-型ドリフト領域2およびp型ベース領域4となる各炭化珪素層61,62を順にエピタキシャル成長させたエピタキシャル基板である。半導体基板10の、p型炭化珪素層62側の主面をおもて面とし、n+型出発基板(n+型ドレイン領域1)側の主面を裏面とする。 Next, a cross-sectional structure of silicon carbide semiconductor device 40 according to the first embodiment will be described. FIG. 5 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line B1-B2 in FIG. The semiconductor substrate 10 includes silicon carbide layers 61 and 61 that form the n -type drift region 2 and the p-type base region 4 on the front surface of an n + -type starting substrate made of silicon carbide that forms the n + -type drain region 1 . It is an epitaxial substrate on which 62 is epitaxially grown in order. The main surface of semiconductor substrate 10 on the p-type silicon carbide layer 62 side is the front surface, and the main surface on the n + -type starting substrate (n + -type drain region 1) side is the rear surface.

-型炭化珪素層61の内部には、p型炭化珪素層62との界面から所定深さに達するn型領域(以下、n型電流拡散領域とする)3が設けられている。n型電流拡散領域3は、キャリアの広がり抵抗を低減させる、いわゆる電流拡散層(Current Spreading Layer:CSL)である。n型電流拡散領域3は、半導体基板10のおもて面に平行な方向に一様な厚さで、活性領域41からつなぎ領域43まで延在している。n型電流拡散領域3は、エッジ終端領域42まで延在していてもよい。 An n - type region (hereinafter referred to as an n-type current diffusion region) 3 is provided in n − -type silicon carbide layer 61 to reach a predetermined depth from the interface with p-type silicon carbide layer 62 . The n-type current spreading region 3 is a so-called current spreading layer (CSL) that reduces spreading resistance of carriers. The n-type current diffusion region 3 extends from the active region 41 to the connection region 43 with a uniform thickness in the direction parallel to the front surface of the semiconductor substrate 10 . The n-type current spreading region 3 may extend up to the edge termination region 42 .

-型炭化珪素層61の、n型電流拡散領域3以外の部分がn-型ドリフト領域2である。n型電流拡散領域3は、n-型ドリフト領域2とp型ベース領域4(p型炭化珪素層62)との間において、第1,2トレンチ7,21の側壁に露出されている。p型炭化珪素層62の内部には、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6がそれぞれ選択的に設けられている。p型炭化珪素層62の、n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6以外の部分がp型ベース領域4である。 A portion of n -type silicon carbide layer 61 other than n-type current diffusion region 3 is n -type drift region 2 . N-type current diffusion region 3 is exposed on sidewalls of first and second trenches 7 and 21 between n type drift region 2 and p-type base region 4 (p-type silicon carbide layer 62). An n + -type source region 5 and a p + -type contact region 6 are selectively provided inside the p-type silicon carbide layer 62 . A portion of p-type silicon carbide layer 62 other than n + -type source region 5 and p + -type contact region 6 is p-type base region 4 .

また、p型炭化珪素層62には、半導体基板10のおもて面からn+型ソース領域5およびp型ベース領域4を深さ方向Zに貫通してn型電流拡散領域3に達する第1トレンチ7が設けられている。第1トレンチ7の内部には、ゲート絶縁膜8を介して、ポリシリコンからなるゲート電極9が設けられている。さらに、p型炭化珪素層62には、半導体基板10のおもて面からp+型コンタクト領域6およびp型ベース領域4を深さ方向Zに貫通してn型電流拡散領域3に達する第2トレンチ21が設けられている。 Further, in the p-type silicon carbide layer 62 , a second layer extending from the front surface of the semiconductor substrate 10 through the n + -type source region 5 and the p-type base region 4 in the depth direction Z and reaching the n-type current diffusion region 3 is provided. 1 trenches 7 are provided. A gate electrode 9 made of polysilicon is provided inside the first trench 7 with a gate insulating film 8 interposed therebetween. Furthermore, in the p-type silicon carbide layer 62 , a second silicon carbide layer is formed extending from the front surface of the semiconductor substrate 10 through the p + -type contact region 6 and the p-type base region 4 in the depth direction Z to reach the n-type current diffusion region 3 . 2 trenches 21 are provided.

第2トレンチ21の内部には、チタン(Ti)またはタングステン(W)からなる導電層22が埋め込まれている。第2トレンチ21の両側壁には、それぞれ、導電層22とn型電流拡散領域3とのショットキー接合によりSBD(トレンチ側壁SBD)20が形成されている。導電層22は、第2トレンチ21の側壁から半導体基板10のおもて面上に延在し、p+型コンタクト領域6の一部を覆う。また、導電層22は、半導体基板10のおもて面上においてソース電極12に接続されている。 A conductive layer 22 made of titanium (Ti) or tungsten (W) is buried inside the second trench 21 . SBDs (trench side wall SBDs) 20 are formed on both sidewalls of the second trench 21 by Schottky junctions between the conductive layers 22 and the n-type current diffusion regions 3 . The conductive layer 22 extends from the side wall of the second trench 21 onto the front surface of the semiconductor substrate 10 and partially covers the p + -type contact region 6 . Also, the conductive layer 22 is connected to the source electrode 12 on the front surface of the semiconductor substrate 10 .

半導体基板10のおもて面上には、ゲート電極9を覆うように層間絶縁膜11が設けられている。層間絶縁膜11の第1ソースコンタクトホール11aには、n+型ソース領域5、p+型コンタクト領域6および導電層22が露出されている。ソース電極12は、第1ソースコンタクトホール11aの内部において、半導体部(n+型ソース領域5およびp+型コンタクト領域6)にオーミック接触している。層間絶縁膜11の表面全体を覆うバリアメタル13により、ソース電極12は層間絶縁膜11およびゲート絶縁膜8に接触していない。 An interlayer insulating film 11 is provided on the front surface of semiconductor substrate 10 so as to cover gate electrode 9 . The n + type source region 5 , the p + type contact region 6 and the conductive layer 22 are exposed in the first source contact hole 11 a of the interlayer insulating film 11 . The source electrode 12 is in ohmic contact with the semiconductor portion (the n + -type source region 5 and the p + -type contact region 6) inside the first source contact hole 11a. Source electrode 12 is not in contact with interlayer insulating film 11 and gate insulating film 8 due to barrier metal 13 covering the entire surface of interlayer insulating film 11 .

ソース電極12は、例えば、第1ソースコンタクトホール11aの内部において半導体基板10上に堆積されたニッケル(Ni)膜中のニッケル原子と、半導体基板10中のシリコン(Si)原子と、が反応してなるニッケルシリサイド(NiSi)膜であってもよい。バリアメタル13は、例えば、後述するソースパッド(第1パッド)14から層間絶縁膜11側への金属原子の拡散を防止したり、バリアメタル13を挟んで対向する領域間での相互反応を防止する機能を有する。バリアメタル13は、例えば窒化チタン(TiN)膜であってもよい。 The source electrode 12 is formed by, for example, reaction between nickel atoms in a nickel (Ni) film deposited on the semiconductor substrate 10 inside the first source contact hole 11a and silicon (Si) atoms in the semiconductor substrate 10. It may be a nickel silicide (NiSi) film made of The barrier metal 13 prevents, for example, diffusion of metal atoms from a source pad (first pad) 14 to be described later to the interlayer insulating film 11 side, and prevents mutual reaction between regions facing each other with the barrier metal 13 interposed therebetween. It has the function to The barrier metal 13 may be, for example, a titanium nitride (TiN) film.

ソース電極12およびバリアメタル13の表面上に、第2トレンチ21の内部から導電層22が延在している。ソース電極12およびバリアメタル13は、導電層22に覆われている。導電層22の表面に、ソースパッド14が設けられている。ソースパッド14は、例えばアルミニウム(Al)からなる。ソースパッド14および導電層22は、つなぎ領域43のゲートパッド領域44まで延在していてもよい。図3の符号14aは、ソースパッド14の端部である。 Conductive layer 22 extends from inside second trench 21 on the surfaces of source electrode 12 and barrier metal 13 . Source electrode 12 and barrier metal 13 are covered with conductive layer 22 . A source pad 14 is provided on the surface of the conductive layer 22 . The source pad 14 is made of aluminum (Al), for example. Source pad 14 and conductive layer 22 may extend to gate pad region 44 of tether region 43 . Reference numeral 14a in FIG. 3 denotes the end of the source pad 14. As shown in FIG.

ソースパッド14および導電層22は、ゲートパッド35から離れた位置で終端している。半導体基板10の裏面(n+型ドレイン領域1となるn+型出発基板の裏面)の全面に、ドレイン電極15が設けられている。ドレイン電極15は、半導体基板10の裏面にオーミック接触している。ドレイン電極15は、例えば、半導体基板10の裏面上に順に堆積されたニッケル膜およびチタン(Ti)膜中のニッケル原子およびチタン原子と、半導体基板10中のシリコン原子と、が反応してなるシリサイド膜であってもよい。 Source pad 14 and conductive layer 22 terminate at a location remote from gate pad 35 . A drain electrode 15 is provided on the entire back surface of the semiconductor substrate 10 (the back surface of the n + -type starting substrate that becomes the n + -type drain region 1). The drain electrode 15 is in ohmic contact with the back surface of the semiconductor substrate 10 . The drain electrode 15 is, for example, a silicide formed by reacting nickel atoms and titanium atoms in a nickel film and a titanium (Ti) film sequentially deposited on the back surface of the semiconductor substrate 10 with silicon atoms in the semiconductor substrate 10 . It may be a membrane.

また、活性領域41において、n型電流拡散領域3の内部には、第1,2トレンチ7,21にそれぞれ深さ方向Zに対向する位置にp+型領域(底部領域)16が選択的に設けられている。各p+型領域16の内部で第1,2トレンチ7,21が終端していてもよい。p+型領域16は、p型ベース領域4と離して設けられている。p+型領域16は、SiC-MOSFETのオフ時のリーク電流抑制と、第1,2トレンチ7,21の底面にかかる電界を緩和する機能を有する。 In the active region 41, the p + -type region (bottom region) 16 is selectively formed inside the n-type current diffusion region 3 at positions facing the first and second trenches 7 and 21 in the depth direction Z, respectively. is provided. The first and second trenches 7 and 21 may terminate inside each p + -type region 16 . The p + -type region 16 is provided apart from the p-type base region 4 . The p + -type region 16 has the function of suppressing leakage current when the SiC-MOSFET is turned off and of relaxing the electric field applied to the bottom surfaces of the first and second trenches 7 and 21 .

つなぎ領域43には、活性領域41からn型電流拡散領域3、p型ベース領域4およびp+型コンタクト領域6が延在している。つなぎ領域43において、n型電流拡散領域3の内部には、p+型領域31,32が設けられている。p+型領域32は、p型ベース領域4に接する。p+型領域31は、p+型領域32に接し、p+型領域32よりも半導体基板10のおもて面から深い位置に設けられている。p+型領域31は、例えば活性領域41のp+型領域16と同時に形成される。 N-type current diffusion region 3 , p-type base region 4 and p + -type contact region 6 extend from active region 41 to connecting region 43 . In the connecting region 43 , p + -type regions 31 and 32 are provided inside the n-type current diffusion region 3 . P + -type region 32 is in contact with p-type base region 4 . The p + -type region 31 is in contact with the p + -type region 32 and is provided at a position deeper than the p + -type region 32 from the front surface of the semiconductor substrate 10 . The p + -type regions 31 are formed at the same time as the p + -type regions 16 of the active region 41, for example.

これらつなぎ領域43におけるp+型コンタクト領域6、p型ベース領域4およびp+型領域32,31からなるp型領域と、n型電流拡散領域3、n-型ドリフト領域2およびn+型ドレイン領域1と、のpn接合で寄生のPiNダイオード30が形成されている。PiNダイオード30は、つなぎ領域43と同じ平面形状で、かつ、つなぎ領域43と同じ程度か若干少ない表面積を有する。また、つなぎ領域43(ゲートパッド領域44も含む)には、半導体基板10のおもて面上に、ゲート絶縁膜8およびフィールド酸化膜33を介してゲートランナー34が設けられている。 p - type contact region 6, p-type base region 4 and p + -type regions 32 and 31 in these connecting regions 43; n - type current diffusion region 3; A parasitic PiN diode 30 is formed at the pn junction between the regions 1 and . The PiN diode 30 has the same planar shape as the junction region 43 and has a surface area that is the same as or slightly smaller than that of the junction region 43 . A gate runner 34 is provided on the front surface of the semiconductor substrate 10 in the connecting region 43 (including the gate pad region 44) with the gate insulating film 8 and the field oxide film 33 interposed therebetween.

上述したように、ゲートランナー34は、つなぎ領域43の凸部43a内に突出した凸部34aを有し、当該凸部34aに一部を内側に凹ませた凹部34bを有する。このゲートランナー34の凸部34aの凹部34bにおいて、層間絶縁膜11に、p+型コンタクト領域6を露出する第2ソースコンタクトホール11bが設けられている。かつ、この第2ソースコンタクトホール11bに、p+型コンタクト領域6およびp型ベース領域4を深さ方向Zに貫通してn型電流拡散領域3に達する第2トレンチ21a(21)が設けられている。 As described above, the gate runner 34 has the protrusion 34a that protrudes into the protrusion 43a of the connecting region 43, and has the recess 34b that is partially recessed inward from the protrusion 34a. A second source contact hole 11b exposing the p + -type contact region 6 is provided in the interlayer insulating film 11 in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34 . A second trench 21a (21) is provided in the second source contact hole 11b to reach the n-type current diffusion region 3 through the p + -type contact region 6 and the p-type base region 4 in the depth direction Z. ing.

すなわち、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに第2トレンチ21aを設けることで、第2方向Yに第1トレンチ7よりもつなぎ領域43の凸部43aに近い位置で、第2方向Yにつなぎ領域43の凸部43aに対向して、第2トレンチ21aを設けることができる。この第2トレンチ21aにも導電層22が埋め込まれ、導電層22とn型電流拡散領域3とのショットキー接合によるトレンチ側壁SBD20が第2トレンチ21aの側壁に形成されている。また、第2ソースコンタクトホール11bに露出するp+型コンタクト領域6には、ソース電極12がオーミック接触している。 That is, by providing the second trench 21a in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34, the second trench 21a is located in the second direction Y at a position closer to the convex portion 43a of the connecting region 43 than the first trench 7. A second trench 21 a can be provided facing the protrusion 43 a of the connecting region 43 . The conductive layer 22 is also buried in the second trench 21a, and a trench sidewall SBD 20 is formed on the sidewall of the second trench 21a by a Schottky junction between the conductive layer 22 and the n-type current diffusion region 3. As shown in FIG. A source electrode 12 is in ohmic contact with the p + -type contact region 6 exposed in the second source contact hole 11b.

つなぎ領域43と第2トレンチ21aとの間に第1トレンチ7が存在しないため、従来構造(図14~19参照)よりもPiNダイオード30に近い位置にトレンチ側壁SBD20を配置可能である。具体的には、従来構造のつなぎ領域243のp+型領域231の長さC103(図19参照)は、本実施形態において第2方向Yに最もつなぎ領域43の凸部43a寄りに配置された第1トレンチ7a(7)の底面に深さ方向Zに対向するp+型領域16の、つなぎ領域43から遠い側の端部からエッジ終端領域42までの長さC3に相当する。 Since the first trench 7 does not exist between the connecting region 43 and the second trench 21a, the trench sidewall SBD20 can be arranged at a position closer to the PiN diode 30 than in the conventional structure (see FIGS. 14 to 19). Specifically, the length C103 (see FIG. 19) of the p + -type region 231 of the bridging region 243 of the conventional structure is arranged closest to the convex portion 43a of the bridging region 43 in the second direction Y in the present embodiment. It corresponds to a length C3 from the end of the p + -type region 16 facing the bottom surface of the first trench 7a (7) in the depth direction Z, farther from the connecting region 43 to the edge termination region .

本実施形態のつなぎ領域43のp+型領域31,32は、第2トレンチ21aの底面に深さ方向Zに対向するp+型領域16と離して、当該第2トレンチ21aよりもエッジ終端領域42側に位置する。第1トレンチ7aの底面に深さ方向Zに対向するp+型領域16の、つなぎ領域43から遠い側の端部からエッジ終端領域42までの長さC3から、つなぎ領域43のp+型領域31,32の長さC2を減算した長さC1だけ、従来構造よりもPiNダイオード30に近い位置にトレンチ側壁SBD20を配置することができる。 The p + -type regions 31 and 32 of the bridging region 43 of the present embodiment are separated from the p + -type region 16 facing the bottom surface of the second trench 21a in the depth direction Z, and are located in the edge termination region from the second trench 21a. 42 side. From the length C3 from the end of the p + -type region 16 facing the bottom surface of the first trench 7a in the depth direction Z, farther from the connecting region 43 to the edge termination region 42, the p + -type region of the connecting region 43 The trench sidewall SBD 20 can be arranged at a position closer to the PiN diode 30 than in the conventional structure by the length C1 obtained by subtracting the length C2 of 31 and 32 .

また、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに設けた第2ソースコンタクトホール11bに、ソース電極12とp+型コンタクト領域6とのコンタクト(電気的接触部)を形成することができる。すなわち、つなぎ領域43のp+型コンタクト領域6とソース電極12とを直接接触させることができる。これにより、活性領域41の凹部41aとつなぎ領域43の凸部43aとの境界付近においてp+型コンタクト領域6のコンタクト抵抗を低下させることができるため、アバランシェ耐量の低下を防止することができる。 Further, a contact (electrical contact portion) between the source electrode 12 and the p + -type contact region 6 can be formed in the second source contact hole 11b provided in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34. FIG. That is, the p + -type contact region 6 of the connecting region 43 and the source electrode 12 can be brought into direct contact with each other. As a result, the contact resistance of the p + -type contact region 6 can be reduced in the vicinity of the boundary between the concave portion 41a of the active region 41 and the convex portion 43a of the connecting region 43, thereby preventing the deterioration of the avalanche resistance.

ゲートランナー34は層間絶縁膜11に覆われている。つなぎ領域43の層間絶縁膜11は、バリアメタル13で覆われている。つなぎ領域43のゲートパッド領域44において、バリアメタル13上には、ゲートパッド35(図3,4参照)が設けられている。ゲートパッド35は、ソースパッド14と同じ積層構造を有していてもよい。ゲートパッド35は、バリアメタル13および層間絶縁膜11を挟んで深さ方向Zにゲートランナー34に対向する。ゲートパッド35は、ゲートランナー34に電気的に接続されている。 Gate runner 34 is covered with interlayer insulating film 11 . The interlayer insulating film 11 in the connecting region 43 is covered with the barrier metal 13 . A gate pad 35 (see FIGS. 3 and 4) is provided on the barrier metal 13 in the gate pad region 44 of the connecting region 43 . Gate pad 35 may have the same laminate structure as source pad 14 . Gate pad 35 faces gate runner 34 in depth direction Z with barrier metal 13 and interlayer insulating film 11 interposed therebetween. Gate pad 35 is electrically connected to gate runner 34 .

以上、説明したように、実施の形態1によれば、ゲートランナーは、ポリシリコンからなり、活性領域とエッジ終端領域との間のつなぎ領域に配置され、活性領域の周囲を囲む。かつ、ゲートランナーは、その一部をゲートパッドに深さ方向に対向するように内側に略矩形状に突出させてなる凸部を有する。ゲートランナーの凸部には、当該凸部の一部を除去することで内側に凹んでなる凹部が設けられている。 As described above, according to the first embodiment, the gate runner is made of polysilicon, is arranged in the connecting region between the active region and the edge termination region, and surrounds the active region. In addition, the gate runner has a protrusion formed by protruding inward in a substantially rectangular shape so as to face the gate pad in the depth direction. The convex portion of the gate runner is provided with a concave portion which is recessed inward by removing a part of the convex portion.

このゲートランナーの凸部の凹部内に、トレンチ側壁SBDを構成する第2トレンチを配置することで、第2方向に第1トレンチよりもつなぎ領域の凸部に近い位置に、つなぎ領域の凸部に対向してトレンチ側壁SBDを配置することができる。これによって、従来構造よりもPiNダイオードに近い位置にトレンチ側壁SBDを配置することができるため、バイポーラ電流が流れにくくなり、大電流時にPiNダイオードがオンしにくくなる。したがって、寄生のPiNダイオード動作を抑制することができる。 By disposing the second trench forming the trench sidewall SBD in the concave portion of the convex portion of the gate runner, the convex portion of the bridging region is positioned closer to the convex portion of the bridging region than the first trench in the second direction. , the trench sidewalls SBD can be positioned opposite to the . As a result, the trench sidewall SBD can be arranged at a position closer to the PiN diode than in the conventional structure, so that the bipolar current is less likely to flow and the PiN diode is less likely to be turned on when a large current flows. Therefore, parasitic PiN diode action can be suppressed.

また、実施の形態1によれば、ゲートランナーの凸部の凹部内に配置された第2トレンチ内の導電層とともに、つなぎ領域のp+型コンタクト領域が第2ソースコンタクトホールに露出される。このため、つなぎ領域のp+型コンタクト領域とソース電極とを直接接触させることができる。これにより、活性領域の凹部とつなぎ領域の凸部との境界付近においてp+型コンタクト領域のコンタクト抵抗を低下させることができるため、アバランシェ耐量の低下を防止することができる。 Moreover, according to the first embodiment, the p + -type contact region of the connecting region is exposed to the second source contact hole together with the conductive layer in the second trench arranged in the concave portion of the convex portion of the gate runner. Therefore, the p + -type contact region of the connecting region and the source electrode can be brought into direct contact with each other. As a result, the contact resistance of the p + -type contact region can be reduced in the vicinity of the boundary between the concave portion of the active region and the convex portion of the bridging region, so that the deterioration of the avalanche resistance can be prevented.

(実施の形態2)
次に、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図6は、実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図6には、図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す。活性領域41、エッジ終端領域42、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44のレイアウトや、トレンチ側壁SBD20およびPiNダイオード30の各形成領域のレイアウトは実施の形態1と同様である(図1,2参照)。ゲートランナー34の凸部34aの平面形状は実施の形態1と同様である(図4参照)。図7は、図6の切断線D1-D2における断面構造を示す断面図である。
(Embodiment 2)
Next, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment is described. FIG. 6 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the second embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 6 shows an enlarged view of the area surrounded by the rectangular frame A in FIGS. The layout of the active region 41, the edge termination region 42, the connection region 43 and the gate pad region 44, and the layout of the formation regions of the trench sidewall SBD 20 and the PiN diode 30 are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). . The planar shape of the protrusion 34a of the gate runner 34 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 4). FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line D1-D2 in FIG.

実施の形態2にかかる炭化珪素半導体装置50が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置40と異なる点は、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに形成する第2ソースコンタクトホール11b’の幅w2を活性領域41の第1ソースコンタクトホール11aの幅w1よりも広くして、つなぎ領域43のp+型コンタクト領域6とソース電極12とのコンタクトの表面積を広くした点である。つなぎ領域43のp+型コンタクト領域6とソース電極12の表面積を広くすることで、活性領域41の凹部41aとつなぎ領域43の凸部43aとの境界付近においてp+型コンタクト領域6のコンタクト抵抗をさらに低下させることができる。 The silicon carbide semiconductor device 50 according to the second embodiment differs from the silicon carbide semiconductor device 40 according to the first embodiment in the width of the second source contact hole 11b' formed in the recess 34b of the projection 34a of the gate runner 34. The difference is that w2 is made wider than the width w1 of the first source contact hole 11a of the active region 41 to widen the surface area of the contact between the p + -type contact region 6 of the connecting region 43 and the source electrode 12. FIG. By increasing the surface area of the p + -type contact region 6 of the connecting region 43 and the source electrode 12, the contact resistance of the p + -type contact region 6 near the boundary between the recess 41a of the active region 41 and the projection 43a of the connecting region 43 is can be further reduced.

以上、説明したように、実施の形態2によれば、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。また、実施の形態2によれば、ゲートランナーの凸部の凹部に形成する第2ソースコンタクトホールの幅を広くすることで、アバランシェ耐量の低下をさらに防止することができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. Further, according to the second embodiment, by widening the width of the second source contact hole formed in the concave portion of the convex portion of the gate runner, it is possible to further prevent the deterioration of the avalanche resistance.

(実施の形態3)
次に、実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図8は、実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図8には、図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す。活性領域41、エッジ終端領域42、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44のレイアウトや、トレンチ側壁SBD20およびPiNダイオード30の各形成領域のレイアウトは実施の形態1と同様である(図1,2参照)。ゲートランナー34の凸部34aの平面形状は実施の形態1と同様である(図4参照)。図9は、図8の切断線E1-E2における断面構造を示す断面図である。
(Embodiment 3)
Next, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment will be described. FIG. 8 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the third embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 8 shows an enlarged area surrounded by a rectangular frame A in FIGS. The layout of the active region 41, the edge termination region 42, the connection region 43 and the gate pad region 44, and the layout of the formation regions of the trench sidewall SBD 20 and the PiN diode 30 are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). . The planar shape of the protrusion 34a of the gate runner 34 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 4). FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure taken along line E1-E2 in FIG.

実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置60が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置40と異なる点は、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに形成する第2ソースコンタクトホール11bに、トレンチ側壁SBD20に代えて、半導体基板10のおもて面上に平板状にSBD(以下、平面SBDとする)20’を設けた点である。平面SBD20’は、第2ソースコンタクトホール11bにおいて半導体基板10のおもて面に露出するn型領域23と、第2ソースコンタクトホール11bにおいて半導体基板10のおもて面に沿って設けられた導電層22と、のショットキー接合により形成されている。 Silicon carbide semiconductor device 60 according to the third embodiment differs from silicon carbide semiconductor device 40 according to the first embodiment in that a trench is formed in second source contact hole 11b formed in recess 34b of protrusion 34a of gate runner 34. The difference is that a plate-like SBD (hereinafter referred to as a plane SBD) 20 ′ is provided on the front surface of the semiconductor substrate 10 instead of the side wall SBD 20 . The plane SBD 20 ′ is provided along the front surface of the semiconductor substrate 10 at the n-type region 23 exposed to the front surface of the semiconductor substrate 10 at the second source contact hole 11 b and at the second source contact hole 11 b. It is formed by Schottky junction with the conductive layer 22 .

具体的には、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに形成された第2ソースコンタクトホール11bには、n型領域23およびp+型コンタクト領域6が露出されている。n型領域23は、第2ソースコンタクトホール11bにおいて、半導体基板10のおもて面からp型炭化珪素層62を深さ方向Zに貫通してn型電流拡散領域3に達する。導電層22は、活性領域41から第2ソースコンタクトホール11b内に延在し、半導体基板10のおもて面に沿って設けられている。第2ソースコンタクトホール11bに露出するp+型コンタクト領域6には、実施の形態1と同様にソース電極12がオーミック接触している。 Specifically, the n-type region 23 and the p + -type contact region 6 are exposed in the second source contact hole 11b formed in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34 . N-type region 23 penetrates p-type silicon carbide layer 62 in depth direction Z from the front surface of semiconductor substrate 10 to reach n-type current diffusion region 3 in second source contact hole 11b. Conductive layer 22 extends from active region 41 into second source contact hole 11 b and is provided along the front surface of semiconductor substrate 10 . A source electrode 12 is in ohmic contact with the p + -type contact region 6 exposed in the second source contact hole 11b, as in the first embodiment.

平面SBD20’の直下(n+型ドレイン領域1側)においてn型電流拡散領域3の内部に、p+型領域24が選択的に設けられている。p+型領域24は、n型領域23、活性領域41のp+型領域16、つなぎ領域43のp型ベース領域4、およびつなぎ領域43のp+型領域31,32と離して配置されている。p+型領域24は、活性領域41のp+型領域16と同時に形成されてもよい。p+型領域24は、活性領域41の隣り合うp+型領域16間の間隔と同じ間隔か狭い間隔で、活性領域41のp+型領域16およびつなぎ領域43のp+型領域31,32と離れている。 A p + -type region 24 is selectively provided inside the n-type current diffusion region 3 directly under the plane SBD 20′ (n + -type drain region 1 side). The p + -type region 24 is spaced apart from the n-type region 23 , the p + -type region 16 of the active region 41 , the p-type base region 4 of the junction region 43 , and the p + -type regions 31 and 32 of the junction region 43 . there is The p + -type regions 24 may be formed simultaneously with the p + -type regions 16 of the active region 41 . The p + -type regions 24 are separated from each other by the p + -type regions 16 of the active region 41 and the p + -type regions 31 and 32 of the connecting region 43 at intervals equal to or narrower than the intervals between the adjacent p + -type regions 16 of the active region 41 . and away.

また、p+型領域24は、少なくとも一部が平面SBD20’の直下に位置していればよく、活性領域41に配置されていてもよいし、つなぎ領域43に配置されていてもよい、活性領域41からつなぎ領域43にわたって配置されていてもよい。このように平面SBD20’の直下においてn型電流拡散領域3の内部にp+型領域24を設けることで、つなぎ領域43のp型ベース領域4の端部への電界集中を緩和させることができる。これにより、活性領域41とつなぎ領域43との境界付近における所定耐圧を維持することができる。 In addition, at least a part of the p + -type region 24 may be located directly under the plane SBD 20 ′, and may be arranged in the active region 41 or may be arranged in the connecting region 43 . It may be arranged from the region 41 to the connecting region 43 . By providing the p + -type region 24 inside the n-type current diffusion region 3 immediately below the plane SBD 20 ′ in this way, the electric field concentration of the junction region 43 at the end of the p-type base region 4 can be alleviated. . Thereby, a predetermined breakdown voltage can be maintained in the vicinity of the boundary between the active region 41 and the connecting region 43 .

以上、説明したように、実施の形態2によれば、トレンチ側壁SBDに代えて、平面SBDを設けた場合においても、実施の形態1と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained even when the plane SBD is provided instead of the trench sidewall SBD.

(実施の形態4)
次に、実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図10は、実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図10には、図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す。活性領域41、エッジ終端領域42、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44のレイアウトや、トレンチ側壁SBD20およびPiNダイオード30の各形成領域のレイアウトは実施の形態1と同様である(図1,2参照)。ゲートランナー34の凸部34aの平面形状は実施の形態1と同様である(図4参照)。図11は、図10の切断線F1-F2における断面構造を示す断面図である。
(Embodiment 4)
Next, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment will be described. FIG. 10 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the fourth embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 10 shows an enlarged view of the area surrounded by the rectangular frame A in FIGS. The layout of the active region 41, the edge termination region 42, the connection region 43 and the gate pad region 44, and the layout of the formation regions of the trench sidewall SBD 20 and the PiN diode 30 are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). . The planar shape of the protrusion 34a of the gate runner 34 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 4). FIG. 11 is a cross-sectional view showing the cross-sectional structure taken along line F1-F2 in FIG.

実施の形態4にかかる炭化珪素半導体装置70は、実施の形態2を実施の形態3にかかる炭化珪素半導体装置60に適用して、ゲートランナー34の凸部34aの凹部34bに形成する第2ソースコンタクトホール11b’の幅w2を活性領域41の第1ソースコンタクトホール11aの幅w1よりも広くしたものである。すなわち、第2ソースコンタクトホール11b’には、平面SBD20’が設けられている。かつ、活性領域41の凹部41aとつなぎ領域43の凸部43aとの境界付近においてp+型コンタクト領域6のコンタクト抵抗をさらに低下させている。 The silicon carbide semiconductor device 70 according to the fourth embodiment applies the second embodiment to the silicon carbide semiconductor device 60 according to the third embodiment, and the second source formed in the concave portion 34b of the convex portion 34a of the gate runner 34 is formed. The width w2 of the contact hole 11b' is made wider than the width w1 of the first source contact hole 11a of the active region 41. FIG. That is, a plane SBD20' is provided in the second source contact hole 11b'. In addition, the contact resistance of the p + -type contact region 6 is further reduced in the vicinity of the boundary between the recess 41 a of the active region 41 and the projection 43 a of the connecting region 43 .

以上、説明したように、実施の形態4によれば、トレンチ側壁SBDに代えて、平面SBDを設けた場合においても、実施の形態2と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the fourth embodiment, the same effects as those of the second embodiment can be obtained even when the planar SBD is provided instead of the trench sidewall SBD.

(実施の形態5)
次に、実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置の構造について説明する。図12は、実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置を半導体基板のおもて面側から見たレイアウトを示す平面図である。図12には、図1,2の矩形枠Aで囲む領域を拡大して示す。活性領域41、エッジ終端領域42、つなぎ領域43およびゲートパッド領域44のレイアウトや、トレンチ側壁SBD20およびPiNダイオード30の各形成領域のレイアウトは実施の形態1と同様である(図1,2参照)。図12の切断線G1-G2における断面構造は実施の形態1と同様である(図5参照)。図13は、図12のつなぎ領域を拡大して示す平面図である。
(Embodiment 5)
Next, the structure of the silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment is described. FIG. 12 is a plan view showing the layout of the silicon carbide semiconductor device according to the fifth embodiment, viewed from the front surface side of the semiconductor substrate. FIG. 12 shows an enlarged view of the area surrounded by the rectangular frame A in FIGS. The layout of the active region 41, the edge termination region 42, the connection region 43 and the gate pad region 44, and the layout of the formation regions of the trench sidewall SBD 20 and the PiN diode 30 are the same as those of the first embodiment (see FIGS. 1 and 2). . The cross-sectional structure along the cutting line G1-G2 in FIG. 12 is the same as that of the first embodiment (see FIG. 5). 13 is a plan view showing an enlarged connection region of FIG. 12. FIG.

実施の形態5にかかる炭化珪素半導体装置80が実施の形態1にかかる炭化珪素半導体装置40と異なる点は、次の2点である。1つ目の相違点は、ゲートランナー34の凸部34a’に凹部が設けられていない点である。すなわち、ゲートランナー34の凸部34a’は、従来構造と同様に略矩形状の平面形状をなす。2つ目の相違点は、第2方向Yに、ゲートランナー34の凸部34a’の角部34cを挟んで隣り合う第1トレンチ7の端部同士を連結して、略U字状の平面形状を有するトレンチ(以下、連結トレンチとする)7bを配置した点である。ゲートランナー34の凸部34a’の角部34cとは、ゲートランナー34の凸部34a’の外周3辺のうち、第1方向Xに平行な1辺と、第2方向Yに平行な1辺と、が共有する頂点である。 Silicon carbide semiconductor device 80 according to the fifth embodiment differs from silicon carbide semiconductor device 40 according to the first embodiment in the following two points. The first difference is that the convex portion 34a' of the gate runner 34 is not provided with a concave portion. That is, the convex portion 34a' of the gate runner 34 has a substantially rectangular planar shape as in the conventional structure. The second difference is that the ends of the first trenches 7 adjacent to each other across the corners 34c of the protrusions 34a' of the gate runners 34 are connected in the second direction Y to form a substantially U-shaped flat surface. The point is that a trench having a shape (hereinafter referred to as a connecting trench) 7b is arranged. The corner portion 34c of the protrusion 34a' of the gate runner 34 is one side parallel to the first direction X and one side parallel to the second direction Y among the three sides of the periphery of the protrusion 34a' of the gate runner 34. and are vertices shared by .

このように連結トレンチ7bによって連結された第1トレンチ7は、ゲートランナー34の凸部34a’の角部34cを囲み、第2方向Yにゲートランナー34の凸部34a’の角部34cのみに対向する。第2方向Yに最もつなぎ領域43の凸部43a寄りに位置する第2トレンチ21b(21)は、第2方向Yに連結トレンチ7bを挟んでつなぎ領域43の凸部43aに対向する。第2トレンチ21bは、第2方向Yにつなぎ領域43の凸部43aとの間に第1トレンチ7を挟まずに、ゲートランナー34の凸部34a’の角部34c以外の部分でつなぎ領域43の凸部43aに対向する。連結トレンチ7bの内部には、第1トレンチ7と同様に、ゲート絶縁膜8を介してゲート電極9が設けられている。 The first trenches 7 connected by the connecting trenches 7b in this way surround the corners 34c of the protrusions 34a' of the gate runners 34, and extend only in the corners 34c of the protrusions 34a' of the gate runners 34 in the second direction Y. opposite. The second trench 21b (21) located closest to the protrusion 43a of the connecting region 43 in the second direction Y faces the protrusion 43a of the connecting region 43 in the second direction Y with the connecting trench 7b interposed therebetween. The second trench 21b is formed in the connection region 43 at a portion other than the corner 34c of the projection 34a' of the gate runner 34 without interposing the first trench 7 between the projection 43a of the connection region 43 in the second direction Y. is opposed to the convex portion 43a. A gate electrode 9 is provided inside the connecting trench 7 b with a gate insulating film 8 interposed therebetween, similarly to the first trench 7 .

以上、説明したように、実施の形態5によれば、第1トレンチ7の、ゲートランナーの凸部の角部付近で第2方向に隣り合う端部同士を連結することで、ゲートランナーの凸部に凹部を設けなくても、実施の形態1~4と同様の効果を得ることができる。 As described above, according to the fifth embodiment, by connecting the ends of the first trenches 7 adjacent in the second direction near the corners of the protrusion of the gate runner, the protrusion of the gate runner is formed. Effects similar to those of Embodiments 1 to 4 can be obtained without providing a recess in the portion.

以上において本発明は、上述した実施の形態に限らず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。例えば、上述した実施の形態1~4では、ゲートランナーの凸部の外周3辺のうちの第1方向に平行な1辺に凹部を設ける場合を例に説明しているが、これに限らず、ゲートランナーの凸部の外周3辺のうちの、第1,2トレンチに平行な辺に凹部が設けられていればよい。このため、第1,2トレンチを第2方向に延在するストライプ状に配置した場合には、ゲートランナーの凸部の外周3辺のうちの第2方向に平行な2辺にそれぞれ凹部を設け、当該2つの凹部にそれぞれSBDを配置してもよい。 As described above, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be variously modified without departing from the scope of the present invention. For example, in Embodiments 1 to 4 described above, the case where the concave portion is provided on one of the three outer peripheral sides of the convex portion of the gate runner parallel to the first direction is described as an example, but the present invention is not limited to this. , the recesses may be provided on the sides parallel to the first and second trenches, among the three sides of the periphery of the protrusion of the gate runner. For this reason, when the first and second trenches are arranged in stripes extending in the second direction, recesses are provided on two sides parallel to the second direction among the three sides of the periphery of the protrusion of the gate runner. , an SBD may be placed in each of the two recesses.

以上のように、本実施形態は、炭化珪素からなる半導体基板を備える半導体装置に有用である。 As described above, the present embodiment is useful for semiconductor devices having a semiconductor substrate made of silicon carbide.

1 n+型ドレイン領域
2 n-型ドリフト領域
3 n型電流拡散領域
4 p型ベース領域
5 n+型ソース領域
6 p+型コンタクト領域
7,7a MSOFETのゲートトレンチ(第1トレンチ)
7b 連結トレンチ
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 半導体基板
11 層間絶縁膜
11a,11b,11b’ ソースコンタクトホール
12 ソース電極
13 バリアメタル
14 ソースパッド
15 ドレイン電極
16,31,32 p+型領域
20 トレンチ側壁SBD
20’ 平面SBD
21,21a,21b トレンチ側壁SBDのトレンチ(第2トレンチ)
22 導電層
23 n型領域
30 PiNダイオード
33 フィールド酸化膜
34 ゲートランナー
34a,34a’ ゲートランナーの凸部
34b ゲートランナーの凸部の凹部
34c ゲートランナーの凸部の角部
35 ゲートパッド
40,50,60,70,80 炭化珪素半導体装置
41 活性領域
41a 活性領域の凹部
42 エッジ終端領域
43 つなぎ領域
43a つなぎ領域の凸部
44 ゲートパッド領域
52 つなぎ領域の凸部に近い位置
61 n-型炭化珪素層
62 p型炭化珪素層
X 半導体基板のおもて面に平行な方向(第1方向)
Y 半導体基板のおもて面に平行な方向で、第1方向と直交する方向(第2方向)
Z 深さ方向
w1,w2 ソースコンタクトホールの幅
Reference Signs List 1 n + type drain region 2 n type drift region 3 n type current diffusion region 4 p type base region 5 n + type source region 6 p + type contact region 7, 7a MSOFET gate trench (first trench)
7b connecting trench 8 gate insulating film 9 gate electrode 10 semiconductor substrate 11 interlayer insulating film 11a, 11b, 11b' source contact hole 12 source electrode 13 barrier metal 14 source pad 15 drain electrode 16, 31, 32 p + -type region 20 trench side wall SBD
20' planar SBD
21, 21a, 21b trenches on trench side walls SBD (second trenches)
22 conductive layer 23 n-type region 30 PiN diode 33 field oxide film 34 gate runner 34a, 34a' protrusion of gate runner 34b recess of protrusion of gate runner 34c corner of protrusion of gate runner 35 gate pad 40, 50, 60, 70, 80 silicon carbide semiconductor device 41 active region 41a concave portion of active region 42 edge termination region 43 connecting region 43a convex portion of connecting region 44 gate pad region 52 position near convex portion of connecting region 61 n -type silicon carbide layer 62 p-type silicon carbide layer X direction parallel to front surface of semiconductor substrate (first direction)
Y A direction parallel to the front surface of the semiconductor substrate and perpendicular to the first direction (second direction)
Z Depth direction w1, w2 Width of source contact hole

Claims (14)

炭化珪素からなる半導体基板を備える半導体装置であって、
前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板のおもて面と前記ドリフト領域との間に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記半導体基板のおもて面側に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記半導体基板のおもて面から前記ベース領域を貫通して、前記半導体基板の内部まで設けられる複数のトレンチと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられるゲートランナーと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーと電気的に接続された第1パッドと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーとは電気的に接続されていない第2パッドと、
を備え、
複数の前記トレンチは、
前記ソース領域に隣接し、内部に第1導電部が設けられ、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続されるランナー接続領域まで第1方向に延びる第1トレンチを含み、
前記第1方向において、前記ランナー接続領域から見て前記第1トレンチとは反対側の前記半導体基板のおもて面側に第2導電型のコンタクト領域が設けられると共に、前記コンタクト領域を露出させるコンタクトホールが設けられていることを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a semiconductor substrate made of silicon carbide,
a drift region of a first conductivity type provided in the semiconductor substrate;
a base region of a second conductivity type provided between the front surface of the semiconductor substrate and the drift region;
a first conductivity type source region provided on the front surface side of the semiconductor substrate;
a plurality of trenches extending from the front surface of the semiconductor substrate through the base region to the inside of the semiconductor substrate;
a gate runner provided on the front surface of the semiconductor substrate;
a first pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the gate runner;
a second pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and not electrically connected to the gate runner;
with
The plurality of trenches are
a first trench adjacent to the source region and provided therein with a first conductive portion extending in a first direction to a runner connection region where the first conductive portion is connected to the gate runner;
A contact region of a second conductivity type is provided on a front surface side of the semiconductor substrate opposite to the first trench when viewed from the runner connection region in the first direction, and the contact region is exposed. A semiconductor device comprising a contact hole.
複数の前記トレンチは、
内部に前記第2パッドと電気的に接続された第2導電部が設けられ、前記第1方向において、前記第1トレンチとは反対側から前記ランナー接続領域に向かって延びる第2トレンチを含み、
前記第2導電部は、前記コンタクトホールを通じて、前記第2パッドに電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。
The plurality of trenches are
a second conductive portion provided therein and electrically connected to the second pad and extending in the first direction from a side opposite to the first trench toward the runner connection region;
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein said second conductive portion is electrically connected to said second pad through said contact hole.
深さ方向において、前記第2トレンチの底部に対向する第2導電型の底部領域を備えることを特徴とする請求項2に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2, further comprising a bottom region of the second conductivity type facing the bottom of said second trench in the depth direction. 前記コンタクト領域は、前記第2トレンチよりも前記半導体基板の裏面側に深い位置において、前記ドリフト領域とのpn接合によるダイオードを形成することを特徴とする請求項2または3に記載の半導体装置。 4. The semiconductor device according to claim 2, wherein said contact region forms a diode by a pn junction with said drift region at a position deeper than said second trench on the back side of said semiconductor substrate. 前記コンタクト領域は、前記ベース領域よりも高不純物濃度であり、
前記ソース領域は、前記ドリフト領域よりも高不純物濃度であることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の半導体装置。
the contact region has a higher impurity concentration than the base region;
5. The semiconductor device according to claim 1, wherein said source region has a higher impurity concentration than said drift region.
前記半導体基板に、
前記ソース領域が設けられた活性領域と、
ガードリング、フィールドプレート、リサーフのいずれかを含んだエッジ終端領域と、
前記活性領域と前記エッジ終端領域との間のつなぎ領域と、が設けられ、
前記コンタクトホールは、前記つなぎ領域において、前記コンタクト領域を露出させることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の半導体装置。
on the semiconductor substrate,
an active region provided with the source region;
an edge termination region including one of a guard ring, field plate, and resurf;
a bridging region between the active region and the edge termination region;
6. The semiconductor device according to claim 1, wherein said contact hole exposes said contact region in said connecting region.
炭化珪素からなる半導体基板を備える半導体装置であって、
前記半導体基板に設けられた第1導電型のドリフト領域と、
前記半導体基板のおもて面と前記ドリフト領域との間に設けられた第2導電型のベース領域と、
前記半導体基板のおもて面側に設けられた第1導電型のソース領域と、
前記半導体基板のおもて面から前記ベース領域を貫通して、前記半導体基板の内部まで設けられる複数のトレンチと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられるゲートランナーと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーと電気的に接続された第1パッドと、
前記半導体基板のおもて面上に設けられ、前記ゲートランナーとは電気的に接続されていない第2パッドと、
を備え、
複数の前記トレンチは、
前記ソース領域に隣接し、内部に第1導電部が設けられ、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続されるランナー接続領域まで第1方向に延びる第1トレンチと、
内部に前記第2パッドと電気的に接続された第2導電部が設けられ、前記第1方向において、前記第1トレンチとは反対側から前記ランナー接続領域に向かって延びる第2トレンチと、を含むことを特徴とする半導体装置。
A semiconductor device comprising a semiconductor substrate made of silicon carbide,
a drift region of a first conductivity type provided in the semiconductor substrate;
a base region of a second conductivity type provided between the front surface of the semiconductor substrate and the drift region;
a first conductivity type source region provided on the front surface side of the semiconductor substrate;
a plurality of trenches extending from the front surface of the semiconductor substrate through the base region to the inside of the semiconductor substrate;
a gate runner provided on the front surface of the semiconductor substrate;
a first pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and electrically connected to the gate runner;
a second pad provided on the front surface of the semiconductor substrate and not electrically connected to the gate runner;
with
The plurality of trenches are
a first trench adjacent to the source region, provided with a first conductive portion therein, and extending in a first direction to a runner connection region where the first conductive portion is connected to the gate runner;
a second trench provided therein with a second conductive portion electrically connected to the second pad and extending in the first direction from a side opposite to the first trench toward the runner connection region; A semiconductor device comprising:
複数の前記トレンチは、
平面視で前記第1方向と直交する第2方向において、前記第1トレンチおよび前記第2トレンチに対向する第3トレンチを含むことを特徴とする請求項2、3、4、7のいずれか1項に記載の半導体装置。
The plurality of trenches are
8. The semiconductor device according to any one of claims 2, 3, 4, and 7, further comprising a third trench facing the first trench and the second trench in a second direction orthogonal to the first direction in plan view. 10. The semiconductor device according to claim 1.
前記第3トレンチは、内部に前記第2パッドと電気的に接続された第3導電部が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the third trench is provided therein with a third conductive portion electrically connected to the second pad. 前記第3トレンチは、内部に前記第1パッドと電気的に接続された第3導電部が設けられていることを特徴とする請求項8に記載の半導体装置。 9. The semiconductor device according to claim 8, wherein the third trench is provided therein with a third conductive portion electrically connected to the first pad. 前記第3トレンチは、平面視で前記第2方向において、前記ランナー接続領域の端部と対向していることを特徴とする請求項8から10のいずれか1項に記載の半導体装置。 11. The semiconductor device according to claim 8, wherein the third trench faces the end of the runner connection region in the second direction in plan view. 複数の前記トレンチは、
平面視で2つの前記第1トレンチの間に配置され、内部に前記第2パッドと電気的に接続された第4導電部が設けられた第4トレンチを含むことを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載の半導体装置。
The plurality of trenches are
2. A fourth trench disposed between the two first trenches in a plan view and provided therein with a fourth conductive portion electrically connected to the second pad. 12. The semiconductor device according to any one of 11.
前記第2パッドは、ソースパッドであり、
前記ランナー接続領域は、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続される部分を含んだ、前記第1方向と直交する第2方向に前記ゲートランナーが延びる領域であることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載の半導体装置。
the second pad is a source pad;
3. The runner connection region is a region in which the gate runner extends in a second direction orthogonal to the first direction, including a portion where the first conductive portion is connected to the gate runner. 8. The semiconductor device according to any one of 1 to 7.
前記第2パッドは、ソースパッドであり、
前記ランナー接続領域は、前記第1導電部が前記ゲートランナーと接続される部分を含んだ、前記第2方向に前記ゲートランナーが延びる領域であることを特徴とする請求項8から11のいずれか1項に記載の半導体装置。
the second pad is a source pad;
12. The runner connection region is a region where the gate runner extends in the second direction and includes a portion where the first conductive portion is connected to the gate runner. 2. The semiconductor device according to item 1.
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