JP2024003158A - SiC半導体装置 - Google Patents

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semiconductor device
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敏雄 永田
Toshio Nagata
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Rohm Co Ltd
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    • H01L2224/05117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
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    • H01L2224/05138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05139Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/05138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05144Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/05138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05147Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/05138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/05155Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05164Palladium [Pd] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05166Titanium [Ti] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05169Platinum [Pt] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05171Chromium [Cr] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/05172Vanadium [V] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
    • H01L2224/0518Molybdenum [Mo] as principal constituent
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    • H01L2224/05163Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than 1550°C
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    • H01L2224/05647Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
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    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29111Tin [Sn] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/29113Bismuth [Bi] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/29118Zinc [Zn] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/2912Antimony [Sb] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29139Silver [Ag] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29147Copper [Cu] as principal constituent
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    • H01L2224/26Layer connectors, e.g. plate connectors, solder or adhesive layers; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/28Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/29Structure, shape, material or disposition of the layer connectors prior to the connecting process of an individual layer connector
    • H01L2224/29001Core members of the layer connector
    • H01L2224/29099Material
    • H01L2224/291Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/29138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/29155Nickel [Ni] as principal constituent
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    • H01L2224/45101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/45111Tin (Sn) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
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    • H01L2224/45001Core members of the connector
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    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45101Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of less than 400°C
    • H01L2224/45113Bismuth (Bi) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45118Zinc (Zn) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/4512Antimony (Sb) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45117Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 400°C and less than 950°C
    • H01L2224/45124Aluminium (Al) as principal constituent
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    • H01L2224/42Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/44Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L2224/45Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/45001Core members of the connector
    • H01L2224/45099Material
    • H01L2224/451Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof
    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45139Silver (Ag) as principal constituent
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    • H01L2224/45138Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron (B), silicon (Si), germanium (Ge), arsenic (As), antimony (Sb), tellurium (Te) and polonium (Po), and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/45144Gold (Au) as principal constituent
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    • H01L2224/4911Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain
    • H01L2224/49111Disposition the connectors being bonded to at least one common bonding area, e.g. daisy chain the connectors connecting two common bonding areas, e.g. Litz or braid wires
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    • H01L2224/83438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
    • H01L2224/83444Gold [Au] as principal constituent
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    • H01L2224/83438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/834Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof
    • H01L2224/83438Material with a principal constituent of the material being a metal or a metalloid, e.g. boron [B], silicon [Si], germanium [Ge], arsenic [As], antimony [Sb], tellurium [Te] and polonium [Po], and alloys thereof the principal constituent melting at a temperature of greater than or equal to 950°C and less than 1550°C
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    • H01L2224/84424Aluminium [Al] as principal constituent
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Abstract

【課題】外力を緩和できるSiC半導体装置を提供する。【解決手段】SiC半導体装置は、一方側の第1主面および他方側の第2主面を有するSiCチップと、第1Al層を含み、前記第1主面の上に形成された第1主面電極と、前記第1主面電極の上に形成され、導線に接続されるパッド電極と、第2Al層を含み、前記第2主面の上に形成された第2主面電極と、を含む。【選択図】図2

Description

本発明は、SiC半導体装置に関する。
特許文献1は、SiC基板(SiCチップ)と、Alを含み、SiC基板の表面の上に形成されたパッド電極と、SiC基板の裏面の上に形成されたオーミック電極と、を含む、SiC半導体装置を開示している。パッド電極には、ボンディングワイヤ(導線)が接合される。
特開2015-207780号公報
後工程(アセンブリ工程)では、様々な外力がSiC半導体装置に加えられる。たとえば、SiC半導体装置の実装時には、吸着ノズルを備えた実装機が使用される。SiC半導体装置は、吸着ノズルに吸着保持された状態で接続対象物まで搬送された後、接続対象部に押圧実装される。この時、吸着ノズルから接続対象物に向かう外力、および、接続対象物から吸着ノズルに向かう外力がSiC半導体装置に加えられる。
また、SiC半導体装置の実装後には、キャピラリによって導線がパッド電極に押圧接合される。この時、キャピラリから接続対象物に向かう外力、および、接続対象物からキャピラリに向かう外力がSiC半導体装置に加えられる。SiCチップの強度を超える外力がSiC半導体装置に加えられると、SiCチップにクラックが発生する。
本発明の一実施形態は、外力を緩和できるSiC半導体装置を提供する。
本発明の一実施形態は、一方側の第1主面および他方側の第2主面を有するSiCチップと、第1Al層を含み、前記第1主面の上に形成された第1主面電極と、前記第1主面電極の上に形成され、導線に接続されるパッド電極と、第2Al層を含み、前記第2主面の上に形成された第2主面電極と、を含む、SiC半導体装置を提供する。
このSiC半導体装置によれば、第1Al層が第1主面側で外力を緩和する第1緩衝層として形成され、第2Al層が第2主面側で外力を緩和する第2緩衝層として形成されている。これにより、第1主面から第2主面に向かう方向の外力、および、第2主面から第1主面に向かう方向の外力を緩和できる。
本発明における上述の、またはさらに他の目的、特徴および効果は、添付図面を参照して次に述べる実施形態の説明により明らかにされる。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置を示す平面図である。 図2は、図1に示すII-II線に沿う断面図であって、第1形態例に係る第2主面電極が組み込まれた形態を示している。 図3は、図2に示す第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Aは、第2形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Bは、第3形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Cは、第4形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Dは、第5形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Eは、第6形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Fは、第7形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Gは、第8形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Hは、第9形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図4Iは、第10形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図5は、図1に示すSiC半導体装置が組み込まれた半導体パッケージを示す図である。 図6は、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置の斜視図であって、第1形態例に係る第2主面電極が組み込まれた形態を示している。 図7は、図6に示すSiC半導体装置の平面図である。 図8は、第1主面電極の上の構造を取り除いた平面図である。 図9は、図8に示す領域IXの内部構造を示す拡大平面図である。 図10は、図9に示すX-X線に沿う断面図である。 図11は、図9に示すXI-XI線に沿う断面図である。 図12は、図10に示す領域XIIの拡大図である。 図13は、図7に示すXIII-XIII線に沿う断面図である。 図14は、ゲートパッド電極を示す断面図である。 図15は、ソースパッド電極を示す断面図である。 図16は、第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Aは、第2形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Bは、第3形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Cは、第4形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Dは、第5形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Eは、第6形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Fは、第7形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Gは、第8形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Hは、第9形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図17Iは、第10形態例に係る第2主面電極を図解的に示す断面図である。 図18は、図6に示すSiC半導体装置が組み込まれた半導体パッケージを示す図である。
図1は、本発明の第1実施形態に係るSiC半導体装置1を示す平面図である。図2は、図1に示すII-II線に沿う断面図であって、第1形態例に係る第2主面電極31が組み込まれた形態を示している。図3は、図2に示す第2主面電極31を図解的に示す断面図である。
図1および図2を参照して、SiC半導体装置1は、SiCチップ2を含む。SiCチップ2は、六方晶からなるSiC単結晶を含む。六方晶からなるSiC単結晶は、原子配列の周期に応じて、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶、6H-SiC単結晶等を含む複数種のポリタイプを有している。SiCチップ2は、この形態(this embodiment)では、4H-SiC単結晶からなるが、他のポリタイプを除外するものではない。
SiCチップ2は、直方体形状のチップ状に形成されている。SiCチップ2は、一方側の第1主面3、他方側の第2主面4、ならびに、第1主面3および第2主面4を接続する側面5A,5B,5C,5Dを有している。第1主面3および第2主面4は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では正方形状)に形成されている。
SiCチップ2の厚さは、40μm以上300μm以下であってもよい。SiCチップ2の厚さは、40μm以上100μm以下、100μm以上150μm以下、150μm以上200μm以下、200μm以上250μm以下、または、250μm以上300μm以下であってもよい。SiCチップ2の厚さは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
第1主面3および第2主面4は、SiC単結晶のc面に面している。第1主面3は、SiC単結晶のシリコン面((0001)面)に面している。第1主面3は、非実装面である。第2主面4は、SiC単結晶のカーボン面((000-1)面)に面している。第2主面4は、実装面である。第2主面4は、研削痕およびアニール痕のいずれか一方または双方を有する粗面であってもよい。アニール痕は、レーザ照射痕である。第2主面4は、アニール痕を有するオーミック面であってもよい。
第1主面3および第2主面4は、SiC単結晶のc面に対してa軸方向([11-20]方向)に0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角分だけ傾斜している。
オフ角は、0°以上6°以下であってもよい。オフ角は、0°以上2°以下、2°以上4°以下、または、4°以上6°以下であってもよい。オフ角は、0°を超えて4.5°以下であることが好ましい。オフ角は、3°以上4.5°以下であってもよい。この場合、オフ角は、3°以上3.5°以下、または、3.5°以上4°以下であることが好ましい。オフ角は、1.5°以上3°以下であってもよい。この場合、オフ角は、1.5°以上2°以下、または、2°以上2.5°以下であることが好ましい。
側面5A~5Dは、第1側面5A、第2側面5B、第3側面5Cおよび第4側面5Dを含む。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに互いに対向している。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに互いに対向している。第2方向Yは、より具体的には、第1方向Xに直交している。
第1側面5Aおよび第2側面5Bは、SiC単結晶のa面によって形成されている。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、法線方向Zを基準にしたとき、法線方向Zに対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。第1側面5Aおよび第2側面5Bは、法線方向Zを0°としたとき、法線方向Zに対してオフ角に応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角に応じた角度は、オフ角と等しくてもよいし、0°を超えてオフ角未満の角度であってもよい。
第3側面5Cおよび第4側面5Dは、SiC単結晶のm面によって形成されていてもよい。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、法線方向Zに沿って平面的に延びている。第3側面5Cおよび第4側面5Dは、より具体的には、第1主面3および第2主面4に対して略垂直に形成されている。
側面5A~5Dは、劈開面または研削面からなっていてもよい。側面5A~5Dの長さは、0.1mm以上10mm以下であってもよい。側面5A~5Dの長さは、0.5mm以上2.5mm以下であることが好ましい。
SiCチップ2は、この形態では、n型のSiC半導体基板6およびn型のSiCエピタキシャル層7を含む積層構造を有している。SiC半導体基板6によって、SiCチップ2の第2主面4が形成されている。SiCエピタキシャル層7によって、SiCチップ2の第1主面3が形成されている。SiC半導体基板6およびSiCエピタキシャル層7によって、SiCチップ2の側面5A~5Dが形成されている。
SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、SiC半導体基板6のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板6のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
SiC半導体基板6の厚さは、40μm以上250μm以下であってもよい。SiC半導体基板6の厚さは、40μm以上100μm以下、100μm以上150μm以下、150μm以上200μm以下、または、200μm以上250μm以下であってもよい。SiC半導体基板6の厚さは、40μm以上150μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板6を薄化することにより、SiC半導体基板6の抵抗値を低減できる。
SiCエピタキシャル層7の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。SiCエピタキシャル層7の厚さは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下、または、40μm以上50μm以下であってもよい。SiCエピタキシャル層7の厚さは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
SiCチップ2は、アクティブ領域8および外側領域9を含む。アクティブ領域8は、機能デバイス(ダイオード)の一例としてのSBD(Schottky Barrier Diode)を含む領域である。アクティブ領域8は、平面視において側面5A~5Dから内方に間隔を空けてSiCチップ2の中央部に形成されている。アクティブ領域8は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されている。
外側領域9は、アクティブ領域8の外側の領域である。外側領域9は、側面5A~5Dおよびアクティブ領域8の間の領域に形成されている。外側領域9は、平面視においてアクティブ領域8を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。
SiC半導体装置1は、アクティブ領域8において第1主面3の表層部に形成されたn型のダイオード領域10を含む。ダイオード領域10は、第1主面3の中央部に形成されている。ダイオード領域10の平面形状は任意である。ダイオード領域10は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されていてもよい。
ダイオード領域10は、この形態では、SiCエピタキシャル層7の一部を利用して形成されている。ダイオード領域10のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度と等しい。ダイオード領域10のn型不純物濃度は、SiCエピタキシャル層7のn型不純物濃度を超えていてもよい。この場合、ダイオード領域10は、SiCエピタキシャル層7の表層部に対するn型不純物の導入によって形成される。
外側領域9において第1主面3の表層部には、p型不純物を含むガード領域11が形成されている。ガード領域11のp型不純物は、活性化されていなくてもよいし、活性化されていてもよい。
ガード領域11は、平面視においてダイオード領域10に沿って延びる帯状に形成されている。ガード領域11は、より具体的には、平面視においてダイオード領域10を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。これにより、ガード領域11は、ガードリング領域として形成されている。
アクティブ領域8(ダイオード領域10)は、ガード領域11によって画定されている。アクティブ領域8(ダイオード領域10)の平面形状は、ガード領域11の平面形状によって調整される。ガード領域11は、平面視において多角環状や円環状に形成されていてもよい。
SiC半導体装置1は、第1主面3の上に形成された主面絶縁層12を含む。主面絶縁層12は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。主面絶縁層12は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。主面絶縁層12は、この形態では、酸化シリコン層からなる単層構造を有している。
主面絶縁層12は、ダイオード領域10を露出させるコンタクト開口13を含む。コンタクト開口13は、ガード領域11の内周縁も露出させている。コンタクト開口13の平面形状は、任意である。コンタクト開口13は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されていてもよい。
主面絶縁層12の周縁は、側面5A~5Dから露出している。主面絶縁層12の周縁は、この形態では、側面5A~5Dに連なっている。主面絶縁層12の周縁は、側面5A~5Dから内方に間隔を空けて形成されていてもよい。この場合、主面絶縁層12は、第1主面3において外側領域9に位置する部分を露出させる。
主面絶縁層12の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。主面絶縁層12の厚さは、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。主面絶縁層12の厚さは、0.5μm以上5μm以下であることが好ましい。
SiC半導体装置1は、第1主面3の上に形成された第1主面電極14を含む。第1主面電極14は、コンタクト開口13内においてダイオード領域10およびガード領域11に接続されている。第1主面電極14は、コンタクト開口13から主面絶縁層12の上に引き出されている。第1主面電極14の周縁は、側面5A~5Dから内方に間隔を空けて主面絶縁層12の上に形成されている。
第1主面電極14は、より具体的には、第1主面3側からこの順に積層されたショットキーバリア層15(バリア層)および第1Al層16を含む積層構造を有している。第1Al層16は、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ2に加えられる外力を第1主面3側から緩和する第1緩衝層として形成されている。
ショットキーバリア層15は、第1主面3および主面絶縁層12に沿って膜状に形成されている。ショットキーバリア層15は、ダイオード領域10との間でショットキー接合を形成する。これにより、第1主面電極14をアノードとし、ダイオード領域10をカソードとするSBDが形成されている。つまり、第1主面電極14は、SBDのアノード電極である。
ショットキーバリア層15は、Ti層、Pd層、Cr層、V層、Mo層、W層、Pt層およびNi層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。ショットキーバリア層15の厚さは、0.01μm以上5μm以下であってもよい。ショットキーバリア層15の厚さは、0.01μm以上0.1μm以下、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上3μm以下、3μm以上4μm以下、または、4μm以上5μm以下であってもよい。
第1Al層16は、ショットキーバリア層15の上に形成されている。第1Al層16は、ショットキーバリア層15に沿って膜状に形成されている。第1Al層16は、ショットキーバリア層15の主面の全域を被覆している。第1主面電極14の周縁は、ショットキーバリア層15および第1Al層16によって形成されている。
第1Al層16は、純Al層(純度が99%以上のAlからなるAl層の事をいう。以下同じ。)、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む。第1Al層16は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの2つ以上が任意の順序で積層された積層構造を有していてもよい。
第1Al層16は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していてもよい。第1Al層16は、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していることが好ましい。
第1Al層16の厚さは、ショットキーバリア層15の厚さを超えている。第1Al層16の厚さは、0.05μm以上10μm以下であってもよい。第1Al層16の厚さは、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。第1Al層16の厚さは、1μm以上8μm以下であることが好ましい。
SiC半導体装置1は、第1主面3の上において第1主面電極14を被覆する絶縁層17を含む。図1では、絶縁層17がハッチングによって示されている。絶縁層17は、より具体的には、主面絶縁層12の上に形成されている。絶縁層17の周縁は、側面5A~5Dから内方に間隔を空けて形成されている。これにより、絶縁層17は、主面絶縁層12において外側領域9を被覆する部分を露出させている。
絶縁層17の周縁は、側面5A~5Dとの間でダイシングストリートDSを区画している。ダイシングストリートDSによれば、SiCウエハからSiC半導体装置1を切り出す際に、絶縁層17を物理的に切断せずに済む。これにより、SiCウエハからSiC半導体装置1を円滑に切り出すことができると同時に、絶縁層17の剥離や劣化を抑制できる。その結果、絶縁層17によってSiCチップ2や第1主面電極14等の保護対象物を適切に保護できる。
ダイシングストリートDSの幅は、1μm以上25μm以下であってもよい。ダイシングストリートDSの幅は、ダイシングストリートDSが延びる方向に直交する方向の幅である。ダイシングストリートDSの幅は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、または、20μm以上25μm以下であってもよい。
絶縁層17は、第1主面電極14を露出させるパッド開口18を有している。パッド開口18は、この形態では、平面視においてコンタクト開口13によって取り囲まれた領域内において第1主面電極14を露出させている。パッド開口18は、平面視においてコンタクト開口13外の領域でコンタクト開口13を取り囲んでいてもよい。パッド開口18の平面形状は任意である。パッド開口18は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されていてもよい。
絶縁層17は、この形態では、SiCチップ2側からこの順に積層されたパッシベーション層19および樹脂層20を含む積層構造を有している。
パッシベーション層19は、酸化シリコン層および窒化シリコン層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。パッシベーション層19は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。パッシベーション層19は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。パッシベーション層19は、主面絶縁層12とは異なる絶縁材料を含むことが好ましい。パッシベーション層19は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
パッシベーション層19は、主面絶縁層12および第1主面電極14に沿って膜状に形成されている。パッシベーション層19は、第1主面電極14の一部を露出させる第1開口21を有している。第1開口21の平面形状は任意である。第1開口21は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されていてもよい。
パッシベーション層19の厚さは、0.1μm以上20μm以下であってもよい。パッシベーション層19の厚さは、0.1μm以上1μm以下、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、または、15μm以上20μm以下であってもよい。
樹脂層20は、パッシベーション層19の主面に沿って膜状に形成されている。樹脂層20は、感光性樹脂を含んでいてもよい。感光性樹脂は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプであってもよい。樹脂層20は、ポリイミド、ポリアミドおよびポリベンゾオキサゾールのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。樹脂層20は、この形態では、ポリベンゾオキサゾールを含む。
樹脂層20の周縁は、この形態では、パッシベーション層19の周縁を露出させている。絶縁層17の周縁は、樹脂層20の周縁およびパッシベーション層19の周縁によって形成されている。樹脂層20は、パッシベーション層19の周縁を被覆していてもよい。
樹脂層20は、第1主面電極14の一部を露出させる第2開口22を有している。第2開口22の平面形状は任意である。第2開口22は、平面視において側面5A~5Dに平行な4辺を有する四角形状に形成されていてもよい。第2開口22は、パッシベーション層19の第1開口21に連通し、第1開口21との間で1つのパッド開口18を形成している。
第2開口22の内壁は、第1開口21の内壁に面一に形成されていてもよい。第2開口22の内壁は、第1開口21の内壁に対して側面5A~5D側に位置していてもよい。第2開口22の内壁は、第1開口21の内壁に対してSiCチップ2の内方に位置していてもよい。つまり、樹脂層20は、第1開口21の内壁を被覆していてもよい。
樹脂層20の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層20の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下、または、40μm以上50μm以下であってもよい。
SiC半導体装置1は、第1主面電極14の上に形成されたパッド電極23を含む。パッド電極23は、第1主面電極14に電気的に接続されている。パッド電極23は、パッド開口18内において第1主面電極14の上に形成されている。パッド電極23は、導線に外部接続される端子面24を有している。
端子面24は、絶縁層17(樹脂層20)の主面に対して第1主面電極14側に位置している。端子面24は、絶縁層17(樹脂層20)の主面よりも上方に突出していてもよい。端子面24は、絶縁層17(樹脂層20)の主面を被覆するオーバラップ部を有していてもよい。
パッド電極23は、第1主面電極14とは異なる金属材料を含む。パッド電極23は、この形態では、第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25、Pd層26およびAu層27を含む積層構造を有している。Ni、PdおよびAuは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。Ni層25、Pd層26およびAu層27は、めっき法によって形成されためっき層であってもよい。
パッド電極23は、Ni層25、Pd層26およびAu層27のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。パッド電極23は、Ni層25、Pd層26およびAu層27のうちの少なくとも2つを任意の順序で積層した積層構造を有していてもよい。パッド電極23は、Ni層25、Pd層26またはAu層27からなる単層構造を有していてもよい。
パッド電極23は、Au層27によって形成された端子面24を有していることが好ましい。パッド電極23は、少なくとも第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25およびAu層27を含む積層構造を有していることが好ましい。
Ni層25の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Ni層25の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。
Pd層26の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Pd層26の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。
Au層27の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Au層27の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Au層27の厚さは、Ni層25の厚さ未満であることが好ましい。Au層27の厚さは、Pd層26の厚さ未満であることが好ましい。
図2および図3を参照して、SiC半導体装置1は、第2主面4の上に形成された第2主面電極31を含む。第2主面電極31は、SBDのカソード電極として形成されている。第2主面電極31は、この形態では、第2主面4の全域を被覆している。
第2主面電極31は、側面5A~5Dから内方に間隔を空けて形成され、第2主面4の周縁部を露出させていてもよい。この場合、SiCウエハからSiC半導体装置1を切り出す際に第2主面電極31を物理的に切断せずに済む。これにより、SiCウエハからSiC半導体装置1を円滑に切り出すことができると同時に、第2主面電極31の剥離や劣化を抑制できる。その結果、第2主面電極31を第2主面4に適切に接続させることができる。
このような第2主面電極31は、一例として、製造工程時において、レジストマスクを介するエッチング法によって第2主面電極31の不要な部分を除去することによって得ることができる。また、第2主面電極31は、他の例として、製造工程時において、レジストマスクを用いたリフトオフ法によって第2主面4を部分的に被覆する第2主面電極31を形成することによって得ることができる。
第2主面電極31は、第2主面4を被覆する第2Al層32を含む。第2Al層32は、SiCチップ2を挟んで第1主面電極14の第1Al層16に対向している。第2Al層32は、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ2に加えられる外力を第2主面4側から緩和する第2緩衝層として形成されている。
第2Al層32は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む。第2Al層32は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの2つ以上が任意の順序で積層された積層構造を有していてもよい。第2Al層32は、スパッタ法および/または蒸着法によって形成されていてもよい。
第2Al層32は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していてもよい。第2Al層32のAl系金属材料は、第1Al層16のAl系金属材料とは異なっていてもよい。第2Al層32は、純Al層からなる単層構造を有していることが好ましい。
第2Al層32は、第1Al層16の厚さ未満の厚さを有していてもよい。第2Al層32の厚さは、0.01μm以上5μm以下であってもよい。第2Al層32の厚さは、0.01μm以上0.1μm以下、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上3μm以下、3μm以上4μm以下、または、4μm以上5μm以下であってもよい。
第2主面電極31は、第2Al層32に加えて、第2Al層32とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層をさらに含む。第2主面電極31は、この形態では、複数の電極層の一例として第2主面4側からこの順に積層されたTi層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37を含む。
Ti層33は、第2主面4との間でオーミック接触を形成するオーミック電極である。第2Al層32は、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37を挟んで第2主面4を被覆している。
Ti、Ni、Pd、AuおよびAgは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37は、スパッタ法、蒸着法および/またはめっき法によって形成されていてもよい。
第2主面電極31は、1つまたは複数の電極層として、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。第2Al層32は、少なくともTi層33を挟んで第2主面4を被覆していることが好ましい。
第2主面電極31がNi層34、Pd層35およびAu層36のうちの少なくとも1つを含む場合、Ni層34、Pd層35およびAu層36のうちの少なくとも1つは、パッド電極23のNi層25、Pd層26およびAu層27と同時に形成されためっき層であってもよい。
Ti層33の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Ti層33の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。
Ni層34の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Ni層34の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。Ni層34の厚さは、Ti層33の厚さを超えていることが好ましい。
Pd層35の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Pd層35の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。Pd層35の厚さは、Ti層33の厚さを超えていることが好ましい。
Au層36の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Au層36の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Au層36の厚さは、Ni層34の厚さ未満であることが好ましい。Au層36の厚さは、Pd層35の厚さ未満であることが好ましい。
Ag層37の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Ag層37の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Ag層37の厚さは、Ni層34の厚さ未満であることが好ましい。Ag層37の厚さは、Pd層35の厚さ未満であることが好ましい。
第2主面電極31は、図4A~図4Iに示される構造を有していてもよい。
図4Aは、第2形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Aを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Pd層35およびAu層36を含む積層構造を有している。Ti層33、Ni層34、Pd層35およびAu層36は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33、Ni層34、Pd層35およびAu層36を挟んで第2主面4を被覆している。
図4Bは、第3形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Bを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37を含む積層構造を有している。Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37を挟んで第2主面4を被覆している。
図4Cは、第4形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Cを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34およびAu層36を含む積層構造を有している。Ti層33、Ni層34およびAu層36は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33、Ni層34およびAu層36を挟んで第2主面4を被覆している。
図4Dは、第5形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Dを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32およびTi層33を含む積層構造を有している。Ti層33は、第2主面4に接続されている。第2Al層32は、Ti層33を挟んで第2主面4を被覆している。
図4Eは、第6形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Eを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34およびAu層36を含む。Ti層33、Ni層34およびAu層36は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33およびNi層34の間に介在し、Ti層33を挟んで第2主面4を被覆している。
この場合、パッド電極23は、第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25およびAu層27からなる2層構造を有していることが好ましい。第2主面電極31のNi層34およびAu層36は、めっき法によって、パッド電極23のNi層25およびAu層27と同時に形成されることができる。
図4Fは、第7形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Fを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37を含む。Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33およびNi層34の間に介在し、Ti層33を挟んで第2主面4を被覆している。
この場合、パッド電極23は、第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25およびAu層27からなる2層構造を有していることが好ましい。第2主面電極31のNi層34およびAu層36は、めっき法によって、パッド電極23のNi層25およびAu層27と同時に形成されることができる。
図4Gは、第8形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Gを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37を含む。Ti層33、Ni層34、Au層36およびAg層37は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33およびNi層34の間に介在し、Ti層33を挟んで第2主面4を被覆している。
この場合、パッド電極23は、第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25、Pd層26およびAu層27からなる3層構造を有していることが好ましい。第2主面電極31のNi層34、Pd層35およびAu層36は、めっき法によって、パッド電極23のNi層25、Pd層26およびAu層27と同時に形成されることができる。
図4Hは、第9形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Hを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Pd層35およびAu層36を含む。Ti層33、Ni層34、Pd層35およびAu層36は、第2主面4側からこの順に積層されている。第2Al層32は、Ti層33およびNi層34の間に介在し、Ti層33を挟んで第2主面4を被覆している。
この場合、パッド電極23は、第1主面電極14側からこの順に積層されたNi層25、Pd層26およびAu層27からなる3層構造を有していることが好ましい。第2主面電極31のNi層34、Pd層35およびAu層36は、めっき法によって、パッド電極23のNi層25、Pd層26およびAu層27と同時に形成されることができる。
図4Iは、第10形態例に係る第2主面電極31を図解的に示す断面図である。以下では、図1~図3において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図4Iを参照して、第2主面電極31は、この形態では、第2Al層32およびシリサイド層38を含む。シリサイド層38は、第2主面4に形成されている。シリサイド層38は、第2主面4から露出するSiCが金属材料によってシリサイド化された層である。シリサイド層38は、FeSi層、NiSi層、NiSi層、CoSi層、CrSi層、WSi層、MoSi層、MnSi層、NbSi層、TiSi層およびVSi層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
第2Al層32は、シリサイド層38を挟んで第2主面4を被覆している。第2主面電極31は、第2Al層32およびシリサイド層38の他、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2Al層32、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37の積層順序は任意である。シリサイド層38を被覆する構造として、第1~第10形態例のいずれか1つの積層構造が採用されてもよい。
図5は、図1に示すSiC半導体装置1が組み込まれた半導体パッケージ41を示す図である。図5では、半導体パッケージ41の内部構造が、パッケージ本体42を透過して示されている。
図5を参照して、半導体パッケージ41は、この形態では、2端子型のTO-220である。半導体パッケージ41は、パッケージ本体42、金属プレート43、第1端子44、第2端子45、SiC半導体装置1、導電接合材46および導線47を含む。
パッケージ本体42は、モールド樹脂からなる。パッケージ本体42は、モールド樹脂の一例としてのエポキシ樹脂を含んでいてもよい。パッケージ本体42は、直方体形状に形成されている。パッケージ本体42は、一方側の第1面48および他方側の第2面49、ならびに、第1面48および第2面49を接続する4つの側面50A,50B,50C,50Dを含む。
4つの側面50A~50Dは、より具体的には、第1側面50A、第2側面50B、第3側面50Cおよび第4側面50Dを含む。第1側面50Aおよび第2側面50Bは、互いに対向している。第3側面50Cおよび第4側面50Dは、互いに対向している。
金属プレート43は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlの少なくとも1つを含んでいてもよい。金属プレート43は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。金属プレート43の平面形状は任意である。金属プレート43は、この形態では、平面視において四角形状(長方形状)に形成されている。
金属プレート43は、パッケージ本体42内に位置するパッド部51、および、パッケージ本体42外に位置するヒートシンク部52を一体的に含む。ヒートシンク部52は、パッド部51から第2側面50Bを横切ってパッケージ本体42外に引き出されている。ヒートシンク部52は、貫通孔52aを含む。貫通孔52aは、円形状に形成されている。
金属プレート43は、この形態では、第2面49から露出するようにパッケージ本体42内に配置されている。金属プレート43は、第2面49から露出しないようにパッケージ本体42内に配置されていてもよい。
第1端子44は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第1端子44は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。第1端子44は、パッケージ本体42内から第1側面50Aを横切ってパッケージ本体42外に引き出されている。第1端子44は、平面視において第4側面50D側の領域に配置されている。第1端子44は、金属プレート43の板面に対して第1面48側の領域に配置されている。
第1端子44は、第1内端部53、第1外端部54および第1帯状部55を含む。第1内端部53は、パッケージ本体42内において金属プレート43に接続されている。第1外端部54は、パッケージ本体42外に配置されている。第1帯状部55は、第1内端部53および第1外端部54の間を第1側面50Aに直交する方向に延びている。
第2端子45は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2端子45は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2端子45は、パッケージ本体42内から第1側面50Aを横切ってパッケージ本体42外に引き出されている。
第2端子45は、平面視において第1端子44から間隔を空けて第3側面50C側の領域に配置されている。第2端子45は、金属プレート43の板面に対して第1面48側の領域に配置されている。
第2端子45は、第2内端部56、第2外端部57および第2帯状部58を含む。第2内端部56は、金属プレート43から間隔を空けてパッケージ本体42内に配置されている。第2外端部57は、パッケージ本体42外に配置されている。第2帯状部58は、第2内端部56および第2外端部57の間を第1側面50Aに直交する方向に延びている。
SiC半導体装置1は、パッケージ本体42内において金属プレート43のパッド部51の上に配置されている。導電接合材46は、SiC半導体装置1およびパッド部51の間に介在し、SiC半導体装置1の第2主面電極31をパッド部51に接合させている。これにより、SiC半導体装置1は、金属プレート43を介して第1端子44に電気的に接続されている。
導電接合材46は、金属ペーストまたは半田であってもよい。金属ペーストは、Au、AgおよびCuのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。導電接合材46は、半田からなることが好ましい。半田は、鉛フリー半田であってもよい。半田は、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiおよびSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
導線47は、金属ワイヤ(ボンディングワイヤ)または金属クリップからなる。金属ワイヤは、Alワイヤ、Auワイヤ、Cuワイヤまたは半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、鉛フリー半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiおよびSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。金属クリップは、Alクリップ、AuクリップまたはCuクリップであってもよい。導線47は、この形態では、半田ワイヤからなる。
導線47は、パッケージ本体42内において第2端子45の第2内端部56およびSiC半導体装置1のパッド電極23に接続されている。これにより、SiC半導体装置1は、第2端子45に電気的に接続されている。
図6では、1つの導線47が第2内端部56およびパッド電極23に接続されている例が示されているが、導線47の個数は任意である。2つ以上の導線47が第2内端部56およびパッド電極23に接続されていてもよい。
半導体パッケージ41は、TO-220以外の形態も採り得る。半導体パッケージ41は、SOP(Small Outline Package)、QFN(Quad For Non Lead Package)、DFP(Dual Flat Package)、DIP(Dual Inline Package)、QFP(Quad Flat Package)、SIP(Single Inline Package)もしくはSOJ(Small Outline J-leaded Package)、または、これらに類する種々の形態を有していてもよい。
以上、SiC半導体装置1によれば、第1Al層16が第1主面3側で外力を緩和する第1緩衝層として形成され、第2Al層32が第2主面4側で外力を緩和する第2緩衝層として形成されている。これにより、第1主面3から第2主面4に向かう方向の外力、および、第2主面4から第1主面3に向かう方向の外力を緩和できる。
一例として、SiC半導体装置1を金属プレート43のパッド部51に実装する際にSiCチップ2に加えられる外力を第1Al層16および第2Al層32によって緩和できる。また、SiC半導体装置1のパッド電極23に導線47を接合する際にSiCチップ2に加えられる外力を第1Al層16および第2Al層32によって緩和できる。その結果、SiCチップ2のクラックを抑制できる。
また、SiC半導体装置1は、導線47に外部接合されるパッド電極23を含む。パッド電極23は、Ni層25、Pd層26およびAu層27のうちの少なくとも1つを含む。これにより、導線47をパッド電極23に適切に接続されることができる。
一方、Ni、PdおよびAuは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。したがって、パッド電極23を備えた構造では、導線47の接合時に加えられる外力を適切に緩和できない。
そこで、SiC半導体装置1では、SiCチップ2およびパッド電極23の間にAlを含む第1Al層16を介在させている。第1Al層16によれば、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ2に加えられる外力を第1主面3側から緩和できる。よって、導線47をパッド電極23に適切に接合させることができると同時に、SiCチップ2のクラックを抑制できる。
また、SiC半導体装置1は、第2Al層32に加えて、第2Al層32とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層を有する第2主面電極31を含む。1つまたは複数の電極層は、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37のうちの少なくとも1つを含む。これにより、第2主面電極31に対する導電接合材46の密着力を適切に高めることができる。その結果、SiC半導体装置1を金属プレート43のパッド部51に適切に実装できる。
一方、Ti、Ni、Pd、AuおよびAgは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。したがって、第2主面電極31がTi層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37のうちの少なくとも1つを含む構造では、SiC半導体装置1の実装時や導線47の接合時に加えられる外力を適切に緩和できない。
そこで、SiC半導体装置1では、Ti層33、Ni層34、Pd層35、Au層36およびAg層37のうちの少なくとも1つに加えて、第2Al層32を含む第2主面電極31を形成している。第2Al層32によれば、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ2に加えられる外力を第2主面4側から緩和できる。よって、SiC半導体装置1をパッド部51に適切に実装できると同時に、SiCチップ2のクラックを抑制できる。
図6は、本発明の第2実施形態に係るSiC半導体装置61の斜視図であって、第1形態例に係る第2主面電極200が組み込まれた形態を示している。図7は、図6に示すSiC半導体装置61の平面図である。図8は、第1主面電極150の上の構造を取り除いた平面図である。
図9は、図8に示す領域IXの内部構造を示す拡大平面図である。図10は、図9に示すX-X線に沿う断面図である。図11は、図9に示すXI-XI線に沿う断面図である。図12は、図10に示す領域XIIの拡大図である。
図13は、図7に示すXIII-XIII線に沿う断面図である。図14は、ゲートパッド電極191を示す断面図である。図15は、ソースパッド電極192を示す断面図である。図16は、第2主面電極200を図解的に示す断面図である。図14および図15は、ゲートパッド電極191およびソースパッド電極192の概略構造を示す断面図であり、特定箇所の断面を示していない。
図6~図13を参照して、SiC半導体装置61は、SiCチップ62を含む。SiCチップ62は、六方晶からなるSiC単結晶を含む。六方晶からなるSiC単結晶は、原子配列の周期に応じて、2H(Hexagonal)-SiC単結晶、4H-SiC単結晶、6H-SiC単結晶等を含む複数種のポリタイプを有している。SiCチップ62は、この形態では、4H-SiC単結晶からなるが、他のポリタイプを除外するものではない。
SiCチップ62は、一方側の第1主面63、他方側の第2主面64、ならびに、第1主面63および第2主面64を接続する側面65A,65B,65C,65Dを有している。第1主面63および第2主面64は、それらの法線方向Zから見た平面視(以下、単に「平面視」という。)において四角形状(この形態では長方形状)に形成されている。
SiCチップ62の厚さは、40μm以上300μm以下であってもよい。SiCチップ62の厚さは、40μm以上100μm以下、100μm以上150μm以下、150μm以上200μm以下、200μm以上250μm以下、または、250μm以上300μm以下であってもよい。SiCチップ62の厚さは、60μm以上150μm以下であることが好ましい。
第1主面63および第2主面64は、この形態では、SiC単結晶のc面に面している。第1主面63は、SiC単結晶のシリコン面((0001)面)に面している。第1主面63は、非実装面である。第2主面64は、SiC単結晶のカーボン面((000-1)面)に面している。第2主面64は、実装面である。第2主面64は、研削痕およびアニール痕のいずれか一方または双方を有する粗面であってもよい。アニール痕は、レーザ照射痕である。第2主面64は、アニール痕を有するオーミック面であってもよい。
第1主面63および第2主面64は、SiC単結晶のc面に対してa軸方向([11-20]方向)に0°以上10°以下の角度で傾斜したオフ角を有している。法線方向Zは、SiC単結晶のc軸([0001]方向)に対してオフ角分だけ傾斜している。
オフ角は、0°以上6°以下であってもよい。オフ角は、0°以上2°以下、2°以上4°以下、または、4°以上6°以下であってもよい。オフ角は、0°を超えて4.5°以下であることが好ましい。オフ角は、3°以上4.5°以下であってもよい。この場合、オフ角は、3°以上3.5°以下、または、3.5°以上4°以下であることが好ましい。オフ角は、1.5°以上3°以下であってもよい。この場合、オフ角は、1.5°以上2°以下、または、2°以上2.5°以下であることが好ましい。
側面65A~65Dは、第1側面65A、第2側面65B、第3側面65Cおよび第4側面65Dを含む。第1側面65Aおよび第2側面65Bは、第1方向Xに沿って延び、第1方向Xに交差する第2方向Yに対向している。第1側面65Aおよび第2側面65Bは、平面視においてSiCチップ62の短辺を形成している。第3側面65Cおよび第4側面65Dは、第2方向Yに沿って延び、第1方向Xに対向している。第3側面65Cおよび第4側面65Dは、平面視においてSiCチップ62の長辺を形成している。第2方向Yは、より具体的には、第1方向Xに直交している。
第1方向Xは、この形態では、SiC単結晶のm軸方向([1-100]方向)である。第2方向Yは、SiC単結晶のa軸方向([11-20]方向)である。つまり、第1側面65Aおよび第2側面65Bは、SiC単結晶のa面によって形成され、SiC単結晶のa軸方向に対向している。また、第3側面65Cおよび第4側面65Dは、SiC単結晶のm面によって形成され、SiC単結晶のm軸方向に対向している。
第1側面65Aおよび第2側面65Bは、法線方向Zを基準にしたとき、法線方向Zに対してSiC単結晶のc軸方向([0001]方向)に向けて傾斜した傾斜面を形成していてもよい。第1側面65Aおよび第2側面65Bは、法線方向Zを0°としたとき、法線方向Zに対してオフ角に応じた角度で傾斜していてもよい。オフ角に応じた角度は、オフ角と等しくてもよいし、0°を超えてオフ角未満の角度であってもよい。
第3側面65Cおよび第4側面65Dは、法線方向Zに沿って平面的に延びている。第3側面65Cおよび第4側面65Dは、より具体的には、第1主面63および第2主面64に対して略垂直に形成されている。
側面65A~65Dは、劈開面または研削面からなっていてもよい。側面65A~65Dの長さは、0.1mm以上10mm以下であってもよい。側面65A~65Dの長さは、0.5mm以上2.5mm以下であることが好ましい。
SiCチップ62は、この形態では、n型のSiC半導体基板66およびn型のSiCエピタキシャル層67を含む積層構造を有している。SiC半導体基板66は、ドレイン領域68として形成されている。SiCエピタキシャル層67は、ドリフト領域69として形成されている。
SiC半導体基板66によって、SiCチップ62の第2主面64が形成されている。SiCエピタキシャル層67によって、SiCチップ62の第1主面63が形成されている。SiC半導体基板66およびSiCエピタキシャル層67によって、SiCチップ62の側面65A~65Dが形成されている。
SiC半導体基板66の厚さは、40μm以上250μm以下であってもよい。SiC半導体基板66の厚さは、40μm以上100μm以下、100μm以上150μm以下、150μm以上200μm以下、または、200μm以上250μm以下であってもよい。SiC半導体基板66の厚さは、40μm以上150μm以下であることが好ましい。SiC半導体基板66を薄化することにより、SiC半導体基板66の抵抗値を低減できる。
SiCエピタキシャル層67の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。SiCエピタキシャル層67の厚さは、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下、または、40μm以上50μm以下であってもよい。SiCエピタキシャル層67の厚さは、5μm以上15μm以下であることが好ましい。
SiCエピタキシャル層67のn型不純物濃度は、SiC半導体基板66のn型不純物濃度未満である。SiC半導体基板66のn型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。SiCエピタキシャル層67のn型不純物濃度は、1.0×1015cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。
SiCエピタキシャル層67は、この形態では、法線方向Zに沿って異なるn型不純物濃度を有する複数の領域を有している。SiCエピタキシャル層67は、より具体的には、n型不純物濃度が比較的高い高濃度領域70、および、高濃度領域70に対してn型不純物濃度が低い低濃度領域71を含む。
高濃度領域70は、第1主面63側の領域に形成されている。低濃度領域71は、高濃度領域70に対して第2主面64側の領域に形成されている。高濃度領域70の厚さは、低濃度領域71の厚さ未満である。高濃度領域70の厚さは、SiCエピタキシャル層67の総厚さの2分の1未満である。
高濃度領域70のn型不純物濃度のピーク値は、1.0×1016cm-3以上1.0×1018cm-3以下であってもよい。低濃度領域71のn型不純物濃度のピーク値は、1.0×1015cm-3以上1.0×1016cm-3以下であってもよい。
SiCチップ62は、アクティブ領域72および外側領域73を含む。アクティブ領域72は、機能デバイス(トランジスタ)の一例としてのMISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)が形成された領域である。
アクティブ領域72は、平面視において側面65A~65Dから内方に間隔を空けてSiCチップ62の中央部に形成されている。アクティブ領域72は、平面視において側面65A~65Dに平行な4辺を有する四角形状(この形態では長方形状)に形成されている。
外側領域73は、アクティブ領域72の外側の領域である。外側領域73は、側面65A~65Dおよびアクティブ領域72の周縁の間の領域に形成されている。外側領域73は、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。
SiC半導体装置61は、アクティブ領域72において第1主面63の表層部に形成されたp型のボディ領域74を含む。ボディ領域74は、アクティブ領域72を画定している。ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1018cm-3以上であることが好ましい。
図9~図12を参照して、SiC半導体装置61は、アクティブ領域72において第1主面63に形成された複数のトレンチゲート構造75を含む。複数のトレンチゲート構造75は、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成され、第2方向Yに沿って間隔を空けて形成されている。複数のトレンチゲート構造75は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。
複数のトレンチゲート構造75は、この形態では、アクティブ領域72において一方側(第3側面65C側)の周縁部から他方側(第4側面65D側)の周縁部に向けて帯状に延びている。複数のトレンチゲート構造75は、アクティブ領域72において一方側の周縁部および他方側の周縁部の間の中間部を横切っている。
各トレンチゲート構造75の長さは、1mm以上10mm以下であってもよい。各トレンチゲート構造75の長さは、1mm以上2mm以下、2mm以上4mm以下、4mm以上6mm以下、6mm以上8mm以下、または、8mm以上10mm以下であってもよい。各トレンチゲート構造75の長さは、2mm以上6mm以下であることが好ましい。1つのトレンチゲート構造75の単位面積当たりの総延長は、0.5μm/μm以上0.75μm/μm以下であってもよい。
各トレンチゲート構造75は、アクティブ部76およびコンタクト部77を含む。アクティブ部76は、MISFETのチャネルに沿う部分である。コンタクト部77は、MISFETのチャネル外の部分である。コンタクト部77は、トレンチゲート構造75の端部であり、外部接続を主たる目的としている。
各トレンチゲート構造75は、ゲートトレンチ78、ゲート絶縁層79およびゲート電極80を含む。図9では、ゲート絶縁層79およびゲート電極80がハッチングによって示されている。
ゲートトレンチ78は、ボディ領域74を貫通するようにSiCエピタキシャル層67に形成されている。ゲートトレンチ78は、側壁および底壁を含む。ゲートトレンチ78の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。ゲートトレンチ78の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
ゲートトレンチ78の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。SiCチップ62内においてゲートトレンチ78の側壁が第1主面63に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。ゲートトレンチ78の側壁は、第1主面63に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。ゲートトレンチ78は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
ゲートトレンチ78の底壁は、高濃度領域70に位置している。ゲートトレンチ78の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。ゲートトレンチ78の底壁は、SiC単結晶の(0001)面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角を有している。ゲートトレンチ78の底壁は、第1主面63に対して平行に形成されていてもよい。ゲートトレンチ78の底壁は、第2主面64に向かう湾曲状に形成されていてもよい。
法線方向Zに関して、ゲートトレンチ78の深さは、0.5μm以上3.0μm以下であってもよい。ゲートトレンチ78の深さは、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下、1.5μm以上2.0μm以下、2.0μm以上2.5μm以下、または、2.5μm以上3.0μm以下であってもよい。
ゲートトレンチ78の第2方向Yに沿う幅は、0.1μm以上2μm以下であってもよい。ゲートトレンチ78の幅は、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1.0μm以下、1.0μm以上1.5μm以下、または、1.5μm以上2μm以下であってもよい。
ゲートトレンチ78の開口エッジ部は、第1主面63からゲートトレンチ78の内方に向かって下り傾斜した傾斜部を含む。ゲートトレンチ78の開口エッジ部は、第1主面63およびゲートトレンチ78の側壁を接続する部分である。
ゲートトレンチ78の傾斜部は、SiCチップ62の内方に向かう湾曲状に形成されている。ゲートトレンチ78の傾斜部は、ゲートトレンチ78の内方に向かう湾曲状に形成されていてもよい。ゲートトレンチ78の傾斜部は、ゲートトレンチ78の開口エッジ部に対する電界集中を緩和する。
ゲート絶縁層79は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムおよび酸化タンタルのうちの少なくとも1種を含む。ゲート絶縁層79は、窒化シリコン層および酸化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層79は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。ゲート絶縁層79は、この形態では、酸化シリコン層からなる単層構造を有している。
ゲート絶縁層79は、ゲートトレンチ78の内壁に沿って膜状に形成され、ゲートトレンチ78内においてリセス空間を区画している。ゲート絶縁層79は、第1領域81、第2領域82および第3領域83を含む。
第1領域81は、ゲートトレンチ78の側壁に沿って形成されている。第2領域82は、ゲートトレンチ78の底壁に沿って形成されている。第3領域83は、第1主面63に沿って形成されている。
第1領域81の厚さは、第2領域82の厚さおよび第3領域83の厚さ未満である。第1領域81の厚さは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域82の厚さは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。第3領域83の厚さは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
ゲート絶縁層79は、開口エッジ部においてゲートトレンチ78内に向けて膨出した膨出部84を含む。膨出部84は、ゲート絶縁層79の第1領域81および第3領域83を接続する角部に形成されている。膨出部84は、ゲートトレンチ78の内方に向かう湾曲状に形成されている。膨出部84は、開口エッジ部においてゲートトレンチ78の開口を狭めている。膨出部84を有さないゲート絶縁層79が形成されていてもよい。一様な厚さを有するゲート絶縁層79が形成されていてもよい。
ゲート電極80は、ゲート絶縁層79を挟んでゲートトレンチ78に埋め込まれている。ゲート電極80は、より具体的には、ゲートトレンチ78内においてゲート絶縁層79によって区画されたリセス空間に埋め込まれている。
ゲート電極80は、ゲートトレンチ78の開口側に位置する上端部を有している。ゲート電極80の上端部は、ゲートトレンチ78の底壁に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。ゲート電極80の上端部は、ゲート絶縁層79の膨出部84に沿って括れた括れ部を有している。
ゲート電極80は、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。ゲート電極80のp型不純物は、ホウ素、アルミニウム、インジウムおよびガリウムのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
ゲート電極80のp型不純物濃度は、ボディ領域74のp型不純物濃度を超えている。ゲート電極80のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1022cm-3以下であってもよい。ゲート電極80のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。ゲート電極80の厚さは、0.5μm以上3μm以下であってもよい。
図9および図11を参照して、SiC半導体装置61は、アクティブ領域72において第1主面63の上に形成されたゲート配線85を含む。図9では、ゲート配線85がハッチングによって示されている。ゲート配線85は、より具体的には、ゲート絶縁層79の第3領域83の上に形成されている。ゲート配線85は、アクティブ領域72において第1側面65A、第3側面65Cおよび第4側面65Dに沿って形成され、複数のトレンチゲート構造75が形成された領域を3方向から区画している。
ゲート配線85は、トレンチゲート構造75のコンタクト部77から露出するゲート電極80に接続されている。ゲート配線85は、この形態では、ゲートトレンチ78から第1主面63の上に引き出されたゲート電極80の引き出し部によって形成されている。ゲート配線85の上端部は、ゲート電極80の上端部に接続されている。
SiC半導体装置61は、ゲート電極80を被覆する低抵抗層86を含む。低抵抗層86は、ゲートトレンチ78内においてゲート電極80の上端部を被覆している。低抵抗層86は、トレンチゲート構造75の一部を形成している。
低抵抗層86は、ゲート電極80のシート抵抗未満のシート抵抗を有する導電材料を含む。低抵抗層86のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。
低抵抗層86は、より具体的には、ポリサイド層を含む。ポリサイド層は、ゲート電極80の表層部を形成する部分が金属材料によってシリサイド化されることによって形成されている。ポリサイド層は、より具体的には、ゲート電極80(p型ポリシリコン)に添加されたp型不純物を含むp型ポリサイド層からなる。ポリサイド層は、10μΩ・cm以上110μΩ・cm以下の比抵抗を有していることが好ましい。
ゲート電極80および低抵抗層86が埋め込まれたゲートトレンチ78内のシート抵抗は、ゲート電極80単体のシート抵抗以下である。ゲートトレンチ78内のシート抵抗は、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンのシート抵抗以下であることが好ましい。
ゲートトレンチ78内のシート抵抗は、低抵抗層86のシート抵抗に近似される。つまり、ゲートトレンチ78内のシート抵抗は、0.01Ω/□以上10Ω/□以下であってもよい。ゲートトレンチ78内のシート抵抗は、10Ω/□未満であることが好ましい。
低抵抗層86は、TiSi、TiSi、NiSi、CoSi、CoSi、MoSiおよびWSiのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。とりわけ、これらの種のうちのNiSi、CoSiおよびTiSiは、比抵抗の値および温度依存性が比較的小さいことから、低抵抗層86を形成するポリサイド層として適している。低抵抗層86は、他の領域への拡散が少ない性質を有するCoSiからなることが最も好ましい。
低抵抗層86は、ゲート絶縁層79に接する接触部を含む。低抵抗層86の接触部は、より具体的には、ゲート絶縁層79の第3領域83(膨出部84)に接している。低抵抗層86の接触部は、ボディ領域74の底部に対して第1主面63側の領域に形成されている。低抵抗層86の接触部は、より具体的には、後述するソース領域97の底部に対して第1主面63側の領域に形成されている。低抵抗層86はゲート絶縁層79を挟んでボディ領域74とは対向していない。
これにより、低抵抗層86およびボディ領域74の間の電流パスの形成を抑制できる。特に、低抵抗層86の接触部を、ゲート絶縁層79において比較的厚い角部に接続させる設計は、電流パスのリスクを低減する上で有効である。
法線方向Zに関して、低抵抗層86の厚さは、ゲート電極80の厚さ未満であることが好ましい。低抵抗層86の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。
低抵抗層86は、ゲート配線85の上端部も被覆している。低抵抗層86においてゲート配線85の上端部を被覆する部分は、低抵抗層86においてゲート電極80の上端部を被覆する部分と一体的に形成されている。これにより、低抵抗層86は、ゲート電極80の全域およびゲート配線85の全域を被覆している。
n型ポリシリコンとは相異なる仕事関数を有するp型ポリシリコンをゲートトレンチ78に埋め込むことにより、ゲート閾値電圧Vthを1V程度増加させることができる。しかし、p型ポリシリコンは、n型ポリシリコンのシート抵抗よりも数十倍(おおよそ20倍)高いシート抵抗を有している。そのため、p型ポリシリコンをゲート電極80の材料として採用した場合、ゲートトレンチ78内の寄生抵抗(以下、単に「ゲート抵抗」という。)の増加に伴ってエネルギ損失が増大する。
そこで、SiC半導体装置61では、ゲート電極80(p型ポリシリコン)の上に低抵抗層86(p型ポリサイド)を形成している。低抵抗層86によれば、ゲート閾値電圧Vthの増加(たとえば1V程度の増加)を許容させながら、ゲートトレンチ78内のシート抵抗を低減できる。
たとえば、低抵抗層86を有する構造によれば、低抵抗層86を有さない場合と比較してシート抵抗を100分の1以下に低下させることができる。また、低抵抗層86を有する構造によれば、n型ポリシリコンを含むゲート電極80と比較してシート抵抗を5分の1以下に低下させることができる。
これにより、ゲート抵抗を低減できるから、トレンチゲート構造75に沿って電流を効率的に拡散させることができる。つまり、低抵抗層86は、ゲートトレンチ78内に電流を拡散する電流拡散層として形成されている。特に、ミリメートルオーダの長さ(1mm以上の長さ)を有するゲートトレンチ78の場合には電流の伝達に時間を要するが、低抵抗層86によればスイッチング遅延を適切に抑制できる。
また、低抵抗層86を有する構造によれば、ゲート閾値電圧Vthを高める上でボディ領域74のp型不純物濃度を増加させなくて済む。よって、チャネル抵抗の増加を抑制しながら、ゲート閾値電圧Vthを適切に増加させることができる。
SiC半導体装置61は、互いに隣り合う複数のトレンチゲート構造75の間の領域にそれぞれ形成された複数のトレンチソース構造91を含む。複数のトレンチソース構造91は、1つのトレンチゲート構造75を挟み込む態様で、第2方向Y(SiC単結晶のa軸方向)に間隔を空けて形成されている。
複数のトレンチソース構造91は、第1方向X(SiC単結晶のm軸方向)に沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のトレンチソース構造91は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。第2方向Yに関して、互いに隣り合うトレンチソース構造91の中央部間のピッチは、1.5μm以上3μm以下であってもよい。
各トレンチソース構造91は、ソーストレンチ92、ソース絶縁層93およびソース電極94を含む。図9では、ソース絶縁層93およびソース電極94がハッチングによって示されている。
ソーストレンチ92は、ボディ領域74を貫通するようにSiCエピタキシャル層67に形成されている。ソーストレンチ92は、側壁および底壁を含む。ソーストレンチ92の長辺を形成する側壁は、SiC単結晶のa面によって形成されている。ソーストレンチ92の短辺を形成する側壁は、SiC単結晶のm面によって形成されている。
ソーストレンチ92の側壁は、法線方向Zに沿って延びていてもよい。SiCチップ62内においてソーストレンチ92の側壁が第1主面63に対して成す角度は、90°以上95°以下(たとえば91°以上93°以下)であってもよい。ソーストレンチ92の側壁は、第1主面63に対してほぼ垂直に形成されていてもよい。ソーストレンチ92は、断面視において底壁側の開口面積が開口側の開口面積よりも小さいテーパ形状に形成されていてもよい。
ソーストレンチ92の底壁は、高濃度領域70に位置している。ソーストレンチ92の底壁は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側の領域に位置している。ソーストレンチ92の底壁は、法線方向Zに関して、ゲートトレンチ78の底壁および低濃度領域71の間の領域に位置している。
ソーストレンチ92の底壁は、SiC単結晶のc面に面している。ソーストレンチ92の底壁は、SiC単結晶の(0001)面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角を有している。ソーストレンチ92の底壁は、第1主面63に対して平行に形成されていてもよい。ソーストレンチ92の底壁は、第2主面64に向かう湾曲状に形成されていてもよい。
ソーストレンチ92の深さは、ゲートトレンチ78の深さを超えている。ゲートトレンチ78の深さに対するソーストレンチ92の深さの比は、ソーストレンチ92が高濃度領域70内に位置するという条件において、1.5以上であってもよい。ゲートトレンチ78の深さに対するソーストレンチ92の深さの比は、2以上であることが好ましい。ソーストレンチ92の深さは、ゲートトレンチ78の深さと等しくてもよい。法線方向Zに関して、ソーストレンチ92の深さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば2μm程度)であってもよい。
ソーストレンチ92の第2方向Yに沿う幅は、ゲートトレンチ78の第2方向Yに沿う幅を超えていてもよいし、ゲートトレンチ78の第2方向Yに沿う幅未満であってもよい。ソーストレンチ92の第2方向Yに沿う幅は、ゲートトレンチ78の第2方向Yに沿う幅と等しいことが好ましい。ソーストレンチ92の第2方向Yに沿う幅は、0.1μm以上2μm以下(たとえば0.5μm程度)であってもよい。
ソース絶縁層93は、酸化シリコン、窒化シリコン、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウムまたは酸化タンタルのうちの少なくとも1種を含む。ソース絶縁層93は、窒化シリコン層および酸化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。ソース絶縁層93は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。ソース絶縁層93は、この形態では、酸化シリコン層からなる単層構造を有している。
ソース絶縁層93は、ソーストレンチ92の内壁に沿って膜状に形成され、ソーストレンチ92内においてリセス空間を区画している。ソース絶縁層93は、第1領域95および第2領域96を含む。
第1領域95は、ソーストレンチ92の側壁に沿って形成されている。第2領域96は、ソーストレンチ92の底壁に沿って形成されている。第1領域95の厚さは、第2領域96の厚さよりも小さい。第1領域95の厚さは、0.01μm以上0.2μm以下であってもよい。第2領域96の厚さは、0.05μm以上0.5μm以下であってもよい。
第1領域95の厚さは、ゲート絶縁層79の第1領域95の厚さとほぼ等しくてもよい。第2領域96の厚さは、ゲート絶縁層79の第2領域96の厚さとほぼ等しくてもよい。一様な厚さを有するソース絶縁層93が形成されていてもよい。
ソース電極94は、ソース絶縁層93を挟んでソーストレンチ92に埋め込まれている。ソース電極94は、より具体的には、ソーストレンチ92においてソース絶縁層93によって区画されたリセス空間に埋め込まれている。
ソース電極94は、ソーストレンチ92の開口側に位置する上端部を有している。ソース電極94の上端部は、第1主面63に対してソーストレンチ92の底壁側に形成されている。ソース電極94の上端部は、第1主面63よりも上方に位置していてもよい。
ソース電極94の上端部は、ソーストレンチ92の底壁に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。ソース電極94の上端部は、第1主面63に対して平行に形成されていてもよい。法線方向Zに関して、ソース電極94の厚さは、0.5μm以上10μm以下(たとえば1μm程度)であってもよい。
ソース電極94は、材質的にSiCに近い性質を有するポリシリコンを含むことが好ましい。これにより、SiCチップ62内において生じる応力を低減できる。ソース電極94は、この形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含む。この場合、ゲート電極80と同時にソース電極94を形成できる。
ソース電極94のp型不純物濃度は、ボディ領域74のp型不純物濃度を超えている。ソース電極94のp型不純物濃度は、ゲート電極80のp型不純物濃度と等しくてもよい。ソース電極94のp型不純物濃度は、1.0×1018cm-3以上1.0×1022cm-3以下であってもよい。
ソース電極94のp型不純物は、ホウ素、アルミニウム、インジウムおよびガリウムのうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。ソース電極94のシート抵抗は、10Ω/□以上500Ω/□以下(この形態では200Ω/□程度)であってもよい。ソース電極94のシート抵抗は、ゲート電極80のシート抵抗と等しくてもよい。
ソース電極94は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型ポリシリコン、タングステン、アルミニウム、銅、アルミニウム合金および銅合金のうちの少なくとも1種を含んでいてもよい。
SiC半導体装置61は、ボディ領域74の表層部においてゲートトレンチ78の側壁に沿う領域に形成されたn型のソース領域97を含む。ソース領域97のn型不純物濃度のピーク値は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。ソース領域97のn型不純物濃度のピーク値は、1.0×1020cm-3以上であることが好ましい。
ソース領域97は、ゲートトレンチ78の一方側の側壁および他方側の側壁に沿って複数形成されている。複数のソース領域97は、第1方向Xに沿って延びる帯状にそれぞれ形成されている。複数のソース領域97は、平面視において全体としてストライプ状に形成されている。各ソース領域97は、ゲートトレンチ78の側壁および各ソーストレンチ92の側壁から露出している。
ソース領域97においてゲートトレンチ78の側壁に沿う部分は、高濃度領域70との間でMISFETのチャネルを画定している。チャネルのON/OFFは、ゲート電極80によって制御される。
SiC半導体装置61は、第1主面63の表層部において各ソーストレンチ92に沿う領域に形成されたp型のコンタクト領域98を含む。各コンタクト領域98のp型不純物濃度のピーク値は、ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値を超えている。各コンタクト領域98のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1018cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。
コンタクト領域98は、この形態では、1つのソーストレンチ92に対して複数形成されている。複数のコンタクト領域98は、対応するソーストレンチ92に沿って間隔を空けて形成されている。複数のコンタクト領域98は、ゲートトレンチ78から間隔を空けて形成されている。
各コンタクト領域98は、対応するソーストレンチ92の側壁および底壁を被覆している。各コンタクト領域98の底部は、対応するソーストレンチ92の底壁に対して平行に形成されていてもよい。
各コンタクト領域98においてソーストレンチ92の側壁を被覆する部分は、ボディ領域74の底部に対して第1主面63側の領域に形成されている。各コンタクト領域98においてソーストレンチ92の側壁を被覆する部分は、隣り合うゲートトレンチ78に向けて引き出されている。各コンタクト領域98においてソーストレンチ92の側壁を被覆する部分は、ゲートトレンチ78およびソーストレンチ92の間の中間領域まで延びていてもよい。各コンタクト領域98は、ボディ領域74およびソース領域97に電気的に接続されている。
SiC半導体装置61は、アクティブ領域72において第1主面63の表層部に形成されたディープウェル領域99を含む。ディープウェル領域99は、複数のソーストレンチ92に対して1対1対応の関係で複数形成されている。各ディープウェル領域99は、平面視において対応するソーストレンチ92に沿って延びる帯状に形成されている。
各ディープウェル領域99は、高濃度領域70に形成されている。各ディープウェル領域99は、各コンタクト領域98を挟んで各ソーストレンチ92を被覆している。各ディープウェル領域99は、対応するコンタクト領域98を挟んでソーストレンチ92の側壁および底壁を被覆している。各ディープウェル領域99は、第1主面3の表層部においてボディ領域74に連なっている。
各ディープウェル領域99は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に位置する底部を有している。各ディープウェル領域99の底部は、各ソーストレンチ92の底壁に対して平行に形成されていてもよい。複数のディープウェル領域99は、一定の深さで形成されていることが好ましい。
各ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値は、コンタクト領域98のp型不純物濃度のピーク値未満であってもよい。各ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値は、ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値と等しくてもよい。各ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値は、ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値を超えていてもよいし、ボディ領域74のp型不純物濃度のピーク値未満であってもよい。
各ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。各ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1018cm-3以上であることが好ましい。
各ディープウェル領域99は、高濃度領域70との間でpn接合部を形成している。このpn接合部からは、ゲートトレンチ78に向けて空乏層が拡がる。空乏層は、ゲートトレンチ78の底壁にオーバラップしてもよい。
SiC半導体装置61は、アクティブ領域72の周縁部において第1主面63の表層部に形成されたp型の周縁ウェル領域100を含む。周縁ウェル領域100は、トレンチゲート構造75のコンタクト部77を被覆し、アクティブ部76を露出させている。
周縁ウェル領域100は、対応するコンタクト部77においてゲートトレンチ78の側壁および底壁を被覆している。周縁ウェル領域100の底部は、ディープウェル領域99の底壁に対して第1主面63側に位置している。各周縁ウェル領域100は、第1主面63の表層部においてボディ領域74およびディープウェル領域99に電気的に接続されている。
周縁ウェル領域100のp型不純物濃度は、ディープウェル領域99のp型不純物濃度とほぼ等しくてもよい。周縁ウェル領域100のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。周縁ウェル領域100のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1018cm-3以上であることが好ましい。
pn接合ダイオードだけを備えるSiC半導体装置では、トレンチを備えていないという構造上、SiCチップ62内における電界集中の問題は少ない。各ディープウェル領域99は、トレンチゲート型のMISFETをpn接合ダイオードの構造に近づける。
これにより、トレンチゲート型のMISFETにおいて、SiCチップ62内における電界を緩和できる。したがって、互いに隣り合う複数のディープウェル領域99の間のピッチを狭めることは、電界集中を緩和する上で有効である。
また、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に底部を有するディープウェル領域99によれば、空乏層によって、ゲートトレンチ78に対する電界集中を適切に緩和できる。複数のディープウェル領域99は、一定の深さで形成されていることが好ましい。これにより、SiCチップ62の耐圧(たとえば破壊耐量)が各ディープウェル領域99によって制限されることを抑制できるから、耐圧の向上を適切に図ることができる。周縁ウェル領域100も、ディープウェル領域99と同様の効果を奏する。
ソーストレンチ92を利用することにより、SiCチップ62の比較的深い領域にディープウェル領域99を適切に形成できる。また、ソーストレンチ92に沿ってディープウェル領域99を形成できるから、複数のディープウェル領域99の深さにバラツキが生じるのを適切に抑制できる。
また、高濃度領域70の一部が、互いに隣り合う複数のディープウェル領域99の間の領域に介在している。これにより、互いに隣り合う複数のディープウェル領域99の間の領域において、JFET(Junction Field Effect Transistor)抵抗を低減できる。
また、この形態では、各ディープウェル領域99の底部が高濃度領域70に位置している。これにより、高濃度領域70における各ディープウェル領域99の直下の領域において第1主面63に対して平行な横方向に電流経路を形成できる。その結果、電流拡がり抵抗を低減できる。低濃度領域71は、このような構造において、SiCチップ62の耐圧を高める。
SiC半導体装置61は、アクティブ領域72においてソース電極94の上端部を縁取るように第1主面63に形成された複数のソースサブトレンチ101を含む。複数のソースサブトレンチ101は、複数のソース電極94に対して1対1対応の関係で形成されている。ソースサブトレンチ101は、対応するソーストレンチ92に連通し、対応するソーストレンチ92の側壁の一部を形成している。
ソースサブトレンチ101は、この形態では、平面視においてソース電極94の上端部を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。ソースサブトレンチ101は、ソース絶縁層93の一部を掘り下げることによって形成されている。ソースサブトレンチ101は、より具体的には、第1主面63からソース絶縁層93の上端部およびソース電極94の上端部を掘り下げることによって形成されている。
ソースサブトレンチ101は、断面視において底面積が開口面積よりも小さい先細り形状に形成されている。ソースサブトレンチ101の底壁は、第2主面64に向かう湾曲状に形成されていてもよい。ソースサブトレンチ101は、ソース領域97、コンタクト領域98、ソース絶縁層93、ソース電極94およびコンタクト領域98を露出させている。
ソース電極94の上端部は、ソース電極94の下端部に対して内側に括れた形状を有している。ソース電極94の下端部は、ソース電極94において各ソーストレンチ92の底壁側に位置する部分である。ソース電極94の上端部の第2方向Yに沿う幅は、ソース電極94の下端部の第2方向Yに沿う幅未満であってもよい。
各ソーストレンチ92の開口エッジ部は、第1主面63から各ソーストレンチ92の内方に向かって下り傾斜した傾斜部を含む。各ソーストレンチ92の開口エッジ部は、第1主面63および各ソーストレンチ92の側壁を接続する部分である。各ソーストレンチ92の傾斜部は、ソースサブトレンチ101によって形成されている。
各ソーストレンチ92の傾斜部は、この形態では、SiCチップ62の内方に向かって窪んだ湾曲状に形成されている。各ソーストレンチ92の傾斜部は、ソースサブトレンチ101に向かう湾曲状に形成されていてもよい。各ソーストレンチ92の傾斜部は、各ソーストレンチ92の開口エッジ部に対する電界集中を緩和する。
図13を参照して、アクティブ領域72は、第1主面63の一部を形成するアクティブ主面111を有している。外側領域73は、第1主面63の一部を形成する外側主面112を有している。外側主面112は、側面65A~65Dに接続されている。
アクティブ主面111および外側主面112は、SiC単結晶のc面にそれぞれ面している。アクティブ主面111および外側主面112は、SiC単結晶の(0001)面に対して[11-20]方向に傾斜したオフ角をそれぞれ有している。
外側領域73は、第1主面63を第2主面64側に掘り下げることによって形成されている。したがって、外側主面112は、アクティブ主面111に対して第2主面64側に窪んだ領域に形成されている。外側主面112は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に位置している。
外側主面112は、この形態では、各ソーストレンチ92の底壁とほぼ等しい深さ位置に形成されている。外側主面112は、各ソーストレンチ92の底壁とほぼ同一平面上に位置している。外側主面112は、各ソーストレンチ92の底壁に対して、0μm以上1μm以下の範囲で、第2主面64側に位置していてもよい。外側主面112は、高濃度領域70を露出させている。
アクティブ領域72は、この形態では、外側領域73によって台地状に区画されている。アクティブ領域72は、外側主面112よりも上方に向かって突出した台地状のアクティブ台地113として形成されている。
アクティブ台地113は、アクティブ主面111および外側主面112を接続するアクティブ側壁114を含む。アクティブ側壁114は、アクティブ領域72および外側領域73の間の境界領域を区画している。第1主面63は、アクティブ主面111、外側主面112およびアクティブ側壁114によって形成されている。
アクティブ側壁114は、この形態では、アクティブ主面111(外側主面112)の法線方向Zに沿って延びている。アクティブ側壁114は、SiC単結晶のm面およびa面によって形成されている。アクティブ側壁114は、アクティブ主面111から外側主面112に向かって下り傾斜した傾斜面を有していてもよい。アクティブ側壁114は、高濃度領域70を露出させている。アクティブ側壁114は、ボディ領域74を露出させていてもよい。
SiC半導体装置61は、外側主面112の表層部に形成されたp型のダイオード領域121を含む。ダイオード領域121は、高濃度領域70に形成されている。ダイオード領域121は、外側領域73においてアクティブ側壁114および側面65A~65Dの間の領域に形成されている。
ダイオード領域121は、アクティブ側壁114および側面65A~65Dから間隔を空けて形成されている。ダイオード領域121は、平面視においてアクティブ領域72に沿って帯状に延びている。ダイオード領域121は、この形態では、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。
ダイオード領域121は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に位置している。ダイオード領域121の底部は、各ソーストレンチ92の底壁に対して第2主面64側に位置している。ダイオード領域121の底部は、コンタクト領域98の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。
ダイオード領域121の底部は、コンタクト領域98の底部とほぼ同一平面上に位置していてもよい。ダイオード領域121の底部は、コンタクト領域98の底部に対して第2主面64側に位置していてもよい。ダイオード領域121の底部は、コンタクト領域98の底部に対して、0μm以上1μm以下の範囲で第2主面64側に位置していてもよい。
ダイオード領域121は、高濃度領域70との間でpn接合部を形成している。これにより、ダイオード領域121をアノードとし、高濃度領域70をカソードとするpn接合ダイオードが形成されている。ダイオード領域121のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1017cm-3以上1.0×1021cm-3以下であってもよい。
SiC半導体装置61は、外側主面112の表層部に形成されたp型の外側ウェル領域122を含む。外側ウェル領域122のp型不純物濃度のピーク値は、1.0×1017cm-3以上1.0×1019cm-3以下であってもよい。外側ウェル領域122のp型不純物濃度のピーク値は、ダイオード領域121のp型不純物濃度のピーク値未満であってもよい。外側ウェル領域122のp型不純物濃度のピーク値は、ディープウェル領域99のp型不純物濃度のピーク値とほぼ等しくてもよい。
外側ウェル領域122は、平面視においてアクティブ側壁114およびダイオード領域121の間の領域に形成されている。外側ウェル領域122は、平面視においてアクティブ領域72に沿って帯状に延びている。外側ウェル領域122は、この形態では、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。
外側ウェル領域122は、高濃度領域70に形成されている。外側ウェル領域122は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に位置している。外側ウェル領域122の底部は、各ソーストレンチ92の底壁に対して第2主面64側に位置している。外側ウェル領域122の底部は、ダイオード領域121の底部に対して第2主面64側に位置している。外側ウェル領域122の底部は、ディープウェル領域99の底部とほぼ等しい深さ位置に形成されていてもよい。
外側ウェル領域122の内周縁は、アクティブ側壁114および外側主面112を接続する角部を被覆している。外側ウェル領域122の内周縁は、さらに、アクティブ側壁114に沿って延び、ボディ領域74に接続されている。外側ウェル領域122の内周縁は、アクティブ側壁114からダイオード領域121側に向けて間隔を空けて形成されていてもよい。
外側ウェル領域122の外周縁は、第2主面64側からダイオード領域121を被覆している。外側ウェル領域122は、ダイオード領域121に電気的に接続されている。外側ウェル領域122は、pn接合ダイオードの一部を形成していてもよい。外側ウェル領域122の外周縁は、ダイオード領域121からアクティブ側壁114側に間隔を空けて形成されていてもよい。
SiC半導体装置61は、外側主面112の表層部に形成されたFL構造123(field limit structure)を含む。FL構造123は、平面視においてダイオード領域121および側面65A~65Dの間の領域に形成されている。FL構造123は、この形態では、側面65A~65Dからダイオード領域121側に向けて間隔を空けて形成されている。FL構造123は、高濃度領域70に形成されている。
FL構造123は、1つまたは複数(たとえば2個以上20個以下)のFL領域124(field limit region)を含む。FL構造123は、この形態では、5つのFL領域124A,124B,124C,124D,124Eを有するFL領域群を含む。FL領域124A~124Eは、ダイオード領域121から離れる方向に沿って間隔を空けてこの順に形成されている。
FL領域124A~124Eは、平面視においてアクティブ領域72の周縁に沿って帯状にそれぞれ延びている。FL領域124A~124Eは、より具体的には、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)にそれぞれ形成されている。FL領域124A~124Eは、それぞれ、FLR領域(field limiting ring region)とも称される。
FL領域124A~124Eの底部は、ダイオード領域121の底部に対して第2主面64側に位置している。FL領域124A~124Eのうちの最内側のFL領域124Aは、第2主面64側からダイオード領域121を被覆している。これにより、FL領域124Aは、ダイオード領域121に電気的に接続されている。FL領域124Aは、pn接合ダイオードの一部を形成していてもよい。
FL領域124A~124Eの全体は、ゲートトレンチ78の底壁に対して第2主面64側に位置している。FL領域124A~124Eの底部は、ソーストレンチ92の底壁に対して第2主面64側に位置している。
FL構造123は、外側領域73において電界集中を緩和する。FL領域124の個数、幅、深さ、p型不純物濃度等は、緩和すべき電界に応じて種々の値を取り得る。FL構造123は、平面視においてアクティブ側壁114およびダイオード領域121の間の領域に形成された1つまたは複数のFL領域124を含んでいてもよい。
SiC半導体装置61は、外側主面112を被覆する外側絶縁層131を含む。外側絶縁層131は、アクティブ側壁114および外側主面112に沿って膜状に形成されている。外側絶縁層131は、アクティブ主面111の上において、ゲート絶縁層79(第3領域83)に連なっている。外側絶縁層131は、外側領域73においてダイオード領域121、外側ウェル領域122およびFL構造123を被覆している。
外側絶縁層131は、酸化シリコンを含んでいてもよい。外側絶縁層131は、窒化シリコン等の他の絶縁膜を含んでいてもよい。外側絶縁層131は、この形態では、ゲート絶縁層79と同一の絶縁材料種によって形成されている。
外側絶縁層131の周縁は、側面65A~65Dから露出している。外側絶縁層131の周縁は、この形態では、側面65A~65Dに連なっている。外側絶縁層131の周縁は、側面65A~65Dから内方に間隔を空けて形成されていてもよい。この場合、外側絶縁層131は、外側主面112を露出させる。
SiC半導体装置61は、アクティブ側壁114を被覆するサイドウォール構造132をさらに含む。サイドウォール構造132は、アクティブ台地113を外側領域73側から保護し、補強する。また、サイドウォール構造132は、アクティブ主面111および外側主面112の間に形成された段差を緩和する段差緩和構造を形成する。
アクティブ領域72および外側領域73の間の境界領域を被覆する上層構造(被覆層)が形成される場合、上層構造は、サイドウォール構造132を被覆する。サイドウォール構造132は、上層構造の平坦性を高める。サイドウォール構造132は、アクティブ主面111から外側主面112に向かって下り傾斜した傾斜面を有していてもよい。サイドウォール構造132の傾斜面によって、段差を適切に緩和できる。
サイドウォール構造132の傾斜面は、SiCチップ62側に向かって窪んだ湾曲状に形成されていてもよい。サイドウォール構造132の傾斜面は、SiCチップ62とは反対側に向かう湾曲状に形成されていてもよい。サイドウォール構造132の傾斜面は、アクティブ主面111側から外側主面112側に向けて平面的に延びていてもよい。
サイドウォール構造132は、アクティブ側壁114に沿って形成されている。サイドウォール構造132は、この形態では、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。サイドウォール構造132は、ポリシリコンを含むことが好ましい。この場合、ゲート電極80やソース電極94と同時に、サイドウォール構造132を形成できる。
SiC半導体装置61は、第1主面63の上に形成された層間絶縁層140を含む。層間絶縁層140は、アクティブ領域72および外側領域73を被覆している。層間絶縁層140は、アクティブ主面111および外側主面112に沿って膜状に形成されている。
層間絶縁層140は、アクティブ領域72および外側領域73の間の境界領域において、サイドウォール構造132に沿って形成されている。層間絶縁層140は、サイドウォール構造132を被覆する上層構造の一部を形成している。
層間絶縁層140の周縁は、側面65A~65Dから露出している。層間絶縁層140の周縁は、側面65A~65Dに連なっている。層間絶縁層140の周縁は、側面65A~65Dから内方に間隔を空けて形成されていてもよい。この場合、層間絶縁層140は、外側主面112(外側絶縁層131)を露出させる。
層間絶縁層140は、酸化シリコンまたは窒化シリコンを含んでいてもよい。層間絶縁層140は、酸化シリコンの一例としてのUSG(Undoped Silicate Glass)、PSG(Phosphor Silicate Glass)および/またはBPSG(Boron Phosphor Silicate Glass)を含んでいてもよい。
層間絶縁層140は、ゲートコンタクト孔141、ソースコンタクト孔142およびダイオードコンタクト孔143を含む。ゲートコンタクト孔141は、アクティブ領域72においてゲート配線85を露出させている。ゲートコンタクト孔141は、ゲート配線85に沿う帯状に形成されていてもよい。ゲートコンタクト孔141の開口エッジ部は、ゲートコンタクト孔141内に向かう湾曲状に形成されている。
ソースコンタクト孔142は、アクティブ領域72においてソース領域97、コンタクト領域98およびトレンチソース構造91を露出させている。ソースコンタクト孔142は、トレンチソース構造91に沿って延びる帯状に形成されていてもよい。ソースコンタクト孔142の開口エッジ部は、ソースコンタクト孔142内に向かう湾曲状に形成されている。
ダイオードコンタクト孔143は、外側領域73においてダイオード領域121を露出させている。ダイオードコンタクト孔143は、ダイオード領域121に沿って延びる帯状(より具体的には無端状)に形成されていてもよい。ダイオードコンタクト孔143は、外側ウェル領域122および/またはFL構造123を露出させていてもよい。ダイオードコンタクト孔143の開口エッジ部は、ダイオードコンタクト孔143内に向かう湾曲状に形成されている。
SiC半導体装置61は、第1主面63の上に形成された第1主面電極150を含む。第1主面電極150は、より具体的には、層間絶縁層140の上に形成されている。第1主面電極150は、互いに電気的に絶縁されたゲート主面電極151およびソース主面電極152を含む。
ゲート主面電極151には、ゲート電圧が印加される。ゲート電圧は、10V以上50V以下(たとえば30V程度)であってもよい。ソース主面電極152には、ソース電圧が印加される。ソース電圧は、基準電圧(たとえばGND電圧)であってもよい。
ゲート主面電極151は、アクティブ領域72に形成されている。ゲート主面電極151は、ゲートパッド153およびゲートフィンガー154を含む。ゲートパッド153は、平面視において第1側面65A側の領域に形成されている。ゲートパッド153は、より具体的には、平面視において第1側面65Aの中央部に沿う領域に沿って形成されている。ゲートパッド153は、平面視において側面65A~65Dのうちの任意の2つを接続する角部に沿う領域に形成されていてもよい。ゲートパッド153は、平面視において四角形状に形成されていてもよい。
ゲートフィンガー154は、ゲートパッド153から引き出されており、アクティブ領域72の周縁に沿って帯状に延びている。ゲートフィンガー154は、この形態では、アクティブ領域72の内方を3方向から区画するように第1側面65A、第3側面65Cおよび第4側面65Dに沿って形成されている。
ゲートフィンガー154は、一対の開放端155,156を有している。一対の開放端155,156は、アクティブ領域72の内方を挟んでゲートパッド153と対向する領域に形成されている。一対の開放端155,156は、この形態では、平面視において第2側面65Bに沿う領域に形成されている。
ゲートフィンガー154は、層間絶縁層140の上からゲートコンタクト孔141に入り込んでいる。ゲートフィンガー154は、ゲートコンタクト孔141内においてゲート配線85に電気的に接続されている。これにより、ゲートパッド153からの電気信号は、ゲートフィンガー154を介してゲート電極80およびゲート配線85に伝達される。
ソース主面電極152は、アクティブ領域72および外側領域73に形成されている。ソース主面電極152は、ソースパッド157、ソース配線158およびソース接続部159を含む。ソースパッド157は、ゲート主面電極151から間隔を空けてアクティブ領域72に形成されている。ソースパッド157は、ゲート主面電極151によって区画されたC字形状の領域を被覆するように、平面視においてC字形状に形成されている。
ソースパッド157は、層間絶縁層140の上からソースコンタクト孔142およびソースサブトレンチ101に入り込んでいる。ソースパッド157は、ソースコンタクト孔142およびソースサブトレンチ101内において、ソース領域97、コンタクト領域98およびソース電極94に電気的に接続されている。
前述のソース電極94は、ソースパッド157の一部の領域を利用して形成されていてもよい。ソース電極94は、ソースパッド157において各ソーストレンチ92に入り込んだ部分によって形成されていてもよい。
ソース配線158は、外側領域73に形成されている。ソース配線158は、アクティブ領域72に沿って帯状に延びている。ソース配線158は、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。
ソース配線158は、層間絶縁層140の上からダイオードコンタクト孔143に入り込んでいる。ソース配線158は、ダイオードコンタクト孔143内において、ダイオード領域121に電気的に接続されている。
ソース接続部159は、ソースパッド157およびソース配線158を接続している。ソース接続部159は、ソースパッド157からゲートフィンガー154の開放端155,156を横切り、ソース配線158に接続されている。ソース接続部159は、アクティブ領域72からサイドウォール構造132を横切って外側領域73に引き出されている。ソース接続部159は、サイドウォール構造132を被覆する上層構造の一部を形成している。
アクティブ領域72に形成されたMISFETは、その構造上、npn型の寄生トランジスタを含む。外側領域73で生じたアバランシェ電流がアクティブ領域72に流れ込むと、寄生トランジスタがオン状態となる。この場合、ラッチアップによってMISFETの動作が不安定になる。そこで、SiC半導体装置61では、ソース主面電極152の構造を利用してアバランシェ電流吸収構造を形成している。
外側領域73で生じたアバランシェ電流は、ダイオード領域121を介してソース配線158によって吸収される。ソース配線158によって吸収されたアバランシェ電流は、ソース接続部159を介してソースパッド157に至る。ソースパッド157に導線が電気的に接続されている場合、アバランシェ電流は導線を介して外部に至る。
これにより、アバランシェ電流に起因する寄生トランジスタの駆動を抑制できる。よって、ラッチアップを抑制できるから、MISFETの安定性を高めることができる。
図14および図15を参照して、第1主面電極150(ゲート主面電極151およびソース主面電極152)は、SiCチップ62側からこの順に積層されたバリア層160および第1Al層161を含む積層構造を有している。第1Al層161は、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ62に加えられる外力を第1主面63側から緩和する第1緩衝層として形成されている。
バリア層160は、Ti層またはTiN層を含む単層構造を有していてもよい。バリア層160は、SiCチップ62側からこの順に積層されたTi層およびTiN層を含む積層構造を有していてもよい。バリア層160の厚さは、0.01μm以上6μm以下であってもよい。バリア層160の厚さは、0.01μm以上0.1μm以下、0.1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、または、4μm以上6μm以下であってもよい。
第1Al層161は、バリア層160の抵抗値よりも小さい抵抗値を有している。第1Al層161は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む。第1Al層161は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの2つ以上が任意の順序で積層された積層構造を有していてもよい。
第1Al層161は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していてもよい。第1Al層161は、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していることが好ましい。
第1Al層161の厚さは、バリア層160の厚さを超えている。第1Al層161の厚さは、0.05μm以上10μm以下であってもよい。第1Al層161の厚さは、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。第1Al層161の厚さは、1μm以上8μm以下であることが好ましい。
SiC半導体装置61は、層間絶縁層140の上に形成された絶縁層170を含む。図9では、絶縁層170がハッチングによって示されている。絶縁層170の周縁は、側面65A~65Dから内方に間隔を空けて形成されている。これにより、絶縁層170は、平面視においてSiCチップ62(より具体的には層間絶縁層140)の周縁を露出させている。
絶縁層170の周縁は、側面65A~65Dとの間でダイシングストリートDSを区画している。ダイシングストリートDSによれば、SiCウエハからSiC半導体装置61を切り出す際に絶縁層170を物理的に切断せずに済む。これにより、SiCウエハからSiC半導体装置61を円滑に切り出すことができると同時に、絶縁層170の剥離や劣化を抑制できる。その結果、絶縁層170によってSiCチップ102や第1主面電極150等の保護対象物を適切に保護できる。
ダイシングストリートDSの幅は、1μm以上25μm以下であってもよい。ダイシングストリートDSの幅、ダイシングストリートDSが延びる方向に直交する方向の幅である。ダイシングストリートDSの幅は、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、15μm以上20μm以下、または、20μm以上25μm以下であってもよい。
絶縁層170は、ゲート主面電極151およびソース主面電極152を選択的に被覆している。絶縁層170は、パッド開口171を含む。パッド開口171は、より具体的には、ゲートパッド開口172およびソースパッド開口173を含む。ゲートパッド開口172は、ゲートパッド153を露出させている。ソースパッド開口173は、ソースパッド157を露出させている。ゲートパッド開口172の平面形状は、任意である。ソースパッド開口173の平面形状は、任意である。
絶縁層170は、この形態では、SiCチップ62側からこの順に積層されたパッシベーション層174および樹脂層175を含む積層構造を有している。
パッシベーション層174は、酸化シリコン層および窒化シリコン層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。パッシベーション層174は、酸化シリコン層および窒化シリコン層を含む積層構造を有していてもよい。パッシベーション層174は、酸化シリコン層または窒化シリコン層からなる単層構造を有していてもよい。パッシベーション層174は、層間絶縁層140とは異なる絶縁材料を含むことが好ましい。パッシベーション層174は、この形態では、窒化シリコン層からなる単層構造を有している。
パッシベーション層174は、層間絶縁層140に沿って膜状に形成されている。パッシベーション層174は、層間絶縁層140を挟んでアクティブ領域72および外側領域73を被覆している。パッシベーション層174は、アクティブ領域72からサイドウォール構造132を横切って外側領域73に引き出されている。パッシベーション層174は、サイドウォール構造132を被覆する上層構造の一部を形成している。
パッシベーション層174は、第1ゲート開口176および第1ソース開口177を有している。第1ゲート開口176は、ゲートパッド153を露出させている。第1ソース開口177は、ソースパッド157を露出させている。第1ゲート開口176の平面形状は、任意である。第1ソース開口177の平面形状は、任意である。
パッシベーション層174の厚さは、0.1μm以上20μm以下であってもよい。パッシベーション層174の厚さは、0.1μm以上1μm以下、1μm以上5μm以下、5μm以上10μm以下、10μm以上15μm以下、または、15μm以上20μm以下であってもよい。
樹脂層175は、パッシベーション層174の主面に沿って膜状に形成されている。樹脂層175は、アクティブ領域72からサイドウォール構造132を横切って外側領域73に引き出されている。樹脂層175は、サイドウォール構造132を被覆する上層構造の一部を形成している。
樹脂層175は、感光性樹脂を含んでいてもよい。感光性樹脂は、ネガティブタイプまたはポジティブタイプであってもよい。樹脂層175は、ポリイミド、ポリアミドおよびポリベンゾオキサゾールのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。樹脂層175は、この形態では、ポリベンゾオキサゾールを含む。
樹脂層175の周縁は、この形態では、パッシベーション層174の周縁を露出させている。絶縁層170の周縁は、樹脂層175の周縁およびパッシベーション層174の周縁によって形成されている。樹脂層175は、パッシベーション層174の周縁を被覆していてもよい。
樹脂層175は、第2ゲート開口178および第2ソース開口179を有している。第2ゲート開口178は、パッシベーション層174の第1ゲート開口176に連通し、第1ゲート開口176との間でゲートパッド開口172を形成している。第2ソース開口179は、パッシベーション層174の第1ソース開口177に連通し、第1ソース開口177との間でソースパッド開口173を形成している。
第2ゲート開口178の内壁は、第1ゲート開口176の内壁に面一に形成されていてもよい。第2ゲート開口178の内壁は、平面視において第1ゲート開口176外に位置していてもよい。第2ゲート開口178の内壁は、平面視において第1ゲート開口176内に位置していてもよい。つまり、樹脂層175は、第1ゲート開口176の内壁を被覆していてもよい。
第2ソース開口179の内壁は、第1ソース開口177の内壁に面一に形成されていてもよい。第2ソース開口179の内壁は、平面視において第1ソース開口177外に位置していてもよい。第2ソース開口179の内壁は、平面視において第1ソース開口177内に位置していてもよい。つまり、樹脂層175は、第1ソース開口177の内壁を被覆していてもよい。
樹脂層175の厚さは、1μm以上50μm以下であってもよい。樹脂層175の厚さは、1μm以上10μm以下、10μm以上20μm以下、20μm以上30μm以下、30μm以上40μm以下、または、40μm以上50μm以下であってもよい。
SiC半導体装置61は、外側主面112に形成された凹凸構造180(Uneven Structure)を含む。凹凸構造180は、より具体的には、外側主面112を被覆する層間絶縁層140を利用して形成された凹凸(Unevenness)を含む。凹凸構造180は、さらに具体的には、層間絶縁層140に形成されたアンカー孔181を含む。
アンカー孔181は、層間絶縁層140において外側領域73を被覆する部分を掘り下げることによって形成されている。アンカー孔181は、平面視においてダイオード領域121および側面65A~65Dの間の領域に形成されていてもよい。アンカー孔181は、この形態では、平面視においてFL構造123および側面65A~65Dの間の領域に形成されている。
アンカー孔181は、層間絶縁層140によって区画されていてもよい。アンカー孔181は、この形態では、外側主面112を露出させている。アンカー孔181は、外側主面112を第2主面64に向けて掘り下げていてもよい。アンカー孔181の開口エッジ部は、アンカー孔181内に向かう湾曲状に形成されている。
アンカー孔181は、平面視においてアクティブ領域72に沿って帯状に延びている。アンカー孔181は、この形態では、平面視においてアクティブ領域72を取り囲む環状(より具体的に無端状)に形成されている。アンカー孔181の個数は任意である。1つのアンカー孔181が層間絶縁層140に形成されていてもよいし、複数のアンカー孔181が層間絶縁層140に形成されていてもよい。
樹脂層175は、アンカー孔181に噛合うアンカー部182を有している。樹脂層175は、この形態では、パッシベーション層174を介してアンカー孔181に噛合っている。パッシベーション層174は、より具体的には、層間絶縁層140の上からアンカー孔181に入り込んでいる。パッシベーション層174は、アンカー孔181内において外側主面112に接している。パッシベーション層174の主面においてアンカー孔181を被覆する部分には、アンカー孔181に向かって窪んだリセス183が形成されている。
樹脂層175の一部は、パッシベーション層174のリセス183内においてアンカー部182を形成している。これにより、第1主面63に対する樹脂層175の接続強度を高めることができるから、樹脂層175の剥離を適切に抑制できる。
図14および図15を参照して、SiC半導体装置61は、第1主面電極150の上に形成されたパッド電極190を含む。パッド電極190は、より具体的には、ゲートパッド電極191およびソースパッド電極192を含む。
ゲートパッド電極191は、ゲート主面電極151の上に形成され、ゲート主面電極151に電気的に接続されている。ゲートパッド電極191は、より具体的には、ゲートパッド開口172内においてゲートパッド153の上に形成されている。ゲートパッド電極191は、導線に外部接続されるゲート端子面193を有している。
ゲート端子面193は、絶縁層170(樹脂層175)の主面に対してゲートパッド153側に位置している。ゲート端子面193は、絶縁層170(樹脂層175)の主面よりも上方に突出していてもよい。ゲート端子面193は、絶縁層170(樹脂層175)の主面を被覆するオーバラップ部を有していてもよい。
ソースパッド電極192は、ソース主面電極152の上に形成され、ソース主面電極152に電気的に接続されている。ソースパッド電極192は、より具体的には、ソースパッド開口173内においてソースパッド157の上に形成されている。ソースパッド電極192は、導線に外部接続されるソース端子面194を有している。
ソース端子面194は、絶縁層170(樹脂層175)の主面に対してソースパッド157側に位置している。ソース端子面194は、絶縁層170(樹脂層175)の主面よりも上方に突出していてもよい。ソース端子面194は、絶縁層170(樹脂層175)の主面を被覆するオーバラップ部を有していてもよい。
パッド電極190(ゲートパッド電極191およびソースパッド電極192)は、第1主面電極150とは異なる金属材料を含む。パッド電極190は、この形態では、第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195、Pd層196およびAu層197を含む積層構造を有している。Ni、PdおよびAuは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。Ni層195、Pd層196およびAu層197は、めっき法によって形成されためっき層であってもよい。
パッド電極190は、Ni層195、Pd層196およびAu層197のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。パッド電極190は、Ni層195、Pd層196およびAu層197のうちの少なくとも2つを任意の順序で積層した積層構造を有していてもよい。パッド電極190は、Ni層195、Pd層196またはAu層197からなる単層構造を有していてもよい。
ゲートパッド電極191は、Au層197によって形成されたゲート端子面193を有していることが好ましい。ソースパッド電極192は、Au層197によって形成されたソース端子面194を有していることが好ましい。パッド電極190は、少なくとも第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195およびAu層197を含む積層構造を有していることが好ましい。
Ni層195の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Ni層195の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。
Pd層196の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Pd層196の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。
Au層197の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Au層197の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Au層197の厚さは、Ni層195の厚さ未満であることが好ましい。Au層197の厚さは、Pd層196の厚さ未満であることが好ましい。
SiC半導体装置61は、第2主面64の上に形成された第2主面電極200を含む。第2主面電極200は、MISFETのドレイン電極として形成されている。第2主面電極200は、この形態では、第2主面64の全域を被覆している。
第2主面電極200は、側面65A~65Dから内方に間隔を空けて形成され、第2主面64の周縁部を露出させていてもよい。この場合、SiCウエハからSiC半導体装置61を切り出す際に第2主面電極200を物理的に切断せずに済む。これにより、SiCウエハからSiC半導体装置61を円滑に切り出すことができると同時に、第2主面電極200の剥離や劣化を抑制できる。その結果、第2主面電極200を第2主面64に適切に接続させることができる。
このような第2主面電極200は、一例として、製造工程時において、レジストマスクを介するエッチング法によって第2主面電極200の不要な部分を除去することによって得ることができる。また、第2主面電極200は、他の例として、製造工程時において、レジストマスクを用いたリフトオフ法によって第2主面64を部分的に被覆する第2主面電極200を形成することによって得ることができる。
第2主面電極200は、第2主面64を被覆する第2Al層201を含む。第2Al層201は、SiCチップ62を挟んでゲート主面電極151の第1Al層161およびソース主面電極152の第1Al層161に対向している。第2Al層201は、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ62に加えられる外力を第2主面64側から緩和する第2緩衝層として形成されている。
第2Al層201は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む。第2Al層201は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの2つ以上が任意の順序で積層された積層構造を有していてもよい。第2Al層201は、スパッタ法および/または蒸着法によって形成されていてもよい。
第2Al層201は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層またはAlSiCu合金層からなる単層構造を有していてもよい。第2Al層201のAl系金属材料は、第1Al層161のAl系金属材料とは異なっていてもよい。第2Al層201は、純Al層からなる単層構造を有していることが好ましい。
第2Al層201は、第1Al層161の厚さ未満の厚さを有していてもよい。第2Al層201の厚さは、0.01μm以上5μm以下であってもよい。第2Al層201の厚さは、0.01μm以上0.1μm以下、0.1μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上3μm以下、3μm以上4μm以下、または、4μm以上5μm以下であってもよい。
第2主面電極200は、第2Al層201に加えて、第2Al層201とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層をさらに含む。第2主面電極200は、この形態では、複数の電極層の一例として第2主面64側からこの順に積層されたTi層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206を含む。
Ti層202は、第2主面64との間でオーミック接触を形成するオーミック電極である。第2Al層201は、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206を挟んで第2主面64を被覆している。
Ti、Ni、Pd、AuおよびAgは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206は、スパッタ法、蒸着法および/またはめっき法によって形成されていてもよい。
第2主面電極200は、1つまたは複数の電極層として、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206のうちの少なくとも1つを含んでいればよい。第2Al層201は、少なくともTi層202を挟んで第2主面64を被覆していることが好ましい。
第2主面電極200がNi層203、Pd層204およびAu層205のうちの少なくとも1つを含む場合、Ni層203、Pd層204およびAu層205のうちの少なくとも1つは、パッド電極190のNi層195、Pd層196およびAu層197と同時に形成されためっき層であってもよい。
Ti層202の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Ti層202の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。
Ni層203の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Ni層203の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。Ni層203の厚さは、Ti層202の厚さを超えていることが好ましい。
Pd層204の厚さは、0.1μm以上10μm以下であってもよい。Pd層204の厚さは、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、2μm以上4μm以下、4μm以上6μm以下、6μm以上8μm以下、または、8μm以上10μm以下であってもよい。Pd層204の厚さは、Ti層202の厚さを超えていることが好ましい。
Au層205の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Au層205の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Au層205の厚さは、Ni層203の厚さ未満であることが好ましい。Au層205の厚さは、Pd層204の厚さ未満であることが好ましい。
Ag層206の厚さは、0.01μm以上3μm以下であってもよい。Ag層206の厚さは、0.01μm以上0.05μm以下、0.05μm以上0.1μm以下、0.1μm以上0.5μm以下、0.5μm以上1μm以下、1μm以上2μm以下、または、2μm以上3μm以下であってもよい。Ag層206の厚さは、Ni層203の厚さ未満であることが好ましい。Ag層206の厚さは、Pd層204の厚さ未満であることが好ましい。
第2主面電極200は、図17A~図17Iに示される構造を有していてもよい。
図17Aは、第2形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Aを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Pd層204およびAu層205を含む積層構造を有している。Ti層202、Ni層203、Pd層204およびAu層205は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202、Ni層203、Pd層204およびAu層205を挟んで第2主面64を被覆している。
図17Bは、第3形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Bを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206を含む積層構造を有している。Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206を挟んで第2主面64を被覆している。
図17Cは、第4形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Cを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203およびAu層205を含む積層構造を有している。Ti層202、Ni層203およびAu層205は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202、Ni層203およびAu層205を挟んで第2主面64を被覆している。
図17Dは、第5形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Dを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201およびTi層202を含む積層構造を有している。Ti層202は、第2主面64に接続されている。第2Al層201は、Ti層202を挟んで第2主面64を被覆している。
図17Eは、第6形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Eを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203およびAu層205を含む。Ti層202、Ni層203およびAu層205は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202およびNi層203の間に介在し、Ti層202を挟んで第2主面64を被覆している。
この場合、パッド電極190は、第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195およびAu層197からなる2層構造を有していることが好ましい。第2主面電極200のNi層203およびAu層205は、めっき法によって、パッド電極190のNi層195およびAu層197と同時に形成されることができる。
図17Fは、第7形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Fを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206を含む。Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202およびNi層203の間に介在し、Ti層202を挟んで第2主面64を被覆している。
この場合、パッド電極190は、第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195およびAu層197からなる2層構造を有していることが好ましい。第2主面電極200のNi層203およびAu層205は、めっき法によって、パッド電極190のNi層195およびAu層197と同時に形成されることができる。
図17Gは、第8形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Gを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206を含む。Ti層202、Ni層203、Au層205およびAg層206は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202およびNi層203の間に介在し、Ti層202を挟んで第2主面64を被覆している。
この場合、パッド電極190は、第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195、Pd層196およびAu層197からなる3層構造を有していることが好ましい。第2主面電極200のNi層203、Pd層204およびAu層205は、めっき法によって、パッド電極190のNi層195、Pd層196およびAu層197と同時に形成されることができる。
図17Hは、第9形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Hを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Pd層204およびAu層205を含む。Ti層202、Ni層203、Pd層204およびAu層205は、第2主面64側からこの順に積層されている。第2Al層201は、Ti層202およびNi層203の間に介在し、Ti層202を挟んで第2主面64を被覆している。
この場合、パッド電極190は、第1主面電極150側からこの順に積層されたNi層195、Pd層196およびAu層197からなる3層構造を有していることが好ましい。第2主面電極200のNi層203、Pd層204およびAu層205は、めっき法によって、パッド電極190のNi層195、Pd層196およびAu層197と同時に形成されることができる。
図17Iは、第10形態例に係る第2主面電極200を図解的に示す断面図である。以下では、図6~図16において述べた構造に対応する構造については同一の参照符号を付して、説明を省略する。
図17Iを参照して、第2主面電極200は、この形態では、第2Al層201およびシリサイド層207を含む。シリサイド層207は、第2主面64に形成されている。シリサイド層207は、第2主面64から露出するSiCを金属材料によってシリサイド化することによって形成されている。シリサイド層207は、FeSi層、NiSi層、NiSi層、CoSi層、CrSi層、WSi層、MoSi層、MnSi層、NbSi層、TiSi層およびVSi層のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
第2Al層201は、シリサイド層207を挟んで第2主面64を被覆している。第2主面電極200は、第2Al層201およびシリサイド層207の他、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206のうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2Al層201、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206の積層順序は任意である。シリサイド層207を被覆する構造として、第1~第10形態例のいずれか1つの積層構造が採用されてもよい。
図18は、図6に示すSiC半導体装置61が組み込まれた半導体パッケージ211を示す図である。図18では、半導体パッケージ211の内部構造が、パッケージ本体212を透過して示されている。
図18を参照して、半導体パッケージ211は、この形態では、3端子型のTO-220である。半導体パッケージ211は、パッケージ本体212、金属プレート213、第1端子214、第2端子215、第3端子216、SiC半導体装置61、導電接合材217、第1導線218および第2導線219を含む。
パッケージ本体212は、モールド樹脂からなる。パッケージ本体212は、モールド樹脂の一例としてのエポキシ樹脂を含んでいてもよい。パッケージ本体212は、直方体形状に形成されている。パッケージ本体212は、一方側の第1面221および他方側の第2面222、ならびに、第1面221および第2面222を接続する4つの側面223A,223B,223C,223Dを含む。
4つの側面223A~223Dは、より具体的には、第1側面223A、第2側面223B、第3側面223Cおよび第4側面223Dを含む。第1側面223Aおよび第2側面223Bは、互いに対向している。第3側面223Cおよび第4側面223Dは、互いに対向している。
金属プレート213は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。金属プレート213は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。金属プレート213の平面形状は任意である。金属プレート213は、この形態では、平面視において四角形状(長方形状)に形成されている。
金属プレート213は、より具体的には、パッケージ本体212内に位置するパッド部224、および、パッケージ本体212外に位置するヒートシンク部225を一体的に含む。ヒートシンク部225は、パッド部224から第2側面223Bを横切ってパッケージ本体212外に引き出されている。ヒートシンク部225は、貫通孔225aを含む。貫通孔225aは、円形状に形成されている。ヒートシンク部225の平面面積は、パッド部224の平面面積を超えていてもよい。
金属プレート213は、この形態では、第2面222から露出するようにパッケージ本体212内に配置されている。金属プレート213は、第2面222から露出しないようにパッケージ本体212内に配置されていてもよい。
第1端子214は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第1端子214は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。第1端子214は、パッケージ本体212内から第1側面223Aを横切ってパッケージ本体212外に引き出されている。
第1端子214は、平面視において第1側面223Aの中央部に配置されている。第1端子214は、金属プレート213の板面に対して第1面221側の領域に配置されている。
第1端子214は、第1内端部226、第1外端部227および第1帯状部228を含む。第1内端部226は、パッケージ本体212内において金属プレート213に接続されている。第1外端部227は、パッケージ本体212外に配置されている。第1帯状部228は、第1内端部226および第1外端部227の間を第1側面223Aに直交する方向に延びている。
第2端子215は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。第2端子215は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜のうちの少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。第2端子215は、パッケージ本体212内から第1側面223Aを横切ってパッケージ本体212外に引き出されている。
第2端子215は、平面視において第1端子214から間隔を空けて第3側面223C側の領域に配置されている。第2端子215は、金属プレート213の板面に対して第1面221側の領域に配置されている。
第2端子215は、第2内端部229、第2外端部230および第2帯状部231を含む。第2内端部229は、金属プレート213から間隔を空けてパッケージ本体212内に配置されている。第2外端部230は、パッケージ本体212外に配置されている。第2帯状部231は、第2内端部229および第2外端部230の間を第1側面223Aに直交する方向に延びている。
第3端子216は、Fe、Au、Ag、CuおよびAlの少なくとも1つを含んでいてもよい。第3端子216は、Niめっき膜、Auめっき膜、Agめっき膜およびCuめっき膜の少なくとも1つが形成された外面を有していてもよい。第3端子216は、パッケージ本体212内から第1側面223Aを横切ってパッケージ本体212外に引き出されている。
第3端子216は、平面視において第1端子214から間隔を空けて第4側面223D側の領域に配置されている。第3端子216は、金属プレート213の板面に対して第1面221側の領域に配置されている。
第3端子216は、第3内端部232、第3外端部233および第3帯状部234を含む。第3内端部232は、金属プレート213から間隔を空けてパッケージ本体212内に配置されている。第3外端部233は、パッケージ本体212外に配置されている。第3帯状部234は、第3内端部232および第3外端部233の間を第1側面223Aに直交する方向に延びている。
SiC半導体装置61は、パッケージ本体212内において金属プレート213のパッド部224の上に配置されている。導電接合材217は、SiC半導体装置61およびパッド部224の間に介在し、SiC半導体装置61の第2主面電極200をパッド部224に接合させている。これにより、SiC半導体装置61は、金属プレート213を介して第1端子214に電気的に接続されている。
導電接合材217は、金属ペーストまたは半田であってもよい。金属ペーストは、Au、AgおよびCuのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。導電接合材217は、半田からなることが好ましい。半田は、鉛フリー半田であってもよい。半田は、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiおよびSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。
第1導線218は、金属ワイヤ(ボンディングワイヤ)または金属クリップからなる。金属ワイヤは、Alワイヤ、Auワイヤ、Cuワイヤまたは半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、鉛フリー半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiおよびSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。金属クリップは、Alクリップ、AuクリップまたはCuクリップであってもよい。第1導線218は、この形態では、半田ワイヤからなる。
第1導線218は、パッケージ本体212内において第2端子215の第2内端部229およびSiC半導体装置61のゲートパッド電極191に接続されている。これにより、SiC半導体装置61は、第2端子215に電気的に接続されている。
図18では、1つの第1導線218が第2内端部229およびゲートパッド電極191に接続されている例が示されているが、第1導線218の個数は任意である。2つ以上の第1導線218が第2内端部229およびゲートパッド電極191に接続されていてもよい。
第2導線219は、金属ワイヤ(ボンディングワイヤ)または金属クリップからなる。金属ワイヤは、Alワイヤ、Auワイヤ、Cuワイヤまたは半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、鉛フリー半田ワイヤであってもよい。半田ワイヤは、SnAgCu、SnZnBi、SnCu、SnCuNiおよびSnSbNiのうちの少なくとも1つを含んでいてもよい。金属クリップは、Alクリップ、AuクリップまたはCuクリップであってもよい。第2導線219は、この形態では、半田ワイヤからなる。
第2導線219は、パッケージ本体212内において第3端子216の第3内端部232およびSiC半導体装置61のソースパッド電極192に接続されている。これにより、SiC半導体装置61は、第3端子216に電気的に接続されている。
図18では、2つの第2導線219が第3内端部232およびソースパッド電極192に接続されている例が示されているが、第2導線219の個数は任意である。1つまたは3つ以上の第2導線219が第3内端部232およびソースパッド電極192に接続されていてもよい。
半導体パッケージ211は、TO-220以外の形態も採り得る。半導体パッケージ211は、SOP(Small Outline Package)、QFN(Quad For Non Lead Package)、DFP(Dual Flat Package)、DIP(Dual Inline Package)、QFP(Quad Flat Package)、SIP(Single Inline Package)もしくはSOJ(Small Outline J-leaded Package)、または、これらに類する種々の形態を有していてもよい。
以上、SiC半導体装置61によれば、第1Al層161が第1主面63側で外力を緩和する第1緩衝層として形成され、第2Al層201が第2主面64側で外力を緩和する第2緩衝層として形成されている。これにより、第1主面63から第2主面64に向かう方向の外力、および、第2主面64から第1主面63に向かう方向の外力を緩和できる。
一例として、SiC半導体装置61を金属プレート213のパッド部224に実装する際にSiCチップ62に加えられる外力を第1Al層161および第2Al層201によって緩和できる。また、SiC半導体装置61のパッド電極190に第1導線218および第2導線219を接合する際にSiCチップ62に加えられる外力を第1Al層161および第2Al層201によって緩和できる。その結果、SiCチップ62のクラックを抑制できる。
また、SiC半導体装置61は、第1導線218および第2導線219に外部接合されるパッド電極190(ゲートパッド電極191およびソースパッド電極192)を含む。パッド電極190は、Ni層195、Pd層196およびAu層197のうちの少なくとも1つを含む。これにより、第1導線218および第2導線219をパッド電極190に適切に接続されることができる。
一方、Ni、PdおよびAuは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。したがって、パッド電極190を備えた構造では、第1導線218および第2導線219の接合時に加えられる外力を適切に緩和できない。
そこで、SiC半導体装置61では、SiCチップ62およびパッド電極190の間にAlを含む第1Al層161を介在させている。第1Al層161によれば、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ62に加えられる外力を第1主面63側から緩和できる。よって、第1導線218および第2導線219をパッド電極190に適切に接合させることができると同時に、SiCチップ62のクラックを抑制できる。
また、SiC半導体装置61は、第2Al層201に加えて、第2Al層201とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層を有する第2主面電極200を含む。1つまたは複数の電極層は、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206のうちの少なくとも1つを含む。これにより、第2主面電極200に対する導電接合材217の密着力を適切に高めることができる。その結果、SiC半導体装置61を金属プレート213のパッド部224に適切に実装できる。
一方、Ti、Ni、Pd、AuおよびAgは、Alのヤング率(剛性率)を超えるヤング率(剛性率)をそれぞれ有している。したがって、第2主面電極200がTi層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206のうちの少なくとも1つを含む構造では、SiC半導体装置61の実装時や第1導線218および第2導線219の接合時に加えられる外力を適切に緩和できない。
そこで、SiC半導体装置61では、Ti層202、Ni層203、Pd層204、Au層205およびAg層206のうちの少なくとも1つに加えて、第2Al層201を含む第2主面電極200を形成している。第2Al層201によれば、比較的小さいヤング率(剛性率)を有するAlのクッション性を利用してSiCチップ62に加えられる外力を第2主面64側から緩和できる。よって、SiC半導体装置61をパッド部224に適切に実装できると同時に、SiCチップ62のクラックを抑制できる。
本発明の実施形態はさらに他の形態で実施することもできる。
前述の第1実施形態では、絶縁層17がパッシベーション層19および樹脂層20を含む積層構造を有している例について説明した。しかし、絶縁層17は、パッシベーション層19または樹脂層20からなる単層構造を有していてもよい。
前述の第1実施形態では、ダイオードの一例としてのSBDが形成された例について説明した。しかし、n型のダイオード領域10に代えてp型のダイオード領域10が形成されてもよい。この場合、SBDに代えてpn接合ダイオードを提供できる。
前述の第2実施形態では、絶縁層170がパッシベーション層174および樹脂層175を含む積層構造を有している例について説明した。しかし、絶縁層170は、パッシベーション層174または樹脂層175からなる単層構造を有していてもよい。
前述の第2実施形態では、p型不純物が添加されたp型ポリシリコンを含むゲート電極80およびゲート配線85が形成された例について説明した。しかし、ゲート閾値電圧Vthの増加を重視しない場合には、ゲート電極80およびゲート配線85は、p型ポリシリコンに代えてまたはこれに加えて、n型不純物が添加されたn型ポリシリコンを含んでいてもよい。
この場合、低抵抗層86は、ゲート電極80(n型ポリシリコン)において表層部を形成する部分を金属材料によってシリサイド化することによって形成されていてもよい。つまり、低抵抗層86は、n型ポリサイドを含んでいてもよい。このような構造の場合、ゲート抵抗を低減できる。
前述の第2実施形態では、絶縁ゲート型トランジスタの一例としてのMISFETが形成された例について説明した。しかし、n型のドレイン領域68に代えてp型のコレクタ領域が採用されてもよい。この構造によれば、MISFETに代えて、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)を提供できる。この場合、前述の第2実施形態において、MISFETの「ソース」がIGBTの「エミッタ」に読み替えられ、MISFETの「ドレイン」がIGBTの「コレクタ」に読み替えられる。
前述の各実施形態において、各半導体部分の導電型が反転された構造が採用されてもよい。つまり、p型の部分がn型とされ、n型の部分がp型とされてもよい。
以下、この明細書および図面から抽出される特徴の例を示す。
後工程(アセンブリ工程)では、様々な外力が半導体装置に加えられる。たとえば、半導体装置の実装時には、吸着ノズルを備えた実装機が使用される。半導体装置は、吸着ノズルに吸着保持された状態で接続対象物まで搬送された後、接続対象部に押圧実装される。この時、吸着ノズルから接続対象物に向かう外力、および、接続対象物から吸着ノズルに向かう外力が半導体装置に加えられる。
また、半導体装置の実装後には、キャピラリによって導線がパッド電極に押圧接合される。この時、キャピラリから接続対象物に向かう外力、および、接続対象物からキャピラリに向かう外力が半導体装置に加えられる。チップの強度を超える外力が半導体装置に加えられると、チップにクラックが発生する。以下では、外力を緩和できる半導体装置を提供する。
[A1]一方側の第1主面および他方側の第2主面を有するチップと、第1Al層を含み、前記第1主面の上に形成された第1主面電極と、前記第1主面電極の上に形成され、導線に接続されるパッド電極と、第2Al層を含み、前記第2主面の上に形成された第2主面電極と、を含む、半導体装置。
この半導体装置によれば、第1Al層が第1主面側で外力を緩和する第1緩衝層として形成され、第2Al層が第2主面側で外力を緩和する第2緩衝層として形成されている。これにより、第1主面から第2主面に向かう方向の外力、および、第2主面から第1主面に向かう方向の外力を緩和できる。
[A2]前記第1主面の上において前記第1主面電極を被覆し、前記第1主面電極の一部を露出させるパッド開口を有する絶縁層をさらに含み、前記パッド電極は、前記パッド開口内において前記第1主面電極の上に形成されている、A1に記載の半導体装置。
[A3]前記チップは、前記第1主面および前記第2主面を接続する側面を有し、前記絶縁層は、前記第1主面の上において前記側面から間隔を空けて形成された周縁を有している、A2に記載の半導体装置。
[A4]前記絶縁層は、樹脂層を含む、A2またはA3に記載の半導体装置。
[A5]前記パッド電極は、前記第1主面電極とは異なる金属材料を含む、A1~A4のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A6]前記パッド電極は、Ni層、Pd層およびAu層のうちの少なくとも1つを含む、A1~A5のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A7]前記パッド電極は、前記第1主面電極側からこの順に積層されたNi層およびAu層を含む、A1~A6のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A8]前記パッド電極は、前記第1主面電極側からこの順に積層されたNi層、Pd層およびAu層を含む、A1~A7のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A9]前記第2主面電極は、前記第2Al層とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層を含み、前記第2Al層は、1つまたは複数の前記電極層を被覆している、A1~A8のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A10]1つまたは複数の前記電極層は、Ti層、Ni層、Pd層、Au層およびAg層のうちの少なくとも1つを含む、A9に記載の半導体装置。
[A11]1つまたは複数の前記電極層は、少なくとも前記第2主面との間でオーミック接触を形成するオーミック電極層を含み、前記第2Al層は、少なくとも前記オーミック電極層を被覆している、A9またはA10に記載の半導体装置。
[A12]前記第2Al層は、前記第1Al層未満の厚さを有している、A1~A11のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A13]前記第2Al層は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む、A1~A12のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A14]前記第2Al層は、純Al層からなる、A1~A13のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A15]前記第1Al層は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む、A1~A14のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A16]前記第1主面に形成されたダイオードをさらに含み、前記第1主面電極は、前記ダイオードのアノードに電気的に接続されたアノード電極を形成し、前記第2主面電極は、前記ダイオードのカソードに電気的に接続されたカソード電極を形成している、A1~A15のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A17]前記第1主面に形成されたMISFETをさらに含み、前記第1主面電極は、前記MISFETのゲートに電気的に接続されたゲート主面電極、および、前記MISFETのソースに電気的に接続されたソース主面電極を含み、前記パッド電極は、前記ゲート主面電極の上に形成されたゲートパッド電極、および、前記ソース主面電極の上に形成されたソースパッド電極を含み、前記第2主面電極は、前記MISFETのドレインに電気的に接続されたドレイン電極を形成している、A1~A16のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A18]前記チップは、前記第2主面側から前記第1主面側に向けてこの順に積層された半導体基板およびエピタキシャル層を含む積層構造を有している、A1~A17のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A19]前記チップの厚さは、300μm以下である、A1~A18のいずれか一つに記載の半導体装置。
[A20]前記チップは、SiC単結晶によって形成されたSiCチップからなる、A1~A19のいずれか一つに記載の半導体装置。
この出願は、2019年4月19日に日本国特許庁に提出された特願2019-080227号に対応しており、この出願の全開示はここに引用により組み込まれる。本発明の実施形態について詳細に説明してきたが、これらは本発明の技術的内容を明らかにするために用いられた具体例に過ぎず、本発明はこれらの具体例に限定して解釈されるべきではなく、本発明の範囲は添付の請求の範囲によってのみ限定される。
1 SiC半導体装置
2 SiCチップ
3 第1主面
4 第2主面
5A 第1側面
5B 第2側面
5C 第3側面
5D 第4側面
6 SiC半導体基板
7 SiCエピタキシャル層
14 第1主面電極
16 第1Al層
17 絶縁層
18 パッド開口
20 樹脂層
23 パッド電極
25 Ni層
26 Pd層
27 Au層
31 第2主面電極
32 第2Al層
33 Ti層
34 Ni層
35 Pd層
36 Au層
37 Ag層
61 SiC半導体装置
62 SiCチップ
63 第1主面
64 第2主面
65A 第1側面
65B 第2側面
65C 第3側面
65D 第4側面
66 SiC半導体基板
67 SiCエピタキシャル層
150 第1主面電極
151 ゲート主面電極
152 ソース主面電極
161 第1Al層
170 絶縁層
171 パッド開口
172 ゲートパッド開口
173 ソースパッド開口
175 樹脂層
190 パッド電極
191 ゲートパッド電極
192 ソースパッド電極
195 Ni層
196 Pd層
197 Au層
200 第2主面電極
201 第2Al層
202 Ti層
203 Ni層
204 Pd層
205 Au層
206 Ag層
図5では、1つの導線47が第2内端部56およびパッド電極23に接続されている例が示されているが、導線47の個数は任意である。2つ以上の導線47が第2内端部56およびパッド電極23に接続されていてもよい。

Claims (19)

  1. 一方側の第1主面および他方側の第2主面を有するSiCチップと、
    第1Al層を含み、前記第1主面の上に形成された第1主面電極と、
    前記第1主面電極の上に形成され、導線に接続されるパッド電極と、
    第2Al層を含み、前記第2主面の上に形成された第2主面電極と、を含む、SiC半導体装置。
  2. 前記第1主面の上において前記第1主面電極を被覆し、前記第1主面電極の一部を露出させるパッド開口を有する絶縁層をさらに含み、
    前記パッド電極は、前記パッド開口内において前記第1主面電極の上に形成されている、請求項1に記載のSiC半導体装置。
  3. 前記SiCチップは、前記第1主面および前記第2主面を接続する側面を有し、
    前記絶縁層は、前記第1主面の上において前記側面から間隔を空けて形成された周縁を有している、請求項2に記載のSiC半導体装置。
  4. 前記絶縁層は、樹脂層を含む、請求項2または3に記載のSiC半導体装置。
  5. 前記パッド電極は、前記第1主面電極とは異なる金属材料を含む、請求項1~4のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  6. 前記パッド電極は、Ni層、Pd層およびAu層のうちの少なくとも1つを含む、請求項1~5のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  7. 前記パッド電極は、前記第1主面電極側からこの順に積層されたNi層およびAu層を含む、請求項1~6のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  8. 前記パッド電極は、前記第1主面電極側からこの順に積層されたNi層、Pd層およびAu層を含む、請求項1~7のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  9. 前記第2主面電極は、前記第2Al層とは異なる金属材料からなる1つまたは複数の電極層を含み、
    前記第2Al層は、1つまたは複数の前記電極層を被覆している、請求項1~8のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  10. 1つまたは複数の前記電極層は、Ti層、Ni層、Pd層、Au層およびAg層のうちの少なくとも1つを含む、請求項9に記載のSiC半導体装置。
  11. 1つまたは複数の前記電極層は、少なくとも前記第2主面との間でオーミック接触を形成するオーミック電極層を含み、
    前記第2Al層は、少なくとも前記オーミック電極層を被覆している、請求項9または10に記載のSiC半導体装置。
  12. 前記第2Al層は、前記第1Al層未満の厚さを有している、請求項1~11のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  13. 前記第2Al層は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む、請求項1~12のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  14. 前記第2Al層は、純Al層からなる、請求項1~13のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  15. 前記第1Al層は、純Al層、AlSi合金層、AlCu合金層およびAlSiCu合金層のうちの少なくとも1つを含む、請求項1~14のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  16. 前記第1主面に形成されたダイオードをさらに含み、
    前記第1主面電極は、前記ダイオードのアノードに電気的に接続されたアノード電極を形成し、
    前記第2主面電極は、前記ダイオードのカソードに電気的に接続されたカソード電極を形成している、請求項1~15のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  17. 前記第1主面に形成されたMISFETをさらに含み、
    前記第1主面電極は、前記MISFETのゲートに電気的に接続されたゲート主面電極、および、前記MISFETのソースに電気的に接続されたソース主面電極を含み、
    前記パッド電極は、前記ゲート主面電極の上に形成されたゲートパッド電極、および、前記ソース主面電極の上に形成されたソースパッド電極を含み、
    前記第2主面電極は、前記MISFETのドレインに電気的に接続されたドレイン電極を形成している、請求項1~16のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  18. 前記SiCチップは、前記第2主面側から前記第1主面側に向けてこの順に積層されたSiC半導体基板およびSiCエピタキシャル層を含む積層構造を有している、請求項1~17のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
  19. 前記SiCチップの厚さは、300μm以下である、請求項1~18のいずれか一項に記載のSiC半導体装置。
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