JP4051971B2 - 炭化珪素半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は炭化珪素半導体装置に係り、詳しくは、縦型JFETに関するものである。
【0002】
【従来の技術】
炭化珪素半導体装置として、図7にトレンチ構造を用いた縦型JFETの一例を示す。図7において、N+型SiC基板100の上にN-ドリフト層101、P+型の第1のゲート層102、N+ソース層103が順に形成され、ソース層103と第1のゲート層102を貫通しドリフト層101に達する深さのトレンチ104が形成されている。また、トレンチ104の内部においてN型のチャネル層105とP型の第2のゲート層106が形成されている。このように形成されたセル部における外周部にはトレンチ110が形成され、このトレンチ110によりドリフト層101が露出している。このトレンチ110内でのドリフト層101にはP型のガードリング111が形成されている。
【0003】
このような構造とすることにより、トレンチ104を用いてチャネル部を形成するためセルを微細化できるとともにウエハ表面から裏面に向けて電子を直線的に流すためトランジスタのオン抵抗を小さくできるというメリットがある。
【0004】
しかし、セル部の外周部における耐圧構造として通常のガードリング形成技術を適用した図7においては、以下の不具合がある。チップ周辺でのトレンチ110のチップ内側の境界(図中のβ点)において、第1のゲート層102とガードリング層111との間隔L2が、セル部での第1のゲート層102と第2のゲート層106との間隔L1よりも広くなってしまう(L2>L1)。これにより、耐圧が確保できないという不具合が発生する。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
本発明はこのような背景の下になされたものであり、その目的は、セル部外周において耐圧を向上させることができる炭化珪素半導体装置を提供することにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1に記載の発明によれば、セル部でのトレンチ、第1のゲート層、チャネル層、第2のゲート層の各構成をそのままガードリング構造として利用しているため、セル部と同じ耐圧を確保することができ、耐圧低下が生じない。
【0007】
請求項2に記載の発明によれば、セル部でのチャネル層、第2のゲート層を延設してフィールドプレートとして利用している。そのため、セル部の第2のゲート層と同じ不純物濃度に形成できるとともに、第1導電型の基板から測った時のドリフト層とチャネル層の合計の距離を等しくすることができ(図1でのd1=d2)、そのため耐圧低下が生じない。
【0008】
請求項3に記載の発明によれば、請求項1および2の作用・効果が全て得られて、より高耐圧にすることができる。
請求項4に記載の発明によれば、フィールドプレート層の端部での電界を緩和することができ、より高耐圧の外周構造とすることができる。
【0009】
請求項5に記載の発明によれば、セル部とガードリング構造体との間の部位におけるトレンチ部でブレークダウンを起こさせることができ、サージ耐量の向上に有利となる。
【0010】
請求項6に記載の発明によれば、セル外周部に形成したトレンチの側面でのドリフト層の上面と交差する部位における電界を緩和することができるため高耐圧とすることができる。
【0011】
請求項7に記載の発明によれば、トレンチ底面における電界を緩和することができるため高耐圧とすることができる。
請求項8に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置を得ることができる。また、請求項9に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、請求項2に記載の炭化珪素半導体装置を得ることができる。さらに、請求項10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法によれば、請求項7に記載の炭化珪素半導体装置を得ることができる。これら請求項8,9,10に記載の炭化珪素半導体装置の製造方法においては、セル部を形成すると同時に外周構造も形成することができるため、余分の工程を追加する必要がないため、コストダウン化を図ることができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、この発明を具体化した第1の実施の形態を図面に従って説明する。
【0013】
図1には、本実施形態における炭化珪素半導体装置(縦型JFET)の縦断面図を示す。本装置は、ゲートとして第1ゲート(G1)と第2ゲート(G2)を有し、G1,G2に対し別々に電圧を印加することができるようになっている。また、トレンチゲート構造を有している。
【0014】
図1において、N+型SiC基板1の上に、エピタキシャル層よりなるN-ドリフト層2と、SiCよりなるP+型の第1のゲート層3と、SiCよりなるN+型のソース層4とが順に積層されている。本実施形態では第1導電型をN型とし、第2導電型をP型としている。
【0015】
セル部において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ5が形成されている。このトレンチ5の内壁には、エピタキシャル層よりなるN型のチャネル層6が形成されるとともにその内方にSiCよりなるP型の第2のゲート層7が形成されている。第1のゲート層3は埋め込まれているのでバリッドゲート層とも言い、第2のゲート層7は上部に配置されているのでトップゲート層とも言う。
【0016】
さらに、第2のゲート層7の上には電極材としてニッケル膜8とアルミ膜9とが形成されている。また、ソース層4の上には酸化膜10が形成され、当該酸化膜10の開口部には電極材としてニッケル膜11とアルミ膜12とが形成されている。一方、ソース層4の一部が除去され第1のゲート層3が露出しており、この露出部には電極材としてニッケル膜13とアルミ膜14とが形成されている。さらに、基板1の裏面(下面)にはドレイン電極15が全面に形成されている。
【0017】
そして、第1のゲート層3と第2のゲート層7との電圧を調整することによりチャネル層6において空乏層の広がりを調整してソース・ドレイン間に流れる電流をコントロールすることができる。
【0018】
一方、トレンチ5を形成したセル部の外周側は、分離部、その外側のガードリング部、その外側のフィールドプレート部となっている。ガードリング部には、内周側の第1ガードリング構造体(図中のガードリング構造体(I))と外周側の第2ガードリング構造体(図中のガードリング構造体(II))が形成されている。
【0019】
まず、分離部において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ20が形成されている。このトレンチ20はセル部を囲むようにリング状に形成されている。トレンチ20の内壁には、エピタキシャル層よりなるN型のチャネル層21が形成されるとともにその内方にSiCよりなるP型の第2のゲート層22が形成されている。さらに、第2のゲート層22の上には電極材としてニッケル膜23とアルミ膜24とが形成されている。
【0020】
分離部の外周でのガードリング部において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ30が形成されている。このトレンチ30は分離部(トレンチ20)を囲むようにリング状に形成されている。トレンチ30の内壁には、エピタキシャル層よりなるN型のSiC層31が形成されるとともにその内方にP型のSiC層32が形成されている。さらに、SiC層32の上には電極材としてニッケル膜33とアルミ膜34とが形成されている。さらに、この第1ガードリング構造体の外周側において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ40が形成されている。このトレンチ40は第1ガードリング構造体(トレンチ30)を囲むようにリング状に形成されている。トレンチ40の内壁には、エピタキシャル層よりなるN型のSiC層41が形成されるとともにその内方にP型のSiC層42が形成されている。さらに、SiC層42の上には電極材としてニッケル膜43とアルミ膜44とが形成されている。このようにして第2ガードリング構造体が形成されている。
【0021】
また、この第1,第2ガードリング構造体において、セル部での第1のゲート層3に対応する部材であるP+層3a,3b,3cは電気的にフローティング状態となっている。また、セル部の第2のゲート層7に対応する部材であるP層32,42も電気的にフローティング状態となっている。
【0022】
フィールドプレート部(チップ端部)において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ50が形成されている。このトレンチ50はチップ端面部においてチップ全周にわたりリング状に形成されている。トレンチ50の内壁には、エピタキシャル層よりなるN型のSiC層51が形成されるとともにその内方にP型のSiC層52が形成されている。SiC層51とSiC層52との積層体はセル部側からトレンチ50の内面に沿ってトレンチ側面から底面の一部まで延設されている。また、配線材56にてSiC層52と、トレンチ50の内方での第1のゲート層(P+層)3cとが電気的に接続されている。また、SiC層52の上を含めたトレンチ50内には酸化膜53が形成されている。さらに、トレンチ50の底面において酸化膜53の上にはアルミ膜55が形成され、アルミ膜55はSiC層52に対しニッケル膜54を介して電気的に接続されている。また、アルミ膜55はSiC層51,52よりも外周側に延設されている。このアルミ膜55はフィールドプレートとして機能する。
【0023】
トレンチ5,20,30,40,50は同時に形成されたものであり、N型SiC層6,21,31,41,51は同時に形成されたものであり、P型SiC層7,22,32,42,52は同時に形成されたものである。
【0024】
また、チップの端面部においてはN+領域60が形成されるとともに、この領域60の上にはニッケル膜61を介してアルミ膜62が等電位リング(EQR)として形成されている。
【0025】
このようにして本実施形態の縦型JFETにおいては、トレンチ5を形成したセル部の外周部において、セル部でのトレンチ5、チャネル層6、第2のゲート層7と同様な構造を有するガードリング構造体を2つ形成している。さらに、この構造体での第1のゲート層3および第2のゲート層7に対応する部材3a,3b,3c,32,42を電気的にフローティング状態としている。これにより、セル部でのトレンチ(5)、第1のゲート層(3)、チャネル層(6)、第2のゲート層(7)の各構成をそのままガードリング構造体として利用しているため、セル部と同じ耐圧を確保することができ、耐圧低下が生じない。
【0026】
また、セル部のソース電極11,12をグランド電位にするとともにセル部の外周の分離部において第2のゲート層22をソース電位(グランド電位)としている。よって、分離部での第2のゲート層22のコーナー(トレンチ20の底面角部)にてブレークダウンを起こさせることが容易となる。このようにして、セル部とガードリング構造体との間の部位において、セル部でのトレンチ5、チャネル層6、第2のゲート層7と同様な構造を形成し、かつ、ここでの第2のゲート層に対応する部材22をグランド電位とする。これにより、セル部とガードリング構造体との間のおけるトレンチ部でブレークダウンを起こさせることができ、サージ耐量の向上に有利となる。
【0027】
また、トレンチ5を形成したセル部の外周部において第1のゲート層3をセル部と電気的に分離した状態にするとともに、チップの端部においてソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ50を形成している。さらに、セル部側から少なくともこのトレンチ50の底面での内端部βまで、チャネル層6および第2のゲート層7と同様な構造を有し、かつ、第2のゲート層に対応する部材52を電気的に分離した第1のゲート層に対応する部材3cと同電位としたフィールドプレート層51,52を延設している。これにより、図1のチップ周辺でのトレンチ50のチップ内側の境界α1、詳しくは、トレンチ50の側面におけるドリフト層2の上面での耐圧を確保することができる。また、セル部でのチャネル層6(51)、第2のゲート層7(52)を延設してフィールドプレートとして利用している。そのため、セル部のSiC層(第2のゲート層)7と同じ不純物濃度に形成できるとともに、N+ドレイン層(基板1)から測った時のN-ドリフト層2とチャネル層6の合計の距離dを等しくすることができ(d1=d2)、そのため耐圧低下が生じない。
【0028】
また、これら2つのことを同時に行っている。つまり、トレンチ5を形成したセル部の外周部において、セル部でのトレンチ5、チャネル層6、第2のゲート層7と同様な構造を有するガードリング構造体を形成し、かつ、この構造体での第1のゲート層3および第2のゲート層7に対応する部材3a,3b,3c,32,42を電気的にフローティング状態とし、さらに、チップの端部にソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ50を形成するとともに、セル部側から少なくともこのトレンチ50の底面での内端部βまで、チャネル層6および第2のゲート層7と同様な構造を有し、かつ、第2のゲート層と対応する部材52をガードリング構造体での第1のゲート層と対応する部材3cと同電位としたフィールドプレート層51,52を延設している。よって、両方の作用・効果が全て得られ、より高耐圧にすることができる。
【0029】
また、フィールドプレート層51,52の外端部から更に外周側に、絶縁膜(酸化膜)53の上においてフィールドプレート用配線材55を延設した。つまり、P型SiC層52の上からチップ外周側に配線電極55を第2のフィールドプレートとして延ばしている。このように配線材(電極)55を、セル外周部でのN型SiC層51とP型SiC層52との間のPN接合部の端部(図1でのα2点)の上方に位置するように形成することによりフィールドプレート層51,52の端部、即ち、PN接合部の端部(α2点)での電界を緩和することができ、より高耐圧の外周構造とすることができる。
【0030】
次に、製造工程を、図2,3,4および図1を用いて説明する。
まず、図2に示すように、N+型SiC基板1の上に、エピタキシャル成長法よりN-ドリフト層2とP+型の第1のゲート層3とN+ソース層4とを順に積層する。そして、基板(N+ソース層4)上にLTO膜70をデポするとともにこの膜70に対しパターニングを行う。パターニングしたLTO膜70をマスク材としてエッチングを行い、トレンチ5,20,30,40,50を形成する。各トレンチ5,20,30,40,50は、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達している。
【0031】
このようにして、セル形成予定領域およびその外周部のガードリング形成予定領域に、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ5,30,40を同時に形成する。また、セル形成予定領域とその外周部とチップ端部においてソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ5,30,40,50を同時に形成する。
【0032】
さらに、チップ端面部のトレンチ50での底面にイオン注入を行い、EQR用のN+領域60を形成する。
引き続き、LTO膜70を除去した後、図3に示すように、基板上(N+ソース層4の上面側)に、エピタキシャル成長法よりN層とP層を順に形成するとともにこのエピ層に対し不要部分をエッチングにより除去する。これにより、所定の位置にN層6,21,31,41,51とP層7,22,32,42,52が配置される。
【0033】
つまり、セル形成予定領域およびその外周部のガードリング形成予定領域におけるトレンチ5,30,40の内壁にセル形成予定領域ではチャネル層となるエピタキシャル層よりなるN型のSiC層6,31,41を同時に形成するとともにその内方にセル形成予定領域では第2のゲート層となるP型のSiC層7,32,42を同時に形成する。また、セル形成予定領域ではチャネル層となるエピタキシャル層よりなるN型のSiC層6,31,41,51とセル形成予定領域では第2のゲート層となるP型のSiC層7,32,42,52との積層体を、セル形成予定領域でのトレンチ5内、その外周部のトレンチ30,40内、および、チップ端部でのトレンチ50についてセル部側から少なくとも同トレンチ50の底面での内端部βまで延びるように形成する。
【0034】
そして、図4に示すように、第1のゲート層3におけるコンタクト部をエッチングにより除去し、さらに、LTO膜10を成膜し、コンタクトホールを開口する。
【0035】
その後、図1に示すように、オーミック電極用ニッケル膜8,11,13,23,33,43,54,61およびアルミ膜9,12,14,24,34,44,55,62を形成する(パターニングする)。さらに、ガードリング部(ガードリング形成予定領域)での第1のゲート層3a,3b,3cおよびP型SiC層32,42については電気的にフローティング状態になるとともにセル形成予定領域での第1のゲート層3、および第2のゲート層となるP型SiC層7については所定の電圧が印加できるような配線を施す。また、チップの端部でのトレンチ50におけるP型SiC層52を、配線材56にて内方の電気的に分離した第1のゲート層3cと電気的に接続する。
【0036】
よって、このようにして製造することにより、従来、セル部とセル外周部とで構造が異なっているため、セル部での耐圧とセル外周部での耐圧のバランスをとることが難しかったり、セル外周部での耐圧構造を形成するため、セル部には必要のないプロセスが必要となり、プロセスの増加を招くとともに、プロセスの整合性をとることが極めて困難であった。これに対し本実施形態では、セル部を形成すると同時に外周構造も形成することができるため、余分の工程を追加する必要がないため、コストダウン化を図ることができる。
【0037】
(第2の実施の形態)
次に、第2の実施の形態を、第1の実施の形態との相違点を中心に説明する。
図5には、図1に代わる本実施形態における炭化珪素半導体装置(縦型JFET)の縦断面図を示す。本実施形態においては図1における点α1,α3での耐圧向上を図っている。つまり、セル部の外周部に形成したトレンチ30,40,50における側面でのドリフト層2の上面と交差する部位α1,α3での耐圧向上を図っている。
【0038】
図5において、トレンチ5を形成したセル部の外周部において、ソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ30,40,50を、セル部の第1のゲート層3が分離されるように形成している。つまり、第1の実施の形態において説明したようにトレンチ30,40,50をリング状に形成している。また、少なくとも、このトレンチ30,40,50の側面でのドリフト層2の上面と交差する部位α1,α3におけるドリフト層2に第1のゲート層3よりも薄いP型(P-型)の不純物拡散領域80,81,82を形成している。詳しくは、P-型不純物拡散領域80,81については、ドリフト層2におけるトレンチ30,40の側面の全長および底面の全長に接する部位にわたり延設している。また、P-型不純物拡散領域82については、ドリフト層2におけるトレンチ50の側面の全長および底面の一部に接する部位にわたり延設している。
【0039】
製造方法は以下の通りである。
まず、図2に示した工程を実行する。つまり、N+型SiC基板1の上に、エピタキシャル層よりなるN-型ドリフト層2と、SiCよりなるP+型の第1のゲート層3と、SiCよりなるN+型ソース層4とを順に積層する。さらに、トレンチ5,20,30,40,50を形成する。つまり、セル形成予定領域においてソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達するトレンチ5を、また、セル外周部においてソース層4と第1のゲート層3とを貫通してドリフト層2に達しセル部の第1のゲート層3が分離されるトレンチ30,40を、同時に形成する。
【0040】
その後、図6に示すようにマスク材90を配置する。そして、マスク材70,90を用いたイオン注入を行い、トレンチ30,40,50内での所定の領域にP-層80,81,82を形成する。つまり、セル外周部のトレンチ30,40でのドリフト層2の露出する部位にP-型の不純物拡散領域80,81を形成するとともに、トレンチ50でのマスク材90が無くドリフト層2が露出する部位にP-型の不純物拡散領域82を形成する。
【0041】
引き続き、マスク材70,90を除去した後、図3を用いて説明したように、基板上(N+ソース層4の上面側)に、エピタキシャル成長法よりN層とP層を順に形成するとともにこのエピ層に対し不要部分をエッチングにより除去する(N層6,21,31,41,51とP層7,22,32,42,52を配置する)。そして、図4を用いて説明したように、第1のゲート層3におけるコンタクト部をエッチングにより除去し、さらに、LTO膜10を成膜し、コンタクトホールを開口する。
【0042】
このようにして、少なくともセル形成予定領域におけるトレンチ5の内壁にエピタキシャル層よりなるN型のチャネル層6を形成するとともにその内方に不純物拡散領域80,81,82よりも濃いSiCよりなるP型の第2のゲート層7を形成する。
【0043】
その後、図5に示すように各電極および配線を形成する。即ち、ニッケル膜8,11,13,23,33,43,54,61、アルミ膜9,12,14,24,34,44,55,62、および配線材56を形成する(パターニングする)。
【0044】
よって、図5の構造において、P-層80,81,82を設けたことにより、セル部に対しその外周部に形成したトレンチ30,40,50の側面でのドリフト層2の上面と交差する部位α1,α3における電界を緩和することができ、そのため高耐圧とすることができる。特に、P-層80,81を、ドリフト層2におけるトレンチ30,40の側面および底面に接する部位にわたり延設したので、トレンチ30,40の底面における電界を緩和することができるため高耐圧とすることができる。また、製造方法においては、セル部を形成すると同時に外周構造も形成することができるため、余分の工程を追加する必要がないため、コストダウン化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施形態における炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図2】製造工程を説明するための炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図3】製造工程を説明するための炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図4】製造工程を説明するための炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図5】第2の実施形態における炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図6】製造工程を説明するための炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【図7】従来技術を説明するための炭化珪素半導体装置の縦断面図。
【符号の説明】
1…N+型SiC基板、2…N-ドリフト層、3…第1のゲート層、4…N+ソース層、5…トレンチ、6…N型チャネル層、7…第2のゲート層、20…トレンチ、21…N型チャネル層、22…第2のゲート層、30…トレンチ、31…N型SiC層、32…P型SiC層、40…トレンチ、41…N型SiC層、42…P型SiC層、50…トレンチ、51…N型SiC層、52…P型SiC層、53…酸化膜、55…アルミ膜。
Claims (10)
- 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とが順に積層されるとともに、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5)が形成され、さらに、このトレンチ(5)の内壁にエピタキシャル層よりなる第1導電型のチャネル層(6)が形成されるとともにその内方にSiCよりなる第2導電型の第2のゲート層(7)を形成した炭化珪素半導体装置において、
前記トレンチ(5)を形成したセル部の外周部において、セル部でのトレンチ(5)、チャネル層(6)、第2のゲート層(7)と同様な構造を有する内周側の第1ガードリング構造体と外周側の第2ガードリング構造体を形成し、かつ、両構造体での前記第1のゲート層(3)および第2のゲート層(7)に対応する部材(3a,3b,3c,32,42)を電気的にフローティング状態としたことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とが順に積層されるとともに、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5)が形成され、さらに、このトレンチ(5)の内壁にエピタキシャル層よりなる第1導電型のチャネル層(6)が形成されるとともにその内方にSiCよりなる第2導電型の第2のゲート層(7)を形成した炭化珪素半導体装置において、
前記トレンチ(5)を形成したセル部の外周部において前記第1のゲート層(3)をセル部と電気的に分離した状態にするとともに、チップの端部において前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(50)を形成し、さらに、セル部側から少なくともこのトレンチ(50)の底面での内端部(β)まで、前記チャネル層(6)および第2のゲート層(7)と同様な構造を有し、かつ、第2のゲート層に対応する部材(52)を電気的に分離した第1のゲート層に対応する部材(3c)と同電位としたフィールドプレート層(51,52)を延設したことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とが順に積層されるとともに、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5)が形成され、さらに、このトレンチ(5)の内壁にエピタキシャル層よりなる第1導電型のチャネル層(6)が形成されるとともにその内方にSiCよりなる第2導電型の第2のゲート層(7)を形成した炭化珪素半導体装置において、
前記トレンチ(5)を形成したセル部の外周部において、セル部でのトレンチ(5)、チャネル層(6)、第2のゲート層(7)と同様な構造を有するガードリング構造体を形成し、かつ、この構造体での前記第1のゲート層(3)および第2のゲート層(7)に対応する部材(3a,3b,3c,32,42)を電気的にフローティング状態とし、さらに、チップの端部に前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(50)を形成するとともに、セル部側から少なくともこのトレンチ(50)の底面での内端部(β)まで、前記チャネル層(6)および第2のゲート層(7)と同様な構造を有し、かつ、第2のゲート層と対応する部材(52)を前記ガードリング構造体での第1のゲート層と対応する部材(3c)と同電位としたフィールドプレート層(51,52)を延設したことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記フィールドプレート層(51,52)の外端部から更に外周側に、絶縁膜(53)の上においてフィールドプレート用配線材(55)を延設したことを特徴とする請求項2または3に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記セル部とガードリング構造体との間の部位において、セル部でのトレンチ(5)、チャネル層(6)、第2のゲート層(7)と同様な構造を形成し、かつ、ここでの第2のゲート層(7)に対応する部材(22)をグランド電位としたことを特徴とする請求項1,3,4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とが順に積層されるとともに、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5)が形成され、さらに、このトレンチ(5)の内壁にエピタキシャル層よりなる第1導電型のチャネル層(6)が形成されるとともにその内方にSiCよりなる第2導電型の第2のゲート層(7)を形成した炭化珪素半導体装置において、
前記トレンチ(5)を形成したセル部の外周部において、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(30,40,50)を、セル部の第1のゲート層(3)が分離されるように形成するとともに、少なくとも、このトレンチ(30,40,50)の側面でのドリフト層(2)の上面と交差する部位(α1,α3)におけるドリフト層(2)に第1のゲート層(3)よりも薄い第2導電型の不純物拡散領域(80,81,82)を形成したことを特徴とする炭化珪素半導体装置。 - 前記薄い第2導電型の不純物拡散領域(80,81)を、前記ドリフト層(2)における前記トレンチ(30,40)の側面および底面に接する部位にわたり延設したことを特徴とする請求項6に記載の炭化珪素半導体装置。
- 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とを順に積層する工程と、
セル形成予定領域およびその外周部のガードリング形成予定領域に、前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5,30,40)を同時に形成する工程と、
前記セル形成予定領域およびその外周部のガードリング形成予定領域におけるトレンチ(5,30,40)の内壁にセル形成予定領域ではチャネル層となるエピタキシャル層よりなる第1導電型のSiC層(6,31,41)を同時に形成するとともにその内方にセル形成予定領域では第2のゲート層となる第2導電型のSiC層(7,32,42)を同時に形成する工程と、
前記ガードリング形成予定領域での第1のゲート層(3a,3b,3c)および第2導電型のSiC層(32,42)については電気的にフローティング状態になるとともに前記セル形成予定領域での第1のゲート層(3)、および第2のゲート層となる前記第2導電型のSiC層(7)については所定の電圧が印加できるような配線を施す工程と、
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とを順に積層する工程と、
セル形成予定領域とその外周部とチップ端部において前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5,30,40,50)を同時に形成する工程と、
セル形成予定領域ではチャネル層となるエピタキシャル層よりなる第1導電型のSiC層(6,31,41,51)とセル形成予定領域では第2のゲート層となる第2導電型のSiC層(7,32,42,52)の積層体を、前記セル形成予定領域でのトレンチ(5)内、その外周部のトレンチ(30,40)内、および、チップ端部でのトレンチ(50)についてセル部側から少なくとも同トレンチ(50)の底面での内端部(β)まで延びるように形成する工程と、
チップ端部でのトレンチ(50)における第2導電型のSiC層(52)を、内方の電気的に分離した第1のゲート層(3c)と電気的に接続する工程と、
を備えたことを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。 - 高濃度な第1導電型のSiC基板(1)の上に、エピタキシャル層よりなる低濃度な第1導電型のドリフト層(2)と、SiCよりなる第2導電型の第1のゲート層(3)と、SiCよりなる第1導電型のソース層(4)とを順に積層する工程と、
セル形成予定領域において前記ソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達するトレンチ(5)を、また、セル外周部においてソース層(4)と第1のゲート層(3)とを貫通してドリフト層(2)に達しセル部の第1のゲート層(3)が分離されるトレンチ(30,40)を、同時に形成する工程と、
セル外周部のトレンチ(30,40)でのドリフト層(2)の露出する部位に第2導電型の不純物拡散領域(80,81)を形成する工程と、
少なくともセル形成予定領域におけるトレンチ(5)の内壁にエピタキシャル層よりなる第1導電型のチャネル層(6)を形成するとともにその内方に前記不純物拡散領域(80,81)よりも濃いSiCよりなる第2導電型の第2のゲート層(7)を形成する工程と、
を有することを特徴とする炭化珪素半導体装置の製造方法。
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