JP6232089B2 - Semiconductor device - Google Patents

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Description

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

従来、モータ制御システム、電力変換システムなど、各種パワーエレクトロニクス分野におけるシステムに主として使用される半導体パワーデバイスが注目されている。
この種の半導体パワーデバイスとして、たとえば、トレンチゲート構造を有するSiC半導体装置が提案されている。
たとえば、特許文献1は、n型のSiC基板と、当該SiC基板上に形成されたn型のエピタキシャル層(ドリフト領域)と、エピタキシャル層の表面側に形成されたp型のボディ領域と、ボディ領域内においてその表面側に形成されたn型のソース領域と、ソース領域およびボディ領域を貫通してドリフト領域に達するように形成されたゲートトレンチと、ゲートトレンチの内面に形成されたゲート絶縁膜と、ゲートトレンチに埋設されたゲート電極とを含む、電界効果トランジスタを開示している。
2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor power devices mainly used in systems in various power electronics fields such as motor control systems and power conversion systems have attracted attention.
As this type of semiconductor power device, for example, a SiC semiconductor device having a trench gate structure has been proposed.
For example, Patent Document 1 discloses an n + type SiC substrate, an n type epitaxial layer (drift region) formed on the SiC substrate, and a p type body region formed on the surface side of the epitaxial layer. The n + -type source region formed on the surface side in the body region, the gate trench formed so as to penetrate the source region and the body region and reach the drift region, and the inner surface of the gate trench A field effect transistor is disclosed that includes a gate insulating film and a gate electrode embedded in a gate trench.

特開2011−134910号公報JP 2011-134910 A

本発明の目的は、低オン抵抗および高耐電圧を両立させることができ、デバイスサイズの小型化、製造歩留まりの向上およびコストの低減を達成することができる半導体装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a semiconductor device that can achieve both a low on-resistance and a high withstand voltage, and can achieve a reduction in device size, an improvement in manufacturing yield, and a reduction in cost.

本発明の一実施形態に係る半導体装置は、ゲートトレンチおよびソーストレンチが形成された第1導電型のSiCからなる半導体層と、前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向しているゲート電極と、前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部および前記ソーストレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、前記ソース層に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部および前記ソーストレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、前記チャネル層に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層と、前記ゲートトレンチの一部の領域において、前記側面と前記底面とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部を覆うように、もしくは前記ゲートトレンチの前記底面のみに接するように形成された第2導電型のゲート耐電圧保持層とを含み、前記ゲートトレンチの深さと前記ソーストレンチの深さが、同じである A semiconductor device according to an embodiment of the present invention includes a semiconductor layer made of SiC of a first conductivity type in which a gate trench and a source trench are formed, a gate insulating film formed on a side surface and a bottom surface of the gate trench, A gate electrode embedded in the gate trench and opposed to the semiconductor layer via the gate insulating film; and formed to be exposed on a surface side of the semiconductor layer; A source layer of a first conductivity type forming a part of a side surface of the source trench; and a back surface side of the semiconductor layer with respect to the source layer so as to be in contact with the source layer; And a second conductivity type channel layer forming a part of the side surface of the source trench and the back side of the semiconductor layer with respect to the channel layer A drift layer of a first conductivity type formed so as to be in contact with the channel layer and forming the bottom surface of the gate trench; and in a partial region of the gate trench, the side surface and the bottom surface of the gate trench intersect. A gate withstand voltage holding layer of a second conductivity type formed so as to cover an edge portion or in contact with only the bottom surface of the gate trench, and the depth of the gate trench and the depth of the source trench are The same .

本発明の他の実施形態に係る半導体装置は、ゲートトレンチが形成された第1導電型のSiCからなる半導体層と、前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向しているゲート電極と、前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、前記ソース層に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、前記チャネル層に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層と、前記ゲートトレンチの前記側面と前記底面とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部を覆うように形成された第1部分と、前記ゲートトレンチの前記底面のみに接するように形成された第2部分とを含む第2導電型のゲート耐電圧保持層と、前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記半導体層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層とを含む。 A semiconductor device according to another embodiment of the present invention includes a semiconductor layer made of SiC of a first conductivity type in which a gate trench is formed, a gate insulating film formed on a side surface and a bottom surface of the gate trench, and the gate trench. A gate electrode facing the semiconductor layer with the gate insulating film interposed therebetween, and exposed to the surface side of the semiconductor layer, and forming a part of the side surface of the gate trench A source layer of one conductivity type, and a channel layer of a second conductivity type formed so as to be in contact with the source layer on the back side of the semiconductor layer with respect to the source layer and forming a part of the side surface of the gate trench And a first conductivity type drift formed to be in contact with the channel layer on the back side of the semiconductor layer with respect to the channel layer and forming the bottom surface of the gate trench Layer and the first portion which is formed so as to cover an edge portion of said gate trench and intersects the bottom and side surfaces, said second portion formed in contact only with the bottom surface of the gate trench of the gate trench And a second conductivity type gate withstand voltage holding layer including the first conductivity type and a second conductivity type formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the semiconductor layer. Including a pillar layer.

図1(a)(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図であって、図1(a)は全体図、図1(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。FIGS. 1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view, and FIG. Each is shown. 図2は、図1(a)(b)の半導体装置の断面図であって、図1(b)の切断線II−IIでの切断面を示す。FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIGS. 1A and 1B and shows a cut surface taken along the section line II-II of FIG. 図3は、図1(a)(b)の半導体装置の断面図であって、図1(b)の切断線III−IIIでの切断面を示す。FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIGS. 1A and 1B, and shows a cut surface taken along the section line III-III of FIG. 図4は、図2および図3の半導体装置におけるオン抵抗Ronと耐電圧Vとの関係を示すグラフ(シミュレーションデータ)である。FIG. 4 is a graph (simulation data) showing the relationship between the on-resistance R on and the withstand voltage V b in the semiconductor device of FIGS. 2 and 3. 図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図2と同じ位置での切断面を示す。FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG. 図6は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図3と同じ位置での切断面を示す。6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG. 図7は、図5および図6の半導体装置におけるオン抵抗Ronと耐電圧Vとの関係を示すグラフ(シミュレーションデータ)である。FIG. 7 is a graph (simulation data) showing the relationship between the on-resistance R on and the withstand voltage V b in the semiconductor device of FIGS. 5 and 6. 図8は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図2と同じ位置での切断面を示す。FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG. 図9は、本発明の第3実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図3と同じ位置での切断面を示す。FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the third embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG.

以下では、本発明の実施の形態を、添付図面を参照して詳細に説明する。
図1(a)(b)は、本発明の第1実施形態に係る半導体装置の模式的な平面図であって、図1(a)は全体図、図1(b)は内部拡大図をそれぞれ示す。図2は、図1(a)(b)の半導体装置の断面図であって、図1(b)の切断線II−IIでの切断面を示す。図3は、図1(a)(b)の半導体装置の断面図であって、図1(b)の切断線III−IIIでの切断面を示す。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
FIGS. 1A and 1B are schematic plan views of a semiconductor device according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is an overall view, and FIG. Each is shown. FIG. 2 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIGS. 1A and 1B and shows a cut surface taken along the section line II-II of FIG. FIG. 3 is a cross-sectional view of the semiconductor device of FIGS. 1A and 1B, and shows a cut surface taken along the section line III-III of FIG.

半導体装置1は、SiCが採用されたトレンチゲート型MISFET(Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor)を含む。半導体装置1の外形は、たとえば、図1(a)に示すように、平面視正方形のチップ状である。チップ状の半導体装置1のサイズは、図1(a)の紙面における上下左右方向の長さがそれぞれ数mm程度である。
半導体装置1の表面には、ソースパッド2が形成されている。ソースパッド2は、四隅が外方へ湾曲した平面視略正方形状であり、半導体装置1の表面のほぼ全域を覆うように形成されている。このソースパッド2には、その一辺の中央付近に除去領域3が形成されている。除去領域3は、ソースパッド2が形成されていない領域である。
The semiconductor device 1 includes a trench gate type MISFET (Metal Insulator Semiconductor Field Effect Transistor) employing SiC. The outer shape of the semiconductor device 1 is, for example, a chip having a square shape in plan view, as shown in FIG. As for the size of the chip-like semiconductor device 1, the length in the vertical and horizontal directions on the paper surface of FIG.
A source pad 2 is formed on the surface of the semiconductor device 1. The source pad 2 has a substantially square shape in plan view with four corners curved outward, and is formed so as to cover almost the entire surface of the semiconductor device 1. The source pad 2 has a removal region 3 near the center of one side. The removal region 3 is a region where the source pad 2 is not formed.

除去領域3には、ゲートパッド4が配置されている。ゲートパッド4とソースパッド2との間には間隔が設けられており、これらは互いに絶縁されている。
次に、半導体装置1の内部構造について説明する。
半導体装置1は、SiCからなる基板5と、基板5上に形成されたSiCからなるエピタキシャル層6とを含む。基板5およびエピタキシャル層6の導電型は、いずれも第1導電型としてのn型である。具体的には、基板5は、n型(たとえば、濃度が1×1018〜1×1021cm−3)であり、エピタキシャル層6は、基板5よりも低濃度のn型(たとえば、濃度が1×1015〜1×1017cm−3)である。
A gate pad 4 is disposed in the removal region 3. A gap is provided between the gate pad 4 and the source pad 2 and they are insulated from each other.
Next, the internal structure of the semiconductor device 1 will be described.
The semiconductor device 1 includes a substrate 5 made of SiC and an epitaxial layer 6 made of SiC formed on the substrate 5. The conductivity types of substrate 5 and epitaxial layer 6 are both n-type as the first conductivity type. Specifically, the substrate 5 is n + type (for example, the concentration is 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 ), and the epitaxial layer 6 is n type (for example, lower in concentration than the substrate 5). The concentration is 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm −3 ).

基板5の厚さは、たとえば、30μm〜400μmであるが、半導体装置1のチャネル移動度に合わせて、上記した範囲内で適宜変更することができる。一例として、チャネル移動度が11cm/Vs以上の場合には、基板5の厚さは100μm以下(かつ、50μm以上)であることが好ましい。また、チャネル移動度が50cm/Vs以上の場合には、基板5の厚さは250μm以下(かつ、200μm以上)であってもよい。 The thickness of the substrate 5 is, for example, 30 μm to 400 μm, but can be appropriately changed within the above range according to the channel mobility of the semiconductor device 1. As an example, when the channel mobility is 11 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate 5 is preferably 100 μm or less (and 50 μm or more). When the channel mobility is 50 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate 5 may be 250 μm or less (and 200 μm or more).

このような厚さの基板5は、当該厚さのSiCウエハを手に入れることができるのであれば、図2に「薄化前」で示すように、SiCウエハをそのまま用いればよい。一方、SiCウエハよりも薄くする必要があれば、たとえば、基板5を裏面8(エピタキシャル層6が形成された表面7の反対側の面)側からグラインド、ドライエッチング、サンドブラスト等の方法により基板5を研削して、図2に「薄化後」で示すように薄くすればよい。   For the substrate 5 having such a thickness, as long as the SiC wafer having the thickness can be obtained, the SiC wafer may be used as it is as indicated by “before thinning” in FIG. On the other hand, if it is necessary to make the substrate thinner than the SiC wafer, for example, the substrate 5 is formed from the back surface 8 (surface opposite to the surface 7 on which the epitaxial layer 6 is formed) side by a method such as grinding, dry etching, sand blasting or the like. Is thinned as shown by “after thinning” in FIG.

従来は、ウエハの破損を防止するために、基板はその上に成長するエピタキシャル層よりも厚くされていた。これに対し、本願発明者は、トレンチゲート構造を有するSiC半導体装置では、オン抵抗Ronに対して基板の抵抗が占める割合が15〜25%程度あるので、半導体装置1の強度を損なわない範囲で基板5を薄化すれば、半導体装置1の強度を確保しながら、オン抵抗Ronを効果的に低減できることを見出したものである。 Conventionally, in order to prevent damage to the wafer, the substrate has been made thicker than the epitaxial layer grown thereon. On the other hand, the inventor of the present application has a ratio in which the resistance of the substrate occupies about 15 to 25% of the on-resistance R on in the SiC semiconductor device having the trench gate structure, so that the strength of the semiconductor device 1 is not impaired. Thus, it has been found that if the substrate 5 is thinned, the on-resistance R on can be effectively reduced while ensuring the strength of the semiconductor device 1.

また、エピタキシャル層6の厚さは、この実施形態では、たとえば、3μm〜100μmである。
また、基板5は、たとえば、4°のオフ角を有している。具体的には、基板5の表面7(主面)が、(0001)面に対して[11−20]軸方向に4°のオフ角で傾斜した面となっている。オフ角は、これに限らず、0°〜4°の範囲で選択することができる。
Moreover, the thickness of the epitaxial layer 6 is 3 micrometers-100 micrometers in this embodiment, for example.
The substrate 5 has an off angle of 4 °, for example. Specifically, the surface 7 (main surface) of the substrate 5 is a surface inclined with an off angle of 4 ° in the [11-20] axial direction with respect to the (0001) plane. The off angle is not limited to this, and can be selected in the range of 0 ° to 4 °.

半導体装置1には、図1(a)に示すように、アクティブ領域9と、アクティブ領域9を取り囲む周辺領域10が形成されている。アクティブ領域9は、たとえば、平面視において半導体装置1の中央部に配置されている。
アクティブ領域9においてエピタキシャル層6には、ゲートトレンチ11が形成されている。ゲートトレンチ11は、この実施形態では、図1(b)に示すように格子状に形成されている。ただし、ゲートトレンチ11の形状は、格子状に限らず、ストライプ状、ハニカム状等であってもよい。
In the semiconductor device 1, as shown in FIG. 1A, an active region 9 and a peripheral region 10 surrounding the active region 9 are formed. The active region 9 is disposed, for example, in the central portion of the semiconductor device 1 in plan view.
A gate trench 11 is formed in the epitaxial layer 6 in the active region 9. In this embodiment, the gate trenches 11 are formed in a lattice shape as shown in FIG. However, the shape of the gate trench 11 is not limited to the lattice shape, and may be a stripe shape, a honeycomb shape, or the like.

この実施形態では、格子状のゲートトレンチ11が形成されることにより、エピタキシャル層6にはゲートトレンチ11で取り囲まれた各窓部分に、4つの角部12を有する直方体形状(平面視正方形状)の単位セル13が多数形成されている。単位セル13では、ゲートトレンチ11の深さ方向がゲート長方向であり、そのゲート長方向に直交する各単位セル13の周方向がゲート幅方向である。   In this embodiment, the lattice-shaped gate trench 11 is formed, so that the epitaxial layer 6 has a rectangular parallelepiped shape (square shape in plan view) having four corner portions 12 in each window portion surrounded by the gate trench 11. A large number of unit cells 13 are formed. In the unit cell 13, the depth direction of the gate trench 11 is the gate length direction, and the circumferential direction of each unit cell 13 orthogonal to the gate length direction is the gate width direction.

また、ゲートトレンチ11は、側面14と底面15とが交わるコーナ部16が湾曲面となるように断面U字状に形成されている。この場合、ゲートトレンチ11の側面14は、0°〜4°のオフ角を有する基板5の表面7の垂直面に対して、たとえば、0°〜4°の角度で傾斜している。ゲートトレンチ11の側面14のチャネル部分を実質的にオフ角0°にすることにより、ゲート絶縁膜17(後述)とゲートトレンチ11の側面14との間の界面準位を低くすることができるので、チャネル層26(後述)に形成されるチャネルの移動度を高くすることができる。これにより、チャネル抵抗を低減でき、オン抵抗Ronを低減することができる。 Further, the gate trench 11 is formed in a U-shaped cross section so that a corner portion 16 where the side surface 14 and the bottom surface 15 intersect each other is a curved surface. In this case, the side surface 14 of the gate trench 11 is inclined at an angle of, for example, 0 ° to 4 ° with respect to the vertical surface of the surface 7 of the substrate 5 having an off angle of 0 ° to 4 °. By setting the channel portion of the side surface 14 of the gate trench 11 to substantially an off angle of 0 °, the interface state between the gate insulating film 17 (described later) and the side surface 14 of the gate trench 11 can be lowered. The mobility of the channel formed in the channel layer 26 (described later) can be increased. This can reduce channel resistance, it is possible to reduce the on-resistance R on.

ゲートトレンチ11は、たとえば、エピタキシャル層6をドライエッチングしてゲートトレンチ11の外形を形成した後、その内面をウエットエッチングすることにより形成されている。これにより、ゲートトレンチ11の側面14の平坦性を改善することができる。その結果、ゲートトレンチ11の側面14に沿って電流が流れる際、電子同士の衝突を低減することができるので、チャネル移動度を高くすることができる。   The gate trench 11 is formed, for example, by dry etching the epitaxial layer 6 to form the outer shape of the gate trench 11 and then wet etching the inner surface thereof. Thereby, the flatness of the side surface 14 of the gate trench 11 can be improved. As a result, when current flows along the side surface 14 of the gate trench 11, collision between electrons can be reduced, so that channel mobility can be increased.

ゲートトレンチ11の内面(側面14、底面15およびコーナ部16)には、その全域を覆うように、SiO等の絶縁物からなるゲート絶縁膜17が形成されている。
ゲート絶縁膜17は、ゲートトレンチ11の底面15に接する底部18と、ゲートトレンチ11の側面14に接する側部19とを含み、底部18が側部19よりも厚くなっている。たとえば、側部19の厚さが400Å〜800Åであるのに対し、底部18の厚さは1000Å〜3000Åである。半導体装置1のオフ時に大きな電界がかかり易いゲートトレンチ11の底面15に接する底部18を厚くすることにより、ゲート絶縁膜17の底部18への電界集中を防止することができる。
A gate insulating film 17 made of an insulator such as SiO 2 is formed on the inner surface (side surface 14, bottom surface 15, and corner portion 16) of the gate trench 11 so as to cover the entire region.
The gate insulating film 17 includes a bottom portion 18 in contact with the bottom surface 15 of the gate trench 11 and a side portion 19 in contact with the side surface 14 of the gate trench 11, and the bottom portion 18 is thicker than the side portion 19. For example, the thickness of the side portion 19 is 400 mm to 800 mm, while the thickness of the bottom portion 18 is 1000 mm to 3000 mm. By thickening the bottom portion 18 in contact with the bottom surface 15 of the gate trench 11 where a large electric field is likely to be applied when the semiconductor device 1 is turned off, electric field concentration on the bottom portion 18 of the gate insulating film 17 can be prevented.

ゲート絶縁膜17の底部18と側部19と間に厚さの差を設けるには、たとえば、ゲートトレンチ11の形成後、まず、CVD法等の方法により、ゲートトレンチ11の内部が満たされるまで絶縁材料を堆積して絶縁層を形成する。そして、エッチバック等の方法により、当該絶縁層の表面(エッチバック面)をエピタキシャル層6の裏面側に後退させる。これにより、絶縁層のゲートトレンチ11の側面14に接している部分を除去し、底面15上に残った絶縁層を底部18として残す。その後、熱酸化等の方法により、露出しているゲートトレンチ11の側面14上に側部19を形成すればよい。以上の工程を経て、底部18と側部19と間に厚さの差が設けられたゲート絶縁膜17を形成することができる。   In order to provide a difference in thickness between the bottom portion 18 and the side portion 19 of the gate insulating film 17, for example, after the formation of the gate trench 11, first, until the inside of the gate trench 11 is filled by a method such as a CVD method. An insulating material is deposited to form an insulating layer. Then, the surface of the insulating layer (etch back surface) is made to recede to the back surface side of the epitaxial layer 6 by a method such as etch back. As a result, the portion of the insulating layer in contact with the side surface 14 of the gate trench 11 is removed, and the insulating layer remaining on the bottom surface 15 is left as the bottom portion 18. Thereafter, the side portion 19 may be formed on the exposed side surface 14 of the gate trench 11 by a method such as thermal oxidation. Through the above steps, the gate insulating film 17 having a thickness difference between the bottom 18 and the side 19 can be formed.

また、ゲートトレンチ11には、ポリシリコン等の導電材料からなるゲート電極20が埋設されている。ゲート電極20は、ゲート絶縁膜17を介してエピタキシャル層6に対向している。
各単位セル13の中央部にはソーストレンチ21が形成されている。この実施形態では、ソーストレンチ21の形状は平面視四角形状であり、また、ソーストレンチ21の深さはゲートトレンチ11と同じである。ソーストレンチ21もゲートトレンチ11と同様に、側面22と底面23とが交わるコーナ部24が湾曲面となるように断面U字状に形成されている。
A gate electrode 20 made of a conductive material such as polysilicon is embedded in the gate trench 11. The gate electrode 20 faces the epitaxial layer 6 through the gate insulating film 17.
A source trench 21 is formed at the center of each unit cell 13. In this embodiment, the source trench 21 has a quadrangular shape in plan view, and the depth of the source trench 21 is the same as that of the gate trench 11. Similarly to the gate trench 11, the source trench 21 is also formed in a U-shaped cross section so that a corner portion 24 where the side surface 22 and the bottom surface 23 intersect is a curved surface.

各単位セル13には、エピタキシャル層6の表面側から裏面側へ向かって順にソース層25、チャネル層26およびドリフト層27が形成され、これらの層25〜27は互いに接している。これらの層25〜27の導電型は、ソース層25およびドリフト層27が第1導電型としてのn型であり、チャネル層26は第2導電型としてのp型である。具体的には、ソース層25は、n型(たとえば、濃度が1×1018〜1×1021cm−3)であり、チャネル層26は、p型(たとえば、濃度が1.0×1016cm−3〜1.0×1019cm−3)であり、ドリフト層27は、ソース層25よりも低濃度のn型(たとえば、濃度が1×1015〜1×1017cm−3)である。 In each unit cell 13, a source layer 25, a channel layer 26 and a drift layer 27 are formed in order from the front surface side to the back surface side of the epitaxial layer 6, and these layers 25 to 27 are in contact with each other. Regarding the conductivity types of these layers 25 to 27, the source layer 25 and the drift layer 27 are n-type as the first conductivity type, and the channel layer 26 is p-type as the second conductivity type. Specifically, the source layer 25 is n + type (for example, the concentration is 1 × 10 18 to 1 × 10 21 cm −3 ), and the channel layer 26 is p-type (for example, the concentration is 1.0 ×). 10 16 cm −3 to 1.0 × 10 19 cm −3 ), and the drift layer 27 has a lower concentration of n type than the source layer 25 (for example, the concentration is 1 × 10 15 to 1 × 10 17 cm). -3 ).

ソース層25は、ゲートトレンチ11の側面14の一部およびソーストレンチ21の側面22の一部を形成している。チャネル層26も同様に、ゲートトレンチ11の側面14の一部およびソーストレンチ21の側面22の一部を形成している。そして、ドリフト層27は、ゲートトレンチ11のコーナ部16および底面15、ならびにソーストレンチ21のコーナ部24および底面23を形成している。   The source layer 25 forms part of the side surface 14 of the gate trench 11 and part of the side surface 22 of the source trench 21. Similarly, the channel layer 26 forms part of the side surface 14 of the gate trench 11 and part of the side surface 22 of the source trench 21. The drift layer 27 forms the corner portion 16 and the bottom surface 15 of the gate trench 11 and the corner portion 24 and the bottom surface 23 of the source trench 21.

これらの層25〜27は、基板5上にエピタキシャル層6を成長させた後、イオン注入および活性化処理により形成してもよいし、基板5の表面7側から順にドリフト層27、チャネル層26およびソース層25を直接エピタキシャル成長させることにより形成してもよい。これらの方法のうち、後者のエピタキシャル成長を用いる方法であれば、ゲート絶縁膜17とゲートトレンチ11の側面14との間の界面準位を低くすることができるので好ましい。   These layers 25 to 27 may be formed by ion implantation and activation treatment after the epitaxial layer 6 is grown on the substrate 5, or the drift layer 27 and the channel layer 26 in order from the surface 7 side of the substrate 5. Alternatively, the source layer 25 may be formed by direct epitaxial growth. Of these methods, the latter method using epitaxial growth is preferable because the interface state between the gate insulating film 17 and the side surface 14 of the gate trench 11 can be lowered.

また、エピタキシャル層6には、耐電圧保持層としてのゲート耐電圧保持層28およびソース耐電圧保持層29が形成されている。これらの層28,29の導電型は、いずれも第2導電型としてのp型である。具体的には、ゲート耐電圧保持層28およびソース耐電圧保持層29は、p型(たとえば、濃度が1.0×1016cm−3〜1.0×1019cm−3)である。 In the epitaxial layer 6, a gate withstand voltage holding layer 28 and a source withstand voltage holding layer 29 are formed as a withstand voltage holding layer. The conductivity types of these layers 28 and 29 are both p-type as the second conductivity type. Specifically, the gate withstand voltage holding layer 28 and the source withstand voltage holding layer 29 are p-type (for example, the concentration is 1.0 × 10 16 cm −3 to 1.0 × 10 19 cm −3 ).

ゲート耐電圧保持層28は、格子状のゲートトレンチ11に沿って形成されており、ゲートトレンチ11の交差部30に形成された第1部分32と、ゲートトレンチ11の直線部31に形成された第2部分33とを一体的に含んでいる。
ゲート耐電圧保持層28の第1部分32は、交差部30におけるゲートトレンチ11の底面15からゲートトレンチ11のコーナ部16を経て、コーナ部16直上のチャネル層26に至るように形成されている。すなわち、第1部分32は、平面視では、ゲートトレンチ11の交差部30よりもやや大きい正方形状に形成されていて、その各角が、当該交差部30に臨む4つの単位セル13の各角部12にそれぞれ入り込んでいる。第1部分32においてゲートトレンチ11の底面15から基板5へ向かう方向に沿う厚さTは、たとえば、0.8μm程度である。
The gate withstand voltage holding layer 28 is formed along the lattice-shaped gate trench 11, and is formed in the first portion 32 formed at the intersection 30 of the gate trench 11 and the straight portion 31 of the gate trench 11. The second portion 33 is integrally included.
The first portion 32 of the gate withstand voltage holding layer 28 is formed so as to reach from the bottom surface 15 of the gate trench 11 at the intersection 30 to the channel layer 26 immediately above the corner portion 16 through the corner portion 16 of the gate trench 11. . That is, the first portion 32 is formed in a square shape slightly larger than the intersecting portion 30 of the gate trench 11 in plan view, and each corner of each of the four unit cells 13 facing the intersecting portion 30 is formed. Each part enters the part 12. The thickness T 1 along the direction from the bottom surface 15 of the gate trench 11 toward the substrate 5 in the first portion 32 is, for example, about 0.8 μm.

ゲート耐電圧保持層28の第2部分33は、隣り合う第1部分32同士を繋ぐ一定幅の直線状に形成されていて、ゲートトレンチ11のコーナ部16に重ならないように、底面15にのみ形成されている。また、第2部分33は、ゲートトレンチ11の直線部31の幅(互いに向き合うゲートトレンチ11の側面14間の距離(たとえば、1μm)よりも狭い幅(たとえば、1.8μm)を有している。また、第2部分33においてゲートトレンチ11の底面15から基板5へ向かう方向に沿う厚さTは、第1部分32の厚さTよりも小さく(すなわち、T>T)、たとえば、0.7μm程度である。 The second portion 33 of the gate withstand voltage holding layer 28 is formed in a straight line having a constant width connecting the adjacent first portions 32, and only on the bottom surface 15 so as not to overlap the corner portion 16 of the gate trench 11. Is formed. The second portion 33 has a width (for example, 1.8 μm) narrower than the width of the linear portion 31 of the gate trench 11 (the distance between the side surfaces 14 of the gate trench 11 facing each other (for example, 1 μm)). In addition, the thickness T 2 along the direction from the bottom surface 15 of the gate trench 11 toward the substrate 5 in the second portion 33 is smaller than the thickness T 1 of the first portion 32 (ie, T 1 > T 2 ), For example, it is about 0.7 μm.

ソース耐電圧保持層29は、ソーストレンチ21の底面23からソーストレンチ21のコーナ部24を経て、コーナ部24直上のチャネル層26に至るように形成されている。また、ソース耐電圧保持層29においてソーストレンチ21の底面23から基板5へ向かう方向に沿う厚さTは、ゲート耐電圧保持層28の第1部分32の厚さTと同じである(たとえば、0.8μm程度)。 The source withstand voltage holding layer 29 is formed so as to reach from the bottom surface 23 of the source trench 21 through the corner portion 24 of the source trench 21 to the channel layer 26 immediately above the corner portion 24. In the source withstand voltage holding layer 29, the thickness T 3 along the direction from the bottom surface 23 of the source trench 21 toward the substrate 5 is the same as the thickness T 1 of the first portion 32 of the gate withstand voltage holding layer 28 ( For example, about 0.8 μm).

各ソーストレンチ21の底面23には、ソース耐電圧保持層29の表層部にチャネルコンタクト層34が形成されている。チャネルコンタクト層34の導電型は、第2導電型としてのp型である。具体的には、チャネルコンタクト層34は、p型(たとえば、不純物濃度が1.0×1018cm−3〜2.0×1021cm−3)である。
周辺領域10において、エピタキシャル層6の表層部には、マトリクス状に配列された単位セル13(アクティブ領域9)を取り囲むように、アクティブ領域9から間隔を開けてp型のガードリング35が複数本(この実施形態では、4本)形成されている。これらのガードリング35は、p型のチャネル層26を形成する工程と同一のイオン注入工程で形成することができる。
A channel contact layer 34 is formed on the surface 23 of the source withstand voltage holding layer 29 on the bottom surface 23 of each source trench 21. The conductivity type of the channel contact layer 34 is p-type as the second conductivity type. Specifically, the channel contact layer 34 is p + type (for example, the impurity concentration is 1.0 × 10 18 cm −3 to 2.0 × 10 21 cm −3 ).
In the peripheral region 10, the surface layer portion of the epitaxial layer 6 has a plurality of p-type guard rings 35 spaced from the active region 9 so as to surround the unit cells 13 (active regions 9) arranged in a matrix. (In this embodiment, four) are formed. These guard rings 35 can be formed by the same ion implantation step as the step of forming the p-type channel layer 26.

エピタキシャル層6上には、ゲート電極20を被覆するように、SiO等の絶縁物からなる層間絶縁膜36が積層されている。
層間絶縁膜36およびゲート絶縁膜17には、ソーストレンチ21よりも大径のコンタクトホール37が形成されている。これにより、コンタクトホール37内には、各単位セル13のソーストレンチ21の全体およびエピタキシャル層6におけるソーストレンチ21の周縁部が露出していて、エピタキシャル層6の表面とソーストレンチ21の底面23との高低差に応じた段差が形成されている。
On the epitaxial layer 6, an interlayer insulating film 36 made of an insulator such as SiO 2 is laminated so as to cover the gate electrode 20.
A contact hole 37 having a diameter larger than that of the source trench 21 is formed in the interlayer insulating film 36 and the gate insulating film 17. As a result, the entire source trench 21 of each unit cell 13 and the peripheral edge of the source trench 21 in the epitaxial layer 6 are exposed in the contact hole 37, and the surface of the epitaxial layer 6 and the bottom surface 23 of the source trench 21 are exposed. A step corresponding to the height difference is formed.

層間絶縁膜36上には、ソース電極38が形成されている。ソース電極38は、各コンタクトホール37を介して、すべての単位セル13のソーストレンチ21に一括して入り込んでいて、各単位セル13において、ソーストレンチ21の底側から順にチャネルコンタクト層34、ソース耐電圧保持層29、チャネル層26およびソース層25に接触している。すなわち、ソース電極38は、すべての単位セル13に対して共通の配線となっている。   A source electrode 38 is formed on the interlayer insulating film 36. The source electrode 38 enters the source trenches 21 of all the unit cells 13 through the contact holes 37 all together, and in each unit cell 13, the channel contact layer 34, the source It is in contact with the withstand voltage holding layer 29, the channel layer 26 and the source layer 25. That is, the source electrode 38 is a common wiring for all the unit cells 13.

そして、このソース電極38上には層間絶縁膜(図示せず)が形成されており、その層間絶縁膜(図示せず)を介して、ソース電極38がソースパッド2(図1(a)参照)に電気的に接続されている。一方、ゲートパッド4(図1(a)参照)は、当該層間絶縁膜(図示せず)上に引き回されたゲート配線(図示せず)を介して、ゲート電極20に電気的に接続されている。   An interlayer insulating film (not shown) is formed on the source electrode 38, and the source electrode 38 is connected to the source pad 2 (see FIG. 1A) via the interlayer insulating film (not shown). ) Is electrically connected. On the other hand, the gate pad 4 (see FIG. 1A) is electrically connected to the gate electrode 20 through a gate wiring (not shown) routed on the interlayer insulating film (not shown). ing.

また、ソース電極38は、たとえば、エピタキシャル層6との接触側から順にTi/TiN層と、Al層とが積層された構造を有している。
基板5の裏面8には、その全域を覆うようにドレイン電極39が形成されている。このドレイン電極39は、すべての単位セル13に対して共通の電極となっている。ドレイン電極39としては、たとえば、基板5側から順にTi、Ni、AuおよびAgが積層された積層構造(Ti/Ni/Au/Ag)を適用することができる。
The source electrode 38 has a structure in which, for example, a Ti / TiN layer and an Al layer are laminated in order from the contact side with the epitaxial layer 6.
A drain electrode 39 is formed on the back surface 8 of the substrate 5 so as to cover the entire area. The drain electrode 39 is a common electrode for all the unit cells 13. As the drain electrode 39, for example, a stacked structure (Ti / Ni / Au / Ag) in which Ti, Ni, Au, and Ag are stacked in order from the substrate 5 side can be applied.

ドレイン電極39の形成は、たとえば、まず、基板5の裏面8にNiを600Å程度の厚さで堆積する。次に、基板5をレーザアニール処理することにより、Niをシリサイド化して基板5に対するコンタクト層を形成する。レーザアニール処理を採用することにより、通常のアニール処理とは異なり、ソース電極38が高温環境下に置かれることを防止できるので、ソース電極38の溶融を防止することができる。そして、コンタクト層の形成後は、Ti、Ni、AuおよびAgの順に総厚で1μmの電極を形成すればよい。   For example, the drain electrode 39 is formed by first depositing Ni with a thickness of about 600 mm on the back surface 8 of the substrate 5. Next, the substrate 5 is subjected to a laser annealing process, whereby Ni is silicided to form a contact layer for the substrate 5. By adopting the laser annealing process, unlike the normal annealing process, the source electrode 38 can be prevented from being placed in a high temperature environment, so that the melting of the source electrode 38 can be prevented. After the contact layer is formed, an electrode having a total thickness of 1 μm may be formed in the order of Ti, Ni, Au, and Ag.

次に、図2および図3の半導体装置1のオン抵抗Ronと耐電圧Vとの関係を調べるための試作品を作製したので説明する。
具体的には、基板5の厚さが100μmの半導体装置1を作製した。そして、半導体装置1の耐電圧Vがそれぞれ600Vおよび1200Vとなるようにエピタキシャル層6の不純物濃度を変化させ、そのときのオン抵抗Ronを測定した。結果は、耐電圧V=600Vのときのオン抵抗Ronが0.79mΩ・cmであり、耐電圧V=1200Vのときのオン抵抗Ronが1.41mΩ・cmであった。なお、耐電圧Vを測定するときのドレイン飽和電流(IDSS)は100μAとし、オン抵抗Ronを測定するときの電流密度Jは100A/cmとした。
Next, since a prototype for examining the relationship between the on-resistance R on and the withstand voltage V b of the semiconductor device 1 of FIGS.
Specifically, the semiconductor device 1 having a thickness of the substrate 5 of 100 μm was manufactured. Then, by changing the impurity concentration of the epitaxial layer 6, as the withstand voltage V b of the semiconductor device 1 becomes 600V and 1200V, respectively, were measured on-resistance R on of the time. As a result, the on-resistance R on when the withstand voltage V b = 600 V was 0.79 mΩ · cm 2 , and the on-resistance R on when the withstand voltage V b = 1200 V was 1.41 mΩ · cm 2 . The drain saturation current (I DSS ) when measuring the withstand voltage V b was 100 μA, and the current density J D when measuring the on-resistance R on was 100 A / cm 2 .

また、図2および図3の半導体装置1のオン抵抗Ronと耐電圧Vとの関係を調べるためのシミュレーションを行ったので説明する。
具体的には、チャネル移動度(Ch移動度)が11cm/Vs、30cm/Vs、50cm/Vsおよび100cm/Vsに設定された4パターンの半導体装置それぞれに関して、基板5の厚さを100μmに設定した条件(Sub薄化)と、基板5の厚さを250μmに設定した条件それぞれについてシミュレーションを行い、合計8つのシミュレーション例1〜8を行った。
A simulation for examining the relationship between the on-resistance R on and the withstand voltage V b of the semiconductor device 1 of FIGS. 2 and 3 will be described.
Specifically, the thickness of the substrate 5 for each of the four patterns of semiconductor devices in which channel mobility (Ch mobility) is set to 11 cm 2 / Vs, 30 cm 2 / Vs, 50 cm 2 / Vs, and 100 cm 2 / Vs. A simulation was performed for each of the condition (Sub thinning) set to 100 μm and the condition where the thickness of the substrate 5 was set to 250 μm, and a total of eight simulation examples 1 to 8 were performed.

各シミュレーション例1〜8では、所定の耐電圧Vとなるようにエピタキシャル層6の不純物濃度を変化させ(測定Noが小さいほどエピタキシャル層6の不純物濃度が濃く、測定Noが大きいほどエピタキシャル層6の不純物濃度が薄い)、そのときのオン抵抗Ronをシミュレーションした。そして、オン抵抗Ronを変数yとし、耐電圧Vを変数xとする関数で表すことにより、耐電圧Vとオン抵抗Ronとの間にどのような関係が成り立つかを調べた。なお、耐電圧Vを測定するときのドレイン飽和電流(IDSS)は100μAとし、オン抵抗Ronを測定するときの電流密度Jは100A/cmとした。 In each of the simulation examples 1 to 8, the impurity concentration of the epitaxial layer 6 is changed so as to have a predetermined withstand voltage Vb (the smaller the measurement No, the higher the impurity concentration of the epitaxial layer 6; the larger the measurement No, the higher the epitaxial layer 6). impurity concentration is thin), and were simulated on-resistance R on of the time. Then, the on-resistance R on and a variable y, by expressing a function of the breakdown voltage V b and the variable x, was examined what relationship holds between the withstand voltage V b and the resistance R on. The drain saturation current (I DSS ) when measuring the withstand voltage V b was 100 μA, and the current density J D when measuring the on-resistance R on was 100 A / cm 2 .

結果を下記表1および図4に示す。   The results are shown in Table 1 below and FIG.

Figure 0006232089
Figure 0006232089

図4において、各例1〜8のプロットをつないだグラフは、上から順に例5、例6、例1=例7、例8、例2、例3および例4それぞれのグラフである。
これらの例1〜8のうち、例1のグラフはy=9×10−7 −0.0004x+0.7001…(1´)を満たし、例7のグラフはy=9×10−7 −0.0004x+0.6984…(2´)を満たし、例3のグラフはy=9×10−7 −0.0004x+0.4434…(3´)を満たすものである。
In FIG. 4, the graphs obtained by connecting the plots of Examples 1 to 8 are graphs of Example 5, Example 6, Example 1 = Example 7, Example 8, Example 2, Example 3, and Example 4 in order from the top.
Among these Examples 1 to 8, the graph of Example 1 satisfies y 1 = 9 × 10 −7 x 1 2 −0.0004x 1 +0.7001 (1 ′), and the graph of Example 7 has y 2 = 9 × 10 −7 x 2 2 −0.0004x 2 +0.6984 ( 2 ′ ) is satisfied, and the graph of Example 3 shows y 3 = 9 × 10 −7 x 3 2 −0.0004x 3 +0.4434. 3 ′) is satisfied.

以上の結果から、この第1実施形態の半導体装置1によれば、従来の半導体装置では発現できなかった関係式(1)が成り立つことがわかった。
y≦9×10−7−0.0004x+0.7001=y…(1)
そして、この関係式(1)が成立する場合には、従来では背反の関係にあったオン抵抗Ronの低減および耐電圧Vの向上を両立できることがわかった。
From the above results, it has been found that according to the semiconductor device 1 of the first embodiment, the relational expression (1) that cannot be expressed in the conventional semiconductor device is established.
y ≦ 9 × 10 −7 x 2 −0.0004x + 0.7001 = y 1 (1)
When this relational expression (1) is satisfied, in the prior was able to be both improved reduced and the withstand voltage V b of the resistance R on which was the relationship of trade-off.

これにより、従来品と同抵抗品(オン抵抗Ronが同じ製品)を作製する場合には、基板5やエピタキシャル層6のアクティブ領域9の面積を小さくしながら十分な耐電圧Vを確保できるので、デバイスサイズを小型にすることができ、延いては、半導体装置1を備える半導体モジュールを小型にすることもできる。その結果、1つの基板5から得られるチップの数を増やすことができるので、製造歩留まりの向上でき、製造コストを低減することができる。 As a result, when a product having the same resistance as that of the conventional product (a product having the same on-resistance R on ) is manufactured, a sufficient withstand voltage V b can be secured while reducing the area of the active region 9 of the substrate 5 and the epitaxial layer 6. Therefore, the device size can be reduced, and the semiconductor module including the semiconductor device 1 can also be reduced in size. As a result, the number of chips obtained from one substrate 5 can be increased, so that the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

他方、従来品と同じアクティブ面積の半導体装置を作製する場合には、従来品に比べてオン抵抗Ronが低減されるので、電流容量を向上させることができる。
さらに、基板5の厚さが100μm以下である場合(例1〜例4)には、チャネル抵抗を低減するためにチャネル移動度を高めるにしても11cm/Vs以上であれば、上記関係式(1)を成立させることができる。そのため、エピタキシャル層6を比較的厚く形成したり、エピタキシャル層6の不純物濃度を小さくしたりすることができる。そのため、同じオン抵抗Ronでも高い耐電圧Vを実現することができる。
On the other hand, in case of manufacturing a semiconductor device having the same active area as conventional products, since the on-resistance R on is reduced as compared with the conventional products, thereby improving the current capacity.
Further, when the thickness of the substrate 5 is 100 μm or less (Example 1 to Example 4), even if the channel mobility is increased in order to reduce the channel resistance, the above relational expression is satisfied as long as the channel mobility is 11 cm 2 / Vs or more. (1) can be established. Therefore, the epitaxial layer 6 can be formed relatively thick, and the impurity concentration of the epitaxial layer 6 can be reduced. Therefore, it is possible to achieve high even with the same on-resistance R on withstand voltage V b.

一方、基板5の厚さを250μmとする場合でも、チャネル移動度が50cm/Vs以上であれば(例7〜例8)、上記関係式(1)を成立させることができる。この場合には、基板5の抵抗を低減するために基板5を薄くするにしても250μm以下でよいので、実用上十分な強度を基板に付与することができる。その結果、半導体装置1の製造工程において、基板5のハンドリングやダイシングを効率よく行うことができる。 On the other hand, even when the thickness of the substrate 5 is 250 μm, if the channel mobility is 50 cm 2 / Vs or more (Examples 7 to 8), the relational expression (1) can be established. In this case, even if the substrate 5 is made thin in order to reduce the resistance of the substrate 5, it may be 250 μm or less, so that a practically sufficient strength can be imparted to the substrate. As a result, in the manufacturing process of the semiconductor device 1, the substrate 5 can be efficiently handled and diced.

そして、この半導体装置1では、ソース電極38を接地した状態で、ソース電極38とドレイン電極39との間(ソース−ドレイン間)にドレイン電圧が印加される。この状態において、ゲート電極20にゲート閾値電圧以上の電圧が印加されると、各単位セル13の側壁を形成するチャネル層26に沿ってチャネルが形成される。これにより、ドレイン電極39からソース電極38へ電流が流れ、各単位セル13がオン状態となる。   In the semiconductor device 1, a drain voltage is applied between the source electrode 38 and the drain electrode 39 (between the source and drain) with the source electrode 38 grounded. In this state, when a voltage equal to or higher than the gate threshold voltage is applied to the gate electrode 20, a channel is formed along the channel layer 26 that forms the side wall of each unit cell 13. Thereby, a current flows from the drain electrode 39 to the source electrode 38, and each unit cell 13 is turned on.

一方、各単位セル13がオフ状態(つまり、ゲート電圧が0Vの状態)にされ、ソース−ドレイン間に電圧が印加されたままであると、ゲート電極20とエピタキシャル層6との間に介在するゲート絶縁膜17に電界がかかる。
この電界は、ゲート電極20とエピタキシャル層6との電位差に起因して生じるものである。そして、ゲートトレンチ11の底面15においては、ゲート電極20を基準(0V)として非常に高い電位の等電位面が分布し、しかも等電位面の間隔が小さいため、非常に大きな電界が生じる。たとえば、ドレイン電圧が900Vであれば、ドレイン電極39に接する基板5の裏面8付近では900Vの等電位面が分布しており、基板5の裏面8からエピタキシャル層6の表面側へ向かうにつれて電圧降下を生じるが、ゲートトレンチ11の底面15付近では、数十V程度の等電位面が分布する。そのため、ゲートトレンチ11の底面15では、ゲート電極20側へ向かう非常に大きな電界が生じる。とりわけ、この実施形態のように、ゲートトレンチ11が格子状に形成されており、格子状のゲートトレンチ11の窓部に四角柱状の単位セル13が配列されている場合は、単位セル13の各角部12に形成されたゲートトレンチ11のコーナ部16付近において、ゲート絶縁膜17の絶縁破壊が特に発生しやすい。
On the other hand, if each unit cell 13 is turned off (that is, the gate voltage is 0 V) and the voltage is still applied between the source and the drain, the gate interposed between the gate electrode 20 and the epitaxial layer 6 is provided. An electric field is applied to the insulating film 17.
This electric field is generated due to a potential difference between the gate electrode 20 and the epitaxial layer 6. On the bottom surface 15 of the gate trench 11, equipotential surfaces with a very high potential are distributed with the gate electrode 20 as a reference (0 V), and the interval between the equipotential surfaces is small, so a very large electric field is generated. For example, if the drain voltage is 900 V, an equipotential surface of 900 V is distributed in the vicinity of the back surface 8 of the substrate 5 in contact with the drain electrode 39, and the voltage drop increases from the back surface 8 of the substrate 5 toward the surface side of the epitaxial layer 6. However, an equipotential surface of about several tens of volts is distributed near the bottom surface 15 of the gate trench 11. Therefore, a very large electric field is generated on the bottom surface 15 of the gate trench 11 toward the gate electrode 20 side. In particular, as in this embodiment, when the gate trenches 11 are formed in a lattice shape and the rectangular columnar unit cells 13 are arranged in the windows of the lattice-like gate trenches 11, each of the unit cells 13 In the vicinity of the corner portion 16 of the gate trench 11 formed in the corner portion 12, the dielectric breakdown of the gate insulating film 17 is particularly likely to occur.

具体的には、ゲートトレンチ11の交差部30の対角線上で互いに隣り合うソーストレンチ21の距離D(図2参照)は、ゲートトレンチ11の直線部31を挟んで互いに隣り合うソーストレンチ21の距離D(図3参照)に比べて大きくなる(たとえば、この実施形態では、DはDの1.4倍)。そのため、相対的に広いスペースがあるゲートトレンチ11の交差部30のコーナ部16の直下に等電位面が入り込み、等電位面の密集を生じる。その結果、ゲートトレンチ11の当該コーナ部16付近において、ゲート絶縁膜17の絶縁破壊が特に発生しやすい。 Specifically, the distance D 1 (see FIG. 2) between the source trenches 21 adjacent to each other on the diagonal line of the intersecting portion 30 of the gate trench 11 is equal to the distance between the source trenches 21 adjacent to each other across the straight portion 31 of the gate trench 11. It becomes larger than the distance D 2 (see FIG. 3) (for example, in this embodiment, D 1 is 1.4 times D 2 ). Therefore, an equipotential surface enters immediately below the corner portion 16 of the intersecting portion 30 of the gate trench 11 having a relatively wide space, and the equipotential surfaces are densely formed. As a result, the dielectric breakdown of the gate insulating film 17 is particularly likely to occur near the corner portion 16 of the gate trench 11.

そこで、この実施形態の半導体装置1では、ゲートトレンチ11の交差部30のコーナ部16にゲート耐電圧保持層28(第1部分32)が形成されている。これにより、第1部分32とドリフト層27との接合(pn接合)により生じる空乏層を、ゲートトレンチ11の交差部30付近に発生させることができる。さらにこの半導体装置1では、各単位セル13に形成されたソーストレンチ21のコーナ部24に、ソース耐電圧保持層29が形成されている。そのため、このソース耐電圧保持層29とドリフト層27との接合(pn接合)により生じる空乏層を、ソーストレンチ21を取り囲むゲートトレンチ11の交差部30のコーナ部16へ向かって広げることができる。   Therefore, in the semiconductor device 1 of this embodiment, the gate withstand voltage holding layer 28 (first portion 32) is formed in the corner portion 16 of the intersecting portion 30 of the gate trench 11. Thereby, a depletion layer generated by the junction (pn junction) between the first portion 32 and the drift layer 27 can be generated in the vicinity of the intersection 30 of the gate trench 11. Further, in the semiconductor device 1, a source withstand voltage holding layer 29 is formed in the corner portion 24 of the source trench 21 formed in each unit cell 13. Therefore, the depletion layer generated by the junction (pn junction) between the source withstand voltage holding layer 29 and the drift layer 27 can be expanded toward the corner portion 16 of the intersection 30 of the gate trench 11 surrounding the source trench 21.

これらの空乏層の存在により、ゲートトレンチ11の交差部30のコーナ部16とソーストレンチ21のコーナ部24との間に等電位面が入り込むことを防止でき、ゲート絶縁膜17から遠ざけることができる。その結果、ゲートトレンチ11の交差部30のコーナ部16付近における等電位面の密集を防止することができる。その結果、ゲート絶縁膜17にかかる電界を小さくすることができるので、絶縁破壊を防止することができる。   Due to the presence of these depletion layers, it is possible to prevent an equipotential surface from entering between the corner portion 16 of the intersecting portion 30 of the gate trench 11 and the corner portion 24 of the source trench 21, and away from the gate insulating film 17. . As a result, it is possible to prevent the equipotential surfaces from being concentrated in the vicinity of the corner portion 16 of the intersecting portion 30 of the gate trench 11. As a result, the electric field applied to the gate insulating film 17 can be reduced, so that dielectric breakdown can be prevented.

また、半導体装置1では、第1部分32がコーナ部16を経て、コーナ部16直上のチャネル層26に至るように形成されているが、単位セル13の角部12には、チャネルが形成されないか、形成されても当該チャネルを流れる電流は微量である。したがって、チャネル層26におけるコーナ部16直上の部分に至るようにゲート耐電圧保持層28(第1部分32)を形成することにより、デバイスの性能にほとんど影響を与えずに、ゲート絶縁膜17の破壊防止効果を一層向上させることができる。   In the semiconductor device 1, the first portion 32 is formed so as to reach the channel layer 26 immediately above the corner portion 16 through the corner portion 16, but no channel is formed in the corner portion 12 of the unit cell 13. Even if it is formed, the current flowing through the channel is very small. Therefore, by forming the gate withstand voltage holding layer 28 (first portion 32) so as to reach the portion of the channel layer 26 immediately above the corner portion 16, the performance of the gate insulating film 17 is hardly affected. The destruction prevention effect can be further improved.

一方、ゲートトレンチ11の直線部31には、直線部31の幅よりも狭い幅のゲート耐電圧保持層28(第2部分33)が形成されている。これにより、第2部分33とドリフト層27との接合(pn接合)により生じる空乏層を、ゲートトレンチ11の直線部31に沿って発生させることができる。そのため、ゲートトレンチ11の直線部31の直下に生じる電界を、当該空乏層により緩和することができる。その結果、ゲート絶縁膜17に生じる電界を、全体にわたって満遍なく緩和することができる。   On the other hand, a gate withstand voltage holding layer 28 (second portion 33) having a width narrower than the width of the straight portion 31 is formed in the straight portion 31 of the gate trench 11. Thereby, a depletion layer generated by the junction (pn junction) between the second portion 33 and the drift layer 27 can be generated along the straight portion 31 of the gate trench 11. Therefore, the electric field generated immediately below the straight portion 31 of the gate trench 11 can be relaxed by the depletion layer. As a result, the electric field generated in the gate insulating film 17 can be alleviated uniformly.

しかも、ゲート耐電圧保持層28(第2部分33)がゲートトレンチ11の直線部31の側面14(つまり、単位セル13においてチャネルが形成される部分)に形成されていない。よって、チャネル特性の制御を精度よく行うこともできる。
図5は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図2と同じ位置での切断面を示す。図6は、本発明の第2実施形態に係る半導体装置の模式的な断面図であって、図3と同じ位置での切断面を示す。図5および図6において、図2および図3に示す各部に相当する部分には、それらの各部に付した参照符号と同一の参照符号を付し、それらの部分については説明を省略する。
Moreover, the gate withstand voltage holding layer 28 (second portion 33) is not formed on the side surface 14 of the straight portion 31 of the gate trench 11 (that is, the portion where the channel is formed in the unit cell 13). Therefore, the channel characteristics can be controlled with high accuracy.
FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device according to the second embodiment of the present invention, and shows a cut surface at the same position as FIG. 5 and FIG. 6, parts corresponding to the respective parts shown in FIG. 2 and FIG. 3 are denoted by the same reference numerals as those given to those parts, and the description thereof is omitted.

この第2実施形態に係る半導体装置51では、ソーストレンチ21が形成されていない。ソーストレンチ21の底面23に形成されていたチャネルコンタクト層34は、この実施形態では、エピタキシャル層6の表面に形成されている。
また、半導体装置51では、ドリフト層27内にp型ピラー層52が形成されている。
p型ピラー層52は、各単位セル13のチャネル層26の内方の領域に形成されている。より具体的には、この実施形態では、p型ピラー層52は、チャネル層26のほぼ中央の領域において、たとえばチャネル層26と相似形(図1(b)のレイアウトでは平面視四角形)に形成されている。p型ピラー層52は、チャネル層26に連なるように形成されており、ドリフト層27において、チャネル層26よりも深い位置まで基板5に向かって延びている。すなわち、p型ピラー層52は、ほぼ柱状(図1(b)のレイアウトではほぼ四角柱状)に形成されている。
In the semiconductor device 51 according to the second embodiment, the source trench 21 is not formed. In this embodiment, the channel contact layer 34 formed on the bottom surface 23 of the source trench 21 is formed on the surface of the epitaxial layer 6.
In the semiconductor device 51, the p-type pillar layer 52 is formed in the drift layer 27.
The p-type pillar layer 52 is formed in an inner region of the channel layer 26 of each unit cell 13. More specifically, in this embodiment, the p-type pillar layer 52 is formed in a region substantially in the center of the channel layer 26, for example, similar to the channel layer 26 (in the layout of FIG. 1B, a square in plan view). Has been. The p-type pillar layer 52 is formed to be continuous with the channel layer 26, and extends toward the substrate 5 in the drift layer 27 to a position deeper than the channel layer 26. That is, the p-type pillar layer 52 is formed in a substantially columnar shape (substantially a square columnar shape in the layout of FIG. 1B).

これにより、エピタキシャル層6には、適当なピッチで配列されたp型ピラー層52と、互いに隣り合うp型ピラー層52の間に挟まれたn型のドリフト層27とがエピタキシャル層6の表面に沿う方向に交互に配列されてスーパージャンクション(SJ:Super Junction)構造が形成されている。
次に、図5および図6の半導体装置51のオン抵抗Ronと耐電圧Vとの関係を調べるためのシミュレーションを行ったので説明する。
As a result, the epitaxial layer 6 includes p-type pillar layers 52 arranged at an appropriate pitch and n -type drift layers 27 sandwiched between adjacent p-type pillar layers 52 of the epitaxial layer 6. A super junction (SJ) structure is formed by being alternately arranged in the direction along the surface.
Next, a simulation for examining the relationship between the on-resistance R on and the withstand voltage V b of the semiconductor device 51 of FIGS. 5 and 6 will be described.

具体的には、チャネル移動度(Ch移動度)が11cm/Vs、30cm/Vs、50cm/Vsおよび100cm/Vsに設定された4パターンの半導体装置それぞれに関して、基板5の厚さを100μmに設定した条件(Sub薄化)と、基板5の厚さを250μmに設定した条件それぞれについてシミュレーションを行い、合計8つのシミュレーション例9〜16を行った。 Specifically, the thickness of the substrate 5 for each of the four patterns of semiconductor devices in which channel mobility (Ch mobility) is set to 11 cm 2 / Vs, 30 cm 2 / Vs, 50 cm 2 / Vs, and 100 cm 2 / Vs. A simulation was performed for each of the condition (Sub thinning) set to 100 μm and the condition where the thickness of the substrate 5 was set to 250 μm, and a total of eight simulation examples 9 to 16 were performed.

各シミュレーション例9〜16では、所定の耐電圧Vとなるようにエピタキシャル層6の不純物濃度を変化させ(測定Noが小さいほどエピタキシャル層6の不純物濃度が濃く、測定Noが大きいほどエピタキシャル層6の不純物濃度が薄い)、そのときのオン抵抗Ronをシミュレーションした。そして、オン抵抗Ronを変数yとし、耐電圧Vを変数xとする関数で表すことにより、耐電圧Vとオン抵抗Ronとの間にどのような関係が成り立つかを調べた。なお、耐電圧Vを測定するときのドレイン飽和電流(IDSS)は100μAとし、オン抵抗Ronを測定するときの電流密度Jは100A/cmとした。 In each of the simulation examples 9 to 16, the impurity concentration of the epitaxial layer 6 is changed so as to have a predetermined withstand voltage Vb (the smaller the measurement No, the higher the impurity concentration of the epitaxial layer 6; the larger the measurement No, the higher the epitaxial layer 6). impurity concentration is thin), and were simulated on-resistance R on of the time. Then, the on-resistance R on and a variable y, by expressing a function of the breakdown voltage V b and the variable x, was examined what relationship holds between the withstand voltage V b and the resistance R on. The drain saturation current (I DSS ) when measuring the withstand voltage V b was 100 μA, and the current density J D when measuring the on-resistance R on was 100 A / cm 2 .

結果を下記表2および図7に示す。   The results are shown in Table 2 below and FIG.

Figure 0006232089
Figure 0006232089

図7において、各例9〜16のプロットをつないだグラフは、上から順に例13、例14、例9=例15、例16、例10、例11および例12それぞれのグラフである。
これらの例1〜8のうち、例13のグラフはy=2×10−7 −0.0002x+0.9551…(4´)を満たし、例9のグラフはy=2×10−7 −0.0002x+0.7001…(5´)を満たし、例15のグラフはy=2×10−7 −0.0002x+0.6984…(6´)を満たし、例11のグラフはy=2×10−7 −0.0002x+0.4434…(7´)を満たすものである。
In FIG. 7, graphs obtained by connecting plots of Examples 9 to 16 are graphs of Example 13, Example 14, Example 9 = Example 15, Example 16, Example 10, Example 11, and Example 12 in order from the top.
Among these Examples 1 to 8, the graph of Example 13 satisfies y 4 = 2 × 10 −7 x 4 2 −0.0002x 4 +0.9551 ( 4 ′ ), and the graph of Example 9 has y 5 = 2. X10 −7 x 5 2 −0.0002x 5 +0.7001 (5 ′) is satisfied, and the graph of Example 15 shows y 6 = 2 × 10 −7 x 6 2 −0.0002x 6 +0.6984 (6) ′), And the graph of Example 11 satisfies y 7 = 2 × 10 −7 x 7 2 −0.0002x 7 +0.4434 (7 ′).

以上の結果から、この第2実施形態の半導体装置51によれば、従来の半導体装置では発現できなかった関係式(4)が成り立つことがわかった。
y≦2×10−7−0.0002x+0.9551=y・・・(4)
そして、この関係式(4)が成立する場合には、従来では背反の関係にあったオン抵抗Ronの低減および耐電圧Vの向上を両立できることがわかった。
From the above results, it has been found that according to the semiconductor device 51 of the second embodiment, the relational expression (4) that cannot be expressed in the conventional semiconductor device is satisfied.
y ≦ 2 × 10 −7 x 2 −0.0002x + 0.9551 = y 4 (4)
Then, if this equation (4) is satisfied, in the prior it was able to be both improved reduced and the withstand voltage V b of the resistance R on which was the relationship of trade-off.

これにより、従来品と同抵抗品(オン抵抗Ronが同じ製品)を作製する場合には、基板5やエピタキシャル層6のアクティブ領域9の面積を小さくしながら十分な耐電圧Vを確保できるので、デバイスサイズを小型にすることができ、延いては、半導体装置1を備える半導体モジュールを小型にすることもできる。その結果、1つの基板5から得られるチップの数を増やすことができるので、製造歩留まりの向上でき、製造コストを低減することができる。 As a result, when a product having the same resistance as that of the conventional product (a product having the same on-resistance R on ) is manufactured, a sufficient withstand voltage V b can be secured while reducing the area of the active region 9 of the substrate 5 and the epitaxial layer 6. Therefore, the device size can be reduced, and the semiconductor module including the semiconductor device 1 can also be reduced in size. As a result, the number of chips obtained from one substrate 5 can be increased, so that the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

他方、従来品と同じアクティブ面積の半導体装置を作製する場合には、従来品に比べてオン抵抗Ronが低減されるので、電流容量を向上させることができる。
さらに、半導体装置51によれば、エピタキシャル層6内にp型ピラー層52とn型ドリフト層27によるスーパージャンクション構造が形成されているので(例9〜例16)、チャネル移動度を11cm/Vs以上とし、基板の厚さを250μm以下にすることで、上記関係式(4)を成立させることができる。
On the other hand, in case of manufacturing a semiconductor device having the same active area as conventional products, since the on-resistance R on is reduced as compared with the conventional products, thereby improving the current capacity.
Furthermore, according to the semiconductor device 51, since the super junction structure is formed in the epitaxial layer 6 by the p-type pillar layer 52 and the n -type drift layer 27 (Examples 9 to 16), the channel mobility is 11 cm 2. The relational expression (4) can be established by setting the thickness of the substrate to 250 μm or less.

すなわち、チャネル移動度を高めるにしても11cm/Vs以上でよく、基板5を薄くするにしても250μm以下でよいので、エピタキシャル層6を比較的厚く保ち、不純物濃度を小さくできながら、基板5に対しては、実用上十分な強度を付与することができる。
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
That is, even if the channel mobility is increased, it may be 11 cm 2 / Vs or more, and even if the substrate 5 is thinned, it may be 250 μm or less. Therefore, the epitaxial layer 6 can be kept relatively thick and the impurity concentration can be reduced. In contrast, practically sufficient strength can be imparted.
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention can also be implemented with another form.

たとえば、本発明は、第1実施形態の半導体装置1と第2実施形態の半導体装置51の構成を組み合わせることにより、図8および図9に示すように、ソーストレンチ21およびp型ピラー層52(スーパージャンクション構造)を備える半導体装置81により実施することもできる。この半導体装置81においてp型ピラー層52は、第1実施形態のソース耐電圧保持層29がチャネル層26よりも深い位置まで基板5に向かって延びることにより構成されている。   For example, in the present invention, by combining the configurations of the semiconductor device 1 of the first embodiment and the semiconductor device 51 of the second embodiment, as shown in FIGS. 8 and 9, the source trench 21 and the p-type pillar layer 52 ( It can also be implemented by a semiconductor device 81 having a super junction structure. In this semiconductor device 81, the p-type pillar layer 52 is configured by the source withstand voltage holding layer 29 of the first embodiment extending toward the substrate 5 to a position deeper than the channel layer 26.

また、半導体装置1,51,81の各半導体部分の導電型を反転した構成が採用されてもよい。たとえば、半導体装置1,51,81において、p型の部分がn型であり、n型の部分がp型であってもよい。
また、各単位セル13は、直方体形状(四角柱状)に限らず、たとえば、三角柱状、五角柱状、六角柱状等の他の多角柱状であってもよい。
Moreover, the structure which reversed the conductivity type of each semiconductor part of the semiconductor devices 1, 51, 81 may be adopted. For example, in the semiconductor devices 1, 51, 81, the p-type portion may be n-type and the n-type portion may be p-type.
Each unit cell 13 is not limited to a rectangular parallelepiped shape (quadrangular columnar shape), and may be other polygonal columnar shapes such as a triangular prism shape, a pentagonal column shape, and a hexagonal column shape.

本発明の半導体パワーデバイスは、たとえば、電気自動車(ハイブリッド車を含む)、電車、産業用ロボットなどの動力源として利用される電動モータを駆動するための駆動回路を構成するインバータ回路に用いられるパワーモジュールに組み込むことができる。また、太陽電池、風力発電機その他の発電装置(とくに自家発電装置)が発生する電力を商用電源の電力と整合するように変換するインバータ回路に用いられるパワーモジュールにも組み込むことができる。   The semiconductor power device of the present invention is, for example, a power used for an inverter circuit constituting a drive circuit for driving an electric motor used as a power source for an electric vehicle (including a hybrid vehicle), a train, an industrial robot, and the like. Can be incorporated into modules. It can also be incorporated into a power module used in an inverter circuit that converts electric power generated by a solar cell, wind power generator, or other power generation device (especially an in-house power generation device) to match the power of a commercial power source.

また、前述の実施形態は、本発明におけるオン抵抗Ron(y)と耐電圧V(x)との関係を表す関係式(1)および(4)が成立する形態の一例に過ぎず、本発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
なお、前述の実施形態の内容から、特許請求の範囲に記載した発明以外にも、以下のような特徴が抽出され得る。
(項1)第1導電型のSiCからなる基板と、前記基板上に形成され、ゲートトレンチが形成された第1導電型のSiCからなるエピタキシャル層と、前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記エピタキシャル層に対向しているゲート電極と、前記エピタキシャル層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、前記ソース層に対して前記エピタキシャル層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、前記チャネル層に対して前記エピタキシャル層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層とを含み、オン抵抗Ronを変数yとし、耐電圧Vを変数xとする関数で表したときに、下記関係式(1)が成り立つことを特徴としている、半導体装置。
In addition, the above-described embodiment is merely an example of the form in which the relational expressions (1) and (4) representing the relationship between the on-resistance R on (y) and the withstand voltage V b (x) in the present invention are established, The present invention can be modified in various ways within the scope of the matters described in the claims.
In addition to the invention described in the claims, the following features can be extracted from the contents of the above-described embodiment.
(Claim 1) A substrate made of SiC of a first conductivity type, an epitaxial layer made of SiC of the first conductivity type formed on the substrate and having a gate trench formed thereon, and formed on side and bottom surfaces of the gate trench. A gate electrode embedded in the gate trench and opposed to the epitaxial layer through the gate insulating film, and exposed to the surface side of the epitaxial layer. A source layer of a first conductivity type that forms a part of the side surface; and a source layer on the back side of the epitaxial layer with respect to the source layer, and a part of the side surface of the gate trench. A channel layer of a second conductivity type to be formed, and a shape in contact with the channel layer on the back side of the epitaxial layer with respect to the channel layer Is, and a first conductivity type drift layer that forms the bottom surface of the gate trench, the on-resistance R on and a variable y, when showing the withstand voltage V b by a function whose variable x, the following equation A semiconductor device characterized in that (1) holds.

y≦9×10−7−0.0004x+0.7001…(1)
項1の半導体装置によれば、オン抵抗Ron(mΩ・cm)を変数yとし、耐電圧V(V)を変数xとする関数で表したときに、上記関係式(1)が成り立つので、従来では背反の関係にあったオン抵抗Ronの低減および耐電圧Vの向上を両立させることができる。
y ≦ 9 × 10 −7 x 2 −0.0004x + 0.7001 (1)
According to the semiconductor device of item 1, when the on-resistance R on (mΩ · cm 2 ) is a variable y and the function is expressed by a function having a withstand voltage V b (V) as the variable x, the relational expression (1) is Therefore, it is possible to achieve both the reduction of the on-resistance R on and the improvement of the withstand voltage V b , which have conventionally been in a trade-off relationship.

これにより、従来品と同抵抗品(オン抵抗Ronが同じ製品)を作製する場合には、基板やエピタキシャル層のアクティブ面積を小さくしながら十分な耐電圧を確保できるので、デバイスサイズを小型にすることができ、延いては、本発明の半導体装置を備える半導体モジュールを小型にすることもできる。その結果、1つの基板から得られるチップの数を増やすことができるので、製造歩留まりの向上でき、製造コストを低減することができる。 Thus, when the conventional equal-resistance product (on-resistance R on the same product) to produce, since it ensures a sufficient withstand voltage while reducing the active area of the substrate and the epitaxial layer, the device size small As a result, a semiconductor module including the semiconductor device of the present invention can be reduced in size. As a result, the number of chips obtained from one substrate can be increased, so that the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

他方、従来品と同じアクティブ面積の半導体装置を作製する場合には、従来品に比べてオン抵抗Ronが低減されるので、電流容量を向上させることができる。
たとえば、前記半導体装置では、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が11cm/Vs以上である場合、前記基板の厚さが100μm以下であることが好ましい(項2)。
On the other hand, in case of manufacturing a semiconductor device having the same active area as conventional products, since the on-resistance R on is reduced as compared with the conventional products, thereby improving the current capacity.
For example, in the semiconductor device, when the mobility of a channel formed in the channel layer in the epitaxial layer is 11 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate is preferably 100 μm or less (Item 2).

上記のようなトレンチゲート構造を有するSiC半導体装置では、オン抵抗Ronに対して基板の抵抗が占める割合が15〜25%程度ある。そのため、基板の厚さを100μm以下にすることにより、オン抵抗Ronを効果的に低減することができる。従って、チャネル抵抗を低減するためにチャネルの移動度を高めるにしても11cm/Vs以上でよいので、エピタキシャル層を比較的厚く形成したり、エピタキシャル層の不純物濃度を小さくしたりすることができる。そのため、高い耐電圧を実現することができる。 In the SiC semiconductor device having the trench gate structure as described above, the ratio of the substrate resistance to the on-resistance R on is about 15 to 25%. Therefore, the on-resistance R on can be effectively reduced by setting the thickness of the substrate to 100 μm or less. Therefore, even if the channel mobility is increased in order to reduce the channel resistance, it may be 11 cm 2 / Vs or more, so that the epitaxial layer can be formed relatively thick or the impurity concentration of the epitaxial layer can be reduced. . Therefore, a high withstand voltage can be realized.

また、前記半導体装置では、前記オン抵抗Ronおよび前記耐電圧Vについて、下記関係式(2)が成り立つことが好ましい(項3)。
y≦9×10−7−0.0004x+0.6984…(2)
この構成において、たとえば、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が50cm/Vs以上である場合、前記基板の厚さは250μm以下であってもよい(項4)。
In the semiconductor device, it is preferable that the following relational expression (2) holds for the on-resistance R on and the withstand voltage V b (Section 3).
y ≦ 9 × 10 −7 x 2 −0.0004x + 0.6984 (2)
In this configuration, for example, when the mobility of a channel formed in the channel layer in the epitaxial layer is 50 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate may be 250 μm or less (Item 4).

チャネルの移動度を50cm/Vs以上とすることにより、チャネル抵抗を十分低減することができる。そのため、基板の抵抗を低減するために基板を薄くするにしても250μm以下でよいので、実用上十分な強度を基板に付与することができる。その結果、半導体装置の製造工程において、基板のハンドリングやダイシングを効率よく行うことができる。 By setting the channel mobility to 50 cm 2 / Vs or higher, the channel resistance can be sufficiently reduced. Therefore, even if the substrate is thinned in order to reduce the resistance of the substrate, it may be 250 μm or less, and thus a practically sufficient strength can be imparted to the substrate. As a result, substrate handling and dicing can be performed efficiently in the manufacturing process of the semiconductor device.

また、前記半導体装置では、前記オン抵抗Ronおよび前記耐電圧Vについて、下記関係式(3)が成り立つことがさらに好ましい(項5)。
y≦9×10−7−0.0004x+0.4434…(3)
この構成において、たとえば、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度を50cm/Vs以上である場合、前記基板の厚さは100μm以下であることが好ましい(項6)。
(項7)半導体装置は、第1導電型のSiCからなる基板と、前記基板上に形成され、ゲートトレンチが形成された第1導電型のSiCからなるエピタキシャル層と、前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記エピタキシャル層に対向しているゲート電極と、前記エピタキシャル層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、前記ソース層に対して前記エピタキシャル層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、前記チャネル層に対して前記エピタキシャル層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層とを含み、オン抵抗Ronを変数yとし、耐電圧Vを変数xとする関数で表したときに、下記関係式(4)が成り立つことを特徴としている。
In the semiconductor device, it is more preferable that the following relational expression (3) holds for the on-resistance R on and the withstand voltage V b (Section 5).
y ≦ 9 × 10 −7 x 2 −0.0004x + 0.4434 (3)
In this configuration, for example, when the mobility of a channel formed in the channel layer in the epitaxial layer is 50 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate is preferably 100 μm or less (Item 6).
(Section 7) A semiconductor device includes a substrate made of first conductivity type SiC, an epitaxial layer made of SiC of the first conductivity type formed on the substrate and having a gate trench formed thereon, side surfaces of the gate trench, and A gate insulating film formed on the bottom surface, a gate electrode embedded in the gate trench and opposed to the epitaxial layer via the gate insulating film, and formed to be exposed to the surface side of the epitaxial layer; A source layer of a first conductivity type that forms a part of the side surface of the gate trench; and a back surface side of the epitaxial layer with respect to the source layer so as to contact the source layer, and the side surface of the gate trench A channel layer of a second conductivity type that forms part of the channel layer, and the channel layer on the back side of the epitaxial layer with respect to the channel layer. It is formed to include a first conductive type drift layer that forms the bottom surface of the gate trench, the on-resistance R on and a variable y, when showing the withstand voltage V b as a function of the variable x The following relational expression (4) is established.

y≦2×10−7−0.0002x+0.9551…(4)
項7の半導体装置によれば、オン抵抗Ronを変数yとし、耐電圧Vを変数xとする関数で表したときに、上記関係式(4)が成り立つので、従来では背反の関係にあったオン抵抗Ronの低減および耐電圧Vの向上を両立させることができる。
これにより、従来品と同抵抗品(オン抵抗Ronが同じ製品)を作製する場合には、基板やエピタキシャル層のアクティブ面積を小さくしながら十分な耐電圧Vを確保できるので、デバイスサイズを小型にすることができ、延いては、本発明の半導体装置を備える半導体モジュールを小型にすることもできる。その結果、1つの基板から得られるチップの数を増やすことができるので、製造歩留まりの向上でき、製造コストを低減することができる。
y ≦ 2 × 10 −7 x 2 −0.0002x + 0.9551 (4)
According to the semiconductor device of Item 7, when the on-resistance R on is represented by a function having the variable y and the withstand voltage V b is represented by the variable x, the relational expression (4) is established. It is possible to achieve both the reduction of the on-resistance R on and the improvement of the withstand voltage V b .
This makes it possible to secure a sufficient withstand voltage V b while reducing the active area of the substrate and the epitaxial layer when manufacturing the same resistance product as the conventional product (the product having the same on-resistance R on ). The semiconductor module including the semiconductor device of the present invention can be reduced in size. As a result, the number of chips obtained from one substrate can be increased, so that the manufacturing yield can be improved and the manufacturing cost can be reduced.

他方、従来品と同じアクティブ面積の半導体装置を作製した場合には、従来品に比べてオン抵抗Ronが低減されるので、電流容量を向上させることができる。
たとえば、項7の半導体装置では、前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記エピタキシャル層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層をさらに含むことが好ましく、その場合、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度は11cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが250μm以下であってもよい(項8)。
On the other hand, in the case of manufacturing a semiconductor device having the same active area as conventional products, since the on-resistance R on is reduced as compared with the conventional products, thereby improving the current capacity.
For example, the semiconductor device according to item 7 further includes a second conductivity type pillar layer formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the epitaxial layer. In this case, the mobility of a channel formed in the channel layer in the epitaxial layer may be 11 cm 2 / Vs or more, and the thickness of the substrate may be 250 μm or less (Item 8).

この構成によれば、エピタキシャル層内に第2導電型のピラー層と第1導電型のドリフト層によるスーパージャンクション構造が形成されているので、チャネルの移動度を11cm/Vs以上とし、基板の厚さを250μm以下にすることで、上記関係式(4)を成立させることができる。
すなわち、チャネルの移動度を高めるにしても11cm/Vs以上でよく、基板を薄くするにしても250μm以下でよいので、エピタキシャル層を比較的厚く保ち、不純物濃度を小さくできながら、基板に対しては、実用上十分な強度を付与することができる。
According to this configuration, since the super junction structure including the second conductivity type pillar layer and the first conductivity type drift layer is formed in the epitaxial layer, the channel mobility is set to 11 cm 2 / Vs or more, and The relational expression (4) can be established by setting the thickness to 250 μm or less.
That is, even if the mobility of the channel is increased, it may be 11 cm 2 / Vs or more, and even if the substrate is thinned, it may be 250 μm or less. Thus, a practically sufficient strength can be imparted.

また、項7の半導体装置では、前記オン抵抗Ronおよび前記耐電圧Vについて、下記関係式(5)が成り立つことが好ましい(項9)。
y≦2×10−7−0.0002x+0.7001…(5)
この構成において、たとえば、前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記エピタキシャル層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層をさらに含む場合、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が11cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが100μm以下であることが好ましい(項10)。
In the semiconductor device of item 7, it is preferable that the following relational expression (5) holds for the on-resistance R on and the withstand voltage V b (item 9).
y ≦ 2 × 10 −7 x 2 −0.0002x + 0.7001 (5)
In this configuration, for example, when the semiconductor device further includes a second conductivity type pillar layer formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the epitaxial layer, It is preferable that the mobility of a channel formed in the channel layer in the layer is 11 cm 2 / Vs or more and the thickness of the substrate is 100 μm or less (Item 10).

この構成によれば、エピタキシャル層内に第2導電型のピラー層と第1導電型のドリフト層によるスーパージャンクション構造が形成されているので、チャネルの移動度を11cm/Vs以上とし、基板の厚さを100μm以下にすることで、上記関係式(5)を成立させることができる。
また、項7の半導体装置では、前記オン抵抗Ronおよび前記耐電圧Vについて、下記関係式(6)が成り立つことがさらに好ましい(項11)。
According to this configuration, since the super junction structure including the second conductivity type pillar layer and the first conductivity type drift layer is formed in the epitaxial layer, the channel mobility is set to 11 cm 2 / Vs or more, and The relational expression (5) can be established by setting the thickness to 100 μm or less.
In the semiconductor device according to item 7, it is more preferable that the following relational expression (6) holds for the on-resistance R on and the withstand voltage V b (item 11).

y≦2×10−7−0.0002x+0.6984…(6)
この構成において、たとえば、前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記エピタキシャル層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層をさらに含む場合、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が50cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが250μm以下であることが好ましい(項12)。
y ≦ 2 × 10 −7 x 2 −0.0002x + 0.6984 (6)
In this configuration, for example, when the semiconductor device further includes a second conductivity type pillar layer formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the epitaxial layer, It is preferable that the mobility of a channel formed in the channel layer in the layer is 50 cm 2 / Vs or more and the thickness of the substrate is 250 μm or less (Item 12).

この構成によれば、エピタキシャル層内に第2導電型のピラー層と第1導電型のドリフト層によるスーパージャンクション構造が形成されているので、チャネルの移動度を50cm/Vs以上とし、基板の厚さを250μm以下にすることで、上記関係式(6)を成立させることができる。
また、項7の半導体装置では、前記オン抵抗Ronおよび前記耐電圧Vについて、下記関係式(7)が成り立つことがとりわけ好ましい(項13)。
According to this configuration, since the super junction structure including the second conductivity type pillar layer and the first conductivity type drift layer is formed in the epitaxial layer, the channel mobility is set to 50 cm 2 / Vs or more, and The relational expression (6) can be established by setting the thickness to 250 μm or less.
In the semiconductor device according to item 7, it is particularly preferable that the following relational expression (7) holds for the on-resistance R on and the withstand voltage V b (item 13).

y≦2×10−7−0.0002x+0.4434…(7)
この構成において、前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記エピタキシャル層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層をさらに含む場合、前記エピタキシャル層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が50cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが100μm以下であることが好ましい(項14)。
y ≦ 2 × 10 −7 x 2 −0.0002x + 0.4434 (7)
In this configuration, when the semiconductor layer further includes a second conductivity type pillar layer formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the epitaxial layer, The mobility of the channel formed in the channel layer is preferably 50 cm 2 / Vs or more, and the thickness of the substrate is preferably 100 μm or less (Item 14).

この構成によれば、エピタキシャル層内に第2導電型のピラー層と第1導電型のドリフト層によるスーパージャンクション構造が形成されているので、チャネルの移動度を50cm/Vs以上とし、基板の厚さを100μm以下にすることで、上記関係式(7)を成立させることができる。
また、前記半導体装置では、前記エピタキシャル層において前記ゲートトレンチの前記底面に形成された第2導電型の耐電圧保持層をさらに含むことが好ましい(項15)。
According to this configuration, since the super junction structure including the second conductivity type pillar layer and the first conductivity type drift layer is formed in the epitaxial layer, the channel mobility is set to 50 cm 2 / Vs or more, and By making the thickness 100 μm or less, the relational expression (7) can be established.
The semiconductor device preferably further includes a withstand voltage holding layer of a second conductivity type formed on the bottom surface of the gate trench in the epitaxial layer (Item 15).

この構成によれば、耐電圧保持層とドリフト層との接合(pn接合)により生じる空乏層を、ゲートトレンチ付近に発生させることができる。そして、この空乏層の存在により、ゲート電極を基準とする高い電位の等電位面をゲート絶縁膜から遠ざけることができる。その結果、ゲート絶縁膜にかかる電界を小さくすることができ、絶縁破壊を防止できるので、耐電圧を一層向上させることができる。   According to this configuration, a depletion layer generated by the junction (pn junction) between the withstand voltage holding layer and the drift layer can be generated in the vicinity of the gate trench. The presence of this depletion layer makes it possible to keep the high potential equipotential surface with respect to the gate electrode away from the gate insulating film. As a result, the electric field applied to the gate insulating film can be reduced and dielectric breakdown can be prevented, so that the withstand voltage can be further improved.

また、前記半導体装置では、前記ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの前記底面に接する底部と、前記ゲートトレンチの前記側面に接する側部とを含み、前記ゲート絶縁膜の前記底部は、前記ゲート絶縁膜の前記側部よりも厚いことが好ましい(項16)。
半導体装置のオフ時に大きな電界がかかり易いゲートトレンチの底面に接する部分を厚くすることにより、ゲート絶縁膜の底部への電界集中を防止することができる。
In the semiconductor device, the gate insulating film includes a bottom portion in contact with the bottom surface of the gate trench and a side portion in contact with the side surface of the gate trench, and the bottom portion of the gate insulating film includes the gate insulating film. It is preferably thicker than the side portion of the film (Item 16).
By thickening the portion in contact with the bottom surface of the gate trench where a large electric field is likely to be applied when the semiconductor device is turned off, electric field concentration on the bottom portion of the gate insulating film can be prevented.

また、前記半導体装置では、前記基板のオフ角が、0°〜4°であることが好ましい(項17)。
この構成によれば、ゲート絶縁膜とゲートトレンチの側面との間の界面準位を低くすることができるので、チャネル層に形成されるチャネルの移動度を高くすることができる。これにより、チャネル抵抗を低減でき、オン抵抗Ronを低減することができる。また、前記基板のオフ角が0°〜2°の範囲とすることにより、チャネル抵抗をさらに低減でき、オン抵抗Ronをさらに低減することができる。
In the semiconductor device, it is preferable that an off angle of the substrate is 0 ° to 4 ° (Item 17).
According to this configuration, since the interface state between the gate insulating film and the side surface of the gate trench can be lowered, the mobility of the channel formed in the channel layer can be increased. This can reduce channel resistance, it is possible to reduce the on-resistance R on. Further, when the off angle of the substrate is in the range of 0 ° to 2 °, the channel resistance can be further reduced and the on-resistance R on can be further reduced.

1 半導体装置
2 ソースパッド
3 除去領域
4 ゲートパッド
5 基板
6 エピタキシャル層
7 (基板の)表面
8 (基板の)裏面
9 アクティブ領域
10 周辺領域
11 ゲートトレンチ
12 (単位セルの)角部
13 単位セル
14 (ゲートトレンチの)側面
15 (ゲートトレンチの)底面
16 (ゲートトレンチの)コーナ部
17 ゲート絶縁膜
18 (ゲート絶縁膜の)底部
19 (ゲート絶縁膜の)側部
20 ゲート電極
21 ソーストレンチ
22 (ソーストレンチの)側面
23 (ソーストレンチの)底面
24 (ソーストレンチの)コーナ部
25 ソース層
26 チャネル層
27 ドリフト層
28 ゲート耐電圧保持層
29 ソース耐電圧保持層
30 (ゲートトレンチの)交差部
31 (ゲートトレンチの)直線部
32 (ゲート耐電圧保持層の)第1部分
33 (ゲート耐電圧保持層の)第2部分
34 チャネルコンタクト層
35 ガードリング
36 層間絶縁膜
37 コンタクトホール
38 ソース電極
39 ドレイン電極
51 半導体装置
52 p型ピラー層
81 半導体装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor device 2 Source pad 3 Removal area | region 4 Gate pad 5 Substrate 6 Epitaxial layer 7 (Substrate) surface 8 (Substrate) back surface 9 Active region 10 Peripheral region 11 Gate trench 12 Corner part (Unit cell) 13 Unit cell 14 Side surface (of gate trench) 15 Bottom surface of (gate trench) 16 Corner portion (of gate trench) 17 Gate insulating film 18 Bottom portion of (gate insulating film) 19 Side portion of (gate insulating film) 20 Gate electrode 21 Source trench 22 ( Side 23 of source trench 23 Bottom of source trench 24 Corner portion of source trench 25 Source layer 26 Channel layer 27 Drift layer 28 Gate withstand voltage holding layer 29 Source withstand voltage holding layer 30 Intersection 31 of gate trench Linear part (of gate trench) 32 (Gate withstand voltage) Lifting layers) of the first portion 33 (the gate withstand voltage holding layer) second portion 34 channel contact layer 35 guard ring 36 interlayer insulating film 37 contact hole 38 source electrode 39 drain electrode 51 semiconductor device 52 p-type pillar layer 81 semiconductor device

Claims (13)

ゲートトレンチおよびソーストレンチが形成された第1導電型のSiCからなる半導体層と、
前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向しているゲート電極と、
前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部および前記ソーストレンチの側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、
前記ソース層に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部および前記ソーストレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、
前記チャネル層に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層と、
前記ゲートトレンチの一部の領域において、前記側面と前記底面とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部を覆うように、もしくは前記ゲートトレンチの前記底面のみに接するように形成された第2導電型のゲート耐電圧保持層とを含み、
前記ゲートトレンチの深さと前記ソーストレンチの深さが、同じである、半導体装置。
A semiconductor layer made of SiC of the first conductivity type in which a gate trench and a source trench are formed;
A gate insulating film formed on side and bottom surfaces of the gate trench;
A gate electrode embedded in the gate trench and facing the semiconductor layer via the gate insulating film;
A source layer of a first conductivity type formed so as to be exposed on a surface side of the semiconductor layer and forming a part of the side surface of the gate trench and a part of the side surface of the source trench;
A second conductivity type formed on the back side of the semiconductor layer with respect to the source layer so as to be in contact with the source layer, and forming a part of the side surface of the gate trench and a part of the side surface of the source trench. A channel layer;
A drift layer of a first conductivity type formed so as to be in contact with the channel layer on the back side of the semiconductor layer with respect to the channel layer, and forming the bottom surface of the gate trench;
A second conductivity type gate formed so as to cover an edge portion of the gate trench where the side surface and the bottom surface intersect with each other in a partial region of the gate trench or to be in contact with only the bottom surface of the gate trench. Including a withstand voltage holding layer,
The semiconductor device, wherein a depth of the gate trench and a depth of the source trench are the same.
ゲートトレンチが形成された第1導電型のSiCからなる半導体層と、
前記ゲートトレンチの側面および底面に形成されたゲート絶縁膜と、
前記ゲートトレンチに埋め込まれ、前記ゲート絶縁膜を介して前記半導体層に対向しているゲート電極と、
前記半導体層の表面側に露出するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第1導電型のソース層と、
前記ソース層に対して前記半導体層の裏面側に前記ソース層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記側面の一部を形成する第2導電型のチャネル層と、
前記チャネル層に対して前記半導体層の前記裏面側に前記チャネル層に接するように形成され、前記ゲートトレンチの前記底面を形成する第1導電型のドリフト層と、
前記ゲートトレンチの前記側面と前記底面とが交わる前記ゲートトレンチのエッジ部を覆うように形成された第1部分と、前記ゲートトレンチの前記底面のみに接するように形成された第2部分とを含む第2導電型のゲート耐電圧保持層と、
前記チャネル層に連なるように前記ドリフト層内に形成され、前記チャネル層から前記半導体層の前記裏面に向かって延びた第2導電型のピラー層とを含む、半導体装置。
A semiconductor layer made of SiC of the first conductivity type in which a gate trench is formed;
A gate insulating film formed on side and bottom surfaces of the gate trench;
A gate electrode embedded in the gate trench and facing the semiconductor layer via the gate insulating film;
A source layer of a first conductivity type formed so as to be exposed on a surface side of the semiconductor layer and forming a part of the side surface of the gate trench;
A channel layer of a second conductivity type formed so as to be in contact with the source layer on the back side of the semiconductor layer with respect to the source layer, and forming a part of the side surface of the gate trench;
A drift layer of a first conductivity type formed so as to be in contact with the channel layer on the back side of the semiconductor layer with respect to the channel layer, and forming the bottom surface of the gate trench;
A first portion formed so as to cover an edge portion of the gate trench where the side surface and the bottom surface of the gate trench intersect, and a second portion formed so as to contact only the bottom surface of the gate trench. A gate conductivity holding layer of a second conductivity type;
And a second conductivity type pillar layer formed in the drift layer so as to be continuous with the channel layer and extending from the channel layer toward the back surface of the semiconductor layer.
前記半導体層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が11cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが100μm以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 The mobility of a channel formed in the channel layer in the semiconductor layer is not less 11cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate is 100μm or less, the semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記半導体層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が50cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが250μm以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 The mobility of a channel formed in the channel layer in the semiconductor layer is not less 50 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate is 250μm or less, the semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記半導体層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が50cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが100μm以下である、請求項1または2に記載の半導体装置。 The mobility of a channel formed in the channel layer in the semiconductor layer is not less 50 cm 2 / Vs or more, the thickness of the substrate is 100μm or less, the semiconductor device according to claim 1 or 2. 前記半導体層において前記チャネル層に形成されるチャネルの移動度が11cm/Vs以上であり、前記基板の厚さが250μm以下である、請求項に記載の半導体装置。 3. The semiconductor device according to claim 2 , wherein a mobility of a channel formed in the channel layer in the semiconductor layer is 11 cm 2 / Vs or more, and a thickness of the substrate is 250 μm or less. 前記ゲート絶縁膜は、前記ゲートトレンチの前記底面に接する底部と、前記ゲートトレンチの前記側面に接する側部とを含み、
前記ゲート絶縁膜の前記底部は、前記ゲート絶縁膜の前記側部よりも厚い、請求項1〜6のいずれか一項に記載の半導体装置。
The gate insulating film includes a bottom portion in contact with the bottom surface of the gate trench, and a side portion in contact with the side surface of the gate trench,
It said bottom of said gate insulating film is thicker than the side of the gate insulating film, a semiconductor device according to any one of claims 1 to 6.
前記ゲート絶縁膜の前記底部の厚さが1000Å〜3000Åであり、
前記ゲート絶縁膜の前記側部の厚さが400Å〜800Åである、請求項に記載の半導体装置。
A thickness of the bottom portion of the gate insulating film is 1000 to 3000 mm;
The semiconductor device according to claim 7 , wherein a thickness of the side portion of the gate insulating film is 400 to 800 mm.
前記半導体層は、オフ角が0°〜4°である基板を含む、請求項1〜8のいずれか一項に記載の半導体装置。 The semiconductor layer comprises a substrate off-angle of 0 ° to 4 °, the semiconductor device according to any one of claims 1-8. 前記半導体層は、格子状の前記ゲートトレンチにより区画され、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを複数含み、
前記ゲート耐電圧保持層は、前記ゲートトレンチのエッジ部のうち前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に形成されている、請求項1に記載の半導体装置。
The semiconductor layer is partitioned by the lattice-shaped gate trenches, and includes a plurality of polygonal columnar unit cells having a plurality of corners,
2. The semiconductor device according to claim 1, wherein the gate withstand voltage holding layer is formed at a corner edge portion of the gate trench formed at the corner portion of the unit cell in an edge portion of the gate trench.
前記ピラー層は、前記半導体層の前記表面を基準に、前記ゲート耐電圧保持層よりも深く形成されている、請求項に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 2 , wherein the pillar layer is formed deeper than the gate withstand voltage holding layer with reference to the surface of the semiconductor layer. 前記ピラー層の上方に形成されたソーストレンチを含む、請求項11に記載の半導体装置。 The semiconductor device according to claim 11 , comprising a source trench formed above the pillar layer. 前記ゲートトレンチは、交差部および直線部を有する格子状に形成されており、
前記半導体層は、格子状の前記ゲートトレンチにより区画され、複数の角部を有する多角柱状の単位セルを複数含み、
前記ゲート耐電圧保持層は、
格子状の前記ゲートトレンチの交差部において前記単位セルの前記角部に形成された前記ゲートトレンチのコーナーエッジ部に形成された第1部分と、
格子状の前記ゲートトレンチの直線部の底面に形成され、前記ゲートトレンチの直線部の幅よりも狭い幅を有し、隣り合う前記第1部分同士を繋ぐ第2部分とを含む、請求項1に記載の半導体装置。
The gate trench is formed in a lattice shape having an intersecting portion and a straight portion,
The semiconductor layer is partitioned by the lattice-shaped gate trenches, and includes a plurality of polygonal columnar unit cells having a plurality of corners,
The gate withstand voltage holding layer is
A first portion formed at a corner edge portion of the gate trench formed at the corner portion of the unit cell at an intersection of the lattice-shaped gate trench;
Formed on the bottom surface of the linear portion of the grid the gate trench has a width narrower than the straight portion of the gate trench, and a second portion connecting said first portion adjacent claim 1 the semiconductor device according to.
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