JP6806162B2 - 炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Description
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を[]、集合方位を<>、個別面を()、集合面を{}でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、”−”(バー)を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書中では数字の前に負の符号を付している。
以下、本開示の実施形態の詳細について図面に基づいて説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。
まず、本開示の第1実施形態に係る炭化珪素半導体装置の一例としてのMOSFETの構成について説明する。
まず、炭化珪素基板を準備する工程(S10:図12)が実施される。たとえば昇華法を用いて炭化珪素単結晶基板11が準備される。炭化珪素単結晶基板の最大径は、たとえば100mm以上であり、好ましくは150mm以上である。たとえば原料ガスとしてシラン(SiH4)とプロパン(C3H8)との混合ガスを用い、キャリアガスとしてたとえば水素ガス(H2)を用い、ドーパントガスとしてアンモニア(NH3)を用いたCVD(Chemical Vapor Deposition)法により、炭化珪素単結晶基板11上に第1ドリフト領域部21がエピタキシャル成長により形成される(図13参照)。第1ドリフト領域部21の厚みは、たとえば9μmである。第1ドリフト領域部21が含む窒素原子の濃度は、たとえば7×1015cm-3程度である。
第1実施形態に係るMOSFET100によれば、外周側に位置する第1底部41と第2主面2との間に位置する第1領域51および第2領域52の間隔は、内周側に位置する第2底部42と第2主面2との間に位置する第1領域51および第2領域52の間隔よりも小さい。電界強度が比較的高くなる外周側において、第1領域51および第2領域52の間隔を小さくすることで、ゲートトレンチ6における電界集中を緩和することができる。一方、電界強度が比較的低くなる内周側において、第1領域51および第2領域52の間隔を大きくすることで、電流経路を広く確保し、MOSFET100のオン抵抗を低減することができる。
次に、本開示の第2実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成について説明する。第2実施形態に係るMOSFET100の構成は、以下で説明する構成において、第1実施形態に係るMOSFETの構成と異なっており、その他の構成については第1実施形態に係るMOSFETの構成とほぼ同じである。
第2実施形態に係るMOSFET100によれば、外周側に位置する第1底部41と第2主面2との間に位置するp型領域50の幅は、内周側に位置する第2底部42と第2主面2との間に位置するp型領域50の幅よりも大きい。電界強度が比較的高くなる外周側において、p型領域50の幅を大きくすることで、ゲートトレンチ6における電界集中を緩和することができる。一方、電界強度が比較的低くなる内周側において、p型領域50の幅を小さくすることで、電流経路を広く確保し、MOSFET100のオン抵抗を低減することができる。
次に、本開示の第3実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成について説明する。第3実施形態に係るMOSFET100の構成は、概略、第1実施形態に係るMOSFET100の第1不純物領域と、第2実施形態に係るMOSFET100の第1不純物領域とを組み合わせた構成を有している。第1不純物領域以外の構成については第1実施形態に係るMOSFETの構成とほぼ同じである。
第3実施形態に係るMOSFET100によれば、第1外端面31に平行な方向において、第1底部41と第2主面2との間に位置する第3不純物領域70の幅は、第2底部42と第2主面2との間に位置する第3不純物領域70の幅よりも大きい。電界強度が比較的高くなる外周側において、第3不純物領域70の幅を大きくすることで、ゲートトレンチ6における電界集中をさらに緩和することができる。
次に、本開示の第4実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成について説明する。第4実施形態に係るMOSFET100の構成は、以下で説明する構成において、第1実施形態に係るMOSFETの構成と異なっており、その他の構成については第1実施形態に係るMOSFETの構成とほぼ同じである。
第4実施形態に係るMOSFET100によれば、外周側に位置する第1底部41と第2主面2との間に位置する第1領域51および第2領域52のp型不純物の濃度は、内周側に位置する第2底部42と第2主面2との間に位置する第1領域51および第2領域52のp型不純物の濃度よりも高い。電界強度が比較的高くなる外周側において、第1領域51および第2領域52のp型不純物の濃度を高くすることで、ゲートトレンチ6における電界集中を緩和することができる。
次に、本開示の第5実施形態に係る炭化珪素半導体装置の構成について説明する。第5実施形態に係るMOSFET100の構成は、以下で説明する構成において、第1実施形態に係るMOSFETの構成と異なっており、その他の構成については第1実施形態に係るMOSFETの構成とほぼ同じである。
第5実施形態に係るMOSFET100によれば、外周側に位置する第1底部41と第2主面2との間に位置するp型領域50のp型不純物の濃度は、内周側に位置する第2底部42と第2主面2との間に位置するp型領域50のp型不純物の濃度よりも高い。電界強度が比較的高くなる外周側において、p型領域50のp型不純物の濃度を高くすることで、ゲートトレンチ6における電界集中を緩和することができる。
Claims (16)
- 第1主面と、前記第1主面と反対側にある第2主面とを有する炭化珪素基板と、
前記第1主面上に設けられたゲート絶縁膜とを備え、
前記炭化珪素基板は、活性領域と、前記第1主面に対して垂直な方向から見て前記活性領域を取り囲む終端領域とを含み、
前記活性領域には、前記第1主面と連なる側面と、前記側面と連なる底面とにより規定された1以上のゲートトレンチが設けられており、
前記活性領域は、第1導電型を有するドリフト領域と、前記ドリフト領域上に設けられ、かつ前記第1導電型と異なる第2導電型を有するボディ領域と、前記ボディ領域上にあり、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から隔てられており、かつ前記第1導電型を有するソース領域と、前記底面を含む平面と前記第2主面との間に位置し、かつ前記第2導電型を有する第1不純物領域とを有し、
前記終端領域は、前記第1主面に対して垂直な方向から見て前記活性領域を取り囲み、かつ前記第2導電型を有する第2不純物領域を含み、
前記ゲート絶縁膜は、前記側面において、前記ドリフト領域と、前記ボディ領域と、前記ソース領域と接し、かつ前記底面において、前記ドリフト領域に接しており、
前記側面は、前記第2不純物領域の内端面に面する第1外端面を有し、
前記底面は、前記第1外端面と連なる第1底部と、前記第1底部と連なり、かつ前記第1底部に対して前記内端面と反対側にある第2底部とを有し、
前記第1不純物領域は、前記1以上のゲートトレンチと前記第2主面との間に位置し、かつ前記ドリフト領域を挟んで離間する第1領域および第2領域を有し、
前記第1外端面に平行な方向において、前記第1底部と前記第2主面との間に位置する前記第1領域および前記第2領域の間隔は、前記第2底部と前記第2主面との間に位置する前記第1領域および前記第2領域の間隔よりも小さい、炭化珪素半導体装置。 - 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、50μm以上である、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、100μm以上である、請求項2に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、150μm以上である、請求項3に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記活性領域上に位置するゲートパッドをさらに備え、
前記側面は、前記ゲートパッドの第1側端面に面する第2外端面を有し、
前記底面は、前記第2外端面と連なる第3底部と、前記第3底部と連なり、かつ前記第3底部に対して前記第1側端面と反対側にある第4底部とを有し、
前記第1不純物領域は、前記1以上のゲートトレンチと前記第2主面との間に位置し、かつ前記ドリフト領域を挟んで離間する第3領域および第4領域を有し、
前記第2外端面に平行な方向において、前記第3底部と前記第2主面との間に位置する前記第3領域および前記第4領域の間隔は、前記第4底部と前記第2主面との間に位置する前記第3領域および前記第4領域の間隔よりも小さい、請求項1〜請求項4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲートパッドと電気的に接続されたゲートランナーをさらに備え、
前記側面は、前記ゲートランナーの第2側端面に面する第3外端面を有し、
前記底面は、前記第3外端面と連なる第5底部と、前記第5底部と連なり、かつ前記第5底部に対して前記第2側端面と反対側にある第6底部とを有し、
前記第1不純物領域は、前記1以上のゲートトレンチと前記第2主面との間に位置し、かつ前記ドリフト領域を挟んで離間する第5領域および第6領域を有し、
前記第3外端面に平行な方向において、前記第5底部と前記第2主面との間に位置する前記第5領域および前記第6領域の間隔は、前記第6底部と前記第2主面との間に位置する前記第5領域および前記第6領域の間隔よりも小さい、請求項5に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記1以上のゲートトレンチは、複数のゲートトレンチを含み、
前記複数のゲートトレンチの各々は、長方形状の前記底面を有し、
前記底面は、第1短辺と、前記第1短辺と反対側にある第2短辺と、前記第1短辺と連なる第7底部と、前記第7底部と連なる第8底部と、前記第8底部および前記第2短辺の双方と連なる第9底部とを有し、
前記第1短辺に平行な方向において、前記第7底部と前記第2主面との間に位置する前記第1領域および前記第2領域の間隔と、前記第9底部と前記第2主面との間に位置する前記第1領域および前記第2領域の間隔とは、前記第8底部と前記第2主面との間に位置する前記第1領域および前記第2領域の間隔よりも小さい、請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記活性領域は、前記底面に対面するように前記底面と前記第2主面との間に位置し、かつ前記第2導電型を有する第3不純物領域をさらに有し、
前記第1外端面に平行な方向において、前記第1底部と前記第2主面との間に位置する前記第3不純物領域の幅は、前記第2底部と前記第2主面との間に位置する前記第3不純物領域の幅よりも大きい、請求項1〜請求項7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 第1主面と、前記第1主面と反対側にある第2主面とを有する炭化珪素基板と、
前記第1主面上に設けられたゲート絶縁膜とを備え、
前記炭化珪素基板は、活性領域と、前記第1主面に対して垂直な方向から見て前記活性領域を取り囲む終端領域とを含み、
前記活性領域には、前記第1主面と連なる側面と、前記側面と連なる底面とにより規定された1以上のゲートトレンチが設けられており、
前記活性領域は、第1導電型を有するドリフト領域と、前記ドリフト領域上に設けられ、かつ前記第1導電型と異なる第2導電型を有するボディ領域と、前記ボディ領域上にあり、前記ボディ領域によって前記ドリフト領域から隔てられており、かつ前記第1導電型を有するソース領域と、前記底面に対面するように前記底面と前記第2主面との間に位置し、かつ前記第2導電型を有する第1不純物領域とを有し、
前記終端領域は、前記第1主面に対して垂直な方向から見て前記活性領域を取り囲み、かつ前記第2導電型を有する第2不純物領域を含み、
前記ゲート絶縁膜は、前記側面において、前記ドリフト領域と、前記ボディ領域と、前記ソース領域と接し、かつ前記底面において、前記ドリフト領域に接しており、
前記側面は、前記第2不純物領域の内端面に面する第1外端面を有し、
前記底面は、前記第1外端面と連なる第1底部と、前記第1底部と連なり、かつ前記第1底部に対して前記内端面と反対側にある第2底部とを有し、
前記第1外端面に平行な方向において、前記第1底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅は、前記第2底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅よりも大きい、炭化珪素半導体装置。 - 前記第1不純物領域は、前記底面に接している、請求項9に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、50μm以上である、請求項9または請求項10に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、100μm以上である、請求項11に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記内端面に垂直な方向における前記第1底部の幅は、150μm以上である、請求項12に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記活性領域上に位置するゲートパッドをさらに備え、
前記側面は、前記ゲートパッドの第1側端面に面する第2外端面を有し、
前記底面は、前記第2外端面と連なる第3底部と、前記第3底部と連なり、かつ前記第3底部に対して前記第1側端面と反対側にある第4底部とを有し、
前記第2外端面に平行な方向において、前記第3底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅は、前記第4底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅よりも大きい、請求項9〜請求項13のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記ゲートパッドと電気的に接続されたゲートランナーをさらに備え、
前記側面は、前記ゲートランナーの第2側端面に面する第3外端面を有し、
前記底面は、前記第3外端面と連なる第5底部と、前記第5底部と連なり、かつ前記第5底部に対して前記第2側端面と反対側にある第6底部とを有し、
前記第3外端面に平行な方向において、前記第5底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅は、前記第6底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅よりも大きい、請求項14に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記1以上のゲートトレンチは、複数のゲートトレンチを含み、
前記複数のゲートトレンチの各々は、長方形状の前記底面を有し、
前記底面は、第1短辺と、前記第1短辺と反対側にある第2短辺と、前記第1短辺と連なる第7底部と、前記第7底部と連なる第8底部と、前記第8底部および前記第2短辺の双方と連なる第9底部とを有し、
前記第1短辺に平行な方向において、前記第7底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅と、前記第9底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅とは、前記第8底部と前記第2主面との間に位置する前記第1不純物領域の幅よりも大きい、請求項9〜請求項15のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
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