JP6906676B2 - 炭化珪素半導体装置 - Google Patents
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Description
(構成)
図1は、本実施の形態1におけるMOSFET701(炭化珪素半導体装置)の構成を概略的に示す平面図である。MOSFET701は、平面視において素子領域REおよび非素子領域RNを有するものである。素子領域REは、ゲート電極によって制御されるチャネルが配置されている領域を含み、典型的には、MOSFETとして実際に機能するMOSFETセルが配置された領域である。非素子領域RNは、素子領域REの外側に設けられており、ゲート電極へ所望の電圧を外部から供給するためのゲートパッド電極14が配置されている領域を含む。ゲートパッド電極14には超音波接合などによってアルミニウムなどの金属からなるワイヤが接続される。非素子領域RNは、MOSFET701の終端領域を含んでもよい。
本実施の形態によれば、MOSFET701の高速スイッチング時に、非素子領域RN(図4)において、第2緩和領域103を通過する変位電流の経路として、ドリフト層10上の不純物領域108が含まれる。これにより、この変位電流にとっての実効的なシート抵抗が低減される。よって、変位電流に起因しての電位降下の大きさが抑制される。よって、この電位降下に起因しての、第2緩和領域103の電位とゲート電位との間の電圧の大きさが抑制される。よって、第2緩和領域103と、ゲート電位を有する領域、具体的にはゲートパッド電極14、との間での絶縁破壊が防止される。
図5は、本実施の形態1の変形例におけるMOSFET701V(炭化珪素装置)の構成を概略的示す、図6の線V−Vに沿う部分断面図である。図6は、MOSFET701Vの構成を、上面側の構成を一部省略して概略的に示す部分断面斜視図である。
図7は、本実施の形態2におけるMOSFET702(炭化珪素半導体装置)の構成を概略的に示す平面図である。MOSFET702は平面視において素子領域REと非素子領域RNとの間にコンタクト領域RCを有している。
図9は、本実施の形態3におけるMOSFET703(炭化珪素半導体装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。MOSFET703は平面視(図7参照)において素子領域REと非素子領域RNとの間に、不純物領域108(図9)の一部が配置されたコンタクト領域RCを有している。コンタクト領域RCにおいて不純物領域108とソースパッド電極4とが電気的に接続されている。この電気的接続を得るために、典型的には、ソースパッド電極4は、コンタクト領域RCにおいて層間絶縁膜5中を不純物領域108へ延びるコンタクト115を含む。コンタクト115が不純物領域108に接触することにより、ソースパッド電極4と不純物領域108との間でオーミック接合またはショットキー接合が設けられている。これにより、コンタクト領域RCにおいて不純物領域108とソースパッド電極4とが電気的に接続されている。なお本実施の形態においては、コンタクト215(図8:実施の形態2)は設けられていない。
図10は、本実施の形態4におけるMOSFET704(炭化珪素半導体装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。MOSFET704には、実施の形態2で説明されたコンタクト215と、実施の形態3で説明されたコンタクト115との両方が設けられている。これにより、実施の形態2および3の両方の効果が得られる。
図11は、本実施の形態5におけるMOSFET705(炭化珪素半導体装置)の非素子領域RNにおける構成を示す部分断面図である。MOSFET705は、絶縁体領域102(図4:実施の形態1)に代わって、内面絶縁膜202および低抵抗領域101を有している。
図12は、本実施の形態6におけるMOSFET706(炭化珪素装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。MOSFET706は、実施の形態2(図8)と同様のコンタクト215を有しており、かつ、実施の形態5(図11)と同様の内面絶縁膜202および低抵抗領域101を有している。
図13は、本実施の形態7におけるMOSFET707(炭化珪素装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。MOSFET707は、実施の形態3(図9)と同様のコンタクト115を有しており、かつ、実施の形態5(図11)と同様の内面絶縁膜202および低抵抗領域101を有している。
図14は、本実施の形態8におけるMOSFET708(炭化珪素半導体装置)の非素子領域RNにおける構成を示す部分断面図である。MOSFET708は接続領域109を有している。接続領域109は、第2トレンチ112の側面に隣接しており、第2緩和領域103と不純物領域108とに接続されている。接続領域109は、p型を有しており、好ましくは1×1014cm−3〜1×1018cm−3のアクセプタ濃度を有している。なお、MOSFET708中に、図11に示されているように、接続領域109が設けられない断面が存在していてよい。また接続領域109は、図14においては第2トレンチ112の両側に設けられているが、片側にのみ設けられていてもよい。また第2トレンチ112の一方側に設けられた接続領域109の配置と、第2トレンチ112の他方側に設けられた接続領域109の配置とが、第2トレンチ112の長手方向において異なっていてもよい。接続領域109のアクセプタ濃度および厚みは均一でなくてもよい。
図15は、本実施の形態9におけるMOSFET709(炭化珪素装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。MOSFET709は、実施の形態4(図10)と同様のコンタクト115およびコンタクト215を有しており、かつ、実施の形態5(図11)と同様の内面絶縁膜202および低抵抗領域101を有している。
図16は、本実施の形態10におけるMOSFET710(炭化珪素装置)の非素子領域RNにおけるエピタキシャル層30の構成を示す部分平面図である。図17および図18のそれぞれは、図16の線XVII−XVIIおよび線XVIII−XVIIIに沿う部分断面図である。
図19は、本実施の形態11におけるMOSFET711(炭化珪素装置)の非素子領域RNにおけるエピタキシャル層30の構成を、図16と同様の視野で示す部分平面図である。MOSFET711においては、不純物領域108は、複数の延在不純物領域108Xと、少なくとも1つの接続不純物領域108Yとを含む。複数の延在不純物領域108Xは互いに分離されており、その各々は一の方向(図中、縦方向)に延在している。接続不純物領域108Yは、複数の延在不純物領域108Xのうち隣り合うものを互いに接続している。なお、接続不純物領域108Yは、延在不純物領域108Xのうち互いに隣り合う対の少なくとも一部に設けられればよい。
図20は、本実施の形態12におけるMOSFET712(炭化珪素装置)の非素子領域RNにおけるエピタキシャル層30の構成を、図16と同様の視野で示す部分平面図である。MOSFET712においては、第2緩和領域103は、複数の延在緩和領域103Xと、少なくとも1つの接続緩和領域103Yとを含む。複数の延在緩和領域103Xは互いに分離されており、その各々は一の方向(図中、縦方向)に延在している。接続緩和領域103Yは、複数の延在緩和領域103Xのうち隣り合うものを互いに接続している。なお、接続緩和領域103Yは、延在緩和領域103Xのうち互いに隣り合う対の少なくとも一部に設けられればよい。
図21は、本実施の形態13におけるMOSFET713(炭化珪素装置)の非素子領域RNにおける構成を示す部分断面図である。MOSFET713は、実施の形態8(図14)の構成に、p型を有する不純物領域107が付加された構成を有している。不純物領域107は、不純物領域108の直下において、ドリフト層10上に配置されている。言い換えれば、本実施の形態においては、不純物領域108は、不純物領域107を介してドリフト層10上に配置されている。接続領域109は、第2緩和領域103と不純物領域107との間をつないでいる。不純物領域107は、1×1014cm−3〜1×1018cm−3のアクセプタ濃度を有していることが好ましい。なお不純物領域107のアクセプタ濃度および厚みは均一でなくてもよい。
(構成)
図22は、本実施の形態14におけるMOSFET714(炭化珪素装置)の構成を図7の線VIII−VIIIと同様の断面で示す部分断面図である。
本実施の形態によれば、ソースパッド電極4が不純物領域108および第2緩和領域103に電気的に接続されている。これにより、高速スイッチング時に第2緩和領域103を流れる変位電流を、ソースパッド電極4へまたはソースパッド電極4から、十分に流すことができる。よって、変位電流に起因しての電位降下の大きさがより抑制される。よって、この電位降下に起因しての、第2緩和領域103の電位とゲート電位との間の電圧の大きさがより抑制される。よって、第2緩和領域103と、ゲート電位を有する領域、具体的にはゲートパッド電極14、との間での絶縁破壊がより確実に防止される。
Claims (9)
- 平面視において素子領域および前記素子領域の外側に設けられた非素子領域を有する炭化珪素半導体装置であって、
前記素子領域および前記非素子領域にまたがる炭化珪素半導体基板と、
前記炭化珪素半導体基板上に設けられ、炭化珪素からなり、第1導電型を有するドリフト層と、
前記素子領域に配置され、前記ドリフト層上に設けられ、前記第1導電型と異なる第2導電型を有するベース領域と、
前記素子領域に配置され、前記ベース領域上に設けられ、前記第1導電型を有するソース領域と、
前記ソース領域および前記ベース領域を貫通する側面と、底面とを有する第1トレンチと、
前記第1トレンチの前記側面上および前記底面上に設けられたゲート絶縁膜と、
前記第1トレンチ内に前記ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第1トレンチの下方に配置され、前記ドリフト層に接し、前記第2導電型を有する第1緩和領域と、
前記ソース領域および前記第1緩和領域に電気的に接続されたソースパッド電極と、
前記非素子領域に配置され、前記ゲート電極に電気的に接続されたゲートパッド電極と、
少なくとも前記非素子領域に配置され、前記ドリフト層上に設けられ、前記第1導電型を有する少なくとも1つの不純物領域と、
前記不純物領域を貫通する側面と、底面とを有する少なくとも1つの第2トレンチと、
前記第2トレンチの下方に配置され、前記ドリフト層に接し、前記第2導電型を有する少なくとも1つの第2緩和領域と、
を備え、
前記炭化珪素半導体装置は平面視において前記素子領域と前記非素子領域との間に、前記不純物領域の一部が配置され第3トレンチが設けられたコンタクト領域を有しており、前記コンタクト領域において前記不純物領域と前記ソースパッド電極とが電気的に接続されており、
前記炭化珪素半導体装置は、前記第3トレンチの下方に配置され、前記ソースパッド電極および前記第2緩和領域の各々に電気的に接続され、前記第2導電型を有する第3緩和領域をさらに備える、炭化珪素半導体装置。 - 前記第2トレンチは絶縁体によって充填されている、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2トレンチの前記側面上および前記底面上に設けられた内面絶縁膜と、
前記第2トレンチ内に前記内面絶縁膜を介して設けられ、前記ゲートパッド電極から電気的に絶縁され、金属またはドープされた半導体からなる低抵抗領域と、
をさらに備える、請求項1に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2トレンチの前記側面に設けられ、前記第2導電型を有し、前記第2緩和領域と前記不純物領域とを互いにつなぐ接続領域をさらに備える、請求項1から3のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2緩和領域は、互いに分離されて複数設けられており、
前記不純物領域は、互いに分離されて複数設けられている、
請求項1から4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第2緩和領域は、互いに分離されて複数設けられており、
前記不純物領域は、互いに分離された複数の延在不純物領域と、前記複数の延在不純物領域のうち隣り合うものを互いに接続する接続不純物領域とを含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記不純物領域は、互いに分離されて複数設けられており、
前記第2緩和領域は、互いに分離された複数の延在緩和領域と、前記複数の延在緩和領域のうち隣り合うものを互いに接続する接続緩和領域とを含む、
請求項1から4のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。 - 前記第1トレンチおよび前記第2トレンチは、同じ深さを有している、請求項1から7のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
- 前記第2トレンチは前記非素子領域に複数設けられている、請求項1から8のいずれか1項に記載の炭化珪素半導体装置。
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