JP7078226B2 - 半導体装置 - Google Patents
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Description
実施の形態1にかかる半導体装置は、シリコン(Si)よりもバンドギャップが広い半導体(ワイドバンドギャップ半導体とする)を用いて構成される。この実施の形態1にかかる半導体装置の構造について、ワイドバンドギャップ半導体として例えば炭化珪素(SiC)を用いた場合を例に説明する。図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。図1には、MOSFETの1つの単位セル(素子の構成単位)の断面構造と、当該単位セルの両側にそれぞれ隣接する他の単位セルの1/2の断面構造と、を示す(図2~8においても同様)。
次に、実施の形態2にかかる半導体装置の構造について説明する。図11は、実施の形態2にかかる半導体装置の構造を示す断面図である。実施の形態2にかかる半導体装置が実施の形態1にかかる半導体装置と異なる点は、n型電流拡散領域3の内部に、n型電流拡散領域3よりも不純物濃度の高いn+型領域(第6半導体領域)61を設けた点である。
次に、第3p+型領域42の幅L2の上限値について検証した。図12は、同一の半導体基板に配置されたpinダイオードおよびユニポーラ素子間の距離とバイポーラ電流との関係を示す特性図である。図12の横軸は、図13のpinダイオード70aおよびユニポーラ素子70b間の距離Cである。図12の縦軸は、ユニポーラ素子70bの電流量に対する半導体基板75に配置されたバイポーラ素子(不図示)の電流量の割合(=バイポーラ素子の電流量/ユニポーラ素子の電流量)である。
2 n-型ドリフト領域
3 n型電流拡散領域
3a~3c JFET領域
4 p型ベース領域
5 n+型ソース領域
6 p++型コンタクト領域
7,41~44 n型電流拡散領域にイオン注入により形成された(埋め込んだ)p+型領域
8 ゲート絶縁膜
9 ゲート電極
10 層間絶縁膜
10a,10b コンタクトホール
11,21 導電層
12 ソース電極
13 ドレイン電極
20 平面SBD
30 半導体基板
31 n-型炭化珪素層
31a,31b n-型炭化珪素層の厚さを増した部分
32 p型炭化珪素層
42a,42a',42b 最下部p+型領域の、第2方向に連結部(第5p+型領域)と対向する矩形状の平面形状部分
42c 最下部p+型領域の、第2方向に連結部と対向する矩形状の平面形状部分の矩形状の分割部分
45 最下部p+型領域の、第2方向に連結部と対向する矩形状の平面形状部分の切欠部
51~54 n型部分領域
61 n+型領域
A MOSFETの単位セル
L1~L4,L11 n型電流拡散領域にイオン注入により形成された(埋め込んだ)p+型領域の幅
L5,L5’,L6 最下部p+型領域の、第2方向Yに連結部に対向する矩形状の平面形状の部分の対角線の長さ
L10 MOSFETのセルピッチ
X MOSゲートを構成する各領域およびゲート電極が半導体基板のおもて面に平行な方向に直線状に延在する方向(第1方向)
Y 半導体基板のおもて面に平行な方向で、かつ第1方向と直交する方向(第2方向)
Y’ 最下部p+型領域の、第2方向に連結部と対向する矩形状の平面形状部分の、第2方向に平行な中心線
Z 深さ方向
Claims (7)
- シリコンよりもバンドギャップの広い半導体からなる半導体基板と、
前記半導体基板のおもて面に設けられた、シリコンよりもバンドギャップの広い半導体からなる第1導電型の第1半導体層と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側の表面層に設けられた、前記第1半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第1半導体領域と、
前記第1半導体層の、前記半導体基板側に対して反対側に設けられ、前記第1半導体領域を覆う、シリコンよりもバンドギャップの広い半導体からなる第2導電型の第2半導体層と、
前記第2半導体層を深さ方向に貫通して前記第1半導体層に達する第1導電型の第2半導体領域と、
前記第2半導体層に前記第2半導体領域と離して選択的に設けられ、前記第2半導体層を深さ方向に貫通して前記第1半導体層に達して前記第1半導体領域の一部をなす、前記第1半導体層よりも不純物濃度の高い第1導電型の第3半導体領域と、
前記第2半導体層の、前記第2半導体領域および前記第3半導体領域以外の部分である第2導電型の第4半導体領域と、
前記第4半導体領域の、前記第2半導体領域と前記第3半導体領域とに挟まれた部分の表面上に、ゲート絶縁膜を介して設けられたゲート電極と、
前記第2半導体領域および前記第4半導体領域に電気的に接続された第1電極と、
前記半導体基板の裏面に設けられた第2電極と、を有するトランジスタと、
前記第3半導体領域と、前記第3半導体領域にショットキー接触し、かつ前記第1電極に電気的に接続された導電層と、からなるショットキーバリアダイオードと、
を備え、
前記第1半導体領域の内部には、
深さ方向に前記第2半導体領域および前記第4半導体領域と対向し、かつ前記第2半導体領域および前記第4半導体領域の前記第2電極側の面を覆う、前記第4半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第5半導体領域と、
前記第5半導体領域よりも前記第2電極側に配置され、深さ方向に前記第5半導体領域に対向し、かつ前記第1電極側から前記第2電極側へ向かって多段に積層されて互いに接し積層構造をなす、前記第4半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の2段以上の第1埋め込み領域と、
前記第5半導体領域および前記第1埋め込み領域と離して配置され、かつ深さ方向に前記第3半導体領域に対向する、前記第4半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第2埋め込み領域と、
前記第1埋め込み領域のうちの最も前記第2電極側に配置された最下部埋め込み領域と、前記第2埋め込み領域と、の間に配置され、前記最下部埋め込み領域と前記第2埋め込み領域とを連結する、前記第4半導体領域よりも不純物濃度の高い第2導電型の第3埋め込み領域と、がそれぞれ選択的に設けられており、
前記第1埋め込み領域のうちの最も前記第1電極側に配置された最上部埋め込み領域は、前記第5半導体領域に接し、
前記最下部埋め込み領域の幅は、前記第5半導体領域の幅よりも狭いことを特徴とする半導体装置。 - 前記第4半導体領域、前記第5半導体領域、前記第1埋め込み領域、前記第3半導体領域、前記第1半導体層および前記半導体基板からなる寄生ダイオードの臨界電流密度は3000A/cm2以上であり、
前記トランジスタのセルピッチは10μmであり、
前記最下部埋め込み領域の幅は8μm以下であることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極は、前記半導体基板のおもて面に平行な第1方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、
前記第1埋め込み領域および前記第2埋め込み領域は、前記第1方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、
前記第3埋め込み領域は、前記半導体基板のおもて面に平行で、かつ前記最下部埋め込み領域と直交する第2方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、前記最下部埋め込み領域と十字状のレイアウトをなし、
前記最下部埋め込み領域の、前記第2方向に前記第3埋め込み領域と対向する矩形状の平面形状部分の対角線の長さは8μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記ゲート電極は、前記半導体基板のおもて面に平行な第1方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、
前記第1埋め込み領域および前記第2埋め込み領域は、前記第1方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、
前記第3埋め込み領域は、前記半導体基板のおもて面に平行で、かつ前記最下部埋め込み領域と直交する第2方向に延びる直線状のレイアウトに配置され、前記最下部埋め込み領域とT字状のレイアウトをなし、
前記最下部埋め込み領域の、前記第2方向に前記第3埋め込み領域と対向する矩形状の平面形状部分を前記第2方向に平行な中心線で分割した矩形状の分割部分の対角線の長さは8μm以下であることを特徴とする請求項1または2に記載の半導体装置。 - 前記最下部埋め込み領域の、前記第2方向に前記第3埋め込み領域と対向する前記矩形状の平面形状部分は、当該矩形状の平面形状部分の頂点を、当該矩形状の平面形状部分の中心側に凹むように切欠いた切欠き部を有する平面形状を有することを特徴とする請求項3または4に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体領域の内部に、前記第1半導体領域よりも不純物濃度の高い第1導電型の第6半導体領域をさらに備えることを特徴とする請求項1~5のいずれか一つに記載の半導体装置。
- 前記第2半導体層を深さ方向に貫通して前記第1半導体層に達し、前記第2半導体領域に対して前記第3半導体領域と反対側に、前記第2半導体領域に接して配置された、前記第2半導体層よりも不純物濃度の高い第2導電型の第7半導体領域をさらに備え、
前記第4半導体領域は、前記第2半導体層の、前記第2半導体領域、前記第3半導体領域および前記第7半導体領域以外の部分であり、
前記第5半導体領域は、深さ方向に前記第2半導体領域、前記第4半導体領域および前記第7半導体領域と対向して選択的に設けられ、かつ前記第2半導体領域、前記第4半導体領域および前記第7半導体領域の前記第2電極側の面を覆うことを特徴とする請求項1~6のいずれか一つに記載の半導体装置。
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